CN109216942B - 基于金属框的5g毫米波移动终端天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，包括至少两个的天线单元，所述天线单元包括第一金属框和柔性天线组件，所述第一金属框与柔性天线组件固定连接，所述第一金属框靠近柔性天线组件的一侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一介质层，所述柔性天线组件包括天线层、第二介质层和馈电层，所述天线层和馈电层分别设置于所述第二介质层相对的两侧面上，所述天线层与第一金属框电气连接，且所述天线层位于所述第二介质层靠近第一金属框的一侧面上，所述馈电层的材质的介电损耗角正切小于0.005。天线系统的结构简单，易于制作和装配，占用移动终端的金属边框的面积小，可以保证移动终端的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统。
背景技术
下一代移动通信技术(5G)的目标是通过更高的传输数率、更低的时延及更强的链接健壮性等来提供更好的用户体验。移动终端行业已经将从第一代(1G)到第四代(4G)的蜂窝系统可用的所有频谱部署在3GHz以下，并将进一步部署高达6GHz的频谱。因为具有更大带宽及更高的速率特性，毫米波频段很适于作为5G的高频载波。2016年7月，美国联邦通信委员会(FCC)已经为5G无线网络分配了一些毫米波频谱，包括28GHz、37GHz和39GHz频段。
在文章Bin Yu，Kang Yang,Chow-Yen-Desmond Sim,and Guangli Yang,“A Novel28 GHz Beam Steering Array for 5G Mobile Device with Metallic CasingApplication”,IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.66,NO.1,JANUARY 2018中，提出了一种工作于28GHz频段利用金属边框开槽的方式形成一个腔体缝隙天线阵列，其在阵列方向的尺寸大于半波长，且需要在金属边框的两个面上开槽，侧面的槽用于装配阶梯式钉(做成阶梯式是为了阻抗匹配)，顶部的槽用于天线辐射，该方式存在加工和装配复杂的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，易于制作和装配。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，包括天线阵列，所述天线阵列包括至少两个的天线单元，所述天线单元包括第一金属框和柔性天线组件，所述第一金属框与柔性天线组件固定连接，所述第一金属框靠近柔性天线组件的一侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一介质层，所述柔性天线组件包括天线层、第二介质层和馈电层，所述天线层和馈电层分别设置于所述第二介质层相对的两侧面上，所述天线层与第一金属框电气连接，且所述天线层位于所述第二介质层靠近第一金属框的一侧面上，所述馈电层的材质的损耗角正切小于0.005。
本发明的有益效果在于：天线单元的馈电层采用低损耗的柔性材料，如LCP材料，当需要对天线系统进行装配时，只需将柔性天线组件的天线层粘贴于待安装位，例如从移动终端的金属中框的第二凹槽穿出到金属中框背面上，再在整个金属中框背面粘贴美观的非金属保护材料即可。本发明的5G毫米波移动终端天线系统，其结构简单，易于制作和装配，占用空间小。
附图说明
图1为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统中天线单元的结构示意图；
图3为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统中天线单元的结构爆炸图；
图4为本发明实施例一的天线单元的S11仿真结果；
图5为本发明实施例一的天线单元在Phi＝0度和Phi＝90度时频率分别为27.5GHz，28GHz和28.35GHz的辐射方向图；
图6为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统中天线阵列的S参数图；
图7为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统中天线阵列在频点28GHz时在XOZ平面内沿Theta方向的扫描图；
图8为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统的三维扫描方向图(扫描角＝0度)；
图9为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统的三维扫描方向图(扫描角＝30度)；
图10为本发明实施例一的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统的三维扫描方向图(扫描角＝60度)。
