CN110233360A - 一种双频天线及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双频天线及电子设备，所述双频天线包括依次叠设的接地片、第一介质基板、低频辐射片、第二介质基板及若干高频辐射片，所述接地片背向所述第一介质基板的表面上设置有低频馈电口与高频馈电口，所述低频辐射片与所述低频馈电口之间连接有低频探针，所述高频馈电口与所述高频辐射片之间连接有高频探针。本发明实现了将低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线结合于一体，让同一天线同时具备了微波频段通信和毫米波频段的通信特征，适用于5G移动通信系统。

Description

一种双频天线及电子设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种双频天线及电子设备。
背景技术
目前，微波频段与毫米波频段的天线均广泛应用于2G、3G、4G领域，随着通信技术的快速发展，5G通信逐渐普及，微波频段的天线具备普通长距离传播的特点，而毫米波频段的天线具备快速短距离传播的特点，两种频段的天线均在5G通信中起到重要作用，但由于天线之间的隔离度不足时两种频段的天线会发生信号干扰，使得毫米波频段的天线与微波频段的天线难以集合到同一天线中让同一天线同时具备毫米波天线与微波天线的通信特征。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种双频天线，旨在解决现有技术中，毫米波频段的天线与微波频段的天线难以集合到同一天线中让同一天线同时具备毫米波天线与微波天线的通信特征的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种双频天线，所述双频天线包括依次叠设的接地片、第一介质基板、低频辐射片、第二介质基板及若干高频辐射片，所述接地片背向所述第一介质基板的表面上设置有低频馈电口与高频馈电口，所述低频辐射片与所述低频馈电口之间连接有低频探针，所述高频馈电口与所述高频辐射片之间连接有高频探针。
优选地，所述双频天线还包括金属柱，所述金属柱为空心管状结构，所述金属柱穿设于所述第一介质基板中且两端分别连接至所述接地片与所述低频辐射片，所述高频探针穿设于所述金属柱中。
优选地，所述金属柱与所述高频探针之间设置有一层介质层，所述介质层与所述金属柱及所述高频探针形成同轴传输线。
优选地，所述若干高频辐射片以所述低频辐射片的中心轴线为中心周向均匀分布。
优选地，所述低频探针及所述低频馈电端口均位于所述中心轴线上。
优选地，所述高频辐射片上开设有凹槽，所述凹位于所述高频辐射片的中心位置。
优选地，所述凹槽为U形槽或横槽或工形槽。
优选地，所述高频辐射片为圆形或多边形。
优选地，所述高频辐射片的数量为至少2个。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上任一项所述的双频天线。
本发明技术方案通过将接地片、第一介质基板、低频辐射片、第二介质基板及若干高频辐射片依次叠设，并在接地片背向第一介质基板的表面上设置低频馈电口与高频馈电口，其中低频辐射片与低频馈电口之间连接有低频探针，高频馈电口与高频辐射片之间连接有高频探针，使得接地片、第一介质基板及低频辐射片构成低频微波频段天线，由低频探针馈电激励，若干高频辐射片、第二介质基板及低频辐射片构成高频毫米波频段MIMO天线，由高频探针馈电激励，实现了将低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线结合于一体，让同一天线同时具备了微波频段通信和毫米波频段的通信特征，适用于5G移动通信系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明双频天线的一实施例的结构示意图；
图2为本发明双频天线去除第一介质基板及第二介质基板的结构示意图；
图3为本发明双频天线的高频辐射片的结构示意图；
图4为本发明双频天线的低频辐射片的结构示意图；
图5为本发明双频天线中低频微波频段天线的回波损耗及增益图；
图6为本发明双频天线中低频微波频段天线的H面辐射图；
图7为本发明双频天线中低频微波频段天线的E面辐射图；
图8为本发明双频天线中高频毫米波频段MIMO天线的回波损耗及增益图；
图9为本发明双频天线中高频毫米波频段MIMO天线的H面辐射图；
图10为本发明双频天线中高频毫米波频段MIMO天线的E面辐射图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
11 接地片 17 低频探针
12 第一介质基板 18 高频探针
13 低频辐射片 19 同轴传输线
