CN112768883B - 一种天线单元及折叠介质谐振器天线模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线单元及折叠介质谐振器天线模组，天线单元包括陶瓷体和用于为所述陶瓷体馈电的馈电结构，所述陶瓷体包括相连的第一部和第二部，所述第一部与第二部的连接处形成容物区域，所述馈电结构位于所述容物区域内。本天线单元中的陶瓷体具有容物区域，在折叠介质谐振器天线模组中，多层板的一部分可收容于容物区域内，在不影响天线性能的前提下有效的降低了折叠介质谐振器天线模组在厚度方向上的尺寸，使得折叠介质谐振器天线模组符合移动电子设备轻薄化的发展趋势，特别适合5G通信设备。

Description

一种天线单元及折叠介质谐振器天线模组
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线单元及折叠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，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。
介质谐振器天线是一种性能优秀的天线，可以用于5G毫米波的移动端，但未来的手机中预留给5G天线的空间小，可选位置不多，而标准的介质谐振器天线模组为分立式的长方体、圆柱体或球体等形状，其剖面较高(即厚度较大)，不利于放入真机环境中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种小体积天线单元及折叠介质谐振器天线模组。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种天线单元，包括陶瓷体和用于为所述陶瓷体馈电的馈电结构，所述陶瓷体包括相连的第一部和第二部，所述第一部与第二部的连接处形成容物区域，所述馈电结构位于所述容物区域内。
为了解决上述技术问题，本发明还采用以下技术方案：折叠介质谐振器天线模组，包括多层板和设于所述多层板上的匹配网络，还包括上述天线单元，所述陶瓷体固定在所述多层板上，所述多层板的一部分位于所述容物区域内，所述馈电结构设于所述多层板上，所述匹配网络与所述馈电结构电性连接。
本发明的有益效果在于：本天线单元中的陶瓷体具有容物区域，在折叠介质谐振器天线模组中，多层板的一部分可收容于容物区域内，在不影响天线性能的前提下有效的降低了折叠介质谐振器天线模组在厚度方向上的尺寸，使得折叠介质谐振器天线模组符合移动电子设备轻薄化的发展趋势，特别适合5G通信设备。
附图说明
图1为本发明实施例一的折叠介质谐振器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折叠介质谐振器天线模组的结构示意图(隐藏多层板后)；
图3为本发明实施例一的天线单元的结构示意图；
图4为本发明实施例一的折叠介质谐振器天线模组的样品的S参数图。
标号说明：
1、多层板；11、地层；111、避空槽；12、隔离墙；13、地板；
2、天线单元；21、陶瓷体；211、第一部；212、第二部；22、馈电结构；221、馈电金属片；222、馈电栅格；2221、微带线；2222、馈电柱；
3、匹配网络；31、主体部；311、接触部；32、导通部；
4、芯片组件；41、射频芯片；42、数字集成电路芯片；43、电源芯片；
5、屏蔽部；51、开口环；52、屏蔽柱。
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4，一种天线单元2，包括陶瓷体21和用于为所述陶瓷体21馈电的馈电结构22，所述陶瓷体21包括相连的第一部211和第二部212，所述第一部211与第二部212的连接处形成容物区域，所述馈电结构22位于所述容物区域内。
