辐射单元、天线阵列、天线装置及基站的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种辐射单元、天线阵列、天线装置及基站。


背景技术：

2.随着通信技术的不断进步，新生代移动通信技术(如5g)正逐渐普及。由于新生代移动通信技术的天线采用大规模多进多出(massive multiple in multiple out，massive mimo)技术，对于天线的要求也越来越高。由于天线需要收发不同频段的信号，因此交叉极化鉴别率是衡量天线性能的一项重要指标。
3.目前，相关技术中应用微带贴片天线作为辐射单元，微带贴片天线具有较高的交叉极化电平，导致信号复杂环境中易于衰落，会降低通信质量。为了降低微带贴片天线的交叉极化电平，采用缝隙耦合的形式对多层介质板层压，具有较高的加工难度。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本技术实施例提供了一种辐射单元、天线阵列、电子设备及基站，应用正交对称设置的第一馈电柱和第二馈电柱，实现了对两个极化耦合馈电，对辐射单元工作频段内信号具有增益，降低了辐射单元的交叉极化电平，并提高了辐射单元的交叉极化鉴别率。
6.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种辐射单元，包括：介质板，所述介质板至少设置有第一表面及腔体；辐射片，所述辐射片设置在所述介质板的第一表面上；第一馈电柱，与所述辐射片耦接，设置在所述介质板的腔体内；第二馈电柱，与所述辐射片耦接，设置在所述介质板的腔体内，所述第二馈电柱与所述第一馈电柱正交对称设置。
7.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种天线阵列，其特征在于，包括：至少两个如第一方面所述的辐射单元。
8.根据本技术实施例的第三方面，提供了一种天线装置，其特征在于，包括：至少一个如第二方面所述的天线阵列。
9.根据本技术实施例的第四方面，提供了一种基站，其特征在于，包括：至少一个如第二方面所述的天线阵列。
10.本技术实施例在辐射单元的介质板内设置腔体，在腔体内设置正交对称的馈电柱结构，并提高了天线的性能参数。
11.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
12.图1是根据本技术一实施例的辐射单元俯视图；
13.图2是根据本技术一实施例的辐射单元仰视图；
14.图3是根据本技术另一实施例的辐射单元仰视图；
15.图4是根据本技术一实施例的天线阵列俯视图；
16.图5是根据本技术一实施例的天线阵列仰视图；
17.图6是根据本技术一实施例的天线阵列立体图；
18.图7是根据本技术一实施例的天线阵列立体图。
19.附图标记：
20.辐射单元100；第一辐射单元101；第二辐射单元102；第三辐射单元103；第四辐射单元104；第五辐射单元105；第六辐射单元106；介质板110；辐射片120；匹配枝节130；第一馈电柱141；第二馈电柱142；限位柱150；第一公分馈电线路161；第二公分馈电线路162；第三公分馈电线路163；第四公分馈电线路164；第一馈电针171；第二馈电针172；第三馈电针173；第四馈电针174；金属孔180。
具体实施方式
21.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
22.说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
23.在本技术的描述中，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技术中的具体含义。
24.随着通信技术的发展，对于天线的技术指标要求越来越高。相关技术中的天线，常采用传统的振子和功分网络焊接的方式进行安装，采用缝隙耦合的形式对多层介质板110层压，具有较高的加工难度。
25.振子是天线内部最为重要的功能性部件。传统的振子结构设计复杂，体积大，重量较重，加工成型工序多，生产成本较高。交叉极化鉴别率是衡量基站天线性能的一项重要指标。在移动通信系统中，通常采用双极化天线的极化分集技术克服复杂环境中的信号衰落，改善通信质量。交叉极化鉴别率好的天线具有良好的正交极化特性，即在
±
60
°
的扇形服务区内，交叉极化方向图所表现的电平应该比相应角度上的主极化方向所表现的电平有明显的降低，显而易见，交叉极化鉴别率越大，两信号相关性就越小，分级效果就越好。为了满足新一代移动通信基站低剖面的需求，实现平面天线阵，通常选用微带贴片天线作为辐射单元100。然而微带贴片天线阵列的一个缺陷是具有较高的交叉极化电平，这限制了其在对交叉极化要求严格的场景的应用。为了降低其交叉极化电平，可以使用缝隙耦合的贴片天线形式，但该方法需要多块介质板110层压，提高了加工难度，也增加了成本。此外，相关技术的电偶极子体积大，常规的patch交叉极化比差。
