CN117977205A - 应用于手机终端的微波毫米波共口径天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，包括：介质基板、金属地以及共口径天线单元；共口径天线单元包括设置在介质基板上的缝隙和环结构、馈电微带、微带线以及振子结构；金属地设置在介质基板上，金属地上设置有缝隙；缝隙和环结构与缝隙相连接，馈电微带位于缝隙和环结构的覆盖范围内，振子结构位于缝隙的覆盖范围内；微带线和金属地均与振子结构相连接。本发明利用环天线、缝隙天线和八木天线进行了共口径设计，对更多的通信频段进行了覆盖，可用于4G、5G手机通信，本发明结构简单、组合紧凑，空间利用率高且性能优良。

Description

应用于手机终端的微波毫米波共口径天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，尤其是一种基于环、缝隙和八木天线的微波毫米波共口径手机天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展和移动互联网的广泛应用，智能手机作为人们获取信息、沟通交流的重要工具，其性能要求越来越高。手机天线作为实现无线通信的关键组件，其性能直接决定了手机的通信质量和信号覆盖范围。然而，传统的手机天线设计存在诸多挑战，如频段和制式的多样性导致天线数量增多，进而增加了手机内部空间的占用和制造成本。为了解决这些问题，共口径手机天线技术应运而生。

共口径手机天线技术是一种创新的天线设计方法，旨在通过集成多种频段和制式的天线于同一物理口径下，实现天线的小型化、高效化和多功能化。这种技术利用先进的电磁场理论和优化设计方法，通过精确控制天线的辐射特性和阻抗匹配，实现了在同一口径下同时支持多种无线通信频段和制式的能力。

共口径手机天线技术的发展离不开无线通信技术的进步和移动互联网的发展。随着4G、5G等新一代无线通信技术的普及，手机需要支持更多的频段和制式，这对手机天线的性能提出了更高的要求。共口径手机天线技术通过集成多种天线于同一物理口径下，有效提高了天线的利用率和通信性能，满足了手机通信的发展需求。

此外，共口径手机天线技术还采用了先进的材料工艺和制造技术，如低损耗介质材料、高精度加工技术等，进一步提高了天线的性能和可靠性。同时，该技术还结合了现代优化算法和仿真技术，通过精确优化天线结构和参数，实现了天线性能的最优化。

目前，一些共口径天线设计已经被提出，然而因为手机内部狭窄的空间限制，很多共口径天线存在着覆盖频段少、口径利用率低以及未考虑金属边框的遮蔽效应等问题。本申请通过多种天线的共口径实现了对4G、5G多个通信频段的覆盖，对天线口径的利用率加强，并通过开槽解决了金属边框的遮蔽问题，具有更高的实用价值。

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应用于手机终端的微波毫米波共口径天线。

根据本发明提供的一种应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，包括：介质基板、金属地以及共口径天线单元；

所述共口径天线单元包括设置在所述介质基板上的缝隙和环结构、馈电微带、微带线以及振子结构；所述金属地设置在所述介质基板上，所述金属地上设置有缝隙；

所述缝隙和环结构与所述缝隙相连接，所述馈电微带位于所述缝隙和环结构的覆盖范围内，所述振子结构位于所述缝隙的覆盖范围内；所述微带线和所述金属地均与所述振子结构相连接。

