CN116210125A - 天线结构及包括该天线结构的电子设备 - Google Patents

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CN116210125A CN202180064557.XA CN202180064557A CN116210125A CN 116210125 A CN116210125 A CN 116210125A CN 202180064557 A CN202180064557 A CN 202180064557A CN 116210125 A CN116210125 A CN 116210125A
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Abstract

本公开涉及用于支持比诸如长期演进(LTE)的第四代(4G)通信系统更高的数据传输速率的第五代(5G)或预5G通信系统。根据本公开的各种实施例，在无线通信系统中的包括天线的电子设备可以包括：辐射器；主体；以及用于发送信号的馈电单元，其中辐射器耦接到主体的至少一部分，馈电单元耦接到主体以支撑主体，辐射器被设置为与馈电单元间隔开以形成空气隙。

Description

天线结构及包括该天线结构的电子设备
技术领域
本公开一般涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及无线通信系统中的天线结构和包括该天线结构的电子设备。
背景技术
为了满足自4G通信系统部署以来增加的对无线数据流量的需求，已经努力开发改进的5G或预5G通信系统。因此，5G或预5G通信系统也被称为“超越4G网络”通信系统或“后长期演进(后LTE)”系统。
5G通信系统被认为是在超高频(毫米波)频带(例如，60GHz频带)中实现的，以便实现更高的数据速率。为了降低无线电波的传播损耗并增加超高频带中的传输距离，在5G通信系统中讨论了波束成形、大规模多输入多输出(大规模MIMO)、全维MIMO(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形、大规模天线技术。
此外，在5G通信系统中，基于高级小小区、云无线电接入网络(云RAN)、超密集网络、设备到设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协作多点(CoMP)、接收端干扰消除等，正在进行系统网络改进的开发。
在5G系统中，还开发了作为高级编码调制(ACM)的混合FSK和QAM调制(FQAM)和滑动窗口叠加编码(SWSC)，以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)。
发明内容
技术问题
基于上述逻辑，本公开提供了一种在无线通信系统中通过低介电常数实现宽带特性的天线结构和包括该天线结构的电子设备。
技术方案
根据本公开的各种实施例，在无线通信系统中的包括天线的电子设备可以包括：辐射器；主体；以及用于传输信号的馈电单元，其中辐射器耦接到主体的至少一部分，馈电单元耦接到主体以支撑主体，辐射器被设置为与馈电单元间隔开以形成空气隙(air gap)。
根据本公开的各种实施例，大规模多输入多输出(MIMO)单元(MMU)设备可以包括至少一个处理器、馈电网络和包括多个天线元件的子阵列，其中子阵列的每个天线元件包括主体、耦接到主体的至少一部分的辐射器和耦接到主体以支撑主体的馈电单元，并且辐射器被设置为与馈电单元间隔开以形成空气隙。
有益效果
根据本公开的各种实施例的设备和方法可以通过在馈电单元和辐射器之间形成空气隙来提供宽带特性。
可从本公开获得的有利效果不限于上述效果，通过以下描述，本公开所属领域的技术人员可以清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
图1示出了根据本公开的各种实施例的无线通信系统。
图2是示出了根据本公开实施例的宽带特性的示例的视图。
图3示出了根据本公开实施例的缝隙贴片结构的示例。
图4示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的示例。
图5示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的组件。
图6A至图6D描绘了指示根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的天线性能的曲线图。
图7A至图7D示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的示例。
图8示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的设计过程的示例。
图9示出了根据本公开实施例的包括具有缝隙贴片结构的天线的电子设备的功能配置。
具体实施方式
本公开中使用的术语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限制本公开。单数表达可以包括复数表达，除非它们在上下文中明确不同。除非另有定义，否则本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的那些相同的含义。通常使用的词典中定义的这些术语可以被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义，并且除非在公开内容中明确定义，否则不应被解释为具有理想的或过于正式的含义。在一些情况下，甚至在本公开中定义的术语也不应被解释为排除本公开的实施例。
