CN108448239B - 一种毫米波天线阵列及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种毫米波天线阵列及移动终端，毫米波天线阵列包括第一贴片天线、第二贴片天线以及第一隔离结构，第一贴片天线和第二贴片天线相邻且间隔设置，第一贴片天线和第二贴片天线之间具有第一间隙，且第一间隙的宽度小于半个导波波长；第一隔离结构部分或者全部设置于第一间隙内，且第一隔离结构用于增加第一贴片天线和第二贴片天线之间的隔离度。本发明实施例提供的毫米波天线阵列，通过设置第一隔离结构，可以减小第一贴片天线和第二贴片天线之间的相互耦合，从而在保证毫米波天线阵列的辐射性能的情况下，可以缩小两相邻的贴片天线的间距，实现缩小毫米波天线阵列的尺寸，缩小毫米波天线阵列在移动终端中占据的内部空间。

Description

一种毫米波天线阵列及移动终端

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种毫米波天线阵列及移动终端。

背景技术

随着移动通信技术的发展，智能手机和平板电脑等移动终端成为了人们日常生活中不可或缺的工具。天线作为实现移动终端的信号收发的组件，从而满足人们对于移动终端的通信功能以及数据传输等功能的需求。且由于5G(第五代移动通信)的脚步日益接近，故5G相关的天线需求便日益旺盛与受到瞩目，其中，对终端天线设计最具挑战性与新颖性的便是毫米波的天线阵列设计。毫米波天线阵列的主要无线性能要求包含有较高的增益(以克服毫米波高频的路径损耗)与较广的空间覆盖(以减小无线通信的盲区)，而毫米波天线阵列的尺寸大小当然也是整体设计考量的参数之一。

而5G毫米波天线阵列目前主流方案为透过系统封装SiP(system in package)的方式，形成AiP(Antenna in Package)天线(可为多层版的堆叠结构)，即毫米波天线阵列与射频芯片封装成一模块。为了达到上述的无线性能目的，现今阵列中常用的天线单元往往包含了贴片天线(patch antenna)，而多个贴片天线间，为了减少相互的耦合(coupling)造成性能的劣化，一般贴片天线间的距离需间隔半个导波波长(half guided wavelength,即λ_g/2)或以上，如图1所示，其中四个灰块即为贴片天线。但这样的间距造成毫米波天线阵列的尺寸较大，对整合入移动终端设备，尤其是手机，往往会造成设备整体尺寸较大，或造成既有天线(如：LTE天线，GPS天线，或WiFi天线)有效辐射空间的减少，进而使得产品竞争力下降或既有天线性能下降，而使得用户无线体验的劣化。

发明内容

本发明实施例提供一种毫米波天线阵列及移动终端，以解决目前的毫米波天线阵列存在因尺寸较大而导致占据移动终端内部较大空间的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种毫米波天线阵列，包括第一贴片天线、第二贴片天线以及第一隔离结构，所述第一贴片天线和所述第二贴片天线相邻且间隔设置，所述第一贴片天线和所述第二贴片天线之间具有第一间隙，且所述第一间隙的宽度小于半个导波波长；所述第一隔离结构部分或者全部设置于第一间隙内，且所述第一隔离结构用于增加所述第一贴片天线和所述第二贴片天线之间的隔离度。

第二方面，本发明实施例还提供一种移动终端，包括上述的毫米波天线阵列。

在本发明实施例的毫米波天线阵列，包括第一贴片天线、第二贴片天线以及第一隔离结构，第一贴片天线和第二贴片天线相邻且间隔设置，第一贴片天线和第二贴片天线之间具有第一间隙，且第一间隙的宽度小于半个导波波长；第一隔离结构部分或者全部设置于第一间隙内，且第一隔离结构用于增加第一贴片天线和第二贴片天线之间的隔离度，这样，通过设置第一隔离结构，可以减小第一贴片天线和第二贴片天线之间的相互耦合，从而在保证毫米波天线阵列的辐射性能的情况下，可以缩小两相邻的贴片天线的间距，实现缩小毫米波天线阵列的尺寸，缩小毫米波天线阵列在移动终端中占据的内部空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中毫米波天线阵列的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图4是图3中偶极天线的放大结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图8是图7中偶极天线的放大结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的另一种毫米波天线阵列的结构示意图；

