CN113097707A - 一种介质谐振器天线模组及通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质谐振器天线模组及通信终端，包括介质谐振器、塑料夹具和PCB板；所述塑料夹具夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述塑料夹具；所述塑料夹具固定在所述PCB板的一侧；所述PCB板的所述一侧与所述介质谐振器的一侧完全贴合；本发明所述天线模组通过引入夹具，并采用夹具将介质谐振器固定在PCB板上，使得介质谐振器和PCB板完全贴合，区别于现有的介质谐振器与PCB板的集成方式，避免了在介质谐振器和PCB板之间引入胶水或者焊接锡料等不可控的因素造成间隙，从而在毫米波频段下，可以防止阻抗失配，能够提升天线可靠性，同时所述夹具为塑料材质，还能拓展天线带宽。

Description

一种介质谐振器天线模组及通信终端

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种介质谐振器天线模组及通信终端。

背景技术

5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术及制定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。所述3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动宽带场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps，而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天线的空间很小，可选位置不多，而毫米波的波长短，相应所需要的天线长度也短，可以减少手机内部的天线占用空间，因而要设计毫米波天线。

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频段N257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)n260(37-40GHz)和n261(27.5-28.35GHz)，因而要设计毫米波宽带天线。

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，由于带宽要求覆盖N257、N258和N260，因而PCB需要设计多层，从而厚度会增加，同时多层PCB天线在毫米波频段对孔、线宽和线距的精度要求高，所以也增大了加工难度。由陶瓷体构成的介质谐振器天线具备高频化、小型化、加工精度高和低成本等优良性能，在毫米波频段相较于基于PCB的常规毫米波宽带天线有极大的优势。

现有技术中的介质谐振器天线模组，其中介质谐振器与PCB集成通常有2种方式分别为胶粘(如图1所示)和SMT焊接(如图2所示)，其中第一种胶粘方式由于胶水厚度如果存在零点几毫米变化，会造成天线性能急剧衰减，第二种SMT焊接方式通过先在介质表面镀金属，然后再与PCB上的焊盘相连，但焊接锡料不可控，这会引起馈电阻抗发生剧烈变化，从而使天线性能不稳定，在毫米波频段下，可能会引起天线性能恶化，这影响了5G天线的可靠性，所以需要提出一种新的介质谐振器天线模组，以适应5G发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种介质谐振器天线模组及通信终端，能够提升天线可靠性和拓展天线带宽。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种介质谐振器天线模组，包括介质谐振器、塑料夹具和PCB板；

所述塑料夹具夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述塑料夹具；

所述塑料夹具固定在所述PCB板的一侧；

所述PCB板的所述一侧与所述介质谐振器的一侧完全贴合。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案：一种通信终端，包括上述介质谐振器模组天线。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种介质谐振器天线模组及通信终端，引入夹具，并通过夹具将介质谐振器固定在PCB板上，使得介质谐振器和PCB板完全贴合，区别于现有的介质谐振器与PCB板的集成方式，避免了在介质谐振器和PCB板之间引入胶水或者焊接锡料等不可控的因素造成间隙，从而在毫米波频段下，可以防止阻抗失配，能够提升天线可靠性，同时所述夹具为塑料材质，还能拓展天线带宽。

附图说明

图1为现有技术中使用胶粘方式集成介质谐振器与PCB板的示意图；

图2为现有技术中使用焊接方式集成介质谐振器与PCB板的示意图；

图3为本发明实施例所述一种介质谐振器天线模组的结构示意图；

图4为本发明实施例所述塑料夹具与PCB板螺栓连接的结构示意图；

图5为本发明实施例所述一种夹持部的结构示意图；

图6和图7为本发明实施例相邻所述卡瓣之间连接的一种结构示意图；

图8为本发明实施例相邻所述卡瓣之间连接的另一种结构示意图；

图9为采用现有技术所述集成方式的介质谐振器天线模组的3D方向图；

图10为本发明实施例所述一种介质谐振器天线模组的3D方向图；

图11为采用现有技术所述集成方式的介质谐振器天线模组的S参数曲线；

图12为本发明实施例所述一种介质谐振器天线模组的S参数曲线；

图13为本发明实施例所述介质谐振器的一种示意图。

标号说明：

1、塑料夹具；2、塑料螺栓；3、塑料螺母；4、介质谐振器；5、PCB板；6、卡瓣；7、凹槽；8、凸起部；9、容纳腔；10、塑料螺柱；11、第一通孔；12、介质单元。

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3-图13，本发明实施例提供了一种介质谐振器天线模组，包括介质谐振器、塑料夹具和PCB板；

