CN113437491B - 毫米波介质谐振器封装天线模组及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波介质谐振器封装天线模组及电子设备，包括基板、至少一个的天线单元、连接板和射频芯片，所述基板包括相对的第一面和第二面，所述天线单元包括介质谐振器；所述介质谐振器和射频芯片设置于所述基板的第一面上，各天线单元的介质谐振器位于所述射频芯片的周围，所述连接板位于所述射频芯片远离基板的一面上；各天线单元的介质谐振器分别与所述连接板连接；各天线单元的介质谐振器与所述连接板一体成型设置。本发明可减小天线模组的体积，且易于加工，成本低。

Description

毫米波介质谐振器封装天线模组及电子设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种毫米波介质谐振器封装天线模组及电子设备。
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。但未来的手机中预留给5G天线的空间小，可选位置不多所以要设计小型化的天线模组。
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，5Gmm Wave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)。
基于PCB的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是Patch(贴片)，Dipole(偶极子)，slot(缝隙)等，因为带宽要求覆盖n257、n258和n260，所以会使PCB厚度增加，此时层数变多，又因为在毫米频段，多层PCB对孔、线宽和线距的精度要求高，加工难度大。
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封装天线模组及电子设备，体积小，且易于加工。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种毫米波介质谐振器封装天线模组，包括基板、至少一个的天线单元、连接板和射频芯片，所述基板包括相对的第一面和第二面，所述天线单元包括介质谐振器；所述介质谐振器和射频芯片设置于所述基板的第一面上，各天线单元的介质谐振器位于所述射频芯片的周围，所述连接板位于所述射频芯片远离基板的一面上；各天线单元的介质谐振器分别与所述连接板连接；各天线单元的介质谐振器与所述连接板一体成型设置。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的毫米波介质谐振器封装天线模组。
本发明的有益效果在于：通过将介质谐振器设置在芯片周围，并将连接板设置在芯片上方，可有效利用介质谐振器之间的空间，结构紧凑，从而可减小天线模组的整体体积；通过将各天线单元中的介质谐振器一体化设置，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，以大幅度减少安装对位产生的误差，且方便量产。本发明可减小天线模组的体积，且易于加工，可降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种毫米波介质谐振器封装天线模组的结构示意图；
图2为本发明实施例一的介质谐振器的结构示意图；
图3为本发明实施例一的介质谐振器和连接板的连接示意图；
图4为本发明实施例一的一种毫米波介质谐振器封装天线模组的正视示意图；
图5为本发明实施例一的一种毫米波介质谐振器封装天线模组的俯视示意图。
标号说明：
1、基板；2、介质谐振器；3、连接板；4、射频芯片；5、馈电探针；6、微带匹配线；7、BGA焊球；8、数字芯片；9、电源芯片；10、第一低频线；11、第二低频线；
101、过孔；
301、第一通孔。
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详予说明。
请参阅图1，一种毫米波介质谐振器封装天线模组，包括基板、至少一个的天线单元、连接板和射频芯片，所述基板包括相对的第一面和第二面，所述天线单元包括介质谐振器；所述介质谐振器和射频芯片设置于所述基板的第一面上，各天线单元的介质谐振器位于所述射频芯片的周围，所述连接板位于所述射频芯片远离基板的一面上；各天线单元的介质谐振器分别与所述连接板连接；各天线单元的介质谐振器与所述连接板一体成型设置。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可减小天线模组的体积，且易于加工，可降低成本。
进一步地，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元呈2×2阵列分布。
由上述描述可知，可实现2×2的封装天线模组。
进一步地，所述介质谐振器的形状为一角处设有缺口的长方体型，所述缺口呈长方体型；所述连接板的形状为矩形；所述连接板的四个角分别与四个天线单元中的介质谐振器的缺口处连接。
