专利名称：低剖面宽频带天线阵子和天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低剖面宽频带天线阵子和天线。
背景技术：
在通信领域，通过基站对通信信号进行转发，以此实现终端之间的通信。在传统的宏基站中，由于天线体积较大，容易出现天线安装困难，基站选址困难以及维护不便等问题，所以在基站天线逐渐向小型化方向发展。在进行小型化的过程中，通过减小天线单元之间的列间距或天线双层交错配置等方式进行设置，以减小天线整体的宽度或长度，从而实现天线的小型化。
在减小各天线单元之间的列间距后，各列之间的隔离度下降，天线增益下降，并增加了低频单列方向图中主瓣的抖动变形，从而出现辐射覆盖不均的问题；在天线双层交错配置后，相邻列的天线之间的隔离度下降，同频率各天线单元半功率波束宽度变化较大，赋形增益难以保证。
发明内容
本发明提供一种低剖面宽频带天线阵子和天线，以提高天线阵子的阻抗带宽和增
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Mo为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案—方面，提供了一种低剖面宽频带天线阵子，包括在垂直方向上，依照尺寸从大至小，从下至上依次间隔设置有至少三个贴片天线单元；所述至少三个贴片天线单元包括一个馈电贴片天线单元和至少两个耦合贴片天线单元；所述馈电贴片天线单元，用于辐射所述核心谐振频点周围的核心频段的电磁波；所述耦合贴片天线单元，用于与所述馈电贴片天线单元电磁耦合，以辐射所述拓展谐振频点周围的拓展频段的电磁波；馈电金属柱，与所述馈电贴片天线单元连接，用于对所述馈电贴片天线单元进行馈电。在第一种可能的实现方式中，在所述馈电贴片天线单元下方设置有至少一个耦合贴片天线单元。结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述馈电金属柱穿过所述馈电贴片天线单元下方的耦合贴片天线单元上的通孔与所述馈电贴片天线单元连接；或，所述馈电金属柱跨过所述馈电贴片天线单元下方的稱合贴片天线单元与所述馈电贴片天线单元连接。结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述通孔表面涂覆有绝缘材料。结合第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述至少三个贴片天线单元间隔设置于固定螺丝上。结合第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述的低剖面宽频带基站天线阵子，还包括垫片，所述垫片固定于所述固定螺丝，并抵靠于所述至少三个贴片天线单元中最上方的贴片天线单元的上表面。结合第一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，在所述至少三个贴片天线单元中，位于最上方的贴片天线单元设置于天线罩内侧表面。结合第六种可能的实现方式，在第七中可能的实现方式中，除最上方的贴片天线单元外，其余的贴片天线单元间隔设置于固定螺丝上。结合上述任意一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述至少三个贴片天线单元的中心在一条垂线上另一方面，提供了一种天线，包括·反射板和设置于所述反射板上的上述任一一种实现方式的所述的低剖面宽频带天线阵子。本发明实施例提供的低剖面宽频带天线阵子和天线，通过在垂直方向上，依照尺寸从大至小，从下至上依次间隔设置有至少三个贴片天线单元，并通过馈电以使其中的馈电贴片天线单元和耦合贴片天线单元，辐射核心频段和拓展频段的电磁波，从而提高天线阵子的阻抗带宽和增益。