所述塑料夹具夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述塑料夹具；

所述塑料夹具固定在所述PCB板的一侧；

所述PCB板的所述一侧与所述介质谐振器的一侧完全贴合。

从上述描述可知，通过引入夹具，并采用夹具将介质谐振器固定在PCB板上，使得介质谐振器和PCB板完全贴合，区别于现有的介质谐振器与PCB板的集成方式，避免了在介质谐振器和PCB板之间引入胶水或者焊接锡料等不可控的因素造成间隙，从而在毫米波频段下，可以防止阻抗失配，能够提升天线可靠性，同时所述夹具为塑料材质，还能拓展天线带宽。

进一步地，所述塑料夹具包括多个依次连接的卡瓣；

所述卡瓣朝向与其相邻的卡瓣的一侧包括凹槽；

相邻所述卡瓣的所述凹槽配合形成所述夹持部；

所述夹持部夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述夹持部。

由上述描述可知，通过设置塑料夹具包括多个依次连接的卡瓣，并利用相邻卡瓣的凹槽配合形成夹持部，可以方便的组装所述塑料夹具和所述夹持部，并且介质谐振器贯穿所述夹持部，可以使得介质谐振器的一侧可以与PCB的一侧贴合，相对的另一侧可以与外界空间接触，不影响介质谐振器天线的辐射功能。

进一步地，相邻所述卡瓣之间可插拔连接。

由上述描述可知，通过设置相邻卡瓣之间可插拔连接，可以方便的组装所述塑料夹具，相比焊接和粘接等方式更加灵活，并且同一个卡瓣可多次应用于不同的塑料夹具中与适配的卡瓣插拔连接，便于回收利用。

进一步地，所述卡瓣上所述凹槽的两侧具有凸起部或容纳腔，相邻所述卡瓣通过适配的所述凸起部和所述容纳腔卡合对接以形成所述夹持部。

由上述描述可知，通过在卡瓣上的凹槽两侧设置凸起部或容纳腔，且相邻卡瓣通过适配的凸起部和容纳腔卡合对接以形成夹持部，只需设计凹槽和介质谐振器形状适配，可以实现塑料夹具方便地对任意介质谐振器进行夹持，从而可以集成任意介质谐振器与PCB板，并易于对天线模组进行安装拆卸以及维修回收，使用更加灵活。

进一步地，所述卡瓣上所述凹槽的两侧具有第一通孔，相邻所述卡瓣上所述第一通孔的位置和大小一一对应，相邻所述卡瓣通过一一对应的所述第一通孔螺柱连接以形成所述夹持部。

由上述描述可知，通过在所述卡瓣上凹槽的两侧设置第一通孔，所述卡瓣通过所述第一通孔螺柱连接，可以将所述卡瓣依次连接固定形成夹持部，联接可靠，结构简单，装拆方便，成本较低。

进一步地，所述塑料夹具包括贯穿孔；

所述PCB板包括第二通孔；

所述第二通孔的位置与所述贯穿孔的形状匹配且位置对应。

进一步地，还包括塑料螺栓和塑料螺母；

所述塑料螺栓依次贯穿所述贯穿孔和所述第二通孔，并配合所述塑料螺母将所述塑料夹具固定在所述PCB板的所述一侧。

由上述描述可知，通过在塑料夹具和PCB板对应的位置开设贯穿孔和第二通孔，并且第二通孔和贯穿孔的形状适配且位置对应，能够使得塑料夹具通过螺栓连接的方式固定在PCB板上，结构简单，装拆方便，并且可以保证塑料夹具所夹持的介质谐振器的一侧与PCB板的所述一侧完全贴合，同时采用的螺栓和螺母均为塑料材质，塑料螺栓和塑料螺母具有绝缘和无磁特性，不会对天线性能带来干扰。

进一步地，所述塑料夹具的介电常数与所述PCB基板的介电常数的差值在±0.5范围内。

由上述描述可知，通过设置塑料夹具和PCB基板的介电常数相近，可以实现塑料夹具在不影响天线方向图的同时，还能拓展天线带宽。

进一步地，所述介质谐振器包括预设数量个按预设顺序排列的介质单元；

所述塑料夹具包括与所述介质单元一一对应的所述夹持部；

所述夹持部一一对应夹持所述介质单元，并且所述介质单元一一对应贯穿所述夹持部。

由上述描述可知，由于毫米波在空气中的路径损耗较大，可以将多个介质单元组成阵列天线，来补偿路径损耗，提高天线增益，同时，先将多个介质单元装载在塑料夹具上，再将塑料夹具与PCB固定形成一体，相当于多个介质单元与PCB板仅需要一次对位安装，从而避免了多个介质单元装配带来的多次对位误差。

