CN214411516U - 一种毫米波天线模组及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种毫米波天线模组及通信设备，将多组的偶极子通过馈线与巴伦连接，巴伦与带状线网络连接形成的网络不仅将输入信号从单端口输入转变为双端口输出，而且共同构成匹配网络增加了天线带宽；通过设置格栅与天线地连接，不仅使得格栅将一些非主要辐射方向的电磁波改变传播方向，朝天线主方向辐射，而且扩大了地的面积，从而提升了天线的增益，并由此在原有小尺寸的基础上提升了天线的增益，实现小尺寸设备具有高增益实现小尺寸设备具有高增益和高频段覆盖率的效果；采用PCB集成芯片和天线的射频链路，从而简化了简化了设计难度，测试难度以及波束管理的复杂度，并且减小了体积，控制灵活。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信天线领域，特别涉及一种毫米波天线模组及通信设备。
背景技术
随着5G技术的发展，对于5G天线模组的要求也越来越高。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段，然而常规毫米波天线要么是尺寸大不适合终端，要么增益低，并且根据3GPP TS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave天线需要覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)、n260(37-40GHz)和n261 (27.5-28.35GHz)四个频段，而目前市面上的高通天线模组仅覆盖了n257频段。因此，有必要提供一种频段覆盖效率高、占用空间小且增益高的封装天线模组。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种毫米波天线模组及通信设备，在提高毫米波的增益以及频段覆盖率的同时能够减小设备尺寸。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的一种技术方案为：
一种毫米波天线模组，包括偶极子、馈线、巴伦、天线地和格栅；
所述天线地为参考地；
所述格栅的一侧边和所述天线地的一侧边连接；
所述偶极子设置于所述格栅和所述天线地构成的空间内；
所述偶极子和所述巴伦分别设置于所述天线地的两侧；
所述偶极子通过所述馈线与所述巴伦的输出端连接；
所述巴伦输入端用于接收输入信号。
进一步的，所述毫米波天线模组集成在PCB板上。
进一步的，所述馈线包括第一臂和第二臂：
所述第一臂的一端与所述第二臂的一端连接，并且所述第一臂与所述第二臂垂直；
所述第一臂的另一端与所述偶极子连接；
所述第一臂平行于所述天线地；
所述第二臂的另一端与所述巴伦连接；
所述第二臂与所述天线地垂直。
进一步的，还包括带状线网络和带状线地；
所述带状线地与所述天线地连接；
所述带状线地位于所述巴伦远离所述天线地的一侧；
所述带状线网络位于所述带状线地远离所述巴伦的一侧；
所述带状线网络的输入端用于接收输入信号；
所述带状线网络的输出端与所述巴伦的输入端连接。
进一步的，还包括闭合壳层和低频电路区；
所述低频电路区位于所述带状线网络远离所述带状线地的一侧；
所述低频电路区与所述带状线地连接；
所述低频电路区通过所述闭合壳层与输入信号连接。
进一步的，所述格栅与所述天线地之间的夹角为锐角；
所述格栅包括竖直段、水平段和倾斜段；
所述水平段的两个相对的侧边分别与所述竖直段的一侧边和所述倾斜段的一侧边连接；
所述竖直段的另一侧边与所述天线地连接；
所述倾斜段朝向所述偶极子，且所述倾斜段另一侧边与所述偶极子所在面的距离大于所述倾斜段的所述一侧边与所述偶极子所在面的距离；
所述倾斜段在所述偶极子所在面上的投影不与所述偶极子重合。
进一步的，所述格栅包括多层金属板和多个金属柱；
不同层的金属板通过金属化过孔的方式连接；
所述金属柱等间距设置于相邻的所述金属板之间。
进一步的，相邻的所述金属板之间的间距为PCB介质的最小厚度；
相邻的所述金属柱之间的距离小于所述金属柱的直径。
进一步的，所述偶极子包括多组；
所述多组偶极子沿与所述天线地平行的方向呈直线等间隔排列于所述天线地远离所述巴伦的一侧。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一种技术方案：
一种通信终端，包括上述毫米波天线模组。
本实用新型的有益效果在于：采用偶极子的结构，通过巴伦将单端输入信号转化为差分信号输出，且巴伦也构成天线模组的匹配网络增加了天线带宽，并通过设置格栅使一些非主要辐射方向的电磁波改变传播方向，朝天线主方向辐射，从而在原有小尺寸的基础上提升了天线的增益，实现小尺寸设备具有高增益和高频段覆盖率的效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组内部结构示意图；
