CN216903332U - 5g全频段天线和通讯设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天线，提供了一种5G全频段天线和通讯设备。5G全频段天线低、中、高频辐射结构能够覆盖5G全频段，且各个结构之间存在缝隙耦合，且低频辐射结构开设有延长电流路径的开槽，使得低频辐射结构既能满足低频覆盖，又能使得整个天线紧凑以实现小尺寸；另外，中频辐射结构与高频辐射结构之间第二耦合缝隙具有用于拓宽工作带宽的作用，因此，解决了5G天线的小尺寸与多频段宽带工作不可兼得的问题。

Description

5G全频段天线和通讯设备

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种5G全频段天线和通讯设备。

背景技术

5G天线需求是近年来随着通信频段需求新提出来的，业界相关天线设计较少，大部分还是4G天线，工作频段仅能覆盖部分低频段800MHz～960MHz(全低频段为699MHz～960MHz)和中频段1710MHz～2690MHz，而高频段3300MHz～4200MHz和4400MHz～5000MHz并不能被覆盖；现有的5G天线带宽往往不能做到全频段覆盖。此外，对于许多宽频带天线，其宽频性能往往会导致辐射效率较低，而对于5G通信天线其辐射效率性能极其重要，现需求一种宽频带高效率的5G天线。

由于5G天线低频工作带宽为699MHz-960MHz，而天线尺寸和工作频率呈负相关，所以5G天线的尺寸往往都比较大，在保证天线工作带宽的情况下，缩小5G天线尺寸也是非常困难的。除此之外，还需要考虑产品量产，比如贴壳天线制作时应尽量减小成本与结构复杂度，可以通过引入电感器件的方式解决该问题，但同时会增加了生产成本和时长。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种5G全频段天线和通讯设备，旨在解决传统的5G天线的小尺寸与多频段宽带工作不可兼得的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种5G全频段天线，设置在基板上，包括沿同一个方向依次排布在所述基板同一表面的低频辐射结构、中频辐射结构及高频辐射结构，所述低频辐射结构与所述中频辐射结构之间具有第一耦合缝隙，所述低频辐射结构与所述高频辐射结构连接，所述中频辐射结构与所述高频辐射结构之间具有第二耦合缝隙，且所述第二耦合缝隙上设置有馈电接口，所述馈电接口连接于所述中频辐射结构和所述高频辐射结构之间，所述低频辐射结构开设有使所述低频辐射结构延长电流路径的开槽。

在其中一个实施例中，所述低频辐射结构包括呈矩形的第一辐射体和呈“L”形的辐射枝节，所述辐射枝节沿所述方向排布，所述辐射枝节的顶部连接到所述第一辐射体的底部并靠近其第一侧，所述开槽包括第一开槽，所述第一开槽开设于所述第一辐射体中与所述第一侧相对的第二侧，且与所述方向相互垂直。

在其中一个实施例中，所述开槽包括第二开槽，所述第二开槽开设于所述第二侧，且与所述第一开槽相互平行。

在其中一个实施例中，所述中频辐射结构包括呈矩形的第一辐射部和呈长条形的第二辐射部，所述第一辐射部与所述低频辐射结构之间以所述第一耦合缝隙平行相隔，所述第二辐射部连接到所述第一辐射部远离所述低频辐射结构的一侧并沿所述方向延伸，且位于靠近所述辐射枝节的位置。

在其中一个实施例中，所述第一辐射部与所述辐射枝节相对的一侧开设有第三开槽，所述第三开槽用于拓宽中频段工作带宽。

在其中一个实施例中，所述中频辐射结构设置有与所述第一辐射部连接的匹配枝节，所述匹配枝节设于所述中频辐射结构靠近所述高频辐射结构一侧，且与所述高频辐射结构之间以所述第二耦合缝隙相隔，并位于远离所述辐射枝节的位置，通过调节所述匹配枝节的长度以调节天线在中频段和高频段的匹配特性。

在其中一个实施例中，所述匹配枝节为沿所述方向布置的矩形枝节或“L”形枝节。

在其中一个实施例中，所述高频辐射结构包括沿所述方向布置的矩形结构，且所述矩形结构靠近所述中频辐射结构的一端被所述第二辐射部、所述第一辐射部和所述匹配枝节形成的凹槽包围，以使所述中频辐射结构与所述高频辐射结构之间形成呈“C”形的所述第二耦合缝隙。

