CN108429007A - 一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵 - Google Patents

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张岩
鱼婷
安旭东
陈晓晨
王瑞鑫
张霄
贾诗童
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Abstract

本发明公开了一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，包括第一介质板、第二介质板、8个钩型印刷振子单元、金属边框线、金属地板、金属化过孔及馈线。第二介质板位于第一介质板的下方，且紧贴第一介质板。钩型印刷振子单元、金属边框线位于第一介质板的上表面，金属地板位于第二介质板的上表面，馈线位于第二介质板的下表面。金属化过孔对称位于钩型印刷振子单元中心两侧，左侧金属化过孔将钩型印刷振子单元的左臂与金属地板上的连接线相连；右侧金属化过孔将钩型印刷振子单元的右臂与馈线一端相连接。本发明天线阵具有宽波束扫描特性，并可以抗金属影响，易于集成。

Description

一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵
技术领域
本发明涉及一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，特别是涉及一种带有金属边框线结构的、抗金属影响的、毫米波8元钩型印刷振子天线阵。
背景技术
随着移动消费设备的数量、种类和功能的蓬勃发展，对移动通信速率的要求正在迅速增加。为了满足这些需求，对于第五代(5G)天线的研发工作已经展开。紧凑、智能天线阵列的概念提供了必要的数据性能，但对天线设计提出了独特的挑战。近几年，人们对手机相控阵的研究越来越感兴趣。
根据目前检索发现，2014年，三星公司美国达拉斯电信实验室的Zhou提出了一种适用于全金属外壳手机的28GHz相控阵天线，通过手机每个面的4个子阵实现全空域覆盖，由于天线采用波导结构，易于与全金属外壳手机集成。2015年，华为公司加拿大研究中心的Wenyao Zhai提出了一种28GHz新型宽带天线阵，采用金属过孔的U型辐射贴片，通过基于偏置带状线的馈电网络进行馈电，考虑了低成本、大批量生产等要求。2016年，丹麦Aalborg大学电子系统系的Pedersen提出了一种宽扫描相控阵24GHz手机天线，通过同轴-微带线转换结构对8个偶极子天线单元进行馈电，天线具有端射方向图及宽角扫描能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，以实现小型化和宽波束，从而使天线能够在毫米波频段，实现±60°的波束扫描；增加抗地板结构使天线有良好的抗金属性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，至少包括：
第一介质板、第二介质板、8个钩型印刷振子单元、金属边框线、金属地板、金属化过孔及馈线；
所述的第二介质板位于第一介质板下方，且紧贴第一介质板；
所述的钩型印刷振子单元、金属边框线位于第一介质板的上表面，金属地板位于第二介质板的上表面，馈线位于第二介质板的下表面；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的钩型印刷振子单元的左臂通过先向下、再向右两次90°弯折形成钩型振子臂，左右两臂镜像对称，用于缩减天线尺寸和展宽天线波束宽度；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的金属化过孔对称位于钩型印刷振子单元中心的两侧，其中左侧金属化过孔贯穿第一介质板，将钩型印刷振子单元的左臂与金属地板上的连接线相连；右侧金属化过孔贯穿第一介质板和第二介质板，将钩型印刷振子单元的右臂与馈线相连；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的金属地板位于第二介质板的上表面，金属地板的上边沿低于钩型印刷振子单元，金属地板的下边沿与第二介质板的下边沿齐平，并与同轴接头的外导体相连；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的馈线位于第二介质板的下表面，一端与右侧金属化过孔相连，另一端与同轴接头的内导体相连；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的8个钩型印刷振子单元沿着振子臂方向排列，间距为半个工作波长；
进一步的，所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，所述的金属边框线的左端与左侧第一个钩型印刷振子单元的左臂相连，金属边框线的右端与右侧第一个钩型印刷振子单元的右臂相连，用于提高天线阵的抗金属影响能力。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，钩型印刷振子可实现天线单元的小型化和宽波束。
(2)本发明提出一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，金属边框线可提高天线阵的抗金属影响的能力，避免由于天线靠近金属物体而造成的天线效率下降，并可实现天线波束的宽角扫描。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的侧视示意图；
图2为本发明较佳实施例的第一介质板上表面俯视示意图；
图3为本发明较佳实施例的第一介质板下表面俯视示意图；
图4为本发明较佳实施例的第二介质板上表面俯视示意图；
图5为本发明较佳实施例的第二介质板下表面俯视示意图；
图6为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵的第四端口反射系数仿真数据图；
图7为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵的28GHz扫描方向图仿真数据图；
图8为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵金属物体时的反射系数仿真数据图；
其中，附图标记：
100：第一介质板
101：第一介质板上表面
102：钩型印刷振子单元
1021：钩型印刷振子天线阵的第一个钩型印刷振子单元
1028：钩型印刷振子天线阵的第八个钩型印刷振子单元
103：金属边框线
201：第一介质板下表面
200：第二介质板
301：第二介质板上表面