图2为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组内部结构示意图；
图3为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组内部结构示意图侧视图；
图4为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组结构示意图；
图5为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组第一种格栅结构示意图；
图6为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构S参数图；
图7为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 26GHz扫描下的波束3D方向图；
图8为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 28GHz扫描下的波束3D方向图；
图9为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 28GHz扫描下的波束扫描图；
图10为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组另一种内部结构示意图；
图11为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组另一种内部结构示意图侧视图；
图12为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组另一种格栅结构示意图；
图13为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 28GHz扫描下的波束3D方向图；
图14为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 26GHz扫描下的波束3D方向图。
标号说明：
1、格栅； 2、天线地； 3、偶极子； 4、馈线； 5、巴伦；
6、带状线地； 7、带状线网络； 8、低频电路区； 9、闭合壳层； 10、倾斜段； 11、水平段； 12、竖直段； 13、金属板； 14、金属柱。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
参照图1至图3，本实用新型实施例提供了一种毫米波天线模组，包括偶极子、馈线、巴伦、天线地和格栅；
所述天线地为参考地；
所述格栅的一侧边和所述天线地的一侧边连接；
所述偶极子设置于所述格栅和所述天线地构成的空间内；
所述偶极子和所述巴伦分别设置于所述天线地的两侧；
所述偶极子通过所述馈线与所述巴伦的输出端连接；
所述巴伦的输入端用于接收输入信号。
由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：采用偶极子的结构，通过巴伦将单端输入信号转化为差分信号输出，且巴伦也构成天线模组的匹配网络增加了天线带宽，并通过设置格栅使一些非主要辐射方向的电磁波改变传播方向，朝天线主方向辐射，从而在原有小尺寸的基础上提升了天线的增益，实现小尺寸设备具有高增益和高频段覆盖率的效果。
进一步的，天线模组集成在PCB板上。
有上述描述可知，天线模组集成在PCB板上尺寸小，更有利于后续集成。
进一步的，所述馈线包括第一臂和第二臂：
所述第一臂的一端与所述第二臂的一端连接，并且所述第一臂与所述第二臂垂直；
所述第一臂的另一端与所述偶极子连接；
所述第一臂平行于所述天线地；
所述第二臂的另一端与所述巴伦连接；
所述第二臂与所述天线地垂直。
由上述描述可知，通过馈线的第二臂与巴伦连接，第一臂与偶极子连接，使巴伦能够将差分信号传输至偶极子，更有利于偶极子进行辐射。
进一步的，还包括带状线网络和带状线地；
所述带状线地与所述天线地连接；
所述带状线地位于所述巴伦远离所述天线地的一侧；
所述带状线网络位于所述带状线地远离所述巴伦的一侧；
所述带状线网络的输入端用于接收输入信号；
所述带状线网络的输出端与所述巴伦的输入端连接。
由上述描述可知，通过巴伦与带状线网络共同形成匹配网络，增大了天线带宽。
进一步的，还包括闭合壳层和低频电路区；
所述低频电路区位于所述带状线网络远离所述带状线地的一侧；
所述低频电路区与所述带状线地连接；
所述低频电路区通过所述闭合壳层与输入信号连接。
由上述描述可知，低频电路区通过闭合壳层与输入信号连接，为电路起到供电、防静电和滤波等作用。
