CN112993593B - 一种毫米波相控阵天线及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种毫米波相控阵天线及移动终端，本发明实施例毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片、第一短路金属通孔和第二短路金属通孔；辐射贴片在介质板长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔短路，第二侧通过第二短路金属通孔短路。本发明实施例通过第一短路金属通孔和第二侧通过第二短路金属通孔对辐射贴片短路进行展宽工作频带的处理，实现了适用于移动终端的毫米波相控阵天线的设计。
Description
技术领域
本文涉及但不限于移动通信技术，尤指一种毫米波相控阵天线及移动终端。
背景技术
随着移动通信技术的发展，为了实现更高的数据传输效率和更稳定的数据传输服务，在经历第二代(2G，the second generation)、第三代(3G)和第四代(4G)移动通信系统后，移动通信正朝着第五代(5G)移动通信系统迈进。不同移动通信系统所使用的工作频带有所不同，2G移动通信系统主要使用全球移动通信系统(GSM850：824-894兆赫兹(MHz)，GSM900：880-960MHz)、数字蜂窝系统(DCS：1710-1880MHz)和个人通信系统(PCS：1850-1990MHz)频段，3G移动通信系统主要使用通用移动通信系统(UMTS：1920-2170MHz)频段，而4G移动通信系统使用LTE系统(LTE700：704-787MHz，LTE2300：2300-2400MHz，LTE2500：2500-2690MHz)频段。对于5G移动通信系统，Sub-6GHz频段的N77(3300MHz-4200MHz)、N78(3300MHz-3800MHz)、N79(4400MHz-5000MHz)频段以及毫米波的N257(24.25-27.5GHz)、N258(26.5-29.5GHz)、N260(37-40GHz)频段将会优先进行部署。在未来相当长的时间内上述通信系统将会同时为用户提供服务，移动频段的增加对移动终端天线的设计提出了更高的要求。
毫米波频段频谱资源丰富，因此毫米波频段的移动终端天线可以利用宽带天线技术，通过提高工作带宽来提升系统容量。在毫米波频段电磁波的空间损耗很大，因此移动终端上的毫米波天线一般利用相控阵来提升天线增益，以此弥补由于空间损耗带来的能量损失。毫米波基站部署覆盖区域等原因，毫米波相控阵需要有更宽的波束覆盖区域来确保天线工作性能，相关领域开展了对具有大角度扫描范围的移动终端毫米波天线阵列的研究；目前已经有相关研究得到开展，例如文献[“适用于不同5G应用的改善辐射特性的宽带毫米波微带阵列天线(Broadband mm-Wave Microstrip Array Antenna With ImprovedRadiation Characteristics for Different 5G Applications)”，莫森卡利MohsenKhalily等，《电气与电子工程师协会(IEEE)天线和传播学报(Transactions on Antennasand Propagation)》，第66卷，2018年9月]采用差分馈电的多层微带天线单元形式，实现了毫米波阵列的高增益以及宽带工作特征，工作频段可以覆盖24.35-31.13GHz；但是该天线波束扫描范围仅为108°，扫描范围较小，且双层介质结构极大的增加了天线的制作成本。文献[“5G毫米波移动通信中可重构相控阵天线互耦效应特征研究(Characterizations ofmutual coupling effects on switch-based phased array antennas for 5Gmillimeter-wave mobile communications)”，陈晓明(Xiaoming Chen)等，《IEEE接入学报(Access)》，第7卷，2019年3月]通过分析天线单元之间的耦合对阵列天线的扫描范围和增益的影响，提出了旋转微带天线单元贴片和在地板开槽的方法降低单元互耦，进而提高毫米波阵列波束扫描范围的方法，但是该天线并不具有宽带工作特性。文献[“5G宽带印刷偶极子天线及其阵列(Broadband Printed-dipole antenna and its arrays for 5Gapplications)”，伊卡摩帕克(Ikmo Park)]等，《IEEE天线与无线传播通信(IEEE Antennasand Wireless Propagation Letters)》，第16卷，2017年]通过在偶极子相控阵单元间加载接地枝节，降低单元间的互耦，进而将阵列的扫描范围从±50°提升至±70°；但该方法只能在接地枝节发挥解耦作用的频段增加阵列的波束扫描范围，而在其它频段无作用，因此只能在窄带范围内提高阵列的波束扫描范围，且偶极子阵列单元需要占用边缘净空空间，这与目前移动终端屏占比越来越大，净空空间越来越小的发展趋势相矛盾。在文献[“用于5G移动终端的紧凑型宽带四模平面相控阵(Compact quad-mode planar phased array withwideband for 5G mobile terminals)”，伊戈尔(Igor)徐丽雅(Syrytsin)等，《IEEETransactions on Antennas and Propagation)》，第9卷，2018年9月]中，一种具有宽带宽波束方向图的偶极子单元被提出，由该偶极子单元组成的阵列天线工作频段可以覆盖25-33GHz，且波束扫描范围可以达到±70°。但是该结构同样需要占用边缘净空空间。
