CN111106437A - 一种毫米波天线以及通信设备 - Google Patents

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顾爱琴
刘红强
夏明坤
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Abstract

本发明提供了一种毫米波天线以及通信设备，该毫米波天线包括：在介质块中平行设置的金属地层、功分器层和辐射体层；金属地层在缺口处设有第一馈电端和第二馈电端；功分器层包含第一传输线和第二传输线，其中每个传输线包括一个输入端和多个输出端；辐射体层包含多个辐射体单元；其中，第一传输线的输入端与第一馈电端连接，且第一传输线的多个输出端分别和多个辐射体单元耦合连接；第二传输线的输入端与第二馈电端连接，且第二传输线的多个输出端分别和多个辐射体单元耦合连接。利用上述毫米波天线，每个辐射体单元根据来自第一馈电端和第二馈电端的激励，产生双极化和双频谐振。

Description

一种毫米波天线以及通信设备
技术领域
本发明属于天线领域，具体涉及一种毫米波天线以及通信设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
5G通讯的频段越来越宽。目前5G通讯频段包含FR1:410MHz到7125MHz和FR2:24250MHz到52600MHz。对于其中的FR2频段的跨度大，例如：欧洲为24250MHz至27500MHz；中国为24250MHz至27500MHz以及37000MHz至43500MHz；日本为27500至28280MHz；韩国为26500MHz至29500MHz；美国为27500至28350MHz以及37000至40000MHz。若需求天线包含多个国家的FR2频段，对于天线设计来说是个非常大的挑战。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种毫米波天线以及通信设备，利用这种天线基于通信设备，能够解决上述问题。
本发明提供了以下方案。
一种毫米波天线，包括：在介质块中平行设置的金属地层、功分器层和辐射体层；金属地层在缺口处设有第一馈电端和第二馈电端；功分器层包含第一传输线和第二传输线，其中每个传输线包括一个输入端和多个输出端；辐射体层包含多个辐射体单元；其中，第一传输线的输入端与第一馈电端连接，且第一传输线的多个输出端分别和多个辐射体单元耦合连接；第二传输线的输入端与第二馈电端连接，且第二传输线的多个输出端分别和多个辐射体单元耦合连接；每个辐射体单元根据来自第一馈电端和第二馈电端的激励，产生双极化和双频谐振。
优选地，还包括：金属地层和功分器层之间设有两个第一金属化过孔，第一金属化过孔用于连接第一传输线的输入端与第一馈电端，以及用于连接第二传输线的输入端与第二馈电端；功分器层和辐射体层之间设有多个第二金属化过孔，通过第二金属化过孔，第一传输线和第二传输线的多个输出端分别和多个辐射体单元耦合连接。
优选地，还包括：每个辐射体单元设有两个通孔，通孔和第二金属化过孔之间具有环状缝隙，通过环状缝隙实现耦合连接，以及利用环状缝隙的尺寸调整天线的高频谐振幅值。
优选地，还包括：辐射体层包含四个辐射体单元，第一传输线和第二传输线分别形成为一分四的功分网络，分别用于给四个辐射体单元提供等幅度、等相位的能量。使阵列实现高的增益，
优选地，还包括：利用第一传输线和第二传输线的粗细和长短调整天线频率和阻抗。
优选地，多个辐射体单元呈现为线阵排布的多个矩形金属片，利用矩形金属片的尺寸调整天线的低频谐振。
优选地，还包括：第一金属化过孔和第二金属化过孔的高度根据天线的频率和介质块的介电参数确定。
优选地，金属地层设置于介质块的其中一侧，且金属地层和系统地连接在一起。
优选地，介质块采用陶瓷材料。
另一方面，提供了一种通信设备，其包括如上述的毫米波天线。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本实施例中，通过上述天线结构的设计，可以在不增大毫米波阵列天线的结构的前提下，实现产生双极化和双频谐振。
应当理解，上述说明仅是本发明技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文的示例性实施例的详细描述，本领域普通技术人员将明白本文所述的有点和益处以及其他优点和益处。附图仅用于示出示例性实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：
