CN111244600B - 天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构,所述天线结构包括呈直线排列的若干第一天线单元及若干第二天线单元,每两个相邻的所述第二天线单元之间设置一个所述第一天线单元,每一所述第一天线单元及每一所述第二天线单元均为单一极化方向,每一所述第一天线单元均为第一极化方向,每一所述第二天线单元均为第二极化方向,所述第一极化方向与所述第二极化方向互相垂直。本发明还提供一种具有所述天线结构的无线通信装置。如此,可以实现超宽带性能,并且减少了相邻天线单元间距离过近所造成的干扰。

Description

天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置。
背景技术
目前,5G毫米波之通信频段覆盖26.5GHz-40GHz,频段带宽非常广泛。在针对每一个特定频段进行天线设计时,由于毫米波天线尺寸非常小、加工工差等原因造成频率偏移,将会影响天线性能。此外,由于毫米波天线辐射传播损耗大,所以天线自身需要通过阵列组合提高自身增益作为弥补。如何在有限的空间内将若干个天线阵列排布进去,是毫米波天线设计的一大难题。
发明内容
鉴于上述内容,有必要提供一种天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置。
本发明一实施方式提供一种天线结构,所述天线结构包括呈直线排列的若干第一天线单元及若干第二天线单元,每两个相邻的所述第二天线单元之间设置一个所述第一天线单元,每一所述第一天线单元及每一所述第二天线单元均为单一极化方向,每一所述第一天线单元均为第一极化方向,每一所述第二天线单元均为第二极化方向,所述第一极化方向与所述第二极化方向互相垂直。
本发明一实施方式提供一种无线通信装置,包括介质板及上述中任一项所述的天线结构,所述介质板用于承载所述天线结构。
上述天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置,通过将若干第一天线单元及若干第二天线单元呈直线排列,并且每两个相邻的所述第二天线单元之间设置一个所述第一天线单元,所述第一天线单元极化方向与所述第二天线单元的极化方向互相垂直。如此,可实现超宽带性能,并且减少了相邻天线单元间距离过近所造成的干扰。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在一角度下的示意图。
图2为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在另一角度下的示意图。
图3为图1所示天线结构应用至无线通信装置的拆解示意图。
图4为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元的结构示意图。
图5为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元的结构示意图。
图6为本发明较佳实施例的天线结构的天线结构应用至无线通信装置的俯视图。
图7为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元及第二天线单元的S参数(散射参数)曲线图。
图8为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元的辐射增益图。
图9为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元的辐射增益图。
图10为本发明较佳实施例的所述天线结构的波束扫描示意图。
图11为本发明较佳实施例的所述天线结构的天线单元隔离度示意图。
主要元件符号说明
天线结构 100
无线通信装置 200
介质板 10
侧壁 11
第一壁 111
第二壁 112
上表面 12
下表面 13
介质层 14
第一天线单元 20
第一天线 22
主体部 222
折叠部 224
第一馈线 24
第二天线单元 30
第二天线 32
第二馈线 34
接地部 40
接地层 42
过孔 44
槽孔 60
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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一部分实施例,而不是全部的实施例。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下将结合附图及实施方式,对本发明中的天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置作进一步详细描述及相关说明。