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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I为本发明实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图；图2为本发明实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图，其中馈电金属柱穿过稱合贴片天线单元与馈电贴片天线单元连接；图3为本发明实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的阻抗带宽曲线图；图4为本发明实施例所述的天线的增益方向图；图5为本发明另一实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图；图6为本发明另一实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图；图7为本发明另一实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图；图8为为本发明另一实施例所述的低剖面宽频带天线阵子的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施例一种低剖面宽频带基站天线阵子和基站天线进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅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做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。
无线通信过程中，通过天线向外辐射电磁波以完成数据的收发；以基站为例，在基站中通常会设置多列天线阵子来进行多方向的电磁波辐射，以便通过一个基站覆盖其周围的空间。为了使天线从厚度方面进行小型化。如图I所示，本发明提供了一种设置于反射板I上的低剖面宽频带天线阵子，包括在垂直方向上，依照尺寸从大至小，从下至上依次间隔设置有至少三个贴片天线单元；所述至少三个贴片天线单元包括一个馈电贴片天线单元21和至少两个耦合贴片天线单元20、22 ;馈电贴片天线单元21福射核心谐振频点周围的核心频段的电磁波；率禹合贴片天线单元20、22，用于与馈电贴片天线单元21电磁耦合，以辐射拓展谐振频点周围的拓展频段的电磁波； 馈电金属柱3，与馈电贴片天线单元21连接，用于对馈电贴片天线单元21进行馈电。在本实施例中，以所述低剖面宽频带天线阵子包括三个贴片天线单元，即包括馈电贴片天线单元21和耦合贴片天线单元20、22为例进行描述，根据实际的需要，馈电贴片天线单元21的位置可以进行调整，当馈电贴片天线单元21位于至少三个贴片天线单元的最下方时，馈电金属柱3便可以直接与馈电贴片天线单元22连接。可选的，在馈电贴片天线单元21下方设置有至少一个耦合贴片天线单元，即设置有底层贴片天线单元22。当低剖面宽频带天线阵子包括三个贴片天线单元时，根据三个贴片天线单元的叠放次序，耦合贴片天线单元20、22分别为顶层贴片天线单元20和底层贴片天线单元22 ;其中，三个贴片天线单元的尺寸从大到小依次为底层贴片天线单元22、馈电贴片天线单元21和顶层贴片天线单元20。在反射板I、底层贴片天线单元22、馈电贴片天线单元21和顶层贴片天线单元20之间隔垫有塑料贴片4进行隔离，以实现反射板I、底层贴片天线单元22、馈电贴片天线单元21和顶层贴片天线单元20之间的间隔设置。在反射板I上设置有导电接头10，该导电接头10两侧分别为馈电金属柱3和传输线(图中未示出)，传输线传输的激励电流通过导电接头10传达至馈电金属柱3，并最终传输至馈电贴片天线单元21。在本应用场景中，馈电金属柱3位于底层贴片天线单元22外侦1J,向上方延伸，跨过底层贴片天线单元22与馈电贴片天线单元21连接。在本实施例中，当馈电贴片天线单元21处于非最底层时，因为馈电金属柱3从位于下方的耦合贴片天线单元外侧跨接馈电贴片天线21，此时所经过的路径过长，会造成激励电流的损耗和相位的扭曲，从而降低低剖面宽频带基站天线阵子的增益。为解决上述激励电流损耗和相位扭曲的问题，进一步的，如图2所示，馈电金属柱3穿过馈电贴片天线单元21下方的耦合贴片天线单元(在本实施例中为底层贴片天线单元22)上的通孔(图中未示出)与馈电贴片天线单元21连接。馈电金属柱3通过上述设置便可以缩短连接馈电贴片天线单元21的距离，进而降低馈电金属柱3传输激励电流时的损耗，并防止了相位的扭曲。当然，在馈电贴片天线单元21下方存在两个以上的耦合贴片天线单元时，馈电金属柱3可以穿过多个耦合贴片天线单元上分别设置的通孔连接馈电贴片天线单元21。
