一种低剖面塑料振子及5G基站天线的制作方法

一种低剖面塑料振子及5g基站天线
技术领域
[0001]
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种低剖面塑料振子及5g基站天线。


背景技术：

[0002]
5g的大规模应用推广，为5g基站天线行业带来了巨量的市场需求。与传统的2g～4g基站天线相比，5g基站天线采用大规模阵列天线来实现massive mimo技术和波束赋形技术，从而大大增加通信速率。然而，5g基站天线阵列规模的增加也大大增加了天线阵列的体积、重量和成本。如何有效地减小基站天线阵列的体积、重量和成本，是基站天线设计中必须考虑的关键问题。
[0003]
为了有效降低天线阵列体积，基站天线的振子的高度也从传统的四分之一波长左右降低到了十分之一左右，给基站天线设计带来了很大的挑战。为了降低基站天线振子的高度，目前主要采用降低偶极子天线振子高度和采用贴片天线方案。文献1(r wu,qx chu.base-station antennas in wireless communications:a low-profile-loop,resonator-loaded broadband antenna.ieee antennas&propagation magazine,pp.127-137,2019.)提出了一种利用谐振结构来减低天线振子的方法，然而其高度也只能降低到天线的五分之一波长，且天线的性能有所下降。而贴片天线则存在着带宽窄和增益低的问题；文献2(xj yang，l ge,jp wang,and c.y.d.sim.a differentially driven dual-polarized high-gain stacked patch antenna.ieee antennas and wireless propagation letters,vol.17,no.7,pp.1181-1185,2018.)提出了一种利用差分馈电的多层贴片天线方案来提升贴片天线的方案的带宽和增益。该方案的缺点在于其对工艺的要求较高，且加工成本较高，不利于大规模工业化生产。
[0004]
为了有效降低天线重量和成本，传统的压铸金属振子不再适用，5g基站天线的材料形式主要为pcb和塑料振子形式。pcb振子是目前基站天线的主流形式，而塑料振子则有可能成为pcb振子的替代方案。与pcb振子相比，塑料振子具有成本低、集成度和产品良率高等优势。在文献3(中国实用新型专利cn208460951u)中，飞荣达申请了一种一体式塑料天线振子方案。然而，该方案中并未涉及基站天线振子的具体设计，对于能否满足基站天线的尺寸和性能要求也没有涉及。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种电性能优良的低剖面塑料振子及5g基站天线。
[0006]
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种低剖面塑料振子，包括一体成型的底板、支撑架及基板，支撑架连接基板与底板，基板的顶面设有呈正方形的金属辐射体，连接架上设有相耦合的馈电走线与第一导体，所述底板的底面设有通过第一导体与所述金属辐射体导通的第二导体；
[0007]
所述金属辐射体的中央设有十字槽，所述十字槽将所述金属辐射体均分为四个矩
形片，每个所述矩形片上分别设有矩形窗，所述金属辐射体的四个角部分别设有第一缝隙；
[0008]
所述第一缝隙的一端连接其所靠近的所述矩形窗的角部，其另一端连接所述金属辐射体的角部的尖端；
[0009]
所述十字槽的各个端部分别连接有第二缝隙，所述第二缝隙平行于其所靠近的所述金属辐射体的侧边设置。
[0010]
进一步的，所述十字槽包括垂直相交的两个第三缝隙，每个所述第三缝隙均连接一组相互平行的两个所述第二缝隙。
[0011]
