CN108321499A - 一种毫米波阵列天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种毫米波阵列天线及移动终端。该毫米波阵列天线的馈电形式为侧馈，毫米波阵列天线包括介质板、反射板及辐射板；辐射板、介质板、反射板从顶部到底部依次设置；辐射板包括馈源和至少两个天线单元；其中，任意两个天线单元采用并联馈电方式导通连接于馈源，使辐射板形成树形结构。本发明提供的毫米波阵列天线及移动终端相对于现有技术而言，有效拓宽了带宽，从而实现了通信全频段的覆盖，尤其是5G通讯毫米波。

Description

一种毫米波阵列天线及移动终端

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种毫米波阵列天线及移动终端。

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均不是采用LDS天线，即激光直接成型技术(Laser-Direct-Structuring)制备的天线。而LDS天线由于其特殊的安装方式，能够在有限的空间中尽可能的设置天线，在手机中嵌设LDS天线必将成为未来的发展趋势。

因此，利用LDS材料制备一种毫米波阵列天线，从而使得嵌设该毫米波阵列天线的手机具备能够实现覆盖5G网络的通信频率显得尤为重要。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种毫米波阵列天线及移动终端，有效拓宽了带宽，实现了通信全频段的覆盖，尤其是5G通讯毫米波。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种毫米波阵列天线，该毫米波阵列天线的馈电形式为侧馈，毫米波阵列天线包括介质板、反射板及辐射板；辐射板、介质板、反射板从顶部到底部依次设置；辐射板包括馈源和至少两个天线单元；其中，任意两个天线单元采用并联馈电方式导通连接于馈源，使辐射板形成树形结构。

本发明的实施方式还提供了一种移动终端，该移动终端包括本发明任意实施方式提供的毫米波阵列天线。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供了一种馈电形式为侧馈的毫米波阵列天线，通过选用至少由两个天线单元构成的辐射板，并设置辐射板中任意两个天线单元采用并联馈电方式导通连接于馈源，使辐射板形成树形结构，基于这种结构，毫米波阵列天线能够有效拓宽频段，实现通信全频段的覆盖，尤其是5G通讯毫米波。

另外，辐射板包括4个天线单元。本发明给出了一种较优的辐射板，在有限的天线布置空间中，通过采用有4个天线单元构成的辐射板，能够使毫米波阵列天线达到更好的辐射性能。

另外，天线单元的中心距离为二分之一波长；其中，中心距离为天线单元的中心点到相邻天线单元的中心点的距离，波长为毫米波阵列天线的工作带宽中心频率在介质板中的波长。通过设置相邻两个天线单元的中心距离为二分之一波长，能够有效避免波束扫描时出现栅瓣现象，并且该中心距离也能有效避免天线单元之间隔离度差的问题，从而保证了毫米波阵列天线的性能。

另外，毫米波阵列天线为贴片阵列天线。本发明提供的贴片式毫米波阵列天线，体积小、重量轻并且集成简单。

另外，毫米波阵列天线的工作频段覆盖28.5GHz±1GHz。本发明提供的毫米波阵列天线，基于其特有的结构，使得该毫米波阵列天线实现了覆盖高频带宽。

另外，反射板和辐射板均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成。本发明给出了一种反射板和辐射板均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成的毫米波阵列天线，制备方式简单，并且提交小。

另外，介质板的介电常数的取值范围为2.5-3.5，介质板的损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.02。

另外，反射板和辐射板均采用Premix导电塑料制备而成。本发明给出了一种反射板和辐射板均采用Premix导电塑料制备而成的毫米波阵列天线，该毫米波阵列天线能够进一步拓宽高频带宽，从而能够更好的适用于5G网络要求。

另外，介质板的介电常数的取值范围为2.0-3.5，介质板的损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.001。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线的结构示意图；

图2是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线中单个天线单元的回波损耗图；

图3是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线中各个天线单元之间的隔离性图；

图4是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线的回波损耗图；

图5是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线的总效率图；

图6是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线的远场指向性图；

图7是本发明第一实施方式的毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果和实测结构的对比图；

图8是本发明第二实施方式的毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果和实测结构的对比图。

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毫米波阵列天线。该毫米波阵列天线的馈电形式为侧馈，毫米波阵列天线主要包括介质板、反射板及辐射板，辐射板、介质板、反射板从顶部到底部依次设置，辐射板包括馈源和至少两个天线单元，且任意两个天线单元采用并联馈电方式导通连接于馈源，使辐射板形成树形结构。

