CN215600549U - 一种双频介质谐振器天线及通信设备 - Google Patents

一种双频介质谐振器天线及通信设备 Download PDF

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唐小兰
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Abstract

本实用新型提供了一种双频介质谐振器天线及通信设备，通过将具有相同的介质材料和相同尺寸的第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置，在第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的金属柱，并两个介质谐振块中的金属柱数量不同，从而通过均匀分布的金属柱使第一介质谐振块和第二介质谐振块对电磁波的束缚力不同，能够在不需要改变第一介质谐振块和第二介质谐振的相对尺寸或材质的条件下，实现在保持介质谐振块整体的基模谐振频率不变的情况下使介质谐振块整体的高次模谐振的频率移动，从而使得有效增益在第一频率区间和第二频率区间内连续，实现等效双频介质谐振器天线的辐射效果并满足5G频段要求，简易方便地实现双频介质谐振器天线。

Description

一种双频介质谐振器天线及通信设备
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种双频介质谐振器天线及通信设备。
背景技术
随着现代通信技术的发展，通信设备对天线的性能要求越来越高。特别是对于5G毫米波需要覆盖N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N260(37-40GHz)、N261(27.5-28.35GHz)以及N259(40-43.5GHz)频段的性能要求。因此，通常在5G通信设备中需设计双频天线尽可能的同时覆盖这些频段。
而介质谐振器天线凭借其体积小、重量轻、辐射效率高、损耗小以及易于馈电等优点更容易实现双频天线的设计，因此，在5G毫米波方面有广阔的应用空间。但双频介质谐振器天线的设计通常需要通过介电常数相同但尺寸不同的两个介质块层叠加工而成，或采用两个介电常数不同但底面尺寸相同的两个介质块层叠加工而成。然而，两种方式要么需要设置两个介质块的尺寸不同，要么需要两个介质块的介电常数不同，这就提高了双频介质谐振器天线的实现复杂度。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种双频介质谐振器天线，简易方便地实现双频介质谐振器天线。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种双频介质谐振器天线，包括第一介质谐振块、第二介质谐振块和介质层；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块具有相同的介质材料且尺寸相同；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置；
所述第二介质谐振块远离所述第一介质谐振块的一侧设置于所述介质层上；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的第一金属柱及第二金属柱；
所述第一金属柱及所述第二金属柱的数量互不相同。
进一步地，所述第一介质谐振块包括第一子介质谐振块和第二子介质谐振块；
所述第二介质谐振块包括第三子介质谐振块和第四子介质谐振块；
所述第一子介质谐振块、第二子介质谐振块、第三子介质谐振块和第四子介质谐振块依次层叠设置；所述第四子介质谐振块设置于所述介质层上；
所述第一子介质谐振块内设有均匀分布的第一金属柱；
所述第三子介质谐振块内设有均匀分布的第二金属柱。
进一步地，所述第一金属柱以所述第一子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第一子介质谐振块内；
所述第二金属柱以所述第三子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第三子介质谐振块内。
进一步地，所述第一金属柱的数量大于所述第二金属柱的数量。
进一步地，所述第一金属柱为4*4金属柱阵列；
所述第二金属柱为3*3金属柱阵列。
进一步地，还包括金属地板和微带线；
所述金属地板设置在所述介质层与所述第二介质谐振块之间；
所述微带线设置于所述介质层远离所述金属地板的一侧；
所述金属地板上设有馈电缝隙。
进一步地，所述馈电缝隙设置于所述金属地板的中心区域，并且呈“一”字型。
进一步地，所述金属地板覆盖所述均匀排布的金属柱。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种通信设备，包括上述的双频介质谐振器天线。
本实用新型的有益效果在于：通过将具有相同的介质材料和相同尺寸的第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置，并在第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的金属柱，并且两个介质谐振块中的金属柱数量不同，从而通过均匀分布的金属柱使第一介质谐振块和第二介质谐振块对电磁波的束缚力不同，使得在不需要改变第一介质谐振块和第二介质谐振的相对尺寸或材质的条件下，实现在保持介质谐振块整体的基模谐振频率不变的情况下使介质谐振块整体的高次模谐振的频率移动，从而使得有效增益在第一频率区间和第二频率区间内连续，能够等效实现双频介质谐振器天线的辐射效果并满足5G频段要求，简易方便地实现双频介质谐振器天线。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线的结构示意图侧视图；