26.基于此，本技术实施例提供了一种辐射单元100。例如，在一些实施例中，辐射单元
100采用p型耦合馈电结构，通过优化调整p型口径尺寸，以实现提高天线带宽的目的；在振子单元辐射片120周边加载矩形匹配枝节130，以增加天线的谐振频率点和改变天线辐射片120表面电流的路径，使天线在宽频带内的交叉极化电平整体下降的同时实现天线小型化；
27.在另一些实施例中，本发明基于塑料注塑、镭雕、电化镀技术，多个天线单元、塑料基材、功分馈电网络一体成型，代替传统的振子和公分网络焊接的方式，减少了零部件的数量，而且减轻了天线的整体重量,实现了天线的重量轻量化和集成化。
28.第一方面，本技术实施例提供了一种辐射单元100，参照图1和图2，辐射单元100，包括：介质板110，介质板110至少设置有第一表面及腔体；辐射片120，辐射片120设置在介质板110的第一表面上；第一馈电柱141，与辐射片120耦接，设置在介质板110的腔体内；第二馈电柱142，与辐射片120耦接，设置在介质板110的腔体内，第二馈电柱142与第一馈电柱141正交对称设置。
29.在一些实施例中，辐射单元100至少包括以下部分：介质板110、辐射片120、第一馈电柱141及第二馈电柱142。
30.在一些实施例中，辐射片120设置在介质板110上方。介质板110内设置有方形腔体，第一馈电柱141与第二馈电柱142设置在介质板110内部，第一馈电柱141中心的延长线与第二馈电柱142中心的延长线相交处呈九十度角。第一馈电柱141与第二馈电柱142对辐射片120形成
±
45度的两个极化耦合馈电。
31.在一些实施例中，在介质板110内设置腔体，在腔体内设置正交对称的馈电柱结构，并提高了天线的性能参数。
32.在一些实施例中，第一馈电柱141用于传输第一极化方向的辐射信号。第二馈电柱142用于传输第二极化方向的辐射信号。第一馈电柱141与第二馈电柱142的正交对称设置可以实现对辐射片120提供垂直极化耦合馈电。
33.在一些实施例中，腔体为方形腔体；第一馈电柱141从腔体第一顶角向腔体中心方向伸出，第二馈电柱142从腔体第二顶角向腔体中心方向伸出，使得第一馈电柱141与第二馈电柱142正交对称设置。
34.在一些实施例中，腔体设置为方形腔体可以降低在生产介质板110时的工序，提高生产效率。
35.在一些实施例中，第一馈电柱141与第二馈电柱142设置为应用相同的结构及材料，且第一馈电柱141与第二馈电柱142的中心线的延长线相交呈90度角。
36.在一些实施例中，第一馈电柱141的形状为“干”字型、p型或y型等；第二馈电柱142的形状为“干”字型、p型或y型等。
37.在一些实施例中，第一馈电柱141与第二馈电柱142设置为相同的形状，可以使射频单元在进行馈电时获得稳定的电流，提高辐射单元100工作时的稳定性。
38.在一些实施例中，当馈电柱的形状为p型时，如图2所示，馈电柱具有一个柱状的连接柱，连接柱的一端连接辐射单元100腔体的边缘。馈电柱在远离辐射单元100腔体的边缘，还具有封闭结构。封闭结构具有内径和外径。应用p型的馈电柱可以改善交叉极化电平，降低天线的不同极化之间的互耦。通过调整p型的内径、外径以及高度，可以实现对天线接收带宽的调整。设置p型馈电柱可以降低天线两极化之间的互耦。
39.在一些实施例中，图3是本技术另一实施例提供的辐射单元仰视图，如图3所示，第
一馈电柱141与第二馈电柱142的形状均为“干”字型。
40.在一些实施例中，当馈电柱的形状设置为“干”字型或y型时，如图3所示，馈电柱具有一个柱状的连接柱，连接柱连接辐射单元100腔体的边缘。馈电柱在远离辐射单元100腔体的边缘具有“干”字型结构。将当馈电柱的形状设置为“干”字型或y型可以针对不同的天线进行设置，降低天线两极化之间的互耦。
41.在一些实施例中，辐射单元100还包括：匹配枝节130，匹配枝节130设置在介质板110的第一表面上，匹配枝节130为伸出辐射片120的结构。
42.在一些实施例中，匹配枝节130的伸出辐射片120的结构包括：矩形十字型、或环形等。
43.在一些实施例中，当匹配枝节130的伸出辐射片120的结构为矩形时，矩形匹配枝节130短边的一端连接辐射片120，另一端向外伸出。当匹配枝节130的伸出辐射片120的结构为十字形时，十字型形匹配枝节130的一端连接辐射片120。设置不同形状的匹配枝节130可以提高辐射单元100的参数，通过对匹配枝节130参数的调整，进而调整辐射单元100的收发频率以适配不同频段及带宽。
44.在一些实施例中，匹配枝节130的伸出辐射片120的结构还可以设置为环形结构。匹配枝节130的长度根据谐振频率的不同进行设置，可以提高端口间的隔离度。设置匹配枝节130还可以改变天线辐射片120表面电流的路径，在使辐射单元100小型化的同时，提高了交叉极化电平。
