天线单元、天线模块及大规模阵列天线的制作方法

本发明涉及移动通信技术领域，涉及一种天线单元、天线模块及大规模阵列天线。

背景技术：

随着移动通信技术和应用的迅猛发展，关于第五代移动通信技术(外文缩写为5g)已进入试商用阶段。

目前，现有技术提出的5g天线方案，其天线单元通常包括金属基体底板和设于金属基体底板上的金属隔板。其中，金属基体底板常采用金属压铸或钣金工艺成型，隔板通常采用金属压铸、铝型材拉挤或钣金工艺成型，以满足基于5g大规模密集高频阵列的天线对布局空间多样的需求，然而在工程实践中这样的结构具有以下弊端：一是天线单元较重，从而导致天线整机系统难以实现轻量化设计；二是5g大规模密集高频阵列的基体底板尺寸往往较大，在金属基体底板一体成型的过程中，为了提高产品的一致性，金属基体底板的厚度往往需增厚，由此将进一步加重天线单元重量；三是金属隔离件只能通过螺钉固定于金属基体底板上或者采用焊接/金属压铸工艺与金属基体底板固定连接，一方面在5g高频段应用的背景下，采用螺钉固定的方式难以满足5g高频段天线对辐射边界缝隙的要求，另一方面无论上述三种中的任意一种连接方式，都存在5g天线的插损较高、互调隐患增多、一致性较差以及装配复杂的问题。

此外，现有技术提出的5g天线方案，其馈电网络多采用pcb形式，馈电网络通常采用螺钉固定连接与基体底板上，辐射单元通常采用金属压铸、钣金或pcb振子，辐射单元与馈电网络之间通常直接焊接或通过同轴电缆焊接连接，不仅装配复杂，生产成本较高，还会具有较多焊点，同样难以满足低插损、低互调和高一致性的指标要求。

由此可见，现有技术提出的5g天线方案仍存在较多技术问题，面对5g产业全球进程的加快，如何实现天线轻量化，同时简化天线结构，提升天线性能指标，已变得日益迫切。

技术实现要素：

基于此，本发明提供了一种天线单元、天线模块及大规模阵列天线，旨在实现天线的轻量化，同时简化天线结构，提升天线性能。

为了解决上述技术问题，本发明的天线单元采用的技术方案是：

一种天线单元，包括：

一体成型的非金属基体，所述非金属基体包括基体底板和设于所述基体底板顶面的隔板，所述基体底板的顶面设有第一金属层，所述第一金属层至少部分作为馈电网络电路层，所述基体底板的底面设有使所述基体底板能作为反射板的第二金属层，所述隔板的至少一个侧面设有使所述隔板能作为辐射边界的第三金属层；

第一馈电柱，所述第一馈电柱设于所述基体底板的顶面，所述第一馈电柱用于支承辐射单元并电性连接所述辐射单元和所述馈电网络电路层；

第二馈电柱，所述第二馈电柱设于所述基体底板的底面并用于电性连接设于所述基体底板底部的校准网络；

所述第一馈电柱和所述第二馈电柱与所述非金属基体通过一体成型工艺形成一个整体。

进一步的，所述第一馈电柱和/或所述第二馈电柱包括非金属柱及设于所述非金属柱外表面的第四金属层，所述辐射单元和所述馈电网络电路层之间通过所述第四金属层电性连接，所述非金属柱与所述非金属基体一体注塑成型。