14 第二介质基板 111 低频馈电口
15 高频辐射片 112 通孔
151 U形槽 113 高频馈电口
16 金属柱
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1、图2所示，本发明提出一种双频天线，所述双频天线包括依次叠设的接地片11、第一介质基板12、低频辐射片13、第二介质基板14及若干高频辐射片15，所述接地片11背向所述第一介质基板12的表面上设置有低频馈电口111与高频馈电口113，所述低频辐射片13与所述低频馈电口111之间连接有低频探针17，所述高频馈电口113与所述高频辐射片15之间连接有高频探针18。
在本实施例中，接地片11、第一介质基板12及低频辐射片13构成低频微波频段天线，由低频探针17馈电激励。第一介质基板12位于低频辐射片13与接地片11之间，接地片11在背离第一介质基板12的表面上设置有低频馈电口111与高频馈电口113，且接地片11与第一介质基板12上均开设有通孔112，低频探针17的一端连接低频馈电口111，另一端依次穿过接地片11通过所述通孔112和第一介质基板12,与低频辐射片13连接，其中，接地片11上通孔112的半径为R＝2mm。在较佳实施例中，低频微波频段天线带宽的中心频率为3.5GHz。
若干高频辐射片15、第二介质基板14及低频辐射片13构成高频毫米波频段MIMO天线，由高频探针18馈电激励，高频探针18的一端连接高频馈电口113，另一端依次穿过接地片11、第一介质基板12、低频辐射片13及第二介质基板14连接于高频辐射片15，高频信号从高频馈电口113传送至高频辐射体，由高频辐射体向空间辐射电磁波。在较佳实施例中，高频毫米波频段MIMO天线带宽的中心频率为26GHz。
上述结构使得低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线结合于一体，让同一天线同时具备了微波频段通信和毫米波频段的通信特征，能够同时实现微波频段通信和毫米波频段的通信，适用于5G移动通信系统。
可选地，所述双频天线还包括金属柱16，所述金属柱16为空心管状结构，所述金属柱16穿设于所述第一介质基板12中且两端分别连接至所述接地片11与所述低频辐射片13，所述高频探针18穿设于所述金属柱16中。
在本实施例中，金属柱16的一端连接接地片11，另一端从第一介质基板12的通孔112穿过与低频辐射片13连接，低频辐射片13上与金属柱16连通的位置开设有通孔112(如图4所示)，所述通孔112与金属柱16的空心管体连通，第二介质基板14上对应于所述低频辐射片13上的通孔112的位置亦开设有通孔(图中未标示)，高频探针18的一端连接高频馈电口113，另一端依次穿过接地片11、第一介质基板12、低频辐射片13及第二介质基板14连接于高频辐射片15。
在较佳实施例中，高频探针18穿入金属柱16之后与金属柱16同轴，由于高频探针18的外围环绕有一层金属柱16，金属柱16对传播的高频信号起屏蔽作用，因此，高频信号不会受到外界影响，金属柱16为同轴的高频探针18提供了良好的屏蔽效果，使得低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线之间具备高隔离度，能够在各自的工作频段中稳定工作，互不影响性能，同时实现微波频段通信和毫米波频段的通信。
进一步地，所述金属柱16与所述高频探针18之间设置有一层介质层(图中未标示)，所述介质层与所述金属柱16及所述高频探针18形成同轴传输线19。所述接地片11、第一介质基板12、低频辐射片13及第二介质基板14的中心位于同一条中心轴线上，所述若干高频辐射片15以所述中心轴线为中心周向均匀分布。
金属柱16与高频探针18之间还设置有一层介质层，该层介质层与金属柱16及高频探针18同轴设置共同形成同轴传输线19，该同轴传输线19传输高频信号。金属柱16与所述中心轴线的距离及金属柱16的数量决定低频辐射片13的电磁信号激励模式，如，改变金属柱16与中心轴线的距离与金属柱16数量可使低频辐射片13激励起TM01模式，从而达到扩频的效果。在本实施例中，金属柱16与所述中心轴线的距离为a＝22mm(如图4所示)，数量为15个。
接地片11、第一介质基板12、低频辐射片13及第二介质基板14的中心位于同一条中心轴线上，且若干高频辐射片15以中心轴线为中心周向均匀分布并与中心轴线的距离相等，由于高频探针18穿过金属柱16，两端分别连接高频馈电口113及高频辐射片15，因此金属柱16与高频辐射片15的位置与数量一一对应，或者，金属柱16的数量也可多于高频辐射片15的数量，此时，多出的金属柱16空置。也即，金属柱16也以中心轴线为中心周向均匀分布，以保证低频辐射片13与高频辐射片15激励的电磁信号具有满足需要的方向图。
