CN116438716A - 天线振子和包括这种天线振子的天线阵列 - Google Patents

Abstract

提供一种天线振子(1)，包括在主平面(P1)中延伸的贴片天线(2)、导电结构(3)、第一馈线(6a)和第二馈线(6b)。所述导电结构(2)包括底部振子(7)和至少一个壁振子(4)，所述壁振子(4)至少部分地包围口径(5)，所述贴片天线(2)叠加在所述口径(5)上方。所述第一馈线(6a)和所述第二馈线(6b)从所述底部振子(7)延伸穿过所述口径(5)，并耦合到所述贴片天线(2)。所述口径(5)可用于生成第一谐振频率(F1)和第四谐振频率(F4)，并且所述贴片天线(2)用于生成第二谐振频率(F2)和第三谐振频率(F3)，其中，(F1)>(F2)>(F3)>(F4)。所述贴片天线(2)、所述导电结构(3)、第二过孔(10)、介电间隙(11)和/或凹部(12)用于扩展所述谐振频率中一个或多个的带宽。

Description

天线振子和包括这种天线振子的天线阵列

技术领域

本发明涉及一种天线振子，包括贴片天线和导电结构。

背景技术

电子设备需要支持越来越多的无线电信号技术。这些技术可以包括蜂窝技术，如2G/3G/4G无线电，以及非蜂窝技术。在即将到来的5G新空口(new radio，NR)技术中，使用的频率范围将从6GHz以下频率扩展到毫米波频率，即26GHz、28GHz、39GHz和41GHz。对于毫米波频率，天线阵列将用于形成具有较高增益的波束，以克服传播介质中较高的路径损耗。

然而，具有较高增益的天线辐射方向图和阵列波束方向图将导致波束宽度变窄。可以利用相控天线阵列等波束控制技术来根据需要将波束转向不同的方向。此外，5G用例更优先考虑性能稳定的全覆盖毫米波天线，以便在所有方向和方位上实现稳定的通信。全覆盖的要求包括双极化，这是确保良好性能所必需的。

此外，平板电脑和手机等电子设备的尺寸是设计电子设备时的一个重要考虑因素。目前的趋势是尽可能提高电子设备的屏占比，这样会使得天线可用空间非常有限，导致不得不减小天线的尺寸，影响其性能，或者使显示屏的大部分不活动。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的天线振子。上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

根据第一方面，提供了一种天线振子，所述天线振子包括在主平面中延伸的贴片天线以及包括底部振子和至少一个壁振子的导电结构，所述壁振子至少部分地包围口径，并且所述贴片天线叠加在所述口径上方。天线振子还包括第一馈线和第二馈线，第一馈线和第二馈线从底部振子延伸穿过口径并耦合到贴片天线。

