CN219534865U - 一种双频毫米波天线模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种双频毫米波天线模组及电子设备。该天线模组包括至少两个天线单元，天线单元包括由第一辐射组件和第二辐射组件构成的第一金属层，第一辐射组件的长度与第二辐射组件的长度不同；其中，第一辐射组件的一侧的中间位置设置有第一缝隙，第二辐射组件的一侧的中间位置设置有第二缝隙，第一缝隙的开口朝向第二辐射组件，第二缝隙的开口朝向第一辐射组件。该天线模组通过组合不同长度的第一辐射组件和第二辐射组件构建第一金属层，使得该模组支持不同频率的毫米波，且能提高天线增益；天线模组的剖面极低，易于加工生产，降低了成本。

Description

一种双频毫米波天线模组及电子设备

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种双频毫米波天线模组及电子设备。

背景技术

5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术制定5G标准已经成为业界共识。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段。同时，由于未来的手机中预留给5G天线的空间小，可选位置不多，因此要设计小型化的天线模组。根据3GPPTS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave频段有N257(26.5-29.5GHz)n258(24.25-27.25GHz)n260(37-40GHz)n261(27.5-28.35GHz)以及新增的n259(39.5-43GHz)，需要设计宽带或者双频天线来覆盖这些频段。

射频链路的EIRP(equivalent isotropically radiated power，等效全向辐射功率)为天线增益与芯片输出增益之和，在EIRP满足3GPP标准下，高增益的毫米波天线可以使芯片的输出功率降低，从而使芯片散热良好；另一方面高增益毫米波天线无需设计成双极化，因为天线增益高，所以简化了设计复杂度。因此，如何提高天线增益并降低天线尺寸成为有待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施方式主要解决的技术问题是：如何提高天线增益且保持低剖面。

为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的一个技术方案是：提供一种双频毫米波天线模组，包括：至少两个天线单元，所述天线单元包括由第一辐射组件和第二辐射组件构成的第一金属层，所述第一辐射组件的长度与所述第二辐射组件的长度不同；

其中，所述第一辐射组件的一侧的中间位置设置有第一缝隙，所述第二辐射组件的一侧的中间位置设置有第二缝隙，所述第一缝隙的开口朝向所述第二辐射组件，所述第二缝隙的开口朝向所述第一辐射组件。

可选的，所述第一辐射组件用于辐射第一频率的毫米波，所述第一辐射组件的长度和所述第一缝隙的长度匹配于所述第一频率的毫米波；

所述第二辐射组件用于辐射第二频率的毫米波，所述第二辐射组件的长度和所述第二缝隙的长度匹配于所述第二频率的毫米波。

可选的，所述天线单元的高度为：

0.1倍的第一频率的毫米波的波长，或者；

0.1倍的第二频率的毫米波的波长。

可选的，所述天线单元还包括第二金属层和第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间固定设置有第一介质层，所述第二金属层与所述第三金属层之间固定设置有第二介质层。

可选的，所述第一介质层中设置有多个第一金属化孔，所述多个第一金属化孔连通所述第一金属层和所述第二金属层。

可选的，所述第二金属层设置有工字形的第三缝隙，所述第三缝隙用于馈电所述第一金属层的所述第一辐射组件和所述第二辐射组件。

可选的，所述第三缝隙斜向设置于所述第二金属层的某一角处，以使所述第三缝隙在所述第一金属层上的投影与所述第一缝隙和所述第二缝隙的重合部分最小。

可选的，所述第一辐射组件的一条短边与所述第二辐射组件的一条短边位于同一直线。

可选的，所述天线单元为四个，四个所述天线单元线性排列。

为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，包括上述所述的双频毫米波天线模组。

区别于相关技术的情况，本申请实施例提供一种双频毫米波天线模组及电子设备，该天线模组包括至少两个天线单元，天线单元包括由第一辐射组件和第二辐射组件构成的第一金属层，第一辐射组件的长度与第二辐射组件的长度不同；其中，第一辐射组件的一侧的中间位置设置有第一缝隙，第二辐射组件的一侧的中间位置设置有第二缝隙，第一缝隙的开口朝向第二辐射组件，第二缝隙的开口朝向第一辐射组件。该天线模组通过组合不同长度的第一辐射组件和第二辐射组件构建第一金属层，使得该模组支持不同频率的毫米波，且能提高天线增益；天线模组的剖面极低，易于加工生产，降低了成本。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种SIW场对称性质示意图；

图3中3a是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组中从第一金属层俯视视角的结构示意图，3b是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组中从第二金属层俯视视角的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组的层级结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组S参数示意图；

