CN215896690U - 一种介质谐振器天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种介质谐振器天线及通信设备，通过将圆柱形介质谐振块设置在介质层上，并且圆柱形介质谐振块靠近介质层的一侧上设置有四个凹槽，再通过将每一馈电部设置于凹槽内与凹槽配合连接，使相对设置馈电部形成两种极化模式，并且凹槽部分与馈电部之间形成良好的阻抗匹配效果，从而提高了天线第一极化和第二极化的高频带宽匹配度，使天线高频段的带宽增大能够覆盖更多的频段。

Description

一种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，特别是涉及一种介质谐振器天线及通信设备。

背景技术

5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术和制定5G标准已经成为业界共识。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，双极化毫米波天线将给射频链路增加3dB增益，所以双极化对5G毫米波天线的设计是必要。

目前的双极化介质谐振器天线多采用探针馈电的方式实现双极化差分馈电。通过相对设置的四个馈电探针形成两组差分馈电极化模式。但两组差分馈电形成的第一极化和第二极化在高频时的带宽匹配度不佳，如图1所示，而高频带宽匹配不佳将导致天线高频辐射效果降低，使天线高频段增益无法满足5G所需覆盖的频段。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种介质谐振器天线，提高双极化介质谐振器天线的高频带宽匹配度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种介质谐振器天线，包括圆柱形介质谐振块、馈电部和介质层；

所述圆柱形介质谐振块设置在所述介质层上；

所述圆柱形介质谐振块靠近所述介质层的一侧上设置有四个凹槽；所述凹槽两两相对设置；

所述馈电部贯穿所述介质层，一端与所述凹槽配合连接，另一端用于输入差分信号。

进一步地，相邻所述凹槽之间的夹角为90°。

进一步地，所述凹槽的槽形为直四棱柱；

所述凹槽在所述介质层上的投影为曲边梯形；

所曲边梯形的两条平行边长度相等。

进一步地，所述凹槽的深度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半；

所述凹槽的宽度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半。

进一步地，所述馈电部为金属块；

或所述馈电部为馈电探针。

进一步地，当所述馈电部为所述金属块时，所述金属块的形状与所述凹槽的形状适配。

进一步地，所述介质层上设置有焊盘；

所述焊盘的位置与所述金属块的位置对应。

进一步地，还包括天线地板；

所述天线地板设置于所述介质层远离所述圆柱形介质谐振块的一侧。

进一步地，所述圆柱形介质谐振块包括多组；

多组所述圆柱形介质谐振块沿与所述介质层平行的方向呈直线等间隔排列。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：

一种通信设备，包括上述的一种介质谐振器天线。

本实用新型的有益效果在于：通过将圆柱形介质谐振块设置在介质层上，并且圆柱形介质谐振块靠近介质层的一侧上设置有四个凹槽，再通过将每一馈电部设置于凹槽内与凹槽配合连接，使相对设置馈电部形成两种极化模式，并且凹槽部分与馈电部之间形成良好的阻抗匹配效果，从而提高了天线第一极化和第二极化的高频带宽匹配度，使天线高频段的带宽增大能够覆盖更多的频段。

附图说明

图1现有技术中无凹槽的介质谐振器天线S参数图；

图2为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的结构示意图正视图；

图3为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的圆柱形介质谐振块的结构示意图俯视图；

图5为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的圆柱形介质谐振块的结构示意图正视图；

图6为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线与现有技术中介质谐振器天线的S参数对比图；

图7本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的另一结构示意图；

图8本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线的另一结构示意图正视图；

图9为本实用新型实施例中两种不同馈电方式的介质谐振器天线的S参数对比图；

图10为本实用新型实施例中的一种介质谐振器天线模组的结构示意图；

标号说明：

1、圆柱形介质谐振块；2、馈电部；3、介质层；4、天线地板；5、馈电探针；6、金属块；7、焊盘。

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1，一种介质谐振器天线，包括圆柱形介质谐振块、馈电部和介质层；

所述圆柱形介质谐振块设置在所述介质层上；

所述圆柱形介质谐振块靠近所述介质层的一侧上设置有四个凹槽；所述凹槽两两相对设置；

所述馈电部贯穿所述介质层，一端与所述凹槽配合连接，另一端用于输入差分信号。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将圆柱形介质谐振块设置在介质层上，并且圆柱形介质谐振块靠近介质层的一侧上设置有四个凹槽，再通过将每一馈电部设置于凹槽内与凹槽配合连接，使相对设置馈电部形成两种极化模式，并且凹槽部分与馈电部之间形成良好的阻抗匹配效果，从而提高了天线第一极化和第二极化的高频带宽匹配度，使天线高频段的带宽增大能够覆盖更多的频段。

进一步地，相邻所述凹槽之间的夹角为90°。

由上述描述可知，通过将相邻凹槽之间的夹角设置为90°，使得第一极化的两个馈电探针与第二极化的两个馈电探针之间的隔离度增大，降低了第一极化和第二极化之间的信号干扰。