在其中一个实施例中，所述高频辐射结构还包括设于所述矩形结构上远离所述第二辐射部的一侧的矩形凸起，所述矩形凸起的延伸方向垂直于所述方向。

本申请实施例的第二方面提供了一种通讯设备，包括射频电路，上述的5G全频段天线，所述射频电路与所述5G全频段天线连接。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请的5G全频段天线低、中、高频辐射结构能够覆盖5G全频段，且各个结构之间存在缝隙耦合，且低频辐射结构开设有延长电流路径的开槽，使得低频辐射结构既能满足低频覆盖，又能使得整个天线紧凑以实现小尺寸；另外，中频辐射结构与高频辐射结构之间第二耦合缝隙具有用于拓宽工作带宽的作用，因此，解决了5G天线的小尺寸与多频段宽带工作不可兼得的问题。

附图说明

图1为本申请实施例一提供的5G全频段天线的结构示意图；

图2为本申请实施例二提供的5G全频段天线的结构示意图；

图3为本申请实施例三提供的5G全频段天线的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的5G全频段天线仿真测试反射系数曲线；

图5为本申请实施例提供的5G全频段天线在800MHz～960MHz频段仿真测试效率曲线；

图6为本申请实施例提供的5G全频段天线在1710MHz～2690MHz频段仿真测试效率曲线；

图7为本申请实施例提供的5G全频段天线在3300MHz～4200MHz频段仿真测试效率曲线；

图8为本申请实施例提供的5G全频段天线在4400MHz～5000MHz频段仿真测试效率曲线；

图9为本申请实施例提供的5G全频段天线在820MHz的仿真3D辐射方向图；

图10为本申请实施例提供的5G全频段天线在2200MHz的仿真3D辐射方向图；

图11为本申请实施例提供的5G全频段天线在3800MHz的仿真3D辐射方向图；

图12为本申请实施例提供的5G全频段天线在4700MHz的仿真3D辐射方向图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图3，本申请实施例提供的一种5G全频段天线，设置在基板100上，包括沿同一个方向Y依次排布在基板100同一表面的低频辐射结构110、中频辐射结构120及高频辐射结构130，低频辐射结构110与中频辐射结构120之间具有第一耦合缝隙140，低频辐射结构110与高频辐射结构130连接，中频辐射结构120与高频辐射结构130之间具有用于拓宽天线高频工作带宽的第二耦合缝隙150，且第二耦合缝隙150上设置有馈电接口160，馈电接口160连接于中频辐射结构120和高频辐射结构130之间，低频辐射结构110开设有延长电流路径的开槽112。

低频辐射结构110、中频辐射结构120及高频辐射结构130通过自身辐射和相互之间的缝隙耦合实现了天线宽带匹配，以及多频宽带工作，在低频段：699MHz～960MHz、中频段：1710MHz～2690MHz、高频段：3300MHz～4200MHz和4400MHz～5000MHz频段获得较好的匹配特性和辐射特性。通过在低频辐射结构110开设延长电流路径的开槽112，实现天线的小型化。并通过设计多个辐射结构，并且将各个辐射结构通过馈电接口160连接在一起，充分的利用了有限空间，拓宽了天线的带宽，也获得了较高的辐射效率。

以下就一种小型化的5G全频段天线对本技术方案作阐述，该天线整体尺寸为60mm*26mm*0.8mm，而当前市面上的5G天线长度在120mm左右，甚至更长。基板100为CEM-1(复合基板面料-环纤布，芯料-纸)，介电常数为4.0。

在其中一个实施例中，低频辐射结构110包括呈矩形的第一辐射体114和呈“L”形的辐射枝节116，辐射枝节116沿方向Y排布，辐射枝节116的顶部(即第一端)连接到第一辐射体114的底部并靠近其第一侧，辐射枝节116的第二端与高频辐射结构130连接。另外，低频辐射结构110上的开槽112包括第一开槽1122，第一开槽1122开设于第一辐射体114中与第一侧相对的第二侧，且与方向Y相互垂直。可以理解的是，从另一个角度看，第一辐射体114是呈弯折状来延长电流路径，实现天线的小型化。请参阅图2和图3，可选地，开槽112包括用于进一步延长电流路径的第二开槽1124，第二开槽1124开设于第二侧，且与第一开槽1122相互平行。

