一种天线单元及天线阵列的制作方法

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种天线单元及天线阵列。

背景技术：

单个天线的增益有限且很难实现灵活的方向扫描，而天线阵列则具有更广的适用范围。根据香农定理可知，增大带宽可以提高信道容量。这也就要求在通信系统中作为接收和发射功能的天线具有超宽带的特性。

现有技术中，一般采用具有超宽带特性的天线单元，然后采用合适的布阵形式形成天线阵列。但是在布阵之后，由于地板以及天线单元之间互耦的影响，天线阵列和天线单元的工作参数会有所不同。为了达到预先设定的工作指标，需要采取某些方式来消除地板和天线单元之间的互耦效应，或对天线单元的形式进行一些修正，然后对整个天线阵列进行优化。这增加了阵列设计难度和工作量。虽然目前有紧耦合天线阵列，该类天线的馈电方式采用新型的馈电方式，以实现阵列的宽带宽角扫描。但天线的整体结构包含三层介质板，实现阵列的宽带宽角扫描，但天线的结构复杂，实施起来有很大的难度大。

基于此，本发明提供一种天线单元及天线阵列，以解决现有技术中的上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种天线阵列，用于解决现有技术中在制作天线单元时，馈电结构复杂，且因地板和天线单元之间的互耦效果导致天线阵列带宽减小的技术问题。

本发明提供一种天线单元，所述天线单元包括：介质基板，所述介质基板上设置有辐射部件及馈电部件；其中，所述馈电部件为微带巴伦；

所述介质基板包括：第一PCB板；

所述辐射部件包括：

第一辐射臂，所述第一辐射臂位于所述介质基板的一侧，所述第一辐射臂的背面设置有第一重合部；

第二辐射臂，所述第二辐射臂位于所述介质基板的另一侧，所述第二辐射臂的背面设置有第二重合部。

上述方案中，所述天线单元还包括：匹配层，所述匹配层位于所述介质基板的上方。

上述方案中，所述匹配层包括：第二PCB板。

上述方案中，所述第一重合部的长度及所述第二重合部的长度根据对所述天线单元的仿真结果确定。

上述方案中，所述微带巴伦包括：

第一微带巴伦，所述第一微带巴伦设置在所述介质基板的一侧；

第二微带巴伦，所述第二微带巴伦设置在所述介质基板的另一侧。

上述方案中，所述天线单元还包括：金属条，所述第一微带巴伦与所述第二微带巴伦通过所述金属条连接。

上述方案中，所述辐射部件的长度为λ/4；所述辐射部件的宽度为λ/40；所述λ为所述天线阵列的中心频率。

本发明还提供一种天线阵列，所述天线阵列包括如上述任一所述的N个天线单元，所述N不小于1。

上述方案中，所述天线阵列的扫描范围为0～50°。

本发明提供了一种天线单元及天线阵列，所述天线单元包括：介质基板，所述介质基板上设置有辐射部件及馈电部件；其中，所述馈电部件为微带巴伦；所述介质基板包括：第一PCB板；所述辐射部件包括：第一辐射臂，所述第一辐射臂位于所述介质基板的一侧，所述第一辐射臂的背面设置有第一重合部；第二辐射臂，所述第二辐射臂位于所述介质基板的另一侧，所述第二辐射臂的背面设置有第二重合部；如此，将馈电部件设置为微带巴伦，通过灵活地调整巴伦天线馈点之间的距离可以改变巴伦下方与上方的阻抗，从而可以为辐射部件提供平衡馈电。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的天线单元的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的介质基板的整体结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的天线阵列的整体结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的天线单元未添加馈电部件时的阻抗示意图；

图5为本发明实施例二提供的天线单元添加馈电部件时的阻抗示意图；

图6为本发明实施例二提供的对天线心单元添加馈电部件和未添加馈电部件时的电压驻波比；

图7为本发明实施例二提供的天线阵列中各天线中心单元的电压驻波比；

图8为本发明实施例二提供的天线阵列增益随频率变化时的示意图。

具体实施方式

为了解决天线单元馈电结构复杂，且因地板和天线单元之间的互耦效果导致天线阵列带宽减小的技术问题，本发明提供了一种天线单元及天线阵列，所述天线单元包括介质基板，所述介质基板上设置有辐射部件及馈电部件；其中，所述馈电部件为微带巴伦；所述介质基板包括：第一PCB板；所述辐射部件包括：第一辐射臂，所述第一辐射臂位于所述介质基板的一侧；第二辐射臂，所述第二辐射臂位于所述介质基板的另一侧。

下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例一

本实施例提供一种天线单元，如图1所示，所述天线单元包括：介质基板1及匹配层3；其中，为了更好地匹配整个天线阵列的阻抗，使得天线阵列在扫描时，天线阵列的阻抗可以随着扫描角度的变化引起较小的波动，进而拓宽扫描角度及范围，所述匹配层3设置在所述介质基板1的上方，优选地为正上方。同时匹配层3在介质基板1的上面，起到天线罩的效果，对天线有一定的保护作用。

这里，所述介质基板1可以为第一PCB板，所述匹配层3包括：第二PCB板，所述第一PCB板与所述第二PCB板的参数特性可以相同也可以不相同，本实施例中所述第一PCB板与所述第二PCB板的参数特性是相同的，比如可以为FR4等级的PCB板，所述第一PCB板与第二PCB板的介电常数为4.4。