本发明另一实施例提供了一种通信终端，包括上述介质谐振器天线模组。

本发明上述一种介质谐振器天线模组及通信终端可以应用于任何类型的通信设备，比如智能手机等产品，尤其适用于5G场景下，以下通过具体实施方式进行说明：

实施例一

如图3所示，一种介质谐振器天线模组，包括介质谐振器4、塑料夹具1和PCB板5；

其中，所述塑料夹具1的介电常数与所述PCB板5的介电常数的差值在±0.5范围内，所述塑料夹具1可以由介电常数为2.5的ABS塑料制作；

所述塑料夹具1夹持所述介质谐振器4，并且所述介质谐振器4贯穿所述塑料夹具1；

所述塑料夹具1固定在所述PCB板5的一侧；

所述PCB板5的所述一侧与所述介质谐振器4的一侧完全贴合；

在一种可选的实施方式中，如图4所示，所述塑料夹具1的两端具有贯穿孔，所述PCB板5的两端具有第二通孔，所述第二通孔与所述贯穿孔的形状匹配且位置对应，还包括塑料螺栓2和塑料螺母3，在同一端所述塑料螺栓2依次贯穿所述贯穿孔和所述第二通孔，并配合所述塑料螺母3将所述塑料夹具1固定在所述PCB板5的所述一侧；

其中，所述塑料螺栓2的规格与所述第二通孔及所述贯穿孔适配，通过设置塑料螺栓2的规格与第二通孔及贯穿孔适配，可以使得塑料螺栓2的螺丝与第二通孔及贯穿孔之间不存在间隙，连接更可靠，保证塑料夹具1能够紧密的固定在PCB板5上，不发生移位，从而保证介质谐振器4与PCB板5的对位精度；

本实施例所述天线模组通过引入塑料夹具1、塑料螺栓2和塑料螺母3实现了介质谐振器4与PCB板5的集成，而现有技术中介质谐振器与PCB板的集成方式通常有两种，第一种胶粘方式如图1所示，第二种SMT焊接方式如图2所示，使用现有集成方式的介质谐振器天线模组对应的3D方向图和S参数分别如图9和图11所示，本实施例所述介质谐振器天线模组对应的3D方向图和S参数分别如图10和图12所示，对比图9和图10可得，本实施例所述天线模组和使用现有集成方式的介质谐振器天线模组相比，波束正常不畸形，具备波束扫描能力，且增益基本一致，说明本实例中引入的塑料夹具1、塑料螺栓2和塑料螺母3不影响天线的3D方向图，从而保证了天线辐射性能，对比图11和图12可得，使用现有集成方式的介质谐振器天线模组的S参数图显示只覆盖了N261(27.5-28.35GHz)频段，而本实施例所述介质谐振器天线模组的S参数图显示覆盖了N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)和N261(27.5-28.35GHz)频段，可得本实施例所述天线模组相对采用现有集成方式的介质谐振器天线模组拓展了天线带宽。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，进一步限定了所述塑料夹具1用于夹持所述介质谐振器4的结构；

如图5所示，所述塑料夹具1包括多个依次连接的卡瓣6；

所述卡瓣6朝向与其相邻的卡瓣的一侧包括凹槽7；

相邻所述卡瓣6的所述凹槽7配合形成所述夹持部；

所述夹持部夹持所述介质谐振器4，并且所述介质谐振器4贯穿所述夹持部；

优选地，所述夹持部的形状和所述介质谐振器的形状适配，通过设置夹持部和介质谐振器的形状适配，可以使得塑料夹具可以对介质谐振器产生较好的夹持力度，既不会对介质谐振器造成压力损坏又能在模组移动时保持介质谐振器位置不会偏移，并且只要夹持部和介质谐振器的形状匹配，可以满足任意介质谐振器与PCB板的集成，适用范围广；

在一种可选的实施方式中，如图6和图7所示，相邻所述卡瓣6之间可插拔连接，具体地，所述卡瓣6上所述凹槽7的两侧具有凸起部8或容纳腔9，相邻所述卡瓣6通过适配的所述凸起部8和所述容纳腔9卡合对接以形成所述夹持部；

在另外一种可选的实施方式中，如图8所示，相邻所述卡瓣6之间通过塑料螺柱10进行连接，具体地，所述卡瓣6上所述凹槽7的两侧具有第一通孔11，相邻所述卡瓣6上所述第一通孔11的位置和大小一一对应，在两侧分别采用塑料螺柱10依次贯穿所有卡瓣6的所述第一通孔11，并在塑料螺柱10的两端旋上塑料螺母，将相邻所述卡瓣6连接固定以形成夹持部。

