專利名稱：低剖面寬頻帶天線陣子和天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種低剖面寬頻帶天線陣子和天線。
背景技術：
在通信領域，通過基站對通信信號進行轉發，以此實現終端之間的通信。在傳統的宏基站中，由于天線體積較大，容易出現天線安裝困難，基站選址困難以及維護不便等問題，所以在基站天線逐漸向小型化方向發展。在進行小型化的過程中，通過減小天線單元之間的列間距或天線雙層交錯配置等方式進行設置，以減小天線整體的寬度或長度，從而實現天線的小型化。
在減小各天線單元之間的列間距后，各列之間的隔離度下降，天線增益下降，并增加了低頻單列方向圖中主瓣的抖動變形，從而出現輻射覆蓋不均的問題；在天線雙層交錯配置后，相鄰列的天線之間的隔離度下降，同頻率各天線單元半功率波束寬度變化較大，賦形增益難以保證。

發明內容
本發明提供一種低剖面寬頻帶天線陣子和天線，以提高天線陣子的阻抗帶寬和增
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Mo為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案—方面，提供了一種低剖面寬頻帶天線陣子，包括在垂直方向上，依照尺寸從大至小，從下至上依次間隔設置有至少三個貼片天線單元；所述至少三個貼片天線單元包括一個饋電貼片天線單元和至少兩個耦合貼片天線單元；所述饋電貼片天線單元，用于輻射所述核心諧振頻點周圍的核心頻段的電磁波；所述耦合貼片天線單元，用于與所述饋電貼片天線單元電磁耦合，以輻射所述拓展諧振頻點周圍的拓展頻段的電磁波；饋電金屬柱，與所述饋電貼片天線單元連接，用于對所述饋電貼片天線單元進行饋電。在第一種可能的實現方式中，在所述饋電貼片天線單元下方設置有至少一個耦合貼片天線單元。結合第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述饋電金屬柱穿過所述饋電貼片天線單元下方的耦合貼片天線單元上的通孔與所述饋電貼片天線單元連接；或，所述饋電金屬柱跨過所述饋電貼片天線單元下方的稱合貼片天線單元與所述饋電貼片天線單元連接。結合第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述通孔表面涂覆有絕緣材料。結合第一種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述至少三個貼片天線單元間隔設置于固定螺絲上。結合第四種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述的低剖面寬頻帶基站天線陣子，還包括墊片，所述墊片固定于所述固定螺絲，并抵靠于所述至少三個貼片天線單元中最上方的貼片天線單元的上表面。結合第一種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，在所述至少三個貼片天線單元中，位于最上方的貼片天線單元設置于天線罩內側表面。結合第六種可能的實現方式，在第七中可能的實現方式中，除最上方的貼片天線單元外，其余的貼片天線單元間隔設置于固定螺絲上。結合上述任意一種可能的實現方式，在第八種可能的實現方式中，所述至少三個貼片天線單元的中心在一條垂線上另一方面，提供了一種天線，包括·反射板和設置于所述反射板上的上述任一一種實現方式的所述的低剖面寬頻帶天線陣子。本發明實施例提供的低剖面寬頻帶天線陣子和天線，通過在垂直方向上，依照尺寸從大至小，從下至上依次間隔設置有至少三個貼片天線單元，并通過饋電以使其中的饋電貼片天線單元和耦合貼片天線單元，輻射核心頻段和拓展頻段的電磁波，從而提高天線陣子的阻抗帶寬和增益。