一体化辐射单元及天线

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种一体化辐射单元及天线。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，5G通信网络也逐步进入大规模建设阶段，在5G通信网络的建设过程中，基站主设备与前端大规模阵列天线的融合将会变成主流趋势，因此对于5G天线的低成本、小型化、装配方便的设计将会有更高的要求。

传统4G基站的天线设计，一般采用压铸振子或者PCB偶极子方案，这种方案设计的天线，虽然相对带宽较宽，但是振子的体积较大，无法适用于空间尺寸有限的5G基站，为了适应5G基站的小型化设计，现有技术中的5G基站天线采用如下几种设计方式：1、差分金属贴片方案；2、单层一体化贴片方案；3、模内成型的双层金属贴片方案。

其中，对于差分金属贴片方案，该方案通过焊接技术，将金属贴片焊接在pcb网络板上，该方案设计的天线，带宽相对较窄，且需要按照一定的焊接工序生产，保持天线一致性的难度较大；对于单层一体化贴片方案，该方案通过将馈电网络及辐射片(金属贴片)均制作在介质层上，通过对馈电网络的激励，从而使天线阵列工作，但是，该方案设计的天线，带宽依旧较窄(相对带宽约为5％-10％)，对于5G国内外的3.3-4.2GHz主流频段(相对带宽>20％)，难以有效覆盖，且该方案方向图收敛性较差。基于单层一体化贴片方案，现有技术中，提出了模内成型的双层金属贴片方案，双层金属贴片的设计方案，通过模内成型将两层金属贴片固定在一起，方案该方案的天线相对带宽可满足20％以上。但是，但该方案应用到的模内成型中，成本较高，且两层金属贴片的叠加，需要进行焊接，存在一定的焊接误差，在大规模阵列天线的设计中，难以保持辐射单元的一致性，故具有较大的局限性。

发明内容

本申请提供了一种一体化辐射单元及天线，在满足5G网络带宽需求的情况下，提供一种体积较小的一体化辐射单元及天线。

本申请第一方面提供一种一体化辐射单元，包括介质平板，以及与所述介质平板平行设置的反射板，所述介质平板上朝向所述反射板的一面设置有凹槽，另一面设置有位置与所述凹槽对应的凸台，所述凸台通过设置在所述介质平板上的支柱支撑，所述介质平板、所述凹槽、所述凸台和所述支柱一体成型；

所述凹槽底部设置有下层辐射片，所述凸台上设置有上层辐射片，所述介质平板上还设置有两个形成45°极化的馈电探针，所述馈电探针耦合所述下层辐射片，所述下层辐射片耦合或直接馈电所述上层辐射片。

可选的，所述介质平板的材料为树脂或塑料。

可选的，所述介质平板的厚度为0.8mm-1.5mm。

可选的，所述下层辐射片与所述上层辐射片之间的距离为5mm-6mm。

可选的，所述介质平板与反射板之间的距离为0.8mm-2mm。

可选的，所述下层辐射片与所述反射板之间的距离为2mm-5mm。

可选的，所述凹槽的底部厚度为1mm。

可选的，所述介质平板上还设置有连接所述馈电探针的馈电网络，所述馈电网络与所述反射板之间留有间隙，并形成空气微带网络。

本申请第二方面提供一种一体化天线，所述一体化天线包括多个独立的收发子阵，所述收发子阵包括三个一体化辐射单元，且三个所述一体化辐射单元的介质平板、凹槽、凸台和支柱一体成型。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种一体化辐射单元及天线，所述一体化天线包括多个独立的收发子阵，所述收发子阵包括三个一体化辐射单元，所述一体化辐射单元包括介质平板，以及与所述介质平板平行设置的反射板，所述介质平板上朝向所述反射板的一面设置有凹槽，另一面设置有位置与所述凹槽对应的凸台，所述凸台通过设置在所述介质平板上的支柱支撑，所述介质平板、所述凹槽、所述凸台和所述支柱一体成型；所述凹槽底部设置有下层辐射片，所述凸台上设置有上层辐射片，所述介质平板上还设置有两个形成45°极化的馈电探针，所述馈电探针耦合所述下层辐射片，所述下层辐射片耦合所述上层辐射片。

在实际应用过程中，通过一体化成型技术，制造所述介质平板、凹槽、凸台和支柱，并在所述凸台和凹槽形成的相对上下平面，分别设置上层辐射片和下层辐射片，通过保证上下辐射片的精确加工，避免采用焊接工艺导致的尺寸不一致问题，从而保证一体化辐射单元的可靠性及一致性，即保证由一体化辐射单元组成的天线具备较高的可靠性和一致性，从而在满足5G网络带宽需求的情况下，提供一种体积较小的一体化辐射单元及天线，可以较大的降低大规模量产及大规模组阵使用过程中的不良率，降低了收发信号天线端的不确定性，从而为5G基站的快速可靠的部署，提供了坚实的基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一体化辐射单元的整体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的介质平板的底部结构示意图；