这样的天线振子有利于实现紧凑的天线设计，其可以通过双极化宽边辐射覆盖多个频率的宽带宽。此外，还有助于生成多个谐振频率。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述馈线电容或电流耦合到所述贴片天线。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，至少一个壁振子包括多个从底部振子的外围区域平行地延伸到贴片天线的第一过孔，所述过孔利用现有组件，例如PCB，并且不必仅仅为了天线辐射而添加更多组件。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述天线振子还包括与所述多个第一过孔平行延伸的至少一个隔离过孔，所述隔离过孔从所述底部振子的中心区域延伸穿过所述口径，并降低所述第一馈线和所述第二馈线之间的耦合。这允许馈线相互隔离，改善了通过馈线实现的双极化。隔离过孔电容或电流耦合到贴片天线。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述天线振子还包括至少一个第二过孔，所述第二过孔与所述多个第一过孔平行延伸，所述第二过孔从所述底部振子的中间区域延伸，穿过所述口径，所述中间区域在所述底部振子的中心区域与所述外围区域之间延伸，便于扩展至少一个天线谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，贴片天线不叠加在第二过孔上方。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，若干壁振子共同形成等角和等边多边形，导电结构的底部振子具有主表面区域，所述主表面区域与贴片天线的主表面区域平行延伸并大于贴片天线的主表面区域，且贴片天线的主表面区域在主平面中延伸。这有助于天线振子的正确操作，并且具有适当的前后比和更高的增益。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壁振子包括至少一个介电间隙，和/或相邻的壁振子由介电间隙隔开，便于扩展至少一个天线谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述介电间隙即沿垂直于所述主平面的方向延伸的纵向槽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述导电结构包括四个壁振子和分隔所述壁振子的四个介电间隙。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壁振子布置成L形，所述L形沿着所述导电结构的所述底部振子的角延伸，使得所述壁振子的第一分支沿着所述底部振子的第一外围边缘延伸，所述壁振子的第二分支沿着所述底部振子的第二外围边缘延伸，第一外围边缘和第二外围边缘相互垂直延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个第一过孔以平行线布置，形成所述导电结构的至少一个内壁振子和至少一个外壁振子，所述内壁振子至少部分地面对所述口径，所述外壁振子至少部分地邻近所述底部振子的外围边缘延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述贴片天线是单中心贴片天线和堆叠贴片天线中的一种，即允许使用具有低剖面或提供更大带宽的贴片天线。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述堆叠贴片天线包括中心贴片和至少一个外围贴片，所述中心贴片和所述一个或多个外围贴片堆叠，使得所述中心贴片的主平面和所述外围贴片的主平面与所述堆叠贴片天线的主平面平行或共面延伸。这形成了双频贴片天线，其需要相对较小的体积，并且具有相对较高的成本效益。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，中心贴片的外部尺寸与外围贴片的内部尺寸相同、更小或更大，使得外围贴片包围中心贴片，反之亦然。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一馈线和所述第二馈线耦合到所述中心贴片，所述耦合相对于所述中心贴片的表面区域偏离中心，所述耦合可选地布置在所述中心贴片的外围边缘附近。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述中心贴片包括贯穿凹部，所述凹部可选地具有方形十字形，便于扩展至少一个天线谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述中心贴片的表面区域为圆形或形成等角和等边多边形。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述外围贴片具有与所述中心贴片的外围边缘的形状相对应的形状的内周边缘，使得所述外围贴片的内周边缘与所述中心贴片的外围边缘之间的间隙保持恒定。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述贴片天线和所述导电结构用于生成多个谐振频率，其中，F1>F2>F3>F4。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述贴片天线用于生成第二谐振频率和第三谐振频率，

而所述导电结构的口径用于生成第一谐振频率和第四谐振频率。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述介电间隙用于扩展所述第三谐振频率的带宽，以生成第四谐振频率。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述贯穿凹部用于扩展所述第二谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述贴片天线用于扩展所述第二谐振频率和/或所述第三谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述导电结构用于扩展所述第一谐振频率和/或所述第四谐振频率的带宽。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第二过孔用于扩展所述第一谐振频率和/或所述第二谐振频率的带宽。

根据第二方面，提供了一种天线阵列，所述天线阵列包括上述的多个天线振子，其中，所述天线振子布置成使得一个天线振子的至少一个壁振子连接到相邻天线振子的相应壁振子。这有助于实现紧凑的天线阵列设计，其可以通过双极化宽边辐射覆盖多个频率的宽带宽。

根据第三方面，提供了一种装置，所述装置包括上述至少一个天线振子或至少一个天线阵列。

本发明的这些和其它方面在下面描述的实施例中是显而易见的。

附图说明

在本发明的以下详细部分中，将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释各方面、实施例和实现方式，其中：

图1示出了根据本发明实施例的天线振子的示意性透视图；

图2a示出了根据本发明实施例的天线振子的示意性透视图；

图2b示出了图2a的实施例的局部透视图；

图3示出了根据本发明实施例的天线振子的透视图；

图4示出了根据本发明实施例的天线振子的横截面侧视图；

图5示出了根据本发明实施例的天线振子的透视图；

图6示出了根据本发明实施例的天线振子的透视图；

图7示出了根据本发明实施例的天线阵列的透视图。

具体实施方式

图7示出了包括多个天线振子1的天线阵列14，其将在下文更详细地描述。天线振子1被布置成使得一个天线振子1的至少一个壁振子4连接到相邻天线振子1的相应壁振子4。天线振子1在同一平面内呈线性顺序排列，使得相同的组件位于相同的垂直位置。图7示出了四个这样的天线振子1，然而，任何合适数量的天线振子1都是可能的。此外，天线振子1可以以m×n矩阵布置。例如，矩阵可以包括两个天线振子1的两个平行线性布置，每个线性布置在一个平面中延伸，使得天线振子1形成行和列，即2×2矩阵。