综上，相关技术中尚不存在可支持在宽频带范围内、实现大角度扫描范围、且不占用净空空间的适用于移动终端的相控阵天线的设计。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种毫米波相控阵天线及移动终端，能够实现适用于移动终端的毫米波相控阵天线的设计。
本发明实施例提供了一种毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板(1)上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片(2)、第一短路金属通孔(3-1)、第二短路金属通孔(3-2)、一个金属贴片(4)和一个馈电金属通孔(5)；
辐射贴片(2)在介质板(1)长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔(3-1)短路，第二侧通过第二短路金属通孔(3-2)短路；
金属贴片(4)与馈电金属通孔(5)相连，用于对天线单元内的两个辐射贴片(2)进行耦合馈电；
其中，各所述天线单元包含的所述辐射贴片(2)的个数为两个，短路所述辐射贴片(2)的第一侧的所述第一短路金属通孔(3-1)包括三个，短路所述辐射贴片(2)的第二侧的所述第二短路金属通孔(3-2)包括一个，三个所述第一短路金属通孔(3-1)直线排列且平行于所述介质板(1)的宽边。
另一方面，本发明实施例还提供一种移动终端，包括上述的毫米波相控阵天线：
本发明实施例毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片、第一短路金属通孔和第二短路金属通孔；辐射贴片在介质板长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔短路，第二侧通过第二短路金属通孔短路。本发明实施例通过第一短路金属通孔和第二侧通过第二短路金属通孔对辐射贴片短路进行展宽工作频带的处理，实现了适用于移动终端的毫米波相控阵天线的设计。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例毫米波相控阵天线的结构框图；
图2为本发明应用示例毫米波相控阵天线的示意图；
图3为本发明应用示例毫米波相控阵天线的另一示意图；
图4为本发明实施例毫米波相控阵天线的剖面示意图；
图5为本发明应用示例天线单元的示意图；
图6为本发明应用示例天线单元的反射系数的仿真结果图；
图7为本发明应用示例相邻天线单元的互耦仿真图；
图8为本发明应用示例25GHz时不同角度出射的方向图；
图9为本发明应用示例29GHz时不同角度出射的方向图；
图10为本发明应用示例在波束零度出射时天线的仿真增益结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例毫米波相控阵天线的结构框图，如图1所示，包括：设置于介质板1上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片2、第一短路金属通孔3-1和第二短路金属通孔3-2；
辐射贴片2在介质板1长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔3-1短路，第二侧通过第二短路金属通孔3-2短路。
需要说明的是，本发明实施例中介质板长边指延展长度大的一边，宽边指延展长度小的一边；在一种示例性实例中，介质板可以是长方形；在长方形结构中，长边指长度较长的边，宽边至长度较短的边；本发明实施例介质板的长边方向指长度较长的边延展的方向，长边方向的两侧分别为介质板的两个宽边。
本发明实施例毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片、第一短路金属通孔和第二短路金属通孔；辐射贴片在介质板长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔短路，第二侧通过第二短路金属通孔短路。本发明实施例通过第一短路金属通孔和第二侧通过第二短路金属通孔对辐射贴片短路进行展宽工作频带的处理，实现了适用于移动终端的毫米波相控阵天线的设计。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的每一个天线单元包含的辐射贴片2的个数为两个，短路辐射贴片2的第一侧的第一短路金属通孔3-1包括三个，短路辐射贴片2的第二侧的第二短路金属通孔3-2包括一个，三个第一短路金属通孔3-1直线排列且平行于介质板1的宽边。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一短路金属通孔3-1的直径为0.4毫米；
三个第一短路金属通孔3-1中、居中的第一短路金属通孔3-1的中心与被其短路的辐射贴片2的两个长边距离为1毫米，与被其短路的辐射贴片2的两个宽边距离分别为4.45毫米和0.3毫米，相邻两个第一短路金属通孔3-1的中心距离为0.65毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二短路金属通孔3-2直径为0.5毫米，第二短路金属通孔3-2的中心与被其短路的辐射贴片2的两个长边距离为1毫米，与被其短路的辐射贴片2的两个宽边距离分别为0.82毫米和3.93毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的预设数值个天线单元的辐射贴片2按照相同的分布排列，以辐射贴片2第一侧到第二侧的方向作为排列方向，排列在最后(末端)的天线单元的辐射贴片2的第二侧的外侧还包括：
