CN215645020U - 基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备，包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层包括天线区域，所述天线区域中设有多个过孔；所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2‑4.4；所述天线区域的长度和宽度均为0.55λ‑0.65λ，λ为波长长度。本实用新型可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线，从而避免对高介电常数物体的单独加工及其安装方式所带来的缺点。

Description

基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备。

背景技术

5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术制定5G标准已经成为业界共识。国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。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。

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频段有n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)、n260(37-40GHz)、n261(27.5-28.35GHz)以及新增的n259(39.5-43GHz)，需要设计宽带天线满足性能。

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开始在世界范围内展开广泛的研究和应用，在5G毫米波方面有广阔的应用空间。但是介质谐振器天线往往是通过高介电常数陶瓷等物体单独加工而成，在毫米波频段内，用胶水与SMT焊接等方式与馈电网络相结合，引入大量不可控制因素，因此需要避免这种缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备，可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线，包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层包括天线区域，所述天线区域中设有多个过孔；所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2-4.4；所述天线区域的长度和宽度均为0.55λ-0.65λ，λ为波长长度。

进一步地，所述第一介质层和天线区域的厚度为二十分之一的波长长度。

进一步地，所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

进一步地，所述多个过孔呈n×n阵列分布，n为正整数。

进一步地，还包括天线地层和第三介质层，所述天线地层位于所述第二介质层远离第一介质层的一侧，所述第三介质层位于所述天线地层远离第二介质层的一侧；所述天线地层上设有馈电缝隙，所述天线区域在所述天线地层上的投影覆盖所述馈电缝隙。

进一步地，还包括微带线，所述微带线设置于所述第三介质层远离天线地层的一面上，所述微带线与所述馈电缝隙耦合。

进一步地，所述微带线在所述天线地层上投影与所述馈电缝隙垂直相交。

进一步地，所述第三介质层的介电常数为2.2-4.4。

进一步地，所述第三介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线。

本实用新型的有益效果在于：由于金属化孔在介质中有束缚能量的作用，而高介电常数的介质也有束缚能量作用，因此，在满足特定尺寸条件下，在低介电常数的介质上设置金属化孔，可以等效出高介电常数的介质谐振器天线；同时，由于避免了对高介电常数的物体(如陶瓷)的单独加工，因此也避免了SMT焊接，胶粘等方式所带来的缺点。本实用新型可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线，从而避免对高介电常数物体的单独加工及其安装方式所带来的缺点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的介质谐振器天线的侧面结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的介质谐振器天线的正面结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的介质谐振器天线的背面结构示意图；

图5为本实用新型实施例一的介质谐振器天线的模式分布俯视图(电场分布)；

图6为DK＝17的矩形介质谐振器天线的模式分布俯视图(电场分布)；

图7为本实用新型实施例一的介质谐振器天线及DK＝17的矩形介质谐振器天线的S参数示意图。

标号说明：

1、第一介质层；2、第二介质层；3、天线地层；4、第三介质层；5、微带线；11、过孔；31、馈电缝隙。

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详予说明。

请参阅图1，一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线，包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层包括天线区域，所述天线区域中设有多个过孔；所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2-4.4；所述天线区域的长度和宽度均为0.55λ-0.65λ，λ为波长长度。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线，避免对高介电常数物体的单独加工及其安装方式所带来的缺点。

进一步地，所述第一介质层和天线区域的厚度为二十分之一的波长长度。

进一步地，所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

进一步地，所述多个过孔呈n×n阵列分布，n为正整数。

进一步地，还包括天线地层和第三介质层，所述天线地层位于所述第二介质层远离第一介质层的一侧，所述第三介质层位于所述天线地层远离第二介质层的一侧；所述天线地层上设有馈电缝隙，所述天线区域在所述天线地层上的投影覆盖所述馈电缝隙。

进一步地，还包括微带线，所述微带线设置于所述第三介质层远离天线地层的一面上，所述微带线与所述馈电缝隙耦合。

进一步地，所述微带线在所述天线地层上投影与所述馈电缝隙垂直相交。

由上述描述可知，通过采用缝隙耦合馈电的馈电方式，可降低加工难度。

进一步地，所述第三介质层的介电常数为2.2-4.4。

进一步地，所述第三介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

由上述描述可知，第三介质层的介电常数可与第一介质层和第二介质层一致。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线。

实施例一

请参照图1-7，本实用新型的实施例一为：一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线，适用于5G毫米波通信系统的毫米波模组多芯片的场景。

如图1所示，包括依次层叠的第一介质层1、第二介质层2、天线地层3和第三介质层4；所述第一介质层1包括天线区域(图1中的虚线区域)，结合图2所示，所述天线区域中设有多个过孔11，即金属化孔。本实施例以包括16个过孔为例，16个过孔呈4×4阵列分布。其中，由于金属化孔不能接地，因此第二介质层用于隔开天线区域和天线地层。