需要说明的是，为了方便制备，本实施方式中提供的毫米波阵列天线优选为贴片阵列天线。

为了便于理解，本实施方式给出了一种较优的毫米波阵列天线结构，其辐射板具体由4个天线单元构成，该毫米波阵列天线的具体结构如图1所示。

图1中的10为辐射板、20为介质板、30为反射板，11至14为构成辐射板10的4个天线单元。其中，天线单元11与天线单元12，天线单元13与天线单元14两两之间并联馈电，最终4个天线单元实现导通且连接于馈源15，从而使得该毫米波阵列天线能够实现通信功能，尤其是5G通讯毫米波。

另外，值得一提的是，在阵列天线领域，天线单元阵间距过大会在波束扫描时出现栅瓣，而过小的阵间距又会导致相邻天线单元间隔离度变差，因此合理选择阵间距至关重要。

本实施方式中，通过设置天线单元的中心距离为二分之一波长，从而解决了上述问题，使得制备出的毫米波阵列天线性能较优。

具体的说，本实施方式中所说的中心距离为天线单元的中心点到相邻天线单元的中心点的距离，波长为毫米波阵列天线的工作带宽中心频率在介质板中的波长。

比如说，天线的工作带宽为5M，通常从449.500到454.500都有较小的驻波比，因此该天线的工作带宽中心频率则为452.000MHz。

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。

为了更加直观的获知本实施方式中提供的毫米波阵列天线的各项性能，以下结合图2至图6进行具体说明。

具体的说，图2是毫米波阵列天线中单个天线单元的回波损耗。

在图2中，4个天线单元的波形几乎完全重合，具体的图2中的S1表示的曲线为天线单元11的回波损耗，S2表示的曲线为天线单元12的回波损耗，S3表示的曲线为天线单元13的回波损耗，S4表示的曲线为天线单元14的回波损耗。

另外，图2中的3个坐标点A、B、C其坐标系数分别为A(27.5，-9.9491)、B(29.5，-7.3819)、C(28.5，-19.534)。

图3是毫米波阵列天线中各个天线单元之间的隔离性图。

在图3中，各天线单元之间的隔离性波形存在部分区域重叠，具体的图3中S21表示的曲线为天线单元12与天线单元11之间的隔离性，S31表示的曲线为天线单元13与天线单元11之间的隔离性，S41表示的曲线为天线单元14与天线单元11之间的隔离性，S32表示的曲线为天线单元13与天线单元12之间的隔离性，S42表示的曲线为天线单元14与天线单元12之间的隔离性，S43表示的曲线为天线单元14与天线单元13之间的隔离性。

另外，图3中的3个坐标点D、E、F其坐标系数分别为D(27.5，-10.19)、E(28.5，-9.3186)、F(295，-11.928)。

根据图2、图3可知，每个天线单元传输损耗最小区域几乎都汇聚于28.5GHz±1GHz的频段区间，因此该具有四个天线单元的毫米波阵列天线的回波损耗图具体如图4所示，图4中G点坐标为(28.184，-15.501)，该毫米波阵列天线的总效率如图5所示，图5中H点的坐标为(27.5，-0.73383)、I点的坐标为(28.5，-0.25656)、J点的坐标为(29.5，-0.70477)。

图6该毫米波天线阵列的远场指向图，其中频率是28.5GHz，主瓣幅度为5.35dBi，主瓣方向为0.0deg，3dB波束宽度为112.0deg,旁瓣电平为-8.6dB。

通过图4至图6不难发现，本实施方式中提供的毫米波阵列天线的能够更好的覆盖28.5GHz±1GHz的工作频段。

为了进一步验证本实施方式中提供的毫米波阵列天线在实际应用中的回波损耗，以下针对辐射板10和反射板30均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成的毫米波天线进行了实际测试。

另外，为了保证毫米波阵列天线的性能，在辐射板10和反射板30均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成时，介质板20选取的为介电常数的取值范围为2.5-3.5，损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.02的材料制备而成。

针对毫米波阵列天线的测试可以选用本领域通常采用的矢量网络分析仪进行测试分析。

具体的，将模拟的天线馈源端口与一个功分器的输入端连接，在利用两个功分器分别连接至该功分器的两个输出端，从而实现4路输出，将这4路输出分别通过与之串联的数控衰减器、数控移相器，最终连接至对应的天线单元。通过功分器将模拟馈源输出的信号按照需求分配给对应的天线单元，利用数控衰减器调整馈源至每一路天线单元的回波损耗，利用数控移相器调整馈源至每一路天线单元的相位，从而得到毫米波阵列天线的回波损耗实测结果，将该结果与仿真结果(即理论结果，如图4所示的波形图)进行对比，绘制得出毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果和实测结构的对比图，具体如图7所示。

