CN210142720U - 一种天线及用于5g通信的毫米波天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线及用于5G通信的毫米波天线，涉及通信技术领域。该天线，包括：刚性天线、以及柔性可拉伸的辐射引向结构，刚性天线和辐射引向结构叠放设置；辐射引向结构包括柔性可拉伸的第一绝缘介质层和金属导向层，该金属导向层位于第一绝缘介质层远离刚性天线的一侧，并且其上图案随第一绝缘介质层的变形而改变，从而调整刚性天线的辐射方向。本实用新型实施例中的天线结构，利用柔性可拉伸的引向结构，可以实现辐射方向的重新定向，可满足大范围可调的辐射方向，无需多天线阵列结构，避免了两者之间的干扰风险。再有，辐射引向结构与刚性天线之间可为分离结构，因此无需对原有天线进行重新设计，可直接增设，结构简单，成本低。

Description

一种天线及用于5G通信的毫米波天线

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其涉及一种天线及用于5G通信的毫米波天线。

背景技术

第五代移动通信(简称5G)，目前正在全世界范围内广泛的展开研究。第五代移动通信按照通信的频段需求，可以分成两个类别：一个是sub-6GHz范围，中国的工信部已经备案的具体频段为3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz，目前已经明确的基本需求指标是在这个范围内的通信的信道容量达到10Gbps/s；另外一个类别是毫米波波段通信(所谓毫米波通信是指进行通信的电磁波的实际波长在毫米这个数量级)，典型的频段需求是38GHz和60GHz频段的毫米波通信。

众所周知，电磁波的频率越高，其性质就越接近光，也就越容易受到物体的遮挡，因此对于毫米波而言就需要设定狭窄而高增益的波束，从而将毫米波送到所需要的覆盖范围。图1示出了现有技术中的5G毫米波天线的结构，现有技术中的5G天线多采用多天线阵列结构，通过控制不同位置的天线单元工作实现特定方向的定向传输，但是微带天线阵列结构的存在结构复杂、成本高、并且未使用的天线单元也会在一定程度上影响处于工作状态下的天线单元。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一个目的是提出一种天线,以解决现有技术中天线阵列结构中结构复杂、成本高的问题。

在一些说明性实施例中，所述天线，包括：刚性天线、以及柔性可拉伸的辐射引向结构，所述刚性天线和所述辐射引向结构叠放设置；其中，所述辐射引向结构包括柔性可拉伸的第一绝缘介质层和金属导向层，该金属导向层位于所述第一绝缘介质层远离所述刚性天线的一侧，并且其上图案随所述第一绝缘介质层的变形而改变，从而调整所述刚性天线的辐射方向。

在一些可选地实施例中，所述金属导向层由铺设在所述第一绝缘介质层表面上的低熔点金属构成。

在一些可选地实施例中，所述低熔点金属为熔点在300℃以下的低熔点金属单质、低熔点金属合金或主要成分为低熔点金属单质/低熔点金属合金的金属材料。

在一些可选地实施例中，所述辐射引向结构，还包括：覆盖在所述金属导向层上、且柔性可拉伸结构的绝缘保护层。

在一些可选地实施例中，所述金属导向层，包括：并排间隔设置的多个导向单元，每两个所述导向单元之间的间隙开口方向形成所述刚性天线的辐射方向。

在一些可选地实施例中，所述多个导向单元包括：矩形结构的第一导向单元和第二导向单元；所述第一导向单元的长度大于所述第二导向单元的长度；每个所述第二导向单元的两侧至少分别设置有一个所述第一导向单元。

在一些可选地实施例中，所述第二导向单元的数量不低于2个，所述第一导向单元的数量不低于3个。

在一些可选地实施例中，所述第一导向单元的数量为5个，所述第二导向单元的数量为2个；所述多个导向单元依照第一导向单元、第一导向单元、第二导向单元、第一导向单元、第二导向单元、第一导向单元、第一导向单元的顺序排布。

在一些可选地实施例中，所述第一导向单元的数量为6个，所述第二导向单元的数量为2个；所述多个导向单元依照第一导向单元、第一导向单元、第二导向单元、第一导向单元、第一导向单元、第二导向单元、第一导向单元、第一导向单元的顺序排布。

