CN117276872A - 一种毫米波天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种毫米波天线及移动终端，所述毫米波天线依次包括第一金属层、介质板以及第二金属层；所述介质板包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层，所述第一金属层上开设有缝隙结构，所述第二面覆盖有第二金属层，所述第二金属层开设有第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口间隔设置；所述缝隙结构的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔，所述金属过孔长连接所述第一金属层和第二金属层。本发明的毫米波天线能够通过单个天线即可以实现双极化辐射，不但减少了设计的天线数量，而且也能够降低了生产成本。

Description

一种毫米波天线及移动终端

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种毫米波天线及移动终端。

背景技术

目前，现有技术方案若是要显示双极化一般需要两个天线在不同方向馈电，如此才能实现双极化。比如沿着x方向和沿着y方向分别是两个相互垂直的阵列，那么x方向阵列馈电时，PCB板一定沿着x边方向，这时y方向阵列的馈点就是距离x方向排布的PCB板比较远，因此这时y方向阵列馈电就比较麻烦。

也就是说，不同方向馈电在实际毫米波天线组阵时会带来极大的不便性，因为馈电端口的方向正交的话，必然导致其中一个方向组阵时，另外一个方向的馈电难度极大。

有鉴于此，本发明确有必要提出一种同方向馈电毫米波天线，且该毫米波天线能够应用于5G移动终端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毫米波天线，能够通过单个天线即可以实现双极化辐射，不但减少了设计的天线数量，而且也能够降低了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种毫米波天线，所述毫米波天线依次包括第一金属层、介质板以及第二金属层；所述介质板包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层，所述第一金属层上开设有缝隙结构，所述第二面覆盖有第二金属层，所述第二金属层开设有第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口间隔设置；所述缝隙结构的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔，所述金属过孔连接所述第一金属层和第二金属层。

作为本发明的进一步改进，所述缝隙结构呈中心对称的十字结构，且所述缝隙结构呈中心对称的X型结构。

作为本发明的进一步改进，所述缝隙结构位于所述第一面的中间位置处。

作为本发明的进一步改进，所述缝隙结构呈中心对称的蝴蝶状结构，所述蝴蝶状结构包括第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙，所述第一缝隙、所述第二缝隙、所述第三缝隙以及所述第四缝隙依次相连通。

作为本发明的进一步改进，所述第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙依次连接的倾斜角度范围为45°～90°。

作为本发明的进一步改进，所述第一馈电端口所在的直线平行于所述第二馈电端口所在的直线。

作为本发明的进一步改进，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口对称设置，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口均呈矩形状设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口之间设有解耦结构，所述解耦结构的一端与所述第二金属层连接，所述解耦结构的另一端为自由端。

作为本发明的进一步改进，所述解耦结构的长度L1的范围为1.5～1.8mm。

作为本发明的进一步改进，所述金属过孔呈圆柱状设置，若干个所述金属过孔连接所述第一金属层和所述第二金属层，以构成相对封闭的空间。

作为本发明的进一步改进，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口均配置为微带线，所述微带线位于所述第二面并与所述第二金属层连接，所述微带线馈电于若干个所述金属过孔。

作为本发明的进一步改进，若干个所述金属过孔间隔距离的范围为0.1～0.5mm，所述金属过孔直径d的范围为0.2～1mm。

本发明的目的在于提供一种移动终端，以更好地应用上述毫米波天线。

为解决上述技术问题，本发明提供一种移动终端，所述移动终端包括前述的毫米波天线。

本发明通过提供一种毫米波天线，所述毫米波天线依次包括第一金属层、介质板以及第二金属层；所述介质板包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层，所述第一金属层上开设有缝隙结构，所述第二面覆盖有第二金属层，所述第二金属层开设有第一馈电端口和第二馈电端口，所述第一馈电端口和所述第二馈电端口间隔设置；所述缝隙结构的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔，所述金属过孔长连接所述第一金属层和第二金属层。本发明的毫米波天线能够通过单个天线即可以实现双极化辐射，不但减少了设计的天线数量，而且也能够降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的毫米波天线的结构示意图。

