CN113437506B - 一种贴片辐射单元与阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种贴片辐射单元与阵列天线，包括：辐射元件、馈电元件和微带焊盘；所述馈电元件和所述辐射元件插接相连，通过各自的焊盘进行焊接固定；所述馈电元件设置在所述辐射元件的正下方，并安装在所述微带焊盘上。本发明提供的贴片辐射单元，实现了剖面低、带宽足够宽，交叉极化比高的特性，其中，采用增加感性和容性结构形成谐振提高辐射单元的工作带宽，其工作带宽扩展至3300‑3800MHz，利用四边切角提高交叉极化比。

Description

一种贴片辐射单元与阵列天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种贴片辐射单元与阵列天线。

背景技术

随着生活中对通信的要求越来越高，需要更高速率和更海量的数据交换，催生通信的发展与更迭。时至今日，已经迎来5G时代和5G网络的试商用部署，标志着基站主设备与大规模阵列天线的融合必然成为5G通讯趋势，massive MIMO天线的需求量将远大于传统天线，同时对5G天线的轻便性、低成本要求也越来越高。

而5G时代的大规模天线阵列对辐射单元有了更高的要求，包括提高传输信息量的工作频带，提高信息传递准确率的高交叉极化比指标等，均对5G天线的设计提出了新的挑战。

发明内容

本发明提供一种贴片辐射单元与阵列天线，用以解决现有技术中辐射单元成本高和交叉极化比较低的缺陷。

第一方面，本发明提供一种贴片辐射单元，包括：

辐射元件、馈电元件和微带焊盘；

所述馈电元件和所述辐射元件插接相连，通过各自的焊盘进行焊接固定；

所述馈电元件设置在所述辐射元件的正下方，并安装在所述微带焊盘上。

在一个实施例中，所述辐射元件包括辐射面、辐射介质基板、耦合线；

所述辐射面为所述辐射介质基板上表面的八面形敷铜层，在正方形的所述辐射介质基板的四角方向分别形成一个三角切角，四个三角切角分别相对于所述辐射面的轴线对称布置；

所述辐射介质基板包括四个矩形孔，所述四个矩形孔分别相对于所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置，所述四个矩形孔上方分别覆盖耦合线，所述耦合线与所述辐射面中间通过耦合缝隙进行阻隔，所述耦合线沿所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置。

在一个实施例中，所述馈电元件包括第一馈电元件和第二馈电元件，所述第一馈电元件和所述第二馈电元件呈十字交叉对插放置，通过位于馈电元件中间区域上方或下方的巴伦矩形孔进行连接固定。

在一个实施例中，所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别包括馈电线、巴伦介质基板、引脚和所述巴伦矩形孔；

所述巴伦矩形孔分别位于所述第一馈电元件和所述第二馈电元件的中间位置；

所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别设置两个所述馈电线，所述馈电线沿所述巴伦矩形孔在所述巴伦介质基板上呈对称分布，用于接收从所述微带焊盘的微带线传递的激励信号后传导至所述辐射面；

所述馈电线的两端各设置一个引脚，位于所述巴伦介质基板上方的四个引脚用于和所述辐射元件进行焊接连接，位于所述巴伦介质基板下方的四个引脚用于与所述微带焊盘相连接。

在一个实施例中，所述馈电元件和所述辐射元件均由印刷电路板制作而成。

在一个实施例中，所述贴片辐射单元剖面高度仅为最大波长的0.132倍。

第二方面，本发明还提供一种阵列天线，包括上述技术方案所述的贴片辐射单元。

本发明提供的贴片辐射单元与阵列天线，实现了剖面低、带宽足够宽，交叉极化比高的特性，其中，利用耦合馈电结构提高带宽，使工作带宽扩展至3300-3800MHz的频带；利用四边切角提高交叉极化比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的贴片辐射单元的整体结构示意图；

图2是本发明提供的辐射元件的俯视图；

图3是本发明提供的馈电元件的结构示意图；

图4是本发明提供的第一馈电元件的示意图；

图5是本发明提供的第二馈电元件的示意图。

附图标记：

1：辐射单元； 10：辐射元件； 101：辐射面；

102：辐射介质基板； 103：耦合线； 104：三角切角；

105：矩形孔； 106：耦合缝隙； 20：馈电元件；

201：第一馈电元件； 202：第二馈电元件； 203：馈电线；

204：巴伦介质基板； 205：引脚； 206：巴伦矩形孔；

210：微带焊盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种贴片辐射单元及阵列天线，其中的贴片辐射单元不仅体积小、重量轻、剖面低，而且易集成、成本低，适合批量生产；贴片辐射单元常用的一般有直馈和耦合馈电两种馈电方式，耦合馈电能够提高天线的阻抗带宽。