图6a是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组在28GHz的二维方向图；

图6b是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组在39GHz的二维方向图。

图中，双频毫米波天线模组100，天线单元10，第一金属层11，第一辐射件111，第一缝隙1111，第二辐射件112，第二缝隙1121，第一介质层12，第二金属层13，第三缝隙131，第二介质层14、第三金属层15，金属连接柱16，馈电线17，射频芯片18。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。如果不冲突，本申请实施例中的各个特征可以相互组合，均在本申请的保护范围之内。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本申请实施例提供一种双频毫米波天线模组100，可用于5G毫米波终端/小基站场景中。如图1所示，该模组包括至少两个天线单元10，本实施例中以该模组包括四个天线单元10为例进行说明，四个天线单元10线性排列，每个天线单元10包括由第一辐射组件111和第二辐射组件112构成的第一金属层11。可以理解的是，如图1所示，当该模组中包括四个天线单元时，四个天线单元对应的四组第一辐射组件111和第二辐射组件112一起构成第一金属层11，第一辐射组件111和第二辐射组件112为金属片，第一辐射组件111的长度与第二辐射组件112的长度不同。

其中，如图1所示，第一辐射组件111的一侧的中间位置设置有第一缝隙1111，第二辐射组件112的一侧的中间位置设置有第二缝隙1121，第一缝隙1111的开口朝向第二辐射组件112，第二缝隙1121的开口朝向第一辐射组件111。

请结合图2，该天线单元10结合了SIW缝隙的场对称性质，如图所示，通常情况下，天线组件的结构如图2左所示，图2中用虚线表示电场等高线分布示意，进而反映电场情况。当该结构变化为图2右所示的结构时，即，去掉一半的天线组件，剩余结构的电场等高线分布基本不变。因此，可以利用场对称性质实现天线单元的小型化，采用一半的天线组件代替完整的天线组件。

可以理解的是，第一辐射组件111用于辐射第一频率的毫米波，第一辐射组件111的长度和第一缝隙1111的长度匹配于第一频率的毫米波；第二辐射组件112用于辐射第二频率的毫米波，第二辐射组件112的长度和第二缝隙1121的长度匹配于第二频率的毫米波。例如，第一频率的毫米波可以是28GHz的毫米波，第一辐射组件111的长度和第一缝隙1111的长度匹配于28GHz的毫米波；第二频率的毫米波可以是39GHz的毫米波，第二辐射组件112的长度和第二缝隙1121的长度匹配于39GHz的毫米波。同时，由于第一辐射组件111和第二辐射组件112对应的频段不同，因此，二者的电场不会相互干扰。

如图1所示，天线单元10还包括第二金属层13和第三金属层15，第一金属层11与第二金属层13之间固定设置有第一介质层12，第二金属层13与第三金属层15之间固定设置有第二介质层14。如图1所示，第一金属层11、第一介质层12、第二金属层13、第二介质层14和第三金属层15依次连接，其中，第一介质层12和第二介质层14由非金属材料制成，例如PCB板材料。

第一介质层12中设置有多个第一金属化孔，多个第一金属化孔连通第一金属层11和第二金属层13。请结合图3和图4，需要说明的是，为方便说明金属层之间的结构关系，图3中隐藏了第一介质层，图4中隐藏了第一介质层和第二介质层。由图3a可以看出，第一辐射组件111的长度与第二辐射组件112的长度不同，且第一辐射组件111和第二辐射组件112的某些边设置有圆孔。请结合图4，这些圆孔对应第一介质层12中的第一金属化孔，在第二介质层中，这些第一金属化孔用于容纳金属连接柱16，第一金属层11和第二金属层13之前通过金属连接柱16固定连接于第一介质层12的两面。同理，第二介质层中也设有第二金属化孔，第二金属层13和第三金属层15之前通过金属连接柱16固定连接于第二介质层14的两面。

请结合图3，图3b中出示了第二金属层13的结构示意图，第二金属层13设置有工字形的第三缝隙131，第三缝隙131用于馈电第一金属层11的第一辐射组件111和第二辐射组件112。其中，第三缝隙131斜向设置于第二金属层13的某一角处，以使第三缝隙131在第一金属层11上的投影与第一缝隙1111和第二缝隙1121的重合部分最小，方便设计人员调试天线单元的阻抗。

如图4所示，第一金属层11、第二金属层13以及之间的金属连接柱16构成SIW(Substrate integrated waveguide，基片集成波导)，同理，第二金属层13、第三金属层15以及之间的金属连接柱16也构成SIW。

请结合图4，双频毫米波天线模组100还包括馈电线17和芯片18，其中，馈电线17可以采用微带线。第三金属层15还可以设置BGA焊球，射频芯片18可以通过BGA焊球连接数字芯片、模拟芯片和低频模拟电路等外围低频电路，其中，射频芯片18用于为天线提供信号，射频芯片中包含移相器和放大器等元件，移相器可以为天线单元提供相位差，以实现波束扫描的功能，放大器可以补偿移相器的损耗，数字芯片可以控制射频芯片的移相器和放大器，实现天线电扫描的功能，模拟芯片通常为电源芯片，一般用于提供所有电路电源。

