CN216055168U - 应用于5g毫米波的宽频天线 - Google Patents

应用于5g毫米波的宽频天线 Download PDF

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苏祐生
林昌暐
李勇廷
简瑞志
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Huanxu Shenzhen Electronic Technology Innovation Co ltd
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Huanxu Shenzhen Electronic Technology Innovation Co ltd
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Abstract

本实用新型提供一种应用于5G毫米波的宽频天线，包含基板、第一天线、第二天线、阻抗匹配线段及接地层。基板包含第一表面及第二表面。第一天线包含二第一频带单元，分别设置于第一表面及第二表面。第二天线包含二第二频带单元，此些第二频带单元分别设置于第一表面及第二表面。阻抗匹配线段电性连接设置于第一表面的其中一第一频带单元。接地层电性连接设置于第二表面的另一第一频道单元。当第一天线工作时，第二天线视为导向器；当第二天线工作时，第一天线视为反射器。借此，提供完全覆盖5G毫米波NR(newradio)频段的频宽。

Description

应用于5G毫米波的宽频天线
技术领域
本实用新型涉及一种宽频天线，特别涉及一种应用于5G毫米波的宽频天线。
背景技术
为了实现更高的传输速率，5G通信系统发展出了新空口(New Radio；NR；新空中介面)，而新空口NR的其中一频率范围为FR2(Frequency Range2)，此频率范围FR2的低频范围是24.25GHz～29.5GHz，高频范围是37GHz～43.5GHz，FR2频率范围包含毫米波(MillimeterWave；mmWave)范围内的频段。
目前5G天线较多采用贴片天线，其具有较简单的结构及较高的指向性，由于贴片天线的频宽较窄，需仰赖馈入结构与介质设置实现宽频效果。然而，馈入结构及介质设置的复杂度较高。
由此可知，目前市场上缺乏一种低复杂度、高指向性、尺寸较小的应用于5G毫米波的宽频天线，故相关从业者均在寻求其解决之道。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种应用于5G毫米波的宽频天线，其在基板的第一表面及第二表面皆设有第一天线的第一频带单元及第二天线的第二频带单元，涵盖较大的频宽范围。
依据本实用新型的结构型态的一实施方式提供一种应用于5G毫米波的宽频天线，包含基板、第一天线、第二天线、阻抗匹配线段及接地层。基板包含第一表面及第二表面。第二表面与第一表面反向。第一天线包含二第一频带单元。二第一频带单元分别设置于第一表面及第二表面。第二天线与第一天线之间具有间隔，且包含二第二频带单元。二第二频带单元分别设置于第一表面及第二表面。阻抗匹配线段设置于第一表面，并电性连接设置于第一表面的其中一第一频带单元。接地层设置于第二表面，并电性连接设置于第二表面的另一第一频带单元。其中，当第一天线工作时，第二天线视为一导向器；当第二天线工作时，第一天线视为一反射器。
依据一实施方式，5G毫米波的宽频天线的第一频带单元还包含：第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、平行框线段，第二线段的一端连接第一线段，第三线段平行第一线段，并连接第二线段的另一端，第四线段平行第三线段，第五线段垂直连接第三线段及第四线段，平行框线段包含二长线段及二宽线段，二长线段平行第二线段，二宽线段平行第一线段，二长线段及二宽线段连接并形成一平行四边形，第一线段、第二线段及第四线段的延伸线交会形成一空间，平行框线段位于该空间。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第一线段的长度小于其中一第二频带单元的长度，其中一第二频带单元的长度小于第二线段的长度；第二线段的长度小于第五线段的长度；及第五线段的长度小于第四线段的长度。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第二天线为一平面式偶极天线。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第一天线还包含第一馈入点，第一馈入点贯穿基板，并连接接地层及阻抗匹配线段，第二天线还包含第二馈入点，第二馈入点贯穿基板，并连接二第二频带单元。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的二第一频带单元分别对称设置于第一表面及第二表面，二第二频带单元分别对称设置于第一表面及第二表面。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的二第一频带单元部分彼此相对，二第二频带单元部分彼此相对。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第二天线较第一天线远离接地层。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第一天线的频率为28GHz，第二天线的频率为39GHz。
依据一实施方式，应用于5G毫米波的宽频天线的第一天线的频率应用范围大于等于23.8GHz且小于等于30.64GHz，第二天线的频率应用范围大于等于35.94GHz且小于等于45GHz。
借此，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线在基板的第一表面及第二表面皆设置第一频带单元及第二频带单元，具有尺寸小、宽频大及指向性高的特性。
附图说明
图1示出本实用新型一实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的透视示意图；
图2示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的第一表面的示意图；
图3示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的第二表面的示意图；
图4示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的回路损失的测量示意图；