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖；圖2為本發明實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖，其中饋電金屬柱穿過稱合貼片天線單元與饋電貼片天線單元連接；圖3為本發明實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的阻抗帶寬曲線圖；圖4為本發明實施例所述的天線的增益方向圖；圖5為本發明另一實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖；圖6為本發明另一實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖；圖7為本發明另一實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖；圖8為為本發明另一實施例所述的低剖面寬頻帶天線陣子的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明實施例一種低剖面寬頻帶基站天線陣子和基站天線進行詳細描述。應當明確，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
無線通信過程中，通過天線向外輻射電磁波以完成數據的收發；以基站為例，在基站中通常會設置多列天線陣子來進行多方向的電磁波輻射，以便通過一個基站覆蓋其周圍的空間。為了使天線從厚度方面進行小型化。如圖I所示，本發明提供了一種設置于反射板I上的低剖面寬頻帶天線陣子，包括在垂直方向上，依照尺寸從大至小，從下至上依次間隔設置有至少三個貼片天線單元；所述至少三個貼片天線單元包括一個饋電貼片天線單元21和至少兩個耦合貼片天線單元20、22 ;饋電貼片天線單元21福射核心諧振頻點周圍的核心頻段的電磁波；率禹合貼片天線單元20、22，用于與饋電貼片天線單元21電磁耦合，以輻射拓展諧振頻點周圍的拓展頻段的電磁波； 饋電金屬柱3，與饋電貼片天線單元21連接，用于對饋電貼片天線單元21進行饋電。在本實施例中，以所述低剖面寬頻帶天線陣子包括三個貼片天線單元，即包括饋電貼片天線單元21和耦合貼片天線單元20、22為例進行描述，根據實際的需要，饋電貼片天線單元21的位置可以進行調整，當饋電貼片天線單元21位于至少三個貼片天線單元的最下方時，饋電金屬柱3便可以直接與饋電貼片天線單元22連接。可選的，在饋電貼片天線單元21下方設置有至少一個耦合貼片天線單元，即設置有底層貼片天線單元22。當低剖面寬頻帶天線陣子包括三個貼片天線單元時，根據三個貼片天線單元的疊放次序，耦合貼片天線單元20、22分別為頂層貼片天線單元20和底層貼片天線單元22 ;其中，三個貼片天線單元的尺寸從大到小依次為底層貼片天線單元22、饋電貼片天線單元21和頂層貼片天線單元20。在反射板I、底層貼片天線單元22、饋電貼片天線單元21和頂層貼片天線單元20之間隔墊有塑料貼片4進行隔離，以實現反射板I、底層貼片天線單元22、饋電貼片天線單元21和頂層貼片天線單元20之間的間隔設置。在反射板I上設置有導電接頭10，該導電接頭10兩側分別為饋電金屬柱3和傳輸線(圖中未示出)，傳輸線傳輸的激勵電流通過導電接頭10傳達至饋電金屬柱3，并最終傳輸至饋電貼片天線單元21。在本應用場景中，饋電金屬柱3位于底層貼片天線單元22外偵1J,向上方延伸，跨過底層貼片天線單元22與饋電貼片天線單元21連接。在本實施例中，當饋電貼片天線單元21處于非最底層時，因為饋電金屬柱3從位于下方的耦合貼片天線單元外側跨接饋電貼片天線21，此時所經過的路徑過長，會造成激勵電流的損耗和相位的扭曲，從而降低低剖面寬頻帶基站天線陣子的增益。為解決上述激勵電流損耗和相位扭曲的問題，進一步的，如圖2所示，饋電金屬柱3穿過饋電貼片天線單元21下方的耦合貼片天線單元(在本實施例中為底層貼片天線單元22)上的通孔(圖中未示出)與饋電貼片天線單元21連接。饋電金屬柱3通過上述設置便可以縮短連接饋電貼片天線單元21的距離，進而降低饋電金屬柱3傳輸激勵電流時的損耗，并防止了相位的扭曲。當然，在饋電貼片天線單元21下方存在兩個以上的耦合貼片天線單元時，饋電金屬柱3可以穿過多個耦合貼片天線單元上分別設置的通孔連接饋電貼片天線單元21。