在一些实施例中，如图1或图3所示，第一辐射组件111的一条短边与第二辐射组件112的一条短边位于同一直线。

以上述28GHz的毫米波作为第一频率的毫米波，39GHz的毫米波作为第二频率的毫米波为例，请参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组S参数示意图，由图中可以看出，该模组可以覆盖N257(26.5-29.5GHz)频段和N260频段(37-40GHz)。

请结合图6a和图6b，图6a是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组在28GHz的二维方向图，由图可知，在28GHz频段，该天线模组的前后比(旁瓣)非常低，达到-22.3dB，且最大增益高达14.8dBi，而常见的普通4单元(patch/dipole/slot等天线类型)天线在该频段的增益通常为9-10dBi，该频段下本实施例提供的天线模组的增益比普通4单元天线高4.8dBi以上。同理，图6b是本申请实施例提供的一种双频毫米波天线模组在39GHz的二维方向图，由图可知，在39GHz频段，该天线模组的前后比(旁瓣)同样非常低，达到-29.3dB，且最大增益高达13.1dBi，常见的普通4单元(patch/dipole/slot等天线类型)天线在该频段的增益通常为9-10dBi，该频段下本实施例提供的天线模组的增益比普通4单元天线高3.1dBi以上。

本实施例提供的双频毫米波天线模组仅需要四层PCB板，易于加工生产，降低了成本，且天线模组的厚度只有大约0.1倍毫米波波长，剖面极低。同时，该模组可以覆盖N257(26.5-29.5GHz)频段和N260频段(37-40GHz)，具有高增益和低剖面的特点。

本申请实施例提供的双频毫米波天线模组包括至少两个天线单元，天线单元包括由第一辐射组件和第二辐射组件构成的第一金属层，第一辐射组件的长度与第二辐射组件的长度不同；其中，第一辐射组件的一侧的中间位置设置有第一缝隙，第二辐射组件的一侧的中间位置设置有第二缝隙，第一缝隙的开口朝向第二辐射组件，第二缝隙的开口朝向第一辐射组件。该天线模组通过组合不同长度的第一辐射组件和第二辐射组件构建第一金属层，使得该模组支持不同频率的毫米波，且能提高天线增益；天线模组的剖面极低，易于加工生产，降低了成本。

本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备具备上述实施例中双频毫米波天线模组相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的双频毫米波天线模组。

最后应说明的是：本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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范围。

Claims (10)

1.一种双频毫米波天线模组，其特征在于，包括：至少两个天线单元，所述天线单元包括由第一辐射组件和第二辐射组件构成的第一金属层，所述第一辐射组件的长度与所述第二辐射组件的长度不同；

其中，所述第一辐射组件的一侧的中间位置设置有第一缝隙，所述第二辐射组件的一侧的中间位置设置有第二缝隙，所述第一缝隙的开口朝向所述第二辐射组件，所述第二缝隙的开口朝向所述第一辐射组件。

2.根据权利要求1所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述第一辐射组件用于辐射第一频率的毫米波，所述第一辐射组件的长度和所述第一缝隙的长度匹配于所述第一频率的毫米波；

所述第二辐射组件用于辐射第二频率的毫米波，所述第二辐射组件的长度和所述第二缝隙的长度匹配于所述第二频率的毫米波。

3.根据权利要求2所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述天线单元的高度为：

0.1倍的第一频率的毫米波的波长，或者；

0.1倍的第二频率的毫米波的波长。

4.根据权利要求1所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述天线单元还包括第二金属层和第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间固定设置有第一介质层，所述第二金属层与所述第三金属层之间固定设置有第二介质层。

5.根据权利要求4所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述第一介质层中设置有多个第一金属化孔，所述多个第一金属化孔连通所述第一金属层和所述第二金属层。

6.根据权利要求4所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述第二金属层设置有工字形的第三缝隙，所述第三缝隙用于馈电所述第一金属层的所述第一辐射组件和所述第二辐射组件。

7.根据权利要求6所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述第三缝隙斜向设置于所述第二金属层的某一角处，以使所述第三缝隙在所述第一金属层上的投影与所述第一缝隙和所述第二缝隙的重合部分最小。

8.根据权利要求1所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述第一辐射组件的一条短边与所述第二辐射组件的一条短边位于同一直线。

9.根据权利要求1所述的双频毫米波天线模组，其特征在于，所述天线单元为四个，四个所述天线单元线性排列。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的双频毫米波天线模组。