CN114069214B - 基于双环形结构的5g毫米波双频段天线 - Google Patents

基于双环形结构的5g毫米波双频段天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，包括微带馈线、天线辐射体、第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板；天线辐射体设置在所述第一介质基板的顶端；所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板依次沿竖直方向贴合布置；所述第一介质基板上设置有多个金属化通孔；所述第一介质基板上的多个金属化通孔沿所述天线辐射体的周向布置；所述第二介质基板、第三介质基板上分别设置有第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，所述微带馈线设置在第三介质基板的下表面，且与第二耦合缝隙呈现垂直布置；本发明可以通过简易的结构实现天线的双频带特性，且具有结构简单，尺寸较小等优点。

Description

基于双环形结构的5G毫米波双频段天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线。
背景技术
现在的无线通信技术正在快速发展来满足人们对信息需求。随着5G时代的到来，毫米波频段逐渐被越来越多的利用，毫米波天线的设计就变得非常的需要。同时由于频段的增多，不同的频段之间需要同时工作，因此对于多频段天线的研究也就变得越来越重要。
专利文献CN201017986Y公开了一种用于手机的低姿势小型内置天线,设有固定在支架上的双馈点天线主体,其特征在于:所述的天线主体呈片状,覆盖在支架上架面上,片状天线主体上开有狭缝,使其呈折线形天线形状,折线形天线首端位于靠近支架上架面一角的部位,并设有两个用于与电路板连接的馈电腿。该方案能达到低频性能的要求,可以以较小的体积满足824MHZ到894MHZ范围的CDMA单频段手机内置天线的要求。但无法满足多频段天线的使用环境，无法克服上述的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线。
根据本发明提供的一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，包括微带馈线、天线辐射体、第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板；
天线辐射体设置在所述第一介质基板的顶端；
所述第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板依次沿竖直方向贴合布置；
所述第一介质基板上设置有多个金属化通孔；所述第一介质基板上的多个金属化通孔沿所述天线辐射体的周向布置；
所述第二介质基板、第三介质基板上分别设置有第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，所述微带馈线设置在第三介质基板的下表面，且与第二耦合缝隙呈现垂直布置；
建立空间直角坐标系，坐标系的原点设置在所述第一介质基板顶面的中心，x轴为第一介质基板的宽度方向，y轴为第一介质基板的长度方向，z轴为第一介质基板的厚度方向；所述天线辐射体沿所述x轴、y轴均对称。
优选地，天线辐射体包括双环嵌套辐射贴片与寄生枝节敷铜层，所述双环嵌套辐射贴片与寄生枝节敷铜层一体连接，所述双环嵌套辐射贴片、寄生枝节敷铜层均沿所述x轴、y轴对称。
优选地，所述双环嵌套辐射贴片包括中间连接部、两个第一环部、两个第一圆形部以及两个第二环部，所述第一环部、第二环部以及第一圆形部均沿所述y轴对称，所述第一圆形部、第二环部以及第一环部依次由内向外同心布置，所述两个第一圆形部之间沿所述x轴对称布置，两个第一圆形部通过中间连接部连接。
优选地，寄生枝节敷铜层包括过渡部与两个突出部，所述突出部通过所述过渡部与所述第一环部连接，所述突出部沿所述x轴对称，所述两个突出部之间沿所述y轴对称。
优选地，所述第二介质基板上设置有多个金属化通孔，所述第二介质基板上的多个金属化通孔沿所述第一耦合缝隙周向布置。
优选地，所述寄生枝节敷铜层内设置有两个金属化通孔，所述设置在寄生枝节敷铜层内的金属化通孔沿所述x轴对称，两个设置在寄生枝节敷铜层内的金属化通孔之间沿y轴对称。
优选地，第一耦合缝隙、第二耦合缝隙分别设置在所述第一介质基板、第二介质基板的中心位置。
优选地，所述中间连接部的尺寸大于所述第一耦合缝隙的尺寸，所述第一耦合缝隙的尺寸大于所述第二耦合缝隙的尺寸。
优选地，所述第一介质基板的厚度大于第二介质基板的厚度、所述第二介质基板的厚度大于所述第三介质基板的厚度。
优选地，所述金属化通孔的侧壁为金属铜。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以通过简易的结构实现天线的双频带特性。
2、本发明具有结构简单，尺寸较小等优点。
3、本发明通过寄生枝节敷铜层的加载，以改善天线高频部分的辐射特性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线的结构示意图；
图2为本发明体现第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板厚度的结构示意图；
