CN108232441B - 一种天线单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种天线单元及阵列天线。该天线单元包括：第一介质层、第二介质层、接地片和辐射贴片；第一介质层、接地片、第二介质层从顶部到底部依次设置，辐射贴片设置在第一介质层的顶部；其中，辐射贴片上设有开槽，辐射贴片位于开槽相对的两侧分别设置有馈电点和接地点；馈电点通过同轴线贯穿第一介质层、接地片、第二介质层，接地点与接地片连接。本发明提供的天线单元及阵列天线相对于现有技术而言，兼具了高增益、低旁瓣、宽频带和小型化的优点，可有效实现整体天线构造的高集成性及小型化需求。

Description

一种天线单元及阵列天线

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种天线单元及阵列天线。

背景技术

随着通信技术的迅猛发展，无线移动装置越来越多，特别是手机，人们不仅仅满足简单的通话功能，更多追求对手机等移动通讯装置的微型化和通讯质量。而运用其中的天线装置作为通讯质量的重要部件，其发展也越来越受到关注。

以手机为例，相关技术的天线装置嵌设在手机中，其包括接地板和与该接地板电连接的馈电点，随着人们对手机微型化的追求，手机的体积越来越小，而嵌设在手机中的天线装置其体积也越来越小，天线装置中的馈电点和接地板之间的距离随之变小，从而导致天线装置的频带范围随之减小。随着手机等移动通讯装置体积的进一步微型化，天线装置的体积继续减小，使得相关技术的天线装置将不能覆盖GSM全球漫游所需的所有频带，这就极大影响了全球漫游的通讯功能。

为了解决上述技术问题，目前常见的手机中嵌设了一种体积相对较小的阵列天线，但本发明的发明人发现，现有技术中嵌设在手机中的阵列天线通常采用的是缝隙形式和贴片形式，缝隙形式的阵列天线虽然容易加工实现，但是由于其在设置中天线辐射方向上前后增益比值较低，因此在一定程度上会降低天线的定向性，并且为了保证阵列天线具有高增益，其占用面积反而需要更大。而现有贴片式的阵列天线占用面积虽然较小，但是制备工艺复杂，并且增益较低，根本无法满足用户需求。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种天线单元及阵列天线，兼具了高增益、低旁瓣、宽频带和小型化的优点，可有效实现整体天线构造的高集成性及小型化需求。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种天线单元。该天线单元包括第一介质层、第二介质层、接地片和辐射贴片；第一介质层、接地片、第二介质层从顶部到底部依次设置，辐射贴片设置在第一介质层的顶部；其中，辐射贴片上设有开槽，辐射贴片位于开槽相对的两侧分别设置有馈电点和接地点；馈电点通过同轴线贯穿第一介质层、接地片、第二介质层，接地点与接地片连接。

本发明实施方式还提供了一种阵列天线。该阵列天线包括本发明任意实施方式提供的天线单元。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供了一种兼具高增益、低旁瓣、宽频带和小型化等优点于一体的天线单元。具体的通过在辐射贴片上开槽，使得天线单元能够得到较高的增益，有效降低旁瓣强度。同时，采用同轴线将辐射贴片上的馈电点贯穿第一介质层、接地片、第二介质层实现馈电，进而实现信号传输，使得天线单元，可以在28GHz产生谐振，从而大大扩宽了能够覆盖的频带带宽。

进一步地，开槽为双H型开槽，馈电点与接地点对角设置在开槽限定的区域内。

进一步地，馈电点设置于开槽限定的左下角区域，接地点设置于开槽限定的右上角区域。

进一步地，其特征在于，辐射贴片为3.32mm×3.32mm的正方形。

进一步地，第一介质层为面积大于辐射贴片的正方形，辐射贴片位于第一介质层的中心区域。

进一步地，同轴线的内芯直径的取值范围为0.1mm-0.14mm，同轴线的外芯直径的取值范围为0.2mm-0.24mm。

进一步地，第一介质层和第二介质层的厚度、介电常数以及损耗角正切值均相同；其中，厚度为0.67mm，介电常数为2.33，损耗角正切值为0.0012。

进一步地，接地片和辐射贴片采用金属材料制成。

进一步地，阵列天线中包括的天线单元至少为两个，天线单元依次紧密设置，且互不相连。

本发明提供的天线单元采用双H型开槽的辐射贴片，并且将馈电点与接地点对角设置，进而大大提高了天线增益。另外，在将改进后的天线单元按照预设要求进行组合得到的阵列天线，也兼具了高增益、低旁瓣、宽频带和小型化的优点，进而可有效实现整体天线构造的高集成性及小型化需求。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的天线单元的爆炸图；

