CN113193369B - 一种大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备，所述大角度扫描的介质谐振器天线模组包括基板以及一排阵列在所述基板上的多个天线单元，所述天线单元上设有去耦合结构。本介质谐振器天线模组中，天线单元上设有去耦合结构，能够有效地改善相邻的两个天线单元之间的耦合现象，从而提升介质谐振器天线模组的性能表现。

Description

一种大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备。
背景技术
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 mmWave频段有N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N260(37-40GHz)、N261(27.5-28.35GHz)以及新增的n259(39.5-43GHz)。
对于5G毫米波模组，业界往往选择以射频芯片与基板天线结合成为AIP(封装天线)的方式来降低射频系统损耗，并且这样集成度更高、性能更优秀；介质谐振器天线可以大幅度降低毫米波频段下的PCB天线的加工精度要求，因此设计介质谐振器天线模组是一种优秀的解决方案。
AIP通过进行电子扫描来达到高度空间覆盖，根据阵列天线分析理论可知模组的电子扫描角是天线单元间距决定的，现有技术中，天线单元间距0.5个波长，天线扫描角为±50度左右。为了大角度扫描必须使天线单元排列间距减小，然而天线单元间距减小后会让天线单元间出现较大耦合，严重影响天线模组的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种性能优越的大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大角度扫描的介质谐振器天线模组，包括基板以及一排阵列在所述基板上的多个天线单元，所述天线单元上设有去耦合结构。
为了解决上述技术问题，本发明还采用以下技术方案：移动终端设备，包括上述大角度扫描的介质谐振器天线模组。
本发明的有益效果在于：本介质谐振器天线模组中，天线单元上设有去耦合结构，能够有效地改善相邻的两个天线单元之间的耦合现象，从而提升介质谐振器天线模组的性能表现。
附图说明
图1为本发明实施例一的大角度扫描的介质谐振器天线模组的结构示意图；
图2为本发明实施例一的大角度扫描的介质谐振器天线模组的俯视图(隐藏介质谐振器后)；
图3为本发明实施例一的大角度扫描的介质谐振器天线模组的部分结构的结构示意图；
图4为本发明实施例一的大角度扫描的介质谐振器天线模组的S参数测试结果图；
图5为本发明实施例一的大角度扫描的介质谐振器天线模组的扫描角度测试结果图；
图6为本发明实施例二的大角度扫描的介质谐振器天线模组的结构示意图；
标号说明：
1、基板；11、地层；111、耦合缝隙；12、耦合片；13、匹配网络；
2、介质谐振器；21、第一侧面；22、第四侧面；
3、去耦合结构；31、第一枝节；32、第二枝节；33、第三枝节；34、第四枝节；35、第五枝节；
4、间隙；
5、芯片组件；
6、支撑支架；61、支撑板；611、限位孔；62、扣件。
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6，一种大角度扫描的介质谐振器天线模组，包括基板1以及一排阵列在所述基板1上的多个天线单元，所述天线单元上设有去耦合结构3。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本介质谐振器天线模组中，天线单元上设有去耦合结构3，能够有效地改善相邻的两个天线单元之间的耦合现象，从而提升介质谐振器天线模组的性能表现。
进一步的，相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的一半。
由上述描述可知，由于天线单元上的去耦合结构3能够有效地改善相邻的两个天线单元之间耦合现象，因此，相邻的两个所述天线单元之间的间距可以设置得比较小，从而增大介质谐振器天线模组的扫描角度，进而进一步提升介质谐振器天线模组的性能表现。
进一步的，相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的2/5。