图11是本本发明实施例提供的一种毫米波天线阵列中各天线与射频芯片连接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种毫米波天线阵列的结构示意图，如图2所述，毫米波天线阵列包括第一贴片天线10、第二贴片天线20以及第一隔离结构30，所述第一贴片天线10和所述第二贴片天线20相邻且间隔设置，所述第一贴片天线10和所述第二贴片天线20之间具有第一间隙，且所述第一间隙的宽度小于半个导波波长；所述第一隔离结构30部分或者全部设置于所述第一间隙内，且所述第一隔离结构30用于增加所述第一贴片天线10和所述第二贴片天线20之间的隔离度。

本发明实施例中，上述第一隔离结构30可以增加第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的隔离度，从而可以减少第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的相互耦合，故可使第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的间距减小，实现第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的间距小于半个导波波长，以缩小毫米波天线阵列的尺寸，减小毫米波天线阵列在移动终端中占据的内部空间。

应当说明的是，上述毫米波天线阵列包括至少两个贴片天线，且上述第一贴片天线10和第二贴片天线20为上述至少两个贴片天线中任意相邻的两个贴片天线，且上述毫米波天线阵列中，存在至少一组相邻的两个贴片天线中可以设置有上述第一隔离结构30，例如：上述毫米波天线阵列中，任意相邻的两个贴片天线之间的间隙内均可以设置有上述第一隔离结构30，从而缩小毫米波天线阵列的尺寸。

本发明实例中，上述第一隔离结构30可以是任何用于增加第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的隔离度的结构，且该第一隔离结构30部分或者全部设置于第一贴片天线10和第二贴片天线20之间，以实现减小第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的相互耦合。

其中，上述第一隔离结构30可以是仅设置有一个接地点的接地结构；或者，也可以是仅设置有一个馈电点的天线，如单极天线或者“T”形天线；或者，还可以是设置有一个接地点以及一个馈电点的天线，如偶极天线、倒“F”(Inverted-F)天线或者环形(Loop)天线等，由于上述接地结构以及各天线的结构为本领域技术人员所熟知，在此并不进行赘述。

上述第一隔离结构30可以是部分设置于一相邻的两个贴片天线之间的间隙内，可选的，如图3和图4所示，上述毫米波天线阵列还可以包括第三贴片天线40和第四贴片天线50，所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20、所述第三贴片天线40以及所述第四贴片天线50之间两两相邻且间隔设置；所述第一隔离结构30为包括第一天线臂31和第二天线臂32的偶极天线，所述第一天线臂31与所述第二天线臂32位于同一直线上且间隔设置，所述第一天线臂31上设置有馈电点(以黑色实心点表示)，且所述第一天线臂31位于所述第一间隙内；所述第二天线臂32上设置有接地点(以空心圆点表示)，且所述第二天线臂32位于所述第三贴片天线40与所述第四贴片天线50之间的第二间隙内。

本实施方式中，一偶极天线的两个天线臂可以分别设置于一相邻的两个贴片天线之间的间隙内，即第一天线臂31设置于第一间隙内，且第二天线臂32设置于第二间隙内，从而可以同时缩小第一贴片天线10和第二贴片天线20的间距以及第三贴片天线40和第四贴片天线50之间的间距，使毫米波天线阵列的尺寸缩小，且结构简单，同时因加入偶极子天线(作为隔离结构)，故可助增强毫米波天线阵列宽边(broadside)(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化(dual-polarization)性能。

另外，上述第一贴片天线10与第三贴片天线40之间的间隙，以及第二贴片天线20和第四贴片天线50之间的间隙内也可以设置一偶极天线，该偶极天线的一个天线臂设置于第一贴片天线10与第三贴片天线40之间的间隙，另一个天线臂设置于第二贴片天线20和第四贴片天线50之间的间隙内，且该偶极天线的两条天线臂所在的直线，与上述位于第一间隙和第二间隙内的偶极天线的两条天线臂所在的直线垂直，从而可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能。

上述第一隔离结构30也可以是全部设置于一相邻的两个贴片天线之间的间隙内，如图5所示，上述所述第一隔离结构30可以为包括第三天线臂33和第四天线臂34的偶极天线，所述第三天线臂33和所述第四天线臂34位于同一直线上且间隔设置，所述第三天线臂33上设置有馈电点，以及所述第四天线臂34上设置有接地点；所述第三天线臂33和所述第四天线臂34位于所述第一间隙内，从而可以进一步增强第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的隔离度，使第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的间距更小，以缩小毫米波天线阵列的尺寸，同时因加入偶极子天线(作为隔离结构)，故可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能。