302：金属地板连接线
303：金属地板
401：第二介质板下表面
501：第一介质板天线单元左侧金属化过孔
502：第一介质板天线单元右侧金属化过孔
503：第二介质板天线单元右侧金属化过孔
600：钩型印刷振子天线阵的第四端口
H1：第一介质板厚度
H2：第二介质板厚度
L1：第一介质板的长度
L2：第一介质板的宽度
L3：第二介质板的宽度
L13：第二介质板的长度
L4：钩型印刷振子单元的总臂长
L5：钩型印刷振子单元左臂未弯折的长度
L6：钩型印刷振子单元左臂向下弯折的长度
L7：钩型印刷振子单元左臂向右弯折的长度
L8：金属边框线的长度
L9：金属地板连接线的宽度
L10：金属地板的宽度
L11：与同轴接头的内导体相连端的馈线宽度
L12：与右侧金属化过孔相连端的馈线宽度
W1：钩型印刷振子单元的臂宽
W2：金属边框线的宽度
dd：阵元间距
dd1：天线单元左右两个金属化过孔的间距
g：天线单元左右两臂的间距
d1：左臂右端半圆的直径
d2：金属化过孔的直径
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，其为本发明较佳实施例的侧视示意图。第一介质板100厚度H1为0.508mm；第二介质板200厚度H2为0.508mm。第二介质板200位于第一介质板100下方，且紧贴第一介质板100，天线单元左侧金属化过孔501、天线单元右侧金属化过孔502位于第一介质板100且间距dd1为0.7mm，天线单元右侧金属化过孔503位于第二介质板200。
如图2所示，其为本发明较佳实施例的第一介质板100上表面101俯视示意图。第一介质板100的长度L1为42.4mm，宽度L2为5.3mm；钩型印刷振子单元102左臂未弯折的长度L5为1.4mm，臂宽W1为0.65mm，左臂右端的半圆直径d1为0.65mm，半圆中心有金属化过孔501，金属化过孔直径d2为0.15mm；钩型印刷振子单元102的左臂通过先向下、再向右两次90°弯折形成钩型振子臂，左右两臂镜像对称，其中向下弯折的长度L6为1.45mm，向右弯折的长度L7为1.35mm。左臂和右臂间距g为0.15mm。钩型印刷振子单元102单元间距dd为5.3mm。金属边框线103的长度L8为41.9mm，宽度W2为0.4mm，其左端与钩型印刷振子天线阵的第一个钩型印刷振子单元1021的左臂相连，其右端与钩型印刷振子天线阵的第八个钩型印刷振子单元1028的右臂相连。
如图3所示，其为本发明较佳实施例的第一介质板100下表面102俯视示意图。
如图4所示，其为本发明较佳实施例的第二介质板200上表面301俯视示意图。第二介质板200的长度L13为42.4mm，宽度L3为10.3mm；金属地板303(阴影区域)宽度L10为8mm；金属地板连接线302的宽L9为0.7mm。第一介质板100的天线单元左侧金属化过孔501将钩型印刷振子单元102的左臂与金属地板连接线302相连。
如图5所示，其为本发明较佳实施例的第二介质200板下表面401俯视示意图。其中馈线402位于第二介质板200的下表面401，馈线402的一端(宽度L12为0.7mm)与第二介质板200钩型印刷振子单元102右侧金属化过孔503相连，另一端(宽度L11为1.51mm)与同轴接头的内导体相连。
如图6所示，其为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵的第四端600的反射系数仿真数据图。天线阵在28GHz匹配良好，带宽约为2GHz。
如图7所示，其为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵的28GHz扫描方向图仿真数据图。天线阵可实现0～60°波束扫描，增益跌落最大为2.0dB。
如图8所示，其为本发明较佳实施例的关于抗金属影响的钩型印刷振子天线阵靠近金属物体时的反射系数仿真数据图。对于未带金属边框线结构的钩型印刷振子天线阵，当金属物体靠近时，天线谐振频率偏移严重，反射系数变化大；而对于带有金属边框线结构的抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，当金属物体靠近时，频率偏移量较小，反射系数变化不大，匹配性能保持良好。因此，金属边框线结构可有效抑制金属物体靠近时对天线匹配性能的影响。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明的优点为：可实现天线的小型化和宽波束，使天线实现大角度波束扫描；金属边框线有效提高天线的抗金属影响的能力。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于，至少包括：
第一介质板、第二介质板、8个钩型印刷振子单元、金属边框线、金属地板、金属化过孔及馈线；
所述的第二介质板位于第一介质板下方，且紧贴第一介质板；
所述的8个钩型印刷振子单元、金属边框线位于第一介质板的上表面，金属边框线的左端与左侧第一个钩型印刷振子单元的左臂相连，金属边框线的右端与右侧第一个钩型印刷振子单元的右臂相连，用于提高天线阵的抗金属影响能力；金属地板位于第二介质板的上表面，馈线位于第二介质板的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于：所述的钩型印刷振子单元的左臂通过先向下、再向右两次90°弯折形成钩型振子臂，左右两臂镜像对称，用于缩减天线尺寸和展宽天线波束宽度。
3.根据权利要求1所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于：所述的金属化过孔对称位于钩型印刷振子单元中心的两侧，其中左侧金属化过孔贯穿第一介质板，将钩型印刷振子单元的左臂与金属地板上的连接线相连；右侧金属化过孔贯穿第一介质板和第二介质板，将钩型印刷振子单元的右臂与馈线相连。
4.根据权利要求1所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于：所述的金属地板位于第二介质板的上表面，金属地板的上边沿低于钩型印刷振子单元，金属地板的下边沿与第二介质板的下边沿齐平，并与同轴接头的外导体相连。
5.根据权利要求1所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于：所述的馈线位于第二介质板的下表面，一端与右侧金属化过孔相连，另一端与同轴接头的内导体相连。
6.根据权利要求1所述的一种抗金属影响的钩型印刷振子天线阵，其特征在于：所述的8个钩型印刷振子单元沿着振子臂方向排列，间距为半个工作波长。
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