CN112542698A - 一种5g毫米波差分馈电介质谐振器天线模组 - Google Patents

一种5g毫米波差分馈电介质谐振器天线模组 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,包括天线基本单元及PCB板;PCB板上设置有短路耦合线;短路耦合线包括长馈电线及短馈电线;天线基本单元的第一侧面与长馈电线的一端连接,天线基本单元上和第一侧面相对的第二侧面与短馈电线的一端连接;长馈电线的另一端朝向与短馈电线的另一端朝向相差180度且两者之间有间隙;本发明使用短路耦合线作为差分馈电结构,并使用独立的天线基本单元与PCB板的组合代替PCB板集成整个天线,将短路耦合线设置为长馈电线与短馈电线的组合,能够保证在一定的频率范围内输出恒定的相位,保证天线信号的质量。

Description

一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组
技术领域
本发明涉及天线领域,尤其涉及一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组。
背景技术
5G作为全球业界的研发焦点,加快发展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、大规模机器通信及高可靠低延时通信;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;并且,未来的手机中预留给5G天线的空间会越来越小,且在手机内设置天线的可选位置不多。
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)、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还是slot等,因为带宽要求覆盖N257、N258及N260其PCB的厚度都较大,此时层数变多,又因为在毫米波频段,对多层PCB的对孔,线宽,线距的精度要求高,导致加工难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,实现在满足现有性能要求的情况下降低生产难度及体积。
为了解决上述技术问题,本发明采用的一种技术方案为:
一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,包括天线基本单元及PCB板;
所述PCB板上设置有短路耦合线;所述短路耦合线包括长馈电线及短馈电线;
所述天线基本单元的第一侧面与所述长馈电线的一端连接,与所述第一侧面相对的第二侧面与所述短馈电线的一端连接;
所述长馈电线的另一端的朝向与所述短馈电线的另一端的朝向相差180度;
所述长馈电线及所述短馈电线不直接相连。
本发明的有益效果在于:使用短路耦合线作为差分馈电结构,并使用独立的天线基本单元与PCB板的组合代替PCB板集成整个天线,将短路耦合线设置为长馈电线与短馈电线的组合,能够保证在一定的频率范围内输出恒定的相位,保证天线信号的质量并实现通过一个输入输出差分信号;将天线部分从PCB板上分离,降低了PCB板的生产难度,能够提高天线加工的精度,实现更加高效的信号传输。
附图说明
图1为本发明实施例的天线基本单元的示意图;
图2为本发明实施例的PCB板的结构示意图;
图3为本发明实施例的PCB板与天线基本单元组装的结构示意图;
图4为本发明实施例的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组的散射参数实验结果示意图;
图5为本发明实施例的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组的交叉极化曲线与现有微带馈电天线的对比图;
图6为本发明实施例的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组在28GHz的3D扫描图;
图7为现有技术的一种微带馈电天线示意图。
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6,一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,包括天线基本单元及PCB板;
所述PCB板上设置有短路耦合线;所述短路耦合线包括长馈电线及短馈电线;
所述天线基本单元的第一侧面与所述长馈电线的一端连接,所述天线基本单元上和所述第一侧面相对的第二侧面与所述短馈电线的一端连接;
