一種輻射元件及其天線單元和天線陣列的製作方法

2023-07-22 12:13:36 2

本發明涉及移動通信基站技術領域，尤其涉及一種新型的輻射元件及其天線單元和天線陣列。

背景技術：

大規模、輕量化的天線陣列設計是5g通信技術首要解決的問題。傳統基站採用金屬壓鑄陣子，質量較大；饋電網絡採用pcb板材加工，同時為保證大規模天線陣列的結構不發生變形，需要用金屬製成的反射板作為pcb板材的襯底，以提高結構強度。而應用金屬反射板增加天線陣列的重量。如何減輕天線陣子的重量、降低天線陣列的整體重量，又保證天線性能，是當前急需要解決的技術難題。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供一種新型的輻射元件，以解決現有天線單元重量大、成本高、不利於安裝，焊接點過多等問題。

本發明的另一目的在於提供一種新型的天線單元，以解決現有天線單元重量大、成本高、不利於安裝、焊接點過多、不適用於大規模化等問題。

本發明的再一目的在於提供一種新型的天線陣列，以解決現有天線陣列整體重量大、成本高、不適用於大規模化等問題。

為獲得本發明的主要目的，提供一種輻射元件，包括：金屬輻射片、塑料支撐結構、以及饋電巴倫。所述饋電巴倫是通過在所述塑料支撐結構的表面應用雷射直接成型技術lds形成的金屬饋電結構。

作為一種實施例，所述金屬輻射片通過卡接的方式安裝於所述塑料支撐結構頂部。

作為一種實施例，所述塑料支撐結構頂部有卡槽結構，金屬輻射片設置安裝孔，通過所述卡槽結構插入安裝孔內固定金屬輻射片。

作為一種實施例，所述饋電結構頂端向外延伸形成匹配枝節，其長度及寬度與天線單元的工作中心頻率以及駐波相適應；所述饋電結構的底端延伸形成焊盤。

作為一種實施例，所述卡槽結構為與塑料支撐結構一體成型而形成的一體結構的凸起；所述金屬饋電結構為金屬層，與所述塑料支撐結構內表面及兩端面對應，且附著於其內表面及兩端面。

作為一種實施例，所述塑料支撐結構為中間空心的柱狀結構；所述饋電巴倫是在所述塑料支撐結構的對角線位置形成的金屬饋電結構。

作為一種實施例，饋電巴倫有四條，分別是在所述塑料支撐結構的四條對角線位置製成四條金屬饋電結構；所述各條金屬饋電結構相同。

作為一種實施例，所述塑料支撐結構為中間空心的梯形狀結構；所述卡槽結構及安裝孔對應為四個。

本發明進一步提供一種天線單元，包括饋電網絡以及上述輻射元件；所述饋電巴倫與饋電網絡電連接。

作為一種實施例，所述天線單元進一步包括用於支撐饋電網絡的塑料體；所述饋電網絡是利用雷射直接成型技術lds形成於所述塑料體的上表面；所述輻射元件安裝於所述塑料體上。

作為一種實施例，所述饋電巴倫為金屬層，所述饋電網絡也為金屬層；所述饋電巴倫底端的焊盤與饋電網絡金屬層之間採用smt工藝焊接。

作為一種實施例，所述饋電網絡為功分網絡，包括功分器。

作為一種實施例，所述饋電網絡包括兩個獨立的一分二功分器；其中一個功分器為+45°極化饋電線路，另一個功分器為-45°極化饋電線路。

作為一種實施例，所述-45°極化饋電線路的兩個輸出金屬電路之間相位相差為180°；所述+45°極化饋電線路的兩個輸出金屬電路之間相位相差為180°。

作為一種實施例，所述塑料體的下表面為金屬接地層；所述塑料體及其下表面的金屬接地層共同構成天線單元的反射板。

本發明還提供一種天線陣列，包括多個上述天線單元，所述多個天線單元平行間隔排列形成子陣列。

通過採用上述技術方案，本發明取得如下技術效果：

本發明通過採用雷射直接成型技術(laserdirectstructuring，英文簡稱lds)在塑料支撐結構上製成輻射單元，可塑性好、無需焊接、有效地減少損耗，且結構簡單，製造方便；且塑料支撐結構質輕，能有效地減輕天線質量，塑料材料還能有效降低成本，安裝方便，可應用於大規模化天線陣列。