折叠介质谐振器天线模组，包括多层板1和设于所述多层板1上的匹配网络3，还包括上述天线单元2，所述陶瓷体21固定在所述多层板1上，所述多层板1的一部分位于所述容物区域内，所述馈电结构22设于所述多层板1上，所述匹配网络3与所述馈电结构22电性连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本天线单元2中的陶瓷体21具有容物区域，在折叠介质谐振器天线模组中，多层板1的一部分可收容于容物区域内，在不影响天线性能的前提下有效的降低了折叠介质谐振器天线模组在厚度方向上的尺寸，使得折叠介质谐振器天线模组符合移动电子设备轻薄化的发展趋势，特别适合5G通信设备。
进一步的，所述陶瓷体21呈L字型。
由上述描述可知，呈L字型的陶瓷体21结构简单、便于加工，利于降低天线单元2的制造成本。
进一步的，所述馈电结构22包括相连馈电金属片221和馈电栅格222，所述馈电金属片221对应于所述第一部211设置，所述馈电栅格222对应于所述第二部212设置。
由上述描述可知，馈电结构22为馈电栅格222与馈电金属片221组成的折叠微带耦合馈电结构22。
进一步的，所述馈电栅格222包括叠放设置的多个微带线2221，相邻的两个微带线2221之间通过多个馈电柱2222相连。
由上述描述可知，简单理解，所述馈电栅格222实质上等同于对应于第二部212设置的金属片，但馈电栅格222相比于金属片更能够适应于多层板1结构。
进一步的，所述第一部211位于所述多层板1的顶面，所述第二部212位于所述多层板1的外侧。
由上述描述可知，由于第二部212位于多层板1的外侧，因此，陶瓷体21与多层板1连接更为方便，也就是说，折叠介质谐振器天线模组组装方便。
进一步的，所述多层板1内设有隔离墙12，所述馈电栅格222位于所述隔离墙12的外侧。
由上述描述可知，隔离墙12的设置有利于提高折叠介质谐振器天线模组的性能表现。
进一步的，还包括与所述匹配网络3电性连接的芯片组件4，所述芯片组件4固定在所述多层板1上。
进一步的，所述匹配网络3包括主体部31和导通部32，所述主体部31设于所述多层板1的顶面，所述芯片组件4设于所述多层板1的底面，所述导通部32导通所述芯片组件4和所述主体部31；所述多层板1内还具有围绕所述导通部32设置的屏蔽部5，所述多层板1的底面还设有地层11，所述屏蔽部5连接所述地层11。
由上述描述可知，屏蔽部5的设置能够减少匹配网络3的信号泄露和信号干扰，从而进一步改善折叠介质谐振器天线模组的天线性能，
进一步的，所述屏蔽部5包括开口环51和多个屏蔽柱52，所述开口环51位于所述多层板1的顶面，所述屏蔽柱52的一端连接所述开口环51，所述屏蔽柱52的另一端连接所述地层11，数量为多个的所述屏蔽柱52围绕所述导通部32设置。
由上述描述可知，屏蔽部5结构简单、加工容易，屏蔽效果好。
实施例一
请参照图1至图4，本发明的实施例一为：如图1所示，折叠介质谐振器天线模组，适用于通信设备，尤其是移动通信设备，例如手机、智能手表、平板电脑等。所述折叠介质谐振器天线模组包括多层板1、天线单元2、匹配网络3和芯片组件4，所述天线单元2、匹配网络3和芯片组件4分别设于所述多层板1上，所述芯片组件4通过所述匹配网络3与所述天线单元2电性连接。可选的，所述多层板1为多层PCB板。
所述天线单元2的数量为多个，本实施例中，所述天线单元2的数量为四个，四个所述天线单元2位于所述多层板1的同一侧且相邻的两个所述天线单元2之间具有间距。优选的，数量为多个的所述天线单元2关于所述多层板1的中线对称设置。
请结合图1至图3，所述天线单元2包括陶瓷体21和用于为所述陶瓷体21馈电的馈电结构22，所述陶瓷体21包括相连的第一部211和第二部212，所述第一部211与第二部212的连接处形成容物区域，所述馈电结构22位于所述容物区域内。具体的，所述陶瓷体21固定在所述多层板1上，所述多层板1的一部分位于所述容物区域内，所述馈电结构22设于所述多层板1上，所述匹配网络3与所述馈电结构22电性连接。可选的，所述陶瓷体21胶粘或卡接在所述多层板1上，当然，所述陶瓷体21还可以通过其他方式固定在所述多层板1上。
