CN113270712A - 一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备，包括介质谐振器模组、介质层和金属地；所述介质谐振器模组为陶瓷体结构，且位于所述介质层的一侧；所述金属地位于所述介质层远离所述介质谐振器模组的一侧；所述金属地上设有与所述介质谐振器模组对应的栅格结构，通过采用陶瓷体结构作为介质谐振器模组，在金属地上设有与介质谐振器模组对应的栅格结构，能够改变馈电形式激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个TEnmp模式和TMnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258以及n261频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。

Description

一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备。
背景技术
5G(5th-Generation，第五代移动通信技术)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。
由于毫米波具有高载频、大带宽特性，是实现5G超高数据传输速率的主要手段，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毫米微波天线需要覆盖N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N260(37-40GHz)以及N261(27.5-28.35GHz)频段，因此，设计宽带天线是5G毫米波天线模组的需求。
然而，基于PCB的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是贴片天线(patchantenna)、偶极子天线(dipole antenna)或开槽天线(slot antenna)，PCB厚度都会随着需要覆盖的带宽增加而增加，导致天线模组的体积增加。对于应用在毫米波段的天线PCB，随着PCB层数的增加，对多层PCB对孔、线宽和线距的精度要求就会增大，导致加工难度增大，难以实现毫米波天线模组同时覆盖多个频段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备，提高天线模组的频段覆盖率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质谐振器模组、介质层和金属地；
所述介质谐振器模组为陶瓷体结构，且位于所述介质层的一侧；
所述金属地位于所述介质层远离所述介质谐振器模组的一侧；
所述金属地上设有与所述介质谐振器模组对应的栅格结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种通信设备，包括上述毫米波介质谐振器天线模组。
本发明的有益效果在于：由于介质谐振器天线存在TEnmp模式和TMnmp模式(n，m，p为正整数)，常规馈电的介质谐振器天线只能激发TEnmp模式(n，m，p为奇数)，使多个模式产生的谐振间距较远，无法形成宽带，而通过采用陶瓷体结构作为介质谐振器模组，在金属地上设有与介质谐振器模组对应的栅格结构，能够改变馈电形式激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个TEnmp模式和TMnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258以及n261频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
附图说明
图1为本发明实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的内部结构示意图；
图3为本发明实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的内部结构示意图；
图4为本发明实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的内部结构侧视图；
图5为本发明实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的S参数结果图；
标号说明：
1、介质谐振器模组；2、介质层；3、金属地；4、栅格结构；5、反射板；6、微带线；61、耦合部分；62、竖直部分；63、带状部分；7、第一低频电路区；8、第二低频电路区；9、第三低频电路区；10、避让孔；11、金属柱；12、BGA焊球。
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，本发明实施例提供了一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质谐振器模组、介质层和金属地；
所述介质谐振器模组为陶瓷体结构，且位于所述介质层的一侧；
所述金属地位于所述介质层远离所述介质谐振器模组的一侧；
