CN111641028A - 双极化天线结构及其无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化天线结构及其无线通信设备，包括：介质基板，设有第一表面以及和第一表面相对的第二表面；第一天线结构，设有两个极化天线单元，位于第一表面且部分靠近第一表面的边缘；第二天线结构，设有两个极化天线单元，相对第一天线结构反向设置在第二表面，且部分靠近第二表面的边缘；每个极化天线单元包括长臂、短臂和阶梯馈入，阶梯馈入位于长臂和短臂之间。本发明的技术方案通过将两个极化天线单元分别设置在介质基板的两个表面，能够实现双频带特性，与现有技术中采用探针馈电方式相比，本发明技术方案采用步进结构的开路短截线进行馈电，有效降低了加工难度，结构简单。

Description

双极化天线结构及其无线通信设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种双极化天线结构及其无线通信设备。
背景技术
近年来，手机机身的尺寸越来越趋向于大英寸，但是，预留给手机天线的空间却越来越小。由于无线通信应用需求的激增，促使人类在4G LTE/5G NR终端设备上使用MIMO天线技术。然而在有限的空间中，放置多根天线将影响天线工作带宽、辐射场型和效率、以及隔离度等性能，这是天线结构设计面临的一个严峻挑战。
由于受空间、成本等限制，现有4G LTE手机一般配备一根或两根天线用于信号接收，而配备四根天线的案例则很少。对于四根天线，从理论上来说，双极化是其中较常见的实现方式。双极化天线可以形成一对极化方式正交且工作频率相同的电磁波，其具有克服多径衰落、增加信道容量和提高信号接收质量等优点。目前，实现双极化的方式主要有两种：一种是采用贴片天线作为辐射体，这种天线往往是多层的结构，并且要引用耦合槽和设计专门的馈电网络，结构十分复杂；另一种是在介质板的两面或同一面交叉放置两组偶极子天线，这种天线的结构相对较简单且容易实现双频带特性，但还需要采用探针馈电方式，加工难度较大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双极化天线结构及其无线通信设备，能够实现双频带特性，结构简单，且有效降低加工难度。
本发明实施例的第一方面，提供了一种双极化天线结构，包括：
介质基板，设有第一表面以及和所述第一表面相对的第二表面；
第一天线结构，设有两个极化天线单元，位于所述第一表面且部分靠近所述第一表面的边缘；
第二天线结构，设有两个极化天线单元，相对所述第一天线结构反向设置在所述第二表面，且部分靠近所述第二表面的边缘；
每个所述极化天线单元包括长臂、短臂和阶梯馈入，所述阶梯馈入位于所述长臂和所述短臂之间。
根据本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本发明实施例的双极化天线结构包括介质基板，介质基板设有第一表面和第二表面，第一天线结构位于第一表面，第二天线结构位于第二表面，且第一天线结构或第二天线结构均设有两个极化天线单元，每个极化天线单元均包括长臂、短臂和阶梯馈入，阶梯馈入位于长臂和短臂之间，本发明实施例通过将两个极化天线单元分别设置在介质基板的两个表面，能够实现双频带特性，与现有技术中采用探针馈电方式相比，本发明技术方案采用步进结构的开路短截线进行馈电，有效降低了加工难度，且结构简单。
根据本发明的一些实施例，两个所述极化天线单元之间为正交且互不接触设置在所述第一表面或者所述第二表面。
根据本发明的一些实施例，每个所述极化天线单元采用不均匀的U型槽孔天线结构。
根据本发明的一些实施例，所述阶梯馈入设有第一阶梯、第二阶梯和馈入点，所述第一阶梯的一端与所述长臂连接，所述第二阶梯的一端与所述短臂连接，所述馈入点位于所述第一阶梯的另一端和所述第二阶梯的另一端之间。
根据本发明的一些实施例，所述短臂的长度是所述长臂的长度的三分之一。
根据本发明的一些实施例，所述介质基板的长度为160mm，宽度为75mm。
根据本发明的一些实施例，所述第一天线结构或所述第二天线结构均包括第一极化天线单元和第二极化天线单元，所述第一极化天线单元设有第一长臂、第一短臂和第一阶梯馈入，所述第一阶梯馈入位于所述第一长臂和所述第一短臂之间，所述第二极化天线单元设有第二长臂、第二短臂和第二阶梯馈入，所述第二阶梯馈入位于所述第二长臂和所述第二短臂之间。
根据本发明的一些实施例，所述第一长臂的宽度为3.191mm，所述第二长臂的宽度为1.277mm；所述第一短臂的宽度为3.333mm，所述第二短臂的宽度为1.596mm。
本发明实施例的第二方面，提供了一种无线通信设备，包括如上述第一方面所述的双极化天线结构。由于本发明实施例的无线通信设备设置有上述第一方面的双极化天线结构，因此无线通信设备具有上述任何一种双极化天线结构所带来的有益效果及功能特性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例所提供的介质基板中的第二表面的结构示意图；
