一种5G阵列天线的制作方法

一种5g阵列天线
技术领域
1.本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种5g阵列天线。


背景技术：

2.随着5g网络的频段上移，导致了单基站覆盖能力减弱。同时随着5g用户数据流量的飞速增长，基站数量和天线的使用数量大幅提升。所以5g基站将大规模的采用massive mimo阵列天线，在有限的时间和频率资源基础上，采用几十个或上百个天线单元同时服务多达几十个的移动终端。然而，目前的5g天线，难以实现一个较宽的波束扫描宽度以及较高的增益值和较好的天线副瓣抑制等，因此还存在一定的不足，有待于改进。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种5g阵列天线，实现了：在较宽频带范围内得到一个较宽的水平面波束扫描宽度，同时得到一个较好的副瓣抑制值和较高的增益值。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
5.一种5g阵列天线，包括：
6.功分馈电组件，所述功分馈电组件包括基板，所述基板的上表面印制有第一馈电网络和第二馈电网络，所述基板的下表面设置有金属地和多个馈电点；
7.辐射单元组件，所述辐射单元组件由若干个双极化辐射振子组成，所述双极化辐射振子与所述功分馈电组件固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，所述双极化辐射振子由可十字交叉安装的第一介质片和第二介质片组成，所述第一介质片上的正面设置有第一辐射臂、第一接地微带线，反面设置有第一馈电微带线，所述第二介质片上的正面上设置有第二辐射臂、第二接地微带线，反面设置有第二馈电微带线；所述第一辐射臂和所述第二辐射臂平行于所述基板，所述第一接地微带线和所述第二接地微带线垂直于所述基板，所述第一馈电微带线与所述第二馈电微带线正交垂直。
8.优选的，所述功分馈电组件由多个功率分配子单元组成，所述功率分配子单元由共面微带线形式的功率分配器组成。
9.优选的，所述辐射单元组件由m
×
n个双极化辐射振子组成，三个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；所述功分馈电组件由(m
×
n)/3个功率分配子单元组成。
10.优选的，所述第一馈电网络和所述第二馈电网络的输入端口的长度为1/4个中心频点的波长，输出端口的长度为1/16个中心频点的波长。
11.优选的，所述第一接地微带线和所述第二接地微带线的长度均为1/4个中心频点的波长。
12.优选的，所述双极化辐射振子的纵向间距为2.1～2.2个中心频点的波长，横向间距为0.5～0.6个中心频点的波长。
13.优选的，所述5g阵列天线的工作频率范围为：3700～3980mhz。
14.优选的，所述第一介质片和/或所述第二介质片上设置有凸起，所述基板上设置有
供所述凸起插接的通孔。
15.本实用新型的有益效果在于：通过设置功分馈电组件，所述功分馈电组件包括基板，所述基板的上表面印制有第一馈电网络和第二馈电网络，所述基板的下表面设置有金属地和多个馈电点；辐射单元组件，所述辐射单元组件由若干个双极化辐射振子组成，所述双极化辐射振子与所述功分馈电组件固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，所述双极化辐射振子由可十字交叉安装的第一介质片和第二介质片组成，所述第一介质片上的正面设置有第一辐射臂、第一接地微带线，反面设置有第一馈电微带线，所述第二介质片上的正面上设置有第二辐射臂、第二接地微带线，反面设置有第二馈电微带线；所述第一辐射臂和所述第二辐射臂平行于所述基板，所述第一接地微带线和所述第二接地微带线垂直于所述基板，所述第一馈电微带线与所述第二馈电微带线正交垂直。从而实现在较宽频带范围内得到一个较宽的水平面波束扫描宽度，同时得到一个较好的副瓣抑制值和较高的增益值。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例的5g阵列天线的立体示意图；
17.图2为本实用新型实施例的5g阵列天线的基板下表面的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例的5g阵列天线的双极化辐射振子的分解示意图；
