CN111525254A - 一种5g毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组 - Google Patents

一种5g毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了5G毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组，5G毫米波超宽带偶极子天线单元，包括第一介质层、设于第一介质层顶面的巴伦和设于第一介质层底面的第一金属层，第一金属层包括地层、缝隙及偶极子，缝隙设于地层上并与巴伦耦合，偶极子连接地层的第一侧边并与缝隙耦合，第一介质层上设有用于给巴伦馈电的第一金属化孔。能够有效地覆盖n257(26.5‑29.5GHz)、n260(37‑40GHz)及n261(27.5‑28.35GHz)，覆盖频段广；整体尺寸小且可基于PCB，更便于后续与芯片的集成，特别适用于5G毫米波通信系统的手持设备中；有效地简化了设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。

Description

一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组。
背景技术
5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术、制定5G标准已经成为业界共识。国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段。且未来的手机中预留给5G天线的空间小，可选位置不多所以要设计小型化的天线模组。
根据3GPP TS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave天线需要覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)n260(37-40GHz)及n261(27.5-28.35GHz)，而目前市面上的高通天线模组仅覆盖了n257频段(26.5-29.5GHz)。
常规毫米波宽带天线要么是尺寸大不适合终端，要么增益低，所以需要改善PATCH天线带宽和增益，因此，有必要提供一种覆盖频段广、占用空间小的封装天线模组。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元以及具有该5G毫米波超宽带偶极子天线单元的封装天线模组，该封装天线模组具有覆盖效率高、占用空间小的优势。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元，包括第一介质层、设于第一介质层顶面的巴伦和设于第一介质层底面的第一金属层，所述第一金属层包括地层、缝隙及偶极子，所述缝隙设于地层上并与所述巴伦耦合，所述偶极子连接所述地层的第一侧边并与所述缝隙耦合，所述第一介质层上设有用于给所述巴伦馈电的第一金属化孔。
为了解决上述技术问题，本发明还采用以下技术方案：封装天线模组，包括上述5G毫米波超宽带偶极子天线单元及与所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元电性连接的射频芯片。
本发明的有益效果在于：由本5G毫米波超宽带偶极子天线单元构成的封装天线模组能够有效地覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n260(37-40GHz)及n261(27.5-28.35GHz)，覆盖频段广；整体尺寸小且可基于PCB，更便于后续与芯片的集成，特别适用于5G毫米波通信系统的手持设备中，另外，由于封装天线模组占用空间变窄，有效地简化了设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例一的封装天线模组的整体结构的结构示意图；
图2为本发明实施例一的封装天线模组的俯视图(隐藏第一介质层后)；
图3为本发明实施例一的封装天线模组中的匹配网络的结构示意图。
标号说明：
1、基体；
2、5G毫米波超宽带偶极子天线单元；
3、射频芯片；
4、第一介质层；
5、巴伦；51、第一臂；52、第二臂；53、第三臂；
6、地层；
7、缝隙；71、第一段；72、第二段；
8、偶极子；81、偶极子单元；
9、第一侧边；
10、第一金属化孔；
11、避空口；
12、第二金属层；
13、隔离墙；131、第二金属化孔；
14、匹配网络；141、带状走线；142、第三金属化孔。
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。