所述金属地上设有与所述介质谐振器模组对应的栅格结构。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：由于介质谐振器天线存在TEnmp模式和TMnmp模式(n，m，p为正整数)，常规馈电的介质谐振器天线只能激发TEnmp模式(n，m，p为奇数)，使多个模式产生的谐振间距较远，无法形成宽带，而通过采用陶瓷体结构作为介质谐振器模组，在金属地上设有与介质谐振器模组对应的栅格结构，能够改变馈电形式激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个TEnmp模式和TMnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258以及n261频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
进一步地，所述介质谐振器模组包括多个介质谐振器单元；
所述介质谐振器单元呈直线等间隔排列于所述介质层的所述一侧；
所述金属地上设有与所述介质谐振器单元对应的栅格结构。
由上述描述可知，通过设置多个介质谐振器单元构成介质谐振器模组能够在满足小尺寸的情况下，尽可能的增大天线的增益，提高天线模组的辐射强度。
进一步地，所述陶瓷体的介电常数为10-21。
由上述描述可知，陶瓷体的介电常数为10-21能够调节出恰好满足24-33GHZ的带宽，满足高速数据传输需求。
进一步地，还包括反射板；
所述反射板位于所述金属地远离所述介质层的一侧。
由上述描述可知，将反射板设置于金属地远离介质层的一侧，能提高天线信号的接收灵敏度，使天线信号反射聚集在接收点上，反射板不但大大增强了天线的接收能力，还起到抗干扰作用。
进一步地，还包括微带线、第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区；
所述微带线设置于所述介质层靠近所述介质谐振器模组的一侧；
所述微带线的一端与所述介质谐振器模组耦合，另一端用于与射频芯片连接；
所述第一低频电路区设置于所述反射板远离所述金属地的一侧；
所述第二低频电路区设置于所述第一低频电路区远离所述反射板的一侧；
所述第三低频电路区设置于所述第二低频电路区远离所述第一低频电路区的一侧；
所述第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区上设有用于避让所述微带线的避让孔。
由上述描述可知，通过设置低频电路区对电路起到供电、防静电和滤波等作用，且低频电路区上设有避让孔使射频芯片通过避让孔与微带线连接，从而将控制信号传递至微带线进而将信号传递给天线，使得天线模组工作更加稳定。
进一步地，还包括金属柱；
所述金属柱设置于所述第一低频电路区上，且围绕所述微带线设置；
靠近所述避让孔的金属柱依次贯穿所述第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区。
由上述描述可知，通过将金属柱设置于第一低频电路区上，并且将金属柱围绕微带线设置，使得信号在微带线中传递时不容易受到外部信号的干扰，提高信号传递的稳定性。
进一步地，还包括BGA焊球；
所述BGA焊球的一端与所述微带线连接，另一端用于与射频芯片连接。
由上述描述可知，通过BGA焊球将天线模组与射频芯片连接，便于天线模组与芯片之间的组装与连接。
上述天线模组能适用于5G毫米波通信系统的设备中，如手持的移动设备，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1-4，本实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质谐振器模组1、介质层2和金属地3；
所述介质谐振器模组1为陶瓷体结构，且位于所述介质层2的一侧；
所述金属地3位于所述介质层2远离所述介质谐振器模组1的一侧；
所述金属地3上设有与所述介质谐振器模组1对应的栅格结构4；
其中，采用陶瓷体结构的介质谐振器模组1，体积小，且其加工成本和原料成本均比PCB天线低，且避免了多层PCB天线加工精度；
具体的，如图2所示，还包括反射板5；
所述反射板5位于所述金属地3远离所述介质层2的一侧；设置反射板5能提高天线信号的接收灵敏度，使天线信号反射聚集在接收点上，反射板5不但大大增强了天线的接收能力，还起到抗干扰作用；
如图2所示，还包括微带线6、第一低频电路区7、第二低频电路区8和第三低频电路区9；
所述微带线6设置于所述介质层2靠近所述介质谐振器模组1的一侧；
所述微带线6的一端与所述介质谐振器模组1耦合，另一端用于与射频芯片连接；
具体的，如图2、3所示，所述微带线6包括耦合部分61、竖直部分62和带状部分63；所述耦合部分61的一端与所述介质谐振器模组1的位置对应，另一端与所述竖直部分62的一端连接；所述竖直部分62的另一端与所述带状部分63的一端连接，所述带状部分63另一端与射频芯片连接；所述微带线6数量与所述介质谐振器模组1中的介质谐振器单元数量对应为4组；
所述第一低频电路区7设置于所述反射板5远离所述金属地3的一侧；
所述第二低频电路区8设置于所述第一低频电路区1远离所述反射板5的一侧；
所述第三低频电路区9设置于所述第二低频电路区8远离所述第一低频电路区7的一侧；
所述第一低频电路区7、第二低频电路区8和第三低频电路区9上设有用于避让所述微带线6的避让孔10；
如图3所示，还包括金属柱11；
所述金属柱11设置于所述第一低频电路区7上，且围绕所述微带线6设置；
具体的，所述金属柱11围绕所述带状部分63设置；
如图4所示，靠近所述避让孔10的金属柱11依次贯穿所述第一低频电路区7、第二低频电路区8和第三低频电路区9；
如图4所示，还包括BGA焊球12；
所述BGA焊球12的一端与所述微带线6连接，另一端用于与射频芯片连接；
具体的，上述结构均集成在PCB板上，集成后的结构通过所述BGA焊球12与外部射频芯片连接；其中，天线模组还包含芯片部分，包括有控制芯片、射频芯片和电源芯片，控制芯片对射频芯片进行控制，电源芯片为射频芯片提供电源，射频芯片为天线提供信号；射频芯片中包含移相器和放大器，其中移相器是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。