每一组包含三个直线排列且平行于介质板1宽边的第一短路金属通孔3-1的、两组用于对排列在最后的天线单元进行阻抗匹配的第一短路金属通孔3-1。
在一种示例性实例中，本发明实施例中每一组进行阻抗匹配的第一短路金属通孔3-1中：居中的第一短路金属通孔3-1的中心和与排列在最后的天线单元的辐射贴片2的宽边的距离为0.55毫米，相邻的两个第一短路金属通孔3-1的中心距离为0.65毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的天线单元包含的两个辐射贴片2在介质板1宽边方向上呈镜像对称分布。
在一种示例性实例中，毫米波相控阵天线中一般参照相关设计配置8个天线单元，相应的辐射贴片2的组数为8个。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的辐射贴片2的尺寸及形状均相同。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的辐射贴片2为长方形，尺寸为4.75毫米×2毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的相邻的天线单元的中心距离为5毫米。换句话说，相邻的两个天线单元中，位于介质板同一侧的两个辐射贴片2的中心距离为5毫米。
在一种示例性实例中，介质板1的长、宽和厚度的尺寸为120毫米×6毫米×0.8毫米。上述排列方向上的第一组辐射贴片2被三个第一金属通孔3-1短路的一侧边缘在介质板1长边方向上距离介质板1的两个宽边距离分别为40.1毫米和79.9毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的天线单元还包括：
用于对天线单元内的两个辐射贴片2进行耦合馈电的一个金属贴片4和一个馈电金属通孔5，金属贴片4与馈电金属通孔5相连。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的金属贴片4的尺寸及形状均相同。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的金属贴片4为长方形，尺寸为1.9毫米×1毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的相邻的天线单元的金属贴片4的中心距离为5毫米；天线单元包含的金属贴片4的中心与辐射贴片2的两个边缘距离分别为2.55毫米和2.2毫米。基于上述尺寸可以得出：与辐射贴片2的第一短路金属通孔3-1短路的一侧边缘的距离为2.55毫米，与第二短路金属通孔3-2短路的一侧边缘的距离为2.2毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例所有天线单元的金属贴片4的中心位于介质板1宽边方向上的中心位置，与介质板1两侧边缘距离相同。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的馈电金属通孔5的直径为0.5毫米，天线单元的馈电金属通孔5的中心和金属贴片4的中心距离为0.35毫米。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的毫米波相控阵天线还包括，设置在介质板1上的金属地板6。
在一种示例性实例中，天线单元的辐射贴片2和金属贴片4设置在介质板1的一面，金属地板6设置在介质板1的另一面。
在一种示例性实例中，本发明实施例金属地板6为41.2毫米×6毫米的矩形。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的在金属地板6上，每个馈电金属通孔5下还包括：
以各馈电金属通孔5为圆心，直径为1毫米的非金属圆盘8，用于隔离馈电金属通孔5和金属地板6。
金属地板6长、宽尺寸分别为41.2毫米×6毫米。其长边与介质板5的长边重合，第一个辐射贴片2第一侧的宽边与介质板1的两个宽边距离分别为40毫米和80毫米，排列在末端的辐射贴片2第一侧的宽边与介质板1的两个宽边距离分别为81.2毫米和38.8毫米。
本发明实施例还提供一种移动终端，移动终端中包括上述的毫米波相控阵天线。
以下通过应用示例对本发明实施例进行示例说明，应用示例仅用于陈述本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
应用示例
本应用示例毫米波相控阵天线可以适用于第五代移动通信系统的移动终端，位于移动终端边框，包含8个天线单元，具有宽频带、波束扫描范围大的特性，覆盖5G N257(24.25-27.5吉赫兹(GHz))和N258(26.5-29.5GHz)工作频段。本发明应用示例图2～图5中标示尺寸的单位为毫米。
本应用示例毫米波相控阵天线介质板1上设置8个天线单元，各天线单元包括：两个辐射贴片2、三个直线排列且平行于介质板1宽边的第一短路金属通孔3-1和一个第二短路金属通孔3-2、两个金属贴片4、一个馈电金属通孔5及金属地板6；其中，