在其中一个实施例中，中频辐射结构120类旗子状结构，包括呈矩形的第一辐射部122和呈长条形的第二辐射部124，第一辐射部122、第二辐射部124与低频辐射结构110之间以第一耦合缝隙140平行相隔，第二辐射部124连接到第一辐射部122远离低频辐射结构110的一侧并沿方向Y延伸，且位于靠近辐射枝节116的位置。

在其中一个实施例中，第一辐射部122与辐射枝节116相对的一侧开设有第三开槽126，第三开槽126用于拓宽中频段工作带宽，第三开槽126与方向Y相互垂直。在本天线中，中频辐射结构120被包围在低频辐射结构110与高频辐射结构130之间，通过彼此之间的耦合效应，以及中频辐射结构120上的槽缝结构即第三开槽126，有效地拓宽了天线的中频带宽，使得天线在中频段：1710MHz～2690MHz获得了较好的匹配特性。

在其中一个实施例中，中频辐射结构120还设置有与第一辐射部122连接的匹配枝节128，匹配枝节128设于中频辐射结构120靠近高频辐射结构130一侧，且与高频辐射结构130之间以第二耦合缝隙150相隔，并位于远离辐射枝节116的位置，通过调节匹配枝节128的长度以调节中频辐射结构120和高频辐射结构130的耦合效应，优化天线在中频段和高频段的匹配特性。在其中一个实施例中，匹配枝节128为沿方向Y布置的矩形枝节(请参阅图1和图3)或“L”形枝节(请参阅图2)。

在其中一个实施例中，高频辐射结构130包括沿方向Y布置的矩形结构132，且矩形结构132靠近中频辐射结构120的一端被第二辐射部124、第一辐射部122和匹配枝节128形成的凹槽包围，以使中频辐射结构120与高频辐射结构130之间形成呈“C”形的第二耦合缝隙150。中频辐射结构120对高频辐射结构130形成的半包围缝隙，加长了两者之间的耦合路径，从而有效地拓宽了天线带宽，使得天线在高频段3300MHz～4200MHz和4400MHz～5000MHz获得了较好的匹配特性。请参阅图3，可选地，高频辐射结构130还包括设于矩形结构132上远离第二辐射部124一侧的矩形凸起134，矩形凸起134的延伸方向垂直于方向Y，进一步增加了高频辐射结构130的谐振路径。

通过仿真测试，请参阅图4，天线在低频段699MHz～960MHz反射系数小于-7.5dB；在中频段1710MHz～2690MHz和高频段3300MHz～4200MHz频段反射系数小于-9.6dB；在高频段4200MHz～5000MHz反射系数小于-8.5dB；匹配效果较好。

通过调节低频辐射结构110、中频辐射结构120及高频辐射结构130的谐振长度、匹配枝节128的尺寸以及各个结构之间耦合缝隙的长度可以调节天线在各个频段的匹配特性，原理简单清晰，匹配优化方便。

请参阅图5，天线在低频段800MHz～960MHz平均辐射效率大于36％；

请参阅图6和图8，在中频段1710MHz～2690MHz和高频段4200MHz～5000MHz平均辐射效率大于58％；

请参阅图7，在高频段3300MHz～4200MHz平均辐射效率大于64％。天线在以上四个频段均获得了较高的辐射效率。

5G全频段天线本身具有良好的辐射全向性，3D辐射方向图见图9至图12。高频的方向图水平全向性略差，主要是因为高频工作波长较短，天线枝节上出现了反向电流，且低频辐射结构110充当了反相器的作用，而移动5G天线重点关注的天线参数是反射系数和辐射效率，在方向图上没有明确的要求，所以本申请所设计天线的方向图特性是满足设计要求的。

另外，该天线为单层板结构，结构简单，利于加工、量产，且成本较低。就现有5G产品而言，或采用昂贵的外置天线，或采用多个天线来实现移动5G的全频段覆盖，天线较多，结构复杂，成本较高。