标号说明：
100、5G毫米波移动终端天线系统；1、第二金属框；11、金属中框；
12、金属边框；13、第二凹槽；2、天线阵列；21、第一金属框；22、第一介质层；23、天线层；24、第二介质层；25、馈电层；26、第一缺口。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：天线单元的馈电层采用低损耗的柔性材料，如LCP材料，易于制作和装配。
请参照图1至图3，一种基于金属框的5G毫米波终端天线天线系统100，包括天线阵列2，所述天线阵列2包括至少两个的天线单元，所述天线单元包括第一金属框21和柔性天线组件，所述第一金属框21与柔性天线组件固定连接，所述第一金属框21靠近柔性天线组件的一侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一介质层22，所述柔性天线组件包括天线层23、第二介质层24和馈电层25，所述天线层23和馈电层25分别设置于所述第二介质层24相对的两侧面上，所述天线层23与第一金属框21电气连接，且所述天线层23位于所述第二介质层24靠近第一金属框21的一侧面上，所述馈电层25的材质的介电损耗角正切小于0.005。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：天线单元的馈电层采用低损耗的柔性材料，如LCP材料，当需要对天线系统进行装配时，只需将柔性天线组件的天线层粘贴于待安装位，例如从移动终端的金属中框的第二凹槽穿出到金属中框背面上，再在整个金属中框背面粘贴美观的非金属保护材料即可。本发明的5G毫米波移动终端天线系统，其结构简单，易于制作和装配，占用空间小。第一介质层为低损耗介质材料，可以采用与第二介质层一样的材质，也可以采用不同的材质。
进一步的，所述馈电层的材质为LCP材料。
进一步的，所述柔性天线组件为Vivaldi天线。
由上述描述可知，天线层的形状可以根据需要进行设置，只要满足Vivaldi天线的特征即可。
进一步的，所述第一凹槽的一侧壁上设有第一缺口26。
由上述描述可知，设置第一缺口有利于填充第一介质层，且能增大天线系统的覆盖面积。
进一步的，所述天线单元还包括第一粘接层，所述柔性天线组件通过所述第一粘接层分别与所述金属框和第一介质层22固定连接。
进一步的，所述天线阵列2的工作频率范围是27.5～28.35GHz。
进一步的，相邻两个的所述天线单元之间的间距与28GHz对应的半波长相等。
进一步的，还包括第二金属框1，所述第二金属框1上设有第二凹槽13，所述天线阵列2设置于所述第二凹槽13内，且所述柔性天线组件靠近所述第二凹槽13的底部设置。
由上述描述可知，第二凹槽的大小需要能使柔性天线组件通过，且不能使柔性天线组件产生太大的变形。
进一步的，所述第二金属框1包括金属中框11和金属边框12，所述金属中框11与金属边框12固定连接，所述天线阵列2位于所述金属中框11与金属边框12的连接处，所述馈电层25与所述金属中框11的底面位于同一平面上，所述第一金属框21与金属边框12固定连接，所述第一缺口26朝向金属边框12的外侧设置。
由上述描述可知，柔性天线组件将通过第二凹槽从金属中框背面穿入移动终端里面最终与前端电路相连。
请参照图1至图10，本发明的实施例一为：
如图1所示的一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统100，包括第二金属框1和天线阵列2，所述第二金属框1包括金属中框11和金属边框12，所述金属中框11与金属边框12固定连接，所述天线阵列2位于所述金属中框11与金属边框12的连接处。本实施例中，所述金属边框12的数目为四个，所述天线阵列2可以靠近其中任意一个金属边框12设置。所述天线阵列2包括至少两个的天线单元，优选的，所述天线单元的数目为八个。
如图2和图3所示，所述天线单元包括第一金属框21和柔性天线组件，所述第一金属框21与柔性天线组件固定连接，可以采用粘接的方式，所述第一金属框21靠近柔性天线组件的一侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一介质层22。第一介质层22的材质为低损耗材料，在第一凹槽的一侧壁上设有第一缺口26，即第一凹槽挖去两面。所述柔性天线组件包括天线层23、第二介质层24和馈电层25，所述天线层23和馈电层25分别设置于所述第二介质层24相对的两侧面上，所述天线层23与第一金属框21电气连接，且所述天线层23位于所述第二介质层24靠近第一金属框21的一侧面上，所述馈电层25的材质为低损耗的柔性材料，其介电损耗角正切小于0.005，如LCP材料，所述柔性天线组件为Vivaldi天线。本实施例中，所述天线单元还包括第一粘接层，所述柔性天线组件通过所述第一粘接层分别与所述金属框和第一介质层22固定连接，使天线层与第一金属框保证电连接。所述第二金属框1上设有第二凹槽13，所述天线阵列2设置于所述第二凹槽13内，且所述柔性天线组件靠近所述第二凹槽13的底部设置，且柔性天线组件的馈电层25与金属中框11的底面在同一平面上，第一金属框21与金属边框12相连成一体。第一缺口26朝向所述金属边框12的外侧设置。在装配时只需要增加定位孔即可对柔性天线组件进行定位，定位孔可以设置在柔性天线组件有天线层23覆盖的任意远离天线层金属边缘的地方，不会影响天线的性能。