下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1和图2,本发明较佳实施方式提供一种天线结构100,所述天线结构100可应用于无线通信装置200中,用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述无线通信装置200可以是移动电话、个人数字助理等通信装置。
所述无线通信装置200包括介质板10。所述介质板10可以是印刷电路板(PrintedCircuit Board,PCB)。所述介质板10可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。
所述介质板10包括侧壁11、上表面12及与所述上表面12相对设置的下表面13。
所述侧壁11连接所述上表面12与所述下表面13。所述侧壁11包括两个相对的第一壁111和两个相对的第二壁112,所述两相对的第一壁111和所述两相对的第二壁112共同构成一大致呈矩形的框体,用于承载所述天线结构100。
所述天线结构100包括若干第一天线单元20及若干第二天线单元30,所述若干第一天线单元20及所述若干第二天线单元30呈直线交替排列。每两个相邻的所述第一天线单元20之间设置一个所述第二天线单元30,每两个相邻的所述第二天线单元30之间设置一个所述第一天线单元20,每一所述第一天线单元20及每一所述第二天线单元30均为单一极化方向。
所述第一天线单元20均为第一极化方向,所述第二天线单元30均为第二极化方向,所述第一极化方向与所述第二极化方向互相垂直。在一具体实施例中,所述第一极化方向为图1所示的Z轴方向,所述第二极化方向为图1所示的X轴方向。所述第一天线单元20与所述第二天线单元30的信号发射方向均为图1所示的正Y轴方向。
在一较佳实施方式中,所述第一天线单元20与所述第二天线单元30的数量相同。
请一并参考图3至图5,所述第一天线单元20包括第一天线22及第一馈线24,所述第二天线单元30包括第二天线32及第二馈线34。
每两个相邻的所述第二天线32之间的中点设置一个所述第一天线22。每两个所述第二天线32之间的边缘间距为0.5-0.7波长。所述波长为所述第二天线32所发射或接收的电磁波在空气中的波长。
所述第一馈线24用于馈入电流以激发所述第一天线22产生所述第一极化方向的电磁波。所述第二馈线34用于馈入电流以激发所述第二天线32产生所述第二极化方向的电磁波。
所述第一天线22包括主体部222及折叠部224。所述主体部222设置于所述介质板10之第一壁111上。所述折叠部224相对所述主体部222弯折并设置于所述介质板10之上表面12上,并且所述折叠部224为矩形结构。
所述第一馈线24设置于介质板10之下表面13上。所述第一馈线24连接所述主体部222之第一端。所述主体部222之第二端连接所述折叠部224。所述主体部222之第一端相比于所述主体部222之第二端具有两个缺角,以用于增加所述第一天线22之频宽。
所述第二馈线34设置于所述介质板10之上表面12上,所述第二馈线34连接所述第二天线32的第一端。所述第二天线32之第一端相比于所述第二天线32之第二端具有两个缺角,以用于增加所述第二天线32之频宽。
在一较佳实施方式中,所述天线结构100还包括接地部40,所述接地部40用于为所述第一天线单元20和所述第二天线单元30提供接地。
所述介质板10包括N个介质层14,所述接地部40包括N+1个接地层42及至少一个过孔44。其中,N为正整数。
所述介质板10之介质层14和所述接地部40之接地层42之间交替相叠,所述过孔44为圆柱形结构,所述过孔44贯穿每一所述介质层14以连接每一所述接地层42。所述N个介质层14依次平行间隔设置,所述N+1个接地层42依次平行间隔设置。
所述第一天线单元20、所述第二天线单元30、所述接地层42和所述过孔44均由导电材料制成,例如金属材料。
在一实施方式中,如图3所示,所述N为4,所述介质板10包括4个介质层14,所述接地部40包括5个接地层42。这4个介质层14中每一介质层14分别位于两个相邻的接地层42之间。
如此一来,所述介质板10作为绝缘介质将所述接地部40与所述第一天线单元20及所述第二天线单元30分隔。
请参阅图6,所述天线结构100还可包括共面波导(Co-planar Waveguide,CPW)。在本实施例中,所述共面波导大约为矩形片体结构。所述共面波导包括所述多个第二馈线34、设置于所述介质板10之上表面12上的接地层42及多个槽孔60。可以理解,每根所述第二馈线34的两侧均设置有一个所述槽孔60。所述槽孔60用于分隔所述第二馈线34和所述接地层42。所述第二馈线34及所述接地层42均设置于同一平面。由于所述第二馈线34和所述接地层42均由导电材料制成。此一来,所述第二馈线34和所述接地层42布署在同一平面上,可以减少环境对所述第二馈线34的干扰。
图7为所述天线结构100的S参数(散射参数)曲线图。其中,曲线S702为第一天线单元20的S参数(散射参数)曲线图,曲线S701为第二天线单元30的S参数(散射参数)曲线图。从图7中可看出,所述天线结构100在26.5GHz-39GHz的超宽频带内均有-10dB以下的回波损耗,实现了阻抗匹配上的超宽带性能。