在下文中，将基于硬件的方法来描述本公开的各种实施例。然而，本公开的各种实施例包括使用硬件和软件的技术，因此本公开的各种实施例不排除软件的观点。
下文中，本公开涉及无线通信系统中的天线结构和包括该天线结构的电子设备。具体而言，本公开描述了一种技术，当在无线通信系统中设计天线元件时，该技术通过在馈电单元和辐射器之间形成空气隙来降低介电常数，并通过低介电常数来确保宽带特性。
在下面的描述中，涉及电子设备组件(例如，基板、印刷电路板(PCB)、柔性PCB(FPCB)、天线、天线元件、电路、处理器、芯片、元件和设备)的术语，涉及组件形状(例如，结构主体、结构、支撑、触点和突起)的术语，涉及结构之间的连接(例如，连接部分、触点部分、支撑部分、触点结构、导电构件和集成件)的术语，涉及电路(例如，PCB、FPCB、信号线、馈电线、数据线、RF信号线、天线电缆、RF路径、RF模块、RF电路)等说明性用于便于描述的术语。因此，本公开不限于下面使用的术语，并且可以使用涉及具有等同技术含义的主题的其他术语。此外，如下文所使用的，术语“单元”、“设备”、“构件”、“主体”等可以表示至少一种形状结构，或者可以表示用于处理功能的单元。
在本公开中，将使用一些通信标准(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP))中采用的术语来描述各种实施例，但是它们仅仅是为了说明的目的。通过修改，本公开的实施例也可以容易地应用于其他通信系统。
图1示出了根据本公开的各种实施例的无线通信系统。图1所示的无线通信环境100示出了作为使用无线信道的节点的一部分的基站110和终端120的示例。
参考图1，无线通信环境100可以包括基站110和终端120。
基站110对应于用于向终端120提供无线接入的网络基础设施。基站110具有被定义为基于信号可传输距离的预定地理区域的覆盖范围。除了基站之外，基站110可以被称为大规模多输入多输出(MIMO)单元(MMU)、“接入点(AP)”、“eNodeB(eNB)”、“第五代节点”、“5GNodeB(NB)”、“无线点”、“发送/接收点(TRP)”、“接入单元”、“数字单元(DU)”、“发送/接收点(TRP)”、“无线电单元(RU)”、远程无线电头端(RRH)或具有与其等同的技术含义的其他名称。基站110可以发送下行链路信号或接收上行链路信号。
终端120是用户使用的设备，并且通过无线信道与基站110进行通信。在一些情况下，终端120可以在没有用户参与的情况下操作。即，终端120可以是用于执行机器类型通信(MTC)并且不由用户携带的设备。除了终端之外，终端120还可以被称为“用户装置(UE)”、“移动站”、“用户站”、“用户房屋设备(CPE)”、“远程终端”、“无线终端”、“电子设备”、“车辆终端”、“用户设备”或具有与其等同的技术含义的其他术语。
波束成形技术被用作减少传播路径损耗和增加无线电传播距离的技术之一。通常，波束成形使用多个天线来集中无线电波的到达区域，或者增加特定方向上的接收灵敏度的方向性。因此，基站110可以包括多个天线以形成波束成形覆盖，而不是通过使用单个天线以各向同性图案形成信号。以下，将描述包括多个天线的天线阵列。图1B中所示的天线阵列的示例仅仅是用于解释本公开的实施例的示例，并且不被解释为限制本公开的其他实施例。
基站110可以包括波束成形装置130。根据实施例，作为波束成形装置，基本状态110可以包括包含天线阵列的大规模MIMO单元(MMU)。天线阵列中包括的每个天线可以被称为阵列元件或天线元件。天线阵列可以被描述为二维平面阵列，但是这仅仅是一个实施例，并不限制本公开的其他实施例。根据另一个实施例，天线阵列可以被配置为各种形式，如线性阵列。天线阵列可以被称为大规模天线阵列。
提高5G通信的数据容量的主要技术是使用连接到多个RF路径的天线阵列的波束成形技术。为了获得更高的数据容量，需要增加射频路径的数量或者增加每条射频路径的功率。RF路径的增加可能导致产品尺寸的增加，并且由于安装中的空间限制，实际的基站设备目前处于可能不再增加的水平。为了通过高输出增加天线增益，同时不增加RF路径的数量，通过使用RF路径上的分离器(或分配器)来连接多个天线元件，以增加天线增益。
用于执行无线通信的装置(例如，基站110)的天线(或天线元件)的数量已经增加，以提高通信性能。此外，用于处理通过天线元件接收或发送的RF信号的RF部件(例如，放大器和滤波器)和组件的数量已经增加，因此除了满足通信性能之外，在配置通信设备时还本质上需要空间增益和成本效率。
为了在一个小区中服务更多的用户，需要支持更宽的带宽。为此，需要宽带基站设备，并且宽带天线对于实现宽带基站装置是必不可少的。设计宽带天线存在困难。需要满足频带内所需的宽反射系数和波束特性。由于安装在高地上的基站的特性，天线波束固定地指向地面并且物理基站辐射角度调整(例如，倾斜)。天线元件之间的预定相位差需要通过馈电网络来实现，以将天线波束导向地面。宽带天线对于馈电网络的设计是必要的，以具有理想的相位差。实际上，当不使用宽带天线时，基站覆盖可能不安全。可能出现栅瓣(grating lobe)，或者覆盖范围可能容易失真。为了解决上述问题，在下文中，本公开的实施例提出了一种天线结构，其可以覆盖宽频带并且在覆盖性能上具有较小的失真。
图2是示出了根据本公开实施例的宽带特性的示例的视图。
参照图2，史密斯圆图(Smith chart)200是与反射系数相关的史密斯圆图。反射系数是S参数，意为S11。这里，史密斯圆图200上的曲线220可以表示为下面的方程式。
【方程式1】
Figure BDA0004136727650000051
