CN217009551U - 端射天线及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种端射天线及电子设备，包括介质基板、高宝线以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述高宝线设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述高宝线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。本实用新型可降低传输损耗，提升天线效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种端射天线及电子设备。
背景技术
端射天线是通信系统最重要组成部份之一。现行的5G移动通信标准里包含sub-6G和毫米波频段，它们通常使用MIMO多天线系统或者天线阵列来实现高增益、窄波束和高通信容量。
传统端射天线通常结构复杂，集成度地。平面端射天线因其低剖面和易于与系统集成的特点被广泛研究和应用，其中基于微带线的端射天线的应用最为广泛。微带线属于双导体传输线，即包含信号传输线和地线。随着频率的攀升，微带线的信号线与地线间的介质损耗急剧攀升，传输线的损耗随之显著增加，直接影响微带端射天线的辐射效率和增益性能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种端射天线及电子设备，可降低传输损耗，提升天线效率。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种端射天线，包括介质基板、高宝线以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述高宝线设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述高宝线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
进一步地，还包括金属贴片，所述金属贴片设置于所述介质基板的第一面上，所述金属贴片的长度方向与所述高宝线的长度方向平行。
进一步地，所述金属贴片的形状为矩形；所述金属贴片的长度为173mm，宽度为4mm；所述金属贴片与所述高宝线之间的距离为1.5mm。
进一步地，所述介质基板的介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027，厚度为1.52mm。
进一步地，所述高宝线的线长为180mm，线宽为1mm。
进一步地，所述金属单元为金属栅条，所述至少两个的金属单元的长度均为35mm，宽度均为1mm。
进一步地，所述金属单元的数量为80个，相邻的两个金属单元之间的距离为1mm。
进一步地，还包括两个共面波导转接结构，所述两个共面波导转接结构分别设于所述介质基板的第一面的相对两端上，所述高宝线位于所述两个共面波导转接结构之间，所述两个共面波导转接结构分别与所述高宝线的两端连接。
进一步地，所述共面波导转接结构包括共面波导和渐变转接结构，所述共面波导通过所述渐变转接结构与所述高宝线连接。
本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的端射天线。
本实用新型的有益效果在于：天线的辐射主体由分别设于介质基板两面上的高宝线和金属单元构成，同时高宝线也是天线的激励结构；通过在高宝线的基础上周期性加载金属单元可以产生行波模式，使高宝线产生辐射性能。本实用新型通过使用高宝线实现端射天线，可以提高系统集成度，同时利用高宝线的表面波束缚效应，有效降低传输损耗，提升天线效率，且结构简单，利于仿真优化，可有效降低加工难度和成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的端射天线的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
图3为图2的侧面示意图；
图4为实用新型实施例二的端射天线的方向图。
标号说明：
1、介质基板；2、高宝线；3、金属单元；4、金属贴片；5、共面波导；6、渐变转接结构。
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1，一种端射天线，包括介质基板、高宝线以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述高宝线设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述高宝线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可降低传输损耗，提升天线效率，且结构简单，利可有效降低加工难度和成本。