实施例三

一种应用于5G的通信终端，包括实施例一或实施例二所述介质谐振器天线模组，5G通信通常采用毫米波，但毫米波在空气中的路径损耗较大，所以在通信终端中的介质谐振器可以采用阵列天线的形式，来补偿路径损耗，提高天线增益，本实施例对所述介质谐振器4进行了进一步限定；

所述介质谐振器4包括预设数量个按预设顺序排列的介质单元12；

具体地，如图13所示，所述介质谐振器4包括4个线性排列的介质单元12，介质单元12的形状为矩形，介电常数为21，介质损耗为0.0001；

所述塑料夹具1包括与所述介质单元12一一对应的所述夹持部；

所述夹持部一一对应夹持所述介质单元12，并且所述介质单元12一一对应贯穿所述夹持部；

其中，PCB板5的所述一侧包括与所述介质单元12一一对应的馈电单元，所述一一对应的介质单元12和馈电单元相互耦合，还包括匹配网络和芯片部分，芯片部分包括射频芯片、数字集成电路芯片和电源芯片，射频芯片中包括移相器和放大器元件，移相器为单元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，数字集成电路芯片为射频芯片控制，电源芯片为射频芯片提供电源，射频芯片为馈电单元提供信号；

在将所述介质谐振器4与PCB板5集成时，先将多个介质单元12装载在塑料夹具1上，再将塑料夹具1与PCB板5连接固定为一体，相当于多个介质单元与PCB板仅需要一次对位安装，防止多个介质单元装配带来多次对位误差，从而避免因引入多次对位误差造成毫米波频段下多个天线单元阻抗失配，保证了天线模组的可靠性。

综上所述，本发明提供的一种介质谐振器天线模组及通信终端，通过引入塑料夹具，塑料夹具通过夹持部对介质谐振器进行夹持，所述夹持部和介质谐振器形状适配，可以实现塑料夹具方便地对任意介质谐振器进行夹持，适用范围广，塑料夹具固定在PCB板上的一侧，使得介质谐振器和PCB板完全贴合，区别于现有的介质谐振器与PCB板的集成方式，避免了在介质谐振器和PCB板之间引入胶水或者焊接锡料等不可控的因素造成间隙而引起阻抗失配，保证了天线可靠性，同时设置所述塑料夹具的介电常数和PCB板的介电常数相近，两者差值满足一定范围，可以实现在不影响天线辐射性能的同时还能够拓展天线带宽。

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)

1.一种介质谐振器天线模组，其特征在于，包括介质谐振器、塑料夹具和PCB板；

所述塑料夹具夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述塑料夹具；

所述塑料夹具固定在所述PCB板的一侧；

所述PCB板的所述一侧与所述介质谐振器的一侧完全贴合。

2.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述塑料夹具包括多个依次连接的卡瓣；

所述卡瓣朝向与其相邻的卡瓣的一侧包括凹槽；

相邻所述卡瓣的所述凹槽配合形成所述夹持部；

所述夹持部夹持所述介质谐振器，并且所述介质谐振器贯穿所述夹持部。

3.根据权利要求2所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，相邻所述卡瓣之间可插拔连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述卡瓣上所述凹槽的两侧具有凸起部或容纳腔，相邻所述卡瓣通过适配的所述凸起部和所述容纳腔卡合对接以形成所述夹持部。

5.根据权利要求2所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述卡瓣上所述凹槽的两侧具有第一通孔，相邻所述卡瓣上所述第一通孔的位置和大小一一对应，相邻所述卡瓣通过一一对应的所述第一通孔配合螺柱连接以形成所述夹持部。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述塑料夹具包括贯穿孔；

所述PCB板包括第二通孔；

所述第二通孔与所述贯穿孔的形状匹配且位置对应。

7.根据权利要求6所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括塑料螺栓和塑料螺母；

所述塑料螺栓依次贯穿所述贯穿孔和所述第二通孔，并配合所述塑料螺母将所述塑料夹具固定在所述PCB板的所述一侧。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述塑料夹具的介电常数与所述PCB板的介电常数的差值在±0.5范围内。

9.根据权利要求2或3中任意一项所述的一种介质谐振器天线模组，其特征在于，所述介质谐振器包括预设数量个按预设顺序排列的介质单元；

所述塑料夹具包括与所述介质单元一一对应的所述夹持部；

所述夹持部一一对应夹持所述介质单元，并且所述介质单元一一对应贯穿所述夹持部。

10.一种通信终端，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的介质谐振器天线模组。

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