进一步的，所述第三缝隙与第二缝隙的连接处位于所述第二缝隙的中点。
[0012]
进一步的，所述第二缝隙到其所靠近的所述金属辐射体的侧边的距离小于该第二缝隙到其所靠近的所述矩形窗的距离。
[0013]
进一步的，所述底板的顶面设有与所述馈电走线电连接的馈电网络。
[0014]
进一步的，所述支撑架呈十字形，所述支撑架包括垂直相交的两个支撑板，两个所述支撑板的一侧分别设有所述馈电走线，两个所述支撑板的另一侧分别设有所述第一导体，每个所述第一导体的底端均具有间隔设置的两个脚部，第一导体通过所述脚部连接所述第二导体。
[0015]
进一步的，所述矩形片上设有馈电区，所述基板上具有对应于所述馈电区设置的开孔，所述第一导体经由所述开孔导通所述矩形片。
[0016]
进一步的，至少一个所述支撑板上设有供另一个所述支撑板上的所述馈电走线穿过的开窗。
[0017]
进一步的，所述底板上设有供第一导体贯穿和/或用于底板、支撑架及基板三者一体成型的贯穿口。
[0018]
为了解决上述技术问题，本实用新型还采用以下技术方案：5g基站天线，包括上述低剖面塑料振子。
[0019]
本实用新型的有益效果在于：本低剖面塑料振子具有高度低、重量轻和集成度高的优点，更重要的是本低剖面塑料振子的驻波、隔离度和交叉极化比等电性能优良，特别适合用于5g sub-6ghz频段的宏基站和小基站。本低剖面塑料振子中基板、支撑架和底板三者一体成型，易于加工、生产效率高、制造成本低且产品批量一致性好。
附图说明
[0020]
图1为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的整体结构的结构示意图；
[0021]
图2为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的中的基板的俯视图；
[0022]
图3为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的中的支撑架的结构示意图；
[0023]
图4为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的中的支撑架的正视图；
[0024]
图5为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的中的支撑架的后视图；
[0025]
图6为本实用新型实施例一的低剖面塑料振子的中的底板的局部区域的俯视图。
[0026]
标号说明：
[0027]
1、底板；2、支撑架；3、基板；4、金属辐射体；5、馈电走线；6、第一导体；7、第二导体；8、十字槽；9、矩形片；10、矩形窗；11、第一缝隙；12、第二缝隙；13、第三缝隙；14、支撑板；15、脚部；16、馈电区；17、连接部；18、开窗；19、贯穿口；
[0028]
d、第二缝隙到其所靠近的金属辐射体的侧边的距离；
[0029]
h、第二缝隙到其所靠近的矩形窗的距离。
具体实施方式
[0030]
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0031]
请参照图1至图6，一种低剖面塑料振子，包括一体成型的底板1、支撑架2及基板3，支撑架2连接基板3与底板1，基板3的顶面设有呈正方形的金属辐射体4，连接架上设有相耦合的馈电走线5与第一导体6，所述底板1的底面设有通过第一导体6与所述金属辐射体4导通的第二导体7；
[0032]
所述金属辐射体4的中央设有十字槽8，所述十字槽8将所述金属辐射体4均分为四个矩形片9，每个所述矩形片9上分别设有矩形窗10，所述金属辐射体4的四个角部分别设有第一缝隙11；
[0033]
所述第一缝隙11的一端连接其所靠近的所述矩形窗10的角部，其另一端连接所述金属辐射体4的角部的尖端；
[0034]
所述十字槽8的各个端部分别连接有第二缝隙12，所述第二缝隙12平行于其所靠近的所述金属辐射体4的侧边设置。