或者，以上述第一隔离结构30为单极天线为例，如图6所示，上述第一隔离结构30也可以为包括第五天线臂35的单极天线，所述第五天线臂35位于所述第一间隙内，且所述第五天线臂35上设置有馈电点，通过在第一间隙内设置单极天线，从而可以减小第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的相互耦合，使第一贴片天线10与第二贴片天线20之间的间距缩小，同时因加入单极子天线(作为隔离结构)，故可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能。

当然，为了可助毫米波天线阵列达到垂直与水平的双极化的性能，毫米波天线阵列中两两相邻的四个贴片天线，每相邻的两个贴片天线之间的间隙内均可以设置一个单极天线或者偶极天线，即如图5和图6所示的第一贴片天线10、第二贴片天线20、第三贴片天线40和第四贴片天线50中，任意两相邻的贴片天线之间的间隙内可以设置一个单极天线或者偶极天线。

应当说明的是，当上述第一隔离结构30为天线(如单极天线或者偶极天线等)时，第一隔离结构30的天线臂的形状以及尺寸等不同，第一贴片天线10和第二贴片天线20之间增加的隔离度不同，故设置第一隔离结构的天线臂的形状以及尺寸合适，可以进一步增加第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的隔离度，从而进一步缩小毫米波天线阵列的尺寸。

另外，上述第一隔离结构30可以为包括设置有馈电点以及接地点的天线(如偶极天线、倒“F”天线或者环形天线)，且各天线中馈电点和接地点的设置位置固定，例如：如图3所示，第一隔离结构30为偶极天线，偶极天线中的馈电点和接地点，分别位于偶极天线中两个天线臂相对设置的臂端等。由于各天线中馈电点和接地点的设置位置为本领域技术人员熟知，在此并不进行赘述。

可选的，上述第一隔离结构30中每一天线臂的长度可以为0.02毫米至7毫米，例如：如图4中第一隔离结构30的天线臂的长度d可以为0.02毫米至7毫米；以及，可选的，上述第一隔离结构30中的每一天线臂的宽度为0.01毫米至4毫米，例如：如图4中第一隔离结构30的天线臂的臂宽w可以为0.01毫米至4毫米，从而进一步提升第一贴片天线和第二贴牌天线之间的隔离度，实现缩小毫米波天线阵列的尺寸至更小。

可选的，如图7和图8所示，所述第一隔离结构30中的每一天线臂可以包括第一天线部36、第二天线部37以及连接部38，所述连接部38连接所述第一天线部36和所述第二天线部37，且所述连接部38的宽度小于所述第一天线部36的宽度以及所述第二天线部37的宽度；所述第一天线部36上设置有馈电点或者接地点，这样，通过在第一隔离结构30中的天线臂上设置内缩区，即该天线臂的连接部38的宽度小于第一天线部36的宽度以及第二天线部37的宽度，可以使第一隔离结构30具备双频段辐射的功能。

当然，当上述第一隔离结构30的天线臂上设置有内缩区的情况下，天线臂中连接部38的尺寸也可以对第一隔离结构30的隔离性能产生影响，可选的，上述连接部38的宽度可以为0.008毫米至3.8毫米，即如图8中连接部38的宽度b可以为0.008毫米至3.8毫米；以及，可选的，上述连接部38的长度r为0.01毫米至4毫米，即如图8中连接部38的长度可以为0.01毫米至4毫米，从而可以使第一隔离结构30增加第一贴片天线10和第二贴片天线20之间的隔离度的效果更好，进一步缩小毫米波天线阵列的尺寸。

本发明实施例中，上述第一贴片天线10和上述第二贴片天线20的间距可以小于半个导波波长，且可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能和双频段工作下，又可缩小毫米波天线阵列的尺寸。

可选的，上述第一间隙的宽度为0.05毫米至14毫米，即当相邻的两个贴片天线之间的间隙内设置有上述第一隔离结构30的情况下，可以设置该相邻的两个贴片天线之间的间隙的宽度为0.05毫米至14毫米，可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能和双频段工作下，又可缩小毫米波天线阵列的尺寸。

