天线单元、具有其的阵列天线及天线系统的制作方法

本实用新型涉及天线领域，具体而言，涉及一种天线单元、具有其的阵列天线及天线系统。

背景技术：

随着通信技术的发展，第五代移动通信技术即将进行广泛应用，对用于通信的天线的信号传输能力的要求越来越高。相关技术中，用于通信的天线的每个天线单元仅在基板上开设一个狭小的缝槽，利用同轴线或波导馈电，构成一个开槽天线。该方案中天线的增益低，天线的主瓣宽度过窄，不利于天线信号的多方向收发，即当天线应用于手机等移动终端时，容易导致手机在多个方向上接收不到信号，天线的信号传输能力差。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一方面提出了一种至少在一定程度上能具有较好的信号传输性能的天线单元。

本实用新型的第二方面提出了一种具有上述天线单元的阵列天线。

本实用新型的第三方面提出了一种具有上述天线单元的天线系统。

根据本实用新型第一方面所述的天线单元，包括金属基体、辐射槽和馈线槽，所述辐射槽和所述馈线槽均开设在所述金属基体上，所述天线单元的馈电点和接地点分别形成在所述馈线槽相对的两端，所述辐射槽与所述馈线槽连通，所述辐射槽的槽宽大于所述馈线槽的槽宽。

根据本实用新型第一方面所述的天线单元，通过设置辐射槽，天线单元的增益较高，主瓣宽度较大，具有较好的信号传输性能。

根据本实用新型所述的天线单元，所述馈线槽呈长条形，所述辐射槽为圆形槽，所述馈线槽的槽宽为0.2mm-0.5mm，所述辐射槽的半径为2.5mm-3mm。

根据本实用新型所述的天线单元，所述馈线槽呈长条形，所述辐射槽为矩形槽，所述馈线槽的槽宽为0.2mm-0.5mm，所述辐射槽的相邻的两条边的边长分别为5mm-6mm以及4.5mm-5.5mm。

根据本实用新型所述的天线单元，所述馈线槽的中心线沿所述馈线槽与所述辐射槽的连通方向穿过所述辐射槽的中心。

根据本实用新型所述的天线单元，所述馈线槽与所述辐射槽的连接处的相对两侧分别设有用于匹配所述天线单元的阻抗的金属阻抗匹配条。

进一步地，每条所述金属阻抗匹配条沿所述馈线槽的反方向向所述辐射槽内延伸。

更进一步地，所述金属阻抗匹配条的宽度为0.2mm-1mm，所述金属阻抗匹配条伸入所述辐射槽内的长度为0.5mm-1.5mm。

进一步地，所述金属阻抗匹配条与所述金属基体为一体件。

根据本实用新型第二方面所述的阵列天线，设有金属基板和多个如本实用新型第一方面所述的天线单元，多个所述天线单元的所述金属基体均一体形成在所述金属基板上。

根据本实用新型第二方面所述的阵列天线，阵列天线具有较好的信号传输性能。

根据本实用新型第三方面所述的天线系统，设有移动终端和如本实用新型第二方面所述的天线单元，所述阵列天线设置在所述移动终端上，所述移动终端适于通过所述阵列天线接收和/或发送信号。

根据本实用新型第三方面所述的天线系统，所述移动终端通过阵列天线具有较好的信号传输性能，提升了人员使用移动终端的体验。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的第一个实施例的天线单元的结构示意图；

图2是本实用新型第二个实施例的天线单元的结构示意图；

图3是本实用新型第三个实施例的天线单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的天线单元的辐射功率随天线单元的俯仰角的变化图；

图5是本实用新型实施例的天线单元的回波损耗随信号频率的变化图。

附图标记：

天线单元100，金属基体1，辐射槽2，馈线槽3，金属阻抗匹配条4，馈电点5，接地点6。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图并参考具体实施例描述本实用新型。

首先结合图1-图5描述本实用新型实施例的天线单元100。

如图1-图5所示，本实用新型实施例的天线单元100可以包括金属基体1、辐射槽2和馈线槽3，辐射槽2和馈线槽3均开设在金属基体1上，金属基体1具有良好的电磁信号的接收和发射能力。馈线槽3与辐射槽2连通，天线单元100的馈电点5和接地点6分别形成在馈线槽3相对的两端，馈电点5与接地点6之间的连线垂直于馈线槽3与辐射槽2的连通方向。