图1为根据本发明实施例的毫米波天线的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的毫米波天线的另一结构示意图；
图3为根据本发明实施例的毫米波天线的又一结构示意图；
图4为根据本发明实施例的毫米波天线的爆炸示意图；
图5为根据本发明实施例的毫米波天线的回波损耗示意图；
图6为根据本发明实施例的毫米波天线的馈电端效率示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明公开了一种毫米波天线10，图1示出了该毫米波天线10的透视图，图2示出了该毫米波天线的俯视图，图3示出了该毫米波天线的侧视图，图4示出了该毫米波天线的爆炸示意性图。
如图1所示，该天线10包含介质块11，在介质块11中设有平行设置的金属地层12、功分器层13和辐射体层14；
如图2至图4所示，金属地层12在其两侧边缘对称设有两个缺口，在缺口处分别设有第一馈电端121、第二馈电端122；功分器层13包含第一传输线131和第二传输线132，其中每个传输线包括一个输入端和多个输出端，比如第一传输线131包含输入端1311和四个输出端1312，第二传输线132包含输入端1321和四个输出端1322；辐射体层14包含多个辐射体单元141；其中，第一传输线131的输入端1311与第一馈电端121连接，且第一传输线131的多个输出端1312分别和多个辐射体单元141耦合连接；第二传输线122的输入端1321与第二馈电端122连接，且第二传输线122的多个输出端1322分别和多个辐射体单元141耦合连接；每个辐射体单元141根据来自第一馈电端121和第二馈电端122的激励，产生双极化和双频谐振。
需要说明的是，本申请对于如何实现辐射体单元141和第一传输线123/第二传输线122的输出端耦合的结构并未作出限定，例如，可以在辐射体单元141和第一传输线123/第二传输线122的输出端之间设置金属导体以实现耦合。
优选地，如图2至图4所示，在金属地层12和功分器层13之间的介质块中设有两个第一金属化过孔15，用于连接第一传输线131的输入端1311与第一馈电端121，以及用于连接第二传输线132的输入端1321与第二馈电端122；如图2所示，功分器层13和辐射体层之间设有多个第二金属化过孔16，通过第二金属化过孔16，第一传输线131和第二传输线132的多个输出端分别和多个辐射体单元141耦合连接。
优选地，如图2至图4所示，每个辐射体单元141设有两个通孔17，其中一个通孔17通过第二金属化过孔16耦合连接到第一传输线131的其中一个输出端，另外一个通孔17通过第二金属化过孔16耦合连接到第二传输线132的其中一个输出端.每个通孔17和对应第二金属化过孔16同轴心，且通孔17的直径大于第二金属化过孔16的直径，因此通孔17和第二金属化过孔16之间形成有环状缝隙，通过环状缝隙实现第一传输线131/第二传输线132的输出端和辐射体单元141的耦合连接。环状缝隙的宽度影响低频谐振，具体地，环状缝隙的宽度越小低频谐振越低，反之则低频谐振越高。并且环状缝隙的宽度影响低频谐振的幅值深度，具体地，环状缝隙的宽度越小低频谐振的幅值越深，反之则越浅。
优选地，如图2至图4所示，辐射体层14包含四个辐射体单元141，四个辐射体单元141呈1*4阵列排布。当然，在实际应用时，本领域技术人员还可以设计更多数量的辐射体单元141，并且各辐射体单元141的排布方式也可以根据实际需要确定。第一传输线131和第二传输线132分别形成为如图2中所示出的一分四的功分网络，分别用于给四个辐射体单元141提供等幅度、等相位的能量，使辐射体单元阵列实现高的增益。
优选地，如图2至图4所示，多个辐射体单元141呈现为线阵排布的多个矩形金属片，利用矩形金属片的尺寸调整天线的低频谐振。每个辐射体单元141的尺寸大小主要影响天线的低频谐振的频率点，对高频谐振有次要影响。
优选地，其中，根据天线频率和阻抗确定所述第一传输线131和所述第二传输线132的粗细和长短。
优选地，还包括：第一金属化过孔15和第二金属化过孔16的高度根据天线的频率和介质块的介电参数确定。具体地，第一金属化过孔15和第二金属化过孔16的高度对天线的影响比较大。可以根据天线的频率和介质的介电参数选择合适的高度。在一定范围里，第一金属化过孔15和第二金属化过孔16越高，耦合变弱，天线的低频谐振和高频谐振的幅值都会变浅。