在其他实施例中，所述陶瓷体21可以是呈凹字形或其他形状的。但在本实施例中，所述陶瓷体21呈L字型，也就是说，所述第一部211的一端与所述第二部212的一端相连。具体的，所述第一部211位于所述多层板1的顶面，所述第二部212位于所述多层板1的外侧。
由于本实施例中所述陶瓷体21呈L字型，相应的，所述馈电结构22的整体也呈L字型，详细的，所述馈电结构22包括相连馈电金属片221和馈电栅格222，所述馈电金属片221对应于所述第一部211设置，所述馈电栅格222对应于所述第二部212设置，更详细的，所述馈电栅格222包括叠放设置的多个微带线2221，相邻的两个微带线2221之间通过多个馈电柱2222相连，由于馈电栅格222设于所述多层板1的内部，因此，所述馈电柱2222既可以是第一导电柱，也可以是第一金属化孔。
本实施例中，所述陶瓷体21为介电常数为19的陶瓷体21，在其他实施例中，还可选用介电常数为其他数值的陶瓷体21；所述馈电栅格222中，相邻的两个所述微带线2221之间的间距为0.1mm，相邻的两个所述馈电柱2222的中心轴之间的距离为0.2mm；所述陶瓷体21中，所述第一部211的宽度为1.95mm、第一部211的厚度为0.4mm、第一部211的长度为1.55mm，第二部212的宽度为0.45mm、第二部212的高度为0.5mm、第二部212的长度为1.55mm。
如图2所示，所述匹配网络3包括主体部31和导通部32，可选的，所述主体部31设于所述多层板1的顶面，所述芯片组件4设于所述多层板1的底面，所述导通部32导通所述芯片组件4和所述主体部31。具体的，所述主体部31与所述馈电金属片221直接接触，或者，所述主体部31与所述馈电金属片221为一体式结构。本实施例中，所述馈电金属片221呈矩形，在其他实施例中，所述馈电金属片221还可以是呈其他形状的，例如圆形、三角形、六边形等。可选的，所述第一部211与所述馈电金属片221紧密贴合，如此可让陶瓷体21接收到更稳定的射频信号。由于导通部32设于所述多层板1的内部，因此，所述导通部32既可以是第二导电柱，也可以是第二金属化孔。
为提升折叠介质谐振器天线模组的性能表现，所述多层板1内还具有围绕所述导通部32设置的屏蔽部5，所述多层板1的底面还设有地层11，所述屏蔽部5连接所述地层11。本实施例中，所述屏蔽部5包括开口环51和多个屏蔽柱52，所述开口环51位于所述多层板1的顶面，所述屏蔽柱52的一端连接所述开口环51，所述屏蔽柱52的另一端连接所述地层11，数量为多个的所述屏蔽柱52围绕所述导通部32设置。所述主体部31的一端经由所述开口环51的开口伸入所述开口环51的内部以连接所述导通部32。由于屏蔽柱52设于所述多层板1的内部，因此，所述屏蔽柱52既可以是第三导电柱，也可以是第三金属化孔。
作为一种优选的实施方式，所述多层板1内设有隔离墙12，所述馈电栅格222位于所述隔离墙12的外侧。简单的，所述隔离墙12由设于所述多层板1内的第三金属化孔和/或第三导电柱组成。
可选的，所述多层板1内设有若干个地板13，所述地板13与所述地层11导通，容易理解的，所述地板13通过所述屏蔽柱52与所述地层11导通。地板13的设置能够减少多层板1下方的干扰信号源对于匹配网络3的干扰，利于进一步改善折叠介质谐振器天线模组的天线性能。本实施例中，所述地板13的数量为多个，所述隔离墙12的两端分别连接不同的所述地板13。
具体的，所述匹配网络3、地板13及芯片组件4均位于所述隔离墙12远离所述馈电结构22的一侧(即均位于所述隔离墙12的内侧)。
更详细的，所述主体部31远离所述导通部32的一端形成有与所述馈电金属片221接触的接触部311，所述接触部311的至少一部分区域位于所述隔离墙12的正上方，也就是说，馈电金属片221及馈电栅格222均位于所述隔离墙12的外侧，如此，可最大程度的发挥隔离墙12的隔离效果，从而进一步提升折叠介质谐振器天线模组的性能表现。可选的，所述第一部211与所述接触部311紧密贴合，如此可让陶瓷体21接收到更稳定的射频信号。容易理解的，所述接触部311与所述馈电金属片221位一体式结构或分体式结构。