所述长馈电线的另一端朝向与所述短馈电线的另一端朝向相差180度且两者之间有间隙。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:使用短路耦合线作为差分馈电结构,并使用独立的天线基本单元与PCB板的组合代替PCB板集成整个天线,将短路耦合线设置为长馈电线与短馈电线的组合,能够保证在一定的频率范围内输出恒定的相位,保证天线信号的质量并实现通过一个输入输出差分信号;将天线部分从PCB板上分离,降低了PCB板的生产难度,能够提高天线加工的精度,实现更加高效的信号传输。
进一步的,所述PCB板上设置有多个短路耦合线,每一个所述短路耦合线上分别连接有一个天线基本单元。
由上述描述可知,PCB板上课集成多个天线基本单元形成天线模组,提高了天线的性能,能够更好地完成对数据的收发,保证接收或发送的数据的质量。
进一步的,所述天线基本单元为陶瓷体。
由上述描述可知,由陶瓷体构成的天线基本单元,容易达到较高的加工精度,且在毫米波频段体积小,成本低,相比于直接将天线蚀刻在PCB板上有极大的优势。
进一步的,所述天线基本单元与所述长馈电线和所述短馈电线之间的连接可拆卸。
由上述描述可知,天线基本单元与PCB板上的短路耦合线之间可拆卸,加强了PCB板的适配性,能够更方便地根据需要选择不同的天线基本单元组装出所需的天线模组而不用生成出不同的PCB板,节约了开模等开发成本。
进一步的,所述长馈电线还包括延伸片,所述延伸片连接于所述PCB板上。
由上述描述可知,将延伸片连接于PCB板上,实现短路耦合线与其他部分的交互。
进一步的,所述PCB板上还包括射频芯片,所述射频芯片与所述短路耦合线连接。
由上述描述可知,射频芯片与短路耦合线连接,实现对短路耦合线接收到的信号进行处理或将处理后的信号发送到短路耦合线后通过与短路耦合线连接的天线基本单元进行发送。
进一步的,所述射频芯片包括移相器、放大器、匹配网络;
所述匹配网络分别与所述长馈电线上远离所述天线基本单元的一端及所述短馈电线上远离所述天线基本单元的一端连接,所述放大器与所述匹配网络连接,所述移相器与所述放大器连接。
由上述描述可知,设置匹配网络能够增加天线带宽,移相器能为单元间提供相位差以实现波束扫描的能力,放大器能够补偿移相器的损耗。
进一步的,所述PCB板上还包括数字集成电路芯片,所述数字集成电路芯片与所述射频芯片连接。
由上述描述可知,数字集成电路芯片用于控制射频芯片,数字芯片发送命令通过外部电路改变射频芯片里寄存器的状态值,射频芯片读取寄存器里的状态值,改变移相器,放大器,开关等芯片内部器件从而实现对信号上/下行的切换等操作。
进一步的,所述PCB板上还包括电源芯片,所述电源芯片分别与所述延伸片、所述射频芯片及所述数字集成电路芯片连接。
由上述描述可知,电源芯片与延伸片、射频芯片及数字集成电路芯片连接,实现对各个部分的供电,保证各个部分的正常运行。
进一步的,所述PCB板上还包括屏蔽柱。
由上述描述可知,设置屏蔽柱,能够减少差分信号之间的互相干扰,进一步提高信号的质量。
请参照图1,本发明的实施例一为:
一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,
包括天线基本单元及PCB板;
所述PCB板上设置有短路耦合线,所述短路耦合线包括长馈电线及短馈电线;
所述天线基本单元的第一侧面与所述长馈电线的一端连接,所述天线基本单元上和所述第一侧面相对的第二侧面与所述短馈电线的一端连接,且天线基本单元与所述长馈电线和所述短馈电线之间的连接可拆卸;
在一种可选的实施方式中,天线基本单元为长方体且材质为陶瓷;
在一种可选的实施方式中,天线基本单元可为半球体或圆柱体;
由上述描述可知,天线基本单元的形状不影响本发明的实现效果;
所述长馈电线的另一端朝向与所述短馈电线的另一端朝向相差180度且两者之间有间隙;
PCB板上设置有多个短路耦合线,每一个所述短路耦合线上分别连接有一个天线基本单元;
PCB板上还设置有屏蔽柱,屏蔽柱包围4条带状传输线,此处带状传输线为单端信号线,能够减少能量传输损失;
其中,短路耦合线是为了输出180度相位相反的差分信号,把单端信号变为差分信号的,一般电路即微带馈线电路里可以1/2波长的巴伦,但是这种输出的双端口相位随频率变化的相位差在180度的波动比较大,而短路耦合结构随频率变化波动比较小;例如:天线的工作频率是27-29GHZ,1/2波长的巴伦在27GHZ信号的相位差是200度在28GHZ信号的相位差是180,在29GHZ的相位差是170度;而本实施例中的短路耦线的输出相位差在27-29GHZ信号区间内均是180度,基本在较窄的频率范围内能够输出恒定的180度相位差;
请参照图4,为本实施例中5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组的S参数(散射参数),可以看出覆盖了N257频段,能够满足使用需求;
请参照图5,起始点纵坐标在-20至-15之间的曲线为本实施例中5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组的交叉极化曲线,另一曲线为现有技术中微带馈电的交叉极化曲线,可以看出本实施例中的天线模组有5db左右的性能增益提升;