19.图4为本实用新型实施例的5g阵列天线的子阵列的分解示意图；
20.图5a为本实用新型实施例的5g阵列天线在3700-3980mhz工作频率范围内水平面波束扫描宽度达到+56
°
时的增益测试数据；
21.图5b为本实用新型实施例的5g阵列天线在3700-3980mhz工作频率范围内水平面波束扫描宽度达到-56
°
时的增益测试数据；
22.图5c为本实用新型实施例的5g阵列天线在3700-3980mhz工作频率范围内水平面波束扫描宽度达到0
°
时的增益测试数据；
23.图6为本实用新型实施例的5g阵列天线的反射参数实测曲线图。
具体实施方式
24.本技术实施例通过提供一种5g阵列天线，解决现有技术中难以实现一个较宽的波束扫描宽度以及较高的增益值和较好的天线副瓣抑制的技术问题。
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
26.在本实用新型的描述中，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至少一个该特征。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，“若干”的含义是一个及以上，例如一个，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
27.说明书附图中的附图标记包括：
28.1005g阵列天线24第一辐射臂11基板25第一接地微带线12第一馈电网络26第一馈电微带线13第二馈电网络27第二辐射臂14金属地28第二接地微带线15馈电点29第二馈电微带线21双极化辐射振子30子阵列22第一介质片41凸起23第二介质片42通孔
29.如图1至图4所示，为本技术实施例：
30.一种5g阵列天线100，包括：
31.功分馈电组件，所述功分馈电组件包括基板11，所述基板11的上表面印制有第一馈电网络12和第二馈电网络13，所述基板的下表面设置有金属地14和多个馈电点15；
32.辐射单元组件，所述辐射单元组件由若干个双极化辐射振子21组成，所述双极化辐射振子21与所述功分馈电组件固定连接；多个所述双极化辐射振子21组成一个子阵列30，所述双极化辐射振子21由可十字交叉安装的第一介质片22和第二介质片23组成，所述第一介质片22上的正面设置有第一辐射臂24、第一接地微带线25，反面设置有第一馈电微带线26，所述第二介质片23上的正面上设置有第二辐射臂27、第二接地微带线28，反面设置有第二馈电微带线29；所述第一辐射臂 24和所述第二辐射臂27平行于所述基板11，所述第一接地微带线25和所述第二接地微带线28垂直于所述基板11，所述第一馈电微带线26与所述第二馈电微带线 29正交垂直。
33.需要说明的是，可以在第一介质片22和第二介质片23上开设矩形安装槽，使两块介质片可以正交垂直安装在一起，安装工艺较简单。
34.通过将多个馈电点15设置在5g阵列天线100的下表面，来使馈电方式为背面馈电，馈电点15处连接设备上其他信号时成功通过金属地14有效隔离，减少了其他信号对第一馈电网络12、第二馈电网络13及辐射单元组件的电磁波干扰。
35.优选的，所述功分馈电组件由多个功率分配子单元组成，所述功率分配子单元由共面微带线形式的功率分配器组成。
36.优选的，所述辐射单元组件由m
×
n个双极化辐射振子21组成，三个所述双极化辐射振子21组成一个子阵列30；所述功分馈电组件由(m
×
n)/3个功率分配子单元组成。
37.优选的，所述第一馈电网络12和所述第二馈电网络13的输入端口的长度为1/4 个中心频点的波长，输出端口的长度为1/16个中心频点的波长。
38.优选的，所述第一接地微带线25和所述第二接地微带线28的长度均为1/4个中心频点的波长。
39.优选的，所述双极化辐射振子21的纵向间距为2.1～2.2个中心频点的波长，横向间距为0.5～0.6个中心频点的波长。
40.优选的，所述5g阵列天线的工作频率范围为：3700～3980mhz。
41.优选的，所述第一介质片22和/或所述第二介质片23上设置有凸起41，所述基板11
上设置有供所述凸起插接的通孔42。可以理解的是，通过凸起41和通孔 42的互相配合插接。