本发明还涉及一种装置，例如平板电脑或智能手机，包括至少一个天线振子1或至少一个天线阵列14。

图1示出了天线振子1，包括在主平面P1中延伸的贴片天线2、导电结构3、第一馈线6a和第二馈线6b。

导电结构3包括底部振子7和至少一个壁振子4。壁振子4至少部分地包围口径5，即将底部振子7和壁振子4布置成使它们共同形成口径5，例如借助于基本上在主平面中延伸的底部振子7和垂直于底部振子7延伸的壁振子4。如图4所示，贴片天线2叠加在口径5上方，使得底部振子7和贴片天线2之间存在介电填充距离。

导电结构3可以包括一个整体壁振子或几个单独的壁振子，优选地沿着底部振子7的外围边缘延伸。底部振子可以是印刷电路板(printed circuit board，PCB)或类似物。第一馈线6a的第一端和第二馈线6b的第一端可以电耦合到位于底部振子7下面的其它馈线，该馈线连接到射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)(未示出)。

第一馈线6a和第二馈线6b从底部振子7延伸穿过口径5，并都耦合到贴片天线2，便于双极化和宽边辐射。第一馈线6a的第二端和第二馈线6b的第二端可以电容或电流耦合到贴片天线2。第一馈线6a和第二馈线6b可以是探针。

如图3所示，壁振子4可以包括或由多个第一过孔8形成，这些第一过孔8从底部振子7的外围区域A1平行地延伸到贴片天线2。外围区域A1邻近底部振子7的外围边缘延伸，并包括底部振子7的外围边缘。第一过孔8可以使用多层PCB技术来实现。

多个第一过孔8可以布置成平行线，形成导电结构3的至少一个内壁振子4a和至少一个外壁振子4b，如图5至7所示。内壁振子4a至少部分地面对口径5，而外壁振子4b至少部分地邻近底部振子7的外围边缘延伸。对于天线阵列14，相邻天线振子1的外壁振子4b彼此相邻延伸。

至少一个隔离过孔9可以与多个第一过孔8平行延伸，隔离过孔9从底部振子7的中心区域A2延伸穿过口径5，如图4和5所示。如图4所示，贴片天线2基本上叠加在中心区域A2上方。隔离过孔分离，即在第一馈线6a和第二馈线6b之间延伸，并布置成降低第一馈线6a和第二馈线6b之间的耦合，以便改善所实现的双极化。通过配置隔离过孔9的半径和高度，可以控制隔离。隔离过孔9可以电容或电流耦合到贴片天线2。

如图6所示，至少一个第二过孔10可以与多个第一过孔8平行延伸，并且可选地与隔离过孔9平行延伸。第二过孔10从底部振子7的中间区域A3延伸穿过口径5。中间区域A3在底部振子7的中心区域A2和外围区域A1之间延伸，如图4和6所示。在一个实施例中，如图6所示，贴片天线2不叠加在中间区域A3和/或第二过孔10上方。

若干壁振子4可以共同形成等角和等边多边形，例如如图所示的正方形。然而，壁振子可以布置成任何合适的形状。贴片天线2和导电结构3都可以具有矩形轮廓。如图1和2所示，贴片天线2和导电结构3可以不相对旋转地布置，使得贴片天线2的外围边缘和导电结构3的外围边缘平行延伸。如图3和5至7所示，贴片天线2和导电结构3可以相对旋转地布置，使得贴片天线2相对于导电结构3旋转45度。

导电结构3的底部振子7可以具有主表面区域，该主表面区域与贴片天线2的主表面区域平行延伸并大于贴片天线2的主表面区域，如所有图所示。贴片天线2的主表面区域在主平面P1中延伸。底部振子7的主表面区域与贴片天线2的主表面区域间隔的距离对应于第一过孔8、第二过孔10和/或隔离过孔9的长度。

壁振子4可以包括至少一个介电间隙11，如图2a和2b所示。此外，相邻的壁振子4可以由介电间隙11隔开，如图3和5至7所示。介电间隙11可以是沿垂直于主平面P1的方向延伸的纵向槽，优选平行于第一过孔8、第二过孔10和/或隔离过孔9。

