CN112271449A - 阵列天线以及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种阵列天线以及移动终端。本申请通过多列阵元的设置，增加阵元数量，从而使阵列天线在最大扫描区域的最大增益减小量下降，并通过设置每一馈电网络均支持28GHz频段和39GHz频段，实现每一阵元的2*2MIMO信号差异化通讯，从而实现阵列天线支持双频双极化信号，同时能够根据信号的强弱自动调整天线阵列形式，减小输入功率，进而提升系统工作能效，以及动态调节芯片工作温度。

Description

阵列天线以及移动终端
技术领域
本申请属于天线设备领域，尤其涉及一种阵列天线以及移动终端。
背景技术
随着第五代移动通信(5G)的到来，毫米波技术因其具有传输频率高、带宽大以及通信系统容量高等优点，已成为实现5G超高数据传输速率的主要手段。
但是现在现有技术中的阵列天线在最大扫描角度下，天线最大增益下降较大，且由于阵元数量较少，阵列增益较低，为满足通讯网络要求，每个阵元输入功率增大，导致信号芯片散热集中，使其工作温度较高，从而降低整个系统的效率。
发明内容
本申请实施例提供一种阵列天线以及移动终端，以解决阵列天线在最大扫描角度下，天线最大增益下降较大的问题以及由于阵元数量较少，阵列增益较低，为满足通讯网络要求，而不得不增大每个阵元输入功率所导致的芯片散热集中，芯片工作温度较高，以及降低整个系统的效率的问题。
本申请提供一种阵列天线，包括：第一介质层；接地层，设于所述第一介质层上；第二介质层，设于所述接地层上；以及导电贴片层，设于所述第二介质层上，所述导电贴片层设有M*N直线天线阵列，其中M，N为大于等于2的正整数，所述直线天线阵列中的每一阵元包括一矩形导电贴片以及两个馈电网络。
进一步地，所述第一介质层设有多个第一馈线和多个第二馈线，所述第一馈线与所述第二馈线的设置方向相互垂直。
进一步地，所述接地层设有多个第一缝隙和多个第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙的设置方向相互垂直。
进一步地，所述第一缝隙的设置方向垂直于所述第一馈线的设置方向，所述第二缝隙的设置方向垂直于所述第二馈线的设置方向，且所述第一缝隙和第一馈线在所述第一介质层上的投影相交，所述第二缝隙和第二馈线在所述第一介质层上的投影相交。
进一步地，所述矩形导电贴片的两个相对角均设有一正方形切口。
进一步地，第一列阵元的两个所述馈电网络均与所述矩形导电切片的第一角相邻的两边一一对应，第二列阵元的两个所述馈电网络均与所述矩形导电切片的第二角相邻的两边一一对应，其中所述第一角为所述正方形切口对应的角，所述第二角为所述第一角的相邻角。
进一步地，所述直线天线阵列的每一所述阵元均接收或发送水平极化信号以及垂直极化信号；或者所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送水平极化信号，第二列阵元接收或发送垂直极化信号；或者所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送垂直极化信号，第二列阵元接收或发送水平极化信号。
进一步地，所述阵列天线的馈电方式包括耦合馈电。
进一步地，每一所述馈电网络的工作频段均包括28GHz频段和39GHz频段。
根据本申请的另一方面，本申请提供一种移动终端，包括如上述的阵列天线。
本申请实施例提供一种阵列天线以及移动终端，通过多列阵元的设置，增加阵元数量，从而使阵列天线在最大扫描区域的最大增益减小量下降，并通过设置每一馈电网络均支持28GHz频段和39GHz频段，实现每一阵元的2*2MIMO信号差异化通讯，从而实现阵列天线支持双频双极化信号，同时能够根据信号的强弱自动调整天线阵列形式，减小输入功率，进而提升系统工作能效，以及动态调节芯片工作温度。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其有益效果显而易见。
图1是本申请实施例提供的一种阵列天线的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种阵列天线的俯视图。
图3是本申请实施例提供的另一种阵列天线的俯视图。
图4a-4h是本申请实施例提供的仿真图。
图5是本申请实施例提供的移动终端的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书以及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在具体实施方式中，下文论述的附图以及用来描述本申请公开的原理的各实施例仅用于说明，而不应解释为限制本申请公开的范围。所属领域的技术人员将理解，本申请的原理可在任何适当布置的系统中实施。将详细说明示例性实施方式，在附图中示出了这些实施方式的实例。此外，将参考附图详细描述根据示例性实施例的终端。附图中的相同附图标号指代相同的元件。
