CN219203498U - 双极化孔径耦合馈电天线及通信模组 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种双极化孔径耦合馈电天线及通信模组。该双极化孔径耦合馈电天线包括辐射层、孔径耦合层和馈电层；辐射层的上表面设置有至少两对圆形辐射贴片，两对圆形辐射贴片的极化方式相互垂直；辐射层拟合于孔径耦合层的上方，孔径耦合层的上表面设置有第一馈电缝隙和第二馈电缝隙；馈电层拟合于孔径耦合层的下方，且馈电层的上表面设置有第一微带线和第二微带线；沿垂直于孔径耦合层的方向，第一馈电缝隙和第一微带线至少部分重叠，第二馈电缝隙和第二微带线至少部分重叠。本申请可以改善天线的隔离度以及增益，从而改善天线的辐射效率较差，以及通过天线调谐开关来重构微带线阻抗以重构出天线的最佳谐振。

Description

双极化孔径耦合馈电天线及通信模组

技术领域

本申请涉及射频微波通信技术领域，具体涉及一种双极化孔径耦合馈电天线及通信模组。

背景技术

近些年来，随着频谱资源的日益紧缺和通信容量要求的不断增加，使得双极化、高宽带天线成为研究的热点，改善天线隔离度已成为诸多无线电系统天线中经常遇到的问题。目前的双极化高增益天线一般采用在同一组二单元组成天线阵列中通过两个不同馈入方式的一分二等功分馈电电路对天线阵列进行直流馈电，但共用同一组天线单元阵列会造成天线两个端口的隔离度较差，从而导致天线自身的干扰较大，并且一分二等功分馈电电路的路径损耗也会较大，会导致天线的增益不够理想，最终导致天线的辐射效率较差。

实用新型内容

鉴于此，本申请提供一种双极化孔径耦合馈电天线，改善现有双极化天线的隔离度较差以及增益不理想导致天线辐射效率较差的问题。

本申请提供一种双极化孔径耦合馈电天线，包括：

辐射层，所述辐射层的上表面设置有至少两对圆形辐射贴片，所述两对圆形辐射贴片的极化方式相互垂直；

孔径耦合层，所述辐射层拟合于所述孔径耦合层的上方，所述孔径耦合层的上表面设置有第一馈电缝隙和第二馈电缝隙；

馈电层，所述馈电层拟合于所述孔径耦合层的下方，且所述馈电层的上表面设置有第一微带线和第二微带线；

沿垂直于所述孔径耦合层的方向，所述第一馈电缝隙和所述第一微带线的至少部分重叠，所述第二馈电缝隙和所述第二微带线至少部分重叠。

可选地，所述两对圆形辐射贴片相邻呈矩形，位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片连接。

可选地，位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片之间通过一金属条连接。

可选地，所述金属条与所述圆形辐射贴片为一体成型件。

可选地，所述双极化孔径耦合馈电天线包括四对所述圆形辐射贴片，其中，每两对所述圆形辐射贴片的极化方式相互垂直。

可选地，所述双极化孔径耦合馈电天线还包括控制层和单刀四掷开关，所述单刀四掷开关为天线调谐开关；所述控制层设置于馈电层的下方且设置有过孔；所述第一微带线和所述第二微带线分别通过对应的所述过孔连接所述单刀四掷开关。

可选地，所述第一微带线和所述第二微带线均为50欧微带线。

可选地，所述第一馈电缝隙和所述第二馈电缝隙均为矩形缝隙。

可选地，所述第一馈电缝隙和所述第二馈电缝隙的延伸方向相平行。

本申请提供的一种通信模组，包括上述任一项双极化孔径耦合馈电天线。

如上所述，本申请的天线设置有辐射层、孔径耦合层和馈电层，辐射层的上表面设置有至少两对圆形辐射贴片，有利于展宽天线的带宽，所述两对圆形辐射贴片的极化方式相互垂直，从而形成双极化天线，可以减小天线两个端口之间的电磁波干扰，提高天线的隔离度；

孔径耦合层的上表面设置第一馈电缝隙和第二馈电缝隙，信号在这两个缝隙处会产生激励，在天线发送电磁波场景中，激励后的电磁波信号会耦合入辐射层，辐射层的圆形辐射贴片将电磁波信号发送至外界环境中；在天线接收电磁波场景中，圆形辐射贴片接收到的电磁波信号通过第一馈电缝隙和第二馈电缝隙耦合入馈电层，馈电层将电磁波信号转化成两路正交信号，第一微带线和第二微带线将两路正交信号输出；即，本申请的天线采用耦合馈电方式，馈电电路的路径损耗小，有利于增大天线的增益，提升辐射效率。