优选的，所述振子结构包括弯折振子和引向振子；

所述弯折振子的上层振子与所述微带线的一端相连接，所述弯折振子的下层振子与所述金属地相连接；

所述引向振子设置在所述弯折振子的一侧。

优选的，所述微带线的一端设置有馈电点；

所述缝隙和环结构上设置有环形天线馈电点；

所述馈电微带上设置有缝隙天线馈电点。

优选的，所述馈电点为1×4八木天线阵列微带线的馈电点。

优选的，所述缝隙和环结构的覆盖范围为矩形范围，所述环形天线馈电点位于所述缝隙和环结构的环状结构的长边中心。

优选的，所述缝隙通过在所述金属地上开缝形成。

优选的，所述缝隙和环结构的覆盖范围为35mm*8mm的矩形范围，所述缝隙和环结构的环状结构的带状线宽度为1mm；

所述馈电微带的横向结构的尺寸为16.7mm*1.5mm，所述馈电微带的纵向结构的尺寸0.75mm*4.8mm；

所述微带线的尺寸为0.25mm*17mm；

所述缝隙的尺寸为23.5mm*5.4mm。

优选的，所述弯折振子的横向结构的尺寸2.5mm*0.25mm，所述弯折振子的纵向结构的尺寸0.25mm*2.5mm；

所述引向振子的尺寸为3.2mm*0.2mm；所述引向振子设置为多个时，相邻所述引向振子的振子间隔为1.2mm。

优选的，所述环形天线馈电点的尺寸为2mm*1mm。

优选的，所述环形天线馈电点和所述缝隙天线馈电点分别馈电时，共口径天线工作在微波频段；

所述馈电点馈电时，共口径天线工作在毫米波频段。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明利用环天线、缝隙天线和八木天线进行了共口径设计，对更多的通信频段进行了覆盖，可用于4G、5G手机通信。

2、本发明结构紧凑，可以组成MIMO应用在手机终端，并具有优良的性能。

3、本发明结构简单、组合紧凑，空间利用率高且性能优良。

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为本发明提供的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线的三维结构示意图；

图2为本发明提供的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线的侧视图；

图3为应用于手机终端的微波毫米波共口径天线在中心频率分别为3.5GHz、6.7GHz时缝隙天线和环天线的传输系数的示意图；

图4为本发明的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线在3.5GHz时xoy面和yoz面的方向示意图；

图5为本发明的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线在6.7GHz时xoy面和yoz面的方向示意图；

图6为本发明的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线的中心频率为27GHz时八木天线的传输系数的示意图；

图7为本发明的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线在27GHz时xoy面和yoz面的方向示意图。

图中示出：

缝隙和环结构1 引向振子7

环形天线馈电点2 馈电点8

馈电微带3 缝隙9

缝隙天线馈电点4 介质基板10

微带线5 金属地11

弯折振子6

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：

如1～7所示，本实施例提供一种应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，包括：介质基板10、金属地11以及共口径天线单元；共口径天线单元包括设置在介质基板10上的缝隙和环结构1、馈电微带3、微带线5以及振子结构；金属地11设置在介质基板10上，金属地11上设置有缝隙9；缝隙和环结构1与缝隙9相连接，馈电微带3位于缝隙和环结构1的覆盖范围内，振子结构位于缝隙9的覆盖范围内；微带线5和金属地11均与振子结构相连接。缝隙9通过在金属地11上开缝形成。本实施例中，缝隙和环结构1为带状缝隙和环结构。

本实施例中，介质基板10整体呈矩形体，缝隙和环结构1设置在其中一个侧壁的外侧，馈电微带3对应缝隙和环结构1设置在该侧壁的内侧。缝隙和环结构1指的是侧板长边上的带状线，是一个结构的两种复用。馈电微带3包括微带线和耦合线，横向结构为耦合线，纵向结构为微带线，共同构成缝隙天线馈电微带。介质基板10的尺寸为150mm*70mm*8mm，介质基板10的厚度0.127mm。金属地11将介质基板10包裹设置。

本实施例中，共口径天线单元设置为四个，四个共口径天线单元组成了MIMO天线，可提高数据吞吐量，并扩大传输范围。矩形体的一个侧壁上设置两个，两个共口径天线单元间隔64mm设置，在与该侧壁相对的另一周侧壁上设置两个，两侧壁上的共口径天线单元关于矩形体的中心对称。