进一步地，还包括金属贴片，所述金属贴片设置于所述介质基板的第一面上，所述金属贴片的长度方向与所述高宝线的长度方向平行。
由上述描述可知，通过设置金属贴片，可优化端射天线的辐射性能。
进一步地，所述金属贴片的形状为矩形；所述金属贴片的长度为173mm，宽度为4mm；所述金属贴片与所述高宝线之间的距离为1.5mm。
由上述描述可知，通过优化金属贴片的形状以及金属贴片与高宝线之间的距离，可进一步提高辐射性能。
进一步地，所述介质基板的介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027，厚度为1.52mm。
进一步地，所述高宝线的线长为180mm，线宽为1mm。
进一步地，所述金属单元为金属栅条，所述至少两个的金属单元的长度均为35mm，宽度均为1mm。
进一步地，所述金属单元的数量为80个，相邻的两个金属单元之间的距离为1mm。
由上述描述可知，通过调节高宝线宽、介质基板的电气参数和金属单元的周期，可调节天线的工作频率。
进一步地，还包括两个共面波导转接结构，所述两个共面波导转接结构分别设于所述介质基板的第一面的相对两端上，所述高宝线位于所述两个共面波导转接结构之间，所述两个共面波导转接结构分别与所述高宝线的两端连接。
进一步地，所述共面波导转接结构包括共面波导和渐变转接结构，所述共面波导通过所述渐变转接结构与所述高宝线连接。
由上述描述可知，采用平面共面波导CPW作为高宝线的激励，更有利于简化电路结构；通过渐变转接结构将平面共面波导与高宝线级联，用于两者特征阻抗、传输模式以及波数的匹配。
本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的端射天线。
实施例一
请参照图1，本实用新型的实施例一为：一种基于平面高宝线的端射天线，可应用于5G阵列天线。
如图1所示，包括介质基板1、高宝线2以及至少两个的金属单元3，介质基板1包括相对的第一面和第二面，高宝线2设置于第一面上，至少两个的金属单元3设置于第二面上，且至少两个的金属单元3呈周期性分布，本实施例中即等间隔分布；高宝线2在介质基板1上的投影分别与各金属单元3在介质基板1上的投影相交且垂直。
其中，高宝线是一种涂覆介质的单金属导体传输结构，电磁波以表面波的形式在导体表面高效传输。高宝线因其单体传输特性，使得电磁波依附在导体表面区域进行传播，相较于传统的兼具信号线与地线的双导体传输线，例如微带线与带状线，高宝线在高频频段表现为一种低介质损耗的表面波传输线，具有高效传输与高灵敏传感特性。而且，单线传输的结构便于与其他射频器件连接，因此它比双导体传输线在系统集成方面更具优势。
本实施例的端射天线的辐射主体由分别设于介质基板1两面上的高宝线2和金属单元3构成；同时高宝线2也是天线的激励结构。高宝线2本身并不是辐射结构，在其基础上周期性加载金属单元3可以产生行波模式，使高宝线2产生辐射性能。
天线的工作频率基本上由高宝线宽、介质基板的电气参数和金属单元的周期决定。本实施例中，高宝线2的线长为180mm，线宽w为1mm。金属单元3呈条状，本实施例中，金属单元3为金属栅条，金属栅条的数量为80个，每个金属栅条的长度均为35mm，宽度均为1mm，相邻的两个金属栅条之间的距离为1mm，即相邻的两个金属栅条的中心点(或沿长度方向的中心线)的间距为2mm。
本实施例选用的介质基板1的型号为Rogers 4003C，介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027，厚度1.52mm。在其他实施例中，介质基板也可选用其他同等类型的介质基板。
进一步地，还包括金属贴片4，金属贴片4设置于介质基板1的第一面上，即金属贴片4与高宝线2设置于介质基板1的同一面上，金属贴片4的长度方向与高宝线2的长度方向平行。其中，金属贴片4的数量为至少一个。
通过设置金属贴片，可优化端射天线的辐射性能。金属贴片和高宝线的间距以及金属贴片的形状会影响整体性能。为了达到最优性能，本实施例中，金属贴片4的数量为一个，且形状为矩形，长度为173mm，宽度为4mm；金属贴片4与高宝线2之间的距离d为1.5mm。
本实施例通过使用高宝线实现端射天线，可以提高系统集成度，便于在5G阵列天线中的使用；利用高宝线的表面波束缚效应，有效降低传输损耗，提升天线效率；通过设置金属贴片，进一步优化天线的辐射性能。
本实施例整体结构简单，利于仿真优化，可有效降低加工难度和成本，且由于设计思路与传统传输线理论一致，可以方便地拓展到其他表面波传输结构上。
实施例二
请参照图2-4，本实施例是对实施例一中的端射天线进行测试。由于常规测试系统(比如同轴)是50欧姆的双导体结构，而高宝线是单体传输线，本身是无地的结构，因此需要使用常规双线传输线激发其表面波的传输模式。