进一步地，所述凹槽的槽形为直四棱柱；

所述凹槽在所述介质层上的投影为曲边梯形；

所曲边梯形的两条平行边长度相等。

由上述描述可知，通过将凹槽的槽形设置为直四棱柱，且凹槽底面为平行边长度相等的曲边梯形，使得馈电部更容易与凹槽配合连接的同时提高馈电部与圆柱形介质谐振块之间的阻抗匹配性能。

进一步地，所述凹槽的深度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半；

所述凹槽的宽度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半。

由上述描述可知，通过设置凹槽的深度小于圆柱形介质谐振块半径的一半，凹槽的宽度小于圆柱形介质谐振块半径的一半，使得凹槽之间相互独立，避免馈电部之间的间距过小影响馈电性能，以及凹槽尺寸过大影响圆柱形介质谐振块的谐振效果。

进一步地，所述馈电部为金属块；

或所述馈电部为馈电探针。

由上述描述可知，通过在凹槽内设置金属块或馈电探针，并利用金属块或馈电探针将馈电信号与圆柱形介质谐振块连接，简化了馈电部与圆柱介质块之间的连接，同时提高了天线阻抗匹配的效果。

进一步地，当所述馈电部为所述金属块时，所述金属块的形状与所述凹槽的形状适配。

由上述描述可知，通过将金属块的形状设置为与凹槽的形状相适配，从而能够将金属块作为圆柱形介质谐振块的夹具，使得圆柱形介质谐振块能够通过凹槽与金属块之间的配合设置在介质层上，避免了采用胶水或焊接等不可控的手段将圆柱形介质谐振块集成在介质层上，导致天线性能降低。

进一步地，所述介质层上设置有焊盘；

所述焊盘的位置与所述金属块的位置对应。

由上述描述可知，通过在介质层上设置焊盘，将金属块通过焊盘焊接在介质层上，并通过焊盘与馈电探针连接，使得金属块与馈电探针之间的连接更加稳固且方便。

进一步地，还包括天线地板；

所述天线地板设置于所述介质层远离所述圆柱形介质谐振块的一侧。

由上述描述可知，通过将天线地板设置于介质层远离圆柱形介质谐振块的一侧，减少了圆柱形介质谐振块沿天线地板方向的辐射能量，从而提高天线主方向上的能量，提高天线增益。

进一步地，所述圆柱形介质谐振块包括多组；

多组所述圆柱形介质谐振块沿与所述介质层平行的方向呈直线等间隔排列。

由上述描述可知，通过设置多组圆柱形介质谐振块构成天线模组，能够在满足小尺寸的情况下尽可能的增大天线的增益，提高天线的辐射强度。

本实用新型另一实施例提供了一种通信设备，包括上述介质谐振器天线。

上述介质谐振器天线能适用于5G毫米波通信系统的设备中，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2，一种介质谐振器天线，包括圆柱形介质谐振块1、馈电部2、介质层3和天线地板4；

所述圆柱形介质谐振块1设置在所述介质层3上；所述圆柱形介质谐振块1靠近所述介质层3的一侧上设置有四个凹槽；所述凹槽两两相对设置；所述馈电部2贯穿所述介质层3，一端与所述凹槽配合连接，另一端用于输入差分信号；所述天线地板4设置于所述介质层3远离所述圆柱形介质谐振块1的一侧；

请参照图3，所述馈电部2为馈电探针5；所述介质层3在所述馈电探针5对应的位置上设置有通孔；所述馈电探针5通过所述通孔贯穿所述介质层3；所述馈电探针5位于所述通孔上方的部分与所述凹槽靠近所述圆柱形介质谐振块1圆心的一侧连接；所述馈电探针5位于所述通孔下方的部分用于输入差分信号；相对设置的所述馈电探针5构成一组差分馈电，其角度相差180°；

其中，上述结构也适用于单极化差分介质谐振器天线；当介质谐振器天线为单极化差分馈电时，能够将所述凹槽的数量设置为两个，所述馈电部2的数量也对应设置为两个，且所述馈电部2之间相差180°，由此形成单极化差分馈电介质谐振器天线；该结构也能够通过单一的所述馈电部2和所述凹槽构成，但差分馈电结构更加稳定。

实施例二

本实施例与实施例一的不同在于，本实施例限定了凹槽的形状和位置关系；

请参照图3至图5，所述凹槽的槽形为直四棱柱；

请参照图4，所述凹槽在所述介质层3上的投影为曲边梯形；所曲边梯形的两条平行边长度相等；相邻所述凹槽之间的夹角为90°；所述凹槽的深度小于所述圆柱形介质谐振块1半经的一半；所述凹槽的宽度小于所述圆柱形介质谐振块1半经的一半；所述凹槽的高度小于所述圆柱形介质谐振块1的高度；