请参照图6,为本实施例中5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组在28GNZ的3D方向图,可以看出波束正常,不存在畸形,即本实施例中的天线模组能够在实际应用场景中被正常使用。
本发明的实施例二为:
一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其与实施例一的不同之处在于:
PCB板上还包括射频芯片、数字集成电路芯片及电源芯片;
长馈电线上还包括延伸片;
射频芯片包括移相器、放大器、匹配网络;所述匹配网络分别与所述长馈电线上远离所述天线基本单元的一端及所述短馈电线上远离所述天线基本单元的一端连接,所述放大器与所述匹配网络连接,所述移相器与所述放大器连接;
数字集成电路芯片与所述射频芯片连接;
电源芯片分别与所述延伸片、所述射频芯片及所述数字集成电路芯片连接;
在一种可选的实施方式中,数字集成电路芯片为FPGA(Field Programmable GateArray,现场可编程逻辑门阵列)或单片机;
本发明的天线为差分天线,通过差分信号,差分信号需要在特定的传输线如本申请中的短路耦合线内才可以传输,干扰信号不容易通过,而单端信号在任意传输线内都可以传输,但其传输线也容易通过干扰信号。
综上所述,本发明提供了一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,包括PCB板及天线基本单元,PCB板上设置有短路耦合线作为差分馈电结构,且天线基本单元与短路耦合线为可拆卸连接,短路耦合线包括长馈电线和短馈电线,长馈电线与短馈电线未与天线基本单元连接的一端的朝向相差180度,且天线基本单元为陶瓷体,短路耦合线通过一个信号的输入生成差分信号,并且PCB板与天线基本单元之间的可拆卸连接为天线的构造提供了灵活的试验空间,结合陶瓷体的天线基本单元进一步降低了天线构造的成本,在PCB板上设置屏蔽柱,能够提供更强的抗干扰,保证接收到的信号的质量。
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毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,包括天线基本单元及PCB板;
所述PCB板上设置有短路耦合线;所述短路耦合线包括长馈电线及短馈电线;
所述天线基本单元的第一侧面与所述长馈电线的一端连接,所述天线基本单元上和所述第一侧面相对的第二侧面与所述短馈电线的一端连接;
所述长馈电线的另一端朝向与所述短馈电线的另一端朝向相差180度且两者之间设置有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述PCB板上设置有多个短路耦合线,每一个所述短路耦合线上分别连接有一个天线基本单元。
3.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述天线基本单元为陶瓷体。
4.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述天线基本单元与所述长馈电线和所述短馈电线之间的连接可拆卸。
5.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述长馈电线还包括延伸片,所述延伸片连接于所述PCB板上。
6.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述PCB板上还包括射频芯片,所述射频芯片与所述短路耦合线连接。
7.根据权利要求6所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述射频芯片包括移相器、放大器、匹配网络;
所述匹配网络分别与所述长馈电线上远离所述天线基本单元的一端及所述短馈电线上远离所述天线基本单元的一端连接,所述放大器与所述匹配网络连接,所述移相器与所述放大器连接。
8.根据权利要求6所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述PCB板上还包括数字集成电路芯片,所述数字集成电路芯片与所述射频芯片连接。
9.根据权利要求8所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述PCB板上还包括电源芯片,所述电源芯片分别与所述延伸片、所述射频芯片及所述数字集成电路芯片连接。
10.根据权利要求1所述的一种5G毫米波差分馈电介质谐振器天线模组,其特征在于,所述PCB板上还包括屏蔽柱。
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