進一步地，塑料支撐結構頂部與金屬輻射片之間卡接固定，避免焊接，有效地減少損耗，且結構簡單、組裝方便。

進一步地，通過在饋電巴倫頂端形成調節段金屬層，通過調節該金屬層的長和寬，便可獲得所需要的工作頻率以及駐波，操作簡單，實用性強，結構簡單。

本發明的天線單元採用上述輻射元件，相應的，獲得質量輕、結構簡單、製造及安裝方便、損耗減小、成本也降低的天線，有利於形成大規模天線陣列。

進一步地，本發明的饋電網絡利用雷射直接成型技術lds形成於所述塑料體的上表面，避免使用pcb板材以及傳統天線的金屬反射板，不僅有效減輕重量，同時提高結構強度、可塑性好。

進一步地，採用表面組裝技術(surfacemountedtechnology，簡稱smt)將巴倫與饋電網絡焊接一起，天線重量較輕，裝配簡單、成本低。

本發明的天線陣列採用上述天線單元，取消金屬反射板，採用表面組裝技術(surfacemountedtechnology，簡稱smt)將天線單元與饋電網絡焊接一起，以減輕天線陣列的重量並提升集成度；結構簡單、裝配簡單、有效降低成本，從而獲得大規模化天線陣列。

上述技術特徵，以及本發明技術方案的其他特徵、目的和優點將結合本發明的各種實施例及附圖進行描述。然而，所揭露的說明性實施例僅僅是示例，並不用於限定本發明的範圍。

附圖說明

圖1是本發明天線單元的側視圖。

圖2是本發明輻射元件的頂視圖。

圖3是本發明天線單元金屬輻射片示意圖。

圖4是本發明天線單元饋電巴倫示意圖。

圖5是本發明天線單元饋電網絡線路示意圖。

圖6是本發明天線陣列結構示意圖。

具體實施方式

本發明所提供的附圖及下述某些實施例的描述並非將發明限制在這些實施例中，而是提供給本領域普通技術人員可以實施本發明。

在具體實施例中，請參照圖1-4，提供天線單元包括輻射元件10以及位於輻射元件10底部的饋電網絡4，進一步地包括塑料體5。所述饋電網絡4是通過雷射直接成型技術(laserdirectstructuring，英文簡稱lds)形成於所述塑料體5的上表面。所述輻射元件10安裝於所述塑料體5上。

輻射元件10包括頂部的金屬輻射片1、塑料支撐結構2、饋電巴倫3，所述饋電巴倫3是通過在所述塑料支撐結構的表面應用雷射直接成型技術lds形成的金屬饋電結構。饋電巴倫3也是饋電線，作為一種例子，為金屬層。

金屬輻射片1通過卡接的方式安裝於所述塑料支撐結構2的頂部。具體實施例中，金屬輻射片1通過塑料支撐結構2頂端的卡槽21固定在塑料支撐結構2頂部，同時饋電巴倫3的頂部與金屬輻射片1形成耦合。本實施例中使用塑料支撐結構2頂部與金屬輻射片1卡接固定的方式，取代焊接的方式從而使饋電巴倫3與金屬輻射片1耦合，避免形成焊點造成信號損耗。

具體地，塑料支撐結構2頂部形成有若干卡槽結構21(圖2所示)，金屬輻射片1上對應設置若干安裝孔11(圖3所示)，通過卡槽結構21插入安裝孔11內從而固定金屬輻射片1。作為一種實施例，所述卡槽結構21是塑料支撐結構2一體成型而形成凸起，其向上延伸。較佳地，卡槽結構21與塑料支撐結構2為一體不可分割的結構。