45.在一些实施例中，辐射单元100还包括限位柱150，设置限位柱150可以使辐射单元100能够安装在其他结构上，例如基站等装置。
46.在一些实施例中，介质板110可以应用介电常数为4.0，厚为1.2mm，损耗角正切值为0.005的塑料基材。应用塑料基材进行介质板110的加工，可以提高介质板110的加工效率，降低辐射单元100的整体质量，同时能够满足辐射单元100的参数需求。
47.在一些实施例中，第一馈电柱141的高度设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.06至0.09倍；第二馈电柱142的高度设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.06至0.09倍。
48.在一些实施例中，当第一馈电柱141为p型结构时，具有第一矩形闭环区，第一矩形闭环区的内径边长设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.07至0.09倍；第一矩形闭环区外径边长设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.1至0.2倍；当第二馈电柱142为p型结构时，具有第二矩形闭环区，第二矩形闭环区的内径边长设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.07至0.09倍；第二矩形闭环区外径边长设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.1至0.2倍。
49.在一些实施例中，当匹配枝节的形状为矩形时，匹配枝节130的长度设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.08至0.1倍；匹配枝节130的宽度设置为辐射单元100工作频段的信号波长的0.02至0.04倍。
50.在一些实施例中，对如图1和图2所示的辐射单元100进行仿真验证。辐射单元100在0度的交叉极化电平下降21db，
±
60度的交叉极化电平下降9db。在3.35至3.65ghz频段的驻波比低于1.3，且隔离小于-23db。应用辐射单元100进行信号收发可以使天线在宽频带内的交叉极化电平整体下降的同时实现天线小型化。
51.在一些实施例中，介质板110使用一体成型工艺制成；辐射片120采用电镀工艺附着在介质板110的第一表面上。
52.在一些实施例中，使用一体成型工艺制成介质板110后，在将辐射片120及匹配枝节130应用一体成型的工艺电镀至介质板110上，简化了辐射单元100的生产流程，提高辐射单元100的生产效率。同时，介质板110制作时，可以应用塑料材质进行制作，降低了生产时的复杂度和成本，并降低了辐射单元100半身的重量。在完成介质板110的制作后，可以随后进行辐射片120及匹配枝节130的电镀或化学镀工艺，进一步提高了提高辐射单元100的生产效率，降低了生产成本。
53.在一些实施例中，匹配枝节130的伸出辐射片120的结构应用十字型。第一馈电柱141与第二馈电柱142的形状设置为“干”字型。匹配枝节130的伸出辐射片120的结构用于匹配辐射单元100的工作频段，并可以根据工作频段进行调整，实现工作频段的精细调整。第一馈电柱141与第二馈电柱142的形状应用“干”字型结构可以进一步提高辐射单元100的交叉极化鉴别率，通过调整“干”字结构的长宽高等相关尺寸，可以进一步优化辐射单元100的工作带宽。
54.在一些实施例中，匹配枝节130的伸出辐射片120的结构与馈电柱的形状可以根据辐射单元100本身的需求进行不同的设置，能够调整辐射单元100的工作带宽及频率。
55.第二方面，本技术实施例提供了以一种天线阵列阵列。参照图4至图7天线阵列，至少包括以下部分：介质板110；多个如第一方面任一实施例所述的辐射单元100。
56.在一些实施例中，第一辐射单元101；第二辐射单元102；第三辐射单元103；第四辐射单元104；第五辐射单元105；第六辐射单元106；第一功分馈电线路161；第二功分馈电线路162；第三功分馈电线路163；第四功分馈电线路164；第一馈电针171；第二馈电针172；第三馈电针173及第四馈电针174。
57.在一些实施例中，功分馈电线路用于将一个输入信号分成多个较小的输出信号，形成多端网络结构，提高了天线阵列的稳定性。
58.在一些实施例中，通过一体化成形的辐射单元100，以利于多振子天线阵列的结构设计和制作，从而便于组建大型或中型的天线阵列。例如，辐射单元100作为基础辐射单元，相邻的辐射单元通过功分馈电线路和馈电点进行级联连接，以形成天线阵列，从而组建大型或中型的天线阵列。例如，第二功分馈电线路162通过金属孔180连接第三辐射单元103，从而实现了对第三辐射单元103的馈电。通过功分馈电线路和馈电针向天线阵列进行馈电，以向外发送无线电磁信号。