在一些可选地实施例中，所述金属导向层，还包括：用以加强辐射主体单方向的辐射强度的反射单元，所述反射单元垂直于所述导向单元设置，且与所述多个导向单元中位于最外侧的两个导向单元连接，形成对所述导向单元的单向辐射封闭。

在一些可选地实施例中，所述刚性天线，包括：第二绝缘介质层、位于所述第二绝缘介质层两侧的辐射主体和金属地；所述辐射主体与所述第一绝缘介质层相邻。

本实用新型的另一个目的在于提供一种用于5G通信的毫米波天线，包括上述任一项所述的天线；其中，刚性天线为毫米波天线。

在一些可选地实施例中，所述毫米波天线的数量为至少4个。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

本实用新型实施例中的天线结构，利用柔性可拉伸的引向结构，可以实现对天线辐射方向的重新定向，可满足大范围可调的辐射方向，无需多天线阵列结构，避免了天线与天线之间的干扰风险。另一方面，辐射引向结构与刚性天线之间可为分离结构，因此无需对原有天线进行重新设计，可直接增设，结构简单，成本低。

附图说明

图1是现有技术中天线阵列的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的天线的层侧视图；

图3是本实用新型实施例中的金属导向层的拉伸变化示意图；

图4是本实用新型实施例中的天线的层结构示意图；

图5是本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图；

图7是本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图；

图8是本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图；

图9是本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图；

图10是本实用新型实施例中的天线辐射方向调节示意图；

图11是本实用新型实施例中的天线阵列的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本实用新型实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本实用新型实施例中公开了一种天线，如图2-3所示，图2为本实用新型实施例中的天线的层结构示意图，图3为本实用新型实施例中的金属导向层的结构示意图。该天线包括：刚性天线1和具有柔性可拉伸性能的辐射引向结构2；其中，刚性天线1用于收发电磁波信号，由辐射主体11、第二绝缘介质层12和金属地13构成，辐射主体11和金属地13位于第二绝缘介质层12的两侧，并且被第二绝缘介质层12所分离，辐射主体11上设有用以连接网络设备/器件的馈电部14。辐射引向结构2包括柔性可拉伸的第一绝缘介质层21和金属导向层22，刚性天线1的辐射主体11和金属导向层22位于第一绝缘介质层21的两侧。金属导向层22为平面图案结构，该图案形成刚性天线1的辐射方向，并且其上图案随第一绝缘介质层21的变形而改变，从而调整刚性天线1的辐射方向，从而满足用户对于辐射方向的定向调节需求。

本实用新型实施例中的天线结构，利用柔性可拉伸的引向结构，可以实现对天线辐射方向的重新定向，可满足大范围可调的辐射方向，无需多天线阵列结构，避免了天线与天线之间的干扰风险。另一方面，辐射引向结构与刚性天线之间可为分离结构，因此无需对原有天线进行重新设计，可直接增设，结构简单，成本低。

可选地，本实用新型实施例中的辐射引向结构2中的金属导向层21可通过利用导电油墨附着在第一绝缘介质层21上形成金属导向层22。该实施例中的形成方式可以为喷墨打印、直写打印、印刷、浸镀等现有技术中任意一种可将导电油墨形成在基材表面的方法，过程中可配合掩模和/或改性层的使用，例如选用不粘附导电油墨的第一绝缘介质层21，然后在第一绝缘介质层21上形成粘附导电油墨的改性层，该改性层的图案与实际所需的金属导向层22的图案一致，之后将导电油墨印刷在基材表面，通过粘/不粘的区别，在改性层上形成金属导向层22。

本实用新型实施例中的形成金属导向层22的导电油墨可选择，导电铝浆、导电铜浆、导电银浆或低熔点金属中的任意一种或多种。

优选地，本实用新型实施例中的金属导向层22选用低熔点金属形成，该低熔点金属具体是指熔点在300℃以下的低熔点金属，包含低熔点金属单质、低熔点金属合金、或主要成分为低熔点金属单质/低熔点金属合金的导电流体；其中，导电流体中的低熔点金属单质/低熔点金属合金的质量占比不低于60％，其余成分为添加导电填料、树脂等物质。

本实用新型实施例中的低熔点金属可在适当温度状态下呈现出液体状态，相比铝浆、铜浆和银浆而言，更易跟随第一绝缘介质层的拉伸变形而变形，并且可在拉伸程度达到200％的情况下仍然保持良好、一致的成膜性。