图8及图9分别为所述第二天线单元30和所述第一天线单元20的辐射增益图。从图8及图9中可以看出,所述第一天线单元20及所述第二天线单元30均拥有较高的增益,约10dB。
图10为所述天线结构100的波束扫描示意图。此图纵轴是所述天线结构100的实际增益,横轴为以所述天线结构100为中心的一个圆周上的角度,其中0度为图1所示的正Y轴方向。四条曲线S1001、S1002、S1003、S1004分别对应0度、20度、10度、-10度的波束角度。所述波束角度是所述天线结构100的波束发射方向和正Y轴方向之间的夹角。
图11为所述第一天线单元20及所述第二天线单元30之间的隔离度示意图。图11中的曲线S1101为图1中从左边数来的第一个所述第一天线单元20和从左边数来的第一个所述第二天线单元30之间的隔离度。曲线S1102为图1中从左边数来的第二个所述第一天线单元20和从左边数来的第二个所述第二天线单元30之间的隔离度。曲线S1104为第图1中从左边数来的第三个所述第一天线单元20和从左边数来的第三个所述第二天线单元30之间的隔离度。曲线S1103为图1中从左边数来的第四个所述第一天线单元20和从左边数来的第四个所述第二天线单元30之间的隔离度。从图11中可看出,每一对极化方向互相垂直的天线单元之间均达到-22dB以下的隔离度。
所述天线结构100及应用所述天线结构100的无线通信装置200通过将若干第一天线单元20及若干第二天线单元30呈直线排列,并且每两个相邻的所述第二天线单元30之间设置一个所述第一天线单元20,所述第一天线单元20的极化方向与所述第二天线单元30的极化方向互相垂直。如此,可实现超宽带性能,并且减少了相邻天线单元间距离过近所造成的干扰。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计,只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种毫米波天线结构,其特征在于,所述天线结构包括呈直线排列的若干第一天线单元及若干第二天线单元,每两个相邻的所述第二天线单元之间设置一个所述第一天线单元,每一所述第一天线单元及每一所述第二天线单元均为单一极化方向,每一所述第一天线单元均为第一极化方向,每一所述第二天线单元均为第二极化方向,所述第一极化方向与所述第二极化方向互相垂直;每一所述第一天线单元均包括第一天线,每一所述第一天线均包括主体部,所述主体部的第一端相比于所述主体部的第二端具有两个缺角,以用于增加所述第一天线的频宽;所述天线结构设置于一介质板,每一所述第一天线单元包括第一馈线,所述第一馈线连接所述主体部的一端,每一所述第二天线单元包括第二馈线,所述第二馈线连接所述第二天线的一端;所述第一馈线设置于所述介质板之下表面上,所述第二馈线与接地层均设置于所述介质板之上表面上,每一所述第二馈线的两侧均设置有一个槽孔,所述槽孔用于分隔所述第二馈线和所述接地层。
2.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,每一所述第二天线单元均包括第二天线,每两个相邻的所述第二天线之间的中点设置一个所述第一天线。
3.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,所述天线结构还包括接地部,所述接地部用于为所述第一天线单元及所述第二天线单元提供接地。
4.如权利要求3所述的天线结构,其特征在于,所述介质板包括N个介质层,所述接地部包括N+1个接地层,所述介质板之介质层和所述接地部之接地层之间交替相叠,且N为正整数。
5.如权利要求4所述的天线结构,其特征在于,所述接地部还包括至少一过孔,所述过孔贯穿每一所述介质层以连接每一所述接地层。
6.如权利要求5所述的天线结构,其特征在于,每一所述第一天线还包括折叠部,所述主体部设置于所述介质板之侧壁,所述折叠部相对所述主体部弯折并设置于所述介质板之上表面,且所述折叠部为矩形结构。
7.如权利要求6所述的天线结构,其特征在于,所述第一馈线用于馈入电流以激发每一所述第一天线产生所述第一极化方向的电磁波,所述第二馈线用于馈入电流以激发每一所述第二天线产生所述第二极化方向的电磁波。
8.如权利要求5所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元、所述第二天线单元、所述接地层和所述过孔均由导电材料制成。
9.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元与所述第二天线单元的数量相同。
10.一种无线通信装置,包括介质板及如权利要求1-9中任一项所述的天线结构,所述介质板用于承载所述天线结构。
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