CN207781866U

CN207781866U - 一种紧凑型宽带毫米波天线

Info

Publication number: CN207781866U
Application number: CN201820136053.XU
Authority: CN
Inventors: 王君翊; 胡沥
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2028-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型宽带毫米波天线，包括信号激励层、支架和信号引向层，信号激励层用于激励起三种信号模式，支架位于信号激励层和信号引向层之间，用于物理支撑信号引向层，信号引向层起到对电磁场引向的作用，增强天线的方向性。本实用新型具有较小的天线尺寸，确保天线能够完全覆盖24.5‑29.5GHz的频率范围，并且有较高的增益，非常适合用作第五代移动通信各终端中K波段和Ka波段天线阵列的单元。

Description

一种紧凑型宽带毫米波天线

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域，尤其涉及一种紧凑型宽带毫米波天线。

背景技术

随着第五代移动通信(5G)的到来，毫米波天线技术作为其核心技术之一越来越受到重视。具体的频段，在美国有27.5-28.35GHz，日本27.5-29.5GHz，韩国28GHz，中国24.75-27.5GHz，欧盟24.5-27.5GHz。如有天线方案能将世界上的这些频段(24.5-29.5GHz)完全覆盖，将会大大降低整个5G天线阵列系统的设计复杂度，同时天线如具有紧凑的物理尺寸设计，能够更容易的应用于各种终端中。

实用新型内容

本实用新型提供一种紧凑型宽带毫米波天线，其在较小的天线尺寸下，确保天线能够完全覆盖24.5-29.5GHz的频率范围，并且有较高的增益。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种紧凑型宽带毫米波天线，包括信号激励层、支架和信号引向层，所述信号激励层用于激励起三种信号模式，所述支架位于所述信号激励层和所述信号引向层之间，用于物理支撑所述信号引向层，所述信号引向层起到对电磁场引向的作用，增强天线的方向性。

可选的，所述信号激励层包括主地金属面、第一基底层、第一贴片和馈源，所述主地金属面位于所述第一基底层下方；所述第一贴片位于所述第一基底层上方；第一接地通孔、第二接地通孔和第三接地通孔穿过所述第一基底层连接所述第一贴片和所述主地金属面；所述馈源给所述第一贴片馈电。

可选的，所述支架位于所述第一基底层上方。

可选的，所述信号引向层包括第二基底层和第二贴片，所述第二基底层内嵌于所述支架上方；所述第二贴片位于所述第二基底层上方。

可选的，所述第一贴片内侧蚀刻有一槽缝。

可选的，所述第一接地通孔、所述第二接地通孔、所述第三接地通孔和/ 或所述馈源位于所述槽缝的外侧。

可选的，所述槽缝为U型槽、C型槽、直线型槽和带一缺口的环形槽中的一种。

可选的，所述支架包括主支撑结构、凹形槽和空气腔，所述凹形槽形成于所述主支撑结构的顶部；所述空气腔形成于所述凹形槽的底部；所述第一贴片位于所述空气腔内；和/或所述第二基底层嵌于所述凹形槽上；和/或所述主支撑结构的外边缘尺寸小于或等于所述第一基底层的尺寸。

可选的，所述第二贴片和所述第一贴片的中心对齐。

可选的，所述第二贴片与所述第一贴片的间距大于0.5mm。

可选的，所述第二贴片和所述第一贴片的尺寸差别在±20％之内。

可选的，所述第一基底层和/或所述第二基底层和/或所述支架由FR4板或玻璃或LTCC材料构成。

可选的，所述馈源为同轴线馈电或波导馈电或耦合馈电中的一种或数种的组合。

可选的，所述主地金属面的尺寸不小于5*5mm²。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本发明的天线体积小(包括支架等结构，天线体积可做到7*7*1mm³)，带宽较宽(-10dB S11带宽可做到22％左右，能够完全覆盖24.5-29.5GHz)，增益较高(在所需频段最低增益大于7dB)，非常适合用作第五代移动通信各终端中K波段和Ka波段天线阵列的单元。

