一种辐射天线及其辐射单元的制作方法

1.本发明涉及天线设备领域，特别涉及一种辐射天线及其辐射单元。


背景技术：

2.天线振子是基站天线领域应用最多的形式，占基站的80％以上。现有的天线振子大多包括如下几种形式：贴片振子阵列、偶极子振子(dipole)、差分贴片天线、缝隙天线等。其中，现有dipole天线的辐射单元中所使用的辐射体(也可称为“振子”)，包括振子辐射臂、馈电网络和巴伦，巴伦理论的高度通常设置为四分之一波长，因此振子的体积较大。
3.其中，贴片振子的天线尺寸小、容易开模，但是由于尺寸原因导致辐射效率和隔离度不好，需要增加反射板、差分馈电网络或者边界条件来提升隔离和辐射效率，因此增加装配工序和成本。差分贴片天线通过差分馈电网络提高贴片天线的隔离度，能够去掉隔离边界，但是同时会导致天线带宽和跟踪指数变差，损耗也同时增加。
4.偶极子天线的综合性能比较优秀，但是该天线性能受尺寸影响非常大，当减小尺寸时，往往无法保持固有带宽和性能。
5.缝隙天线具备贴片天线低剖面、小尺寸的优点，但是其本身带宽很窄、且辐射效率比较低，因此很少用于基站天线。
6.由此可见，现有的各种天线振子均不能同时解决尺寸大、带宽窄、隔离度差的问题，这样无法适应5g-mimo(第五代移动通信技术-多入多出天线)的要求。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种辐射天线及其辐射单元，其通过将巴伦设计双缝并联加载支节开/短路，获得带宽和异极化隔离改善，从而在减小尺寸的同时保持辐射单元的带宽和性能。
8.本发明的一个实施例提供一种天线的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元包括：
9.振子辐射电路板，其上印制成对设置的振子辐射臂；
10.一对振子巴伦电路板，用于支撑所述振子辐射电路板，其上印制振子巴伦，一对振子巴伦电路板相互垂直交叉，以形成相互垂直的两个极化方向的振子；
11.每个所述振子巴伦具有两个沿着水平方向延伸的开槽，两个开槽沿着高度方向平行间隔排列，以在两个开槽之间形成沿着水平方向延伸的加载支节；
12.一对振子巴伦电路板的加载支节短接，以形成异极化隔离。
13.在一个实施例中，每个所述加载支节包括第一加载支节和第二加载支节，第一加载支节和第二加载支节分别自振子巴伦电路板的两端朝向振子巴伦电路板的中线水平延伸，第一加载支节和第二加载支节的端部间隔设置；
14.一对振子巴伦电路板的第一加载支节的端部短接。
15.在一个实施例中，一对振子巴伦电路板的第二加载支节的端部开路并联。
16.在一个实施例中，所述第二加载支节的长度为1/8波长。
17.在一个实施例中，每个所述振子巴伦进一步包括：
18.馈电电路；
19.寄生馈电电路，所述寄生馈电电路邻近所述馈电电路的至少一部分，以与所述馈电电路耦合。
20.在一个实施例中，所述寄生馈电电路包括相互平行设置的第一寄生支节和第二寄生支节，第一寄生支节和第二寄生支节沿着振子巴伦电路板的高度方向设置，且顶端连接为一体。
21.在一个实施例中，所述第一寄生支节和第二寄生支节的底端与所述振子巴伦电路板共地面；
22.所述第一寄生支节和第二寄生支节中的至少一个通过其底端接地。
23.在一个实施例中，所述馈电电路包括沿着振子巴伦电路板的高度方向设置的第一馈电支节和自第一馈电支节的顶端向内弯折的第二馈电支节，
24.所述寄生馈电电路设置于所述第一馈电支节的外侧。
25.本发明的另一实施例还提供了一种辐射天线，包括多个如上所述的辐射单元，所述辐射单元间隔地设置于一基板上，所述辐射单元之间不具有隔离壁。