如图4所示，为天线单元的S11仿真结果，从图4中可以看出，本实施例的5G毫米波移动终端天线系统可以很好地覆盖28GHz(27.5～28.35GHz)工作频段。
如图5所示，为天线单元在Phi＝0度和Phi＝90度时频率分别为27.5GHz，28GHz和28.35GHz的辐射方向图，从图5中可以看出在不同频率下天线单元的最大增益4dBi左右，在phi＝90度的辐射方向图可以看到最大增益点位于330度附近。
如图6所示，为8个天线单元的天线阵列的S参数图，从图中可以看到回波损耗相对单个天线单元时谐振频率略有偏高，但都在-15dB以下，与相邻天线单元的隔离度值优于-13dB左右，然后随着与之距离增加的天线单元，其间的隔离度值也逐渐减小。
如图7所示，为8个天线单元的天线阵列在频点28GHz时在XOZ平面内沿Theta方向的扫描图。由图中可见，和单个天线单元相比，天线系统在+Z方向上的增益从接近4dBi增加到12.5dBi左右。此外，从图中还可以看出该天线系统在0到60度内进行扫描时后瓣略有增大，随着扫描角增大天线增益稍有增大。本实施例的相邻两个的所述天线单元之间的间距等于所述28GHz对应的半波长，所以即使扫描角增大到60度时其副瓣也相对较低。另外天线系统在工作频段内的其它频点的扫描方向图与28GHz时的类似，故不重复列出。
如图8至图10所示，为8个天线单元的5G毫米波移动终端天线系统的三维扫描方向图，扫描角分别为0度、30度和60度。可以清楚地看到在三种扫描角时天线方向图的副瓣和后瓣都相对较小。
本发明的天线单元和天线系统也可以扩展到其它的5G毫米波工作频带，在这里就不一一赘述。
综上所述，本发明提供的一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，天线系统的结构简单，易于制作和装配，占用移动终端的金属边框的面积小，可以保证移动终端的结构强度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，包括天线阵列，所述天线阵列包括至少两个的天线单元，其特征在于，所述天线单元包括第一金属框和柔性天线组件，所述第一金属框与柔性天线组件固定连接，所述第一金属框靠近柔性天线组件的一侧面上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有第一介质层，所述柔性天线组件包括天线层、第二介质层和馈电层，所述天线层和馈电层分别设置于所述第二介质层相对的两侧面上，所述天线层与第一金属框电气连接，且所述天线层位于所述第二介质层靠近第一金属框的一侧面上，所述馈电层的材质的介电损耗角正切小于0.005；所述第一凹槽的一侧壁上设有第一缺口；还包括第二金属框，所述第二金属框上设有第二凹槽，所述天线阵列设置于所述第二凹槽内，且所述柔性天线组件靠近所述第二凹槽的底部设置；所述第二金属框包括金属中框和金属边框，所述金属中框与金属边框固定连接，所述天线阵列位于所述金属中框与金属边框的连接处，所述馈电层与所述金属中框的底面位于同一平面上，所述第一金属框与金属边框固定连接，所述第一缺口朝向所述金属边框的外侧设置。
2.根据权利要求1所述的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，其特征在于，所述馈电层的材质为LCP材料。
3.根据权利要求1所述的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，其特征在于，所述柔性天线组件为Vivaldi天线。
4.根据权利要求1所述的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，其特征在于，所述天线单元还包括第一粘接层，所述柔性天线组件通过所述第一粘接层分别与所述第一金属框和第一介质层固定连接。
5.根据权利要求1所述的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，其特征在于，所述天线阵列的工作频率范围是27.5GHz～28.35GHz。
6.根据权利要求5所述的基于金属框的5G毫米波移动终端天线系统，其特征在于，相邻两个的所述天线单元之间的间距与28GHz对应的半波长相等。
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| 移动终端内置天线技术及其进展;黎淑兰;《北京邮电大学学报》;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109216942A (zh) | 2019-01-15 |
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