介质板1的长、宽、厚度的分别为120毫米×6毫米×0.8毫米，介质板1的正面印有8个天线单元的辐射贴片2和用于对辐射贴片2进行耦合馈电的金属贴片4，背面包含长×宽为41.2毫米×6毫米的矩形的金属地板6；
一个天线单元包含两个一组的辐射贴片2，图2为本发明应用示例毫米波相控阵天线的示意图，如图2所示，辐射贴片2-1a和辐射贴片2-2a组成一个天线单元的一组辐射贴片，同样，辐射贴片2-1b和辐射贴片2-2b组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1c和辐射贴片2-2c组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1d和辐射贴片2-2d组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1e和辐射贴片2-2e组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1f和辐射贴片2-2f组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1g和辐射贴片2-2g组成一个天线单元的一组辐射贴片，辐射贴片2-1h和辐射贴片2-2h组成一个天线单元的一组辐射贴片；本应用示例中的辐射贴片尺寸和形状相同。辐射贴片的长、宽分别为4.75毫米×2毫米。
辐射贴片2在介质板1宽边方向上呈镜像对称分布，在介质板1宽边方向的外侧边缘距离介质板1长边0.35毫米。每个辐射贴片2在介质板1长边方向上的其中一侧被三个平行于介质板1宽边的第一短路金属通孔3-1短路，另一侧被一个第二短路金属通孔3-2短路；其中，辐射贴片2-1a和辐射贴片2-2a中，被三个第一短路金属通孔3-1短路的一侧边缘在介质板1长边方向上距离介质板1的两个宽边距离分别为40.1毫米和79.9毫米。8组辐射贴片沿介质板1长边方向依次排列，相邻天线单元的辐射贴片2的中心距离为5毫米。
本应用示例用于耦合馈电的金属贴片4有8个，分别为金属贴片4-a、金属贴片4-b、金属贴片4-c、金属贴片4-d、金属贴片4-e、金属贴片4-f、金属贴片4-g、金属贴片4-h，8个金属贴片4的长、宽均为1.9毫米×1毫米。天线单元的金属贴片4用于对天线单元的辐射贴片2进行耦合馈电。所有金属贴片4的中心位于介质板1宽边方向上的中心位置，与介质板1两侧边缘距离相同。每个金属贴片4的中心与其对应的辐射贴片2的两个边缘距离分别为2.55毫米和2.2毫米，与三个第一短路金属通孔3-1短路的一侧边缘的距离为2.55毫米，与第二短路金属通孔3-2短路的一侧边缘的距离为2.2毫米。8个金属贴片4沿介质板1长边方向依次排列，相邻金属贴片4的中心距离为5毫米。
本应用示例，第一短路金属通孔3-1的直径为0.4毫米，三个第一短路金属通孔3-1中、居中的第一短路金属通孔3-1的中心与被其短路的辐射贴片2的两个长边距离为1毫米，与被其短路的辐射贴片2的两个宽边距离分别为4.45毫米和0.3毫米，相邻两个第一短路金属通孔3-1的中心距离为0.65毫米。第二短路金属通孔3-2直径为0.5毫米，第二短路金属通孔3-2的中心与被其短路的辐射贴片2的两个长边距离为1毫米，与被其短路的辐射贴片2的两个宽边距离分别为0.82毫米和3.93毫米。
本应用示例8个天线单元的辐射贴片2按照相同的分布排列，以辐射贴片2第一侧到第二侧的方向作为排列方向，排列在末端的辐射贴片2的外侧还包括：两组用于对8个天线单元进行阻抗匹配的三个直线排列且平行于介质板1宽边的第一短路金属通孔3-1。用于最后一个天线单元进行阻抗匹配的三个直线排列且平行于介质板1宽边的第一短路金属通孔3-1中：居中的第一短路金属通孔3-1的中心和与其相邻的辐射贴片2的宽边的距离为0.55毫米，相邻第一短路金属通孔3-1的中心距离为0.65毫米。
图3为本发明应用示例毫米波相控阵天线的另一示意图，如图3所示，金属地板6位于介质板1背面，长和宽分别为41.2毫米×6毫米；其长边与介质板1的长边重合，辐射贴片2-1a和辐射贴片2-2a的一侧的宽边与介质板1的两个宽边距离分别为40毫米和80毫米，辐射贴片2-1h和辐射贴片2-2h一侧的宽边与介质板1的两个宽边距离分别为81.2毫米和38.8毫米。本应用示例各天线单元设置一个馈电金属通孔5，8个馈电金属通孔5分别为：馈电金属通孔5-a、馈电金属通孔5-b、馈电金属通孔5-c、馈电金属通孔5-d、馈电金属通孔5-e、馈电金属通孔5-f、馈电金属通孔5-g和馈电金属通孔5-h，每个馈电金属通孔5的直径相同，均为0.5毫米。各天线单元的馈电金属通孔5与天线单元的金属贴片4相接。所有馈电金属通孔5的中心同样位于介质板1宽边方向上的中心位置，与介质板1两侧边缘距离相同。每个馈电金属通孔5的中心和其对应的金属贴片4的中心距离为0.35毫米。在金属地板6上，在每个馈电金属通孔5的下面，有8个以馈电金属通孔5的中心为圆心，直径1毫米的非金属圆盘，用于隔离馈电金属通孔5和金属地板6。
图4为本发明实施例毫米波相控阵天线的剖面示意图，如图4所示，毫米波相控阵天线厚度为0.8毫米，宽度为6毫米，金属地板设置在介质板的一面。
本应用示例毫米波相控阵天线，可以设置在移动终端边框，不占用净空空间。其在剖面仅为0.8毫米条件下，具有较宽的工作频带，可以覆盖5G通信N257和N258频段，且该相控阵天线的波束扫描角度可达±70°，具有大角度范围的波束扫描能力，可以适用5G频段的移动终端。