这里，Γ表示参考点210处的反射系数，θ1表示相位变化量。用于覆盖宽频带的特性，即宽带特性，表示在相应频带上天线特性的相对小的变化。即，即使频率改变，天线特性越恒定，宽带特性可能越好。因此，可以理解，如果S11根据频率的变化为低，则宽带特性为高。为了检查频率和相位之间的关系，首先，相位常数可以由下面的方程式表示。
【方程式2】
Figure BDA0004136727650000052
β表示相位常数，表示波每单位长度传播的相位变化量。θ表示相位，L表示长度。
相速度可以表示为下面的方程式。
【方程式3】
Figure BDA0004136727650000061
vp表示相速度，w表示每个频率，f表示频率，ε表示介电常数，μ表示磁导率。
下面的方程式可以通过方程式2和方程式3导出。
【方程式4】
Figure BDA0004136727650000062
θ表示相位、L表示长度、f表示频率、ε表示介电常数和μ表示磁导率。考虑到频率和相位之间的关系，为了使频率变化的相位变化小，要求系数的部分
Figure BDA0004136727650000063
小。在下文中，本公开使用介电常数ε作为系数部分A的调节因子。换句话说，提出了具有低介电常数的天线结构。
相对于空气，εr＝1，并因此系数是
Figure BDA0004136727650000064
相对于电介质，εr>1，并因此系数为/>
Figure BDA0004136727650000065
由于空气的系数较低，因此可以确定根据频率的变化为小。因为A1>A0，为了宽带特性，需要形成空气隙。在下文中，将参照图3A和图3B描述本公开的缝隙贴片天线的设计原理。
图3示出了根据本公开实施例的缝隙贴片结构的示例。在本公开中，缝隙贴片结构表示用于通过馈电单元和辐射器之间的空气隙提供低介电常数的结构。将参照图3A和图3B描述该结构的具体示例。
参考图3，截面图301示出了缝隙贴片结构的截面的示例。截面图302示出了缝隙贴片结构的截面的另一个示例。缝隙贴片结构可以包括贴片310、馈电单元320和电介质330。在这种情况下，贴片310是辐射元件，并且可以被配置为向空气辐射电信号。馈电单元320对应于用于向辐射器馈送电信号的组件，并且可以包括通过信号处理传输的馈电线。例如，馈电单元320可以由金属形成。馈电单元320可以同时用作支撑和执行信号传输。根据实施例，馈电单元320可以通过耦接馈电来向贴片310传输电信号。电介质330可以被配置为耦接到馈电单元以传输电荷。根据实施例，电介质330可以被设置成固定馈电单元320。
根据图2中描述的原理，举例说明了一种结构，其中形成空气隙340，以通过降低信号在其中传输的区域中的介电常数来减小根据频率变化的天线特性的变化。该结构可以被称为缝隙贴片结构。缝隙贴片结构是指贴片310和馈电单元320之间存在空气隙的结构，即，不存在独立电介质的区域(或层)的结构。
图4示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的组件。缝隙贴片结构是指这样一种结构，其中在天线的馈电单元和辐射器之间的部分(即耦接部分)中确保没有电介质的区域。
天线400可以包括贴片410、支撑415和馈电单元420。贴片410是贴片天线，并且可以用作辐射器。贴片410可以将从馈电单元420传输的信号辐射到空气中。根据实施例，贴片410可以由金属辐射器配置。根据实施例，贴片410可以通过热熔方法固定到支撑415，这将在下面描述。
支撑415代表天线元件的主体(例如，液晶聚合物(LCP)主体)。支撑415可以具有低介电常数结构。根据实施例，支撑415可以包括电介质和作为介质的空气。在这种情况下，支撑415的电介质可以被设置成固定将要描述的馈电单元的腿。根据一个实施例，支撑415可以通过注射成型方法(例如，嵌入注射)形成。将参照图8描述具体的生产方法。
支撑415可以被设置成支撑贴片410。为此，支撑415的至少一个区域可以包括突起，以形成比用于形成空气隙的介电区域更高的高度。支撑415可以通过突起结合到辐射器。支撑415的突起可以用作支撑辐射器的支柱。根据实施例，支撑415可以在如热熔方法的生产处理过程中通过突起固定辐射器。
馈电单元420可以附着到印刷电路板(PCB)，并且可以通过耦接馈电将从馈电线传输的信号传输到贴片410。根据实施例，馈电单元420可以用作隔离器。馈电单元420除了执行馈电之外还可以用作支撑。馈电单元420可以包括用于稳定结构的腿型支撑。根据实施例，为了稳定支撑，馈电单元420可以被配置为
Figure BDA0004136727650000071
型腿的形式。在下文中，为了解释方便，
Figure BDA0004136727650000072
型馈电单元被描述为示例，在本公开的实施例中，馈电单元420的形状不限于/>
Figure BDA0004136727650000073
形状。例如，馈电单元420可以包括/>
Figure BDA0004136727650000074
型腿。
馈电单元420可以包括用于稳定结构的多个腿型支撑。例如，馈电单元420可以包括四个腿型支撑。馈电单元420可以包括第一腿型支撑421a、第二腿型支撑421b、第三腿型支撑421c和第四腿型支撑421d。图4示出了四个腿型支撑作为示例，但是这仅仅是本公开的实施例，并不排除其他实施变型。例如，馈电单元420可以包括两个腿型支撑。例如，馈电单元420可以包括八个腿型支撑。这里，为了稳定布置，每个腿型支撑可以基于贴片410的中心基本对称地设置。尽管图4中未示出，但是馈电单元420可以通过腿型支撑固定到PCB或电介质板(即，馈电网络)。腿型支撑可以通过表面安装技术(SMT)附着到相应的板上。在这种情况下，作为示例，馈电单元420的腿型支撑可以经受电镀处理。