本实用新型实施例中的低熔点金属的熔点选择范围可在0–120℃之间，该熔点范围内，天线设备更易提供给低熔点金属达到其熔点的温度，以及降低配件的耐温选择要求。具体地，本实用新型实施例中的低熔点金属可选用室温液态的低熔点金属，例如镓单质、镓基合金等，该类低熔点金属可在室温状态下就保持液体状态。在另一些实施例中，低熔点金属还可以选用室温固态的低熔点金属，例如铋基合金等，可在50℃-120℃保持液体状态。

如图4所示，本实用新型中的天线中的辐射引向结构2，还可包括柔性可拉伸的绝缘保护层23，绝缘保护层23覆盖金属导向层22，绝缘保护层23配合第一绝缘介质层21形成对金属导向层22的封装。在一些实施例中，第一绝缘介质层21的表面可设有与金属导向层22的图案一致、用以容纳金属导向层22的凹槽，使金属导向层22与第一绝缘介质层21的表面齐平，然后在第一绝缘介质层21的表面形成覆盖金属导向层22的整体封装。其中，绝缘保护层23可采用胶体封装，亦可以直接选用片状基材进行贴合封装。

本实用新型实施例中的绝缘保护层23和第一绝缘介质层21可选用不同的柔性可拉伸绝缘材料，也可以选用同一种柔性可拉伸绝缘材料，从而保证绝缘保护层23和第一绝缘介质层21之间良好的结合一致性，降低两者分层剥离的可能风险。优选地，第一绝缘介质层21和/或绝缘保护层23可选用硅胶类、丙烯酸类等高分子柔性材料，也可以选用现有技术中绝缘且具有柔性可拉伸的任意材料。

优选地，本实用新型针对上述天线结构提供了一种制作方法，选择一平面结构的硅胶基材作为第一绝缘介质层21，然后在第一绝缘介质层21的表面上形成与金属导向层22一致的粘接图案(改性层)，然后将熔融状态的低熔点金属印刷至第一绝缘介质层21的表面，在粘接图案上形成附着，在其它区域则表现不粘附，从而形成以低熔点金属构成的辐射引向结构2；然后在利用硅胶材料在第一绝缘介质层21上形成对金属导向层22的封装，固化后形成绝缘保护层23，从而得到柔性可拉伸结构的辐射引向结构2。

除了上述方法之外，低熔点金属的形成也可以直接通过直写打印的方式形成，也可以通过配合掩模的方式利用喷涂的方式形成；另外，绝缘保护层23的形成除了材料自流平封装之外，也可以利用平面结构的绝缘保护层23与第一绝缘介质层21之间粘接结合；再将刚性天线1设置在第一绝缘介质层21的远离金属导向层22的另一侧。其中，刚性天线1和辐射引向结构2之间的距离(含绝缘介质层21的厚度)可根据辐射强度的增益需求及辐射引向结构设计要求进行设计。

如图2和图5所示，在本实用新型的一些实施例中，金属导向层22可由若干个并排间隔设置的多个导向单元201构成，每两个导向单元201之间的间隙开口方向形成刚性天线1的辐射方向。其中，每两个导向单元201之间的间隙指向形成辐射主体1的一个辐射圈(既表示辐射方向，又同时表示辐射强度)，多个间隙情况下会产生多个辐射圈，也就会产生信号的叠加，使位于辐射引导结构2的中心位置处的信号强度最强，并且如果没有特别限定，本实用新型实施例中所辐射方向是指信号增益的信号的辐射方向。

本实用新型实施例中的导向单元201只要满足可形成间隙的情况下，可选用任意形状；优选地，本实用新型实施例中的导向单元201选用标准结构的矩形结构(包含直角矩形和圆角矩形)，以满足辐射引向结构2在拉伸变形的过程中，辐射方向可与拉伸变形程度之间形成线性变换关系。

可选地，如图6所示，本实用新型实施例中的多个导向单元201中可包含第一导向单元201a和第二导向单元201b；其中，第二导向单元201b的长度短于第一导向单元201a的长度，并且第二导向单元201b的两侧分别至少设置有一个第一导向单元201a。

如图7所示，在一具体实施例中，导向单元201的数量设计为3个，包括2个第一导向单元201a和1个第二导向单元201b，第二导向单元201b介于2个第一导向单元201a之间。该辐射引向结构2中的主要辐射方向为第二导向单元201b的端部指向。