图2是本发明一个实施例所提供的介质基板中的第一表面的俯视图；
图3是本发明另一个实施例所提供的介质基板中的第二表面的俯视图。
附图标记：
介质基板100、第一表面110、第二表面120；
第一天线结构200；
第二天线结构300；
极化天线单元400、第一极化天线单元400a、第二极化天线单元400b、长臂410、第一长臂410a、第二长臂410b、短臂420、第一短臂420a、第二短臂420b、阶梯馈入430、第一阶梯馈入430a、第二阶梯馈入430b、第一阶梯431、第二阶梯432、馈入点433。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、内、外等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图3，本发明实施例的第一方面，提供了一种双极化天线结构，包括：介质基板100，设有第一表面110以及和第一表面110相对的第二表面120；第一天线结构200，设有两个极化天线单元400，位于第一表面110且部分靠近第一表面110的边缘；第二天线结构300，设有两个极化天线单元400，相对第一天线结构200反向设置在第二表面120，且部分靠近第二表面120的边缘；每个极化天线单元400包括长臂410、短臂420和阶梯馈入430，阶梯馈入430位于长臂410和短臂420之间。
在本发明实施例中，如图2、图3所示，介质基板100设有第一表面110和第二表面120，第一天线结构200位于第一表面110，第二天线结构300位于第二表面120，且第一天线结构200或第二天线结构300均设有两个极化天线单元400，每个极化天线单元400均包括长臂410、短臂420和阶梯馈入430，阶梯馈入430位于长臂410和短臂420之间，本发明实施例通过将两个极化天线单元400分别设置在介质基板100的两个表面，例如，可以在介质基板100的上下两面(顶层或者底层)的对角，分别设置两个极化天线单元400，两个极化天线单元400均设有一根长臂410，其中一根长臂410为主天线，另一根长臂410为辅天线。本发明实施例的双极化天线结构可以应用于金属外壳手机，能够覆盖4G LTE全频带信号，且隔离度能够满足要求。根据本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：与现有技术中采用探针馈电方式相比，本发明技术方案能够实现双频带特性，且通过采用步进结构的开路短截线(阶梯馈入430)进行馈电，有效降低了加工难度，结构简单。
参照图1，根据本发明的一些实施例，两个极化天线单元400之间为正交且互不接触设置在第一表面110或者第二表面120。具体地，位于第一表面110或者第二表面120的两个极化天线单元400之间为正交且互不接触，本发明实施例利用正交极化分集规划，通过将两个极化天线单元400呈相邻直角设置，可以获得正交极化电场，可形成一对极化方式正交且工作频率相同的电磁波，具有克服多径衰落、增加信道容量和提高信号接收质量等优点。
参照图1，根据本发明的一些实施例，每个极化天线单元400采用不均匀的U型槽孔天线结构。本发明实施例中，每个极化天线单元400均采用不均匀的U型槽孔天线结构，例如，可以在介质基板100的第一表面110或者第二表面120的对角，分别放置两个具有不均匀的U型槽孔天线结构的极化天线单元400，且第一表面110中的两个极化天线单元400，与第二表面120中的两个极化天线单元400为非对称的结构，具体为，第二表面120中的两个极化天线单元400相对第一表面110中的两个极化天线单元400反向设置，本发明实施例的技术方案结构简单，且能够实现双频带特性。
参照图1或图2，根据本发明的一些实施例，阶梯馈入430设有第一阶梯431、第二阶梯432和馈入点433，第一阶梯431的一端与长臂410连接，第二阶梯432的一端与短臂420连接，馈入点433位于第一阶梯431的另一端和第二阶梯432的另一端之间。本发明实施例中，每个极化天线单元400均设有长臂410、短臂420和阶梯馈入430，阶梯馈入430位于长臂410和短臂420之间，且长臂410的谐振点位于4G LTE低频段，短臂420的谐振点位于4G LTE高频段。辐射槽的长度可以由中心谐振频率的半波长来确定。阶梯馈入430还设有第一阶梯431、第二阶梯432和馈入点433，使得极化天线单元400采用步进结构的开路短截线进行馈电，有效降低了加工难度，结构简单。
根据本发明的一些实施例，短臂420的长度是长臂410的长度的三分之一。在本发明实施例中，通过将短臂420的长度设置为长臂410的长度的三分之一，可以使短臂420成为长臂410的开路短截线，从而扩大低频带宽。
根据本发明的一些实施例，介质基板100的长度为160mm，宽度为75mm。在本发明实施例中，第一天线结构200和第二天线结构300的所有槽孔都凿在尺寸为160mm×75mm的介质基板100上，在其他实施例中，介质基板100可以采用金属铜材料。