需要说明的是，上述毫米波天线阵列中，可以是仅在相邻的贴片天线中设置有第一隔离结构30，以实现缩小毫米波天线阵列的尺寸。

当然，可选的，所述第一贴片天线10包括第一侧边以及第二侧边，所述第二贴片天线20与所述第一侧边间隔设置，且所述第二侧边12未间隔设置有贴片天线；所述毫米波天线阵列还包括第二隔离结构，所述第二隔离结构与所述第二侧边间隔设置，这样，通过在毫米波天线阵列中，处于最外侧的贴片天线的侧边设置第二隔离结构，可以实现毫米波天线阵列具有尾焰(end-fire)的辐射能力。

其中，上述第二隔离结构与第二侧边间隔设置，可以是第二侧边与第二隔离结构的部分或者全部结构相对间隔设置，例如：以毫米波天线阵列包括两两相邻的4个贴片天线为例，如图9所示，第一贴片天线10的第一侧边11间隔设置有第二贴片天线20，第二侧边12的一侧未设置有贴片天线，则可以将一偶极天线的两个天线臂与第二侧边12间隔设置；或者，如图10所示，第一贴片天线10的第一侧边11间隔设置有第二贴片天线20，第二侧边13的一侧未设置有贴片天线，则可以在第二侧边13间隔设置偶极天线中的一天线臂，从而使该毫米波天线阵列具有尾焰的辐射能力。

需要说明的是，上述第二隔离结构可以是一天线，包括单极天线、偶极天线、倒“F”天线、“T”形天线以及环形天线等中的任一种。

可选的，所述毫米波天线阵列包括依次叠设的非接地金属层、介质层和接地金属层，所述非接地金属层上设置有所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20以及所述第一隔离结构30；或者，所述毫米波天线阵列包括介质层和与所述介质层叠设的接地金属层，所述介质层的内部设置有所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20以及所述第一隔离结构30；或者，所述毫米波天线阵列包括介质层和与所述介质层叠设的接地金属层，所述介质层的侧边上设置有所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20以及所述第一隔离结构30；

其中，所述接地金属层用于将所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20和所述第一隔离结构30朝接地金属层的背向辐射(back radiation)进行反射聚集。

本实施方式中，上述接地金属层用于将第一贴片天线10、第二贴片天线20及作为天线所致的第一隔离结构30朝接地金属层(即朝向-z方向)的背向辐射反射聚集，故毫米波天线可具备朝向垂直贴片天线所在平面的方向的宽边(即朝向+z方向)辐射能力。

应当说明的是，上述接地金属层用于将所述第一贴片天线10、所述第二贴片天线20和所述第一隔离结构30朝接地金属层的背向辐射进行反射聚集，可以是第一贴片天线10、第二贴片天线20和第一隔离结构30朝接地金属层的背向辐射，而接地金属层上方设置于非接地金属层的天线，优选地，应位于所述接地金属层的面积涵盖范围内。

另外，前述作为隔离结构的天线(如：偶极子天线、倒F天线，与环天线等)接地点，是与接地金属层相接(优选地，是透过穿孔，即via)。

另外，需要说明的是，如图11所示，当隔离结构(包括上述第一隔离结构以及第二隔离结构)设置有馈电点时，隔离结构的馈电点与封装天线(Antenna in Package，AiP)中射频芯片的链路连接，即隔离结构作为天线与各贴片天线并联接入射频芯片；而当隔离结构设置有接地点时，隔离结构的接地点与AiP的地层连接。

本发明实施例中，毫米波天线阵列包括第一贴片天线、第二贴片天线以及第一隔离结构，第一贴片天线和第二贴片天线相邻且间隔设置，第一贴片天线和第二贴片天线之间具有第一间隙，且第一间隙的宽度小于半个导波波长；第一隔离结构部分或者全部设置于第一间隙内，且第一隔离结构用于增加第一贴片天线和第二贴片天线之间的隔离度，这样，通过设置第一隔离结构，可以减小第一贴片天线和第二贴片天线之间的相互耦合，从而在保证毫米波天线阵列的辐射性能的情况下，可以缩小两相邻的贴片天线的间距，实现缩小毫米波天线阵列的尺寸，缩小毫米波天线阵列在移动终端中占据的内部空间，同时因加入天线(作为隔离结构)，故可助增强毫米波天线阵列宽边(即朝向+z方向)辐射的增益与垂直及水平双极化性能。