在低剖面宽频带天线阵子中，当馈电金属柱3穿过位于馈电贴片天线单元21下方的耦合贴片天线单元上所设置的通孔时，则可能因为抖动或偏移等情况出现馈电金属柱3直接与稱合贴片天线单元接触的问题。为了避免馈电金属柱3与耦合贴片天线单元直接接触的问题，进一步的，通孔表面涂覆有绝缘材料。通过在通孔表面涂覆绝缘材料，避免馈电金属柱3与耦合贴片天线单元的直接接触，避免了馈电金属柱3将激励电流加载于所穿过的耦合贴片天线单元上。另外，可以设置通孔的直径略大于所述馈电金属柱3的直径，从而一定程度上可以避免耦合贴片天线单元的偏移。在馈电点的激励下，馈电贴片天线单元21产生最关注的核心谐振频点，并向外辐射与核心谐振频点周围的核心频段的电磁波，核心频段为核心谐振频点周围一定频率范围 内的频段，该范围根据贴片天线单元的不同也有所变化，在此不作限定。所产生的核心谐振频点与馈电贴片天线单元21的尺寸相关，可根据实际需要进行设置，一般地，贴片天线单元的尺寸为λ/4至Xci之间，其中Xci为目标频率的波长。例如为了使核心谐振频点处于2. 12GHz，设置馈电贴片天线单元21为边长66. 8mm的正方形。另外，在谐振频点的位置驻波比也可以保持在较低的水平，也可以更容易地将激励电流或激励电磁波加载至贴片天线单元。为了拓展低剖面宽频带天线阵子的阻抗带宽，则需要产生用于拓展阻抗带宽的拓展谐振频点，并辐射对应的拓展频段的电磁波，其中拓展频段为拓展谐振频点周围一定范围内的频段，该范围根据贴片天线单元的不同也有所变化，在此不作限定。因此，也同样地需要设置与馈电贴片天线单元21相耦合的顶层贴片天线单元20和底层贴片天线单元22的尺寸。例如，设置顶层贴片天线单元20为边长62. 2mm的正方形，在受到馈电贴片天线单元21的耦合激励后，在2. 22GHz产生第一拓展谐振频点，并辐射出2. 22GHz周围的第一拓展频段的电磁波；设置底层贴片天线单元22为边长71. 2_的正方形，在所述馈电贴片天线单元21的耦合激励后，在I. 95GHz产生第二拓展谐振频点，并辐射出I. 95GHz周围的第二拓展频段。通过馈电贴片天线单元21所产生的核心谐振频点以及通过耦合贴片天线单元20,22所产生的用于拓展阻抗带宽的拓展谐振频点，如图3所示，使低剖面宽频带基站天线阵子的阻抗带宽曲线在所需要的频段I. 9-2. OGHz以及2. 1-2. 3GHz的范围保持了较低的驻波比(一般来说小于2)，进而实现了拓展低剖面宽频带天线阵子的阻抗带宽的目的。为了保证馈电贴片天线单元21所进行耦合激励的效果，各贴片天线单元之间的距离较小，这样一来，也可以实现基站天线小型化的目的。进一步的，为了使低剖面宽频带天线阵子的性能和小型化程度达到最佳，通过测试和仿真，确定顶层贴片天线单元20与馈电贴片天线单元21之间的距离Ii1为2_，馈电贴片天线单元21与底层贴片天线单元22之间的距离h2为2mm，反射板I和底层贴片天线单元22的之间的距离h3为3mm ;—个低剖面宽频带天线阵子的厚度约为7mm，小型化的程度也较好。在低剖面宽频带天线阵子进行电磁波的辐射时，馈电贴片天线单元21获取馈电金属柱3的激励电流，辐射核心谐振频点及所对应的核心频段的电磁波；顶层贴片天线单元20和底层贴片天线单元22受到核心频段的电磁波的耦合激励，分别辐射第一拓展谐振频点和第二拓展谐振频点所对应的拓展频段的电磁波。在低剖面宽频带天线阵子发射拓展频段的电磁波的过程中，反射板I对电磁波进行反射，使电磁波向对应的方向进行辐射，产生定向的辐射主瓣，如图4所示，在最需要的电磁波辐射频率I. 95GHz和2. 15GHz的增益分别可以达到10. 55dBi和10. 51dBi，保证了低剖面宽频带天线的增益。本发明实施例提供的低剖面宽频带天线阵子，在厚度上实现小型化，保证了天线阵列中的行间距和列间距，避免了在长度和宽度上对天线阵列进行小型化时所带来的隔离度降低、带宽变窄、增益下降的问题；馈电金属柱对馈电贴片天线单元进行馈电，产生核心谐振频点，并且通过与该馈电贴片天线单元相耦合的耦合贴片天线单元产生多个拓展阻抗带宽的拓展谐振频点，拓展了天线的阻抗带宽，实现了天线的宽带化。