图2为本发明的毫米波天线的电场分布仿真结果图。

图3为本发明的毫米波天线的第一馈电端口的反射系数S11仿真结构图。

图4为本发明的毫米波天线的第二馈电端口的反射系数S22仿真结构图。

图5本发明的毫米波天线的第一馈电端口的辐射方向图。

图6本发明的毫米波天线的第二馈电端口的辐射方向图。

其中，各附图标记说明如下：

毫米波天线100，介质板10，第一金属层20，第二金属层30，缝隙结构40，第一馈电端口50，第二馈电端口51，解耦结构60，金属过孔70。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的毫米波天线100及移动终端作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本发明提供一种本发明提供一种毫米波天线100，该所述毫米波天线100应用在移动终端上，比如我们平时使用的手机、平板或笔记本电脑等。

目前现有技术方案若是想要实现双极化一般需要设计两个以上的天线，且在不同方向进行馈电，如此才能够实现双极化的效果，但是不同方向进行馈电在实际毫米波天线组阵时会带来极大的不便性，因为馈电端口的方向发生正交的话，必然导致其中一个方向组阵时，另外一个方向的馈电难度极大。

如图1所示，所述毫米波天线100依次包括第一金属层20、介质板10以及第二金属层30；所述介质板10包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层20，所述第一金属层20上开设有缝隙结构40，所述第二面覆盖有第二金属层30，所述第二金属层30开设有第一馈电端口50和第二馈电端口51，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51间隔设置；所述缝隙结构40的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔70，所述金属过孔70连接所述第一金属层20和第二金属层30。

本发明的毫米波天线是在同一个天线且在同一方向进行馈电的毫米波双极化天线，能够适用于5G移动终端。也就是说，该毫米波天线都是沿着天线下底边馈电，介质板和第二金属层形成PCB板。如此设置话，PCB板就可以放置在下底边附近，如此设置，适合空间有限的移动终端天线的设计。相比传统的毫米波天线，就不需要两个或以上的天线在不同方向馈电，才能够实现双极化的效果，且避免了不同方向馈电在实际毫米波天线阵组阵时带来的极大不便性。

进一步地，所述缝隙结构40呈中心对称的X型结构，优选地，所述X型结构位于所述第一面的中间位置处。当然缝隙结构40还能够为十字结构，即X型结构中每个小的缝隙之间的夹角相差90度。该缝隙结构40作为本发明的毫米天线的主辐射结构。

优选地，所述缝隙结构40呈中心对称的蝴蝶状结构，所述蝴蝶状结构包括第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙，所述第一缝隙、所述第二缝隙、所述第三缝隙以及所述第四缝隙依次相连通。所述第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙依次连接的倾斜夹角的范围是45°～90°。如此设置，能够更好地实现本发明毫米波天线100的辐射效果，提高天线的辐射增益，且具有一定美感。优选地，倾斜夹角的度数配置为45°，此时天线整体不但能够实现双极化效果，而且还使得天线整体的辐射增益达到最佳状态，辐射效果也是最佳的。

具体来讲，整个辐射的天线设置在介质板10上，且介质板10包括第一面和第二面，即正反两面，第一面上覆盖第一金属层20，且在第一金属层20的中间位置处开设有缝隙。优选地，该缝隙配置为蝴蝶形状的缝隙，也就是说，中间位置处的蝴蝶形状的缝隙没有金属覆盖层。在第二面上覆盖有第二金属层30，如图1的右侧图片所示，即在介质板10的底层上覆盖有第二金属层30，且在底层的下端位置处分别设有第一馈电端口50和第二馈电端口51。第一馈电端口50和所述第二馈电端口51周围未被覆盖金属层，且未配覆盖的区域呈双“凸”字形状设置。且所述介质板10的相对介电常数为2.2。优选地，本发明的介质板10的厚度为0.254mm。整个天线的上下表面边缘设有一层若干个金属过孔70，若干个金属过孔70连接底层地板和上层的金属区域，具体来讲，从第一面的角度看，若干个金属过孔70围绕蝴蝶状的缝隙，且位于下方位置处的金属过孔70间隔大于其他位置处的间隔距离，如此是为了与第二面未被金属覆盖的区域相对应。从第二面的角度看，若干个金属过孔70与第一面的金属过孔70相对应。若干个金属过孔70连接第一金属层20和第二金属层30，如此能够构成相对封闭的空间。