在低剖面寬頻帶天線陣子中，當饋電金屬柱3穿過位于饋電貼片天線單元21下方的耦合貼片天線單元上所設置的通孔時，則可能因為抖動或偏移等情況出現饋電金屬柱3直接與稱合貼片天線單元接觸的問題。為了避免饋電金屬柱3與耦合貼片天線單元直接接觸的問題，進一步的，通孔表面涂覆有絕緣材料。通過在通孔表面涂覆絕緣材料，避免饋電金屬柱3與耦合貼片天線單元的直接接觸，避免了饋電金屬柱3將激勵電流加載于所穿過的耦合貼片天線單元上。另外，可以設置通孔的直徑略大于所述饋電金屬柱3的直徑，從而一定程度上可以避免耦合貼片天線單元的偏移。在饋電點的激勵下，饋電貼片天線單元21產生最關注的核心諧振頻點，并向外輻射與核心諧振頻點周圍的核心頻段的電磁波，核心頻段為核心諧振頻點周圍一定頻率范圍 內的頻段，該范圍根據貼片天線單元的不同也有所變化，在此不作限定。所產生的核心諧振頻點與饋電貼片天線單元21的尺寸相關，可根據實際需要進行設置，一般地，貼片天線單元的尺寸為λ/4至Xci之間，其中Xci為目標頻率的波長。例如為了使核心諧振頻點處于2. 12GHz，設置饋電貼片天線單元21為邊長66. 8mm的正方形。另外，在諧振頻點的位置駐波比也可以保持在較低的水平，也可以更容易地將激勵電流或激勵電磁波加載至貼片天線單元。為了拓展低剖面寬頻帶天線陣子的阻抗帶寬，則需要產生用于拓展阻抗帶寬的拓展諧振頻點，并輻射對應的拓展頻段的電磁波，其中拓展頻段為拓展諧振頻點周圍一定范圍內的頻段，該范圍根據貼片天線單元的不同也有所變化，在此不作限定。因此，也同樣地需要設置與饋電貼片天線單元21相耦合的頂層貼片天線單元20和底層貼片天線單元22的尺寸。例如，設置頂層貼片天線單元20為邊長62. 2mm的正方形，在受到饋電貼片天線單元21的耦合激勵后，在2. 22GHz產生第一拓展諧振頻點，并輻射出2. 22GHz周圍的第一拓展頻段的電磁波；設置底層貼片天線單元22為邊長71. 2_的正方形，在所述饋電貼片天線單元21的耦合激勵后，在I. 95GHz產生第二拓展諧振頻點，并輻射出I. 95GHz周圍的第二拓展頻段。通過饋電貼片天線單元21所產生的核心諧振頻點以及通過耦合貼片天線單元20,22所產生的用于拓展阻抗帶寬的拓展諧振頻點，如圖3所示，使低剖面寬頻帶基站天線陣子的阻抗帶寬曲線在所需要的頻段I. 9-2. OGHz以及2. 1-2. 3GHz的范圍保持了較低的駐波比(一般來說小于2)，進而實現了拓展低剖面寬頻帶天線陣子的阻抗帶寬的目的。為了保證饋電貼片天線單元21所進行耦合激勵的效果，各貼片天線單元之間的距離較小，這樣一來，也可以實現基站天線小型化的目的。進一步的，為了使低剖面寬頻帶天線陣子的性能和小型化程度達到最佳，通過測試和仿真，確定頂層貼片天線單元20與饋電貼片天線單元21之間的距離Ii1為2_，饋電貼片天線單元21與底層貼片天線單元22之間的距離h2為2mm，反射板I和底層貼片天線單元22的之間的距離h3為3mm ;—個低剖面寬頻帶天線陣子的厚度約為7mm，小型化的程度也較好。在低剖面寬頻帶天線陣子進行電磁波的輻射時，饋電貼片天線單元21獲取饋電金屬柱3的激勵電流，輻射核心諧振頻點及所對應的核心頻段的電磁波；頂層貼片天線單元20和底層貼片天線單元22受到核心頻段的電磁波的耦合激勵，分別輻射第一拓展諧振頻點和第二拓展諧振頻點所對應的拓展頻段的電磁波。在低剖面寬頻帶天線陣子發射拓展頻段的電磁波的過程中，反射板I對電磁波進行反射，使電磁波向對應的方向進行輻射，產生定向的輻射主瓣，如圖4所示，在最需要的電磁波輻射頻率I. 95GHz和2. 15GHz的增益分別可以達到10. 55dBi和10. 51dBi，保證了低剖面寬頻帶天線的增益。本發明實施例提供的低剖面寬頻帶天線陣子，在厚度上實現小型化，保證了天線陣列中的行間距和列間距，避免了在長度和寬度上對天線陣列進行小型化時所帶來的隔離度降低、帶寬變窄、增益下降的問題；饋電金屬柱對饋電貼片天線單元進行饋電，產生核心諧振頻點，并且通過與該饋電貼片天線單元相耦合的耦合貼片天線單元產生多個拓展阻抗帶寬的拓展諧振頻點，拓展了天線的阻抗帶寬，實現了天線的寬帶化。在本發明中，在低剖面寬頻帶天線陣子中可以設置為4個或更多貼片天線單元，以包含4個貼片天線單元為例，如圖5所示，根據所需要的核心頻點，可以將饋電金屬柱3與對應的饋電貼片天線單元21連接。