在本发明中，在低剖面宽频带天线阵子中可以设置为4个或更多贴片天线单元，以包含4个贴片天线单元为例，如图5所示，根据所需要的核心频点，可以将馈电金属柱3与对应的馈电贴片天线单元21连接。在本实施场景中，根据实际情况，所设置的若干贴片天线单元的中心可以不重合， 当然其中心也可以重合，在此不作限制。上述所述的低剖面宽频带天线阵子中，如果馈电贴片天线单元21和至少两个耦合贴片天线单元的中心偏移，则可能产生耦合不对称的情况，从而使阻抗带宽变窄，增益下降和主瓣平滑度下降等情况。为了避免上述情况，进一步的，所述至少三个贴片天线单元的中心在一条垂线上，即在至少三个贴片天线单元的中心在水平方向上的投影重合。通过中心相互对应的设置馈电贴片天线单元21和至少两个耦合贴片天线单元，便可以使馈电贴片天线单元21与耦合贴片天线单元的耦合对称，从而保证了低剖面宽频带天线阵子的带宽、增益以及主瓣的平滑度，进一步的保证了低剖面宽频带天线阵子的性倉泛。上述所述的低剖面宽频带天线阵子中，通过塑料贴片4实现多个贴片天线单元的间隔设置，但是，因为塑料贴片4的刚性较差且容易受温度的影响而变形，从而使各贴片天线单元之间的距离发生变化，并且塑料贴片4的高度无法调节，一旦设置完成后，便无法调节各贴片天线单元之间的距离。为解决上述问题，进一步的，如图6所示，至少三个贴片天线单元间隔设置于固定螺丝5上。所述固定螺丝5 —般为金属材料，并且在表面涂覆有绝缘材料以防止固定螺丝5导电所带来的影响。因为固定螺丝5的刚性较好、不易变形，不会使各贴片天线单元之间的距离出现抖动或变化，并且可以通过固定螺丝5上的螺纹对各贴片天线单元的位置进行调节，从而可以更好地设置和调整各贴片天线单元之间的距离。进一步的，所述的低剖面宽频带天线阵子，还包括垫片7，所述垫片7固定于所述固定螺丝5，并抵靠于所述至少三个贴片天线单元中最上方的贴片天线单元的上表面。例如可以在顶层贴片天线单元20与固定螺丝5的固定位置设置低介电常数的垫片7进行隔离，以避免固定螺丝5与顶层贴片天线单元20之间产生摩擦而磨损顶层贴片天线单元20的问题。当然根据实际情况也可以在固定螺丝5与其他贴片天线单元之间也设置垫片7，在此不作限制。上述所描述的低剖面宽频带天线阵子中，在进行多个贴片天线单元的安装时，需要逐个地安装，因此安装低剖面宽频带天线阵子的过程相对繁琐；并且在安装低剖面宽频带基站天线阵子的过程中，需要在位于最顶层的贴片天线单元和天线罩之间留下一定的空隙，以避免贴片天线单元受到天线罩外侧所施加的压力，对贴片天线单元形成挤压而其损坏，此时会增大低剖面宽频带基站天线阵子的厚度。为了降低安装低剖面宽频带天线阵子的繁琐程度，并降低低剖面宽频带天线阵子的厚度，进一步的，如图7和图8所示，在至少三个贴片天线单元中，位于最上方的贴片天线单元设置于所述天线罩6内侧表面。可选的，除最上方的贴片天线单元外，其余的贴片天线单元间隔设置于固定螺丝5上。在本实施场景中，为了便于描述，至少两个耦合贴片天线单元20、22分别为顶层·贴片天线单元20和底层贴片天线单元22，其中顶层贴片天线单元20位于多个贴片天线单元的最上方位置；该顶层贴片天线单元20贴合于天线罩6内侧表面，这样一来，在通过塑料贴片4或固定螺丝5安装完馈电贴片天线单元21和底层贴片天线单元22后，便可以将固定螺丝5固定于反射板I上，顶层贴片天线单元20可以在安装天线罩6的过程中完成安装，从而减少了通过塑料贴片4或固定螺丝5安装顶层贴片天线单元20的步骤，简化了基站天线的安装流程；可选的，将除最上方的贴片天线单元外，其余的贴片天线单元间隔设置于固定螺丝5上，可以更好地进行贴片天线单元的固定，并可以调节多个贴片天线单元之间的距离；当然，通过上述方式安装顶层贴片天线单元20时，也需要设置天线罩6的高度，以保证顶层贴片天线单元20与馈电贴片天线单元21之间的距离4。此时，也可以省去天线罩6与位于最顶层的顶层天片天线单元20之间所存在的间隙，进一步降低了低剖面宽频带天线阵子的厚度，并且通过在顶层贴片天线单元20和馈电贴片天线单元21之间的所预留的距离Ii1也可以进一步的避免天线罩6外侧所施加的压力对低剖面宽频带天线阵子所带来的挤压。进一步的，可以通过降低天线罩6的厚度等方式来避免天线罩6对顶层贴片天线单元20的覆盖的影响，例如，将天线罩6的厚度设置为λ/2，其中X1为在天线罩6的材料中目标频率的波长。