[发明专利]一种PCB振子带宽提升方法、PCB振子及基站天线辐射单元

说明书

本发明公开一种PCB振子带宽提升方法，其特征在于，在PCB振子的正面设置辐射臂，在PCB振子的背面设置金属贴片，利用所述金属贴片与所述辐射臂之间的耦合对辐射面内环和外环进行划分，从而改善高频、低频的阻抗匹配，使所述PCB振子在高频、低频两种模式间平滑转换，进而达到扩展所述PCB振子带宽的目的。本发明保持了辐射面的平面结构，便于采用印制电路工艺加工，批量生产成本低廉；同时，金属贴片可视为对金属压铸振子凸点调谐方式的平面化模拟，可实现金属压铸振子同等的辐射口面和工作带宽。本发明还提供一种PCB振子及基站天线辐射单元。

技术领域

本发明专利涉及基站天线领域，特别是涉及一种不破坏辐射面平面结构的PCB振子带宽扩展方法、PCB振子及采用上述PCB振子的超宽频基站天线辐射单元。

背景技术

作为基本的无线信号发射和接收单元，振子犹如基站天线的细胞，其各项指标对基站天线整机的重要性是不言而喻的。为了满足日益高涨的新频谱、超宽带、小型化、集成化的需求，各基站天线厂家在开发小型化、超宽频辐射单元方面展开了激烈竞争，力图在5G市场占据更大的份额。新的辐射单元的开发必然紧密伴随新材料的应用，天线振子经过数次技术迭代，经历了金属压铸单元、钣金冲压单元、PCB印制单元以及最新的塑料电镀(Plastic Plating，简称PP)一体成型、激光烧结成型(Laser Direct Structuring，简称LDS)等不同工艺。

目前来看，金属压铸工艺最为成熟，各项指标优良，缺点是开模周期长，成本高，不适应5G时代定制化、小批量生产模式；塑料电镀和激光烧结成型技术上欠成熟，成本居高不下，而且无源互调等技术指标并未被业界普遍接受；PCB印制单元性能和成本都被业界广泛接受，其平面印制加工工艺无需开模，加工周期短，成本低廉，批量生产一致性好，无论是定制化、小批量供货还是规模化生产都极具竞争力。必须承认，与金属压铸振子相比，PCB振子存在以下不足：1)PCB振子无法像金属压铸振子一样利用辐射臂的厚度(垂直于辐射面方向)优化辐射电流和进行阻抗匹配，导致PCB振子带宽受限；2)如果生硬模仿金属压铸振子优化辐射臂的方法，通过垂直于PCB辐射面加载寄生单元(如：垂直于PCB所在平面的金属片或PCB板)，势必破坏平面结构，有悖于纯粹的印制电路板工业化生产模式，且加工和焊接固定上述寄生单元也会增加成本。因而，在PCB振子中，如何既保持便于印制电路加工的平面结构，又能扩展带宽和减小尺寸具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的在于在于提供一种提升PCB振子带宽的方法，实现PCB振子在1700～2700MHz内的超宽频工作。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述方法制得的PCB振子。

本发明的再一个目的在于提供一种具有上述PCB振子的、超宽频、高增益基站天线单元。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种PCB振子带宽提升方法，其特征在于，在PCB振子的正面设置辐射臂，在PCB振子的背面设置金属贴片，利用所述金属贴片与所述辐射臂之间的耦合对辐射面内环和外环进行划分，从而改善高频、低频的阻抗匹配，使所述PCB振子在高频、低频两种模式间平滑转换，进而达到扩展所述PCB振子带宽的目的。

更为优选的是，所述辐射臂和所述金属贴片都为印制在所述PCB振子上的覆铜层。

更为优选的是，所述金属贴片设置在所述辐射臂在所述背面正投影的间隙处，所述金属贴片包括中心贴片和边缘贴片中的至少一种，所述中心贴片用来增强所述辐射臂之间的耦合对高频谐振进行调谐，从而改善高频阻抗匹配；所述边缘贴片用来对低频谐振进行调谐，从而改善低频阻抗匹配。

更为优选的是，所述辐射臂为四个全波折合振子构成的双极化全波振子，各所述全波折合振子收尾处串联起来形成±45°双极化辐射单元。