腿型支撑可以设计成具有用于馈电的结构。每个腿型支撑可以执行馈电功能。腿型支撑可以被称为馈电腿。根据实施例，馈电单元420的所有腿型支撑可以被配置为馈电信号。在下文中，为了便于解释，腿型支撑被描述为作为本公开中的馈电单元420的示例的馈电腿，但是本公开的实施例不限于此。在一些其他实施例中，馈电单元420的腿型支撑的部分组可以被配置为馈电信号，并且其另一组可以仅被包括用于支撑功能。
根据实施例，馈电单元420可以被配置为提供双极化。具有不同极化的信号可以通过两条馈电线传输到贴片410。在这种情况下，由第一馈电支路传输的信号的极化(即，共极化分量)和由第二馈电支路传输的信号的极化(共极化分量)可以彼此正交。考虑到双极化，可以布置馈电单元420的馈电支路。双极化的实施例可以与前述实施例相结合。举例来说，四个腿型支撑中的两个支撑用于馈电腿，其他支撑可以是用于支撑在辐射器和PCB之间的结构。此外，用于执行馈电功能的腿形支撑可以被布置成提供双极化。
至于腿型支撑的布置和数量、馈电线中腿型支撑的包含等，在不偏离缝隙贴片结构(本公开的特征)的范围内，可以允许除上述示例之外的各种修改。
图4中示出了具有缝隙贴片结构的天线的组件的示例。在下文中，参考图5，将描述通过耦接组件来形成缝隙贴片结构的方法。
图5示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的示例。缝隙贴片结构是指这样一种结构，其中在天线的馈电单元和辐射器之间的部分(即耦接部分)中确保没有电介质的区域。图4中的天线400被示例为具有缝隙贴片结构的天线。
参照图5，透视图501示出了具有缝隙贴片结构的天线400的组件被耦接的示例。截面图402示出了天线400的截面的示例。放大图403示出了天线400的截面中所示的缝隙贴片结构。这些组件可以包括贴片410、支撑415和馈电单元420。参考放大视图403，支撑415可以包括电介质530。馈电单元420可以包括馈电腿521。
为了解释缝隙贴片结构，首先定义表示缝隙的术语。高度是基于主体的一个表面(以下称为参考表面)来定义的。馈电腿521的高度可以被定义为第一高度511。辐射器530的高度可以被定义为第二高度512。辐射器512可以是天线主体的组件。贴片410的高度可以被定义为第三高度513。贴片410的高度表示在贴片410的支撑415耦接(例如，热熔方法)到将被固定设置的结构的情况下，贴片410和参考表面之间的缝隙。
缝隙贴片结构表示在辐射器(例如，贴片410)和馈电体(例如，馈电腿521)之间具有缝隙的结构。该缝隙表示具有低介电常数的空气隙。因此，根据实施例，第一高度511需要低于第三高度513。原因是因为第一高度511和第三高度513之间的差是缝隙。因此，当贴片410耦接到支撑415时，例如，在贴片410通过热熔压结合到支撑415的情况下，可以执行该过程，使得第三高度513形成为高于第一高度511。然而，这仅仅是生产过程顺序的示例，并且在首先确定第三高度513然后确定第一高度511的情况下，可以执行过程使得馈电腿形成为具有低于指定范围的高度，即第三高度513。
此外，根据实施例，为了形成稳定的空气隙，电介质需要设置在第一高度511之下，第一高度511是空气隙开始的高度。即，第二高度512需要低于第一高度511。支撑415可以形成为允许电介质530插入低于第一高度511的位置。
贴片410、支撑415和馈电支路521以前述方式在其中耦接的天线400可以通过SMT安装在PCB(例如，称为天线板或馈电网络板)上。电介质530可以固定在支撑415中。以这种方式生产的天线可以对应于阵列天线中的天线元件。一组天线元件可以形成子阵列(例如，nx1子阵列，其中n是大于或等于2的整数)。子阵列可以通过与馈电网络(例如功率分配器)耦接来形成波束。可以通过功率分配器的长度调整来调整相位，从而以各种方式形成波束。这里，由于在天线元件和馈电单元之间形成的空气隙，子阵列可以在宽带中提供稳定的频率特性。稳定的频带可以改善覆盖范围和吞吐量。
在下文中，将参考图6A至图6D通过图表描述具有缝隙贴片结构的天线的性能的示例。
图6A至图6D描绘了指示根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的天线性能的曲线图。缝隙贴片结构是指这样一种结构，其中在天线的馈电单元和辐射器之间的部分(即耦接部分)中确保没有电介质的区域。图4中的天线400被示例为具有缝隙贴片结构的天线。
参考图6A，第一曲线图610指示根据本公开实施例的天线的回波损耗性能。横轴表示工作频率(即频带，单位：GHz)，纵轴表示回波损耗。第一线611表示传统天线(例如窄带天线)的回波损耗，第二线612表示具有根据本公开实施例的缝隙贴片结构的天线的回波损耗。可以看出，第二线612中具有一定回波损耗或更小的频带的宽度被形成为比第一线611中具有一定回波损耗或更小的频带的宽度更宽。这可能意味着它在频带内表现出宽带特性。由于即使在宽带中也稳定地形成带宽，因此可以确定，在通过具有缝隙贴片结构的天线倾斜(扫描)天线的情况下，可以确保相对较宽的覆盖范围。
参考图6B，第二曲线图620指示根据本公开实施例的天线的回波损耗性能。横轴表示波束角(单位：deg(度))，纵轴表示增益(单位：dB(分贝))。参考第二曲线图620，识别出没有出现栅瓣(例如，10dB或更大)。