图3为图1结构的正视示意图；

图4为本申请实施例提供的收发子阵的整体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的收发子阵的局部结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一体化天线的整体结构示意图。

图示说明：

其中，1-介质平板，2-反射板，3-凹槽，4-凸台，5-支柱，6-下层辐射片，7-上层辐射片，8-馈电探针，9-馈电网络，10-总馈电端口。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

为了能够在满足5G网络带宽需求的情况下，提供一种体积较小的一体化辐射单元及天线。参见图1，为本申请实施例提供的一体化辐射单元的整体结构示意图；参见图2，为本申请实施例提供的介质平板的底部结构示意图；参见图3，为图1结构的正视示意图。

本申请实施例第一方面提供的一种一体化辐射单元，包括介质平板1，以及与所述介质平板1平行设置的反射板2，所述介质平板1上朝向所述反射板2的一面设置有凹槽3，另一面设置有位置与所述凹槽3对应的凸台4，所述凸台4通过设置在所述介质平板1上的支柱5支撑，所述介质平板1、所述凹槽3、所述凸台4和所述支柱5一体成型；在本申请实施例中，采用的一体成型技术为模内注塑成型，但是不局限于模内注塑成型，还可以为其他一体成型方式，例如，3D打印、机加工；采用模内注塑的方式，生产成本更低，且利于大规模批量生产。

如图1所示，介质平板1一面设置有凸起，同时在模内通过镶件方式将介质平板1正面的凸起中间介质掏空，仅留下凸起上表面作为凸台4，及四个支撑柱作为支柱5，从而减少注塑物料的使用，且降低了由于较厚介质块对天线整体辐射性能的影响；同时又将介质平板的反面也通过镶件的方式往上凸起，即介质板的下表面形成对应的凹槽3，所成型的上表面凸台4与下表面凹槽3正对分布。需要说明的是，由于所述下层辐射片3与上层辐射片4的大小基本一致，故所述介质平板1另一面设置有位置与所述凹槽3对应的凸台4，其中，凸台4的位置与所述凹槽3相对应，是指从所述凸台4的上方进行投影，所述凸台4的投影中心与所述凹槽3的投影中心重叠。

所述凹槽3底部设置有下层辐射片6，所述凸台4上设置有上层辐射片7，所述介质平板1上还设置有两个形成45°极化的馈电探针8，所述馈电探针8耦合所述下层辐射片6，所述下层辐射片6耦合或直接馈电所述上层辐射片7。

在完成所述介质平板1、所述凹槽3、所述凸台4和所述支柱5的注塑成型后，通过LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型技术)或选择性电镀技术将上层辐射片7刻蚀于凸台4的上表面、下层辐射片6刻蚀于介质平板1反面的凹槽3中。且，在所述介质平板1上还设置有两个馈电探针8。

其中，所述凹槽3与凸台4厚度为0.4mm-2mm，所述凹槽3与凸台4之间介质镂空，仅依靠四个支柱5连接，通过镂空的方式，降低介质对上下辐射片能量传递(下层辐射片6和上层辐射片7)的影响。通过在一体成型的介质平板1上实现两层辐射片，从而将天线单元相对带宽提升到20％以上，所述凹槽3与凸台4表面的辐射片可通过LDS(激光一体成型)或选择性电镀方式制作实现。

下层辐射片6的两个折角处分别采用两个馈电探针8进行激励，形成±45°极化馈电，两个馈电探针8的末端与下层辐射片6相连接或不连接(耦合馈电)，下层辐射片6被馈电探针8激励之后，开始往外辐射电磁波，同时上层辐射片7耦合到下层辐射片6上的电磁波，同样开始往外辐射电磁波，最终形成上下两层辐射片同时工作，当两层辐射片同时工作时，不仅增加辐射单元的工作带宽，又提升了方向图的收敛性。且，在所述介质平板1下方相对应的存在一个反射板2，且介质平板1与下方反射板2之间存在一定的间隙，反射板2的主要是用来反射辐射电磁波及限制传输电磁波，使得激励信号在介质平板1与反射板2之间传输。

本申请实施例提供的一体化辐射单元，通过一体化成型技术，制造所述介质平板1、凹槽3、凸台4和支柱5，并在所述凸台4和凹槽3形成的相对上下平面，分别设置上层辐射片7和下层辐射片6，通过保证上下辐射片的精确加工，避免采用焊接工艺导致的尺寸不一致问题，从而保证一体化辐射单元的可靠性及一致性，即保证由一体化辐射单元组成的天线具备较高的可靠性和一致性，较大的降低了在大规模量产及大规模组阵使用过程中的不良率，降低了收发信号天线端的不确定性，从而为5G基站的快速可靠的部署，提供了坚实的基础。