所述第一介质层1、第二介质层2和第三介质层4采用低介电常数材料，其介电常数为2.2-4.4。本实施例中，低介电常数的介质是指PCB介质，其介电常数是固定值，如2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66、4.4。因此，本实施例中的三个介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

所述第一介质层1的厚度为0.05λ，所述天线区域的长度和宽度均为0.55λ-0.65λ，高度为0.05λ，λ为谐振的中心频率的波长。优选地，第二介质层2的厚度与第一介质层1相同。

也就是说，天线区域即第一介质层中的一个矩形块，通过在该低介电常数的矩形块中设置金属化孔，可等效为高介电常数的介质谐振器。这是由于金属化孔在LCP的介质中有束缚能量的作用，而高介电常数的介质也有束缚能量作用，因此，在满足特定尺寸条件下，在低介电常数的介质上设置金属化孔，可以等效出高介电常数的介质谐振器天线。例如，介电常数为2.2-4.4的介质块可以等效为介电常数为14-22左右的矩形介质块。

优选地，本实施例中，第一介质层、第二介质层和第三介质层采用LCP(工业化液晶聚合物)，介电常数为3。天线区域的长度和宽度均为6.60mm，相邻两个过孔的中心距为1.70mm。当天线区域的尺寸为6.6mm×6.6mm×0.508mm时，可以等效出一个尺寸为5.8mm×5.8mm×0.508mm(0.5λ×0.5λ×0.05λ，中心频率为26GHz)，介电常数为17的DRA。

如图3所示，所述天线地层3上设有馈电缝隙31，所述天线区域在所述天线地层3上的投影覆盖所述馈电缝隙31。如图4所示，还包括微带线5，所述微带线5设置于所述第三介质层4远离天线地层的一面上，所述微带线5与所述馈电缝隙31耦合。具体地，所述微带线5在所述天线地层上投影与所述馈电缝隙31垂直相交。也就是说，本实施例的天线的馈电方式为缝隙耦合馈电。

图5为本实施例的天线的模式分布俯视图(电场分布)，图6为DK＝17的标准矩形DRA(介质谐振器天线)的模式分布俯视图(电场分布)，可以看出，两个图中电场分布基本一致。图7为本实施例的天线及DK＝17的矩形DRA的S参数示意图，从图中可以看出，二者的S参数相差不大，并且覆盖了n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)和n261(27.5-28.35GHz)。

经过上述仿真验证发现，本实施例的天线与DK＝17的矩形DRA的模式和S参数基本一致，因此可以得到在低介电常数的介质上设置过孔可以等效出高介电常数的DRA的结论，优势是高介电常数的物体加工精度远不如PCB的精度，而PCB的加工往往是基于低介电常数介质，即采用介电常数的介质可以提高加工精度。

本实施例可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线，从而避免对高介电常数物体的单独加工及其安装方式所带来的缺点。

综上所述，本实用新型提供的一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线及电子设备，由于金属化孔在LCP的介质中有束缚能量的作用，而高介电常数的介质也有束缚能量作用，因此，在满足特定尺寸条件下，在低介电常数的介质上设置金属化孔，可以等效出高介电常数的介质谐振器天线；同时，由于避免了对高介电常数的物体(如陶瓷)的单独加工，因此也避免了SMT焊接，胶粘等方式所带来的缺点。本实用新型可用低介电常数的介质等效出高介电常数的介质谐振器天线，从而避免对高介电常数物体的单独加工及其安装方式所带来的缺点。

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 (10)

1.一种基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，包括层叠的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层包括天线区域，所述天线区域中设有多个过孔；所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2-4.4；所述天线区域的长度和宽度均为0.55λ-0.65λ，λ为的波长长度。

2.根据权利要求1所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质层和天线区域的厚度为二十分之一的波长长度。

3.根据权利要求1所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

4.根据权利要求1所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述多个过孔呈n×n阵列分布，n为正整数。

5.根据权利要求1所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，还包括天线地层和第三介质层，所述天线地层位于所述第二介质层远离第一介质层的一侧，所述第三介质层位于所述天线地层远离第二介质层的一侧；所述天线地层上设有馈电缝隙，所述天线区域在所述天线地层上的投影覆盖所述馈电缝隙。

6.根据权利要求5所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，还包括微带线，所述微带线设置于所述第三介质层远离天线地层的一面上，所述微带线与所述馈电缝隙耦合。

7.根据权利要求6所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述微带线在所述天线地层上投影与所述馈电缝隙垂直相交。

8.根据权利要求5所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述第三介质层的介电常数为2.2-4.4。

9.根据权利要求8所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线，其特征在于，所述第三介质层的介电常数为2.2、2.9、3、3.3、3.52、3.66或4.4。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基于低介电常数介质的介质谐振器天线。

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