CN113708058A - 基于陶瓷壳体的5g毫米波天线结构及电子设备 - Google Patents

基于陶瓷壳体的5g毫米波天线结构及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构及电子设备，包括陶瓷壳体和天线模组，所述天线模组设置于所述陶瓷壳体上；所述天线模组包括接地层、介质层和至少一个的天线单元，所述天线单元包括第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述接地层设置于所述介质层上，所述第二介质谐振器设置于所述接地层上，所述第一介质谐振器设置于所述第二介质谐振器上；所述第一介质谐振器的材质为陶瓷，所述第一介质谐振器与所述陶瓷壳体一体成型。本发明可解决陶瓷壳中毫米波天线性能下降的问题。

Description

基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构及电子设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构及电子设备。
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。这三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。
5G毫米波模组放入真机环境中，会因为手机壳的材质(塑料，金属，陶瓷等)影响，导致辐射性能下降，甚至射频电路不能工作。对于普通塑料壳体的手机，5G毫米波模组放入后，影响较小，可以忽略；对于金属壳体的手机，目前已有多种解决方案；而对于高介电常数的陶瓷壳手机，目前缺乏相关的方案来解决毫米波模组的辐射性能的衰减。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构及电子设备，可解决陶瓷壳中毫米波天线性能下降的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，包括陶瓷壳体和天线模组，所述天线模组设置于所述陶瓷壳体上；所述天线模组包括接地层、介质层和至少一个的天线单元，所述天线单元包括第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述接地层设置于所述介质层上，所述第二介质谐振器设置于所述接地层上，所述第一介质谐振器设置于所述第二介质谐振器上；所述第一介质谐振器的材质为陶瓷，所述第一介质谐振器与所述陶瓷壳体一体成型。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构。
本发明的有益效果在于：通过将陶瓷壳体的一部分作为介质谐振器天线的介质谐振器，即作为天线的辐射体，可避免终端壳体带来的辐射损耗，使得辐射性能不受影响，从而保证天线性能；同时，具有剖面低、体积小等优点。
附图说明
图1为本发明实施例一的5G毫米波天线结构的结构示意图；
图2为本发明实施例一的5G毫米波天线结构的侧面示意图；
图3为本发明实施例一的天线模组的俯视示意图；
图4为本发明实施例一的天线模组的侧面示意图；
图5为本发明实施例一的5G毫米波天线结构的S参数示意图。
标号说明：
100、陶瓷壳体；200、天线模组；
1、接地层；2、介质层；3、第一介质谐振器；4、第二介质谐振器；5、馈电网络；6、射频芯片；7、BGA焊球；
11、馈电缝隙；
21、第一介质层；22、第二介质层；221、金属化孔；
51、馈电线。
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1，一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，包括陶瓷壳体和天线模组，所述天线模组设置于所述陶瓷壳体上；所述天线模组包括接地层、介质层和至少一个的天线单元，所述天线单元包括第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述接地层设置于所述介质层上，所述第二介质谐振器设置于所述接地层上，所述第一介质谐振器设置于所述第二介质谐振器上；所述第一介质谐振器的材质为陶瓷，所述第一介质谐振器与所述陶瓷壳体一体成型。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过将陶瓷壳体的一部分作为天线的辐射体，可避免终端壳体带来的辐射损耗，使得辐射性能不受影响，从而保证天线性能。
进一步地，所述第一介质谐振器的介电常数大于所述第二介质谐振器的介质常数。
由上述描述可知，通过将不同介电常数的矩形介质谐振器层叠在一起，可实现超宽带。
进一步地，所述第一介质谐振器的介电常数为15，所述第二介质谐振器的介电常数为2.2。
进一步地，所述第一介质谐振器的尺寸为0.18λ×0.18λ×0.2λ，λ为波长长度。
进一步地，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的形状均为长方体形，且底面面积相同。
由上述描述可知，通过优化介质谐振器的介电常数、形状和尺寸，可覆盖5G毫米波所有频段。
进一步地，所述接地层上设有与各天线单元一一对应的馈电缝隙，所述第二介质谐振器覆盖所述馈电缝隙；还包括馈电网络，所述馈电网络包括与各天线单元一一对应的馈电线；所述介质层包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述接地层设置于所述第一介质层上，所述馈电网络设置于所述第二介质层靠近所述第一介质层的一面上；所述馈电线的一端与所述馈电缝隙耦合。
由上述描述可知，馈电方式采用缝隙耦合馈电的方式。
进一步地，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述第二介质层远离第一介质层的一面上；所述第二介质层中设有金属化孔，所述馈电线的另一端通过所述金属化孔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；射频芯片中包含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。
进一步地，还包括BGA焊球，所述BGA焊球设置于所述第二介质层远离第一介质层的一面上；所述射频芯片通过所述BGA焊球与所述金属化孔连接。
由上述描述可知，使得射频芯片可更好地设置在第二介质层上，且可更好地与金属化孔连接。
进一步地，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元线性排列。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构。
实施例一
请参照图1-5，本发明的实施例一为：一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，适用于具有陶瓷壳体的5G毫米波通信系统的手持设备中。
如图1所示，陶瓷壳体100和天线模组200，所述天线模组200设置于所述陶瓷壳体100上。
如图2所示，所述天线模组包括接地层1、介质层2和至少一个的天线单元，本实施例中以包括四个天线单元为例进行说明，四个天线单元线性排列。每个天线单元均包括第一介质谐振3和第二介质谐振器4；接地层1设置于介质层2上，第二介质谐振器4设置于接地层1上，第一介质谐振器3设置于第二介质谐振器4上，即第一介质谐振器3、第二介质谐振器4、接地层1和介质层2依次层叠设置。其中，第一介质谐振器3的材质为陶瓷，第一介质谐振器3与陶瓷壳体100一体成型，也即将陶瓷壳体的一部分作为第一介质谐振器。通过将陶瓷壳体的一部分作为天线的辐射体，避免终端壳体带来的辐射损耗，从而保证天线性能。
进一步地，第一介质谐振器的介电常数大于第二介质谐振器的介质常数。本实施例中，第一介质谐振器的介电常数为15，第二介质谐振器的介电常数为2.2，第二介质谐振器可采用型号为rogers5880的板材。第一介质谐振器和第二介质谐振器的形状均为长方体形，且底面面积相同；优选地，第一介质谐振器的尺寸为0.18λ×0.18λ×0.2λ，λ为波长长度。通过将不同介电常数的矩形介质谐振器层叠在一起，可实现超宽带。
进一步地，如图3-4所示，所述接地层1上设有与各天线单元一一对应的馈电缝隙11，第二介质谐振器4覆盖馈电缝隙11。还包括馈电网络5和射频芯片6，馈电网络5包括与各天线单元一一对应的馈电线51；介质层2包括层叠的第一介质层21和第二介质层22，接地层1设置于第一介质层21上，即接地层1、第一介质层21和第二介质层22依次层叠设置；馈电网络5设置于第二介质层22靠近第一介质层21的一面上，即设置于第一介质层21和第二介质层22之间；射频芯片6设置于第二介质层22远离第一介质层21的一面上；第二介质层22中设有与各天线单元一一对应的金属化孔221；馈电线51的一端与馈电缝隙11耦合，具体地，馈电线51的一端在接地层1上的投影与馈电缝隙11垂直相交；馈电线51的另一端通过金属化孔21与射频芯片6连接。
进一步地，还包括BGA焊球7，所述BGA焊球7设置于第二介质层22远离第一介质层21的一面上；射频芯片6通过BGA焊球7与所述金属化孔221连接。
图5为本实施例的天线结构的S参数图，从图中可以看出，其覆盖了n257(26.5-29.5GHz)、258(24.25-27.25GHz)、n260(37-40GHz)、n261(27.5-28.35GHz)和n259(39.5-43GHz)频段，即覆盖了3GPP规定的5G毫米波所有频段。
综上所述，本发明提供的一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构及电子设备，通过将陶瓷壳体的一部分作为天线的辐射体，避免终端壳体带来的辐射损耗，使得辐射性能不受影响，从而保证天线性能；通过将不同介电常数的矩形介质谐振器层叠在一起，并优化介质谐振器的介电常数和尺寸，可覆盖5G毫米波所有频段，实现超宽带；同时，具有剖面低、体积小等优点。
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)