具体的，在一个可选的实施例中，所述凹槽的侧面深度范围为0.65mm-0.75mm，高度范围为1.2mm-1.3mm，宽度范围为0.9mm-1.0mm；所述圆柱形介质谐振块1的高度范围为3.55mm-3.65mm，半经范围为1.45mm-1.55mm；以所述凹槽尺寸为0.71mm*1.29mm*1mm和所述圆柱形介质谐振块1尺寸为3.57mm*1.5mm，并采用所述馈电探针5的方式进行馈电，对该尺寸下的介质谐振器天线模型进行仿真；如图6所示，为本实施例所述介质谐振器天线与现有天线的S参数仿真对比；从图中可以明显看出，本实施例中的介质谐振器天线S11曲线和S22曲线在整个频段上都具有较好的匹配度，同时其覆盖的频段包括：N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N260(37-40GHz)、N261(27.5-28.35GHz)以及N259(39-43.5GHz)；覆盖了目前所有已知的5G频段，可以作为超宽带5G毫米波模组。

实施例三

本实施例与实施例一或二的不同在于，本实施例中所述馈电部2为金属块6；

请参照图7和图8，当所述馈电部2为所述金属块6时，所述金属块6的形状与所述凹槽的形状适配；介质层3上设置有焊盘7；所述焊盘7的位置与所述金属块6的位置对应；所述金属块6通过所述焊盘7与所述介质层3连接，且所述焊盘7将所述金属块6与位于所述焊盘7下方的馈电同轴线连接，实现以所述金属块6代替所述馈电探针5的馈电模式；同时，由于所述金属块6的形状与所述凹槽的形状适配，所述金属块6构成的馈电结构可以作为金属夹具将所述圆柱形介质谐振块1集成在所述金属块6上，避免采用胶水或焊接等不可控的手段将圆柱形介质谐振块集成在介质层3上，导致天线性能降低等问题；

将本实施例中的介质谐振器天线模型进行仿真，并与采用所述馈电探针5的介质谐振器天线模型进行对比；如图9所示，更改馈电结构后的介质谐振器天线的S11和S22曲线整体都处于未更改馈电结构的介质谐振器天线的S11和S22曲线的下方，由此可见更改馈电结构后的介质谐振器天线的S11和S22曲线的匹配度明显增加，表明更改馈电结构并不影响天线的性能；且上述馈电结构能够用于集成毫米波频段下任意圆柱体介质谐振器；

将上述介质谐振器天线结构设计成天线模组时，可将多组所述圆柱形介质谐振块1集成在所述介质层3上；在一个可选的实施例中，所述圆柱形介质谐振块1包括四组；请参照图9，四组所述圆柱形介质谐振块1沿与所述介质层3平行的方向呈直线等间隔排列。

实施例四

一种通信设备，包括实施例一至实施例三中任一所述的一种介质谐振器天线。

综上所述，本实用新型提供的一种介质谐振器天线及通信设备，通过将圆柱形介质谐振块设置在介质层上，且圆柱形介质谐振块靠近介质层的一侧上设置有角间距为90°的四个凹槽，并在介质层上设置四个与凹槽对应的馈电部，通过凹槽和馈电部之间形成良好的阻抗匹配效果，使得相对设置的馈电部形成的第一极化和第二极化的高频带宽匹配度提升，从而增加了介质谐振器天线的高频段带宽实现覆盖更多的5G频段；进一步地，通过在介质层上设置四个与凹槽形状相适配的金属块作为馈电结构，而四个金属块同时也形成金属夹具，通过金属夹具与凹槽的配合能够将圆柱介质谐振块方便的集成在介质层上，避免采用胶水或焊接等不可控的手段将圆柱形介质谐振块集成在介质层上而导致天线性能降低等问题。

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)

1.一种介质谐振器天线，其特征在于，包括圆柱形介质谐振块、馈电部和介质层；

所述圆柱形介质谐振块设置在所述介质层上；

所述圆柱形介质谐振块靠近所述介质层的一侧上设置有四个凹槽；所述凹槽两两相对设置；

所述馈电部贯穿所述介质层，一端与所述凹槽配合连接，另一端用于输入差分信号。

2.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，相邻所述凹槽之间的夹角为90°。

3.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述凹槽的槽形为直四棱柱；

所述凹槽在所述介质层上的投影为曲边梯形；

所曲边梯形的两条平行边长度相等。

4.根据权利要求1至3中任一所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述凹槽的深度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半；

所述凹槽的宽度小于所述圆柱形介质谐振块半经的一半。

5.根据权利要求1至3中任一所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电部为金属块；

或所述馈电部为馈电探针。

6.根据权利要求5所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，当所述馈电部为所述金属块时，所述金属块的形状与所述凹槽的形状适配。

7.根据权利要求5所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述介质层上设置有焊盘；

所述焊盘的位置与所述金属块的位置对应。

8.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，还包括天线地板；

所述天线地板设置于所述介质层远离所述圆柱形介质谐振块的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述圆柱形介质谐振块包括多组；

多组所述圆柱形介质谐振块沿与所述介质层平行的方向呈直线等间隔排列。

10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的一种介质谐振器天线。

Images