参考图6C，第三曲线图630指示根据本公开实施例的天线的增益。横轴表示工作频率(即频带，单位：GHz)，纵轴表示天线增益(单位：dB)损耗。第一线631表示传统天线(例如窄带天线)的回波损耗，第二线632表示具有根据本公开实施例的缝隙贴片结构的天线的回波损耗。可以确定，即使工作频率改变，天线增益在第二线632中比在第一线631中在相对较宽的范围内保持恒定。具体地，识别出在第一线631中，每当频率基于中心频率(大约3.8GHz)移动时，增益相对快速地降低。识别出第一线631中具有超过预定量增益的频带大约为370MHz。然而，在第二线632中，随着频率移动，增益降低得相对较慢。识别出第二线631中具有超过预定量增益的频带大约是1050MHz。具有缝隙贴片结构的天线可以在宽带中保持高增益，形成强场，并且由于空气隙而具有较小的介电损耗，从而提供高效率。因此，具有缝隙贴片结构的天线可以用于宽带服务。
参照图6D，第四曲线图640指示根据本公开实施例的天线的图案。在第四曲线图640中，天线方向图指示单个天线元件的水平波束方向图。横轴表示波束角(单位：度)，纵轴表示增益(单位：dB)。第一线641指示3.5GHz频带中的天线方向图。第二线642表示3.7GHz频带中的天线方向图。第三条线643表示3.9GHz频带中的天线方向图。第四条线644表示4.1GHz频带中的天线方向图。参考第四曲线图640，可以看出在宽带中形成了稳定的波束图案。
图7A至图7D示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的示例。缝隙贴片结构是指这样一种结构，在其中在天线的馈电单元和辐射器之间的部分(即耦接部分)中确保没有电介质的区域。
在描述图7A至图7D之前，定义馈电方法。间接馈电是指在辐射器和馈电单元之间存在空气隙或电介质的结构中的馈电方法。在下文中，将通过图7A至图7B例示根据直接馈电方法的缝隙贴片结构。直接馈电方法是指辐射器和馈电单元直接连接的结构的馈电方法。在下文中，将通过图7C至图7D例示根据直接馈电方法的缝隙贴片结构。
参考图7A，缝隙贴片天线700a可以包括第一贴片711a、第二贴片712a、第一馈电结构721a、第二馈电结构722a和电介质730a。这里，举例来说，第一贴片711a和第二贴片712a可以包括金属。此外，举例来说，第一馈电结构721a和第二馈电结构722a可以包括金属。电介质730a可以插入图中所示的第一馈电结构721a和第二馈电结构722a之间。基于图7A，第一贴片711a可以设置在第一馈电结构721a、第二馈电结构722a和电介质730a上。第二贴片712a可以设置在第一贴片711a上。
根据实施例，第一贴片711a可以被设置成与第一馈电结构721a和第二馈电结构722a都间隔开。即，可以在第一贴片711a和馈电单元(第一馈电结构721a和第二馈电结构722a)之间形成缝隙。此外，第二贴片712a和第一贴片711a可以设置在彼此间隔开的位置上。换句话说，缝隙可以存在于第二贴片712a和第一贴片711a之间，以形成空气隙。缝隙贴片天线700a可以具有包括第一贴片711a和馈电之间的空气隙以及第二贴片711b和第一贴片711a之间的空气隙的结构。
参考图7B，缝隙贴片天线700b可以包括第一贴片711b、第二贴片712b、第一馈电结构721b、第二馈电结构722b和电介质730b。这里，作为示例，第一贴片711b和第二贴片712b可以包括金属。此外，举例来说，第一馈电结构721b和第二馈电结构722b可以包括金属。电介质730b可以插在图中所示的第一馈电结构721b和第二馈电结构722b上。基于图7B，电介质730b可以设置在第一贴片711b上。第二贴片712b可以设置在第一贴片711b上。
根据实施例，第一贴片711b可以与馈电单元(第一馈电结构721b和第二馈电结构722b)间隔开地设置，并且电介质730b可以插入其间。即，在第一贴片711b和馈电单元(第一馈电结构721b和第二馈电结构722b)之间没有形成缝隙。然而，第二贴片712b和第一贴片711b可以设置在彼此间隔开的位置上。换句话说，缝隙可以存在于第二贴片712b和第一贴片711b之间，以形成空气隙。缝隙贴片天线700b可以具有包括第二贴片711b和第一贴片711b之间的空气隙的结构。
参考图7C，缝隙贴片天线700c可以包括第一贴片711c、第二贴片712c、第三馈电结构723c、第四馈电结构724c和电介质730c。这里，作为示例，第一贴片711c和第二贴片712c可以包括金属。此外，举例来说，第三馈电结构723c和第四馈电结构724c可以包括金属。电介质730c可以插入图中所示的第三馈电结构723c和第四馈电结构724c之间。第三馈电结构723c和第四馈电结构724c可以直接连接到第一贴片711c。即，第一贴片711c以直接馈电方法接收信号。在一些实施例中，根据直接连接，馈电结构可以具有
Figure BDA0004136727650000121
型。图7C中示出了
Figure BDA0004136727650000122
型，但是这仅仅是一个实施例，本公开不限于此。图中所示的馈电结构可以用具有
Figure BDA0004136727650000123
型的结构代替。
基于图7C，第二贴片712c可以设置在第一贴片711c上。根据实施例，第一贴片711c可以由馈电单元(第一馈电结构721c和第二馈电结构722c)直接馈电。电介质730c可以设置在耦接部分下方。然而，第二贴片712c和第一贴片711c可以设置在彼此间隔开的位置上。换句话说，缝隙可以存在于第二贴片712c和第一贴片711c之间，以形成空气隙。缝隙贴片天线700c可以具有包括第二贴片711c和第一贴片711c之间的空气隙的结构。