附图说明

图1a为本实用新型一实施例的总体结构图；

图1b为本实用新型一实施例的总体侧视图；

图2a为本实用新型一实施例的信号激励层的结构细节图；

图2b为本实用新型一实施例的信号激励层的结构侧视图；

图2c为本实用新型一实施例的第一贴片上的U型槽与第一接地通孔、第二接地通孔、第三接地通孔、馈源的相对位置示意图；

图3a为本实用新型一实施例的支架的结构细节图；

图3b为本实用新型一实施例的支架的结构侧视图；

图4a为本实用新型一实施例的信号引向层的结构细节图；

图4b为本实用新型一实施例的信号引向层的结构侧视图；

图5为本实用新型一实施例的天线S11曲线；

图6a为本实用新型一实施例的天线在24.5GHz产生模式1时，第一贴片以及三个接地通孔上的电流分布图；

图6b为本实用新型一实施例的天线在27GHz产生模式2时，第一贴片以及三个接地通孔上的电流分布图；

图6c为本实用新型一实施例的天线在29.5GHz产生模式3时，第一贴片以及三个接地通孔上的电流分布图；

图7a为本实用新型一实施例的天线在24.5GHz的远场图；

图7b为本实用新型一实施例的天线在27GHz的远场图；

图7c为本实用新型一实施例的天线在29.5GHz的远场图。

图中：111-信号激励层；121-支架；131-信号引向层；211-主地金属面； 221-第一基底层；231-第一贴片；232-U型槽；241-第一接地通孔；242-第二接地通孔；243-第三接地通孔；251-馈源；311-主支撑结构；321-凹形槽；331- 空气腔；411-第二基底层；421-第二贴片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。

参考图1a和图1b，本实用新型一实施例的总体结构图和侧视图，包括信号激励层111、支架121和信号引向层131。信号激励层111激励起三种信号模式，支架121位于信号激励层111和信号引向层131之间用于物理支撑信号引向层131，信号引向层131起到对电磁场引向的作用，增强天线的方向性。

参考图2a和图2b，本实用新型一实施例的信号激励层111的结构细节图和侧视图，包括主地金属面211、第一基底层221和第一贴片231，第一贴片 231里有U型槽232、第一接地通孔241、第二接地通孔242、第三接地通孔 243和馈源251。主地金属面211位于第一基底层221之下，提供信号回路并且起到增强天线方向性，减小后向辐射的作用。第一贴片231位于第一基底层 221上方居中位置，内侧的U型槽232可以提供电流额外路径，配合第一接地通孔241、第二接地通孔242和第三接地通孔243可以产生三种信号模式，有利于扩展天线带宽。第一接地通孔241、第二接地通孔242和第三接地通孔243 穿透第一基底层221电连接主地金属面211和第一贴片231。馈源251给第一贴片231提供电信号输入，馈源251和U型槽232的间距可调节天线的阻抗。

可选的，主地金属面211在长宽尺寸上大于第一贴片231的1.5倍。

可选的，第一基底层221的选材介电常数在2到3之间，损耗正切值在 30GHz处小于0.005。

可选的，在第一贴片231内蚀刻有U型槽232，也可变形为C型、直线型和带一缺口的环形等形式。

参考图2c，本实用新型一实施例的第一贴片231上的U型槽232与第一接地通孔241、第二接地通孔242、第三接地通孔243和馈源251的相对位置示意图，第一接地通孔241、第二接地通孔242、第三接地通孔243和馈源251 在U型槽232的外侧。

参考图3a和图3b，本实用新型一实施例的支架121的结构细节图和侧视图，包括主支撑结构311、凹形槽321和空气腔331。主支撑结构311的内边缘(空气腔331)的长宽尺寸大于第一贴片231的尺寸，外边缘长宽尺寸小于或等于第一基底层221尺寸，其下部与第一基底层221的上部通过物理结构或连接介质(如粘胶等)接合。主支撑结构311中间是空气腔331，使信号激励层111产生的电磁场能以最小损耗到达信号引向层131。

可选的，主支撑结构311的选材介电常数小于3，损耗正切值在30GHz 小于0.005。

可选的，空气腔331的长宽尺寸相对于第一贴片231尽量大。

可选的，空气腔331的高大于0.5mm，小于0.9mm。

参考图4a和图4b，本实用新型一实施例的信号引向层131的结构细节图和侧视图，包括第二基底层411和第二贴片421。第二基底层411的尺寸能恰好嵌于凹形槽321上，并通过物理结构或连接介质(如粘胶等)接合在一起。第二贴片421位于第二基底层411上方。