本申请实施例提供的一体化辐射单元，由于需要对介质平板1、所述凹槽3、所述凸台4和所述支柱5一体成型，故要求下层辐射片6和上层辐射片7分别处于介质平板1的两侧，以便于在一体成型的基础上加工两层辐射片，更具体的，所述介质平板1的材料为树脂或塑料，其中，塑料可以是普通塑料，也可以是改性塑料。所述介质平板1的厚度为0.8mm-1.5mm。所述下层辐射片6与所述上层辐射片7之间的距离为5mm-6mm，形成低剖面天线单元。所述介质平板1与反射板2之间的距离为0.8mm-2mm。所述下层辐射片6与所述反射板2之间的距离为3mm-5mm。需要说明的是，为了保证下层辐射片6与上层辐射片7之间的耦合效果，所述凸台4的厚度要尽可能减小，在满足加工上层辐射片7的基础上，将所述凸台4的厚度尽可能的减小，同理，所述凹槽3的底部厚度也需要尽可能的减小，一般设置的厚度为0.4mm-2mm，优选为1mm。

进一步的，所述介质平板1上还设置有连接所述馈电探针8的馈电网络9，所述馈电网络9与所述反射板2之间留有间隙，并形成空气微带网络。馈电网络9走线刻蚀于介质平板1的反面(馈电网络9亦可存在于介质平板1的正面)，且通过馈电探针8耦合馈电或直接馈电对上下辐射片进行激励，最终使得辐射单元能够出现预期的辐射效果。在具体实施过程中，可以在介质平板1的反面成型凸块或在介质平板1下表面垫上介质块的方式，使得介质平板1下表面的馈电网络9与反射板2之间存在一定高度的间隙，即激励的电磁波在馈电网络9与反射板2之间的空气中进行传播，形成空气微带线形式，由于空气中的损耗相对较小，故该种空气微带线的馈电方式可以获得相对较高的增益。本申请实施例提供的辐射单元频段主要针对5G主流的3.3-4.2GHz,但不局限于该频段，可通过天线尺寸的适当放缩及优化获得其它频段相对应的辐射效果。

参见图6，为本申请实施例提供的一体化天线的整体结构示意图。本申请实施例第二方面提供一种一体化天线，所述一体化天线包括多个独立的收发子阵，如图4所示，为本申请实施例提供的收发子阵的整体结构示意图，所述收发子阵由三个本申请实施例第一方面提供一体化辐射单元组成，即收发三合一子阵，且三个所述一体化辐射单元的介质平板1、凹槽3、凸台4和支柱5一体成型，从而形成大规模阵列天线(Massive MIMO)。如图5所示，为本申请实施例提供的收发子阵的局部结构示意图，在实际应用过程中，一体化辐射单元之间通过馈电网络9相互连接。具体为三个一体化辐射单元对角线上分别通过两个馈电网络9相连接，形成±45°极化馈电，图5中，总馈电端,10设置于阵列的外侧，其亦可设置于中间，即总馈电端口10位置可根据具体需要进行设计。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种一体化辐射单元及天线，所述一体化天线包括多个独立的收发子阵，所述收发子阵包括三个一体化辐射单元，所述一体化辐射单元包括介质平板1，以及与所述介质平板1平行设置的反射板2，所述介质平板1上朝向所述反射板2的一面设置有凹槽3，另一面设置有位置与所述凹槽3对应的凸台4，所述凸台4通过设置在所述介质平板1上的支柱5支撑，所述介质平板1、所述凹槽3、所述凸台4和所述支柱5一体成型；所述凹槽3底部设置有下层辐射片6，所述凸台4上设置有上层辐射片7，所述介质平板1上还设置有两个形成45°极化的馈电探针8，所述馈电探针8耦合所述下层辐射片6，所述下层辐射片6耦合或直接馈电所述上层辐射片7。

在实际应用过程中，通过一体化成型技术，制造所述介质平板1、凹槽3、凸台4和支柱5，并在所述凸台4和凹槽3形成的相对上下平面，分别设置上层辐射片7和下层辐射片6，通过保证上下辐射片的精确加工，避免采用焊接工艺导致的尺寸不一致问题，从而保证一体化辐射单元的可靠性及一致性，即保证由一体化辐射单元组成的天线具备较高的可靠性和一致性，从而在满足5G网络带宽需求的情况下，提供一种体积较小的一体化辐射单元及天线，可以较大的降低大规模量产及大规模组阵使用过程中的不良率，降低了收发信号天线端的不确定性，从而为5G基站的快速可靠的部署，提供了坚实的基础。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。