优选地，所述第一馈电端口50所在的直线平行于所述第二馈电端口51所在的直线，且所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51对称设置，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51均呈矩形状设置。进一步地，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51之间设有解耦结构60，所述解耦结构60的一端与所述第二金属层30连接，所述解耦结构60的另一端为自由端。如此设置是由于，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51相距较近，因此两者之间会产生的耦合问题，这样会影响天线整体的性能，通过在第一馈电端口50和第二馈电端口51之间设有解耦结构60，并且增设解耦结构60能够有效降低第一馈电端口50和第二馈电端口51之间的耦合。优选地，该解耦结构60的长度L1的范围为1.5～1.8mm。

作为本发明的进一步改进，所述金属过孔70呈圆柱状设置，若干个所述金属过孔70连接所述第一金属层20和所述第二金属层30，以构成相对封闭的空间。相对封闭的空间指的是金属过孔70连接了第一金属层20和第二金属层30，如此能够在局部中金属过孔70和上下两层金属区域就可以看成是一个相对封闭的金属盒子，这时若干个金属过孔70垂直上下表面就像是一个盒子的侧面。进一步地，每个金属过孔70的间距s为0.1～0.5mm，每个金属过孔70结构均相同，且直径d为0.2～1mm。优选地，本发明的毫米波天线100的谐振腔的长度L范围为7.0mm±0.1，蝴蝶状缝隙的长度Ls范围为3.5mm±0.1，第一缝隙至第四缝隙的宽度Ws范围为2.4mm±0.1。

进一步地，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51均配置为微带线，所述微带线位于所述第二面并与所述第二金属层30连接，所述微带线馈电于若干个所述金属过孔70。也就说，通过底层微带线即两个相互平行的馈电端口给上述相对封闭的空间进行馈电，能量从上面的缝隙结构40即蝴蝶形状的缝隙辐射出去。以上即为天线整体的基本辐射原理。由于第一馈电端口50和第二馈电端口51相互平行设置，且两个馈电端口均与第二金属层电性连接，沿着连着第一馈电端口50和第二馈电端口51所配置的微带线给与中间位置处的缝隙结构馈电，因此本发明的毫米波天线能够产生同方向馈电。如此，能够避免传统天线在不同方向馈电时带来的极大不便性的问题。

优选地，若干个所述金属过孔70间隔距离为0.3mm，所述金属过孔70直径d配置为0.6mm。蝴蝶状结构的缝隙之间间隔的最大宽度Ws1为2.8mm，缝隙结构的最大长度Ls为3.5mm，谐振腔的长度L为7mm，蝴蝶结构中的四个缝隙宽度Ws均为2.4mm，微带线的宽度W2为0.6mm，且馈电端口所在的开口距离W1为2.4mm。如此设置，能够更好地实现天线整体的辐射。如图1所示中的第一馈电端口50和第二馈电端口51分别表示的是毫米波天线100的两个极化端口，这两个极化端口分别给上述天线结构馈电，如此能够实现天线整体的双端口馈电，且两个端口可以实现不同极化。

如图2所示，本发明给出了毫米波天线100使用第一馈电端口50和第一馈电端口50馈电时的电场分布，图示中左侧是第一馈电端口50馈电，右侧是第二馈电端口51馈电。从电场分布来看，毫米波天线100附近的电场分布对称，且近似验证±45°方向，如此充分说明了毫米波天线100使用第一馈电端口50和第二馈电端口51进行馈电时能够实现不同的极化特性。

