CN109449568A - 毫米波阵列天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种毫米波阵列天线，包括金属接地层和夹心金属层，所述夹心金属层包括沿其长轴方向连接两所述金属接地层的顶表面和与所述顶表面平行相对的底表面，所述夹心金属层还包括沿其长轴方向间隔阵列的多个天线槽缝，所述天线槽缝贯穿所述顶表面和所述底表面且与两所述金属接地层相接，所述金属接地层对应每个所述天线槽缝的位置设有馈电部，通过所述馈电部馈电，每个天线槽缝及围设在所述天线槽缝周围的金属接地层和夹心金属层形成一个槽缝天线单元。与相关技术相比，本发明具有如下有益效果：厚度薄，可设置在移动终端的一端，且占用的厚度空间小，能够在移动终端的正、反两个方向上进行电磁波的聚集和辐射。

Description

毫米波阵列天线及移动终端

【技术领域】

本发明涉及移动终端制造技术领域，尤其涉及一种毫米波阵列天线及移动终端。

【背景技术】

在无线通信设备中，总存在一个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。天线的作用是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道，或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。

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。国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的主要应用场景，ITU定义了三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。上述3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。为了达到这些苛刻的指标，若干关键技术将被采用，其中就包含毫米波技术。

随着5G技术在通讯领域的快速发展，对数据的传输效率的要求也越来越高。为了满足这种需求，5G网络的频段也将延伸到毫米波频段。因此，毫米波天线工作在20GHz频段的需求也更多。

为了满足应用需求，毫米波天线通常设计成阵列形式，即应用多个相同的天线单元，从而可以达到高增益以用于补偿在更高毫米波频段里的自由空间路径损耗的增加。另外，在毫米波段，如果发射机和接收机在非视距通信，通信链路也会被干扰甚至中断。因而，为了维持视距通信，毫米波天线应当在全向空间具有辐射能力。

因此，有必要提供一种新型的毫米波阵列天线以解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种毫米波阵列天线，其厚度薄，可以在两个方向上聚集无线电波进行辐射。

本发明的技术方案如下：一种毫米波阵列天线，包括两平行间隔设置的金属接地层和夹设于两所述金属接地层之间的夹心金属层，所述金属接地层和所述夹心金属层均呈长条形，所述夹心金属层包括沿其长轴方向连接两所述金属接地层的顶表面和与所述顶表面平行相对的底表面，所述夹心金属层还包括沿其长轴方向间隔阵列的多个天线槽缝，所述天线槽缝贯穿所述顶表面和所述底表面且与两所述金属接地层相接，所述金属接地层对应每个所述天线槽缝的位置设有馈电部，通过所述馈电部馈电，每个天线槽缝及围设在所述天线槽缝周围的金属接地层和夹心金属层形成一个槽缝天线单元。

优选的，所述槽缝天线单元包括多个第一槽缝天线单元和多个第二槽缝天线单元，多个所述第一槽缝天线单元和多个所述第二槽缝天线单元沿所述夹心金属层的长轴方向依次交错设置，所述第一槽缝天线单元的所述馈电部靠近所述底表面设置，所述第二槽缝天线单元的所述馈电部靠近所述顶表面设置，所述第一槽缝天线单元构成第一毫米波阵列天线，所述第二槽缝天线单元构成第二毫米波阵列天线，所述第一毫米波阵列天线的主波束朝向所述顶表面方向，所述第二毫米波阵列天线的主波束朝向所述底表面方向。

优选的，所述毫米波阵列天线为相控阵天线。

优选的，还包括填充于所述天线槽缝的夹心介质层，所述夹心介质层的材料为非导电介质。

优选的，所述毫米波阵列天线的工作频段包括28GHz。

优选的，所述第一槽缝天线单元与相邻的所述第二槽缝天线单元的间距为所述毫米波阵列天线的中心工作频点的半个波长。

优选的，所述毫米波阵列天线的厚度小于1mm，所述毫米波阵列天线的厚度方向为一所述金属接地层指向另一所述金属接地层的方向。

本发明还提供了一种移动终端，应用所述的毫米波阵列天线，所述移动终端还包括后盖、与所述后盖相间隔的框架以及边框，所述边框夹设于所述后盖与所述框架之间，所述毫米波阵列天线设置于所述边框的内侧表面，且所述毫米波阵列天线的所述金属接地层与所述内侧表面相对，所述夹心金属层的所述顶表面朝向所述后盖，所述夹心金属层的所述底表面朝向所述框架。