进一步的，所述第一馈电柱和/或所述第二馈电柱为金属柱，所述非金属基体与所述金属柱通过注塑工艺一体成型并相互固定连接在一起。

进一步的，所述第二馈电柱包括用于与所述校准网络的电路层电性连接的第一柱体以及用于与所述校准网络的地层连接的第二柱体，所述第一柱体与所述第二柱体间隔设置。

进一步的，所述辐射单元包括非金属基板及设于所述非金属基板表面的第五金属层，所述辐射单元通过所述第五金属层与所述第一馈电柱电性连接。

进一步的，所述辐射单元由金属材料或pcb板制成。

进一步的，所述辐射单元至少有两个，所述第一馈电柱至少有两个，各所述辐射单元分别设于不同的所述第一馈电柱上；

所述馈电网络电路层包括功分电路，至少两个所述辐射单元之间通过所述功分电路连接从而组成一个子阵。

进一步的，所述辐射单元上设有安装定位孔，所述第一馈电柱的顶部设有尺寸小于所述第一馈电柱并能与所述安装定位孔配合的定位柱。

本发明提供的天线模块采用的技术方案是：

一种天线模块，包括多个上述天线单元，多个所述天线单元的非金属基体一体成型，多个所述天线单元呈阵列分布。

本发明提供的大规模阵列天线采用的技术方案是：

一种大规模阵列天线，包括上述天线模块。

基于上述技术方案，本发明的天线单元、天线模块及大规模阵列天线，相对于现有技术至少具有以下有益效果：

本发明的天线单元、天线模块及大规模阵列天线，通过采用基体底板和隔板一体成型的非金属基体，并使所述第一馈电柱和所述第二馈电柱与所述非金属基体通过一体成型工艺形成一个整体，可实现反射板、辐射边界及馈电网络的高度集成，大幅减轻了天线的重量，并能极大的简化加工制作及装配流程，降低生产成本，整体结构简单紧凑，产品一致性好，有利于达到5g高频段天线对产品精度的高标准、降低插损、减少互调隐患，使天线整机系统的电气性能得到明显提升；此外，还可利用基体底板作为馈电网络的介质层，一体化的第一馈电柱和第二馈电柱方便的实现了辐射单元和校准网络的馈电连接，相对于传统的采用巴伦及馈电环的结构而言，还有利于实现低剖面设计，满足5g天线对于小型化更高要求，适用于大规模商用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种天线单元的正视分解结构示意图；

图2为图1所示天线单元的背视分解结构示意图；

图3为应用图1所示天线单元的天线模块的局部结构示意图；

图4为应用图1所示天线单元的天线模块的正视分解结构示意图；

图5为图4所示天线模块的背视分解结构示意图；

图6为图4和图5所示天线模块的轴测视图；

附图标记说明：

100-辐射单元；101-安装定位孔；200-非金属基体；210-基体底板；220-隔板；310-第一馈电柱；311-定位柱；320-第二馈电柱；320a-第一柱体；320b-第二柱体；400-馈电网络电路层；500-校准网络；501-第一焊盘；502-第二焊盘。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

还需要说明的是，以下实施例中的上、下、顶、底、侧等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

参照图1和图2，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：一体成型的非金属基体200，该非金属基体200包括基体底板210和设于基体底板210顶面的隔板220，基体底板210的顶面设有至少部分作为馈电网络电路层400的第一金属层，基体底板210的底面设有使基体底板210能作为反射板的第二金属层，隔板220的至少一个侧面设有使隔板220能作为辐射边界的第三金属层；第一馈电柱310，该第一馈电柱310设于基体底板210的顶面，第一馈电柱310用于支承辐射单元100并电性连接辐射单元100和馈电网络电路层400；第二馈电柱320，该第二馈电柱320设于基体底板210的底面并用于电性连接设于基体底板210底部的校准网络500；第一馈电柱310和第二馈电柱320与非金属基体200通过一体成型工艺形成一个整体。

参照图3至图6，本发明实施例还提供了一种天线模块，包括多个上述天线单元，多个天线单元的非金属基体200一体成型，多个天线单元呈阵列分布。

上述天线单元和天线模块，通过采用基体底板210和隔板220一体成型的非金属基体200，并使第一馈电柱310和第二馈电柱320与非金属基体200通过一体成型工艺形成一个整体，可实现反射板、辐射边界及馈电网络的高度集成，大幅减轻了天线的重量，并能极大的简化加工制作及装配流程，降低生产成本，整体结构简单紧凑，产品一致性好，有利于达到5g高频段天线对产品精度的高标准、降低插损、减少互调隐患，使天线整机系统的电气性能得到明显提升；此外，还可利用基体底板210作为馈电网络的介质层，一体化的第一馈电柱310和第二馈电柱320方便的实现了辐射单元100和校准网络500的馈电连接，相对于传统的采用巴伦及馈电环的结构而言，还有利于实现低剖面设计，满足5g天线对于小型化更高要求，适用于大规模商用。

参照图2，在实际应用时，第二馈电柱320包括用于与校准网络500的电路层电性连接的第一柱体320a以及用于与校准网络500的地层接地连接的第二柱体320b，第一柱体320a与第二柱体320b间隔设置。第一柱体320a和第二柱体320b可以都与基体底板210一体成型工艺形成一个整体，以进一步提高集成化。对应的，在校准网络500上设有用于连接第一柱体320a以馈电的第一焊盘501和用于接地的第二焊盘502。具体在本实施例中，第二柱体320b有两个，在校准网络500上设有两个第二焊盘502，各第二焊盘502与各第二柱体320b一一对应。