42.以96个双极化辐射单元与64个1x3馈电网络的配置为例进行举例说明：
43.基板11的上表面设置有32个第一馈电网络12和32个第二馈电网络13，基板 11的下表面设置有金属地14和64个馈电点15。
44.96个双极化辐射振子21组成了辐射单元组件，3个双极化辐射振子21组成一个子阵列30，每个双极化辐射振子21由十字交叉安装的第一介质片22和第二介质片23组成。
45.第一介质片22的正面上设置有两条第一辐射臂24，第一辐射臂24平行于基板 11，第一介质片22的正面上还设置有两条第一接地微带线25，第一接地微带线25 垂直于基板11设置，同样的，第二介质片23的正面上设置有两条第二辐射臂27，第二辐射臂27平行于基板11，第二介质片23的正面上还设置有两条第二接地微带线28，第二接地微带线28垂直于基板11设置；第一辐射臂24和第二辐射臂27 的长度为1/2个中心频点的波长，且与基板11上的金属地14平行，这样，可有利控制双极化辐射振子21的波束宽度，使双极化辐射振子21的辐射波束达到较宽的宽度。
46.第一接地微带线25和第二接地微带线28的长度为1/4个中心频点的波长，当双极化辐射振子21上的凸起41接插到基板11上的通孔42时，第一接地微带线25 和第二接地微带线28与基板11下表面上的金属地14相连接，形成一个微带巴伦的结构。这样可以实现介质片上的两条辐射臂之间的电流自由流动，保证辐射臂之间的电流平衡，使双极化辐射振子21的阻抗更容易实现匹配。
47.第一介质片22的反面设置有第一馈电微带线26，第二介质片23的反面设置有第二馈电微带线29；第一馈电微带线26和第二馈电微带线29正交垂直，并且分别与第一馈电网络12和所述第二馈电网络13连接。
48.通过设置辐射臂与基板11上的金属地14平行，并使用介质片上的第一馈电微带线26和第二馈电微带线29正交垂直来进行耦合馈电，产生辐射电流，辐射信号，从而使双极化辐射振子21产生正交双极化，并实现了一个水平面上较宽的波束宽度，进而使整个5g阵列天线的水平面波束扫描宽度得到有效保障。需要说明的是，第一馈电微带线26和第二馈电微带线29呈正交状态，并且在正交处与基板11垂直的方向上保持一定的间隔距离，这样可以有效提高双极化辐射振子的隔离度和天线阵列的交叉极化比。
49.如图4所示，第一馈电网络12和第二馈电网络13的结构大体相同，信号在第一馈电网络12和第二馈电网络13的输入端口处通过1/4个中心频点波长的一阶功率分配器，将进来的信号分成三路等功率的信号；通过c1和d1的走线方式，增加了微带线上的电流路径，使三个输出端口相位保持一致，为整个阵列天线实现扫描提供了基础保证；通过在c2、d2和d3靠近双极化辐射振子的信号输出端口处增加或减小微带线路的宽度，来微调信号输出端口处的阻抗，从而改变信号输出端口的幅度，减小了通过各种走线之后输出端口幅度的不一致，使第一馈电网络12及第二馈电网络13中的三个信号输出端口的幅度值保持一致，同时，通过在第一馈电网络12及第二馈电网络13的信号输出端口附近加入1/16个中心频点的波长的开路支节，来微调三个输出端口幅度值，使其保持一致的幅度值。
50.由三个双极化辐射振子21和第一馈电网络12、第二馈电网络13形成了的一个 1x3的子阵列30，由8个子阵列30以阵元间距为0.5～0.6个中心频点的波长等距在纵向方向上
依次排布，这样可有效减小水平面的副瓣电平值，在使实现较大波束扫描宽度时可以有效抑制整个5g阵列天线100的副瓣电平值。由4个子阵列30 以阵元间距为2.1～2.2个中心频点的波长等距在横向方向上依次排布，可有效叠加整个天线阵列的天线增益，使整个天线阵列最大增益可达到25dbi以上，从而实现较远距离的辐射的效果。
51.如图5a、5b、5c、图6所示，在整个96个双极化辐射振子21组成的辐射单元组件实现了在3700-3980mhz工作频率范围内水平面波束扫描宽度达到-56
°
～ +56
°
；使整个阵列天线得到了一个大于25dbi的较高增益值，在水平面实现-56
°
～ +56
°
波束扫描宽度时得到一个大于9dbi的较好副瓣值。
52.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
53.以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。