进一步的，所述格栅与所述天线地之间的夹角为锐角；
所述格栅包括竖直段、水平段和倾斜段；
所述水平段的两个相对的侧边分别与所述竖直段的一侧边和所述倾斜段的一侧边连接；
所述竖直段的另一侧边与所述天线地连接；
所述倾斜段朝向所述偶极子，且所述倾斜段另一侧边与所述偶极子所在面的距离大于所述倾斜段的所述一侧边与所述偶极子所在面的距离；
所述倾斜段在所述偶极子所在面上的投影不与所述偶极子重合。
由上述描述可知，通过格栅与天线地之间的夹角为锐角，且倾斜段在偶极子所在面上的投影不与偶极子重合，保证了主辐射方向上的增益不受影响，从而增大天线的增益。
进一步的，所述格栅包括多层金属板和多个金属柱；
不同层的金属板通过金属化过孔的方式连接；
所述金属柱等间距设置于相邻的所述金属板之间。
由上述描述可知，通过金属化过孔的方式将不同层的金属板连接，且金属柱等间距设置于相邻的金属板之间，使格栅结构更稳定。
进一步的，相邻所述金属板之间的间距为PCB介质的最小厚度；
相邻所述金属柱之间的距离小于所述金属柱的直径。
由上述描述可知，金属板之间的间距为PCB介质的最小厚度，尺寸更小，金属柱之间的距离小于金属柱的直径使格栅结构更稳定。
进一步的，所述偶极子包括多组；
所述多组偶极子沿与所述天线地平行的方向呈直线等间隔排列于所述天线地远离所述巴伦的一侧。
由上述描述可知，通过设置多组偶极子构成天线模组能够在满足小尺寸的情况下，增大天线的增益。
本实用新型另一实施例提供了一种通信终端，包括上述毫米波天线模组。
上述天线模组能适用于5G毫米波通信系统的设备中，如手持的移动终端，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1至图3，一种毫米波天线模组，包括偶极子3、馈线4、巴伦5、天线地2和格栅1；
所述天线地2为参考地；
所述格栅1的一侧边和所述天线地2的一侧边连接；
所述偶极子3设置于所述格栅1和所述天线地2构成的空间内；
所述偶极子3包括多组，本实施例中优选为4组；
所述馈线4的数量与所述多组偶极子3的数量对应；
所述巴伦5的数量与所述多组偶极子3的数量对应；
所述多组偶极子3沿与所述天线地2平行的方向呈直线等间隔排列于所述天线地2远离所述巴伦5的一侧；
所述偶极子3和所述巴伦5分别设置于所述天线地2的两侧；
所述偶极子3通过所述馈线4与所述巴伦5的输出端连接；
所述馈线4包括第一臂和第二臂：所述第一臂的一端与所述第二臂的一端连接，并且所述第一臂与所述第二臂垂直；
所述第一臂的另一端与所述偶极子3连接；
所述第一臂平行于所述天线地2；
所述第二臂的另一端与所述巴伦5连接；
所述第二臂与所述天线地2垂直；
所述天线地2上设置有过孔，使所述馈线4通过过孔将偶极子3与所述巴伦5连接；
所述巴伦5的输入端用于接收输入信号；
还包括带状线网络7和带状线地6；
所述带状线地6与所述天线地2连接；
所述带状线地6位于所述巴伦5远离所述天线地2的一侧；
所述带状线网络7位于所述带状线地6远离所述巴伦5的一侧；
所述带状线网络7的输入端用于接收输入信号；
所述带状线网络7的输出端与所述巴伦5的输入端连接；
还包括闭合壳层9和低频电路区8；
所述低频电路区8具有三层结构，三层结构通过金属柱贯穿连接；
所述低频电路区8位于所述带状线网络7远离所述带状线地6的一侧；
所述低频电路区8与所述带状线地6连接；
所述低频电路区8通过所述闭合壳层9与输入信号连接；
请参照图4，天线模组集成在PCB板上；
天线模组设计基于PCB，整体尺寸小，更便于后续与芯片的集成；
天线模组还包含芯片部分，包括有控制芯片、射频芯片和电源芯片，控制芯片对射频芯片进行控制，电源芯片为射频芯片提供电源，射频芯片为天线提供信号；
射频芯片中包含移相器和放大器，其中移相器是为单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器是为了补偿移相器的损耗；
请参照图5，所述格栅1包括多层金属板13和多个金属柱14；
不同层的金属板13通过金属化过孔的方式连接；
所述金属柱14等间距设置于相邻的所述金属板13之间；
相邻所述金属板13之间的间距为PCB介质的最小厚度，尺寸为0.1毫米；
每一层所述金属板13都为一层PCB板；
相邻所述金属柱14之间的距离小于所述金属柱14的直径；
在一个可选的实施方式中，所述格栅1与所述天线地2垂直；
不同层的金属板13在对应的位置设置有金属过孔；
不同层的金属板13通过金属柱14贯穿它们对应的金属过孔实现连接；
且所述栅格1在毫米波要求和天线集成时所述栅格1尺寸为零点几毫米，精度要求高。
本实施例中，毫米波天线模组的仿真结果说明如下：
图6为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构的S参数图，工作频率为22.5-32GHz可以看出覆盖n257(26.5-29.5GHz)、n258 (24.25-27.25GHz)和n261(27.5-28.35GHz)这3个频段。