优选的，所述后盖为金属后盖，所述框架为金属框架，所述金属后盖对应所述毫米波阵列天线的位置设有第一让位槽，所述金属框架对应所述毫米波阵列天线的位置设有第二让位槽。

优选的，所述第一毫米波阵列天线产生的主波束指向所述后盖的方向，所述第二毫米波阵列天线产生的主波束指向所述框架的方向，且所述第一毫米波阵列天线和所述第二毫米波阵列天线均为相控阵天线。

与相关技术相比，本发明提供的一种毫米波阵列天线及移动终端具有如下有益效果：厚度薄，可设置在移动终端的一端，且占用的厚度空间小，能够在移动终端的正、反两个方向上进行电磁波的聚集和辐射。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1(a)为本发明毫米波阵列天线的立体结构示意图；

图1(b)为本发明毫米波阵列天线的金属接地层与夹心金属层的装配结构示意图；

图1(c)为本发明毫米波阵列天线省略一金属接地层的主视结构示意图；

图2(a)为本发明毫米波阵列天线的上部区域辐射示意图；

图2(b)为本发明毫米波阵列天线的下部区域辐射示意图；

图3(a)为本发明移动终端的金属后盖分离的立体示意图；

图3(b)为本发明移动终端的立体分解示意图；

图4(a)为本发明移动终端的顶部区域辐射示意图；

图4(b)为本发明移动终端的底部区域辐射示意图；

图5(a)为本发明第二槽缝天线单元的反射系数图；

图5(b)为本发明各槽缝天线单元间的隔离度图；

图5(c)为本发明毫米波阵列天线的结构图；

图6(a)为本发明移动终端在顶部区域的辐射仿真立体视角图；

图6(b)为本发明移动终端在顶部区域的辐射仿真侧视图；

图7(a)为本发明移动终端在第一槽缝天线单元间相差为-150°下的辐射仿真图；

图7(b)为本发明移动终端在第一槽缝天线单元间相差为0°相移下的辐射仿真图；

图7(c)为本发明移动终端在第一槽缝天线单元间相差为150°相移下的辐射仿真图；

图8为本发明移动终端的用于观察毫米波阵列天线的增益的2D切割平面示意图；

图9(a)为本发明移动终端以直坐标形式表达的顶部区域仿真增益图；

图9(b)为本发明移动终端以极坐标形式表达的顶部区域仿真增益图；

图10(a)为本发明移动终端在底部区域的辐射仿真立体视角图；

图10(b)为本发明移动终端在底部区域的辐射仿真侧视图；

图11(a)为本发明移动终端在第二槽缝天线单元间相差为-120°下的辐射仿真图；

图11(b)为本发明移动终端在第二槽缝天线单元间相差为0°下的辐射仿真图；

图11(c)为本发明移动终端在第二槽缝天线单元间相差为120°下的辐射仿真图；

图12(a)为本发明移动终端以直坐标形式表达的底部区域仿真增益图；

图12(b)为本发明移动终端以极坐标形式表达的底部区域仿真增益图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1(a)和(b)所示，本发明实施例提供了一种呈长条形且工作频段包括28GHz的毫米波阵列天线100，包括两平行间隔设置的金属接地层1、夹设于两所述金属接地层1之间的夹心金属层2，所述金属接地层1和所述夹心金属层2均呈长条形，所述毫米波阵列天线100的厚度小于1mm，所述毫米波阵列天线100的厚度方向为一所述金属接地层1指向另一所述金属接地层1的方向，所述毫米波阵列天线100为相控阵天线。