图5示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的第一天线的史密斯图；
图6示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线的第二天线的史密斯图；
图7示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线在操作频率为28GHz时的电流分布示意图；及
图8示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线在操作频率为39GHz时的电流分布示意图。
附图标记说明：
100：宽频天线
110：基板
112：第一表面
114：第二表面
120：第一天线
122：第一频带单元
124：第一馈入点
130：第二天线
132：第二频带单元
134：第二馈入点
140：阻抗匹配线段
150：接地层
a：第一线段
b：第二线段
c：第三线段
d：第四线段
e：第五线段
f：平行框线段
f1：长线段
f2：宽线段
m1，m2，m3：测量点
L132，La，Lb，Ld，Le：长度
具体实施方式
请一并参照图1至图3，图1示出本实用新型一实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的透视示意图；图2示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的第一表面112的示意图；及图3示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的第二表面114的示意图。应用于5G毫米波的宽频天线100包含基板110、第一天线120、第二天线130、阻抗匹配线段140及接地层150。基板110包含第一表面112及第二表面114。第二表面114与第一表面112反向。第一天线120包含二第一频带单元122。二第一频带单元122分别设置于第一表面112及第二表面114。第二天线130与第一天线120之间具有间隔，且包含二第二频带单元132。二第二频带单元132分别设置于第一表面112及第二表面114。阻抗匹配线段140设置于第一表面112，并电性连接设置于第一表面112的其中一第一频带单元122。接地层150设置于第二表面114，并电性连接设置于第二表面114的另一第一频带单元122。其中，当第一天线120工作时，第二天线130可视为一导向器(Director)；当第二天线130工作时，第一天线120可视为一反射器(Reflector)。借此，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线100在基板110的第一表面112及第二表面114皆设置第一频带单元122及第二频带单元132，具有尺寸小、宽频大及指向性高的特性。
具体而言，当第一天线120发射信号时，第二天线130可视为第一天线120的导向器，增加第一天线120于z轴方向的指向性；当第二天线130辐射时，第一天线120可视为第二天线130的反射器，提高增益。借此，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线100同时将第一天线120与第二天线130设置于基板110，不仅增加第一天线120及第二天线130的频带宽度，亦提升z轴方向的指向性及增益。
由图1至图3可知，图1及图2的x轴方向(出纸面方向)与图3的x轴方向(入纸面方向)相反。二第一频带单元122分别对称设置于第一表面112及第二表面114，且二第一频带单元122部分彼此相对。二第二频带单元132分别对称设置于第一表面112及第二表面114，且二第二频带单元132部分彼此相对。由图2可知，第一表面112上设有其中一第一频带单元122、其中一第二频带单元132及阻抗匹配线段140。阻抗匹配线段140可为一梯形，梯形的平行y轴的相对短边与第一频带单元122连接；梯形的平行y轴的相对长边连接基板110的边缘。由图3可知，第二表面114上设有另一第一频带单元122、另一第二频带单元132及接地层150。接地层150自基板110的边缘向第一频带单元122延伸而形成一长方形线段。
详细地说，第一天线120可还包含第一馈入点124，第一馈入点124贯穿基板110，并连接接地层150及阻抗匹配线段140。第一馈入点124由阻抗匹配线段140的相对长边的中线位置沿x轴方向贯穿基板110，并连接至第二表面114的相对于第一表面112的位置。设置于第二表面114的第一频带单元122可还包含第一线段a、第二线段b、第三线段c、第四线段d、第五线段e及平行框线段f。第二线段b的一端连接第一线段a。第三线段c平行第一线段a，并连接第二线段b的另一端。第四线段d平行第三线段c。第五线段e垂直连接第三线段c及第四线段d，如图3所示。平行框线段f包含二长线段f1及二宽线段f2，二长线段f1平行第二线段b；二宽线段f2平行第一线段a，二长线段f1及二宽线段f2连接并形成一平行四边形。其中第一线段a、第二线段b及第四线段d的延伸线交会形成一空间，平行框线段f位于空间。
进一步来说，第一线段a的长度La小于其中一第二频带单元132的长度L132。其中一第二频带单元132的长度L132小于第二线段b的长度Lb。第二线段b的长度Lb小于第五线段e的长度Le。第五线段e的长度Le小于第四线段d的长度Ld。具体而言，基板110的尺寸可为10mm×8mm；长度L132可为1.2mm；长度La可为1.12mm；长度Lb可为1.62mm；长度Ld可为2mm；长度Le可为1.7mm，但本实用新型不以此为限。
第二天线130可为平面式偶极天线。第二天线130可还包含第二馈入点134，第二馈入点134贯穿基板110，并连接二第二频带单元132。第二馈入点134沿x轴方向贯穿基板110并连接二第二频带单元132部分彼此相对之处。