图7为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 26GHz扫描下的波束3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
图8为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 28GHz扫描下的波束3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
图9为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第一种格栅结构在 28GHz扫描下的波束扫描图，范围为-50到+50度，可以扫描范围较宽。
实施例二
请参照图10和图11，本实施与实施例一的不同在于所述格栅1与所述天线地2之间的夹角为锐角；
所述格栅1包括竖直段12、水平段11和倾斜段10；
所述水平段11的两个相对的侧边分别与所述竖直段12的一侧边和所述倾斜段10的一侧边连接；
所述水平段11向所述偶极子3所在方向延伸，延伸长度可根据设计要求决定；
所述竖直段12的另一侧边通过金属柱14与所述天线地2连接；
请参照图11，所述倾斜段10朝向所述偶极子3，且所述倾斜段10另一侧边与所述偶极子3所在面的距离大于所述倾斜段10的所述一侧边与所述偶极子 3所在面的距离具体为：
所述倾斜段10沿所述偶极子3所在方向呈阶梯状延伸，延伸长度可根据设计要求决定；
请参照图12，每一层金属板13中部的上下两侧给设置一金属柱14，用于实现与所述金属板13相邻的上、下金属板13的连接；
每一层金属板13的下侧远离所述倾斜段延伸方向的一端设置有一个金属柱 14，用于实现与所述金属板13相邻的下金属板13的连接；
每一层金属板13的上侧靠近所述倾斜段延伸方向的一端设置有一个金属柱 14，用于实现与所述金属板13相邻的上金属板13的连接；
所述倾斜段10在所述偶极子3所在面上的投影不与所述偶极子3重合。
本实施例中，毫米波天线模组的仿真结果说明如下：
图13为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第二种格栅结构在 28GHz扫描下的波束3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
图14为本实用新型实施例的一种毫米波天线模组的第二种格栅结构在26GHz扫描下的波束3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。
实施例三
一种通信终端，包括实施例一或实施例二所述一种毫米波天线模组；
所述通信终端的外壳材质可以为塑料，金属，陶瓷中的一种，在具体的操作中，通信终端设备框架需要开有相应的缺口以便把所述毫米波天线模组嵌入到通信终端中。
所述一种毫米波天线模组采用PCB集成芯片和天线的射频链路，通过控制芯片对射频芯片进行控制，避免了相比无源的波束转动时，需要外接体积大的巴特勒耦合器或者罗特曼透镜的问题，从而简化了设计难度，测试难度以及波束管理的复杂度，并且减小了体积，控制灵活，适用于5G毫米波通信设备。
综上所述，本实用新型提供的一种毫米波天线模组及通信设备，将多组的偶极子通过馈线与巴伦连接，巴伦与带状线网络连接形成的网络不仅将输入信号从单端口输入转变为双端口输出，而且共同构成匹配网络增加了天线带宽；通过设置格栅与天线地连接，并且格栅与天线地之间的夹角为锐角，不仅使得格栅将一些非主要辐射方向的电磁波改变传播方向，朝天线主方向辐射，而且扩大了地的面积，从而提升了天线的增益，并由此在原有小尺寸的基础上提升了天线的增益，实现小尺寸设备具有高增益的效果；采用PCB集成芯片和天线的射频链路，从而简化了设计难度，测试难度以及波束管理的复杂度，并且减小了体积，控制灵活。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种毫米波天线模组，其特征在于，包括偶极子、馈线、巴伦、天线地和格栅；
所述天线地为参考地；
所述格栅的一侧边和所述天线地的一侧边连接；
所述偶极子设置于所述格栅和所述天线地构成的空间内；
所述偶极子和所述巴伦分别设置于所述天线地的两侧；
所述偶极子通过所述馈线与所述巴伦的输出端连接；
所述巴伦的输入端用于接收输入信号。
2.根据权利要求1所述一种毫米波天线模组，其特征在于，所述毫米波天线模组集成在PCB板上。
3.根据权利要求1所述一种毫米波天线模组，其特征在于，所述馈线包括第一臂和第二臂：
所述第一臂的一端与所述第二臂的一端连接，并且所述第一臂与所述第二臂垂直；