该天线尺寸仅有60.0mm*26mm，可以很方便地作为内置贴壳天线放置在各种壳体内，很好地克服了现有5G天线尺寸过大的问题，也节省了5G产品新壳体设计的成本问题。

本申请实施例的第二方面提供了一种通讯设备，包括射频电路，上述的5G全频段天线，射频电路与5G全频段天线连接。

本申请的5G全频段天线低、中、高频辐射结构能够覆盖5G全频段，且各个辐射结构是通过缝隙耦合的，且低频辐射结构110开设有延长电流路径的开槽，使得低频辐射结构110既能满足低频覆盖，又能使得整个天线紧凑以实现小尺寸；另外，中频辐射结构120与高频辐射结构130之间第二耦合缝隙150具有用于拓宽工作带宽的作用，因此，解决了5G天线的小尺寸与较宽的工作带宽不可兼得的问题。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种5G全频段天线，设置在基板上，其特征在于，包括沿同一个方向依次排布在所述基板同一表面的低频辐射结构、中频辐射结构及高频辐射结构，所述低频辐射结构与所述中频辐射结构之间具有第一耦合缝隙，所述低频辐射结构与所述高频辐射结构连接，所述中频辐射结构与所述高频辐射结构之间具有第二耦合缝隙，且所述第二耦合缝隙上设置有馈电接口，所述馈电接口连接于所述中频辐射结构和所述高频辐射结构之间，所述低频辐射结构开设有使所述低频辐射结构延长电流路径的开槽。

2.如权利要求1所述的5G全频段天线，其特征在于，所述低频辐射结构包括呈矩形的第一辐射体和呈“L”形的辐射枝节，所述辐射枝节沿所述方向排布，所述辐射枝节的顶部连接到所述第一辐射体的底部并靠近其第一侧，所述开槽包括第一开槽，所述第一开槽开设于所述第一辐射体中与所述第一侧相对的第二侧，且与所述方向相互垂直。

3.如权利要求2所述的5G全频段天线，其特征在于，所述开槽包括第二开槽，所述第二开槽开设于所述第二侧，且与所述第一开槽相互平行。

4.如权利要求2或3所述的5G全频段天线，其特征在于，所述中频辐射结构包括呈矩形的第一辐射部和呈长条形的第二辐射部，所述第一辐射部与所述低频辐射结构之间以所述第一耦合缝隙平行相隔，所述第二辐射部连接到所述第一辐射部远离所述低频辐射结构的一侧并沿所述方向延伸，且位于靠近所述辐射枝节的位置。

5.如权利要求4所述的5G全频段天线，其特征在于，所述第一辐射部与所述辐射枝节相对的一侧开设有第三开槽，所述第三开槽用于拓宽中频段工作带宽。

6.如权利要求4所述的5G全频段天线，其特征在于，所述中频辐射结构设置有与所述第一辐射部连接的匹配枝节，所述匹配枝节设于所述中频辐射结构靠近所述高频辐射结构一侧，且与所述高频辐射结构之间以所述第二耦合缝隙相隔，并位于远离所述辐射枝节的位置，通过调节所述匹配枝节的长度以调节天线在中频段和高频段的匹配特性。

7.如权利要求6所述的5G全频段天线，其特征在于，所述匹配枝节为沿所述方向布置的矩形枝节或“L”形枝节。

8.如权利要求6所述的5G全频段天线，其特征在于，所述高频辐射结构包括沿所述方向布置的矩形结构，且所述矩形结构靠近所述中频辐射结构的一端被所述第二辐射部、所述第一辐射部和所述匹配枝节形成的凹槽包围，以使所述中频辐射结构与所述高频辐射结构之间形成呈“C”形的所述第二耦合缝隙。

9.如权利要求8所述的5G全频段天线，其特征在于，所述高频辐射结构还包括设于所述矩形结构上远离所述第二辐射部的一侧的矩形凸起，所述矩形凸起的延伸方向垂直于所述方向。

10.一种通讯设备，包括射频电路，其特征在于，还包括权利要求1至9任一项所述的5G全频段天线，所述射频电路与所述5G全频段天线连接。

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