优选地，本实用新型实施例中的导向单元201中的第二导向单元的数量不低于2个，第一导向单元的数量不低于3个。例如图8所示，导向单元201的数量设计为7个，包括5个第一导向单元201a和2个第二导向单元201b；其中，导向单元201依照如下顺序进行排布设置：第一导向单元201a、第一导向单元201a、第二导向单元201b、第一导向单元201a、第二导向单元201b、第一导向单元201a和第一导向单元201a。该实施例中的金属导向层21具有良好的信号增益和定位精度较高的辐射方向。

又例如图9所示，导向单元31的数量设计为8个，包括6个第一导向单元201a和2个第二导向单元201b；其中，导向单元201依照如下顺序进行排布设置：第一导向单元201a、第一导向单元201a、第二导向单元201b、第一导向单元201a、第一导向单元201a、第二导向单元201b、第一导向单元201a和第一导向单元201a。

在一些实施例中，辐射引向结构2还可包括：用以加强刚性天线1的单方向的辐射强度(辐射增益)的反射单元202，该反射单元202垂直于导向单元201，且与导向单元201中位于外侧的两个导向单元接触连接，形成对导向单元的单向辐射的封闭，同时提高相对另一方向的辐射增益。

如图10所示，在设置本实用新型实施例中的天线时，刚性天线1可位于辐射引向结构2的正上方，从而使天线整体形成从上之下依次为金属地13、第二绝缘介质层12、辐射主体1、第二绝缘介质层21、金属导向层22和绝缘保护层23的层结构，该天线通过刚性天线1上的金属地和辐射引向结构2上的反射单元202使辐射方向为向下倾斜，并且在辐射引向结构2的拉伸变形的情况下，辐射方向可在水平方向上形成偏移；具体地，辐射引向结构2的辐射方向，可在左右偏向60°的范围内产生与拉伸程度呈线性变化关系的调节角度，因此可在该范围内通过控制拉伸程度以此达到其所需要的辐射定向角度。

如图11，本实用新型实施例中还提出了一种用于5G通信的毫米波天线100，该天线100的结构可参照本实用新型上述实施例中的天线结构，具体地，刚性天线1中的辐射主体11可具体中选用现有技术适用于5G通信的毫米波天线。

继续参照图11，在一些实施例中，本实用新型实施例中可采用4个上述天线结构100组成辐射方向360°可调节的5G毫米波天线，相比于现有技术中采用32个5G天线阵列而言，单天线个数降低了8倍，只需要4个即可满足360°的辐射方向的调节，并且天线在任意方向仍然保持良好的辐射增益。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：刚性天线、以及柔性可拉伸的辐射引向结构，所述刚性天线和所述辐射引向结构叠放设置；其中，所述辐射引向结构包括柔性可拉伸的第一绝缘介质层和金属导向层，该金属导向层位于所述第一绝缘介质层远离所述刚性天线的一侧，并且其上图案随所述第一绝缘介质层的变形而改变，从而调整所述刚性天线的辐射方向。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属导向层由铺设在所述第一绝缘介质层表面上的低熔点金属构成。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述辐射引向结构，还包括：覆盖在所述金属导向层上、且柔性可拉伸的绝缘保护层。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属导向层，包括：并排间隔设置的多个导向单元，每两个所述导向单元之间的间隙开口方向形成所述刚性天线的辐射方向。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述多个导向单元包括：矩形结构的第一导向单元和第二导向单元；所述第一导向单元的长度大于所述第二导向单元的长度；

每个所述第二导向单元的两侧至少分别设置有一个所述第一导向单元。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第二导向单元的数量不低于2个，所述第一导向单元的数量不低于3个。

7.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述金属导向层，还包括：

用以加强辐射主体单方向的辐射强度的反射单元，所述反射单元垂直于所述导向单元设置，且与所述多个导向单元中位于最外侧的两个导向单元连接，形成对所述导向单元的单向辐射封闭。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的天线，其特征在于，所述刚性天线，包括：第二绝缘介质层、位于所述第二绝缘介质层两侧的辐射主体和金属地；所述辐射主体与所述第一绝缘介质层相邻。

9.一种用于5G通信的毫米波天线，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的天线；其中，该天线中的刚性天线为毫米波天线。

10.根据权利要求9所述的毫米波天线，其特征在于，所述毫米波天线的数量为至少4个。

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