所述第一臂的另一端与所述偶极子连接；
所述第一臂平行于所述天线地；
所述第二臂的另一端与所述巴伦连接；
所述第二臂与所述天线地垂直。
4.根据权利要求1所述一种毫米波天线模组，其特征在于，还包括带状线网络和带状线地；
所述带状线地与所述天线地连接；
所述带状线地位于所述巴伦远离所述天线地的一侧；
所述带状线网络位于所述带状线地远离所述巴伦的一侧；
所述带状线网络的输入端用于接收输入信号；
所述带状线网络的输出端与所述巴伦的输入端连接。
5.根据权利要求4所述一种毫米波天线模组，其特征在于，还包括闭合壳层和低频电路区；
所述低频电路区位于所述带状线网络远离所述带状线地的一侧；
所述低频电路区与所述带状线地连接；
所述低频电路区通过所述闭合壳层与输入信号连接。
6.根据权利要求1所述一种毫米波天线模组，其特征在于，所述格栅与所述天线地之间的夹角为锐角；
所述格栅包括竖直段、水平段和倾斜段；
所述水平段的两个相对的侧边分别与所述竖直段的一侧边和所述倾斜段的一侧边连接；
所述竖直段的另一侧边与所述天线地连接；
所述倾斜段朝向所述偶极子，且所述倾斜段另一侧边与所述偶极子所在面的距离大于所述倾斜段的所述一侧边与所述偶极子所在面的距离；
所述倾斜段在所述偶极子所在面上的投影不与所述偶极子重合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述一种毫米波天线模组，其特征在于，所述格栅包括多层金属板和多个金属柱；
不同层的金属板通过金属化过孔的方式连接；
所述金属柱等间距设置于相邻的所述金属板之间。
8.根据权利要求7所述一种毫米波天线模组，其特征在于，相邻的所述金属板之间的间距为PCB介质的最小厚度；
相邻的所述金属柱之间的距离小于所述金属柱的直径。
9.根据权利要求1至6中任一项所述一种毫米波天线模组，其特征在于，所述偶极子包括多组；
所述多组偶极子沿与所述天线地平行的方向呈直线等间隔排列于所述天线地远离所述巴伦的一侧。
10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的毫米波天线模组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022979590.0U CN214411516U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种毫米波天线模组及通信设备 |
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|---|---|---|---|
| CN202022979590.0U CN214411516U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种毫米波天线模组及通信设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214411516U true CN214411516U (zh) | 2021-10-15 |
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| CN202022979590.0U Active CN214411516U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种毫米波天线模组及通信设备 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112670708A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-16 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 一种毫米波天线模组及通信设备 |
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2020
- 2020-12-10 CN CN202022979590.0U patent/CN214411516U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112670708A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-16 | 深圳市信维通信股份有限公司 | 一种毫米波天线模组及通信设备 |
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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