微带线5的一端设置有馈电点8；缝隙和环结构1上设置有环形天线馈电点2；馈电微带3上设置有缝隙天线馈电点4。馈电点8为1×4八木天线阵列微带线的馈电点。缝隙和环结构1的覆盖范围为矩形范围，环形天线馈电点2位于缝隙和环结构1的环状结构的长边中心。环形天线馈电点2的尺寸为2mm*1mm。

缝隙天线馈电点4为馈电微带3的尾部在矩形体的介质基板10的底壁上形成的结构，环形天线馈电点2是两个连接线连接在介质基板10上形成的连接端口。

缝隙和环结构1的覆盖范围为35mm*8mm的矩形范围，缝隙和环结构1的环状结构的带状线宽度为1mm；馈电微带3的横向结构的尺寸为16.7mm*1.5mm，馈电微带3的纵向结构的尺寸0.75mm*4.8mm；微带线5的尺寸为0.25mm*17mm；缝隙9的尺寸为23.5mm*5.4mm。

振子结构包括弯折振子6和引向振子7；弯折振子6的上层振子与微带线5的一端相连接，弯折振子6的下层振子与金属地11相连接；引向振子7设置在弯折振子6的一侧。弯折振子6的横向结构的尺寸2.5mm*0.25mm，弯折振子6的纵向结构的尺寸0.25mm*2.5mm；引向振子7的尺寸为3.2mm*0.2mm；引向振子7设置为多个时，相邻引向振子7的振子间隔为1.2mm。

微带线5、弯折振子6、引向振子7共同构成八木天线结构，并形成馈电点8。本实施例中，共口径天线单元包括四个八木天线结构，呈1行×4列排布设置，四个八木天线结构弯折振子6和引向振子7均位于缝隙9的覆盖范围内。如图1所示，矩形体底壁上的矩形为缝隙9的覆盖范围。

环形天线馈电点2和缝隙天线馈电点4分别馈电时，共口径天线工作在微波频段；馈电点8馈电时，共口径天线工作在毫米波频段。

本实施例利用环天线、缝隙天线和八木天线进行了共口径设计，对更多的通信频段进行了覆盖，可用于4G、5G手机通信。与现有技术相比，本发明结构简单、组合紧凑，空间利用率高且性能优良。

实施例2：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本实施例提供一种基于环、缝隙和八木天线的微波毫米波共口径手机天线，包括缝隙和环结构1、环形天线馈电点2、馈电微带3、缝隙天线馈电点4、微带线5、弯折振子6、引向振子7、馈电点8以及缝隙9。

弯折振子6中，上层振子和微带线5相连接，下层振子和位于介质基板10底壁上的金属地11相连。馈电点8为1×4八木天线阵列微带线的馈电点。缝隙9由介质基板10底壁上的金属地11开缝得到。馈电微带3包括微带线和耦合线，微带线和耦合线组成的缝隙馈电结构工作时，缝隙被激励；对位于环状结构长边中心处的环形天线馈电点2激励时，环结构工作；位于介质基板10底壁上的弯折振子6被激励时，由于前面两个引向振子7的作用，产生的电磁波向外侧引向辐射。

缝隙和环结构1覆盖35*8mm的矩形范围，带状线宽度为1mm。环形天线馈电点2尺寸为2*1mm。馈电微带3横向尺寸16.7*1.5mm，纵向尺寸0.75*4.8mm。微带线5尺寸为0.25*17mm。弯折振子6横向尺寸2.5*0.25mm，纵向尺寸0.25*2.5mm。引向振子7尺寸为3.2*0.2mm，振子间隔为1.2mm。缝隙9的尺寸为23.5*5.4mm。环形天线馈电点2和缝隙天线馈电点4分别馈电时，共口径天线工作在微波频段。馈电点8馈电时，共口径天线工作在毫米波频段。不同馈电点工作时，共口径天线工作在不同的频段。

实施例3：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本实施例提供一种基于环、缝隙和八木天线的微波毫米波共口径手机天线；包括缝隙和环结构1、环形天线馈电点2、馈电微带3、缝隙天线馈电点4、微带线5、弯折振子6、引向振子7、馈电点8以及缝隙9。