可选的，第二贴片421的中心与第一贴片231的中心对齐。

可选的，第二贴片421和第一贴片231的尺寸差别在±20％以内。

可选的，第二贴片421与第一贴片231的外形相似，比如均为矩形或椭圆等。

参考图5，本实用新型一实施例的天线S11曲线，可见天线的﹣10dB S11 带宽釜盖24.1-30.6GHz的频率范围。

参考图6a、图6b和图6c，分别为：本实用新型一实施例的天线在24.5GHz 产生模式1时，第一贴片231以及三个接地通孔上的电流分布图；本实用新型一实施例的天线在27GHz产生模式2时，第一贴片231以及三个接地通孔上的电流分布图；本实用新型一实施例的天线在29.5GHz产生模式3时，第一贴片231以及三个接地通孔上的电流分布图。可见在第一贴片231上，模式1 主要由U型槽232和第一接地通孔241、第二接地通孔242、第三接地通孔243共同激励产生；模式2主要由U型槽232和第一接地通孔241、第二接地通孔 242共同激励产生；模式3主要由U型槽232和第三接地通孔243共同激励产生。

参考图7a、图7b和图7c，分别为：本实用新型一实施例的天线在24.5GHz 的远场图；本实用新型一实施例的天线在27GHz的远场图；本实用新型一实施例的天线在29.5GHz的远场图。可见在24.5GHz的天线增益为7.48dB，在 27GHz的天线增益为8.6dB，在29.5GHz的天线增益为8.87dB。

本发明实施例不限于单频段24.5-29.5GHz，别的频段设计也可使用本发明的设计思想。通过增加或减小天线尺寸，改变两贴片间距，改变接地通孔位置，槽缝大小，以实现别的频段覆盖。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，包括信号激励层、支架和信号引向层，所述信号激励层用于激励起三种信号模式，所述支架位于所述信号激励层和所述信号引向层之间，用于物理支撑所述信号引向层，所述信号引向层起到对电磁场引向的作用，增强天线的方向性。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述信号激励层包括主地金属面、第一基底层、第一贴片和馈源，所述主地金属面位于所述第一基底层下方；所述第一贴片位于所述第一基底层上方；第一接地通孔、第二接地通孔和第三接地通孔穿过所述第一基底层连接所述第一贴片和所述主地金属面；所述馈源给所述第一贴片馈电。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述支架位于所述第一基底层上方。

4.根据权利要求3所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述信号引向层包括第二基底层和第二贴片，所述第二基底层内嵌于所述支架上方；所述第二贴片位于所述第二基底层上方。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第一贴片内侧蚀刻有一槽缝。

6.根据权利要求5所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第一接地通孔、所述第二接地通孔、所述第三接地通孔和/或所述馈源位于所述槽缝的外侧。

7.根据权利要求5所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述槽缝为U型槽、C型槽、直线型槽和带一缺口的环形槽中的一种。

8.根据权利要求4所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述支架包括主支撑结构、凹形槽和空气腔，所述凹形槽形成于所述主支撑结构的顶部；所述空气腔形成于所述凹形槽的底部；所述第一贴片位于所述空气腔内；和/或所述第二基底层嵌于所述凹形槽上；和/或所述主支撑结构的外边缘尺寸小于或等于所述第一基底层的尺寸。

9.根据权利要求4所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第二贴片和所述第一贴片的中心对齐。

10.根据权利要求9所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第二贴片与所述第一贴片的间距大于0.5mm。

11.根据权利要求4所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第二贴片和所述第一贴片的尺寸差别在±20％之内。

12.根据权利要求4所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述第一基底层和/或所述第二基底层和/或所述支架由FR4板或玻璃或LTCC材料构成。

13.根据权利要求2所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述馈源为同轴线馈电或波导馈电或耦合馈电中的一种或数种的组合。

14.根据权利要求2所述的一种紧凑型宽带毫米波天线，其特征在于，所述主地金属面的尺寸不小于5*5mm²。