如图3和5至7所示，导电结构可以包括四个壁振子4和四个分隔相邻壁振子4的介电间隙11。

此外，如图3和5至7所示，每个壁振子4可以布置成L形。L形沿着导电结构3的底部振子7的角延伸，使得壁振子4的第一分支沿着底部振子7的第一外围边缘延伸，壁振子4的第二分支沿着底部振子7的第二外围边缘延伸。第一外围边缘和第二外围边缘彼此垂直延伸。

贴片天线2可以是单中心贴片2a天线或堆叠贴片天线2a、2b。堆叠贴片天线2可以包括中心贴片2a和一个外围贴片2b，如图所示，或几个外围贴片2b(未示出)。中心贴片2a和外围贴片2b堆叠，使得中心贴片2a的主平面和外围贴片2b的主平面与堆叠贴片天线2的主平面P1平行或共面延伸。

中心贴片2a可以包括具有外围边缘的整体表面区域，该表面区域是圆形、矩形或其它多边形，可选地是等角和等边多边形，例如正方形。外围贴片2b可以包括具有中心开口的表面，使得该表面具有外周边缘以及形成中心开口边缘的内周边缘。

外围贴片2b的中心开口的形状可以对应于中心贴片2a的形状，即外围贴片2b的内周边缘具有与中心贴片2a的外围边缘的形状相对应的形状。可选地，可以在外围贴片2b的内周边缘与中心贴片2a的外围边缘之间形成恒定的间隙13。

中心贴片2a的外部尺寸可以与外围贴片2b的内部尺寸相同或更小，使得外围贴片2b包围中心贴片2a，如图1所示。此外，中心贴片2a的外部尺寸可以大于外围贴片2b的内部尺寸，使得中心贴片2a包围外围贴片2b(未示出)。

第一馈线6a和第二馈线6b可以耦合到中心贴片2a，两个馈线相对于中心贴片2a的表面区域偏离中心耦合，可选地邻近中心贴片2a的外围边缘。

中心贴片2a可以包括贯穿凹部12。凹部12可以具有方形的十字形，如图5至7所示，但任何合适的形状都是可能的。

贴片天线2和导电结构3可以用于生成多个谐振频率F1、F2、F3、F4，其中，F1>F2>F3>F4。至少可以生成四个谐振频率，也可以生成更多。

导电结构3的口径5可以用于生成第一谐振频率F1和第四谐振频率F4。此外，贴片天线2可以用于生成第二谐振频率F2和第三谐振频率F3。

介电间隙11可用于扩展第三谐振频率F3的带宽，从而生成第四谐振频率F4。

贴片天线2可以用于扩展第二谐振频率F2和/或第三谐振频率F3的带宽。中心贴片2a的大小可以影响第二谐振频率F2，而外围贴片2b的大小可以影响第三谐振频率F3。

导电结构3可以用于扩展第一谐振频率F1和/或第四谐振频率F4的带宽。壁振子4的高度和厚度等内部尺寸主要影响第一谐振频率F1。口径5和介电间隙11的覆盖区等外部尺寸主要影响第四谐振频率F4。

第二过孔10可用于扩展第一谐振频率F1和/或第二谐振频率F2的带宽。

贯穿凹部12可用于扩展第二谐振频率F2的带宽。

本文已经结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但是，本领域技术人员在实践所请求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，能够理解和实现所公开实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它振子或步骤，术语“一”或者“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

权利要求书中使用的附图标记不应当被解释为限制范围。除非另有说明，否则附图(例如，交叉阴影、部件设置、比例、度数等)应结合说明书一起阅读，并应被视为本发明的整个书面描述的一部分。如在描述中使用的，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“向上”和“向下”，以及其形容词和副词派生词(例如，“水平”、“向右”、“向上”等)，仅指特定绘图面向读者时所示结构的方向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的定向，具体视情况而定。

Claims (17)