图3为本发明提供的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线的俯视示意图；
图4为本发明提供的实施例的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线的S11参数示意图；
图5为本发明提供的实施例的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线在27GHz时E面与H面的方向图；
图6为本发明提供的实施例的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线在29GHz时E面与H面的方向图；
图7为本发明提供的实施例的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线在39GHz时E面与H面的方向图；
图8为本发明提供的实施例的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线的实增益的示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，包括微带馈线1、天线辐射体、第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4；所述第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4均可采用Rogers5880。所述基于双环形结构的5G毫米波双频段天线采用多层PCB结构。
天线辐射体设置在所述第一介质基板2的顶端；所述第一介质基板2、第二介质基板3、第三介质基板4依次沿竖直方向贴合布置；优选的，天线辐射体平行设置在所述第一介质基板2的顶端。所述第一介质基板2的厚度大于第二介质基板3的厚度、所述第二介质基板3的厚度大于所述第三介质基板4的厚度。所述第一介质基板2上设置有多个金属化通孔5，所述第一介质基板2上的多个金属化通孔5沿所述天线辐射体的周向布置；所述第二介质基板3上设置有多个金属化通孔5，所述第二介质基板3上的多个金属化通孔5沿所述第一耦合缝隙6周向布置。所述金属化通孔5的侧壁可为金属铜。
所述第二介质基板3、第三介质基板4上分别设置有第一耦合缝隙6、第二耦合缝隙7，所述微带馈线1设置在第三介质基板4的下表面，且与第二耦合缝隙7呈现垂直布置；优选的，第一耦合缝隙6、第二耦合缝隙7分别设置在所述第一介质基板2、第二介质基板3的中心位置。
建立空间直角坐标系，坐标系的原点设置在所述第一介质基板2顶面的中心，x轴为第一介质基板2的宽度方向，y轴为第一介质基板2的长度方向，z轴为第一介质基板2的厚度方向；所述介质均基板平行于空间直角坐标系xoy面；所述基于双环形结构的5G毫米波双频段天线沿所述x轴、y轴均对称，所述天线辐射体沿所述x轴、y轴均对称。
所述天线辐射体包括双环嵌套辐射贴片8与寄生枝节敷铜层9，所述双环嵌套辐射贴片8与寄生枝节敷铜层9一体连接，所述双环嵌套辐射贴片8、寄生枝节敷铜层9均沿所述x轴、y轴对称。
所述双环嵌套辐射贴片8包括中间连接部12、两个第一环部10、两个第一圆形部11以及两个第二环部15，所述第一环部10、第二环部15以及第一圆形部11均沿所述y轴对称，所述第一圆形部11、第二环部15以及第一环部10依次由外向内同心布置，所述两个第一圆形部11之间沿所述x轴对称布置，两个第一圆形部11通过中间连接部12连接。所述中间连接部12的尺寸大于所述第一耦合缝隙6的尺寸，所述第一耦合缝隙6的尺寸大于所述第二耦合缝隙7的尺寸。在一个优选例中，第二环部(15)的周长约为1个高频波长，第一环部(10)的周长约为1个低频波长。
寄生枝节敷铜层9包括过渡部14与两个突出部13，所述突出部13通过所述过渡部14与所述第一环部10连接，优选的，所述突出部13通过所述过渡部14与所述第一环部10一体连接。所述突出部13沿所述x轴对称，所述两个突出部13之间沿所述y轴对称。
所述寄生枝节敷铜层9内设置有两个金属化通孔5，所述设置在寄生枝节敷铜层9内的金属化通孔5沿所述x轴对称，两个设置在寄生枝节敷铜层9内的金属化通孔5之间沿y轴对称。
所述天线辐射体采用微带馈线1与第一耦合缝隙6和第二耦合缝隙7的耦合对天线辐射体进行馈电，具体的，所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线采用微带线1与第二耦合缝隙7的耦合实现对天线的馈电，其通过第一耦合缝隙6与第二耦合缝隙7来改善天线的匹配性能。并且通过寄生枝节敷铜层9的加载，以改善天线高频部分的辐射特性。所述耦合为对微带馈线1直接进行馈电，由此在第一耦合缝隙6与第二耦合缝隙7上间接的产生电场，从而对天线辐射体间接的馈电。
本发明的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线由微带馈线1与第一耦合缝隙6和第二耦合缝隙7的耦合对天线辐射体进行馈电，由双环嵌套辐射贴片8结构的特点可以得到，在y方向上的电流呈现出幅度相同，方向相反的分布，故不会产生有效的辐射，而在x方向上则会产生方向相同的矢量电流，从而产生有效辐射，同时由于双环嵌套辐射贴片8由第一环部10与第二环部15嵌套组成，由此实现了天线的双频段特性；同时通过寄生枝节的加载，实现了对于天线工作于高频段时的增益的提升。
实施例2：