图1是本发明提供的贴片辐射单元的整体结构示意图，如图1所示，包括：

辐射元件、馈电元件和微带焊盘；

所述馈电元件和所述辐射元件插接相连，通过各自的焊盘进行焊接固定；

所述馈电元件设置在所述辐射元件的正下方，并安装在所述微带焊盘上。

本发明提供的贴片辐射单元，实现了剖面低、带宽足够宽，交叉极化比高的特性，其中，利用耦合馈电结构提高带宽，使工作带宽扩展至3300-3800MHz的频带；利用四边切角提高交叉极化比。

具体地，如图1所示，本发明提出的辐射单元1，自上而下依次为辐射元件10、馈电元件20和微带焊盘210。

其中，馈电元件20设置在辐射元件10的正下方，通过各自的焊盘进行焊接固定，使得馈电元件20对辐射元件10起到支撑的作用；馈电元件20安装在起整体支撑作用的微带焊盘上方。

基于上述实施例，所述辐射元件包括辐射面、辐射介质基板、耦合线；

所述辐射面为所述辐射介质基板上表面的八面形敷铜层，在正方形的所述辐射介质基板的四角方向分别形成一个三角切角，四个三角切角分别相对于所述辐射面的轴线对称布置；

所述辐射介质基板包括四个矩形孔，所述四个矩形孔分别相对于所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置，所述四个矩形孔上方分别覆盖耦合线，所述耦合线与所述辐射面中间通过耦合缝隙进行阻隔，所述耦合线沿所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置。

具体地，如图2所示，最上方的辐射元件10包括辐射面101、辐射介质基板102和耦合线103；

其中，辐射面101为辐射介质基板102上表面的敷铜层，辐射面101呈现一个八面形的结构，在正方形的辐射介质基板102的四角方向辐射面101分别设置了一个三角切角104，三角切角104的存在提高了天线的交叉极化比，且切角越大，交叉极化比改善越明显。

辐射101上分别设置了四个矩形环状的耦合缝隙106，耦合缝隙包围的是沿中心轴对称分的四个耦合线103；可以得到，辐射面101的中间区域包含四个耦合线103，四个耦合线103相对于所述辐射元件10的轴线对称布置，且两两相差90°。

辐射介质基板上开设了四个矩形孔105，四个矩形孔105分别关于介质基板的中轴线中心对称布置，且四个矩形空开设在耦合线103包围的区域，不与辐射面101的大部分敷铜区域直接连接，中间通过耦合缝隙106阻隔开，实现耦合馈电。

基于上述任一实施例，所述馈电元件包括第一馈电元件和第二馈电元件，所述第一馈电元件和所述第二馈电元件呈十字交叉对插放置，通过位于馈电元件中间区域上方或下方的巴伦矩形孔进行连接固定。

其中，所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别包括馈电线、巴伦介质基板、引脚和所述巴伦矩形孔；

所述巴伦矩形孔分别位于所述第一馈电元件和所述第二馈电元件的中间位置；

所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别设置两个所述馈电线，所述馈电线沿所述巴伦矩形孔在所述巴伦介质基板上呈对称分布，用于接收从所述微带焊盘的微带线传递的激励信号后传导至所述辐射面；

所述馈电线的两端各设置一个引脚，位于所述巴伦介质基板上方的四个引脚用于和所述辐射元件进行焊接连接，位于所述巴伦介质基板下方的四个引脚用于与所述微带焊盘相连接。

具体地，如图3所示，馈电元件20包括第一馈电元件201和第二馈电元件202，在上述两个馈电元件的巴伦介质基板204上分别开设了巴伦矩形孔206，该巴伦矩形孔206分别设置在第一馈电元件201中间的上方，如图4所示，以及设置在第二馈电元件202中间的下方，如图5所示，使得两个馈电元件呈十字交叉对插放置。