本申请还可以通过天线调谐开关重构馈电层的微带线阻抗以匹配辐射层和孔径耦合层，即通过调节天线阻抗以重构出天线的最佳谐振。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种辐射层的俯视结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种孔径耦合层的俯视结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种馈电层的俯视结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种控制层的俯视结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种单刀四掷开关的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图，对本申请的技术方案进行清楚地描述。显然，下文所描述实施例仅是本申请的一部分实施例，而非全部的实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可相互组合，且亦属于本申请的技术方案。

在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅为便于描述相应实施例的技术方案，而非指示或暗示装置或元件必须具有特定方位、以特定方位构造和操作，不能理解为对本申请的限制。

请一并参阅图1至图3所示，本申请实施例提供的一种双极化孔径耦合馈电天线1(下文某些之处也简称为天线1)的三个结构层的结构俯视图，这三个结构层分别为辐射层11、孔径耦合层12以及馈电层13。

辐射层11拟合于孔径耦合层12的上方，馈电层13拟合于孔径耦合层12的下方。辐射层11与孔径耦合层12之间、以及馈电层13与孔径耦合层12之间可以采用包括但不限于塑胶螺丝或者尼龙柱拟合。辐射层11、孔径耦合层12以及馈电层13分别包括具有电气绝缘性能的介质基板，各个层还分别包括位于对应介质基板上的其他结构层，该介质基板的介电常数根据实际场景需求适应性而定，例如介质基板可以均采用介电常数为4.4的FR4材料制得。各个层及其介质基板的形状，以及长度、宽度、厚度等尺寸，本申请实施例也不予以限定，例如可以为图1至图3场景中所示的矩形。

辐射层11的上表面，即其介质基板的上表面，设置有至少两对圆形辐射贴片111，所述两对圆形辐射贴片111的极化方式相互垂直，从而形成一对极化方向相垂直的天线，即本申请所谓的双极化天线。

双极化天线的辐射贴片111呈圆形(或者说整体上呈圆形、类圆形)设置，有利于展宽天线1的带宽，所述两对圆形辐射贴片111的极化方式相互垂直，从而形成双极化天线，可以减小天线两个端口之间的电磁波干扰，提高天线1的隔离度。

在图1所示的场景中，所述两对圆形辐射贴片111两两相邻而呈矩形排布，位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片111之间连接。可选地，位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片111之间通过一金属条112连接，于此，所述两对圆形辐射贴片111通过两根金属条112连接实现对角两两连接，实现两对圆形辐射贴片111的极化方向垂直。两根金属条112呈十字形交叉设置。在实际场景中，金属条112可以与圆形辐射贴片111为一体成型件。圆形辐射贴片111可以为铜片、金片、银片等金属片，或者对应金属的合金片。

孔径耦合层12的上表面，即其介质基板的上表面，设置有第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122。例如，介质基板的上表面设置覆盖有一层金属面，包括但不限于铜面、金面、银面等金属面或者对应金属的合金面，通过对金属面进行刻蚀处理形成所述两个馈电缝隙。第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122分别与两对圆形辐射贴片111上下至少部分重叠，从而使得馈电缝隙和对应的天线(及其圆形辐射贴片111)之间具有耦合馈入路径。

可选地，第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122均为矩形缝隙，其长度、宽度和深度(即合金面的厚度)可以根据实际场景所需适应性而定。

第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122的延伸方向可以平行。

馈电层13的上表面，即其介质基板的上表面，设置有第一微带线131和第二微带线132，两个微带线可以平行，第一微带线131的一端可以延伸至第一馈电缝隙121的下方，另一端可以延伸至馈电层13的边缘，于此与馈电层13的该边缘之间的连接处形成第一端口P1；第二微带线132的的一端可以延伸至第二馈电缝隙122的下方，另一端也延伸至馈电层13的该边缘，于此与馈电层13的该边缘之间的连接处形成第二端口P2。

第一微带线131和第二微带线132的特性阻抗，可以根据实际场景需求而定，本申请不予以限定，例如两者可以均为50欧微带线。

沿垂直于孔径耦合层12的方向，第一馈电缝隙121和第一微带线131至少部分重叠，第二馈电缝隙122和第二微带线132至少部分重叠，使得孔径耦合层12和馈电层13之间可以形成未被导体封闭的耦合通路，未被导体封闭位置处就可以产生电磁辐射，从而成为有效的天线。

本申请所述的天线1可以通过圆形辐射贴片111将信号源产生的信号通过电磁波的形式发射至外界环境(例如外界大气)中，也可以通过圆形辐射贴片111接收外界环境中的电磁波，以实现天线1的双极化特性。具体地：