在一种示例性实例中，本发明应用示例介质板1可以选用罗杰斯(Rogers)5880板材，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。介质板1的背面为金属地板6。两个辐射贴片2、耦合馈电的金属贴片4和馈电金属通孔5，以及天线单元中的第一短路金属通孔3-1和第二短路金属通孔3-2组成相控阵天线的一个天线单元，图5为本发明应用示例天线单元的示意图，如图5所示，一组辐射贴片2由两个镜像对称的长方型金属贴片组成，分别被第一短路金属通孔3-1和第二短路金属通孔3-2短路。两个金属贴片中间为耦合馈电的金属贴片4，与馈电金属通孔5相接。
本发明应用示例通过激励相控阵天线单元的短路辐射贴片，天线单元可以产生两个谐振模式，保证了天线在低剖面条件下的宽带辐射特性，可以覆盖5G N257和N258频段。此外该相控阵天线具有天线单元距离小、天线单元方向图波束宽、以及天线单元间互耦低的特性，可以实现波束的大角度范围扫描。
为了说明本发明应用示例是一种在低剖面条件下达到宽带覆盖的以及大角度波束扫描范围的相控阵天线结构，本应用示例进行了仿真，对以图2～图5所示尺寸制作的天线，图6为本发明应用示例天线单元的反射系数的仿真结果图，图7为本发明应用示例相邻天线单元的互耦仿真图，由图6和图7可知，本应用示例天线单元的-10分贝(dB)(每一条曲线表示一个天线单元的发射系数)阻抗带宽为24.18-31.75GHz，可以覆盖5G N257和N258频段(24.25-29.5GHz)，在该频段内天线单元之间互耦(每一条曲线表示相邻的天线单元之间的互耦)小于-11dB，具有较低的互耦。
图8为本发明应用示例25GHz时不同角度出射的方向图，如图8所示，曲线8-1表示阵列波束-70°角度出射时天线的方向图，曲线8-2表示阵列波束-40°角度出射时天线的方向图，曲线8-3表示阵列波束-20°角度出射时天线的方向图，曲线8-4表示阵列波束0°角度出射时天线的方向图，曲线8-5表示阵列波束20°角度出射时天线的方向图，曲线8-6表示阵列波束40°角度出射时天线的方向图，曲线8-7表示阵列波束70°角度出射时天线的方向图，根据上述曲线可以看出，在工作频率为25GHz时，方向图扫描范围为-70°到70°，0°辐射增益为11.3dBi，扫描到70°时增益下降1dB。图9为本发明应用示例29GHz时不同角度出射的方向图，如图9所示，曲线9-1表示阵列波束-70°角度出射时天线的方向图，曲线9-2表示阵列波束-40°角度出射时天线的方向图，曲线9-3表示阵列波束-20°角度出射时天线的方向图，曲线9-4表示阵列波束0°角度出射时天线的方向图，曲线9-5表示阵列波束20°角度出射时天线的方向图，曲线9-6表示阵列波束40°角度出射时天线的方向图，曲线9-7表示阵列波束70°角度出射时天线的方向图，根据上述曲线可以看出，在工作频率为29GHz时，方向图扫描范围为-70°到70°，0°辐射增益为13.3dBi，扫描到70°时增益下降2.7dB；可以看出该相控阵天线具有较大的波束扫描范围。
图10为本发明应用示例在波束零度出射时天线的仿真增益结果图，如图10所示，以图2～图5所示尺寸制作的天线在波束0°角度出射时，天线在24.25-29.5GHz频段内增益为10.4-13.96dBi。
“本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。”
Claims (16)
1.一种毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板（1）上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片（2）、第一短路金属通孔（3-1）、第二短路金属通孔（3-2）、一个金属贴片（4）和一个馈电金属通孔（5）；
辐射贴片（2）在介质板（1）长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔（3-1）短路，第二侧通过第二短路金属通孔（3-2）短路；
金属贴片（4）与馈电金属通孔（5）相连，用于对天线单元内的两个辐射贴片（2）进行耦合馈电；
其中，各所述天线单元包含的所述辐射贴片（2）的个数为两个，短路所述辐射贴片（2）的第一侧的所述第一短路金属通孔（3-1）包括三个，短路所述辐射贴片（2）的第二侧的所述第二短路金属通孔（3-2）包括一个，三个所述第一短路金属通孔（3-1）直线排列且平行于所述介质板（1）的宽边。
2.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述第一短路金属通孔（3-1）的直径为0.4毫米；
三个所述第一短路金属通孔（3-1）中、居中的所述第一短路金属通孔（3-1）的中心与被其短路的所述辐射贴片（2）的两个长边距离为1毫米，与被其短路的所述辐射贴片（2）的两个宽边距离分别为4.45毫米和0.3毫米，相邻两个所述第一短路金属通孔（3-1）的中心距离为0.65毫米。
3.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述第二短路金属通孔（3-2）直径为0.5毫米，所述第二短路金属通孔（3-2）的中心与被其短路的所述辐射贴片（2）的两个长边距离为1毫米，与被其短路的所述辐射贴片（2）的两个宽边距离分别为0.82毫米和3.93毫米。
4.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述预设数值个天线单元的辐射贴片（2）按照相同的分布排列，以所述辐射贴片（2）第一侧到第二侧的方向作为排列方向，排列在最后的天线单元的所述辐射贴片（2）的第二侧的外侧还包括：