本具体实施方式中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本申请的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本申请说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本申请说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。
如图1所示，本申请提供一种阵列天线(其中图1仅示出该阵列天线的部分结构)，包括第一介质层110、第一馈线111、第二馈线112、接地层120、第一缝隙121、第二缝隙122、第二基质层130、导电贴片层140。该阵列天线适用于手机、客户前置设备(CustomerPremise Equipment，CPE)、电脑、拓展现实设备以及TV设备。
第一介质层110多个第一馈线111和多个第二馈线112，所述第一馈线111与所述第二馈线112的设置方向相互垂直。其中第一介质层110优选为低损耗且高辐射效率的介质材料。本实施例中，第一介质层110为介质基片Rogers4350B。
接地层120设于所述第一介质层110上。所述接地层120设有多个第一缝隙121和多个第二缝隙122，所述第一缝隙121和所述第二缝隙122的设置方向相互垂直。所述第一缝隙121的设置方向垂直于所述第一馈线111的设置方向，所述第二缝隙122的设置方向垂直于所述第二馈线112的设置方向，且所述第一缝隙121和第一馈线111在所述第一介质层110上的投影相交，所述第二缝隙122和第二馈线112在所述第一介质层110上的投影相交。其中，第一缝隙121和第二缝隙122的形状除了矩形之外，还可以为椭圆形、H字形、U字形或L字形等，所述接地层120为金属材料。
第二介质层130设于所述接地层120上。其中第二介质层130优选为低损耗且高辐射效率的介质材料。本实施例中，第二介质层130为介质基片Rogers4350B。
导电贴片层140设于所述第二介质层130上。所述导电贴片层140设有M*N直线天线阵列，其中M，N为大于等于2的正整数，从而可以根据信号的强弱自动调整天线阵列形式，实现减小每一阵元的输入功率，并且提升工作能效，以及动态调节芯片工作温度。所述直线天线阵列中的每一阵元包括一矩形导电贴片以及两个馈电网络。每一所述馈电网络的工作频段均包括28GHz频段和39GHz频段，且每一阵元仅设两个馈电网络，以简化信号馈入网络以及减小各个馈电之间的耦合。
结合图2，在一实施例中，所述导电贴片层140设有2*4直线天线阵列，所述直线天线阵列中的每一阵元141包括一矩形导电贴片1411以及两个馈电网络1412。所述直线天线阵列包括第一列阵元和第二列阵元，所述第一列阵元的两个所述馈电网络1412均与所述矩形导电切片1411的第一角相邻的两边一一对应，所述第二列阵元的两个所述馈电网络1412均与所述矩形导电切片1411的第二角相邻的两边一一对应，所述第一角和所述第二角为相邻角。通过利用矩形导电贴片1411在第一馈线111的设置方向上具有的两种不同长度的边，能够在单一馈电下实现微带天线10的双频工作，有利于提高双频天线的辐射效率，并降低制作工艺的难度。对应上述阵列天线100在第二馈线112馈电时能够工作于两个天线工作频率，且这两个天线工作频率与该阵列天线100在上述第一馈线111馈电时具有的两个天线工作频率相同。
结合图3，在另一实施例中，所述矩形导电贴片1411的两个相对角均设有一正方形切口。所述直线天线阵列包括第一列阵元和第二列阵元，所述第一列阵元的两个所述馈电网络1412均与所述矩形导电切片1411的第一角相邻的两边一一对应，所述第二列阵元的两个所述馈电网络1412均与所述矩形导电切片1411的第二角相邻的两边一一对应，其中所述第一角为所述正方形切口对应的角，所述第二角为所述第一角的相邻角，这样使得导电贴片在第一馈线的设置方向上具有两种不同长度的边，进而能够在单一馈电下实现微带天线的双频工作，以提高双频天线的辐射效率，并降低制作工艺的难度
所述阵列天线的馈电方式包括耦合馈电。具体的，第一介质层110上的馈线(包括第一馈线111和第二馈线112)的能量通过缝隙(包括第一缝隙121和第二缝隙122)耦合至上述导电贴片层140上的矩形导电贴片141，从而将能量辐射出去。
由于所述第一馈线121与所述第二馈线122的设置方向相互垂直，且每一阵元141的两个馈电网络1412正交设计，因此，通过上述设置能够实现阵列天线的两个天线工作频率的正交极化，也即实现阵列天线支持双频双极化信号，譬如，第一馈线111的设置方向为水平方向，第二馈线112的设置方向为垂直方向，对应第一馈线111和第二馈线112分别对上述矩形导电贴片进行水平馈电和垂直馈电，进而能够实现阵列天线的两个天线工作频率(比如28GHz和39GHz)的水平极化和垂直极化，并且，由于正交馈电，每组水平极化与垂直极化信号间的隔离在-30dB以下。