图7中，SS表示的是实际测量所得的波形图，SM表示的是理论所得的波形图，通过图7可以看出，利用沙特沙伯基础创新塑料制备的毫米波阵列天线可以很好的覆盖低频工作频段及高频工作频段。

需要说明的是，本实施方式中所说的沙特沙伯基础创新塑料具体是沙特基础工业公司(Saudi Basic Industries Corporation，简称SABIC)提供的Sabic EXTC8479型LDS材料。

但在实际应用中，本领域的技术人员也可以根据实际需要选择合适的常规LDS材料制备，此处不做限制，另外，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

本发明的第二实施方式涉及一种毫米波阵列天线。第二实施方式与第一实施方主要区别之处在于，第一实施方式中，反射板和辐射板均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成；而第二实施方式中反射板和辐射板均采用Premix导电塑料制备而成。

需要说明的是，在反射板和辐射板均采用Premix导电塑料制备而成时，为了保证毫米波阵列天线的性能，介质板的介电常数及损耗角正切值也有不同。

具体的，本实施方式中的介质板的介电常数的取值范围为2.0-3.5，介质板的损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.001。

关于介质板的介电常数与损耗角正切值的具体取值，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际需要及选取的Premix导电塑料合理选取相应的介质板，此处不做限制。

为了更加直观的了解采用Premix导电塑料制备而成的毫米波阵列天线的各项性能，本实施方式采用如第一实施方式中给出的测试方式，对毫米波阵列天线进行了测试，具体结果如图8所示。

需要说明的是，由于针对放置模型进行测试得到的毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果图体现的都是该结构的毫米波阵列天线的最佳波形，因此针对本实施方式中提供的毫米波阵列天线制备的仿真模型进行测试得到的毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果图与针对第一实施方式中提供的毫米波阵列天线制备的仿真模型进行测试得到的毫米波阵列天线的回波损耗仿真结果图大致相同，图8是基于图4的仿真结果和实测结果绘制的对比图。

通过图8不难发现，实测得到的波形与仿真得到的波形相比，往高频偏移了3GHz，实测谐振深度与仿真谐振深度基本一致，因而本实施方式中采用Premix导电塑料制备而成的毫米波阵列天线能够满足5G毫米波要求，从而保证嵌设该毫米波阵列天线的移动终端能够适用于5G网络时代。

需要说明的是，本实施方式中所述的Premix导电塑料具体是预混合料类型的导电塑料，比如Premix的L260型材料。

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，本领域的技术人员也可以根据实际需要选择合适的Premix材料制备，此处不再赘述。

本发明的第三实施方式涉及一种移动终端。该移动终端上可设有如第一实施方式或第二实施方式所述的天线系统(如图1)，该移动终端可以是手机、平板电脑或笔记本电脑。

以手机为例，该天线可以作为LTE主天线，也可以放置在手机另一端同时作为LTEMIMO天线或分集接收天线。另外，值得一提的是，可在放置天线的另一侧设置其它的天线，如WIFI天线、蓝牙天线等，这种天线排布方式，有利于获得较佳的空间距离，从而获取更高的隔离度。且本实施方式中，天线的净空区边缘还可设有电子器件的摆放区，天线与该摆放区的距离可设置在15毫米以上。该电子器件可以是以下任意一种或其任意组合：USB接头、扬声器、听筒、耳机、摄像头、麦克风。这种设计方式有利于节省空间，提高天线所在区域的空间利用率。

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 (10)

1.一种毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线的馈电形式为侧馈，所述毫米波阵列天线包括介质板、反射板及辐射板；

所述辐射板、所述介质板、所述反射板从顶部到底部依次设置；

所述辐射板包括馈源和至少两个天线单元；

其中，任意两个天线单元采用并联馈电方式导通连接于所述馈源，使所述辐射板形成树形结构。

2.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述辐射板包括4个天线单元。

3.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述天线单元的中心距离为二分之一波长；

其中，所述中心距离为所述天线单元的中心点到相邻天线单元的中心点的距离，所述波长为所述毫米波阵列天线的工作带宽中心频率在所述介质板中的波长。

4.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线为贴片阵列天线。

5.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线的工作频段覆盖28.5GHz±1GHz。

6.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述反射板和所述辐射板均采用沙特沙伯基础创新塑料制备而成。

7.根据权利要求6所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述介质板的介电常数的取值范围为2.5-3.5，所述介质板的损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.02。

8.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述反射板和所述辐射板均采用Premix导电塑料制备而成。

9.根据权利要求8所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述介质板的介电常数的取值范围为2.0-3.5，所述介质板的损耗角正切值的取值范围为0.0005-0.001。

10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的毫米波阵列天线。