每一组包含三个直线排列且平行于介质板（1）宽边的第一短路金属通孔（3-1）的、两组用于对排列在最后的天线单元进行阻抗匹配的第一短路金属通孔（3-1）。
5.根据权利要求4所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，每一组所述进行阻抗匹配的第一短路金属通孔（3-1）中：居中的所述第一短路金属通孔（3-1）的中心和与排列在最后的天线单元的所述辐射贴片（2）的宽边的距离为0.55毫米，相邻的两个所述第一短路金属通孔（3-1）的中心距离为0.65毫米。
6.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述天线单元包含的两个所述辐射贴片（2）在介质板（1）宽边方向上呈镜像对称分布。
7.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述辐射贴片（2）的尺寸及形状均相同。
8.根据权利要求7所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述辐射贴片（2）为长方形，尺寸为4.75毫米×2毫米。
9.根据权利要求7所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，相邻的所述天线单元中心距离为5毫米。
10.根据权利要求1~9任一项所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述金属贴片（4）的尺寸及形状均相同。
11.根据权利要求10所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述金属贴片（4）为长方形，尺寸为1.9毫米×1毫米。
12.根据权利要求11所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，相邻的所述天线单元的所述金属贴片（4）的中心距离为5毫米；所述天线单元包含的所述金属贴片（4）的中心与所述辐射贴片（2）的两个边缘距离分别为2.55毫米和2.2毫米。
13.根据权利要求12所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述馈电金属通孔（5）的直径为0.5毫米，所述天线单元的所述馈电金属通孔（5）的中心和所述金属贴片（4）的中心距离为0.35毫米。
14.根据权利要求1~9任一项所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述毫米波相控阵天线还包括，设置在所述介质板（1）上的金属地板（6）。
15.根据权利要求14所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，在所述金属地板（6）上，每个所述馈电金属通孔（5）下还包括：
以各所述馈电金属通孔（5）为圆心，直径为1毫米的非金属圆盘（8），用于隔离所述馈电金属通孔（5）和所述金属地板（6）。
16.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端中包括如权利要求1~15任一项所述的毫米波相控阵天线。
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114927863B (zh) * | 2022-05-07 | 2023-04-28 | 西安电子科技大学 | 一种具有高隔离度的多端口微带贴片天线单元及相控阵 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102354809A (zh) * | 2011-08-09 | 2012-02-15 | 华南理工大学 | 可工作于北斗卫星导航系统和移动3g的双频双极化天线 |
| JP2013247403A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Hitachi Cable Ltd | アンテナ装置 |
| CN205723949U (zh) * | 2016-05-05 | 2016-11-23 | 桂林电子科技大学 | 一种k波段微带贴片天线阵 |
| CN108879085A (zh) * | 2017-05-12 | 2018-11-23 | 南京理工大学 | 一种低交叉极化微带贴片天线 |
| CN109244656A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-18 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 5g毫米波滤波宽带天线 |
| CN109888485A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-14 | 山西大学 | 一种紧凑型低剖面多波束微带天线 |
| CN109921184A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-21 | 东南大学 | 基于低剖面微带馈电结构的基片集成电偶极子天线及阵列 |
| CN110828973A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-21 | 清华大学 | 一种与边框分立且低剖面的宽带5g移动终端天线 |
