CN111786098A - 5g毫米波双频介质谐振器天线模组及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组及移动终端，天线模组包括陶瓷介质谐振器天线和PCB组件，所述陶瓷介质谐振器天线的形状为H形；所述PCB组件包括依次层叠设置的第一介质层、金属层和第二介质层，所述金属层包括介质区域和天线区域，所述第一介质层设置于所述介质区域上，所述陶瓷介质谐振器天线设置于所述天线区域上，所述第一介质层上设有用于对陶瓷介质谐振器天线进行馈电的馈电结构。无需加工多层PCB天线，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段；占用空间小，可降低移动终端的设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组及移动终端。
背景技术
5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术和制定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、大规模机器通信和高可靠低延时通信。这三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。
3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)正在对5G技术进行标准化工作，第一个5G非独立组网(NSA)国际标准于2017年12月正式完成并冻结，2018年6月14日完成5G独立组网标准。
毫米波频段丰富的带宽资源为高速传输速率提供了保障，但是由于该频段电磁波剧烈的空间损耗，利用毫米波频段的无线通信系统需要采用相控阵的架构。天线作为射频前端系统中不可缺少的部件，在射频电路向着集成化、小型化方向发展的同时，将天线与射频前端电路进行系统集成和封装成为未来射频前端发展的必然趋势。
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，5G毫米波天线需要覆盖n257(26.5～29.5GHz)、n258(24.25～27.25GHz)、n260(37～40GHz)和n261(27.5～28.35GHz)。
基于PCB的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是PATCH、dipole或slot等，因为带宽要求覆盖n257、n258和n260，所以会使PCB厚度增加，此时层数变多，又因为在毫米频段，多层PCB对孔、线宽以及线距的精度要求高，加工难度大，所以降低PCB层数可以降低加工精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组及移动终端，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段，且无需加工多层PCB天线。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组，包括陶瓷介质谐振器天线和PCB组件，所述陶瓷介质谐振器天线的形状为H形；所述PCB组件包括依次层叠设置的第一介质层、金属层和第二介质层，所述金属层包括介质区域和天线区域，所述第一介质层设置于所述介质区域上，所述陶瓷介质谐振器天线设置于所述天线区域上，所述第一介质层上设有用于对陶瓷介质谐振器天线进行馈电的馈电结构。
进一步的，所述第一介质层的介电常数大于所述第二介质层的介电常数。
进一步的，所述陶瓷介质谐振器天线包括依次连接的第一平板部、连接部和第二平板部，所述第一平板部的宽度值与所述第二平板部的宽度值相等，所述连接部的宽度值小于所述第一平板部的宽度值。
进一步的，所述第一平板部远离连接部的一侧面靠近所述第一介质层的一侧面设置。
进一步的，所述馈电结构包括馈电盘和馈电柱，所述馈电盘设置于所述第一介质层远离金属层的一侧面上，所述馈电柱设置于所述第一介质层内，所述馈电盘与所述馈电柱电连接。
进一步的，所述陶瓷介质谐振器天线的数目为至少两个，至少两个的所述陶瓷介质谐振器天线间隔设置于所述天线区域上。
进一步的，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述第二介质层远离金属层的一侧面上。
进一步的，所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组的工作频率范围为24.25～29.5GHz以及37～40GHz。
本发明采用的另一技术方案为：
一种移动终端，包括所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组。
进一步的，所述移动终端为手机或平板电脑。
本发明的有益效果在于：采用陶瓷天线不管是加工还是原料成本均比PCB天线低，无需加工多层PCB天线，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段；基于PCB板进行设计，便于后续芯片等的集成。当将天线模组应用于移动终端时，占用空间小，可降低移动终端的设计难度、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5G毫米波双频介质谐振器天线模组的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组的部分结构示意图；
图3为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组的S参数图；
图4为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在28GHz的3D方向图；
图5为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在28GHz的波束扫描结果；
图6为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在38.5GHz的3D方向图；
图7为本发明实施例一的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在38.5GHz的波束扫描结果。
标号说明：
1、陶瓷介质谐振器天线；11、第一平板部；12、连接部；13、第二平板部；2、PCB组件；21、第一介质层；22、第二介质层；23、天线区域；3、馈电结构；31、馈电盘；32、馈电柱；4、射频芯片。
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。
本发明最关键的构思在于：采用陶瓷介质谐振器天线，无需加工多层PCB天线，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段。
请参照图1以及图2，一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组，包括陶瓷介质谐振器天线1和PCB组件2，所述陶瓷介质谐振器天线1的形状为H形；所述PCB组件2包括依次层叠设置的第一介质层21、金属层和第二介质层22，所述金属层包括介质区域和天线区域23，所述第一介质层21设置于所述介质区域上，所述陶瓷介质谐振器天线1设置于所述天线区域23上，所述第一介质层21上设有用于对陶瓷介质谐振器天线1进行馈电的馈电结构3。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采用陶瓷天线不管是加工还是原料成本均比PCB天线低，无需加工多层PCB天线，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段；基于PCB板进行设计，便于后续芯片等的集成。
进一步的，所述第一介质层21的介电常数大于所述第二介质层22的介电常数。
由上述描述可知，将第一介质层的介电常数设置较大，更有利于进行馈电，可有效降低馈电结构的高度。