由上述描述可知，介质谐振器天线模组中相邻的两个天线单元之间间距为0.4倍波长，能够有效地缩减介质谐振器天线模组的整体尺寸，使得介质谐振器天线模组能够充分满足移动终端设备的轻薄化发展趋势。
进一步的，所述天线单元包括介质谐振器2，所述去耦合结构3设于所述介质谐振器2的顶面。
进一步的，所述去耦合结构3沿所述介质谐振器2的顶面的边沿设置。
进一步的，所述去耦合结构3包括第一枝节31及分别与所述第一枝节31垂直相连的第二枝节32和第三枝节33，所述第二枝节32与第三枝节33相对设置。
由上述描述可知，去耦合结构3结构简单，加工容易。
进一步的，所述去耦合结构3还包括共线设置的第四枝节34和第五枝节35，所述第四枝节34和第五枝节35均位于所述第二枝节32和第三枝节33之间，所述第四枝节34平行且靠近于所述第一枝节31设置，所述第四枝节34和第五枝节35之间具有间隙4。
由上述描述可知，第四枝节34和第五枝节35的设置能够提高去耦合结构3的去耦合能力，从而进一步改善介质谐振器天线模组的性能。
进一步的，所述基板1的顶面设有地层11，所述地层11上设有耦合缝隙111，所述天线单元覆盖所述耦合缝隙111。
由上述描述可知，介质谐振器天线模组通过耦合馈电的方式为天线单元馈电。
进一步的，还包括支撑支架6，所述支撑支架6连接在所述基板1上，所述支撑支架6上设有用于固定所述天线单元的限位孔611。
由上述描述可知，支撑支架6用于支撑固定天线单元，从而提高介质谐振器天线模组的结构稳定性。
实施例一
请参照图1至图5，本发明的实施例一为：一种大角度扫描的介质谐振器天线模组，可用于移动终端设备中，所述移动终端设备包括但不限于手机、平板电脑、智能手表等。
如图1所示，所述大角度扫描的介质谐振器天线模组包括基板1以及阵列在所述基板1上的多个天线单元，所述天线单元上设有去耦合结构3，相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的一半，优选的，相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的2/5。可选的，数量为多个的所述天线单元呈一排排列，本实施例中，所述天线单元的数量为四个；相邻的两个天线单元之间间隔0.4个波长，如4.6mm；所述基板1为多层PCB板。
所述天线单元包括介质谐振器2，所述去耦合结构3设于所述介质谐振器2的顶面，且所述去耦合结构3沿所述介质谐振器2的顶面的边沿设置。所述去耦合结构3由金属箔或金属片制成，例如铜箔、铜片等。
如图2所示，本实施例中，所述去耦合结构3包括第一枝节31及分别与所述第一枝节31垂直相连的第二枝节32和第三枝节33，所述第二枝节32与第三枝节33相对设置。进一步的，所述去耦合结构3还包括共线设置的第四枝节34和第五枝节35，所述第四枝节34和第五枝节35均位于所述第二枝节32和第三枝节33之间，所述第四枝节34平行且靠近于所述第一枝节31设置，所述第四枝节34和第五枝节35之间具有间隙4。
请结合图1和图2，作为一种优选的实施方式，所述介质谐振器2呈矩形体状，其长为3.4mm、宽为3.4mm、高为1mm，其介电常数为21；所述第一枝节31的一个端面与所述介质谐振器2的第一侧面21平齐，所述第一枝节31的另一个端面与所述介质谐振器2的第二侧面平齐，所述第一枝节31远离所述第二枝节32的侧面与所述介质谐振器2的第三侧面平齐，所述第二枝节32远离所述第一枝节31的端面以及所述第三枝节33远离所述第一枝节31的端面分别与所述介质谐振器2的第四侧面22平齐。介质谐振器2中，所述第一侧面21与所述第二侧面为一组相对侧面，所述第三侧面与所述第四侧面22为一组相对侧面。第二枝节32远离所述第三枝节33的侧面以及所述第三枝节33远离所述第二枝节32的侧面分别位于所述第一侧面21与所述第二侧面之间。
如图2所示，详细的，所述基板1的顶面设有地层11，所述地层11上设有耦合缝隙111，所述天线单元设于所述地层11上并覆盖所述耦合缝隙111。本实施例中，沿所述基板1的厚度方向投影，所述去耦合结构3的投影区域包围所述耦合缝隙111的投影区域，更详细的，所述耦合缝隙111呈一字型，所述耦合缝隙111的投影区域位于所述去耦合结构3的投影区域的中央；所述耦合缝隙111与所述间隙4对齐，换句话说，所述间隙4位于所述耦合缝隙111的延长线上。