所述缝隙和环结构1位于介质基板长边外侧，与底面金属地相连；所述环形天线馈电点2位于缝隙和环结构1长边中心；所述馈电微带3位于介质基板长边内侧，部分微带线位于底板上；所述缝隙天线馈电点4位于馈电微带3末端；所述微带线5位于底板上侧；所述弯折振子6中，上层振子和微带线相连接，下层振子和底板的金属地11相连；所述馈电点8为1×4八木天线阵列微带线的馈电点；所述缝隙9由底板的金属地11开缝得到。

进一步地，缝隙和环结构1位于介质基板长边外侧，馈电微带3位于介质基板长边内侧。

进一步地，弯折振子6由两根分别位于底板上下层的弯折振子组成，上层振子与微带线5连接，下层振子与包括缝隙9的底板的金属地11连接。

进一步地，所述缝隙和环结构1覆盖35*8mm的矩形范围，带状线宽度为1mm。

进一步地，所述环形天线馈电点2尺寸为2*1mm。

进一步地，所述馈电微带3横向尺寸16.7*1.5mm，纵向尺寸0.75*4.8mm。

进一步地，所述微带线5尺寸为0.25*17mm。

进一步地，所述弯折振子6横向尺寸2.5*0.25mm，纵向尺寸0.25*2.5mm。所述引向振子7尺寸为3.2*0.2mm，振子间隔为1.2mm。

进一步地，所述缝隙9的尺寸为23.5*5.4mm。

进一步地，环形天线馈电点2和缝隙天线馈电点4分别馈电时，共口径天线工作在微波频段。馈电点8馈电时，共口径天线工作在毫米波频段。

本实施例提供了一种基于环、缝隙和八木天线的微波毫米波共口径手机天线，包括手机模型介质基板、金属地、底板的金属地11上的缝隙、缝隙和环结构、微带线和耦合线组成的缝隙馈电结构、位于手机模型底板上的微带线和八木天线以及馈电点。缝隙和环结构位于手机模型长边介质板外侧，并与底板的金属地11相连；微带线和耦合线组成的缝隙馈电结构位于介质板内侧；八木天线前端的两个90°弯折振子分别位于底板上下层，上层弯折振子与微带线相连，下层的弯折振子与金属地相连接，两个引向振子位于底板上层。当微带线和耦合线组成的缝隙馈电结构工作时，缝隙被激励；对位于环状结构长边中心处的馈电点激励时，环结构工作；位于底板上的弯折振子被激励时，由于前面两个引向振子的作用，产生的电磁波向外侧引向辐射。

实施例4：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本实施例提供一种基于环状条带和振子的端射圆极化天线，如图1～7所示，包括缝隙和环结构1、环形天线馈电点2、馈电微带3、缝隙天线馈电点4、微带线5、弯折振子6、引向振子7、馈电点8以及缝隙9。所述弯折振子6中，上层振子和微带线5相连接，下层振子和底板的金属地11相连；所述馈电点8为1×4八木天线阵列微带线的馈电点；所述缝隙9由底板的金属地11开缝得到。

馈电微带3组成的缝隙馈电结构工作时，缝隙被激励；对位于环状结构长边中心处的环形天线馈电点2激励时，环结构工作；位于底板上的弯折振子6被激励时，由于前面两个引向振子7的作用，产生的电磁波向外侧引向辐射。

具体地，设空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴。缝隙天线和环天线平行于空间直角坐标系yoz面，八木天线平行于空间直角坐标系xoy面。

所述缝隙和环结构1覆盖35*8mm的矩形范围，带状线宽度为1mm；环形天线馈电点2尺寸为2*1mm；馈电微带3横向尺寸16.7*1.5mm，纵向尺寸0.75*4.8mm；微带线5尺寸为0.25*17mm；弯折振子6横向尺寸2.5*0.25mm，纵向尺寸0.25*2.5mm。所述引向振子7尺寸为3.2*0.2mm，振子间隔为1.2mm；缝隙9的尺寸为23.5*5.4mm。