26.由以上技术方案可知，在本实施例中，通过在振子巴伦上形成两个沿着水平方向延伸的开槽，这种双缝加载的结构能够而在两个开槽之间形成一个沿水平方向延伸的加载支节，两个振子巴伦(两个极化方向)上的加载支节相互并联，本实施例将相互并联的两个加载支节短接，可形成一个等效于四分之一波长的高阻抗，从而遏制由于低剖面失配而引起的散射场，以实现提高天线异极化隔离度的目的。
27.本实施例的辐射单元将缝隙与短接的加载支节相结合，通过并联加载和极化短路来解决尺寸减小所导致的带宽和性能变差的问题。在本实施例中，天线的异极化隔离通过短接的加载支节来实现，相邻的辐射单元之间可无需另外设置隔离墙和反射板，从而实现减少工序和材料成本、降低开模难度、提高一致性的优点。
附图说明
28.以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
29.图1是本发明的一种辐射单元的第一实施例的结构示意图。
30.图2是图1中一个振子巴伦电路板的结构示意图。
31.图3是图1和图2中的辐射单元的天线的加载支节是否短接的隔离度曲线对比图。
32.图4和图5是本发明的一种辐射单元的第二实施例的结构示意图。
33.图6是图4中一个振子巴伦电路板的结构示意图。
34.图7是图4和图5中的辐射单元的天线回波损耗s11曲线和插入损耗s21曲线的对比图。
35.图8是本发明的一种辐射单元的第三实施例中的一个振子巴伦电路板的结构示意图。
具体实施方式
36.为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明
的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
37.在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
38.为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
39.本发明的目的在于提供一种辐射天线及其辐射单元，其通过将并联加载支节短接而形成异极化隔离，从而在减小尺寸的同时保持辐射单元的带宽和性能。
40.图1是本发明的一种辐射单元的第一实施例的结构示意图。图2是图1中一个振子巴伦电路板的结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供一种天线的辐射单元，包括：
41.振子辐射电路板1，其上印制成对设置的振子辐射臂11；
42.一对振子巴伦电路板2，用于支撑振子辐射电路板1，其上印制振子巴伦，一对振子巴伦电路板2相互垂直交叉，以形成相互垂直的两个极化方向的振子；
43.每个振子巴伦具有两个沿着水平方向延伸的开槽21，两个开槽21沿着高度方向平行间隔排列，以在两个开槽21之间形成沿着水平方向延伸的加载支节22；
44.一对振子巴伦电路板2的加载支节22短接，以改善异极化隔离。
45.该辐射单元的辐射体包括振子辐射臂11和振子巴伦，其中振子辐射臂11成对设置，其印制在振子辐射电路板1上，振子巴伦印制在振子巴伦电路板2上。其中，振子巴伦电路板2竖直地设置在振子辐射电路板1的下方，以将振子辐射电路板1支撑为沿水平方向延伸。
46.如图1所示，振子辐射臂11可以为多个，其由金属片实现，并且多个振子辐射臂11处于同一平面内。振子辐射臂11成对设置，在本实施例中，以振子辐射臂11设置为两对、并且两对振子辐射臂相互垂直。其中，所谓的成对布置可以是每对振子辐射臂11对称分布。
47.振子巴伦所在的振子巴伦电路板2支撑上述的振子辐射臂11所在的振子辐射电路板1，对应于振子辐射臂11设置为两对的情况，如图1所示，本实施例中具有两个振子巴伦电路板2，两个振子巴伦电路板2相互垂直地交叉设置，以形成稳定的十字支撑结构，其中每个振子巴伦电路板2对应地支撑一对振子辐射臂11，并且每个振子巴伦电路板2的延伸方向对应于一对振子辐射臂11的极化方向，因此，两个振子巴伦电路板2的极化方向相互垂直。