图3为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线中金属柱与金属地板的位置关系示意图；
图4为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线的结构示意图俯视图；
图5为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图；
图6为现有技术中梯形介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图；
图7为本实用新型实施例的一种双频介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图；
图8为现有技术中梯形介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图；
图9为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的S参数曲线变化图；
标号说明：
1、第一介质谐振块；11、第一子介质谐振块；12、第二子介质谐振块；2、第二介质谐振块；21、第三子介质谐振块；22、第四子介质谐振块；3、介质层；4、金属地板；5、微带线；6、馈电缝隙；7、金属柱；71、第一金属柱；72、第二金属柱。
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。
请参照图1，一种双频介质谐振器天线，包括第一介质谐振块、第二介质谐振块和介质层；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块具有相同的介质材料且尺寸相同；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置；
所述第二介质谐振块远离所述第一介质谐振块的一侧设置于所述介质层上；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的第一金属柱及第二金属柱；
所述第一金属柱及所述第二金属柱的数量互不相同。从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将具有相同的介质材料和相同尺寸的第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置，并在第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的金属柱，并且两个介质谐振块中的金属柱数量不同，从而通过均匀分布的金属柱使第一介质谐振块和第二介质谐振块对电磁波的束缚力不同，使得在不需要改变第一介质谐振块和第二介质谐振的相对尺寸或材质的条件下，实现在保持介质谐振块整体的基模谐振频率不变的情况下使介质谐振块整体的高次模谐振的频率移动，从而使得有效增益在第一频率区间和第二频率区间内连续，能够等效实现双频介质谐振器天线的辐射效果并满足5G频段要求，简易方便地实现双频介质谐振器天线。
本实用新型另一实施例提供了一种通信设备，包括上述双频介质谐振器天线。
一种双频介质谐振器天线，包括第一介质谐振块、第二介质谐振块和介质层；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块具有相同的介质材料且尺寸相同；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置；
所述第二介质谐振块远离所述第一介质谐振块的一侧设置于所述介质层上；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的第一金属柱及第二金属柱；
所述第一金属柱及所述第二金属柱的数量互不相同。
进一步地，所述第一介质谐振块包括第一子介质谐振块和第二子介质谐振块；
所述第二介质谐振块包括第三子介质谐振块和第四子介质谐振块；
所述第一子介质谐振块、第二子介质谐振块、第三子介质谐振块和第四子介质谐振块依次层叠设置；所述第四子介质谐振块设置于所述介质层上；
所述第一子介质谐振块内设有均匀分布的第一金属柱；
所述第三子介质谐振块内设有均匀分布的第二金属柱。
由上述描述可知，通过将第一子介质谐振块、第二子介质谐振块、第三子介质谐振块和第四子介质谐振块依次层叠设置于介质层上，通过第四子介质谐振块与介质层连接，简化了介质谐振块与PCB板的连接方式，同时通过在第一子介质谐振块和第三子介质谐振块内分别设有均匀分布的第一金属柱和第二金属柱，使得带有金属柱的介质谐振块和不带有金属柱的介质谐振块间隔分布，降低了相互之间的干扰。
进一步地，所述第一金属柱以所述第一子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第一子介质谐振块内；