在本實施場景中，根據實際情況，所設置的若干貼片天線單元的中心可以不重合， 當然其中心也可以重合，在此不作限制。上述所述的低剖面寬頻帶天線陣子中，如果饋電貼片天線單元21和至少兩個耦合貼片天線單元的中心偏移，則可能產生耦合不對稱的情況，從而使阻抗帶寬變窄，增益下降和主瓣平滑度下降等情況。為了避免上述情況，進一步的，所述至少三個貼片天線單元的中心在一條垂線上，即在至少三個貼片天線單元的中心在水平方向上的投影重合。通過中心相互對應的設置饋電貼片天線單元21和至少兩個耦合貼片天線單元，便可以使饋電貼片天線單元21與耦合貼片天線單元的耦合對稱，從而保證了低剖面寬頻帶天線陣子的帶寬、增益以及主瓣的平滑度，進一步的保證了低剖面寬頻帶天線陣子的性倉泛。上述所述的低剖面寬頻帶天線陣子中，通過塑料貼片4實現多個貼片天線單元的間隔設置，但是，因為塑料貼片4的剛性較差且容易受溫度的影響而變形，從而使各貼片天線單元之間的距離發生變化，并且塑料貼片4的高度無法調節，一旦設置完成后，便無法調節各貼片天線單元之間的距離。為解決上述問題，進一步的，如圖6所示，至少三個貼片天線單元間隔設置于固定螺絲5上。所述固定螺絲5 —般為金屬材料，并且在表面涂覆有絕緣材料以防止固定螺絲5導電所帶來的影響。因為固定螺絲5的剛性較好、不易變形，不會使各貼片天線單元之間的距離出現抖動或變化，并且可以通過固定螺絲5上的螺紋對各貼片天線單元的位置進行調節，從而可以更好地設置和調整各貼片天線單元之間的距離。進一步的，所述的低剖面寬頻帶天線陣子，還包括墊片7，所述墊片7固定于所述固定螺絲5，并抵靠于所述至少三個貼片天線單元中最上方的貼片天線單元的上表面。例如可以在頂層貼片天線單元20與固定螺絲5的固定位置設置低介電常數的墊片7進行隔離，以避免固定螺絲5與頂層貼片天線單元20之間產生摩擦而磨損頂層貼片天線單元20的問題。當然根據實際情況也可以在固定螺絲5與其他貼片天線單元之間也設置墊片7，在此不作限制。上述所描述的低剖面寬頻帶天線陣子中，在進行多個貼片天線單元的安裝時，需要逐個地安裝，因此安裝低剖面寬頻帶天線陣子的過程相對繁瑣；并且在安裝低剖面寬頻帶基站天線陣子的過程中，需要在位于最頂層的貼片天線單元和天線罩之間留下一定的空隙，以避免貼片天線單元受到天線罩外側所施加的壓力，對貼片天線單元形成擠壓而其損壞，此時會增大低剖面寬頻帶基站天線陣子的厚度。為了降低安裝低剖面寬頻帶天線陣子的繁瑣程度，并降低低剖面寬頻帶天線陣子的厚度，進一步的，如圖7和圖8所示，在至少三個貼片天線單元中，位于最上方的貼片天線單元設置于所述天線罩6內側表面。可選的，除最上方的貼片天線單元外，其余的貼片天線單元間隔設置于固定螺絲5上。在本實施場景中，為了便于描述，至少兩個耦合貼片天線單元20、22分別為頂層·貼片天線單元20和底層貼片天線單元22，其中頂層貼片天線單元20位于多個貼片天線單元的最上方位置；該頂層貼片天線單元20貼合于天線罩6內側表面，這樣一來，在通過塑料貼片4或固定螺絲5安裝完饋電貼片天線單元21和底層貼片天線單元22后，便可以將固定螺絲5固定于反射板I上，頂層貼片天線單元20可以在安裝天線罩6的過程中完成安裝，從而減少了通過塑料貼片4或固定螺絲5安裝頂層貼片天線單元20的步驟，簡化了基站天線的安裝流程；可選的，將除最上方的貼片天線單元外，其余的貼片天線單元間隔設置于固定螺絲5上，可以更好地進行貼片天線單元的固定，并可以調節多個貼片天線單元之間的距離；當然，通過上述方式安裝頂層貼片天線單元20時，也需要設置天線罩6的高度，以保證頂層貼片天線單元20與饋電貼片天線單元21之間的距離4。此時，也可以省去天線罩6與位于最頂層的頂層天片天線單元20之間所存在的間隙，進一步降低了低剖面寬頻帶天線陣子的厚度，并且通過在頂層貼片天線單元20和饋電貼片天線單元21之間的所預留的距離Ii1也可以進一步的避免天線罩6外側所施加的壓力對低剖面寬頻帶天線陣子所帶來的擠壓。進一步的，可以通過降低天線罩6的厚度等方式來避免天線罩6對頂層貼片天線單元20的覆蓋的影響，例如，將天線罩6的厚度設置為λ/2，其中X1為在天線罩6的材料中目標頻率的波長。