48.可选地，两个振子巴伦电路板2的形状相同，但是其上印制的振子巴伦的结构可以选择为相同或者不同。
49.在本实施例中，通过在振子巴伦上形成两个沿着水平方向延伸的开槽21，这种双缝加载的结构能够而在两个开槽21之间形成一个沿水平方向延伸的加载支节22，两个振子巴伦(两个极化方向)上的加载支节22相互并联，本实施例将相互并联的两个加载支节22短接，可形成一个等效于四分之一波长的高阻抗，从而遏制由于尺寸减小、低剖面失配而引起的散射场，以实现提高天线异极化隔离度的目的。
50.本实施例的辐射单元将缝隙21与短接的加载支节22相结合，通过并联加载和极化短路来解决尺寸减小所导致的带宽和性能变差的问题。如图3所示，当将加载支节短接后，本实施例的辐射单元的隔离度可从18db提升至26db。在本实施例中，天线的异极化隔离通过短接的加载支节来实现，相邻的辐射单元之间可无需另外设置隔离墙和反射板，从而实
现减少工序和材料成本、降低开模难度、提高一致性的优点。
51.图4至图6是本发明的一种辐射单元的第二实施例的结构示意图。如图6所示，每个加载支节22包括第一加载支节221和第二加载支节222，第一加载支节221和第二加载支节222分别自振子巴伦电路板2的两端朝向振子巴伦电路板2的中线水平延伸，第一加载支节221和第二加载支节222的端部间隔设置。
52.其中，如图4所示，一对振子巴伦电路板2的第一加载支节221的端部短接。进一步地，如图5所示，一对振子巴伦电路板2的第二加载支节222的端部开路并联。
53.第二加载支节222的端部悬空以形成开路效果，开路的第二加载支节222用于实现l型加载等效lc(电感电容)电路，以通过该lc电路加载电抗，从而实现展宽带宽的作用。
54.在本实施例中，通过在两个开槽21之间形成两个加载支节，并且两个加载支节的连接方式不同，其中，两个第一加载支节221短接，以通过形成一个等效于四分之一波长的高阻抗，从而遏制由于尺寸减小、低剖面失配而引起的散射场，以实现提高天线异极化隔离度的目的。而两个第二加载支节222开路，以通过等效的lc电路加载电抗，在提高隔离度的基础上进一步展宽带宽。
55.本实施例的辐射单元在尺寸减小的基础上，仅通过在振子巴伦上设置两个平行间隔排列的开槽即可形成两个加载支节，并通过两个并联加载支节的不同的连接方式的组合而实现提高异极化隔离度和展宽带宽的目的，本实施例的辐射单元在辐射振子尺寸减小的情况下，能够实现相同的、甚至更优的带宽和性能。
56.图7是图4和图5中的辐射单元的天线回波损耗s11曲线和插入损耗s21曲线的对比图。如图7所示，在目前15db以下可以实现700mhz的带宽。
57.其中，在图4和图5所示的第二实施例中，第二加载支节222的长度，两个第二加载支节222的端部之间的缝隙大小、两个开槽21的宽度均可调整，以调整由lc电路加载的电抗。
58.在一个优选实施例中，第二加载支节222的长度为1/8波长。
59.图8是本发明的一种辐射单元的第三实施例中的一个振子巴伦电路板的结构示意图。如图8所示，每个振子巴伦进一步包括：
60.馈电电路23；
61.寄生馈电电路24，寄生馈电电路24邻近馈电电路23的至少一部分，以与馈电电路23耦合。
62.馈电电路23用于为振子巴伦供电，其馈电点大多位于振子巴伦的底部边缘，并且自振子巴伦的底部边缘向上延伸。本实施例在馈电电路23的附近设置与其耦合的寄生馈电电路24，通过对馈电电路23的寄生耦合，而在频带内形成同极化隔离度。