与上述实施例中低剖面宽频带天线阵子相对应，本发明还提供了一种天线，包括反射板和设置于反射板上的上述任意一个实施例中的低剖面宽频带天线阵子。根据实际的需要，本实施例中的天线可以用于基站和终端等通信设备上，在此不作限制。本发明实施例提供的天线，在厚度上实现小型化，保证了天线阵列中的行间距和列间距，避免了在长度和宽度上对天线阵列进行小型化时所带来的隔离度降低、带宽变窄、增益下降的问题；馈电金属柱对馈电贴片天线单元进行馈电，产生最关注的核心谐振频点，并且通过与该馈电贴片天线单元相邻的耦合贴片天线单元耦合产生多个拓展阻抗带宽的拓展谐振频点，拓展了天线的阻抗带宽，实现了天线的宽带化。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，包括 在垂直方向上，依照尺寸从大至小，从下至上依次间隔设置有至少三个贴片天线单元; 所述至少三个贴片天线单元包括一个馈电贴片天线单元和至少两个耦合贴片天线单元；所述馈电贴片天线单元，用于辐射核心谐振频点周围的核心频段的电磁波；所述耦合贴片天线单元，用于与所述馈电贴片天线单元电磁耦合，以辐射拓展谐振频点周围的拓展频段的电磁波； 馈电金属柱，与所述馈电贴片天线单元连接，用于对所述馈电贴片天线单元进行馈电。
2.根据权利要求I所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，在所述馈电贴片天线 单元下方设置有至少一个耦合贴片天线单元。
3.根据权利要求2所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，所述馈电金属柱穿过所述馈电贴片天线单元下方的耦合贴片天线单元上的通孔与所述馈电贴片天线单元连接；或，所述馈电金属柱跨过所述馈电贴片天线单元下方的稱合贴片天线单元与所述馈电贴片天线单元连接。
4.根据权利要求3所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，所述通孔表面涂覆有绝缘材料。
5.根据权利要求I所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，所述至少三个贴片天线单元间隔设置于固定螺丝上。
6.根据权利要求5所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，还包括垫片，所述垫片固定于所述固定螺丝，并抵靠于所述至少三个贴片天线单元中最上方的贴片天线单元的上表面。
7.根据权利要求I所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，在所述至少三个贴片天线单元中，位于最上方的贴片天线单元设置于天线罩内侧表面。
8.根据权利要求7所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，除最上方的贴片天线单元外，其余的贴片天线单元间隔设置于固定螺丝上。
9.根据权利要求1-8任一所述的低剖面宽频带天线阵子，其特征在于，所述至少三个贴片天线单元的中心在一条垂线上。
10.一种天线，其特征在于，包括 反射板和设置于所述反射板上的如权利要求I、任意一项所述的低剖面宽频带天线阵子。
全文摘要
本发明公开了一种低剖面宽频带天线阵子和天线，属于通信技术领域，为解决现有技术中对天线进行小型化时隔离度降低、带宽变窄、增益下降的问题而设计。一种低剖面宽频带天线阵子，包括在垂直方向上，依照尺寸从大至小，从下至上依次间隔设置有至少三个贴片天线单元；至少三个贴片天线单元包括一个馈电贴片天线单元和至少两个耦合贴片天线单元；馈电贴片天线单元，用于辐射核心谐振频点周围的核心频段的电磁波；耦合贴片天线单元，用于与馈电贴片天线单元电磁耦合，以辐射拓展谐振频点周围的拓展频段的电磁波；馈电金属柱，与馈电贴片天线单元连接，用于对馈电贴片天线单元进行馈电。
文档编号H01Q1/36GK102882013SQ201210363618
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者赵建平, 孙保华, 王琳琳, 罗伟 申请人:华为技术有限公司