所述直线天线阵列的每一所述阵元141均接收或发送水平极化信号以及垂直极化信号，以实现高增益天线。所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送水平极化信号，第二列阵元接收或发送垂直极化信号；或者所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送垂直极化信号，第二列阵元接收或发送水平极化信号，以实现低增益天线。该工作方式可改善阵元之间的耦合，从而提升天线增益。
参阅图4a至4h，其中横坐标为频率/吉赫(Frequency/GHz)，纵坐标为S参数增益/分贝(dB)具体举例而言，阵列天线的尺寸为23.2mm×8.4mm×1.06mm(长×宽×高)，其工作频率分别为28GHz和39GHz，当阵列天线10采用上述缝隙耦合馈电方式，且利用上述第一馈线111(设置方向为水平方向)和第二馈线112(设置方向为垂直方向)对每一矩形导电贴片131进行同时馈电时，天线反射系数小于-10dB，以确保天线高的辐射效率。
如下表所示：
Figure BDA0002731792620000061
28GHz频段2*4线阵比1*4线阵增益提升约1dB；39GHz频段2*4线阵比1*4线阵增益提升约3dB。当阵列天线工作在39GHz频段时，在最大扫描角度±45°，1*4线阵增益下降了3.7dB，但是2*4线阵增益只下降了1.9dB。
本申请通过多列阵元的设置，增加阵元数量，从而使阵列天线在最大扫描区域的最大增益减小量下降，并通过设置每一馈电网络均支持28GHz频段和39GHz频段，实现每一阵元的2*2MIMO信号差异化通讯，从而实现阵列天线支持双频双极化信号，同时能够根据信号的强弱自动调整天线阵列形式，减小输入功率，进而提升系统工作能效，以及动态调节芯片工作温度。
如图5所示，本申请提供一种移动终端500，包括阵列天线100。移动终端包括各类5G毫米波通讯移动终端产品，例如手机、客户前置设备(Customer Premise Equipment，CPE)和电脑等设备。
以上对本申请实施例所提供的一种阵列天线以及移动终端进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括：
第一介质层；
接地层，设于所述第一介质层上；
第二介质层，设于所述接地层上；以及
导电贴片层，设于所述第二介质层上，所述导电贴片层设有M*N直线天线阵列，其中M，N均为大于等于2的正整数，所述直线天线阵列中的每一阵元包括一矩形导电贴片以及两个馈电网络。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述第一介质层设有多个第一馈线和多个第二馈线，所述第一馈线与所述第二馈线的设置方向相互垂直。
3.根据权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述接地层设有多个第一缝隙和多个第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙的设置方向相互垂直。
4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述第一缝隙的设置方向垂直于所述第一馈线的设置方向，所述第二缝隙的设置方向垂直于所述第二馈线的设置方向，且所述第一缝隙和第一馈线在所述第一介质层上的投影相交，所述第二缝隙和第二馈线在所述第一介质层上的投影相交。
5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述矩形导电贴片的两个相对角均设有一正方形切口。
6.根据权利要求5所述的阵列天线，其特征在于，所述直线天线阵列包括第一列阵元和第二列阵元，所述第一列阵元的两个所述馈电网络均与所述矩形导电切片的第一角相邻的两边一一对应，所述第二列阵元的两个所述馈电网络均与所述矩形导电切片的第二角相邻的两边一一对应，其中所述第一角为所述正方形切口对应的角，所述第二角为所述第一角的相邻角。
7.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，
所述直线天线阵列的每一所述阵元均接收或发送水平极化信号以及垂直极化信号；或者
所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送水平极化信号，第二列阵元接收或发送垂直极化信号；或者
所述直线天线阵列的第一列阵元接收或发送垂直极化信号，第二列阵元接收或发送水平极化信号。
8.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线的馈电方式包括耦合馈电。
9.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，每一所述馈电网络的工作频段均包括28GHz频段和39GHz频段。
10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的阵列天线。
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