CN209282398U - 一种wlan/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，包括均为陶瓷材质的第一介质基片和第二介质基片，所述第一介质基片的上表面分别设置有网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片，分布于第一介质基片上表面的左、右两边，且在该网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片上分别设置有一个金属探针作为馈电点，所述第二介质基片位于第一介质基片的下方，且在该第一介质基片和第二介质基片之间设置有金属地板，所述金属地板上设置有多个金属焊台。本实用新型具有频带宽、体积小、高增益、馈电结构简单的特点，可以应用于毫米波5G通信系统中。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线移动通信的技术领域，尤其是指一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线。
背景技术
IEEE 802.11ad标准已被批准支持以下三波段的无线通信:60、5.2和2.4GHz。考虑到这一新标准所带来的巨大商机，芯片设计人员已经开始着手构建三频带无线电设备，以实现在60、5.2和2.4GHz网络之间的切换。预计三波段无线电设备不久将提供数千兆的无线速度，以支持在低功耗和高性能设备上的众多应用，包括消费电子产品、个人电脑、手机和家庭网络设备。显然，三波段无线电设备需要三波段天线。
第五代移动通信技术(5G)将WLAN技术与4G、3G技术融合，能满足个人手持设备与电脑之间的海量数据交互、无线高清图像传输和显示等。目前最受瞩目的高速无线传输技术是60GHz毫米波无线传输技术。随着WiGig联盟与WiFi联盟达成合作，5G时代的WLAN将采用60GHz毫米波。网格阵列天线可以通过调节其网格数目，同时提高天线的阻抗带宽和增益，且结构简单。结合毫米波和网格阵列天线的优点，毫米波网格阵列天线无疑具有很大的研究价值。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2011年，Mei Sun，YuePing Zhang和Duixian Liu等人，在“IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION”上发表的一篇名为“A Ball Grid Array Package With aMicrostrip Grid Array Antenna for a Single-Chip 60-GHz Receiver”的文章中，基于LTCC(低温共烧陶瓷)技术，设计了一款中心频率为60GHz的微带网格阵列天线，在57GHz～64GHz频段内，其|S11|≤-10dB，天线的最大增益在60GHz处为14.5dB。
之后对于该类型的网格阵列天线的研究基本是通过增加网格的数目或者子网格的组合阵列提高天线的增益，但这种方法增加了天线的尺寸，不利于系统集成设计。
2012年，Tu Zhihong,Zhang Yue Ping在“Proceedings of APMC 2012”会议上的发表的一篇名为“Three Types of Array Antennas for 60-GHz Radios”的文章中，提出将网格短边设置为不同长度，这种改进方法不仅增加天线的阻抗带宽，其-10dB阻抗带宽为13.3％(56.6GHz-64.6GHz)，同时也提高天线的增益，最高增益达到15.1dBi，但3dB增益带宽不到5％。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，具有频带宽、体积小、高增益、馈电结构简单的特点，可以应用于毫米波5G通信系统中。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，包括均为陶瓷材质的第一介质基片和第二介质基片，所述第一介质基片的上表面分别设置有网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片，分布于第一介质基片上表面的左、右两边，且在该网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片上分别设置有一个金属探针作为馈电点，所述第二介质基片位于第一介质基片的下方，且在该第一介质基片和第二介质基片之间设置有金属地板，所述金属地板上设置有多个金属焊台。
进一步，所述网格状辐射贴片的网格是由十四个矩形组成；该十四个矩形中的十个矩形分为五个矩形组，该五个矩形组在金属地板的长度方向上依次排列，每个矩形组由左右并排在一起的两个矩形组成；该十四个矩形中的余下四个矩形，每个矩形位于相邻的两个矩形组之间，即两两矩形组之间均通过另外一个矩形进行连接。
进一步，每个矩形的长边长度都相同，但位于两端的那两个矩形组及其连接的那个矩形的短边长度均比位于中间的那些矩形的短边长度都要长。
进一步，每个矩形的长边长度为2.36mm，位于两端的那两个矩形组及其连接的那个矩形的短边长度为1.52mm，位于中间的那些矩形的短边长度为1.36mm。
进一步，所述第一介质基片由四层陶瓷组成，所述第二介质基片由一层陶瓷组成。
进一步，每层陶瓷的厚度为0.095mm。
进一步，所述金属探针依次穿过第一介质基片、金属地板和第二介质基片后连接有矩形金属片。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型能够满足56.80GHz～64.23GHz频率带宽内，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗带宽为12.38％，与现有的60GHz毫米波网格阵列天线相比，在不增加天线尺寸的条件下，具有更高的增益，在57GHz～64GHz工作频段内最大增益可达15.32dBi。
2、本实用新型能够在2.4、5.2和60GHz三个频段内自由切换使用，能够满足不同电子设备的需求。
3、本实用新型具有高增益、体积小、辐射效率高、辐射特性好、可与电路集成的特点，克服了现有网格阵列天线通过增加网格数目牺牲天线尺寸来提高天线增益的缺点。
附图说明
图1为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的立体图。
图2为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的底面结构示意图。
图3为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的侧面结构示意图。
图4为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的网格阵列天线的|S11|的仿真结果曲线图。