由上述描述可知，可实现紧凑的结构设计，减小体积。
进一步地，所述连接板上设有第一通孔。
由上述描述可知，通过在连接板上设置通孔，可降低天线单元之间的耦合。
进一步地，所述基板上设有贯穿所述基板的与各天线单元一一对应的第二通孔和过孔，所述天线单元还包括馈电探针和微带匹配线；所述微带匹配线设置于所述基板的第二面上；所述馈电探针的一端位于所述介质谐振器内，所述馈电探针的另一端穿过所述第二通孔与微带匹配线的一端连接，所述微带匹配线的另一端通过所述过孔与所述射频芯片连接。
由上述描述可知，采用探针馈电的方式进行馈电。
进一步地，还包括BGA焊球，所述BGA焊球设置于所述基板的第一面上；所述过孔通过所述BGA焊球与所述射频芯片连接。
由上述描述可知，保证过孔与芯片之间的连接可靠性。
进一步地，还包括数字芯片和电源芯片，所述数字芯片和电源芯片设置于所述基板的第一面上，所述数字芯片和电源芯片分别与所述射频芯片连接。
由上述描述可知，射频芯片用于为天线提供信号；数字芯片，用于控制射频芯片的信号的幅值和相位，相当于射频芯片中如放大器，低噪放等电路的数字开关；电源芯片，用于为射频芯片提供电源。
进一步地，还包括第一低频线和第二低频线，所述第一低频线和第二低频线设置于所述基板的第一面上；所述射频芯片通过所述第一低频线与所述数字芯片连接，所述射频芯片通过所述第二低频线与所述电源芯片连接。
由上述描述可知，通过将低频线和微带匹配线分别设置在基板的两面上，可使低频信号和射频信号分离，防止串扰。
进一步地，所述介质谐振器和连接板的介电常数均为25。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的毫米波介质谐振器封装天线模组。
实施例一
请参照图1-5，本发明的实施例一为：一种毫米波介质谐振器封装天线模组，可应用于5G终端。
如图1所示，包括基板1、至少一个的天线单元、连接板3和射频芯片4。本实施例以包括四个天线单元为例进行说明，四个天线单元呈2×2阵列分布。
基板1包括相对的第一面和第二面，天线单元包括介质谐振器2；介质谐振器2和射频芯片4设置于基板1的第一面上，各天线单元的介质谐振器2位于射频芯片4的周围，连接板3位于射频芯片4远离基板1的一面上；各天线单元的介质谐振器2分别与连接板3连接。
本实施例中，如图2所示，所述介质谐振器2的形状为一角处设有缺口的长方体型，所述缺口呈长方体型。如图3所示，所述连接板3的形状为矩形；四个天线单元的介质谐振器2的分别位于连接板3的四个角处，且四个介质谐振器2分别通过其缺口与连接板3的四个角卡接。
优选地，各天线单元的介质谐振器与连接板一体成型设置。通过将各天线单元中的介质谐振器一体化设置，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，以大幅度减少安装对位产生的误差，且方便量产。
优选地，所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器，由陶瓷体构成的介质谐振器天线，加工精度高，在毫米波频段体积小，成本更低。
优选地，介质谐振器的介电常数与连接板的介电常数相同。本实施例中，介质谐振器和连接板的介电常数均为25。
进一步地，如图1和图3所示，所述连接板3上设有第一通孔301。所述第一通孔的数量和排布方式取决于连接板的可承受范围，即按照连接板的应力结构可以允许的最大数量去排列。通过在连接板上设置通孔，可降低天线单元之间的耦合。
进一步地，结合图4和图5所示，基板1上设有贯穿基板1且与各天线单元一一对应的第二通孔(图中未示出)和过孔101(即金属化孔)，天线单元还包括馈电探针5和微带匹配线6；微带匹配线6设置于基板1的第二面上，即设置于基板1远离介质谐振器2的一面上；馈电探针5的一端位于介质谐振器2内，馈电探针5的另一端穿过第二通孔与微带匹配线6的一端连接，微带匹配线6的另一端通过所述过孔101与射频芯片4连接。其中，介质谐振器靠近基板的一面上可设有与馈电探针相适配的开孔，馈电探针的一端即位于所述开孔内。
进一步地，还包括BGA焊球7，所述BGA焊球7设置于基板1的第一面上；所述过孔101通过BGA焊球7与所述射频芯片4连接。
如图1所示，还包括数字芯片8和电源芯片9，数字芯片8和电源芯片9设置于基板1的第一面上，数字芯片8和电源芯片9分别与射频芯片4连接。具体地，结合图4和图5所示，还包括第一低频线10和第二低频线11，第一低频线10和第二低频线11设置于基板1的第一面上；射频芯片4通过第一低频线10与数字芯片8连接，射频芯片4通过第二低频线11与电源芯片9连接。
进一步地，数字芯片也可通过BGA焊球与第一低频线通过BGA焊球与第一低频线，电源芯片也可通过BGA焊球与第二低频线连接。
如果将低频线和馈电线设置在基板的同一面上，则低频信号和射频信号可能会发生串扰，因此，通过将低频线和微带匹配线分别设置在基板的两面上，可使低频信号和射频信号分离，防止串扰。