所述塑料支撐結構2為中間空心的柱體。本實施例中，塑料支撐結構2為梯形狀結構，頂部有四個卡槽結構21，通過金屬輻射片1上的對應四個安裝孔11，固定金屬輻射片1。

再次參照圖4，本發明一種實施例的單元饋電巴倫3，是應用雷射直接成型技術lds，在塑料支撐結構2的表面形成的金屬饋電結構。一種實施例中，單元饋電巴倫3是附著於塑料支撐結構2表面的金屬層。所述饋電結構或饋電巴倫3的頂端向外延伸形成匹配枝節311，其長度及寬度與天線單元的工作中心頻率以及駐波相適應。通過調節匹配枝節311的形狀從而獲得天線單元的工作中心頻率以及駐波，方便操作和實施。

所述饋電結構或饋電巴倫3的底端延伸形成焊盤312，用於與饋電網絡4焊接。一種實施例中，饋電結構或饋電巴倫3的頂端還包括水平耦合段金屬層，位於塑料支撐結構2的頂端面，與金屬輻射片1進行信號耦合。調節匹配枝節311由耦合段向外延伸。作為一種實施例，焊盤312為附著於支撐結構2的底端面的金屬層，以利於與位於底部的饋電網絡4接觸。

本實施例中，應用lds技術，在所述塑料支撐結構2的對角線位置對應的表面上製成四個金屬饋電結構(圖中分別標號為31、32、33、34，以便於區分)。作為一種實施方式，各金屬饋電結構尺寸相同。

所述金屬饋電結構31通過底部的金屬層形成的焊盤312與饋電網絡金屬層4進行焊接，焊接方式採用smt工藝。

所述金屬饋電結構31通過調整匹配枝節311金屬層的寬度，來調整優化天線單元的駐波。

請參照圖5，本發明提供的單元饋電網絡線路4，為功分網絡，包括功分器。本實施例中，單元饋電網絡4由兩個獨立的一分二功分器41和42組成，一分二功分器41為+45°極化饋電線路，一分二功分器42為-45°極化饋電線路。

所述-45°極化饋電線路的兩路金屬電路421、422的相位相差180°。所述+45°極化饋電線路的兩路金屬電路411、412的相位相差180°。各路金屬電路的末端413、414、423、424分別與一個單元饋電巴倫3的底端焊盤312焊接，從而實現天線振子的信號傳輸。

所述饋電網絡4應用lds技術在饋電塑料體5上表面製成，饋電塑料體5的下表面為金屬接地層6，共同起傳統金屬反射板的作用，但質量及成本低得多。

參照圖6所示，本發明實施例提供一種天線陣列200，包括多個如上述任一項實施例所述的天線單元100，各所述天線單元100平行間隔排列形成子陣列。

本發明的上述實施例中，採用雷射直接成型技術(laserdirectstructuring，英文簡稱lds)製成天線單元和饋電網絡，取消金屬反射板，降低天線陣列的整體重量。

雷射直接成型技術lds是利用雷射將數位化的圖形照射到高分子材料表面，通過對照射過的區域進行直接金屬化，最終在高分子材料表面形成圖案的技術。它可以在高分子殼體上形成金屬化的圖案。本發明應用lds技術在高分子材料(具體實施例中為塑料)表面製作天線陣列的功分網絡，天線單元的饋電線路，以減輕天線陣列的重量並提升集成度。

本發明的天線陣列取消金屬反射板，採用表面組裝技術(surfacemountedtechnology，簡稱smt)將天線單元與饋電網絡焊接一起，天線重量較輕，裝配簡單。

這裡列舉的例子和附圖所示，僅作為示範說明但並不作為限定，本發明可實現的具體實施例。由此可利用或派生其他實施例，以便於在不脫離本發明揭露的範圍內可進行結構和邏輯替換及改變。僅為方便起見，本發明保護主題的這些實施例單獨地或共同指作「本發明」，但如果不止一個發明被披露時，並不主觀地限定本申請的範圍為任何單一發明或發明概念。因此，儘管在此揭露了具體實施例，但仍然可以由獲得相同目的的任何方案替代所示的具體實施例。本說明書意圖涵蓋各種實施例的任何和所有的適應性或變換方式。上述實施例的組合，以及其他未特別說明的實施例，本領域技術人員基於上述說明書的描述是顯而易見的。