实施例二
请参照图1-2、5，本实施例与实施一的不同在于，限定了介质谐振器模组和栅格的具体结构：
如图1所示，所述介质谐振器模组1包括多个介质谐振器单元；
优选的，所述介质谐振器单元的数量为4个；
所述介质谐振器单元呈直线等间隔排列于所述介质层2的所述一侧；
所述金属地3上设有与所述介质谐振器单元对应的栅格结构4；
具体的，如图2所示，所述栅格结构4的数量与所述介质谐振器单元的数量对应为4，所述介质谐振器单元与所述栅格结构4一一对应；
其中，所述栅格结构4的方向垂直于所述多个介质谐振器单元的排列方向；
所述介质谐振器单元可以为任意形状，比如矩形、圆柱形等，不同形状的介质谐振器单元可以通过调整栅格结构4的尺寸大小来增加带宽；
优选的，本实施例中所述介质谐振器单元的形状为矩形，设置介质谐振器单元的形状为矩形，能够在介质谐振器单元表面的多个角度下形成平面，进而激发更多的模式，用于提高带宽；
所述陶瓷体的介电常数为10-21；
优选的，基于介电常数为21的天线模型进行仿真，得到如图5所示的天线模组的S参数图，可以看出天线-10db以下覆盖了N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)以及N261(27.5-28.35GHz)三个频段。
实施例三
一种通信设备，包括实施例一或实施例二所述一种毫米波介质谐振器天线模组。
综上所述，本发明提供的一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备，包括介质谐振器模组、介质层和金属地，所述介质谐振器模组为陶瓷体结构，且位于所述介质层的一侧，所述金属地位于所述介质层远离所述介质谐振器模组的一侧，所述介质谐振器模组包括多个介质谐振器单元，所述介质谐振器单元呈直线等间隔排列于所述介质层的所述一侧，且所述金属地上设有与所述介质谐振器单元对应的栅格结构，还包括反射板，所述反射板位于所述金属地远离所述介质层的一侧；通过设置反射板能够提高天线信号的接收灵敏度，使天线信号反射聚集在接收点上，反射板不但大大增强了天线的接收能力，还起到抗干扰作用，便于后续形成超宽带天线；在金属地上设有与介质谐振器单元对应的栅格结构，能够改变馈电形式激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个TEnmp模式和TMnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258以及n261频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
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 (8)

1.一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，包括介质谐振器模组、介质层和金属地；
所述介质谐振器模组为陶瓷体结构，且位于所述介质层的一侧；
所述金属地位于所述介质层远离所述介质谐振器模组的一侧；
所述金属地上设有与所述介质谐振器模组对应的栅格结构。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，所述介质谐振器模组包括多个介质谐振器单元；
所述介质谐振器单元呈直线等间隔排列于所述介质层的所述一侧；
所述金属地上设有与所述介质谐振器单元对应的栅格结构。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，所述陶瓷体的介电常数为10-21。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括反射板；
所述反射板位于所述金属地远离所述介质层的一侧。
5.根据权利要求4所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括微带线、第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区；
所述微带线设置于所述介质层靠近所述介质谐振器模组的一侧；
所述微带线的一端与所述介质谐振器模组耦合，另一端用于与射频芯片连接；
所述第一低频电路区设置于所述反射板远离所述金属地的一侧；
所述第二低频电路区设置于所述第一低频电路区远离所述反射板的一侧；
所述第三低频电路区设置于所述第二低频电路区远离所述第一低频电路区的一侧；
所述第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区上设有用于避让所述微带线的避让孔。
6.根据权利要求5所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括金属柱；
所述金属柱设置于所述第一低频电路区上，且围绕所述微带线设置；
靠近所述避让孔的金属柱依次贯穿所述第一低频电路区、第二低频电路区和第三低频电路区。
7.根据权利要求5所述的一种毫米波介质谐振器天线模组，其特征在于，还包括BGA焊球；
所述BGA焊球的一端与所述微带线连接，另一端用于与射频芯片连接。
8.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的毫米波介质谐振器天线模组。
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