[0035]
本实用新型的有益效果在于：本低剖面塑料振子具有高度低、重量轻和集成度高的优点，更重要的是本低剖面塑料振子的仿真结果中驻波、隔离度和交叉极化比等电性能优良，特别适合用于5g sub-6ghz频段的宏基站和小基站。本低剖面塑料振子中基板3、支撑架2和底板1三者一体成型，易于加工、生产效率高、制造成本低且产品批量一致性好。
[0036]
进一步的，所述十字槽8包括垂直相交的两个第三缝隙13，每个所述第三缝隙13均连接一组相互平行的两个所述第二缝隙12。
[0037]
进一步的，所述第三缝隙13与第二缝隙12的连接处位于所述第二缝隙12的中点。
[0038]
由上述描述可知，十字槽8设置容易。
[0039]
进一步的，所述第二缝隙12到其所靠近的所述金属辐射体4的侧边的距离小于该第二缝隙12到其所靠近的所述矩形窗10的距离。
[0040]
由上述描述可知，该结构具有带宽较宽、交叉极化比更优异的优势。
[0041]
进一步的，所述底板1的顶面设有与所述馈电走线5电连接的馈电网络。
[0042]
由上述描述可知，将馈电网络设于底板1的顶面可以使低剖面塑料振子的集成度更高。
[0043]
进一步的，所述支撑架2呈十字形，所述支撑架2包括垂直相交的两个支撑板14，两个所述支撑板14的一侧分别设有所述馈电走线5，两个所述支撑板14的另一侧分别设有所述第一导体6，每个所述第一导体6的底端均具有间隔设置的两个脚部15，第一导体6通过所述脚部15连接所述第二导体7。
[0044]
由上述描述可知，支撑板14上第一导体6底部中间由一定宽度的缝隙隔开从而形成两个脚部15并通过脚部15与底板1的第二导体7相连接，从而形成天线的巴伦结构、天线阻抗匹配和极化间隔离。
[0045]
进一步的，所述矩形片9上设有馈电区16，所述基板3上具有对应于所述馈电区16
设置的开孔，所述第一导体6经由所述开孔导通所述矩形片9。
[0046]
由上述描述可知，金属辐射体4上中间的四个馈电区16与第一导体6层相连，从而将电磁波从馈电走线5上传导到金属辐射体4上进而辐射出去。可选的，所述馈电区16呈矩形切槽状。
[0047]
进一步的，至少一个所述支撑板14上设有供另一个所述支撑板14上的所述馈电走线5穿过的开窗18。
[0048]
由上述描述可知，开窗18的设置便于馈电走线5的加工。
[0049]
进一步的，所述底板1上设有供第一导体6贯穿和/或用于底板1、支撑架2及基板3三者一体成型的贯穿口19。
[0050]
由上述描述可知，贯穿口19的作用：(1)用来让第一导体6穿过以让其能够连接第二导体7；(2)当底板1、基板3及支撑架2采用注塑的方式一体成型时，贯穿口19能够方便注塑。
[0051]
5g基站天线，包括上述低剖面塑料振子。
[0052]
由上述描述可知，5g基站天线至少具有上述低剖面塑料振子的全部有益效果。
[0053]
实施例一
[0054]
请参照图1至图6，本实用新型的实施例一为：5g基站天线，包括低剖面塑料振子，请结合图1至图3，所述低剖面塑料振子包括一体成型的底板1、支撑架2及基板3，支撑架2连接基板3与底板1，基板3的顶面设有呈正方形的金属辐射体4，连接架上设有相耦合的馈电走线5与第一导体6，所述底板1的底面设有通过第一导体6与所述金属辐射体4导通的第二导体7；所述金属辐射体4的中央设有十字槽8，所述十字槽8将所述金属辐射体4均分为四个矩形片9，每个所述矩形片9上分别设有矩形窗10，所述金属辐射体4的四个角部分别设有第一缝隙11；所述第一缝隙11的一端连接其所靠近的所述矩形窗10的角部，其另一端连接所述金属辐射体4的角部的尖端；所述十字槽8的各个端部分别连接有第二缝隙12，所述第二缝隙12平行于其所靠近的所述金属辐射体4的侧边设置。本实施例中，四个所述矩形窗10呈2x2阵列设置，所述第一、二导体分别呈板状或者说是呈片状。
[0055]