在天线1发送电磁波时，信号源产生信号对第一端口P1和第二端口P2进行激励，这两个端口将信号分别馈电给第一微带线131和第二微带线132，信号会耦合馈入至第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122，并在第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122处产生激励，激励后的电磁波信号会耦合入辐射层11，辐射层11的圆形辐射贴片111将电磁波信号发送至外界环境中。

在天线1接收电磁波时，圆形辐射贴片111从外界环境中接收到电磁波信号，再将电磁波信号通过第一馈电缝隙121和第二馈电缝隙122耦合入馈电层13，馈电层13将电磁波信号转化成两路正交信号，第一微带线131和第二微带线132将两路正交信号通过第一端口P1和第二端口P2输出输出。

本申请的天线1采用耦合馈电方式，馈电电路的路径损耗较小，有利于增大天线1的增益，从而可以提升天线1的辐射效率。

在实际场景中，本申请的双极化孔径耦合馈电天线1可以包括四对圆形辐射贴片111，其中，每两对圆形辐射贴片111的极化方式相互垂直，即每两对圆形辐射贴片111可以采用前述图1所示的排布方式。

可选地，如图4和图5所示，双极化孔径耦合馈电天线1还包括控制层14和单刀四掷开关15。所述控制层14设置于馈电层13的下方，且该控制层14设置有过孔141。所述单刀四掷开关15为天线调谐开关，可以通过所述过孔141连接对应的微带线。在图5所示的等效电路示意图中，单刀四掷开关15的动端151可视为接入的天线，单刀四掷开关15的不动端152可视为所提供的不同阻抗的微带线，每一路天线可以通过对应连接的单刀四掷开关15重构馈电层13的微带线阻抗，以匹配对应的辐射层11和孔径耦合层12，即通过调节天线阻抗以重构出天线1的最佳谐振。

在实际场景中，控制层14可以为电路板(例如PCB板或者FPC板)的设置有导电通孔的绝缘层；单刀四掷开关15可以通过电路板上的走线并结合控制信号予以实现，通过走线实现不同阻抗的微带线，通过控制信号控制对应天线的微带线连通或者断开，具体不予以赘述。

本申请实施例还提供一种通信模组，包括适应的通信类电子元器件、以及如上述任一实施例的双极化孔径耦合馈电天线1，因此可以产生对应实施例的双极化孔径耦合馈电天线1具有的有益效果。

通信模组可以适用于各类通信终端，包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(PortableMedia Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、广播、台式计算机等固定终端。

应理解，以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，对于本领域普通技术人员而言，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

尽管本文采用术语“第一、第二”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。另外，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

Claims (10)

1.一种双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，包括：

辐射层，所述辐射层的上表面设置有至少两对圆形辐射贴片，所述两对圆形辐射贴片的极化方式相互垂直；

孔径耦合层，所述辐射层拟合于所述孔径耦合层的上方，所述孔径耦合层的上表面设置有第一馈电缝隙和第二馈电缝隙；

馈电层，所述馈电层拟合于所述孔径耦合层的下方，且所述馈电层的上表面设置有第一微带线和第二微带线；

沿垂直于所述孔径耦合层的方向，所述第一馈电缝隙和所述第一微带线的至少部分重叠，所述第二馈电缝隙和所述第二微带线至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述两对圆形辐射贴片相邻呈矩形，位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片连接。

3.根据权利要求2所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述位于矩形对角线的两个圆形辐射贴片之间通过一金属条连接。

4.根据权利要求3所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述金属条与所述圆形辐射贴片为一体成型件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述双极化孔径耦合馈电天线包括四对所述圆形辐射贴片，其中，每两对所述圆形辐射贴片的极化方式相互垂直。

6.根据权利要求5所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述双极化孔径耦合馈电天线还包括控制层和单刀四掷开关；

所述控制层设置于所述馈电层的下方且设置有过孔；

所述第一微带线和所述第二微带线分别通过对应的所述过孔连接所述单刀四掷开关。

7.根据权利要求6所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述第一微带线和所述第二微带线均为50欧微带线。

8.根据权利要求1所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述第一馈电缝隙和所述第二馈电缝隙均为矩形缝隙。

9.根据权利要求8所述的双极化孔径耦合馈电天线，其特征在于，所述第一馈电缝隙和所述第二馈电缝隙的延伸方向相平行。

10.一种通信模组，其特征在于，所述通信模组包括如上述权利要求1至9中任一项所述的双极化孔径耦合馈电天线。

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