工作原理：

当微带线和耦合线组成的馈电微带3工作时，缝隙被激励；对位于环状结构长边中心处的馈电点激励时，环结构工作；位于底板上的弯折振子被激励时，由于前面两个引向振子的作用，产生的电磁波向外侧引向辐射。

经测试，其传输系数和增益较佳，图3为天线中心频率分别为3.5GHz、6.7GHz时缝隙天线和环天线的传输系数，图4为天线在3.5GHz时xoy面和yoz面的方向图；图5为天线在6.7GHz时xoy面和yoz面的方向图，图6为天线中心频率27GHz时八木天线的传输系数，图7为天线在27GHz时xoy面和yoz面的方向图。

本发明利用环天线、缝隙天线和八木天线进行了共口径设计，对更多的通信频段进行了覆盖，可用于4G、5G手机通信，本发明结构简单、组合紧凑，空间利用率高且性能优良。

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 (10)

1.一种应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，包括：介质基板(10)、金属地(11)以及共口径天线单元；

所述共口径天线单元包括设置在所述介质基板(10)上的缝隙和环结构(1)、馈电微带(3)、微带线(5)以及振子结构；所述金属地(11)设置在所述介质基板(10)上，所述金属地(11)上设置有缝隙(9)；

所述缝隙和环结构(1)与所述缝隙(9)相连接，所述馈电微带(3)位于所述缝隙和环结构(1)的覆盖范围内，所述振子结构位于所述缝隙(9)的覆盖范围内；所述微带线(5)和所述金属地(11)均与所述振子结构相连接。

2.根据权利要求1所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述振子结构包括弯折振子(6)和引向振子(7)；

所述弯折振子(6)的上层振子与所述微带线(5)的一端相连接，所述弯折振子(6)的下层振子与所述金属地(11)相连接；

所述引向振子(7)设置在所述弯折振子(6)的一侧。

3.根据权利要求1所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述微带线(5)的一端设置有馈电点(8)；

所述缝隙和环结构(1)上设置有环形天线馈电点(2)；

所述馈电微带(3)上设置有缝隙天线馈电点(4)。

4.根据权利要求3所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述馈电点(8)为1×4八木天线阵列微带线的馈电点。

5.根据权利要求3所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述缝隙和环结构(1)的覆盖范围为矩形范围，所述环形天线馈电点(2)位于所述缝隙和环结构(1)的环状结构的长边中心。

6.根据权利要求1所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述缝隙(9)通过在所述金属地(11)上开缝形成。

7.根据权利要求1所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述缝隙和环结构(1)的覆盖范围为35mm*8mm的矩形范围，所述缝隙和环结构(1)的环状结构的带状线宽度为1mm；

所述馈电微带(3)的横向结构的尺寸为16.7mm*1.5mm，所述馈电微带(3)的纵向结构的尺寸0.75mm*4.8mm；

所述微带线(5)的尺寸为0.25mm*17mm；

所述缝隙(9)的尺寸为23.5mm*5.4mm。

8.根据权利要求2所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述弯折振子(6)的横向结构的尺寸2.5mm*0.25mm，所述弯折振子(6)的纵向结构的尺寸0.25mm*2.5mm；

所述引向振子(7)的尺寸为3.2mm*0.2mm；所述引向振子(7)设置为多个时，相邻所述引向振子(7)的振子间隔为1.2mm。

9.根据权利要求3所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述环形天线馈电点(2)的尺寸为2mm*1mm。

10.根据权利要求3所述的应用于手机终端的微波毫米波共口径天线，其特征在于，所述环形天线馈电点(2)和所述缝隙天线馈电点(4)分别馈电时，共口径天线工作在微波频段；

所述馈电点(8)馈电时，共口径天线工作在毫米波频段。