基于上述毫米波天线阵列，本发明实施例还提供一种移动终端，包括如上所述的毫米波天线阵列。

由于移动终端本体的结构是现有技术，毫米波天线阵列的结构在上述实施例中已进行详细说明，因此，本实施例中对于具体的移动终端的结构不再赘述。

本发明实施例中，上述移动终端可以是任何包括毫米波天线阵列的移动终端，例如：手机、平板电脑(Tablet Personal Computer)、膝上型电脑(Laptop Computer)、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)、移动上网装置(Mobile InternetDevice，MID)或可穿戴式设备(Wearable Device)等。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (12)

1.一种毫米波天线阵列，其特征在于，包括第一贴片天线、第二贴片天线以及第一隔离结构，所述第一贴片天线和所述第二贴片天线相邻且间隔设置，所述第一贴片天线和所述第二贴片天线之间具有第一间隙，且所述第一间隙的宽度小于半个导波波长；所述第一隔离结构部分或者全部设置于所述第一间隙内，且所述第一隔离结构用于增加所述第一贴片天线和所述第二贴片天线之间的隔离度；

所述第一隔离结构为天线，且所述第一隔离结构中的每一天线臂包括第一天线部、第二天线部以及连接部，所述连接部连接所述第一天线部和所述第二天线部，且所述连接部的宽度小于所述第一天线部的宽度以及所述第二天线部的宽度；所述第一天线部上设置有馈电点或者接地点。

2.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述毫米波天线阵列还包括第三贴片天线和第四贴片天线，所述第一贴片天线、所述第二贴片天线、所述第三贴片天线以及所述第四贴片天线之间两两相邻且间隔设置；所述第一隔离结构为包括第一天线臂和第二天线臂的偶极天线，所述第一天线臂与所述第二天线臂位于同一直线上且间隔设置，所述第一天线臂上设置有馈电点，且所述第一天线臂位于所述第一间隙内；所述第二天线臂上设置有接地点，且所述第二天线臂位于所述第三贴片天线与所述第四贴片天线之间的第二间隙内。

3.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一隔离结构为包括第三天线臂和第四天线臂的偶极天线，所述第三天线臂和所述第四天线臂位于同一直线上且间隔设置，所述第三天线臂上设置有馈电点，以及所述第四天线臂上设置有接地点；所述第三天线臂和所述第四天线臂位于所述第一间隙内。

4.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一隔离结构为包括第五天线臂的单极天线，所述第五天线臂位于所述第一间隙内，且所述第五天线臂上设置有馈电点。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一隔离结构中的每一天线臂的长度为0.02毫米至7毫米。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一隔离结构中的每一天线臂的宽度为0.01毫米至4毫米。

7.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述连接部的宽度为0.008毫米至3.8毫米。

8.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述连接部的长度为0.01毫米至4毫米。

9.根据权利要求2至4中任一项所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一贴片天线包括第一侧边以及第二侧边，所述第二贴片天线与所述第一侧边间隔设置，且所述第二侧边未间隔设置有贴片天线；所述毫米波天线阵列还包括第二隔离结构，所述第二隔离结构与所述第二侧边间隔设置。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述毫米波天线阵列包括依次叠设的非接地金属层、介质层和接地金属层，所述非接地金属层上设置有所述第一贴片天线、所述第二贴片天线以及所述第一隔离结构；或者，所述毫米波天线阵列包括介质层和与所述介质层叠设的接地金属层，所述介质层的内部设置有所述第一贴片天线、所述第二贴片天线以及所述第一隔离结构；或者，所述毫米波天线阵列包括介质层和与所述介质层叠设的接地金属层，所述介质层的侧边上设置有所述第一贴片天线、所述第二贴片天线以及所述第一隔离结构；

其中，所述接地金属层用于将所述第一贴片天线、所述第二贴片天线和所述第一隔离结构朝接地金属层的背向辐射进行反射聚集。

11.根据权利要求1所述的毫米波天线阵列，其特征在于，所述第一间隙的宽度为0.05毫米至14毫米。

12.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的毫米波天线阵列。