图2是本发明第一实施方式的天线单元的侧视图；

图3是本发明第一实施方式的天线单元的回波损耗图；

图4是本发明第一实施方式的天线单元的效率图；

图5是本发明第二实施方式的天线单元的俯视图；

图6是本发明第三实施方式的8元阵列天线的结构示意图；

图7是本发明第三实施方式的8元阵列天线在28GHz处的扫描范围图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种天线单元。如图1、图2所示，该天线单元100包括第一介质层101、第二介质层102、接地片103和辐射贴片104。

其中，第一介质层101、接地片103、第二介质层102从顶部到底部依次设置，辐射贴片104设置在第一介质层101的顶部。

为了改进天线单元100的增益，本实施方式中，辐射贴片104上设有开槽，辐射贴片104位于开槽相对的两侧分别设置有馈电点105和接地点106。并且，为了保证馈电点105能够正常传输信号，在本实施方式中将馈电点 105通过同轴线107贯穿第一介质层101、接地片103、第二介质层102，接地点106则直接与接地片103连接。

需要说明的是，本实施方式中辐射贴片104上设有的开槽具体为双H 型开槽，且馈电点105与接地点106对角设置在开槽限定的区域内。较优的，将馈电点105设置于开槽限定的左下角区域，将接地点106设置于开槽限定的右上角区域。

值得一提的是，同轴线107的内芯直径的取值范围为0.1mm-0.14mm，同轴线107的外芯直径的取值范围为0.2mm-0.24mm。

另外，在本实施方式中，天线单元100中选用的第一介质层101和第二介质层102其厚度、介电常数以及损耗角正切值均相同。

具体的说，第一介质层101和第二介质层102的厚度可以为0.67mm，介电常数可以为2.33，损耗角正切值可以为0.0012，从而大大降低了对天线单元整体新能的损耗。

另外，需要说明的是，本实施方式中提供的天线单元100中的接地片 103和辐射贴片104是采用金属材料制成，具体可以是铜。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定，在实际应用中天线单元100中辐射贴片104上开设的开槽的具体形状、大小，第一介质层101和第二介质层102选取的材料、厚度、介电常数、损耗角正切值等均可以又本领域的技术人员根据实际需要应用的环境，如手机等移动终端的尺寸等进行合理选择设置，此处不做限制。

为了更为直观的获知天线单元100的性能，以下结合图3、图4进行具体说明。

图3为天线单元的回波损耗图，图4是天线单元的效率图，结合图3和图4，可以得出单个天线单元100在28GHz处增益最多可以达到9.31dBi，相比于现有的天线单元，增益有了显著提高。

本发明的第二实施方式涉及一种天线单元。本实施方与第一实施方式大致相同，主要区别在于：本实施方式中辐射贴片具体为3.32mm×3.32mm的正方形形状，具体如图5所示。

需要说明的是，本实施方式中限定辐射贴片104具体为3.32mm×3.32mm 的正方形形状是为了能够嵌设到当前主流的手机等移动终端中，进而提升手机的通信性能，但在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际需要，进行测试，此处不做限制。

为了便于理解，以下以辐射贴片104为3.32mm×3.32mm的正方形形状，第一介质层101为4mm×4mm的正方形为例，详细说明其双H型开槽的具体开设样式，具体如图5所示。

如图5所示，在辐射贴片104为3.32mm×3.32mm的正方形形状时，其双H型开槽具体为“H”左右两侧竖直开槽的区域长度为1.8mm，宽度为0.2mm的开槽，中间水平开槽的区域长度2.0mm，宽度为0.4mm的开槽。两个H型交叠后，用于设置馈电点105或接地点106的区域为边长为0.7mm 的正方形。

本实施方式中，在辐射贴片104按照上述要开设双H型开槽，并且将馈电点105设置于开槽限定的左下角区域，将接地点106设置于开槽限定的右上角区域的情况下，进一步保证了天线单元100的增益效果。