请配合参照图1至图4，图4示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的回路损失的测量示意图。第一天线120的频率为28GHz。第二天线130的频率为39GHz。第一天线120的频率应用范围大于等于23.8GHz，且小于等于30.64GHz。第二天线130的频率应用范围大于等于35.94GHz，且小于等于45GHz。第二天线130较第一天线120远离接地层150。具体而言，第一天线120可为28GHz天线；第二天线130可为39GHz天线，第一天线120及第二天线130的回路损失可如图4所示。测量点m1及m2表示第一天线120的回路损失为-10dB时的频率；测量点m3表示第二天线130的回路损失为-10dB时的频率。由图4可知，第一天线120在频率为23.8GHz～30.64GHz时，回路损失小于-10dB。第二天线130在频率为35.94GHz～45GHz时，回路损失小于-10dB。借此，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线100利用第一天线120的偶极天线结构(即第一频带单元122的第一线段a、第二线段b、第三线段c、第四线段d及第五线段e)耦合至平行框线段f产生低频共振，且第二天线130的偶极天线结构(即第二频带单元132)产生高频共振，以实现宽频及高指向性效果，涵盖5G毫米波28GHz与39GHz的全频段，进而供NR频段的频率范围FR2的频段n257、n258、n259、n260及n261使用。
请配合参照图1至图6，图5示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的第一天线120的史密斯图；及图6示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100的第二天线130的史密斯图。图5及图6中的圆形曲线为电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio；VSWR)小于等于2(即电压驻波比≤2)的范围。由图5可知，测量点m1及m2的电压驻波比VSWR小于等于2；由图6可知，测量点m3的电压驻波比VSWR小于等于2。
请配合参照图1、图7及图8，图7示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100在操作频率为28GHz时的电流分布示意图；及图8示出依照图1实施方式的应用于5G毫米波的宽频天线100在操作频率为39GHz时的电流分布示意图。由图7可知，当应用于5G毫米波的宽频天线100的操作频率为28GHz时，电流分布于第一馈入点124、阻抗匹配线段140、第一天线120及第二馈入点134。由图8可知，当应用于5G毫米波的宽频天线100的操作频率为39GHz时，电流分布于第二馈入点134、第二天线130及第一馈入点124。
由上述实施方式可知，本实用新型具有下列优点：其一，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线在基板的第一表面及第二表面皆设置第一频带单元及第二频带单元，具有尺寸小、宽频大及指向性高的特性；其二，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线同时将第一天线与第二天线设置于基板，不仅增加第一天线及第二天线的频带宽度，亦提升z轴方向的指向性及增益；其三，本实用新型的应用于5G毫米波的宽频天线利用第一天线的偶极天线结构(即第一频带单元的第一线段、第二线段、第三线段、第四线段及第五线段)耦合至平行框线段产生低频共振，且第二天线的偶极天线结构(即第二频带单元)产生高频共振，以实现宽频效果，涵盖5G毫米波28GHz与39GHz的全频段，进而供NR频段的频率范围FR2的频段n257、n258、n259、n260及n261使用。
虽然本实用新型已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，包含：
一基板，包含：
一第一表面；及
一第二表面，其与该第一表面反向；
一第一天线，包含：
二第一频带单元，分别设置于该第一表面及该第二表面；
一第二天线，其与该第一天线之间具有一间隔且包含：
二第二频带单元，分别设置于该第一表面及该第二表面；
一阻抗匹配线段，设置于该第一表面，并电性连接设置于该第一表面的其中一该第一频带单元；以及
一接地层，设置于该第二表面，并电性连接设置于该第二表面的另一该第一频带单元；
其中，当该第一天线工作时，该第二天线视为一导向器；当该第二天线工作时，该第一天线视为一反射器。
2.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，该第一频带单元还包含：
一第一线段；
一第二线段，该第二线段的一端连接该第一线段；
一第三线段，平行该第一线段，并连接该第二线段的另一端；
一第四线段，平行该第三线段；
一第五线段，垂直连接该第三线段及该第四线段；及
一平行框线段，包含二长线段及二宽线段，该二长线段平行该第二线段，该二宽线段平行该第一线段，该二长线段及该二宽线段连接并形成一平行四边形；
其中，该第一线段、该第二线段及该第四线段的延伸线交会形成一空间，该平行框线段位于该空间。
3.如权利要求2所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，
该第一线段的长度小于其中一该第二频带单元的长度；
其中一该第二频带单元的长度小于该第二线段的长度；
该第二线段的长度小于该第五线段的长度；及
该第五线段的长度小于该第四线段的长度。
4.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，该第二天线为一平面式偶极天线。
5.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，
该第一天线还包含：
一第一馈入点，贯穿该基板，并连接该接地层及该阻抗匹配线段；及
该第二天线还包含：
一第二馈入点，贯穿该基板，并连接该二第二频带单元。
6.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，
该二第一频带单元分别对称设置于该第一表面及该第二表面；及
该二第二频带单元分别对称设置于该第一表面及该第二表面。
7.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，该二第一频带单元部分彼此相对，该二第二频带单元部分彼此相对。
8.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，该第二天线较该第一天线远离该接地层。
9.如权利要求1所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，该第一天线的频率为28GHz，该第二天线的频率为39GHz。
10.如权利要求9所述的应用于5G毫米波的宽频天线，其特征在于，
该第一天线的频率应用范围大于等于23.8GHz且小于等于30.64GHz；及
该第二天线的频率应用范围大于等于35.94GHz且小于等于45GHz。
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