| CN111180886A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-05-19 | 南京锐码毫米波太赫兹技术研究院有限公司 | 小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列 |
| CN111755812A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | 电连技术股份有限公司 | 天线模组及终端 |
| CN112310663A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-02 | 西安电子科技大学 | 一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3029693B1 (fr) * | 2014-12-05 | 2016-12-02 | Thales Sa | Antenne reseau multicouche du type auto complementaire |
| US10854994B2 (en) * | 2017-09-21 | 2020-12-01 | Peraso Technolgies Inc. | Broadband phased array antenna system with hybrid radiating elements |
| CN211530177U (zh) * | 2020-04-01 | 2020-09-18 | 太原师范学院 | 一种加载短路过孔的宽频带贴片天线 |
-
2021
- 2021-02-10 CN CN202110184617.3A patent/CN112993593B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102354809A (zh) * | 2011-08-09 | 2012-02-15 | 华南理工大学 | 可工作于北斗卫星导航系统和移动3g的双频双极化天线 |
| JP2013247403A (ja) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Hitachi Cable Ltd | アンテナ装置 |
| CN205723949U (zh) * | 2016-05-05 | 2016-11-23 | 桂林电子科技大学 | 一种k波段微带贴片天线阵 |
| CN108879085A (zh) * | 2017-05-12 | 2018-11-23 | 南京理工大学 | 一种低交叉极化微带贴片天线 |
| CN109244656A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-18 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 5g毫米波滤波宽带天线 |
| CN109921184A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-21 | 东南大学 | 基于低剖面微带馈电结构的基片集成电偶极子天线及阵列 |
| CN109888485A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-14 | 山西大学 | 一种紧凑型低剖面多波束微带天线 |
| CN111755812A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | 电连技术股份有限公司 | 天线模组及终端 |
| CN110828973A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-21 | 清华大学 | 一种与边框分立且低剖面的宽带5g移动终端天线 |
| CN111180886A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-05-19 | 南京锐码毫米波太赫兹技术研究院有限公司 | 小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列 |
| CN112310663A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-02-02 | 西安电子科技大学 | 一种基于多模谐振的宽带低剖面双频多波束贴片天线 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A Broadband Microstrip Antenna with Stable Gain;Bo Cheng et al;《2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting》;20200710;全文 * |
| 不同形状单贴片单层微带贴片天线的扩展带宽技术;阿朴杜拉 A.S.;《北京邮电大学学报》;20040430;第27卷(第2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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