参考图7D，缝隙贴片天线700d可以包括第一贴片711d、第二贴片712d、第三馈电结构723d、第四馈电结构724d和电介质730d。这里，举例来说，第一贴片711d和第二贴片712d可以包括金属。此外，举例来说，第三馈电结构723d和第四馈电结构724d可以包括金属。电介质730d可以插入图中所示的第三馈电结构723d和第四馈电结构724d之间。第三馈电结构723d和第四馈电结构724d可以直接连接到第一贴片711d。即，第一贴片711d以直接馈电方法接收信号。在一些实施例中，根据直接连接，馈电结构可以具有
Figure BDA0004136727650000124
型。在图7D中示出了
Figure BDA0004136727650000125
型，但是这仅仅是一个实施例，本公开不限于此。图中所示的馈电结构可以用具有
Figure BDA0004136727650000131
型的结构代替。
基于图7D，第二贴片712d可以设置在第一贴片711d上。根据实施例，第一贴片711d可以由馈电单元(第一馈电结构721d和第二馈电结构722d)直接馈电。此外，电介质730d可以与第一贴片711d耦接。然而，第二贴片712d和第一贴片711d可以设置在彼此间隔开的位置上。换句话说，缝隙可以存在于第二贴片712d和第一贴片711d之间，以形成空气隙。缝隙贴片天线700d可以具有包括第二贴片711d和第一贴片711d之间的空气隙的结构。
通过图7A至图7D，已经描述了具有缝隙贴片结构的各种类型的天线的示例。然而，图7A至图7D的示例仅仅是从通过用于在辐射器(例如，辐射贴片)和馈电单元之间形成空气隙的支撑设计的天线结构修改的示例，并且不被解释为限制本公开的实施例。只要其中辐射器和馈电单元通过结构固定并且辐射器和馈电单元形成空气隙的天线结构，该天线结构可以被理解为本公开的实施例。即，作为使用空气隙和电介质的一种或多种组合，添加了贴片的所有结构也可以对应于本公开的实施例。
图8示出了根据本公开实施例的具有缝隙贴片结构的天线的设计过程的示例。缝隙贴片结构是指这样一种结构，在其中在天线的馈电单元和辐射器之间的部分(即耦接部分)中确保没有电介质的区域。尽管图4的天线400被示例为具有缝隙贴片结构的天线，但是除了图7A至图7D的天线之外，以下描述可以以相同或相似的方式应用于形成本公开的缝隙贴片结构的天线。图8中描述的设计过程仅仅是用于设计前述缝隙贴片天线的过程的实施例，因此本公开的缝隙贴片结构不应被解释为限制该结构必须在图8所示的方法中设计。即，形成缝隙贴片结构的结构的一部分可以通过与图8所示的方法不同的过程来设计。
参照图8，可以通过第一过程801、第二过程803、第三过程805、第四过程807和第五过程809来生产可附接到PCB的天线模块。
第一过程801可以包括插入过程。作为插入材料，可以将腿型支撑物插入模具中。这里，对腿型支撑的描述不仅可以对应于用作馈电器的馈电腿，还可以对应于执行简单支撑功能的结构。根据实施例，腿型支撑可以包括金属或电镀材料。
第二过程803可以包括注射成型过程。注射成型是一种通过将熔融材料注射到模具中来生产结构的生产过程。注射成型可用于生产主体，例如图4的支撑415。这里，主体可以对应于LCP主体。在注射成型过程期间，可以插入第一过程801的模具(在下文中，模具下板)、腿型支撑和电介质，并且对应于主体的模具(在下文中，模具上板)可以耦接到其上。
第三过程805可包括移除耦接用于注射成型的模具的过程。当移除模具时，得到主体和腿型结构(馈电单元)耦接的结构。
第四过程807可以包括压制过程。在第四过程807中，可以执行将贴片附接到由第三过程805得到的结构的压制过程。在这种情况下，压制可以包括热熔压制过程。可以执行压制过程，使得固定贴片的高度形成为高于腿型支撑(馈电腿)的高度。通过热熔压制，贴片可以在主体的突起上具有固定的高度。根据本公开的实施例，可以指定贴片的压制高度以形成缝隙贴片结构。
第五过程809可以包括将由第四过程807得到的天线结构耦接到PCB的过程。天线结构可以对应于天线辐射器和馈电单元耦接的结构。在这种情况下，用于将天线结构附接到PCB的方法可以包括通过SMT将腿型支撑附接到PCB的过程。
图9示出了根据本公开实施例的包括具有缝隙贴片结构的天线的电子设备的功能配置。电子设备910可以对应于图1中的基站110或基站110的MMU。然而，与上面的描述不同，本公开不排除电子设备910可以在图1中的终端120中实现的情况。本公开的实施例包括参照图1至图8提及的天线结构以及包括该天线结构的电子设备。电子设备910可以包括在天线阵列内部具有缝隙贴片结构的天线元件。
图9示出了电子设备910的示例性功能配置。电子设备910可以包括天线单元911、滤波器单元912、射频(RF)处理器913和控制器914。
天线单元911可以包括多个天线。天线执行通过无线信道发送或接收信号的功能。天线可以包括由导体形成的辐射器或形成在基板(例如，PCB)上的导电图案。天线可以在无线信道上辐射上变频信号，或者获得由其他设备辐射的信号。每个天线可以被称为天线元件或天线组件。在一些实施例中，天线部分911可以包括天线阵列，其中多个天线元件形成阵列。天线单元911可以通过RF信号线电连接到滤波器单元912。天线部件911可以安装在包括多个天线元件的PCB上。PCB可以包括用于连接每个天线元件和滤波器单元912的多条RF信号线。RF信号线可以被称为馈电网络。天线单元911可以向滤波器单元912提供接收的信号，或者将滤波器单元912提供的信号辐射到空气中。根据本公开实施例的天线单元911可以包括具有缝隙贴片结构的天线元件。如参照图1至图8所述，缝隙贴片结构表示通过支撑设计的天线结构，用于在辐射器(例如，贴片天线)和馈电单元之间形成空气隙。尽管图4的天线400在图9中被示例为具有缝隙贴片结构的天线，但是除了图7A至图7D的天线之外，以下描述可以以相同或相似的方式应用于形成本公开的缝隙贴片结构的天线。