如图3和图4所示，本发明分别给出了第一馈电端口50和第二馈电端口51的S11/S22的仿真结构图，从图3和图4两图中可以清晰的看出，毫米波天线100在25GHz附近实现了很深的谐振，如此能够说明本发明的毫米波天线100达到了良好匹配。

如图5和图6所示，本发明分别给出了第一馈电端口50和第二馈电端口51馈电时的辐射方向图仿真结果图，从图中可以看出，毫米波天线100在第一馈电端口50和第二馈电端口51馈电时的方向图也近似对称，如此也再次说明本发明的毫米波天线100能够实现良好的双极化特性。

综上所述，本发明通过提供一种毫米波天线100，即设计一个天线本体两个馈电端口巧妙的实现了双极化的辐射效果。所述毫米波天线100依次包括第一金属层20、介质板10以及第二金属层30，所述介质板10包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层20，所述第一金属层20上开设有缝隙结构40，所述第二面覆盖有第二金属层30，所述第二金属层30开设有第一馈电端口50和第二馈电端口51，所述第一馈电端口50和所述第二馈电端口51间隔设置；所述缝隙结果后40的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔70，所述金属过孔70长连接所述第一金属层20和第二金属层30。本发明的毫米波天线100能够通过单个天线即可以实现双极化辐射，不但减少了设计的天线数量，而且也能够降低了生产成本。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本发明对此不作限定。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种毫米波天线(100)，其特征在于：所述毫米波天线(100)依次包括第一金属层(20)、介质板(10)以及第二金属层(30)；所述介质板(60)包括第一面和第二面，所述第一面覆盖有第一金属层(20)，所述第一金属层(20)上开设有缝隙结构(40)，所述第二面覆盖有第二金属层(30)，所述第二金属层(30)开设有第一馈电端口(50)和第二馈电端口(51)，所述第一馈电端口(50)和所述第二馈电端口(51)间隔设置；所述缝隙结构(40)的边缘位置处设有若干个间隔设置的金属过孔(70)，所述金属过孔(70)连接所述第一金属层(20)和第二金属层(30)。

2.根据权利要求1所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述缝隙结构(40)呈中心对称的X型结构。

3.根据权利要求2所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述缝隙结构(40)位于所述第一面的中间位置处。

4.根据权利要求1所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述缝隙结构(40)呈中心对称的蝴蝶状结构，所述蝴蝶状结构包括第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙，所述第一缝隙、所述第二缝隙、所述第三缝隙以及所述第四缝隙依次相连通。

5.根据权利要求4所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述第一缝隙、第二缝隙、第三缝隙以及第四缝隙依次连接的倾斜夹角的角度为范围是45°～90°。

6.根据权利要求1所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述第一馈电端口(50)所在的直线平行于所述第二馈电端口(51)所在的直线。

7.根据权利要求6所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述第一馈电端口(50)和所述第二馈电端口(51)对称设置，所述第一馈电端口(50)和所述第二馈电端口(51)均呈矩形状设置。

8.根据权利要求6所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述第一馈电端口(50)和所述第二馈电端口(51)之间设有解耦结构(60)，所述解耦结构(60)的一端与所述第二金属层(30)连接，所述解耦结构(60)的另一端为自由端。

9.根据权利要求8所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述解耦结构(60)的长度L1的范围为1.5～1.8mm。

10.根据权利要求1所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述金属过孔(70)呈圆柱状设置，若干个所述金属过孔(70)连接所述第一金属层(20)和所述第二金属层(30)，以构成相对封闭的空间。

11.根据权利要求10所述的毫米波天线(100)，其特征在于：所述第一馈电端口(50)和所述第二馈电端口(51)均配置为微带线，所述微带线位于所述第二面并与所述第二金属层(30)连接，所述微带线馈电于若干个所述金属过孔(70)。

12.根据权利要求10所述的毫米波天线(100)，其特征在于：若干个所述金属过孔(70)间隔距离的范围为0.1～0.5mm，所述金属过孔(70)直径d的范围为0.2～1mm。

13.一种移动终端，其特征在于：所述移动终端包括权利要求1-12所述的毫米波天线(100)。