在部分实施例中，为了进一步简化工艺，上述第一馈电柱310可包括非金属柱和设于非金属柱外表面的第四金属层，辐射单元100和馈电网络电路层400之间通过第一馈电柱310的第四金属层电性连接，非金属柱与非金属基体200一体注塑成型。同理，上述第二馈电柱320也可包括非金属柱和设于非金属柱外表面的第四金属层，具体在本实施例中作为第二馈电柱320的第一柱体320a和第二柱体320b均可以包括非金属柱和设于非金属柱外表面的第四金属层，如此，辐射单元100和校准网络500的电路层之间通过第一柱体320a的第四金属层电性连接，校准网络500的地层和第二金属层之间通过第二柱体320b的第四金属层电性连接，非金属柱与非金属基体200一体注塑成型；这种情况下，应当理解的是，为了实现第一金属层中的馈电网络电路层400与校准网络500的电性连接，基体底板210上还优选设有金属化过孔，以实现馈电网络电路层400与第一柱体320a的第四金属层的电性连接。

在部分实施例中，上述第一馈电柱310也可以采用金属柱，非金属基体200与金属柱通过注塑工艺一体成型并相互固定连接在一起。同理，上述第二馈电柱320也可以采用金属柱，非金属基体200通过注塑工艺一体成型于金属柱的底部并相互固定连接在一起。例如，在注塑工艺中，可以将作为第一馈电柱310的金属柱和作为第二馈电柱320的金属柱置于注塑模具中，从而使非金属基体200注塑成型后与金属柱固连成一个整体。这样的结构，制作工艺流程简单，易于大批量生产，不仅可使第一馈电柱310和第二馈电柱320与非金属基体200之间连接强度较好，还可很容易的达到较好的组装精度，具有较好的一致性。在部分实施例中，上述基体底板210还可通过热熔工艺与金属柱固定连接在一起；充分利用非金属的可塑性，同样可以较为方便的实现金属柱与基体底板210的可靠连接。

在部分实施例中，上述辐射单元100可以采用金属材料压铸或钣金一体成型的金属辐射片或者采用pcb板制成。

在部分实施例中，上述辐射单元100包括非金属基板及设于非金属基板表面的第五金属层，辐射单元100通过第五金属层与第一馈电柱310电性连接。这样可减轻辐射单元100的重量，提高辐射单元100的精度，简化辐射单元100的结构，便于加工，对进一步实现天线的轻量化具有更好的效果。

上述非金属基体200以及辐射单元100的非金属基板均优选一体注塑成型，具体可采用树脂、塑料等非金属材料通过注塑工艺一体成型。上述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层及第五金属层可采用表面电镀、lds(激光直接成型)工艺、印刷等金属化工艺实现；各金属层的材质均优选为铜。

参照图1、图3、图4和图6，在部分实施例中，该天线单元可包括至少两个辐射单元100和至少两个第一馈电柱310，各辐射单元100分别设于不同的第一馈电柱310上；馈电网络电路层400包括功分电路，多个辐射单元100之间通过功分电路连接从而组成一个子阵。具体在本实施例中，每个子阵可以包括两个或三个或四个或六个等数量的辐射单元100，且应当理解的是，每个子阵的各辐射单元100之间间隔设置。通过功分电路将多个辐射单元100合并成一个子阵，可减小接头数量，降低成本，辐射单元100与馈电网络的空间布局结构更加紧凑，在5g大规模阵列天线组阵空间有限的前提下，能大幅降低实际部署难度。

参照图1、图3和图4，具体在本实施例中，每个辐射单元100优选由四个第一馈电柱310支撑，四个第一馈电柱310均匀分布于辐射单元100的底部辐射单元100，以利于提高天线单元结构的稳定性和可靠性。

参照图1、图3、图4和图6，作为本发明的一个优选实施例，上述辐射单元100上设有安装定位孔101，第一馈电柱310的顶部设有尺寸小于第一馈电柱310并能与安装定位孔101配合的定位柱311。如此，不仅能方便的实现辐射单元100的可靠安装，还可有利于提高装配精度，进而使得天线的一致性更好。当上述第一馈电柱310采用非金属柱与非金属基体200一体注塑成型时，上述定位柱311也优选采用非金属柱与上述非金属基体200一体注塑成型。

作为本发明的一个优选实施例，参照图1、图3和图6，在基体底板210的正投影面上，辐射单元100被包括在隔板220的设置范围内。在实际应用时，可在各子阵的四周设置隔板220。这对于5g高频段天线而言，可以起到更好的隔离效果，减少各天线子阵间的互耦，电气性能更加优异。

本发明实施例还提供了一种大规模阵列天线，包括上述天线模块。应当理解的是，在大规模阵列天线中可以包括多个分别制作的天线模块，多个天线模块可以通过拼接组装于天线罩中并呈阵列分布，以进一步提高组装的便利性，并降低制作难度。

上述大规模阵列天线，由于与上述天线单元和天线模块实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明天线单元和天线模块实施例相同，具体内容可参见本发明天线单元和天线模块实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，上述天线单元和天线模块并不局限用于5g移动通信的大规模阵列天线，也可用于2g、3g、4g移动通信的天线中。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。