用于5G系统的微带辐射单元及天线技术方案

本发明专利技术提供用于5G系统的微带辐射单元及天线，微带辐射单元包括PCB板材(1)、金属引向片(2)、辐射体、接地层(6)，PCB板材(1)为基材，辐射体为覆铜层，附着在PCB板材(1)上表面；金属引向片(2)悬浮在辐射体正上方；接地层(6)为覆铜层，附着在PCB板材(1)下表面；所述辐射体包括辐射主体(3)和微带线(5)，微带线(5)与辐射主体(3)相交于馈电点L1处馈电点L1，微带线(5)和辐射主体(3)的方向相同，微带线(5)上设有匹配段(4)。本发明专利技术设计的辐射单元，采用微带贴片阵子形式，结构简洁、装配快速，并且为5G基站天线小型化提供了有利的技术基础。

【技术实现步骤摘要】
用于5G系统的微带辐射单元及天线
本专利技术涉及天线辐射单元
，具体的是一种应用于5G系统下的微带辐射单元及天线。
技术介绍
伴随移动互联网和物联网的发展，4G移动通讯系统的网络速率、网络容量、终端连接数量及空口时延已不能满足市场与技术演进的需求，未来需要带宽更宽、速率更高、功耗更低、时延更短及连接更密集更安全的4.5G及5G技术。应对下一代移动通讯系统的需要，4.5G及5G基站天线将会异于目前常规基站天线形态，将以阵列形态出现。阵列形态下的天线辐射单元将直接级联T/R有源组件，天线在有源组件及系统控制下可同时支持水平及垂直面波束赋型。由于涉及到需要有源组件及系统针对辐射单元进行幅度及相位的精准控制，所以密集阵列同时内置集成了幅度/相位校准网络，此校准网络从校准口到每一路辐射单元幅度与相位将会严格控制在规定的范围值内。鉴于此，基站天线将面临着巨大的挑战，传统基站天线已不能满足5G系统的需求，而作为天线核心部件的辐射单元受到的挑战更是首当其冲。在现有技术中，天线的辐射单元一般是通过压铸等形式来实现，此形式下的辐射单元不仅有结构复杂、生产难度大、成本高以及极化之间干扰大的缺点，而且在5G高频段要求下，辐射单元尺寸很小，精准的尺寸又是必须要满足的，传统辐射单元实现形式导致加工尺寸精度无法保证，误差大，在5G系统高频段要求下，这些误差往往是致命的。而本专利技术设计的微带辐射单元不仅精度高，更具有小型化，结构简单，高增益，方向图性能优良，易于实现等特点，适用于未来5G通信系统基站天线，是未来基站天线辐射单元的常见形态。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于解决5G通信系统下辐射单元的技术不足与缺陷，提供一种高频段，高增益，高精度，单极化，小型化微带辐射单元，并提供相应天线。本专利技术提供一种用于5G系统的微带辐射单元，包括PCB板材1、金属引向片2、辐射体、接地层6，PCB板材1为基材，辐射体为覆铜层，附着在PCB板材1上表面；金属引向片2悬浮在辐射体正上方；接地层6为覆铜层，附着在PCB板材1下表面；所述辐射体包括辐射主体3和微带线5，微带线5与辐射主体3相交于馈电点L1处馈电点L1，微带线5和辐射主体3的方向相同，微带线5上设有匹配段4。而且，微带线5采用50欧姆微带线，其尺寸大小为长度在13～16mm，宽度在0.6～1.2mm。而且，微带辐射单元工作的频段支持4.7GHz～5.1GHz。而且，辐射主体3馈电点L1处设计有一个匹配凹槽，当工作的频段为4.7GHz～5.1GHz，其大小为长度是2.5mm～2.7mm，宽度为1.8mm～2.8mm。而且，所述匹配段4距离馈电点L1距离为6.4mm，当工作的频段为4.7GHz～5.1GHz，其大小为长度是3.5mm～4.0mm，宽度为1.5mm～2.5mm。而且，微带线5与水平方向放置呈±45°夹角形成±45°极化辐射单元，或者与水平方向呈0°夹角形成水平极化辐射单元，或者与水平方向呈90°夹角可形成垂直极化辐射单元。而且，用于组合形成极化分离的辐射单元。而且，所述金属引向片2为一个方形金属材质引向片，距离辐射主体3垂直高度为2.0mm～6.0mm，当工作的频段为4.7GHz～5.1GHz，其尺寸大小为长度是22.0mm～25.0mm，宽度为22.0mm～25.0mm，厚度为1.0mm～2.0mm。。而且，辐射主体3的尺寸包括宽度W与长度L，W为0.1～0.5倍波长，L为0.15～0.3倍波长，其中波长为以4.7GHz～5.1GHz中心频点在自由空间计算值。而且，所述PCB板材1的选用类型为Rogers4730JXR板材。本专利技术还提供一种天线，采用如上所述用于5G系统的微带辐射单元。本专利技术提供的一种5G系统的微带辐射单元，采用微带线馈电，尺寸小，结构简单，为实现天线小型化奠定基础；是一个平面结构，整体成型，后期装配简单，可靠性高，减少了生产制造过程中带来的各种不确定性难题。本专利技术与现有的技术相比，适用于4.7GHz～5.1GHz频段，不仅具有抗干扰强，增益高，驻波比良好，方向图性能优良等特点，而且微带线实现形式可以使辐射单元尺寸小，精度更高，更容易指标的实现以及控制，从而使基站天线整机做的更薄，也更小型化，性能更稳定，生产成本低，装配更简洁，生产效率提高，结构简单，使用安装可靠。本专利技术设计在国际上处于领先地位，将在5G技术应用推广中广泛使用，具有重要的市场价值。附图说明图1为本专利技术实施例的天线辐射单元正面俯视图；图2为本专利技术实施例的天线辐射单元侧面示意图；图3为本专利技术实施例的天线辐射单元背面俯视图；图4为本专利技术实施例的4.7GHz频点增益示意图；图5为本专利技术实施例的4.8GHz频点增益示意图；图6为本专利技术实施例的4.9GHz频点增益示意图；图7为本专利技术实施例的5.0GHz频点增益示意图；图8为本专利技术实施例的5.1GHz频点增益示意图；图9为本专利技术实施例的4.7/4.8/4.9/5.0/5.1GHz频点水平半功率波瓣宽度示意图；图10为本专利技术实施例的4.7/4.8/4.9/5.0/5.1GHz频点S11曲线图；图11为本专利技术实施例的4.7/4.8/4.9/5.0/5.1GHz频点VSWR曲线图。图12为本专利技术实施例的±45°双极化辐射单元两种形式示意图。具体实施方式本专利技术设计的辐射单元，采用微带贴片阵子形式，结构简洁、装配快速，并且为5G基站天线小型化提供了有利的技术基础。下面通过附图结合实施例，来对本专利技术技术方案进行详细说明。5G时代高频段阵列天线相位要求对同轴电缆需要极其高的精度控制，往往是很难实现的，而本专利技术可消除这方面影响，达到对相位精准的控制，从而大大提高了移动通信的性能。参见图1、图2和图3，本专利技术设计的辐射单元采用平面结构，整体成型，主要由PCB板材1、金属引向片2、辐射体、接地层6构成，PCB板材1为基材，辐射体为覆铜层，附着在PCB板材1上表面；金属引向片2悬浮在辐射体正上方；接地层6为覆铜层，附着在PCB板材1下表面；所述辐射体包括辐射主体3和微带线5，微带线5与辐射主体3相交于馈电点L1处馈电点L1，微带线5和辐射主体3的方向相同，微带线5上设计有一段匹配段4。这种独特结构为首创，是现有技术中未有出现的。实施例中PCB板材1为基材，辐射体为厚度是0.035mm的覆铜层，附着在PCB上表面；金属引向片2通过HFSS软件仿真时，可设置悬浮在辐射体正上方4mm处，具体工程上实现时，采用塑料支撑件一端固定在PCB板材上，另一端用于支撑固定引向片；接地层6为0.035mm的覆铜层，附着在PCB下表面。具体实施时，该辐射元的具体参数值可通过运用HFSS仿真软件仿真而成。其中，PCB板材1为选用的罗杰斯PCBRogers4730JXR板材，介电常数为εr＝3.0，长宽尺寸对应为50mm*50mm，厚度为h＝0.762mm。此板材拥有信号损失小，PIM值优良，插入损耗低，低密度，电路一致性好的优点。所述金属引向片2为一个方形金属材质引向片，距离辐射体3垂直高度为2.0mm～6.0mm，当工作的频段为4.7GHz～5.1GHz，其尺寸大小为长度是22.0mm～25.0mm，宽度为22.0mm～25.0mm，厚度为1.0mm～2.0mm，即22.0mm*22.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于5G系统的微带辐射单元，包括PCB板材(1)、金属引向片(2)、辐射体、接地层(6)，PCB板材(1)为基材，辐射体为覆铜层，附着在PCB板材(1)上表面；金属引向片(2)悬浮在辐射体正上方；接地层(6)为覆铜层，附着在PCB板材(1)下表面；所述辐射体包括辐射主体(3)和微带线(5)，微带线(5)与辐射主体(3)相交于馈电点L1处馈电点L1，微带线(5)和辐射主体(3)的方向相同，微带线(5)上设有匹配段(4)。