参照图2、图3，根据本发明的一些实施例，第一天线结构200或第二天线结构300均包括第一极化天线单元400a和第二极化天线单元400b，第一极化天线单元400a设有第一长臂410a、第一短臂420a和第一阶梯馈入430a，第一阶梯馈入430a位于第一长臂410a和第一短臂420a之间，第二极化天线单元400b设有第二长臂410b、第二短臂420b和第二阶梯馈入430b，第二阶梯馈入430b位于第二长臂410b和第二短臂420b之间。第一长臂410a的宽度为3.191mm，第二长臂410b的宽度为1.277mm；第一短臂420a的宽度为3.333mm，第二短臂420b的宽度为1.596mm。
在本发明实施例中，由于每个极化天线单元400均采用了不均匀的U型槽孔天线结构，且第一表面110中的两个极化天线单元400，与第二表面120中的两个极化天线单元400为非对称的结构。而在实际运用中，极化天线单元400中的槽孔宽度若是不均匀，加上结构的弯曲，都将会导致天线表面电流不连续，并会产生一些近似谐振频率，从而增加天线工作带宽，且末端激励的U形槽孔会带来高输入阻抗和窄带宽，故在本发明实施例中，采用步进结构的开路短截线进行馈电，这种步进馈入结构可以用作改进的阻抗变换器，从而达到减小输入阻抗以及扩展带宽的目的。
此外，由于极化天线单元400的短臂420的宽度将决定高频工作频点，而高频工作频点对金属非常敏感，容易导致频率失谐。因此，为了防止频率失谐，在本发明实施例中，第一长臂410a(第一长臂410a作为主天线，则第二长臂410b作为辅天线)放置于介质基板100中，而第一短臂420a放置于接地层的边缘。参照图2、图3，在本发明实施例中，第一极化天线单元400a中的第一长臂410a相对于第二极化天线单元400b的第二长臂410b的长度较长，第二极化天线单元400b中的第二短臂420b相对于第一极化天线单元400a的第一短臂420a的长度较长，且对于第一长臂410a的宽度设置为3.191mm，即是低频工作频点波长的百分之一(940MHz)；第二长臂410b的宽度设置为1.277mm，即是高频工作频点波长的百分之一(2350MHz)。对于第一极化天线单元400a的第一短臂420a的宽度设置为3.333mm，即是低频工作频点波长的百分之一(900MHz)；第二极化天线单元400b中的第二短臂420b的宽度设置为1.596mm，即是高频工作频点波长的百分之一(1880MHz)，从而保证天线谐振频率。
本发明实施例的第二方面，提供了一种无线通信设备，包括如上述第一方面的双极化天线结构。在本实施例中，由于无线通信设备设置有上述任一实施例中的双极化天线结构，因此本实施例中的无线通信设备具有上述任一实施例中双极化天线结构所带来的有益效果及功能特性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种双极化天线结构，其特征在于，包括：
介质基板，设有第一表面以及和所述第一表面相对的第二表面；
第一天线结构，设有两个极化天线单元，位于所述第一表面且部分靠近所述第一表面的边缘；
第二天线结构，设有两个极化天线单元，相对所述第一天线结构反向设置在所述第二表面，且部分靠近所述第二表面的边缘；
每个所述极化天线单元包括长臂、短臂和阶梯馈入，所述阶梯馈入位于所述长臂和所述短臂之间。
2.根据权利要求1所述的双极化天线结构，其特征在于：两个所述极化天线单元之间为正交且互不接触设置在所述第一表面或者所述第二表面。
3.根据权利要求2所述的双极化天线结构，其特征在于：每个所述极化天线单元采用不均匀的U型槽孔天线结构。
4.根据权利要求1至3任一项所述的双极化天线结构，其特征在于：所述阶梯馈入设有第一阶梯、第二阶梯和馈入点，所述第一阶梯的一端与所述长臂连接，所述第二阶梯的一端与所述短臂连接，所述馈入点位于所述第一阶梯的另一端和所述第二阶梯的另一端之间。
5.根据权利要求4所述的双极化天线结构，其特征在于：所述短臂的长度是所述长臂的长度的三分之一。
6.根据权利要求1所述的双极化天线结构，其特征在于：所述介质基板的长度为160mm，宽度为75mm。
7.根据权利要求3所述的双极化天线结构，其特征在于：所述第一天线结构或所述第二天线结构均包括第一极化天线单元和第二极化天线单元，所述第一极化天线单元设有第一长臂、第一短臂和第一阶梯馈入，所述第一阶梯馈入位于所述第一长臂和所述第一短臂之间，所述第二极化天线单元设有第二长臂、第二短臂和第二阶梯馈入，所述第二阶梯馈入位于所述第二长臂和所述第二短臂之间。
8.根据权利要求7所述的双极化天线结构，其特征在于：所述第一长臂的宽度为3.191mm，所述第二长臂的宽度为1.277mm；所述第一短臂的宽度为3.333mm，所述第二短臂的宽度为1.596mm。
9.一种无线通信设备，其特征在于：包括如权利要求1至8任一项所述的双极化天线结构。
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