滤波器单元912可执行滤波以传输期望频率的信号。滤波器单元912可通过产生谐振来执行选择性地识别频率的功能。滤波器单元912可以包括带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或带阻滤波器中的至少一个。即，滤波器单元912可以包括用于获得发送频带或接收频带中的信号的RF电路。根据各种实施例的滤波器单元912可以电连接天线部分911和RF处理器913。
RF处理器913可以包括多个RF路径。RF路径可以是通过天线接收的信号或通过天线辐射的信号通过的路径单元。至少一个RF路径可以被称为RF链。RF链可以包括多个RF元件。RF元件可以包括放大器、混频器、振荡器、DAC、ADC等。例如，RF处理器913可以包括用于将基带中的数字传输信号上变频为传输频率的上变频器和用于将上变频的数字传输信号转换为模拟RF传输信号的数模转换器。上变频器和DAC形成传输路径的一部分。传输路径还可以包括功率放大器(PA)或耦接器(或组合器)。此外，例如，RF处理器913可以包括用于将模拟RF接收信号转换成数字接收信号的模数转换器(ADC)和用于将数字接收信号下转换成地面频带中的数字接收信号的下转换器。ADC和下变频器形成接收路径的一部分。接收路径还可以包括低噪声放大器(LNA)或耦接器(或分配器)。RF处理器的RF部件可以在PCB上实现。基站910可以包括天线部分911、滤波器部分912和RF处理器913顺序堆叠的结构。RF处理器的天线和RF部件可以在PCB上实现，并且PCB和PCB之间的滤波器可以彼此重复耦接以形成多个层。
处理器914可以控制电子设备910的一般操作。处理器914可以包括用于执行通信的各种模块。处理器914可以包括至少一个处理器，例如调制解调器。处理器914可以包括用于数字信号处理的模块。例如，处理器914可以包括调制解调器。当发送数据时，处理器914可以通过编码和调制传输比特流来生成复符号。此外，例如，当接收到数据时，处理器914可以通过解调和解码基带信号来恢复比特流。处理器914可以执行通信标准所需的协议栈的功能。
在图9中，电子设备910的功能配置被描述为可以利用本公开的天线结构的设备。然而，图10中所示的示例仅仅是利用根据通过图1至图8描述的本公开的各种实施例的天线结构的示例性配置，并且本公开的实施例不限于图10中所示的设备的组件。因此，包括天线结构的天线模块、其他类型的通信设备以及天线结构本身也可以被理解为本公开的实施例。
根据本公开的各种实施例，无线通信系统中的天线设备可以包括辐射器、主体和用于发送信号的馈电单元，其中辐射器耦接到主体的至少一部分，馈电单元耦接到主体以支撑主体，辐射器被设置为与馈电单元间隔开以形成空气隙(air gap)。
根据实施例，天线设备可以进一步包括耦接到馈电单元的印刷电路板(PCB)。
根据实施例，在根据权利要求2的天线设备中，馈电单元可以通过表面安装技术(SMT)耦接到PCB。
根据实施例，馈电单元可以包括多个腿结构，并且在多个腿结构中，第一馈电腿结构的馈电和第二馈电腿结构的馈电可以被配置为形成双极化。
根据实施例，天线设备可以进一步包括用于支撑主体的附加腿结构。
根据实施例，在天线设备中，辐射器可以包括辐射贴片，辐射贴片的第一表面可以耦接到主体的至少一部分，并且辐射贴片的第一表面可以与馈电单元间隔开地设置。
根据实施例，在天线设备中，主体可以包括电介质，主体的至少一部分可以包括形成为比电介质的高度长的突起，并且电介质的高度可以低于馈电单元的高度。
根据实施例，天线设备可以对应于子阵列的天线元件。
根据实施例，辐射器和馈电单元中的每一个可以通过注射成型、模具或三维(3D)打印机中的至少一种方法形成。
根据实施例，主体可以通过注射成型形成。
根据实施例，在天线设备中，馈电单元可以被配置为通过耦接馈电向辐射器传输电信号。
根据实施例，在天线设备中，馈电单元和辐射器可以被布置成形成一种结构，其中在馈电单元和辐射器之间不存在电介质。
根据实施例，天线设备还可以包括附加辐射器，附加辐射器可以设置在辐射器和馈电单元之间，附加辐射器和辐射器可以被布置成彼此间隔开以形成第一空气隙，并且间附加辐射器和馈电单元可以被布置成彼此间隔开以形成第二空气隙。
根据实施例，天线设备可以进一步包括附加辐射器，附加辐射器可以设置在辐射器和主体的电介质之间，并且附加辐射器和辐射器可以被布置成彼此间隔开以形成空气隙。
根据实施例，天线设备可以进一步包括附加辐射器，附加辐射器可以直接连接到馈电单元，并且附加辐射器和辐射器可以被布置成彼此间隔开以形成空气隙。
根据本公开的各种实施例，大规模多输入多输出(MIMO)单元(MMU)设备可以包括至少一个处理器、馈电网络和包括多个天线元件的子阵列，其中子阵列的每个天线元件包括主体、耦接到主体的至少一部分的辐射器和耦接到主体以支撑主体的馈电单元，并且辐射器被设置为与馈电单元间隔开以形成空气隙(空气隙)。
根据实施例，馈电网络可以包括功率分配器，并且功率分配器可以被配置为通过调整线路长度来控制传输到子阵列的信号的相位。
根据实施例，MMU设备可以进一步包括用于馈电网络和子阵列的印刷电路板(PCB)。
根据实施例，每个天线元件的主体可以包括电介质，并且电介质可以设置在具有比馈电单元的高度低的高度的位置上。
在上述实施例中，辐射贴片被描述为辐射器的示例。然而，辐射贴片天线仅仅是一个示例，并且具有相同技术含义的其他辐射结构可以互换使用。
本公开的天线设备可以通过上述缝隙贴片天线结构(即，在辐射器和馈电单元之间形成的空气隙)来提供优异的宽带特性。由于稳定的波束性能，宽带特性可以提高通信信道容量，并导致覆盖范围和吞吐量的提高。此外，辐射器和支撑的集成结构可以降低制造和耦接所需的成本(制造成本、公差降低等)。此外，天线模块可以通过SMT与PCB形成集成结构，因此可以最大化需要多个天线元件的波束成形装置中的大规模生产的效果。可以根据在波束成形设备的天线元件中的辐射贴片下形成的空气隙来确定本公开的实现。