请参照图1至图3，一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元2，包括第一介质层4、设于第一介质层4顶面的巴伦5和设于第一介质层4底面的第一金属层，所述第一金属层包括地层6、缝隙7及偶极子8，所述缝隙7设于地层6上并与所述巴伦5耦合，所述偶极子8连接所述地层6的第一侧边9并与所述缝隙7耦合，所述第一介质层4上设有用于给所述巴伦5馈电的第一金属化孔10。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：由本5G毫米波超宽带偶极子天线单元2构成的封装天线模组能够有效地覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n260(37-40GHz)及n261(27.5-28.35GHz)，覆盖频段广；整体尺寸小且可基于PCB，更便于后续与芯片的集成，特别适用于5G毫米波通信系统的手持设备中，另外，由于封装天线模组占用空间变窄，有效地简化了设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。
进一步的，所述缝隙7包括相连通的第一段71和第二段72，第一段71的宽度大于第二段72的宽度，第二段72远离第一段71的一端连通所述地层6的第一侧边9，所述偶极子8的两个偶极子单元81分别位于所述第二段72的两侧；所述巴伦5呈U字型，沿第一介质层4的厚度方向投影，所述巴伦5横穿所述第二段72并包围所述第一段71。
进一步的，所述偶极子单元81包括呈长条状的第一部分和呈梯形的第二部分，所述第一部分的一端连接所述地层6，所述第一部分的另一端连接所述第二部分。
进一步的，所述巴伦5包括依次相连的第一臂51、第二臂52和第三臂53，所述第一金属化孔10连接所述第一臂51，所述第一臂51为多段式结构，多段式结构中相邻的两段的宽度不同；沿第一介质层4的厚度方向投影，所述第二臂52横穿所述第二段72。
由上述描述可知，5G毫米波超宽带偶极子天线单元2结构简单、加工容易。多段式结构结构的第一臂51能够调节匹配。
封装天线模组，包括上述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2及与所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2电性连接的射频芯片3。
进一步的，还包括基体1，所述基体1的顶面阵列设置有多个所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2。
进一步的，所述基体1为多层电路板。
由上述描述可知，封装天线模组基体1内部可进行低频走线。
进一步的，所述基体1内设有匹配网络14，所述射频芯片3通过所述匹配网络14与所述第一金属化孔10导通。
由上述描述可知，匹配网络14可适当的增大天线带宽。
进一步的，所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2的周围设有用于隔离匹配网络14的隔离墙13。
进一步的，所述隔离墙13由多个第二金属化孔131围成。
由上述描述可知，隔离墙13设置方式简单，利于加工。
实施例一
请参照图1至图3，本发明的实施例一为：如图1所示，封装天线模组，包括基体1、5G毫米波超宽带偶极子天线单元2及与所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2电性连接的射频芯片3，所述基体1的顶面阵列设置有多个所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2，本实施例中，所述射频芯片3设于所述基体1的下方，所述射频芯片3为5G毫米波超宽带偶极子天线单元2提供信号。由于本实施例是1x4天线，所以所述基体1上具有呈一排设置的四个所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2。
跟现有技术一样，所述射频芯片3中包含移相器和放大器等原件，其中移相器是为天线单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器是为了补偿移相器的损耗。
请结合图1和图2，所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2，包括第一介质层4、设于第一介质层4顶面的巴伦5和设于第一介质层4底面的第一金属层，所述第一金属层包括地层6、缝隙7及偶极子8，所述缝隙7设于地层6上并与所述巴伦5耦合，所述偶极子8连接所述地层6的第一侧边9并与所述缝隙7耦合，所述第一介质层4上设有用于给所述巴伦5馈电的第一金属化孔10，所述地层6上设有用于避位所述第一金属化孔10的避空口11。所述射频芯片3通过第一金属化孔10给巴伦5馈电，然后由巴伦5耦合给缝隙7，再由缝隙7耦合给偶极子8。容易理解的，所述巴伦5的材质为金属箔，优选铜箔。