实际应用中，所述地板2位于所述介质基板1的下方，优选地为正下方；并且为了减小馈电部件辐射的能量对天线阵列的影响，所述地板2上开设有一定尺寸的孔洞，所述馈电部件的一端穿过所述孔洞，延伸至所述孔洞的一侧，位于所述地板2的下方。具体地，所述地板2与所述辐射部件之间的距离为λ/4；所述λ为所述天线阵列的中心频率。

这里，为了降低加工难度，避免焊接或接头带来的插入损耗，所述介质基板1上设置有辐射部件及馈电部件；所述辐射部件及馈电部件可以集成在所述介质基板1上，其中，为了可以为辐射部件提供平衡的馈电，所述馈电部件具体可以包括微带巴伦，所述微带巴伦一方面可以降低天线单元的剖面尺寸，另一方面在对天线馈电的同时也起到了阻抗变换的作用，对天线起到了一定的阻抗匹配的效果，进一步拓展了天线的带宽。

具体地，参见图2，所述辐射部件包括：第一辐射臂41及第二辐射臂42；其中，所述第一辐射臂41位于所述介质基板1的一侧；所述第二辐射臂42位于所述介质基板2的另一侧。所述第一辐射臂41及所述第二辐射臂42的宽度为λ/40，所述第一辐射臂41及所述第二辐射臂42的长度为λ/4。

进一步地，因为在天线阵列中，相邻天线单元之间需要相互连接，因此，所述第一辐射臂41的背面设置有第一重合部51；所述第二辐射臂42的背面设置有第二重合部52。所述第一重合部51及所述第二重合部52的长度决定了相邻天线单元之间的互耦强度；所述第一重合部51及所述第二重合部52的长度需利用仿真软件对天线单元进行仿真，再根据仿真结果确定。

这里，将所述微带巴伦分为两个部分，包括：第一微带巴伦61及第二微带巴伦62，所述第一微带巴伦61设置在所述介质基板2的一侧；所述第二微带巴伦62设置在所述介质基板的另一侧。

另外，为了可以使得第一微带巴伦61及第二微带巴伦62相连接，所述天线单元还包括：金属条7，所述第一微带巴伦61与所述第二微带巴伦62通过所述金属条7连接。

具体地，所述介质基板1上设置有一通孔，所述金属条7的一端穿过所述通孔与所述第一微带巴伦61相连，所述金属条7的另一端与所述第二微带巴伦62相连。

实施例二

相应于实施例一，本实施例还提供一种天线阵列，如图3所示，所述天线阵列由所述实施例一提供的天线单元构成，具体为8×8的二维天线阵列。

该实施例中，所述第一辐射臂41及第二辐射臂42的长度为20mm，宽度为2mm；匹配层2的长度为2.6mm，宽度为2mm；第一重合部51及第二重合部52的长度为5mm。

利用仿真软件HFSS对未添加馈电部件的天线单元进行仿真，天线单元的阻抗结果如图4所示。在图4中，图形为阻抗的实部；图形为阻抗的虚部。

对添加馈电部件后的天线单元进行仿真时，天线单元的阻抗结果如图5所示。在图5中，图形为阻抗的实部；图形为阻抗的虚部。

分别对未添加馈电部件的天线单元和添加馈电部件的天线单元进行仿真时，天线单元的各电压驻波比VSWR如图6所示；其中，在图6中，图形为添加馈电部件的驻波比VSWR；图形为未添加馈电部件的驻波比VSWR。

利用仿真软件HFSS对天线阵列进行仿真计算，天线阵列中的天线中心单元的电压驻波比VSWR如图7所示；在图7中，为第一天线中心单元的电压驻波比VSWR；图形为第二天线中心单元的电压驻波比VSWR；为第三天线中心单元的电压驻波比VSWR；为第四天线中心单元的电压驻波比VSWR；需要说明的是，第一天线中心单元、第二天线中心单元、第三天线中心单元及第四天线中心单元分别为天线阵列中最中心的四个天线单元。

所述天线阵列的增益随频率变化结果如图8所示。

进一步地，参照图6，以VSWR<2为标准，实施例中天线采用理想端口单元未添加馈电时，天线带宽为1.5GHz-6GHz，添加馈电部件时带宽为1.6GHz-6.5GHz，由于馈电结构自身的阻抗对整个系统也起到了一定的匹配效果，由仿真结果可以看到低频段稍微有所恶化，但是高频段却有显著的改善，带宽范围也增加了不少。

参照图8，本实施例中天线单元的组成一个8×8的二维天线阵列，天线阵列增益随频率变化的关系，在1.4GHz-6.2GHz的工作频率范围内可以实现良好的增益，有限单元阵列由于受到耦合效果的影响，天线阵列实现了很大的带宽。

本发明实施例提供的天线单元及天线阵列能带来的有益效果至少是：

本发明提供了一种天线单元及天线阵列，所述天线单元包括：介质基板，所述介质基板上设置有辐射部件及馈电部件；所述介质基板包括：第一PCB板；所述辐射部件包括：第一辐射臂，所述第一辐射臂位于所述介质基板的一侧，所述第一辐射臂的背面设置有第一重合部；第二辐射臂，所述第二辐射臂位于所述介质基板的另一侧，所述第二辐射臂的背面设置有第二重合部；馈电部件为微带巴伦，通过灵活地调整巴伦天线馈点之间的距离可以改变巴伦下方与上方的阻抗，从而可以为辐射部件提供平衡馈电；并且，通过合理设置辐射部件上第一重合部及第二重合部的长度可以抵消地板与天线阵列平面之间的阻抗，拓展天线带宽；另外，由于将辐射部件与馈电部件集成在介质基板上，降低了天线单元的加工难度，避免焊接或接头带来的插入损耗，增加了天线单元的稳定性及工作效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。