由于平面共面波导的信号面与地面处于同一平面，更有利于简化电路结构。因此本实施例采用平面共面波导CPW作为高宝线的激励。为了将平面共面波导与高宝线级联，需在两者之间引入转接结构，转接结构用于两者特征阻抗、传输模式以及波数的匹配。
如图2所示，还包括两个共面波导转接结构，每个共面波导转接结构均包括共面波导5以及与共面波导5相连的渐变转接结构6；共面波导5、渐变转接结构6和高宝线2设置于介质基板1的同一面上，两个共面波导5分别设于介质基板1的相对两端上，且分别通过与其相连的渐变转接结构6与高宝线2的两端连接。
其中，一个共面波导转接结构中的共面波导可作为高宝线的输入端口(端口1)，另一个共面波导转接结构中的共面波导可作为高宝线的输出端口(端口2)。
本实施例中，每个共面波导均包括一个信号线和两个地线，所述信号线设于所述两个地线之间，信号线与地线之间的间距s和介质基板的介电常数共同确定CPW的阻抗，即50欧姆。优选地，s＝0.3mm；信号线的线宽w0＝4.5mm，地线的线宽g＝15mm，信号线和地线的线长L1均为10mm。
每个渐变转接结构均包括一个转接信号线和两个接地结构，转接信号线设置于两个接地结构之间。其中，采用锥状渐变线作为平面共面波导和高宝线的转接信号线，将共面波导的信号线的线宽w0线性渐变成高宝线宽度w，通过对不同频率在锥状渐变线的不同部位产生的阻抗变换来进行宽频传输。而接地结构则采用类似vivaldi天线的结构，如图2所示，两个接地结构的一端分别与共面波导的两个地线一一对应连接，另一端均设有渐变槽线，两个接地结构之间可形成喇叭形的开口。优选地，接地结构的最大线宽g＝15mm，转接信号线和接地结构的线长L2均为20mm。
进一步地，本实施例中的平面共面波导和金属单元3可通过在介质基板1上覆金属层得到，如图3所示。
图4为本实施例的基于平面高宝线的端射天线在13.6GHz时的方向图结果，从图中可以看出，天线表现出端射特性，增益约为9dBi。
综上所述，本实用新型提供的一种端射天线及电子设备，通过使用高宝线实现端射天线，可以提高系统集成度，便于在5G阵列天线中的使用；利用高宝线的表面波束缚效应，有效降低传输损耗，提升天线效率；通过设置金属贴片，进一步优化天线的辐射性能。本实用新型整体结构简单，利于仿真优化，可有效降低加工难度和成本，且由于设计思路与传统传输线理论一致，可以方便地拓展到其他表面波传输结构上。
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)
1.一种端射天线，其特征在于，包括介质基板、高宝线以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述高宝线设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述高宝线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
2.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，还包括金属贴片，所述金属贴片设置于所述介质基板的第一面上，所述金属贴片的长度方向与所述高宝线的长度方向平行。
3.根据权利要求2所述的端射天线，其特征在于，所述金属贴片的形状为矩形；所述金属贴片的长度为173mm，宽度为4mm；所述金属贴片与所述高宝线之间的距离为1.5mm。
4.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数为3.38，损耗角正切为0.0027，厚度为1.52mm。
5.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，所述高宝线的线长为180mm，线宽为1mm。
6.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，所述金属单元为金属栅条，所述至少两个的金属单元的长度均为35mm，宽度均为1mm。
7.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，所述金属单元的数量为80个，相邻的两个金属单元之间的距离为1mm。
8.根据权利要求1所述的端射天线，其特征在于，还包括两个共面波导转接结构，所述两个共面波导转接结构分别设于所述介质基板的第一面的相对两端上，所述高宝线位于所述两个共面波导转接结构之间，所述两个共面波导转接结构分别与所述高宝线的两端连接。
9.根据权利要求8所述的端射天线，其特征在于，所述共面波导转接结构包括共面波导和渐变转接结构，所述共面波导通过所述渐变转接结构与所述高宝线连接。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的端射天线。
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