根据本公开的权利要求或说明书中描述的实施例的方法可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
当这些方法由软件实现时，可以提供用于存储一个或多个程序(软件模块)的计算机可读存储介质。存储在计算机可读存储介质中的一个或多个程序可以被配置为由电子设备内的一个或多个处理器执行。该至少一个程序可以包括使得电子设备执行根据由所附权利要求定义和/或在此公开的本公开的各种实施例的方法的指令。
程序(软件模块或软件)可以存储在非易失性存储器中，包括随机存取存储器和闪存、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘存储设备、光盘-ROM(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他类型的光存储设备，或者盒式磁带。可选地，它们中的部分或全部的任意组合可以形成存储程序的存储器。此外，电子设备中可以包括多个这样的存储器。
此外，程序可以存储在可附接的存储设备中，该存储设备可以通过如互联网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)和存储区域网(SAN)或其组合的通信网络来访问电子设备。这种存储设备可以通过外部端口访问电子设备。此外，通信网络上的独立存储设备可以访问便携式电子设备。
在本公开的上述详细实施例中，根据所呈现的详细实施例，本公开中包括的元素以单数或复数表示。然而，为了描述的方便，单数形式或复数形式被适当地选择为所呈现的情形，并且本公开不限于以单数或复数表达的元素。因此，以复数表示的元素也可以包括单个元素，或者以单数表示的元素也可以包括多个元素。
尽管在本公开的详细描述中已经描述了具体实施例，但是很明显，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，本公开的范围不应被定义为限于实施例，而是应由所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (15)

1.一种在无线通信系统中的包括天线的电子设备，所述电子设备包括：
辐射器；
主体；以及
馈电单元，被配置为传输信号，
其中，辐射器耦接到主体的至少一部分，
其中，馈电单元耦接到支撑以支撑主体，以及
其中，辐射器被设置成与馈电单元间隔开以形成空气隙。
2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括将耦接到馈电单元的印刷电路板(PCB)。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，馈电单元通过表面安装技术(SMT)耦接到PCB。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，馈电单元包括多个腿结构，并且所述多个腿结构中的第一馈电腿结构的馈电和第二馈电腿结构的馈电被配置为形成双极化。
5.根据权利要求4所述的电子设备，还包括被配置为支撑主体的附加腿结构。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中辐射器包括辐射贴片，
其中，辐射贴片的第一表面耦接到主体的至少一部分，以及
其中，辐射贴片的第一表面被设置成与馈电单元间隔开。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，主体包括电介质，
其中，主体的至少一部分包括形成为比电介质的高度长的突起，以及
其中，电介质的高度低于馈电单元的高度。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中，辐射器和馈电单元中的每一个都通过注射成型、模具或三维(3D)打印机中的至少一种方法形成。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中，主体通过注射成型形成。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中，馈电单元被配置为通过耦接馈电将电信号传输到辐射器。
11.根据权利要求1所述的电子设备，其中，馈电单元和辐射器被布置成形成一种结构，在该结构中，在馈电单元和辐射器之间不存在电介质。
12.根据权利要求1所述的电子设备，还包括附加辐射器，
其中，附加辐射器设置在辐射器和馈电单元之间，附加辐射器和辐射器被布置成彼此间隔开以形成第一空气隙，并且附加辐射器和馈电单元被布置成彼此间隔开以形成第二空气隙。
13.根据权利要求1所述的电子设备，还包括附加辐射器，
其中，附加辐射器设置在辐射器和主体的电介质之间，以及
其中，附加辐射器和辐射器被布置成彼此间隔开以形成空气隙。
14.根据权利要求1所述的电子设备，还包括附加辐射器，
其中，附加辐射器直接连接到馈电单元，以及
附加辐射器和辐射器被布置成彼此间隔开以形成空气隙。
15.一种大规模多输入多输出(MIMO)单元(MMU)设备，包括：
至少一个处理器；
馈电网络；以及
子阵列，包括多个天线元件，
其中，子阵列的每个天线单元包括：
主体；
辐射器，耦接到主体的至少一部分；以及
馈电单元，耦接到主体以支撑主体，
其中，辐射器被设置成与馈电单元间隔开以形成空气隙。
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