59.在一些实施例中，天线阵列中的辐射单元100可以设置为采用相同的辐射单元100，也可以采用不同的辐射单元100。天线阵列中功分馈电线路和馈电针可以为相同或不同的辐射单元100进行馈电。应用不同的辐射单元100可以提高天线阵列的适应性。应用相同的辐射单元100可以提高生产效率，降低成本。
60.在一些实施例中，介质板110采用一体注塑成型，可以提高天线阵列的生产效率，简化了所需的部件，并降低了天线阵列的重量，可以适用于5g基站。在一些实施例中，辐射片120和伸出辐射片120的匹配枝节130应用电镀或化学镀的工艺一体成型。其中，使用一体化注塑工艺形成介质板110，介质板110为具有一个腔体和第一表面的切角矩形凸起结构，在切角矩形凸起结构的四周分别设置有伸出结构。再应用电镀或化学镀工艺，将辐射片120
和伸出辐射片120的匹配枝节130镀至介质板110的第一表面和切角矩形凸起结构四周的伸出结构上。
61.在一些实施例中，天线阵列中的第一辐射单元101、第二辐射单元102、第三辐射单元103、第四辐射单元104、第五辐射单元105及第六辐射单元106可以设置为采用相同的辐射单元，也可以设置为不同的辐射单元。
62.在一些实施例中，介质板110采用一体注塑成型，可以提高天线阵列的生产效率，简化了所需的部件，一次加工可以获得具有六个辐射单元100的天线阵列基板。再通过电镀或化学镀工艺，将辐射片120和匹配枝节130制作在介质板110上，以形成第一辐射单元101、第二辐射单元102、第三辐射单元103、第四辐射单元104、第五辐射单元105及第六辐射单元106。
63.在一些实施例中，天线阵列中还可以设置有至少一个中间切割条。中间切割条可以将天线阵列快速分离，在应用时可以选取具有特定数量辐射单元100的天线阵列，实现天线阵列的快速选取。通过灵活的选择具有不同辐射单元100的天线阵列，可以实现对不同信号的收发需求。
64.在一些实施例中，功分馈电线路与馈电针呈对应的关系。
65.在一些实施例中，天线阵列中还包括金属孔180。功分馈电线路的输出端连接金属孔180，实现天线阵列的功分馈电。同时，设置金属孔180可以简化天线阵列中的电路，减少了材料消耗，并进一步降低了天线阵列的重量。
66.在一些实施例中，介质板110应用塑料注塑工艺制成。功分馈电线路槽应用镭雕工艺制成。功分馈电线路、馈电针、辐射片120及匹配枝节130采用电镀或者化学镀的形式制成。
67.在一些实施例中，天线阵列还可以包括不同个辐射单元100，例如，2个、3个、4个等等。设置具有不同个数辐射单元100的天线阵列可以适应大规模多进多出massive mimo技术的要求，实现多个信号同步收发，提高了天线阵列的信号收发能力，以适应新的移动通信技术对于天线阵列的要求。
68.在一些实施例中，天线阵列中的功分馈电线路和馈电针可以针对辐射单元100的数量进行调整。
69.第三方面，本技术实施例提供了以一种天线装置，包括：至少一个如上述的天线阵列。
70.在一些实施例中，天线装置包括基带设备、射频设备、一体化gnb设备以及其他形态的设备。其中，基带设备包括bbu、cu、du等不同类型的物理设备。射频设备包括aau和rru等设备。线装置采用天线阵列可以降低重量，实现了天线装置整体的轻量化和集成化。
71.第四方面，本技术实施例提供了以一种基站，包括：至少一个如上述的天线阵列。本发明主要应用于5g通信的基站天线领域。
72.大规模天线阵列系统(即massive mimo)是5g通信的核心技术，5g大规模天线阵列的应用使得振子数量大幅度增加。目前，主流的阵列天线主要使用压铸或者pcb振子作为辐射单元，馈电形式以pcb板馈电为主，不仅剖面高、体积大且重、而且装配复杂，不适合当前及未来的5g大规模mimo天线阵列。
73.本发明的实施例一方面通过在辐射单元添加p型结构和匹配枝节，实现振子低剖
面的同时，有效降低了交叉极化电平，拓宽带宽；另一方面通过采用注塑一体成型技术和镭雕、电化镀技术，使得多个辐射单元、功分网络模块化，代替传统的振子和公分网络焊接的方式，减少了零部件的数量，而且减轻了天线的整体重量，实现了天线的重量轻量化和集成化。
74.在一些实施例中，基站采用天线阵列可以降低重量，实现了基站整体的轻量化和集成化。
75.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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，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。
76.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。