具体的，所述缝隙7包括相连通的第一段71和第二段72，第一段71的宽度大于第二段72的宽度，第二段72远离第一段71的一端连通所述地层6的第一侧边9，所述偶极子8的两个偶极子单元81分别位于所述第二段72的两侧，本实施例中，所述缝隙7分别呈矩形，在其他实施例中，所述第一、二段还可以是其他形状的；所述巴伦5呈U字型，沿第一介质层4的厚度方向投影，所述巴伦5横穿所述第二段72并包围所述第一段71。更具体的，所述巴伦5包括依次相连的第一臂51、第二臂52和第三臂53，所述第一金属化孔10连接所述第一臂51，沿第一介质层4的厚度方向投影，所述第二臂52横穿所述第二段72。优选的，所述第一臂51为多段式结构，多段式结构中相邻的两段的宽度不同，如此可调整5G毫米波超宽带偶极子天线单元2的阻抗匹配。
进一步的，所述偶极子单元81包括呈长条状的第一部分和呈梯形的第二部分，所述第一部分的一端连接所述地层6，所述第一部分的另一端连接所述第二部分，可选的，所述第一部分垂直于所述地层6的第一侧边9。
本实施例中，所述基体1为多层电路板，也就是说，基体1内具有多个第二金属层12，这些第二金属层12中至少有一部分可以用来设置低频走线以进一步扩大本封装天线模组的覆盖范围。
请结合图1至图3，为增大封装天线模组的带宽，所述基体1内设有匹配网络14，所述射频芯片3通过所述匹配网络14与所述第一金属化孔10导通。所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元2的周围设有用于隔离匹配网络14的隔离墙13，所述隔离墙13由多个第二金属化孔131围成。具体的，所述隔离墙13贯穿所述基体1与所述第一介质层4。本实施例中，所述匹配网络14包括带状走线141和多个第三金属化孔142，所述第三金属化孔142导通多个所述第二金属层12，即单个所述第三金属化孔142既可以导通两个第二金属层12，也可以导通三个、四个或更多第二金属层12，厂商可以按需设置。可选的，沿带状走线141的长度方向，所述带状走线141的两侧均排布有所述第三金属化孔142。所述射频芯片3通过所述带状走线141连接所述第一金属化孔10。
综上所述，本发明提供的5G毫米波超宽带偶极子天线单元及封装天线模组能够有效地覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n260(37-40GHz)及n261(27.5-28.35GHz)，覆盖频段广；整体尺寸小且可基于PCB，更便于后续与芯片的集成，特别适用于5G毫米波通信系统的手持设备中，另外，由于封装天线模组占用空间变窄，有效地简化了设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。
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 (10)

1.一种5G毫米波超宽带偶极子天线单元，其特征在于：包括第一介质层、设于第一介质层顶面的巴伦和设于第一介质层底面的第一金属层，所述第一金属层包括地层、缝隙及偶极子，所述缝隙设于地层上并与所述巴伦耦合，所述偶极子连接所述地层的第一侧边并与所述缝隙耦合，所述第一介质层上设有用于给所述巴伦馈电的第一金属化孔。
2.根据权利要求1所述的5G毫米波超宽带偶极子天线单元，其特征在于：所述缝隙包括相连通的第一段和第二段，第一段的宽度大于第二段的宽度，第二段远离第一段的一端连通所述地层的第一侧边，所述偶极子的两个偶极子单元分别位于所述第二段的两侧；所述巴伦呈U字型，沿第一介质层的厚度方向投影，所述巴伦横穿所述第二段并包围所述第一段。
3.根据权利要求2所述的5G毫米波超宽带偶极子天线单元，其特征在于：所述偶极子单元包括呈长条状的第一部分和呈梯形的第二部分，所述第一部分的一端连接所述地层，所述第一部分的另一端连接所述第二部分。
4.根据权利要求2所述的5G毫米波超宽带偶极子天线单元，其特征在于：所述巴伦包括依次相连的第一臂、第二臂和第三臂，所述第一金属化孔连接所述第一臂，所述第一臂为多段式结构，多段式结构中相邻的两段的宽度不同；沿第一介质层的厚度方向投影，所述第二臂横穿所述第二段。
5.封装天线模组，其特征在于：包括权利要求1-4中任意一项所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元及与所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元电性连接的射频芯片。
6.根据权利要求5所述的封装天线模组，其特征在于：还包括基体，所述基体的顶面阵列设置有多个所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元。
7.根据权利要求6所述的封装天线模组，其特征在于：所述基体为多层电路板。
8.根据权利要求6所述的封装天线模组，其特征在于：所述基体内设有匹配网络，所述射频芯片通过所述匹配网络与所述第一金属化孔导通。
9.根据权利要求8所述的封装天线模组，其特征在于：所述5G毫米波超宽带偶极子天线单元的周围设有用于隔离匹配网络的隔离墙。
10.根据权利要求9所述的封装天线模组，其特征在于：所述隔离墙由多个第二金属化孔围成。
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