1.一种天线振子(1)，其特征在于，包括

-在主平面(P1)中延伸的贴片天线(2)；

-导电结构(3)，包括底部振子(7)和至少一个壁振子(4)，所述壁振子(4)至少部分地包围口径(5)，所述贴片天线(2)叠加在所述口径(5)上方；

-第一馈线(6a)和第二馈线(6b)，所述第一馈线(6a)和所述第二馈线(6b)从所述底部振子(7)延伸穿过所述口径(5)并耦合到所述贴片天线(2)。

2.根据权利要求1所述的天线振子(1)，其特征在于，至少一个壁振子(4)包括从所述底部振子(7)的外围区域(A1)平行延伸到所述贴片天线(2)的多个第一过孔(8)。

3.根据权利要求1或2所述的天线振子(1)，其特征在于，还包括与所述多个第一过孔(8)平行延伸的至少一个隔离过孔(9)，所述隔离过孔(9)从所述底部振子(7)的中心区域(A2)延伸穿过所述口径(5)，并将所述第一馈线(6a)与所述第二馈线(6b)分离。

4.根据上述权利要求中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，还包括与所述多个第一过孔(8)平行延伸的至少一个第二过孔(10)，

所述第二过孔(10)从所述底部振子(7)的中间区域(A3)延伸穿过所述口径(5)，所述中间区域(A3)在所述底部振子(7)的所述中心区域(A2)与振子所述外围区域(A1)之间延伸。

5.根据上述权利要求中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述壁振子(4)共同形成等角和等边多边形，所述导电结构(3)的所述底部振子(7)具有主表面区域，所述主表面区域与所述贴片天线(2)的主表面区域平行延伸并大于所述贴片天线(2)的主表面区域，所述贴片天线(2)的所述主表面区域在所述主平面(P1)中延伸。

6.根据上述权利要求中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述壁振子(4)包括至少一个介电间隙(11)，和/或相邻的壁振子(4)由介电间隙(11)隔开。

7.根据权利要求6所述的天线振子(1)，其特征在于，所述介电间隙(11)是沿垂直于所述主平面(P1)的方向延伸的纵向槽。

8.根据上述权利要求中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述贴片天线(2)是单中心贴片(2a)天线和堆叠贴片天线(2a，2b)中的一种。

9.根据权利要求8所述的天线振子(1)，其特征在于，所述堆叠贴片天线(2)包括中心贴片(2a)和至少一个外围贴片(2b)，

所述中心贴片(2a)和所述一个或多个外围贴片(2b)堆叠，使得所述中心贴片(2a)的主平面和所述外围贴片(2b)的主平面与所述堆叠贴片天线(2)的所述主平面(P1)平行或共面延伸。

10.根据权利要求8或9所述的天线振子(1)，其特征在于，所述第一馈线(6a)和所述第二馈线(6b)耦合到所述中心贴片(2a)，

所述耦合相对于所述中心贴片(2a)的表面区域偏离中心，且所述耦合可选地布置在所述中心贴片(2a)的外围边缘附近。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述中心贴片(2a)包括贯穿凹部(12)，所述凹部(12)可选地具有方形十字形。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述中心贴片(2a)的表面区域是圆形的或形成等角和等边多边形。

13.根据权利要求11所述的天线振子(1)，其特征在于，

所述外围贴片(2b)具有内周边缘，所述内周边缘的形状与所述中心贴片(2a)的外围边缘的形状相对应，使得所述外围贴片(2b)的所述内周边缘与所述中心贴片(2a)的所述外围边缘之间的间隙(13)保持恒定。

14.根据上述权利要求中任一项所述的天线振子(1)，其特征在于，所述贴片天线(2)和所述导电结构(3)用于生成多个谐振频率(F1、F2、F3、F4)，其中，(F1)>(F2)>(F3)>(F4)。

15.根据权利要求12所述的天线振子(1)，其特征在于，

所述贴片天线(2)用于生成第二谐振频率(F2)和第三谐振频率(F3)，

所述导电结构(3)的所述口径(5)用于生成第一谐振频率(F1)和第四谐振频率(F4)。

16.一种天线阵列(14)，其特征在于，包括多个根据权利要求1至15中任一项所述的天线振子(1)，所述天线振子(1)被布置成使得一个天线振子(1)的至少一个壁振子(4)连接到相邻天线振子(1)的相应壁振子(4)。

17.一种装置，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1至15中任一项所述的天线振子(1)或至少一个根据权利要求16所述的天线阵列(14)。

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