与现有技术相比，本实施方式提供的天线单元，通过在辐射贴片上开设双H型槽，使得天线单元能够得到较高的增益，有效降低旁瓣强度。同时，采用同轴线将辐射贴片上的馈电点贯穿第一介质层、接地片、第二介质层实现馈电，进而实现信号传输，使得天线单元，可以在28GHz产生谐振，从而大大扩宽了能够覆盖的频带带宽。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

本发明的第三实施方式涉及一种阵列天线。该阵列天线具体由本发明任意实施方式提供的天线单元100构成。阵列天线中的天线单元100的个数具体不做限制，可以根据需要达到的增益值以及应用于的手机中嵌设阵列天线的空间来决定。较优的，天线单元100至少为两个，并且天线单元100依次紧密设置，不会相连。

为了使上述结构的阵列天线能够嵌设到当前主流的手机等移动终端中，并且兼具高增益、低旁瓣、宽频带和小型化等优点，本实施方式中提供的阵列天线具体包括8个天线单元100。

如图6所示，给出了一种由8个天线单元100构成的阵列天线，该阵列天线主要设置于如手机等移动终端的电路板上。

值得一提的是，为了保证阵列天线能够实现高增益，并且保证整体的定向性，阵列天线中的包括的8个天线单元100中，任意两个天线单元之间的间隙都相同，从而可以使得在空间上产生耦合，按照需求相互影响，该间隙的具体大小，本领域的技术人员可以根据手机的实际尺寸，以及天线单元 100的实现大小，进行合理设置，此处不做限制。

本实施方式中，在阵列天线由8个天线单元100构成时，该阵列天线在 28GHz处时的原始状态所能达到的最大增益可以达到15.2dBi，在28GHz处，设置阵列天线分别以0度(图7中的A所指的波形)、30度(图7中的B 所指的波形)、60度(图7中的C所指的波形)、90度(图7中的D所指的波形)、120度(图7中的E所指的波形)、150度(图7中的F所指的波形)、160度(图7中的G所指的波形)的扫描范围进行扫描，最终可以发现该阵列天线在28GHz处时所能达到的最大扫描范围为左右各67度，详见图7所示。

需要说明的是，图7给出的是向左扫描时所能达到的范围，向右的与图 7类似，此处不再列举。

与现有技术相比，上述结构的阵列天线，兼具了高增益、低旁瓣、宽频带和小型化的优点，有效实现了整体天线构造的高集成性及小型化需求，并且保证了嵌设有该阵列天线的移动终端的通信性能。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。在实际应用中，阵列天线可以设置于手机等移动终端的顶部、底部或其他区域，具体的本领域的技术人员可以根据需要进行合理设置，此处不做限制。

另外，针对阵列天线在28GHz处需要测试的角度，也不局限于上述几种，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行合理设置，此处不做限制。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：第一介质层、第二介质层、接地片和辐射贴片；

所述第一介质层、所述接地片、所述第二介质层从顶部到底部依次设置，所述辐射贴片设置在所述第一介质层的顶部；

其中，所述辐射贴片上设有开槽，所述开槽为双H型开槽，所述辐射贴片位于所述开槽相对的两侧分别设置有一馈电点和一接地点，所述馈电点与所述接地点对角设置在所述开槽限定的区域内；

所述馈电点通过同轴线贯穿所述第一介质层、所述接地片、所述第二介质层，所述接地点与所述接地片连接。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述馈电点设置于所述开槽限定的左下角区域，所述接地点设置于所述开槽限定的右上角区域。

3.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射贴片为3.32mm×3.32mm的正方形。

4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述第一介质层为面积大于所述辐射贴片的正方形，所述辐射贴片位于所述第一介质层的中心区域。

5.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述同轴线的内芯直径的取值范围为0.1mm-0.14mm，所述同轴线的外芯直径的取值范围为0.2mm-0.24mm。

6.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度、介电常数以及损耗角正切值均相同；

其中，所述厚度为0.67mm，所述介电常数为2.33，所述损耗角正切值为0.0012。

7.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述接地片和所述辐射贴片采用金属材料制成。

8.一种阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括如权利要求1至7任意一项所述的天线单元。

9.根据权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，所述天线单元至少为两个，所述天线单元依次紧密设置，且互不相连。

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