其中，射频芯片用于为天线提供信号；射频芯片中包含的移相器和放大器等原件，移相器用于为天线单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器用于补偿移相器的损耗。数字芯片用于控制射频芯片的移相器和放大器达到天线电扫描功能。电源芯片用于为射频芯片提供电源。
优选地，连接板的底面面积与射频芯片的底面面积相同；介质谐振器的缺口的高度等于连接板的厚度、射频芯片的厚度与BGA焊球的高度之和。
本实施例的结构设计可基于3层PCB，易于加工，制造简单，成本低。具体地，介质基板包括依次层叠的第一介质层、天线地层和第二介质层；第一介质层远离天线地层的一面即上述介质基板的第一面，第一面上设有低频线路层，即第一低频线和第二低频线；第二介质层远离天线地层的一面即上述介质基板的第二面，第二面上设有天线馈电网络，即微带匹配线。进一步地，为了避免馈电探针和过孔接地，天线地层上对应各馈电探针和过孔的位置处设有通孔，且通孔的直径大于馈电探针的直径和过孔的直径。
本实施例可减小天线模组的体积，且易于加工，成本低。
综上所述，本发明提供的一种毫米波介质谐振器封装天线模组及电子设备，由陶瓷体构成的介质谐振器天线，加工精度高，在毫米波频段体积小，成本更低，相比PCB有极大的优势；通过将介质谐振器设置在芯片周围，并将连接板设置在芯片上方，可有效利用介质谐振器之间的空间，结构紧凑，从而可减小天线模组的整体体积；通过将各天线单元中的介质谐振器一体化设置，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，以大幅度减少安装对位产生的误差，且方便量产；通过在连接板上设置通孔，可降低天线单元之间的耦合；通过将低频线和馈电线分别设置在介质基板的两面上，可使低频信号和射频信号分离，防止串扰；可基于3层PCB实现，易于加工，制造简单，成本低。
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)

1.一种毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，包括基板、至少一个的天线单元、连接板和射频芯片，所述基板包括相对的第一面和第二面，所述天线单元包括介质谐振器；所述介质谐振器和射频芯片设置于所述基板的第一面上，各天线单元的介质谐振器位于所述射频芯片的周围，所述连接板位于所述射频芯片远离基板的一面上；各天线单元的介质谐振器分别与所述连接板连接，所述介质谐振器设有缺口，所述连接板分别与各天线单元的介质谐振器的缺口处连接；各天线单元的介质谐振器与所述连接板一体成型设置。
2.根据权利要求1所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元呈2×2阵列分布。
3.根据权利要求2所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，所述介质谐振器的形状为一角处设有缺口的长方体型，所述缺口呈长方体型；所述连接板的形状为矩形；所述连接板的四个角分别与四个天线单元中的介质谐振器的缺口处连接。
4.根据权利要求1所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，所述连接板上设有第一通孔。
5.根据权利要求1所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，所述基板上设有贯穿所述基板的与各天线单元一一对应的第二通孔和过孔，所述天线单元还包括馈电探针和微带匹配线；所述微带匹配线设置于所述基板的第二面上；所述馈电探针的一端位于所述介质谐振器内，所述馈电探针的另一端穿过所述第二通孔与微带匹配线的一端连接，所述微带匹配线的另一端通过所述过孔与所述射频芯片连接。
6.根据权利要求5所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，还包括BGA焊球，所述BGA焊球设置于所述基板的第一面上；所述过孔通过所述BGA焊球与所述射频芯片连接。
7.根据权利要求1所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，还包括数字芯片和电源芯片，所述数字芯片和电源芯片设置于所述基板的第一面上，所述数字芯片和电源芯片分别与所述射频芯片连接。
8.根据权利要求7所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，还包括第一低频线和第二低频线，所述第一低频线和第二低频线设置于所述基板的第一面上；所述射频芯片通过所述第一低频线与所述数字芯片连接，所述射频芯片通过所述第二低频线与所述电源芯片连接。
9.根据权利要求1所述的毫米波介质谐振器封装天线模组，其特征在于，所述介质谐振器和连接板的介电常数均为25。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的毫米波介质谐振器封装天线模组。
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