所述第二金属柱以所述第三子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第三子介质谐振块内。
由上述描述可知，通过第一金属柱以第一子介质谐振块的中心为对称中心点设置在第一子介质谐振块内，第二金属柱以第三子介质谐振块的中心为对称中心点设置在第三子介质谐振块内，使得第一金属柱均匀的分布在第一子介质谐振块内，第二金属柱均匀的分布在第三子介质谐振块内，从而加强了介质谐振块对能量的束缚力，提高等效介质谐振块的介电常数，提升天线辐射能力。
进一步地，所述第一金属柱的数量大于所述第二金属柱的数量。
由上述描述可知，通过将第一介质谐振块内的第一子金属柱数量大于第二介质谐振块内的第二金属柱的数量，从而使得第一介质谐振块对能量的束缚力比第二介质谐振块对能量的束缚力高，更容易改变天线高次模谐振的频率，实现覆盖5G频段的效果。
进一步地，所述第一金属柱为4*4金属柱阵列；
所述第二金属柱为3*3金属柱阵列。
由上述描述可知，通过将第一子介质谐振块内的第一金属柱设置为4*4金属柱阵列，第三子介质谐振块内的第二金属柱设置为3*3金属柱阵列，使得介质谐振器天线的辐射效果在有效的尺寸条件下达到最优，能够覆盖多个5G频段，提高天线带宽。
进一步地，还包括金属地板和微带线；
所述金属地板设置在所述介质层与所述第二介质谐振块之间；
所述微带线设置于所述介质层远离所述金属地板的一侧；
所述金属地板上设有馈电缝隙。
由上述描述可知，通过在金属地板上设置馈电缝隙，并将微带线设置在介质层远离金属地板的一侧，从而减小馈电网络对缝隙与介质块耦合的干扰，提升耦合效果。
进一步地，所述馈电缝隙设置于所述金属地板的中心区域，并且呈“一”字型。
由上述描述可知，通过将馈电缝隙设置于所述金属地板的中心区域，从而使得馈电缝隙位于天线磁场最强的区域形成较强的耦合，提高天线的辐射能力。
进一步地，所述金属地板覆盖所述均匀排布的金属柱。
由上述描述可知，通过将金属地板的面积覆盖均匀排布的金属柱，使得介质谐振块发出的辐射能够尽可能的朝主方向辐射，从而增加了天线在主方向上的增益。
上述双频介质谐振器天线能适用于5G毫米波通信系统的毫米波模组多芯片的场景，如手持的移动设备，以下通过具体的实施方式进行说明：
实施例一
请参照图1及图2，一种双频介质谐振器天线，包括第一介质谐振块1、第二介质谐振块2、介质层3、金属地板4和微带线5；所述第一介质谐振块1和第二介质谐振块2具有相同的介质材料且尺寸相同；所述第一介质谐振块1和第二介质谐振块2层叠设置；所述第二介质谐振块2远离所述第一介质谐振块1的一侧设置于所述介质层3上；所述第一介质谐振块1和第二介质谐振块2内分别设有均匀分布的第一金属柱71及第二金属柱72；所述第一金属柱71及所述第二金属柱72的数量互不相同；所述金属地板4设置在所述介质层3与所述第二介质谐振块2之间；所述微带线5设置于所述介质层3远离所述金属地板4的一侧；
请参照图2，所述第一介质谐振块1包括第一子介质谐振块11和第二子介质谐振块12；所述第二介质谐振块2包括第三子介质谐振块21和第四子介质谐振块22；所述第一子介质谐振块11、第二子介质谐振块12、第三子介质谐振块21和第四子介质谐振块22依次层叠设置；所述第四子介质谐振22块设置于所述介质层3上；所述第一子介质谐振块11内设有均匀分布的第一金属柱71；所述第三子介质谐振块21内设有均匀分布的第二金属柱72；其中，所述第一子介质谐振块11、第二子介质谐振块12、第三子介质谐振块21和第四子介质谐振块22均为长方体；在一种可选的实施方式中，所述第一子介质谐振块11、第二子介质谐振块12、第三子介质谐振块21和第四子介质谐振块22为的介质材料型号为Rogers 4350，介电常数为3.6；通过采用低介电常的介质块避免了通过焊接或胶粘的方式集成介质谐振块和介质层3，提高介质谐振器的集成可靠性；其中，所述第一子介质谐振块11、第二子介质谐振块12、第三子介质谐振块21和第四子介质谐振块22为PCB板的介质层，直接与PCB板连接；
请参照图3，所述金属地板4上设有馈电缝隙6；所述馈电缝隙6设置于所述金属地板4的中心区域，并且呈“一”字型；所述金属地板4覆盖所述均匀排布的金属柱。
实施例二
本实施例与实施例一的不同在于，限定了所述第一金属柱71和第二金属柱72的排列方式；
请参照图4，所述第一金属柱71以所述第一子介质谐振块11的中心为对称中心点设置在所述第一子介质谐振块11内；所述第二金属柱72以所述第三子介质谐振块21的中心为对称中心点设置在所述第三子介质谐振块21内；所述第一金属柱71的高度与所述第一子介质谐振块11的高度相同，所述第一金属柱71的一端位于所述第一子介质谐振块11的上表面，另一端位于所述第一子介质谐振谐块11的下表面；所述第一金属柱71的高度与所述第三子介质谐振块21的高度相同，所述第二金属柱72的一端位于所述第三子介质谐振块21的上表面，另一端位于所述第三子介质谐振谐块21的下表面；
在一种可选的实施方式中，所述第一金属柱71为4*4金属柱阵列；所述第二金属柱72为3*3金属柱阵列；
请参照图5和图6，为本实施例中的双频介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图与现有技术中梯形介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图的对比，能够明显看到本实施例中的双频介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图与现有技术中梯形介质谐振器天线的TE111模式下的电场分布图几乎一致；