天线单元100的主要原理主要是通过设置辐射槽2和馈线槽3，切断金属基体1的电流通路，扰动基体1的电流，使辐射槽2和馈线槽3受到激励，此时辐射槽2和馈线槽3就成为波导的负载。

由上述解释，本领域的技术人员可以知道，馈线槽3就成为波导的负载，与天线馈线所起到的作用相同，从而无需设置现有技术中的天线馈线，馈线槽3实现天线馈线的传输天线信号的功能。

需要说明的是，为保证馈线槽3的天线馈线的功能，馈线槽3的宽度不能过大，通过设置辐射槽2，且令辐射槽2的槽宽大于馈线槽3的槽宽，如图1-图3所示，槽宽是指辐射槽或馈线槽沿图中箭头所示方向的宽度，即当辐射槽2不是圆形的时候，辐射槽2相对两侧边缘之间的距离大于馈线槽3相对两侧边缘之间的距离(如图3中箭头所示)，当辐射槽为圆形的时候，辐射槽2的直径大于馈线槽3相对两侧边缘之间的距离(如图1和图2中箭头所示)。

由此，较宽的辐射槽2相对较窄的馈线槽3可以令金属基体1具有更好的收发信号的能力，且同时令馈线槽3形成天线馈线而实现天线馈线的功能。由此辐射槽2可以增强天线单元100的天线增益，且可以使天线单元100在多个方向均匀良好的信号收发能力，增宽天线单元100的主瓣宽度，与现有技术中每个天线单元仅在基板上开设一个狭小的缝槽相比，本实用新型实施例中的天线单元100具有较好的信号传输性能。

如图4示出了本实用新型实施例的天线单元100的主瓣宽度，天线单元100的功率增益为14dBi,其半功率波瓣宽度即为主瓣最大值两侧，功率通量密度下降到最大值的一半的部分，从图中可以看出，此范围较大，超过了200°，由此可以看出本实用新型的天线单元100具有较宽的主瓣宽度，即天线单元100在各个方向均具有较高的信号强度。

由此，当天线单元100设置在手机、平板电脑等移动终端内，移动终端通过阵列天线接收和/或发送信号时，可以使移动终端在多个方向均能保证较高的信号强度，提升了移动终端的用户体验。

此外，由于无需设置真实的天线馈线，仅需在金属基板上开槽即可，天线单元100的结构简单，便于制造，同时减小了占用空间。

在本实用新型的一些可选的实施例中，天线单元100的馈电点5和接地点6均与功率放大器相连，功率放大器进一步与移动终端的信号接收端连接，由此天线单元100接收的信号通过功率放大器放大后，进一步传输至移动终端。

在一些具体的实施例中，如图1和图2所示，馈线槽3为长条形，辐射槽2为圆形槽，馈线槽3沿长度方向的一端与辐射槽2连通，馈线槽3的槽宽为0.2mm-0.5mm(例如馈线槽3的槽宽可以为0.2mm，0.3mm或0.5mm)，辐射槽2的半径为2.5mm-3mm(例如辐射槽2的半径可以为2.5mm，2.8mm或3mm)。由此，可以保证馈线槽3具有合适的距离以实现现有技术中的天线馈线的功能，同时辐射槽2具有合适的宽度(辐射槽2的宽度此时约等于28GHz毫米波的半个波长)以使天线单元100对于5G(第五代移动通信技术，5th-Generation)通信技术中常用的28GHz的毫米波具有较强的信号收发能力。

在另一些具体的实施例中，如图3所示，馈线槽3为长条形，辐射槽2为矩形槽，馈线槽3沿长度方向的一端与辐射槽2连通，馈线槽3的槽宽为0.2mm-0.5mm(例如馈线槽3的槽宽可以为0.2mm，0.3mm或0.5mm)，辐射槽2的相邻的两条边的边长分别为5mm-6mm以及4.5mm-5.5mm，即矩形的辐射槽2的一条边的边长为5mm-6mm(例如为5mm，5.5mm或6mm)，与辐射槽2的该边相邻的辐射槽2的另一条边为4.5mm-5.5mm(例如为4.5mm，5mm或5.5mm)，上述的两条边分别为辐射槽2的长边和宽边。