【技术特征摘要】
1.一种用于5G系统的微带辐射单元，包括PCB板材(1)、金属引向片(2)、辐射体、接地层(6)，PCB板材(1)为基材，辐射体为覆铜层，附着在PCB板材(1)上表面；金属引向片(2)悬浮在辐射体正上方；接地层(6)为覆铜层，附着在PCB板材(1)下表面；所述辐射体包括辐射主体(3)和微带线(5)，微带线(5)与辐射主体(3)相交于馈电点L1处馈电点L1，微带线(5)和辐射主体(3)的方向相同，微带线(5)上设有匹配段(4)。2.根据权利要求1所述用于5G系统的微带辐射单元，其特征在于：微带线(5)采用50欧姆微带线，其尺寸大小为长度在13～16mm，宽度在0.6～1.2mm。3.根据权利要求2所述用于5G系统的微带辐射单元，其特征在于：微带辐射单元工作的频段支持4.7GHz～5.1GHz。4.根据权利要求3所述用于5G系统的微带辐射单元，其特征在于：辐射主体(3)馈电点L1处设计有一个匹配凹槽，当工作的频段为4.7GHz～5.1GHz，其大小为长度是2.5mm～2.7mm，宽度为1.8mm～2.8mm。5.根据权利要求4所述用于5G系统的微带辐射单元，其特征在于：微带线(5)上设有一段匹配段(4)，所述匹配段(4)距离馈电点L1距离为6.4mm，当工作的频段为4.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁鹏亮，丁勇，丁晋凯，俞思捷，
申请(专利权)人：武汉虹信通信技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42