馈电元件20上分别设置了八个引脚205，其中四个引脚穿过辐射元件10的四个矩形孔105，将辐射元件10固定在馈电元件20的正上方，为了进一步的固定辐射元件10，通常将四个引脚205焊接固定在辐射元件10上；另外四个引脚205，与微带焊盘210相连。

馈电元件20上设置四条馈电线203，电信号经由微带焊盘210处的微带线激励，经由馈电线203传导至辐射面101从而辐射出去。

可以理解的是，此辐射单元1采用的差分馈电方式，相对的微带焊盘210之间的输入信号幅度相等，相位相差180°，差分信号通过第一馈电元件201和第二馈电元件202上的馈电线203经由耦合线103耦合到辐射面101，第一馈电元件201和第二馈电元件202分别实现了辐射单元1的两个极化，图3中所示的第二馈电元件202实现了正45°极化，第一馈电元件201实现了负45°极化。

需要说明的是，辐射面101通过耦合线103耦合输入能量并辐射出去，其中耦合缝隙106呈容性，而馈电元件20部分的馈电线203与探针的工作方式类似，呈现感性，容性和感性模块相叠加，增加了天线的谐振频点，扩宽了天线的阻抗带宽，使天线具备高带宽的特性。

基于上述任一实施例，所述馈电元件和所述辐射元件均由印刷电路板制作而成，所述贴片辐射单元剖面高度仅为最大波长的0.132倍。

具体地，本发明提供的辐射元件10和馈电元件20都采用印刷电路板(PCB)制成，例如，辐射元件10和馈电元件20都可以采用FR4的板材，用以降低成本，且应用高介电常数的材料可减小辐射面的尺寸，从而实现小型化的要求。

整体的贴片辐射单元剖面高度仅为最大波长的0.132倍，具备小型化和高集成度的特点。

本发明提供的贴片辐射单元，采用差分馈电的微带贴片的形式，在低剖面的基础上，利用耦合馈电的形式扩展了阻抗带宽，利用四边切角的方式提高了交叉极化比，此外此辐射单元采用印刷电路板实现，成本低，设计灵活。

基于上述任一实施例，一种阵列天线，由前述实施例中的贴片辐射单元所构成。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种贴片辐射单元，其特征在于，包括：辐射元件、馈电元件和微带焊盘；

所述馈电元件和所述辐射元件插接相连，通过各自的焊盘进行焊接固定；

所述馈电元件设置在所述辐射元件的正下方，并安装在所述微带焊盘上；

所述辐射元件包括辐射面、辐射介质基板、耦合线；

所述辐射面为所述辐射介质基板上表面的八面形敷铜层，在正方形的所述辐射介质基板的四角方向分别形成一个三角切角，四个三角切角分别相对于所述辐射面的轴线对称布置，所述三角切角越大，则天线交叉极化比越大；

所述辐射介质基板包括四个矩形孔，所述四个矩形孔分别相对于所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置，所述四个矩形孔上方分别覆盖耦合线，所述耦合线与所述辐射面中间通过耦合缝隙进行阻隔，所述耦合线沿所述辐射介质基板的中轴线中心对称布置；

所述馈电元件包括第一馈电元件和第二馈电元件，所述第一馈电元件和所述第二馈电元件呈十字交叉对插放置，通过位于馈电元件中间区域上方或下方的巴伦矩形孔进行连接固定；

所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别包括馈电线、巴伦介质基板、引脚和所述巴伦矩形孔；

所述巴伦矩形孔分别位于所述第一馈电元件和所述第二馈电元件的中间位置；

所述第一馈电元件和所述第二馈电元件分别设置两个所述馈电线，所述馈电线沿所述巴伦矩形孔在所述巴伦介质基板上呈对称分布，用于接收从所述微带焊盘的微带线传递的激励信号后传导至所述辐射面；

所述馈电线的两端各设置一个引脚，位于所述巴伦介质基板上方的四个引脚用于和所述辐射元件进行焊接连接，位于所述巴伦介质基板下方的四个引脚用于与所述微带焊盘相连接。

2.根据权利要求1所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述馈电元件和所述辐射元件均由印刷电路板制作而成。

3.根据权利要求1所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述贴片辐射单元剖面高度仅为最大波长的0.132倍。

4.一种阵列天线，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的贴片辐射单元。

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