63.本实施例的设置寄生馈电电路的方案可与第一实施例的在振子巴伦中设置短接的并联加载支节的方案相结合，以同时提高辐射单元的同极化隔离度和异极化隔离度；也可与第二实施例的在振子巴伦中同时设置短接的并联加载支节和开路的并联加载支节的方案相结合，以在提高辐射单元的同极化隔离度和异极化隔离度的基础上，进一步展宽带宽，以提高辐射天线的辐射性能。
64.其中，如图8所示，为了在有限的空间内实现更优的天线性能，寄生馈电电路24包括相互平行设置的第一寄生支节241和第二寄生支节242，第一寄生支节241和第二寄生支
节242沿着振子巴伦电路板2的高度方向设置，且顶端连接为一体。
65.即，寄生馈电电路24形成为一个倒u形的形状，以增加寄生馈电电路24的长度。
66.其中，形成为倒u形的形状的原因在于寄生馈电电路24需要进行接地连接，因此，第一寄生支节241和第二寄生支节242的底端设置于振子巴伦电路板2的底边；第一寄生支节241和第二寄生支节242中的至少一个通过其底端接地。
67.寄生馈电电路24可选择为仅一端接地或者两端同时接地的方案，以结合与馈电电路的寄生耦合选择性地调整频带内的同极化隔离度。在一个实施例中，本实施例的辐射单元能够提升约2db的同极化隔离度，并且可进一步具有扩展带宽的作用。
68.通常情况下，馈电电路在振子巴伦的底部边缘开始延伸，并且由于其为振子巴伦中的各部件馈电的特性而需要在振子巴伦电路板2上的大部分区域上分布，其中同时包括宽度方向上和高度方向上。具体地，馈电电路23包括沿着振子巴伦电路板2的高度方向设置的第一馈电支节231和自第一馈电支节231的顶端向内弯折的第二馈电支节232，即馈电电路23在宽度方向上需要自振子巴伦电路板的一端朝向另一端延伸，因此需要具有向内弯折的第二馈电支节232。
69.为了提高寄生馈电电路24能够设置的空间和尽可能增加寄生馈电电路24的长度，寄生馈电电路24设置于第一馈电支节231的外侧，以在其向上延伸的方向上避让向内弯折的第二馈电支节232。
70.在本发明的另一实施例中还提供了一种辐射天线，其包括多个如上所述的辐射单元，其中，多个辐射单元间隔地设置于一基板上，并且相邻的辐射单元之间不具有隔离壁、隔离墙、反射板等边界条件。
71.由以上技术方案可知，在本实施例中，通过在振子巴伦上形成两个沿着水平方向延伸的开槽，这种双缝加载的结构能够而在两个开槽之间形成一个沿水平方向延伸的加载支节，两个振子巴伦(两个极化方向)上的加载支节相互并联，本实施例将相互并联的两个加载支节短接，可形成一个等效于四分之一波长的高阻抗，从而遏制由于低剖面失配而引起的散射场，以实现提高天线异极化隔离度的目的。
72.本实施例的辐射单元将缝隙与短接的加载支节相结合，通过并联加载和极化短路来解决尺寸减小所导致的带宽和性能变差的问题。在本实施例中，天线的异极化隔离通过短接的加载支节来实现，相邻的辐射单元之间可无需另外设置隔离墙和反射板，从而实现减少工序和材料成本、降低开模难度、提高一致性的优点。
73.进一步地，本实施例的设置寄生馈电电路的方案可与第一实施例的在振子巴伦中设置短接的并联加载支节的方案相结合，以同时提高辐射单元的同极化隔离度和异极化隔离度；也可与第二实施例的在振子巴伦中同时设置短接的并联加载支节和开路的并联加载支节的方案相结合，以在提高辐射单元的同极化隔离度和异极化隔离度的基础上，进一步展宽带宽，以提高辐射天线的辐射性能。
74.在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。
75.除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
76.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说
明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。