所述底板1、支撑架2及基板3三者既可以是通过3d打印一体成型的，也可以是通过注塑工艺一体成型的。塑料材质的所述底板1、支撑架2及基板3，介电常数稳定、介电损耗正切角低。
[0056]
如图2所示，具体的，所述十字槽8包括垂直相交的两个第三缝隙13，每个所述第三缝隙13均连接一组相互平行的两个所述第二缝隙12，所述第三缝隙13与第二缝隙12的连接处位于所述第二缝隙12的中点。形象点来说，连接同一个所述第三缝隙13的两个第二缝隙12与该第三缝隙13形成工字型结构。优选的，两个所述第三缝隙13的相交点即为所述金属辐射体4的中心点；两个所述第三缝隙13的长度相等、宽度相同；四个所述第二缝隙12的长度相等、宽度相同。
[0057]
所述第二缝隙12到其所靠近的所述金属辐射体4的侧边的距离d小于该第二缝隙12到其所靠近的所述矩形窗10的距离h。该结构具有带宽较宽、交叉极化比优良的优势。
[0058]
请结合图3和图4，为了提高低剖面塑料振子的集成度，所述底板1的顶面设有与所述馈电走线5电连接的馈电网络(图未示)。为了延长馈电走线5，设于支撑架2上的馈电走线5可以具有若干个弯折部，弯折部的具体个数可以根据实际情况设置。容易理解的，馈电走
线5由不同宽度的矩形金属体连接而成，通过合理设置各段金属体的宽度、长度即可完成对电路的阻抗匹配和塑料振子的有效馈电，提高了塑料振子的驻波、降低了塑料振子的高度。
[0059]
请结合图3至图5，详细的，所述支撑架2呈十字形，所述支撑架2包括垂直相交的两个支撑板14，两个所述支撑板14的一侧分别设有所述馈电走线5，两个所述支撑板14的另一侧分别设有所述第一导体6，每个所述第一导体6的底端均具有间隔设置的两个脚部15，第一导体6通过所述脚部15连接所述第二导体7。需要理解的，每个支撑板14上的第一导体6分别与位于斜对角的两个所述矩形片9一一对应导通。如图2所示，更详细的，所述矩形片9上设有馈电区16，所述基板3上具有对应于所述馈电区16设置的开孔(图未示)，所述第一导体6经由所述开孔导通所述矩形片9，本实施例中，所述馈电区16呈矩形切槽状，所述矩形切槽与第一缝隙11共线设置。为了让所述矩形片9上有足够的空间来设置所述馈电区16以及低剖面塑胶振子电性能的改善，所述矩形窗10靠近所述十字槽8的中心的角部设有呈三角形的连接部17，所述连接部17连接所述矩形窗10相邻的两个侧边，换句话来说，所述连接部17填充了所述矩形窗10的靠近所述十字槽8的中心的角部。不难理解的，所述金属辐射体4在加工所述矩形窗10的时候就可以将所述连接部17预留出来。
[0060]
如图3和图4所示，为方便馈电走线5的设置，至少一个所述支撑板14上设有供另一个所述支撑板14上的所述馈电走线5穿过的开窗18。本实施例中，两个所述支撑板14上分别设有供馈电走线5穿过的开窗18。
[0061]
请结合图1和图6，进一步的，所述底板1上设有供第一导体6贯穿和/或用于底板1、支撑架2及基板3三者一体成型的贯穿口19。本实施例中，所述底板1上设有呈矩形的贯穿口19和两个呈三角形的贯穿口19，两个呈三角形的贯穿口19的尺寸存在差别，其中，呈矩形的贯穿口19用于供第一导体6贯穿，从而让第一导体6能够与所述底板1的底面的第二导体7相连；呈三角形的贯穿口19根据尺寸大小分为两种，尺寸较小的一种是专用用来方便注塑成型工艺的实施的，尺寸较大的一种既起到供第一导体6穿过的作用，又起到方便实施注塑成型工艺的作用。
[0062]
综上所述，本实用新型提供的低剖面塑料振子及5g基站天线，具有高度低、重量轻和集成度高的优点，更重要的是本低剖面塑料振子的驻波、隔离度和交叉极化比等电性能优良，特别适合用于5g sub-6ghz频段的宏基站和小基站。本低剖面塑料振子中基板、支撑架和底板三者一体成型，易于加工、生产效率高、制造成本低且产品批量一致性好。
[0063]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。