优选地，金属地层12设置于介质块11的其中一侧，且金属地层12和系统地连接在一起，使整体天线性能优化。
优选地，介质块采用陶瓷材料。其中，该介质块可以采用介电常数为4的陶瓷材料。可选地，本发明还可以采用其他材料的介质块，比如塑料材料。
本发明中的毫米波天线10包含两个频段，并实现双极化增益。对该毫米波天线10进行仿真，得到如图5-6所示仿真结果。通过仿真结果可知，该毫米波天线10在24.5GHz至27.5GHz频段和37GHz至43.5GHz频段均覆盖，其天线回波损耗如图5所示。图6示出了该毫米波天线10的两个馈电端的馈电效率。
在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种通信设备，具体包括设备主体以及至少一个如上所述的毫米波天线，所述毫米波天线至少部分地设置于所述设备主体内。
其中，该通信设备可以是智能手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴式移动智能设备等多种可通信的智能设备。本实施例对此不做限制。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种毫米波天线，其特征在于，包括：在介质块中平行设置的金属地层、功分器层和辐射体层；
所述金属地层在缺口处设有第一馈电端和第二馈电端；所述功分器层包含第一传输线和第二传输线，其中每个传输线包括一个输入端和多个输出端；所述辐射体层包含多个辐射体单元；
其中，所述第一传输线的输入端与所述第一馈电端连接，且所述第一传输线的多个输出端分别和所述多个辐射体单元耦合连接；所述第二传输线的输入端与所述第二馈电端连接，且所述第二传输线的多个输出端分别和所述多个辐射体单元耦合连接；每个所述辐射体单元根据来自所述第一馈电端和所述第二馈电端的激励，产生双极化和双频谐振。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：
所述金属地层和所述功分器层之间设有两个第一金属化过孔，所述第一金属化过孔用于连接所述第一传输线的输入端与所述第一馈电端，以及用于连接所述第二传输线的输入端与所述第二馈电端；
所述功分器层和所述辐射体层之间设有多个第二金属化过孔，通过所述第二金属化过孔，所述第一传输线和所述第二传输线的多个输出端分别和所述多个辐射体单元耦合连接。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，还包括：
每个所述辐射体单元设有两个通孔，所述通孔和所述第二金属化过孔之间具有环状缝隙，通过所述环状缝隙实现耦合连接，以及利用所述环状缝隙的尺寸调整所述天线的低频谐振的频率点及幅值。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：所述辐射体层包含四个辐射体单元，所述第一传输线和所述第二传输线分别形成为一分四的功分网络，分别用于给所述四个辐射体单元提供等幅度、等相位的能量。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：根据天线频率和阻抗确定所述第一传输线和所述第二传输线的粗细和长短。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多个辐射体单元呈现为线阵排布的多个矩形金属片，利用所述矩形金属片的尺寸调整所述天线的低频谐振。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：
所述第一金属化过孔和所述第二金属化过孔的高度根据所述天线的频率和所述介质块的介电参数确定。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属地层设置于所述介质块的其中一侧，且所述金属地层和系统地连接在一起。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质块采用陶瓷材料。
10.一种通信设备，其特征在于，包括：所述通信设备包含如权利要求1-9中任一项所述的毫米波天线。
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