针对毫米波无线通信系统工作天线，本实施例可覆盖26-29.5GHz和37.5-41GHz两个频带，也可优化设计，使其工作于其他频段。
所述天线的尺寸为第一介质基板2的宽度w＝10mm,第一介质基板2的长度l＝13mm,第一环部10的外径rout＝1.7mm,第二环部15的外径rin＝1.0mm,突出部13的长度wt＝1.6mm,突出部13距中间连接部12的距离lt＝3mm,第一耦合缝隙6的长度ls1＝4mm,第二耦合缝隙7的长度ls2＝3mm,第一耦合缝隙6的宽度ws1＝0.4mm,第二耦合缝隙7的宽度ws2＝0.2mm；
所述第一介质基板2的厚度h1＝0.787mm,第二介质基板3的厚度h2＝0.508mm,第三介质基板4的h3＝0.127mm，所述介质基板为矩形，介电常数为2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009；
所述天线的S11参数如图4所示。图4说明了本发明在工作频段内均具有良好的匹配特性与较宽的带宽。图5为天线在27GHz时E面与H面的方向图。图5结合图6可以说明本发明在低频段具有稳定的辐射模式。图6为天线在29GHz时E面与H面的方向图，图6结合图5可以得到该天线在低频段具有稳定的辐射模式。图7为天线在39GHz时E面与H面的方向图，图7可以说明本发明在高频段具有良好稳定的辐射模式，方向图的后瓣与副瓣均较低。图8为天线的实增益的示意图。图8可以说明本发明采用简单的微带结构，使其在两个频段内均拥有较高的增益。
本发明通过简单的双环嵌套的结构实现了天线的毫米波双频段特性，利用寄生枝节的加载改善了天线高频段的辐射特性，具有制作工艺简单，成本较低的优点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，包括微带馈线(1)、天线辐射体、第一介质基板(2)、第二介质基板(3)、第三介质基板(4)；
天线辐射体设置在所述第一介质基板(2)的顶端；
所述第一介质基板(2)、第二介质基板(3)、第三介质基板(4)依次沿竖直方向贴合布置；
所述第一介质基板(2)上设置有多个金属化通孔(5)；所述第一介质基板(2)上的多个金属化通孔(5)沿所述天线辐射体的周向布置；
所述第二介质基板(3)、第三介质基板(4)上分别设置有第一耦合缝隙(6)、第二耦合缝隙(7)，所述微带馈线(1)设置在第三介质基板(4)的下表面，且与第二耦合缝隙(7)呈现垂直布置；
建立空间直角坐标系，坐标系的原点设置在所述第一介质基板(2)顶面的中心，x轴为第一介质基板(2)的宽度方向，y轴为第一介质基板(2)的长度方向，z轴为第一介质基板(2)的厚度方向；所述天线辐射体沿所述x轴、y轴均对称；
天线辐射体包括双环嵌套辐射贴片(8)与寄生枝节敷铜层(9)，所述双环嵌套辐射贴片(8)与寄生枝节敷铜层(9)一体连接，所述双环嵌套辐射贴片(8)、寄生枝节敷铜层(9)均沿所述x轴、y轴对称；
所述双环嵌套辐射贴片(8)包括中间连接部(12)、两个第一环部(10)、两个第一圆形部(11)以及两个第二环部(15)，所述第一环部(10)、第二环部(15)以及第一圆形部(11)均沿所述y轴对称，所述第一圆形部(11)、第二环部(15)以及第一环部(10)依次由内向外同心布置，所述两个第一圆形部(11)之间沿所述x轴对称布置，两个第一圆形部(11)通过中间连接部(12)连接；
寄生枝节敷铜层(9)包括过渡部(14)与两个突出部(13)，所述突出部(13)通过所述过渡部(14)与所述第一环部(10)连接，所述突出部(13)沿所述x轴对称，所述两个突出部(13)之间沿所述y轴对称。
2.根据权利要求1所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，所述第二介质基板(3)上设置有多个金属化通孔(5)，所述第二介质基板(3)上的多个金属化通孔(5)沿所述第一耦合缝隙(6)周向布置。
3.根据权利要求2所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，所述寄生枝节敷铜层(9)内设置有两个金属化通孔(5)，所述设置在寄生枝节敷铜层(9)内的金属化通孔(5)沿所述x轴对称，两个设置在寄生枝节敷铜层(9)内的金属化通孔(5)之间沿y轴对称。
4.根据权利要求1所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，第一耦合缝隙(6)、第二耦合缝隙(7)分别设置在所述第一介质基板(2)、第二介质基板(3)的中心位置。
5.根据权利要求3所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，所述中间连接部(12)的尺寸大于所述第一耦合缝隙(6)的尺寸，所述第一耦合缝隙(6)的尺寸大于所述第二耦合缝隙(7)的尺寸。
6.根据权利要求1所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，所述第一介质基板(2)的厚度大于第二介质基板(3)的厚度、所述第二介质基板(3)的厚度大于所述第三介质基板(4)的厚度。
7.根据权利要求1所述的基于双环形结构的5G毫米波双频段天线，其特征在于，所述金属化通孔(5)的侧壁为金属铜。
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