请参照图7和图8，为本实施例中的双频介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图与现有技术中梯形介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图的对比，能够明显看到本实施例中的双频介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图与现有技术中梯形介质谐振器天线的TE113模式下的电场分布图几乎一致；其中，梯形介质谐振器天线的介电常数为17；
可见，本实施例中的双频介质谐振器天线能够高度等效为现有技术中高介电常数的梯形介质谐振器天线，从而简化了双频介质谐振器天线的工艺，并且避免了SMT焊接和胶粘等方式DRA的缺点；
请参照图9，为本实施例中的双频介质谐振器天线的S参数曲线图；从图中可以看出覆盖了5G通信所需要覆盖的频段包括：N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N261(27.5-28.35GHz)和N260(37-40GHz)。
实施例三
一种通信设备，包括实施例一或实施例二所述的一种双频介质谐振器天线。
综上所述，本实用新型提供的一种双频介质谐振器天线及通信设备，通过将具有相同的介质材料和相同尺寸的第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置，并在第一子介质谐振块内设有均匀分布的第一金属柱，在第三子介质谐振块内设有均匀分布的第二金属柱，从而通过均匀分布的金属柱使得第一介质谐振块和第二介质谐振块内的电磁波受到束缚，使得第一介质谐振块和第二介质谐振块均能够分别等效成具有高介电常数的介质块，同时层叠设置的第一介质谐振块和第二介质谐振块能够在保持介质谐振块整体基模谐振频率不变的情况下使介质谐振块整体高次模谐振的频率移动，使得有效增益在第一频率区间和第二频率区间内连续，本实施例中的双频介质谐振器天线能够高度等效为现有技术中高介电常数的梯形介质谐振器天线，从而简化了双频介质谐振器天线的工艺，同时通过低介电常数介质等效为高介电常数介质避免了SMT焊接和胶粘等方式DRA的缺点。
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 (9)

1.一种双频介质谐振器天线，其特征在于，包括第一介质谐振块、第二介质谐振块和介质层；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块具有相同的介质材料且尺寸相同；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块层叠设置；
所述第二介质谐振块远离所述第一介质谐振块的一侧设置于所述介质层上；
所述第一介质谐振块和第二介质谐振块内分别设有均匀分布的第一金属柱及第二金属柱；
所述第一金属柱及所述第二金属柱的数量互不相同。
2.根据权利要求1所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质谐振块包括第一子介质谐振块和第二子介质谐振块；
所述第二介质谐振块包括第三子介质谐振块和第四子介质谐振块；
所述第一子介质谐振块、第二子介质谐振块、第三子介质谐振块和第四子介质谐振块依次层叠设置；所述第四子介质谐振块设置于所述介质层上；
所述第一子介质谐振块内设有均匀分布的第一金属柱；
所述第三子介质谐振块内设有均匀分布的第二金属柱。
3.根据权利要求2所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述第一金属柱以所述第一子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第一子介质谐振块内；
所述第二金属柱以所述第三子介质谐振块的中心为对称中心点设置在所述第三子介质谐振块内。
4.根据权利要求1所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述第一金属柱的数量大于所述第二金属柱的数量。
5.根据权利要求4所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述第一金属柱为4*4金属柱阵列；
所述第二金属柱为3*3金属柱阵列。
6.根据权利要求1所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，还包括金属地板和微带线；
所述金属地板设置在所述介质层与所述第二介质谐振块之间；
所述微带线设置于所述介质层远离所述金属地板的一侧；
所述金属地板上设有馈电缝隙。
7.根据权利要求6所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电缝隙设置于所述金属地板的中心区域，并且呈“一”字型。
8.根据权利要求6所述的一种双频介质谐振器天线，其特征在于，所述金属地板覆盖所述均匀排布的金属柱。
9.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的双频介质谐振器天线。
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