在较佳实施例中，接地片11的半径为Rg＝50mm；低频辐射片13为圆形，半径为Rp＝30.6mm；第一介质基板12的材料为Rogers 5870，介电常数为2.33，厚度为3.175mm，半径Rg＝50mm；低频探针17对低频辐射片13馈电激励起TM02模式，并产生全向辐射特征的方向图。
所述第一介质基板12的厚度大于所述第二介质基板14的厚度，第二介质基板14的材料为Rogers 5870，介电常数为2.33，厚度为0.787mm，半径为Rp＝30.6mm。
可以理解的，接地片11的半径也可小于第一介质基板12的半径，而低频辐射片13的半径也可小于第二介质基板14的半径。由于天线的性能会受辐射片本身尺寸的影响，因此，可通过改变低频辐射片13及高频辐射片15的尺寸以改变天线的工作频段。
具体地，所述低频探针17及所述低频馈电端口均位于所述中心轴线上。
可选地，所述高频辐射片15上开设有凹槽，所述凹槽位于所述高频辐射片15的中心位置；所述高频辐射片15为圆形或多边形。
高频辐射片15均可以为圆形或多边形，在较佳的实施例中，高频辐射片为矩形，矩形高频辐射片15的长为L＝4.4mm，宽为W＝3.2mm，如图3所示，U型槽151各尺寸：Ls＝1.6mm，Ws＝0.6mm，d＝0.2mm，Ds＝0.8mm，Df＝1.1mm。所述凹槽可以为U形槽151或横槽或工形槽，本实施例中为U形槽151，U形槽151的存在降低了高频辐射单元的Q值，有助于扩展带宽，而且U形槽的存在改变了高频辐射片15的电流分部，有助于高频辐射片15的小型化。
在较佳实施例中，所述高频辐射片15的数量为15个，金属柱16的数量等于高频辐射片15的数量，其中金属柱16的半径为r＝0.4mm。
从图5可以看出，低频微波频段天线具有23.5％(3.04-3.85GHz)的阻抗带宽，其增益为4.6±1.5dBi，从图6及图7中可以看到低频微波频段天线的全向辐射特征良好；从图8-10中可以看出，高频毫米波频段MIMO天线具有11.2％(24.53-27.43GHz)的阻抗带宽，其增益为11.3±2.4dBi，具备较好的定向辐射特性；可见低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线均保持了良好的工作性能，两者互不影响。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括如上任一项所述的双频天线。
由于上述双频天线实现了低频微波频段天线与高频毫米波频段MIMO天线结合于一体，因此，该电子设备同时具备了微波频段通信和毫米波频段的通信的特征，能够适用于5G移动通信系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双频天线，其特征在于，所述双频天线包括依次叠设的接地片、第一介质基板、低频辐射片、第二介质基板及若干高频辐射片，所述接地片背向所述第一介质基板的表面上设置有低频馈电口与高频馈电口，所述低频辐射片与所述低频馈电口之间连接有低频探针，所述高频馈电口与所述高频辐射片之间连接有高频探针。
2.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述双频天线还包括金属柱，所述金属柱为空心管状结构，所述金属柱穿设于所述第一介质基板中且两端分别连接至所述接地片与所述低频辐射片，所述高频探针穿设于所述金属柱中。
3.根据权利要求2所述的双频天线，其特征在于，所述金属柱与所述高频探针之间设置有一层介质层，所述介质层与所述金属柱及所述高频探针形成同轴传输线。
4.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述若干高频辐射片以所述低频辐射片的中心轴线为中心周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的双频天线，其特征在于，所述低频探针及所述低频馈电端口均位于所述中心轴线上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的双频天线，其特征在于，所述高频辐射片上开设有凹槽，所述凹槽位于所述高频辐射片的中心位置。
7.根据权利要求6所述的双频天线，其特征在于，所述凹槽为U形槽或横槽或工形槽。
8.根据权利要求1-5任一项所述的双频天线，其特征在于，所述高频辐射片为圆形或多边形。
9.根据权利要求1-5任一项所述的双频天线，其特征在于，所述高频辐射片的数量至少2个。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一项所述的双频天线。
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