1.一种基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，包括陶瓷壳体和天线模组，所述天线模组设置于所述陶瓷壳体上；所述天线模组包括接地层、介质层和至少一个的天线单元，所述天线单元包括第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述接地层设置于所述介质层上，所述第二介质谐振器设置于所述接地层上，所述第一介质谐振器设置于所述第二介质谐振器上；所述第一介质谐振器的材质为陶瓷，所述第一介质谐振器与所述陶瓷壳体一体成型。
2.根据权利要求1所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述第一介质谐振器的介电常数大于所述第二介质谐振器的介质常数。
3.根据权利要求1所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述第一介质谐振器的介电常数为15，所述第二介质谐振器的介电常数为2.2。
4.根据权利要求3所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述第一介质谐振器的尺寸为0.18λ×0.18λ×0.2λ，λ为波长长度。
5.根据权利要求1所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的形状均为长方体形，且底面面积相同。
6.根据权利要求1所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述接地层上设有与各天线单元一一对应的馈电缝隙，所述第二介质谐振器覆盖所述馈电缝隙；还包括馈电网络，所述馈电网络包括与各天线单元一一对应的馈电线；所述介质层包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述接地层设置于所述第一介质层上，所述馈电网络设置于所述第二介质层靠近所述第一介质层的一面上；所述馈电线的一端与所述馈电缝隙耦合。
7.根据权利要求6所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述第二介质层远离第一介质层的一面上；所述第二介质层中设有金属化孔，所述馈电线的另一端通过所述金属化孔与所述射频芯片连接。
8.根据权利要求7所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，还包括BGA焊球，所述BGA焊球设置于所述第二介质层远离第一介质层的一面上；所述射频芯片通过所述BGA焊球与所述金属化孔连接。
9.根据权利要求1所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构，其特征在于，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元线性排列。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基于陶瓷壳体的5G毫米波天线结构。
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