由此，可以保证馈线槽3具有合适的距离以实现天线馈线的功能，同时辐射槽2具有合适的宽度(辐射槽2的宽度此时约等于28GHz毫米波的半个波长)以使天线单元100对于5G通信技术中常用的28GHz的毫米波具有较强的信号收发能力。

在其他具体的实施例中，辐射槽2的形状还可以为椭圆或者五边形、六边形等其他多边形。

具体地，如图1-图3所示，馈线槽3的中心线沿馈线槽3与辐射槽2的连通方向穿过辐射槽2的中心，换言之，馈线槽3与辐射槽2可以以馈线槽3的沿馈线槽3与辐射槽2的连通方向延伸的中心线轴对称分布。例如在馈线槽3为圆形槽的示例中，如图1和图2所示，馈线槽3的沿长度方向延伸的中心线的延长线穿过辐射槽2的圆心。在馈线槽3为矩形槽的示例中，如图3所示，馈线槽3的沿长度方向延伸的中心线的延长线垂直平分辐射槽2的与馈线槽3的连接边。

由此，辐射槽2和馈线槽3在金属基体1上对称布置，从而金属基体1内的电流强度可以对称分布，且使金属基体1的波导阻抗分布均匀，天线单元100可以更均匀地接收各个方向的信号。

具体地，如图2和图3所示，馈线槽3与辐射槽2的连接处的相对两侧、即馈线槽3与辐射槽2的连接处的槽的两个相对边缘处分别设有金属阻抗匹配条4，金属阻抗匹配条4用于匹配天线单元100的阻抗，以改善天线单元100的回波损耗。

更加具体地，如图2和图3所示，每条金属阻抗匹配条4沿馈线槽3的反方向向辐射槽2内延伸。由此两条金属阻抗匹配条4互相平行，天线单元100的形状对称度更高，天线单元100可以更均匀地接收各个方向的信号。

更加具体地，金属阻抗匹配条4的宽度为0.2mm-1mm(例如金属阻抗匹配条4的宽度为0.2mm，0.5mm或1mm)，金属阻抗匹配条4伸入辐射槽2内的长度为0.5mm-1.5mm(例如金属阻抗匹配条4伸入辐射槽2内的长度为0.5mm，1mm或1.5mm)。

由此，如图5所示，天线单元100的回波损耗在5G通信技术中常用的28GHz的毫米波信号传输过程中小于-35db，从而天线单元100可以更好地在5G通信技术中传输信号，阵列天线中的多个天线单元100之间的信号干扰度也很小。

具体地，金属阻抗匹配条4与金属基体1为一体件，由此无需单独制造金属阻抗匹配条4并将金属阻抗匹配条4与金属基体1连接，天线单元100更便于制造。

下面描述本实用新型实施例的阵列天线。

本实用新型实施例的阵列天线设有金属基板和如本实用新型上述任一种实施例的天线单元100，多个天线单元100的金属基体1均一体形成在金属基板上。即可以在金属基板上开设多组辐射槽2和馈线槽3即可形成阵列天线，阵列天线的制造简单。

阵列天线中的多个天线单元100可以呈直线、平面阵列或三维阵列分布，阵列天线采用串联不等功分馈电网络或者并联等功分馈电网络或者其他馈电方式进行馈电。优选地，阵列天线可以采用并联等功分馈电网络进行馈电。

根据本实用新型实施例的阵列天线，通过设置天线单元100，阵列天线具有较好的信号传输性能。

下面描述本实用新型实施例的天线系统。

根据本实用新型实施例的天线系统，设有移动终端和如本实用新型第二方面的天线单元100，移动终端为手机、平板电脑、可穿戴物品等设备，阵列天线设置在移动终端上，在一些示例中，移动终端可以通过阵列天线接收信号。在另一些示例中，移动终端可以通过阵列天线发送信号。在又一些示例中，移动终端可以通过阵列天线接收和发送信号。

根据本实用新型实施例的天线系统，移动终端通过阵列天线具有较好的信号传输性能，提升了人员使用移动终端的体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。