本实施例中，所述芯片组件4包括射频芯片41、数字集成电路芯片42和电源芯片43，所述数字集成电路芯片42和电源芯片43分别与所述射频芯片41电性连接，所述射频芯片41连接所述匹配网络3。射频芯片41通过匹配网络3给天线单元2提供射频信号，射频芯片41包含移相器和放大器等元件，其中移相器是为天线单元2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；数字集成电路芯片42给射频芯片41提供命令调控射频信号的相位，使天线可以在真空中扫描；电源芯片43为射频芯片41及数字集成电路芯片42提供电源。
详细的，所述地层11位于所述多层板1及所述射频芯片41之间，且所述地层11对应于所述射频芯片41设置，所述地层11上设有避空槽111以避空所述射频芯片41与数字集成电路芯片42的导通线以及所述射频芯片41和电源芯片43的导通线。
申请人根据本实施例的描述，制作了样品并进行了测试，该样品的S参数图如图4所示，从图4不难看出，该样品基本上能够覆盖3GPP规定的N257(26.5GHz-29.5GHz)频段(增益大于-10dB)，满足使用需求。
综上所述，本发明提供的天线单元及折叠介质谐振器天线模组，性能优越、体积小巧，特别适用于轻薄化5G毫米波通信移动终端设备。
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 (9)

1.一种天线单元，包括陶瓷体和用于为所述陶瓷体馈电的馈电结构，其特征在于：所述陶瓷体包括相连的第一部和第二部，所述第一部与第二部的连接处形成容物区域，所述馈电结构位于所述容物区域内；所述馈电结构包括相连馈电金属片和馈电栅格，所述馈电金属片对应于所述第一部设置，所述馈电栅格对应于所述第二部设置。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：所述陶瓷体呈L字型。
3.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：所述馈电栅格包括叠放设置的多个微带线，相邻的两个微带线之间通过多个馈电柱相连。
4.折叠介质谐振器天线模组，包括多层板和设于所述多层板上的匹配网络，其特征在于：还包括权利要求1-3中任意一项所述的天线单元，所述陶瓷体固定在所述多层板上，所述多层板的一部分位于所述容物区域内，所述馈电结构设于所述多层板上，所述匹配网络与所述馈电结构电性连接。
5.根据权利要求4所述的折叠介质谐振器天线模组，其特征在于：所述第一部位于所述多层板的顶面，所述第二部位于所述多层板的外侧。
6.根据权利要求4所述的折叠介质谐振器天线模组，其特征在于：所述多层板内设有隔离墙，所述馈电栅格位于所述隔离墙的外侧。
7.根据权利要求4所述的折叠介质谐振器天线模组，其特征在于：还包括与所述匹配网络电性连接的芯片组件，所述芯片组件固定在所述多层板上。
8.根据权利要求7所述的折叠介质谐振器天线模组，其特征在于：所述匹配网络包括主体部和导通部，所述主体部设于所述多层板的顶面，所述芯片组件设于所述多层板的底面，所述导通部导通所述芯片组件和所述主体部；所述多层板内还具有围绕所述导通部设置的屏蔽部，所述多层板的底面还设有地层，所述屏蔽部连接所述地层。
9.根据权利要求8所述的折叠介质谐振器天线模组，其特征在于：所述屏蔽部包括开口环和多个屏蔽柱，所述开口环位于所述多层板的顶面，所述屏蔽柱的一端连接所述开口环，所述屏蔽柱的另一端连接所述地层，数量为多个的所述屏蔽柱围绕所述导通部设置。
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