與上述實施例中低剖面寬頻帶天線陣子相對應，本發明還提供了一種天線，包括反射板和設置于反射板上的上述任意一個實施例中的低剖面寬頻帶天線陣子。根據實際的需要，本實施例中的天線可以用于基站和終端等通信設備上，在此不作限制。本發明實施例提供的天線，在厚度上實現小型化，保證了天線陣列中的行間距和列間距，避免了在長度和寬度上對天線陣列進行小型化時所帶來的隔離度降低、帶寬變窄、增益下降的問題；饋電金屬柱對饋電貼片天線單元進行饋電，產生最關注的核心諧振頻點，并且通過與該饋電貼片天線單元相鄰的耦合貼片天線單元耦合產生多個拓展阻抗帶寬的拓展諧振頻點，拓展了天線的阻抗帶寬，實現了天線的寬帶化。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，包括 在垂直方向上，依照尺寸從大至小，從下至上依次間隔設置有至少三個貼片天線單元; 所述至少三個貼片天線單元包括一個饋電貼片天線單元和至少兩個耦合貼片天線單元；所述饋電貼片天線單元，用于輻射核心諧振頻點周圍的核心頻段的電磁波；所述耦合貼片天線單元，用于與所述饋電貼片天線單元電磁耦合，以輻射拓展諧振頻點周圍的拓展頻段的電磁波； 饋電金屬柱，與所述饋電貼片天線單元連接，用于對所述饋電貼片天線單元進行饋電。
2.根據權利要求I所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，在所述饋電貼片天線 單元下方設置有至少一個耦合貼片天線單元。
3.根據權利要求2所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，所述饋電金屬柱穿過所述饋電貼片天線單元下方的耦合貼片天線單元上的通孔與所述饋電貼片天線單元連接；或，所述饋電金屬柱跨過所述饋電貼片天線單元下方的稱合貼片天線單元與所述饋電貼片天線單元連接。
4.根據權利要求3所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，所述通孔表面涂覆有絕緣材料。
5.根據權利要求I所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，所述至少三個貼片天線單元間隔設置于固定螺絲上。
6.根據權利要求5所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，還包括墊片，所述墊片固定于所述固定螺絲，并抵靠于所述至少三個貼片天線單元中最上方的貼片天線單元的上表面。
7.根據權利要求I所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，在所述至少三個貼片天線單元中，位于最上方的貼片天線單元設置于天線罩內側表面。
8.根據權利要求7所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，除最上方的貼片天線單元外，其余的貼片天線單元間隔設置于固定螺絲上。
9.根據權利要求1-8任一所述的低剖面寬頻帶天線陣子，其特征在于，所述至少三個貼片天線單元的中心在一條垂線上。
10.一種天線，其特征在于，包括 反射板和設置于所述反射板上的如權利要求I、任意一項所述的低剖面寬頻帶天線陣子。
全文摘要
本發明公開了一種低剖面寬頻帶天線陣子和天線，屬于通信技術領域，為解決現有技術中對天線進行小型化時隔離度降低、帶寬變窄、增益下降的問題而設計。一種低剖面寬頻帶天線陣子，包括在垂直方向上，依照尺寸從大至小，從下至上依次間隔設置有至少三個貼片天線單元；至少三個貼片天線單元包括一個饋電貼片天線單元和至少兩個耦合貼片天線單元；饋電貼片天線單元，用于輻射核心諧振頻點周圍的核心頻段的電磁波；耦合貼片天線單元，用于與饋電貼片天線單元電磁耦合，以輻射拓展諧振頻點周圍的拓展頻段的電磁波；饋電金屬柱，與饋電貼片天線單元連接，用于對饋電貼片天線單元進行饋電。
文檔編號H01Q1/36GK102882013SQ201210363618
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者趙建平, 孫保華, 王琳琳, 羅偉 申請人:華為技術有限公司