图5为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的网格阵列天线的增益曲线图。
图6为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的网格阵列天线在60GHz时E面辐射方向图。
图7为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的网格阵列天线在60GHz时H面辐射方向图。
图8为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的双频曲折倒F天线的|S11|的仿真结果曲线图。
图9为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的双频曲折倒F天线在2.47GHz时xoz面辐射方向图。
图10为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的双频曲折倒F天线在2.47GHz时yoz面辐射方向图。
图11为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的双频曲折倒F天线在5.37GHz时yoz面辐射方向图。
图12为本实用新型的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线的双频曲折倒F天线在5.37GHz时yoz面辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例所提供的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，包括第一介质基片1和第二介质基片5，第一介质基片1的上表面分别设置有网格状辐射贴片2和曲折微带状辐射贴片3，分布于第一介质基片1上表面的左、右两边，其中在该网格状辐射贴片2上设置有一个金属探针6作为馈电点，在该曲折微带状辐射贴片3上设置有一个金属探针7作为馈电点；第二介质基片5位于第一介质基片1的下方，且在该第一介质基片1和第二介质基片5之间设置有金属地板4，金属地板4上设置有15个金属焊台8；金属探针6和金属探针7穿过第一介质基片1、金属地板4和第二介质基片5后与一小型矩形金属片相连。
网格状辐射贴片2的网格是由十四个矩形组成，每个矩形的四条边的宽度均为0.15mm，长边的长度均为2.36mm；该十四个矩形中的十个矩形分为五个矩形组，该五个矩形组在金属地板4的长度方向上依次排列，每个矩形组由左右并排在一起的两个矩形组成；该十四个矩形中的余下四个矩形，每个矩形位于相邻的两个矩形组之间，即两两矩形组之间均通过另外一个矩形进行连接。位于两端的那两个矩形组及其连接的那个矩形的短边长度为1.52mm，位于中间的那些矩形的短边长度为1.36mm。
如图3所示，第一介质基片1由四层陶瓷堆叠而成，第二介质基片5由一层陶瓷组成，其厚度h为0.095mm，总的介质基片厚度H为0.475mm。
本实施例天线的各个尺寸参数都进行了优化，其60G网格天线反射系数如图4所示，从图中可以看到，在56.80GHz～64.23GHz频率带宽内，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗带宽为12.38％；天线的增益G如图5所示，在56.80GHz～64.23GHz工作频段内最大增益可达15.32dBi。
本实施例的曲折倒F天线的反射系数如图8所示，低频段阻抗带宽为70MHz(2.43～2.50GHz)，高频段阻抗带宽为530MHz(5.13～5.66GHz)。
本实施例的WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线仿真的HFSS模型在60GHz时的E面辐射方向图如图6所示，在60GHz时的H面辐射方向图如图7所示，在2.47GHz时的xoz面辐射方向图如图9所示，在2.47GHz时的yoz面辐射方向图如图10所示,在5.37GHz时的xoz面辐射方向图如图11所示，在5.37GHz时的yoz面辐射方向图如图12所示。
上述实施例中，介质基片介电常数5.74，损耗正切为0.0023；辐射贴片、金属地板和金属探针采用金属材料制成，该金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂中的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂中任意一种的合金。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：包括均为陶瓷材质的第一介质基片和第二介质基片，所述第一介质基片的上表面分别设置有网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片，分布于第一介质基片上表面的左、右两边，且在该网格状辐射贴片和曲折微带状辐射贴片上分别设置有一个金属探针作为馈电点，所述第二介质基片位于第一介质基片的下方，且在该第一介质基片和第二介质基片之间设置有金属地板，所述金属地板上设置有多个金属焊台。
2.根据权利要求1所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：所述网格状辐射贴片的网格是由十四个矩形组成；该十四个矩形中的十个矩形分为五个矩形组，该五个矩形组在金属地板的长度方向上依次排列，每个矩形组由左右并排在一起的两个矩形组成；该十四个矩形中的余下四个矩形，每个矩形位于相邻的两个矩形组之间，即两两矩形组之间均通过另外一个矩形进行连接。
3.根据权利要求2所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：每个矩形的长边长度都相同，但位于两端的那两个矩形组及其连接的那个矩形的短边长度均比位于中间的那些矩形的短边长度都要长。
4.根据权利要求3所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：每个矩形的长边长度为2.36mm，位于两端的那两个矩形组及其连接的那个矩形的短边长度为1.52mm，位于中间的那些矩形的短边长度为1.36mm。
5.根据权利要求1所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：所述第一介质基片由四层陶瓷组成，所述第二介质基片由一层陶瓷组成。
6.根据权利要求5所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：每层陶瓷的厚度为0.095mm。
7.根据权利要求1所述的一种WLAN/毫米波大频率比三频低温共烧陶瓷天线，其特征在于：所述金属探针依次穿过第一介质基片、金属地板和第二介质基片后连接有矩形金属片。
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