进一步的，所述陶瓷介质谐振器天线1包括依次连接的第一平板部11、连接部12和第二平板部13，所述第一平板部11的宽度值与所述第二平板部13的宽度值相等，所述连接部12的宽度值小于所述第一平板部11的宽度值。
进一步的，所述第一平板部11远离连接部12的一侧面靠近所述第一介质层21的一侧面设置。
由上述描述可知，第一平板部与第一介质层之间可以留有一定的间隙，也可以不留间隙，可以根据需要进行具体调整。
进一步的，所述馈电结构3包括馈电盘31和馈电柱32，所述馈电盘31设置于所述第一介质层21远离金属层的一侧面上，所述馈电柱32设置于所述第一介质层21内，所述馈电盘31与所述馈电柱32电连接。
由上述描述可知，将馈电柱设置在第一介质层内，当第一介质层的介电常数较大时，可以有效降低馈电柱的高度，有利于降低天线模组的整体体积。
进一步的，所述陶瓷介质谐振器天线1的数目为至少两个，至少两个的所述陶瓷介质谐振器天线1间隔设置于所述天线区域23上。
由上述描述可知，天线的数目可以根据需要进行设置。
进一步的，还包括射频芯片4，所述射频芯片4设置于所述第二介质层22远离金属层的一侧面上。
由上述描述可知，射频芯片中包含了移相器和放大器等原件，其中移相器是为天线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。
进一步的，所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组的工作频率范围为24.25～29.5GHz以及37～40GHz。
本发明采用的另一技术方案为：
一种移动终端，包括所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组。
由上述描述可知，将天线模组应用于移动终端时，占用空间小，可降低移动终端的设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度。
进一步的，所述移动终端为手机或平板电脑。
请参照图1至图7，本发明的实施例一为：
一种移动终端，包括5G毫米波双频介质谐振器天线模组，所述移动终端为手机或平板电脑等。
如图1和图2所示，所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组包括陶瓷介质谐振器天线1和PCB组件2，所述PCB组件2包括依次层叠设置的第一介质层21、金属层和第二介质层22，所述金属层包括介质区域和天线区域23，所述第一介质层21设置于所述介质区域上，所述陶瓷介质谐振器天线1设置于所述天线区域23上，所述第一介质层21的介电常数大于所述第二介质层22的介电常数。本实施例中，陶瓷介质谐振器天线1的数目为至少两个，至少两个的所述陶瓷介质谐振器天线1间隔设置于所述天线区域23上，例如可以设置四个。
本实施例中，所述陶瓷介质谐振器天线1的形状为H形，所述陶瓷介质谐振器天线1包括依次连接的第一平板部11、连接部12和第二平板部13，所述第一平板部11的宽度值与所述第二平板部13的宽度值相等，所述连接部12的宽度值小于所述第一平板部11的宽度值。所述第一平板部11远离连接部12的一侧面靠近所述第一介质层21的一侧面设置，第一平板部11与第一介质层21之间可以留有一定的间隙，也可以不留间隙。
本实施例中，所述第一介质层21上设有用于对陶瓷介质谐振器天线1进行馈电的馈电结构3，所述馈电结构3包括馈电盘31和馈电柱32，所述馈电盘31设置于所述第一介质层21远离金属层的一侧面上，所述馈电柱32设置于所述第一介质层21内，所述馈电盘31与所述馈电柱32电连接。所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组还包括射频芯片4，所述射频芯片4设置于所述第二介质层22远离金属层的一侧面上。射频芯片4中包含了移相器和放大器等原件，其中移相器是为天线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。
图3为本实施例的5G毫米波双频介质谐振器天线模组的S参数图，从图中可以看出，所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组的工作频率范围覆盖了24.25～29.5GHz以及37～40GHz，且S参数在-10dB以下。
图4为本实施例的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在28GHz的3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
图5为本实施例的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在28GHz的波束扫描结果，从图中可以看出，扫描范围较宽，为±50度以上。
图6为本实施例的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在38.5GHz的3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
图7为本实施例的5G毫米波双频介质谐振器天线模组在38.5GHz的波束扫描结果，从图中可以看出，扫描范围较宽，为±50度以上。
综上所述，本发明提供的一种5G毫米波双频介质谐振器天线模组及移动终端，无需加工多层PCB天线，天线模组可覆盖5G所有毫米波频段；占用空间小，可降低移动终端的设计难度、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毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，包括陶瓷介质谐振器天线和PCB组件，所述陶瓷介质谐振器天线的形状为H形；所述PCB组件包括依次层叠设置的第一介质层、金属层和第二介质层，所述金属层包括介质区域和天线区域，所述第一介质层设置于所述介质区域上，所述陶瓷介质谐振器天线设置于所述天线区域上，所述第一介质层上设有用于对陶瓷介质谐振器天线进行馈电的馈电结构。
2.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述第一介质层的介电常数大于所述第二介质层的介电常数。
3.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述陶瓷介质谐振器天线包括依次连接的第一平板部、连接部和第二平板部，所述第一平板部的宽度值与所述第二平板部的宽度值相等，所述连接部的宽度值小于所述第一平板部的宽度值。
4.根据权利要求3所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述第一平板部远离连接部的一侧面靠近所述第一介质层的一侧面设置。
5.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述馈电结构包括馈电盘和馈电柱，所述馈电盘设置于所述第一介质层远离金属层的一侧面上，所述馈电柱设置于所述第一介质层内，所述馈电盘与所述馈电柱电连接。
6.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述陶瓷介质谐振器天线的数目为至少两个，至少两个的所述陶瓷介质谐振器天线间隔设置于所述天线区域上。
7.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述第二介质层远离金属层的一侧面上。
8.根据权利要求1所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组，其特征在于，所述5G毫米波双频介质谐振器天线模组的工作频率范围为24.25～29.5GHz以及37～40GHz。
9.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的5G毫米波双频介质谐振器天线模组。
10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述移动终端为手机或平板电脑。
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