请返回图1，所述基板1远离所述天线单元的一侧设有芯片组件5，所述芯片组件5包括数字集成电路芯片、电源芯片和射频芯片，所述数字集成电路芯片和电源芯片分别与所述射频芯片电连接，所述射频芯片与所述天线单元连接。射频芯片用于为天线单元馈电，射频芯片中包含移相器和放大器等元件，其中，移相器的作用是为天线单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器的作用是补偿移相器的损耗；数字集成电路芯片的作用是为射频芯片供电。
如图3所示，所述基板1内设有电性连接的耦合片12和匹配网络13，所述耦合片12与所述耦合缝隙111相配合，所述匹配网络13连接所述射频芯片，匹配网络13的设置能增加大角度扫描的介质谐振器天线模组的带宽，从而进一步提高大角度扫描的介质谐振器天线模组的天线性能。
本实施例的大角度扫描的介质谐振器天线模组的S参数测试结果如图4所示，从图4可知，本实施例的大角度扫描的介质谐振器天线模组的工作频率是24.5-27.5GHz，基本满足5G的N258频段要求。
本实施例的大角度扫描的介质谐振器天线模组的扫描角度测试结果如图5所示，从图5可知，本实施例的大角度扫描的介质谐振器天线模组的扫描角度可达到±60°，相比于现有技术中的介质谐振器天线模组扫描范围扩大了20度。
实施例二
请参照图6，本发明的实施例二是在实施例一的基础上作出的进一步优化，与实施例一的不同之处在于：所述大角度扫描的介质谐振器天线模组还包括支撑支架6，所述支撑支架6连接在所述基板1上，所述支撑支架6上设有用于固定所述天线单元的限位孔611。作为一种优选实施方式，所述支撑支架6的材质为塑胶。
详细的，所述支撑支架6包括支撑板61及设于所述支撑板61的两端的扣件62，所述限位孔611设于所述支撑板61上，所述支撑支架6通过所述扣件62扣接在所述基板1上。更详细的，所述扣件62呈L字型。所述支撑板61与所述扣件62为一体注塑成型的一体式结构。
容易理解的，在其他实施例中，所述支撑支架6还可以通过其他形式固定在所述基板1上，例如胶粘等。
综上所述，本发明提供的大角度扫描的介质谐振器天线模组及移动终端设备，通过在阵列的天线单元上设置去耦合结构，有效地改善了天线单元间的耦合情况，使得相邻的天线单元可以设置得更靠近一些，从而增大扫描角度范围，有效地增强了天线性能、缩减了天线模组的整体体积，特别适合5G通信。
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 (6)

1.一种大角度扫描的介质谐振器天线模组，包括基板以及一排阵列在所述基板上的多个天线单元，其特征在于：所述天线单元上设有去耦合结构，所述天线单元包括介质谐振器，所述去耦合结构设于所述介质谐振器的顶面，所述去耦合结构包括第一枝节及分别与所述第一枝节垂直相连的第二枝节和第三枝节，所述第二枝节与第三枝节相对设置，所述基板的顶面设有地层，所述地层上设有耦合缝隙，所述天线单元设于所述地层上并覆盖所述耦合缝隙，沿所述基板的厚度方向投影，所述耦合缝隙的投影区域位于所述去耦合结构的投影区域的中央，所述去耦合结构还包括共线设置的第四枝节和第五枝节，所述第四枝节和第五枝节均位于所述第二枝节和第三枝节之间，所述第四枝节平行且靠近于所述第一枝节设置，所述第四枝节和第五枝节之间具有间隙，所述耦合缝隙与所述间隙对齐。
2.根据权利要求1所述的大角度扫描的介质谐振器天线模组，其特征在于：相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的一半。
3.根据权利要求2所述的大角度扫描的介质谐振器天线模组，其特征在于：相邻的两个所述天线单元之间的间距小于或等于所述大角度扫描的介质谐振器天线模组工作频段的波长的2/5。
4.根据权利要求1所述的大角度扫描的介质谐振器天线模组，其特征在于：所述去耦合结构沿所述介质谐振器的顶面的边沿设置。
5.根据权利要求1所述的大角度扫描的介质谐振器天线模组，其特征在于：还包括支撑支架，所述支撑支架连接在所述基板上，所述支撑支架上设有用于固定所述天线单元的限位孔。
6.移动终端设备，其特征在于：包括权利要求1-5中任意一项所述的大角度扫描的介质谐振器天线模组。
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