所述夹心金属层2包括沿其长轴方向连接两所述金属接地层1的顶表面21和与所述顶表面21平行相对的底表面22，所述夹心金属层2还包括沿其长轴方向间隔阵列的多个天线槽缝20，所述天线槽缝20贯穿所述顶表面21和所述底表面22且与两所述金属接地层1相接。请结合图1(c)所示，所述毫米波阵列天线100还包括填充于所述天线槽缝20的夹心介质层200，所述夹心介质层200的材料为非导电介质。

所述金属接地层1对应每个所述天线槽缝20的位置设有馈电部10，通过所述馈电部10馈电，每个天线槽缝20及围设在所述天线槽缝20周围的金属接地层1和夹心金属层2形成一个槽缝天线单元3。

所述槽缝天线单元3包括多个第一槽缝天线单元31和多个第二槽缝天线单元32，多个所述第一槽缝天线单元31和多个所述第二槽缝天线单元32沿所述夹心金属层2的长轴方向依次交错设置，所述第一槽缝天线单元31与相邻的所述第二槽缝天线单元32的间距为中心工作频点的半个波长。

所述第一槽缝天线单元31的所述馈电部10靠近所述底表面22设置，所述第二槽缝天线单元32的所述馈电部10靠近所述顶表面21设置，所述第一槽缝天线单元31构成第一毫米波阵列天线，所述第二槽缝天线单元32构成第二毫米波阵列天线。请参阅图2(a)和2(b)，所述第一毫米波阵列天线的主波束朝向所述顶表面21方向，并在所述顶表面21对应的上部区域A聚集；所述第二毫米波阵列天线的主波束朝向所述底表面22方向，并在所述底表面22对应的下部区域B聚集。

请结合图3(a)和3(b)所示，本发明还提供了一种移动终端400，应用所述毫米波阵列天线100，所述移动终端400还包括后盖41、框架42以及矩形边框43，所述边框43夹设于所述后盖41与所述框架42之间。当然的，所述移动终端400还可以包括其它部件，例如，LCD面板，所述框架42用于保护所述LCD面板。

所述毫米波阵列天线100设置于所述边框43的内侧表面，且所述毫米波阵列天线100的所述金属接地层1与所述内侧表面相对，所述夹心金属层2的所述顶表面朝向所述后盖，所述夹心金属层的所述底表面朝向所述框架。

所述边框43的尺寸可以设计成长142mm宽72mm，也就是说，该边框43可以用于5.5英寸的移动终端中，或者最多6英寸的LCD平板。所述边框43包括位于顶部的第一短边431、位于底部并与所述第一短边431平行间隔设置的第二短边432以及连接所述第一短边431和所述第二短边432的两长边433。所述毫米波阵列天线100设置于所述第一短边431的内侧表面，且所述毫米波阵列天线100的长度方向与所述第一短边431的长度方向一致。需要说明的是，本申请并不限制所述边框及移动终端的尺寸，只要移动终端中留有足够的空间设置所述毫米波阵列天线即可。

所述后盖41为金属后盖，对应所述毫米波阵列天线100的位置设有第一让位槽410。所述框架42为金属框架，对应所述毫米波阵列天线100的位置设有第二让位槽420。所述边框43为金属边框，其与所述金属接地层1电连接。

如此设计，所述毫米波阵列天线100的空间利用率高，不会占用所述后盖41和所述框架42在水平方向上的空间，不仅如此，所述第一让位槽410和所述第二让位槽420也用于所述毫米波阵列天线100向上或者向下辐射电磁波，使得所述毫米波阵列天线100的电磁波辐射不受所述后盖41和所述框架42的电磁屏蔽影响。

需要说明的是，本发明并不限制后盖41、框架42和边框43为金属材料。在其他的实施方式中，后盖41、框架42和边框43也可以全部为非金属材料或部分为非金属材料。当所述后盖41和框架42为非金属材料时，其上不必开设第一让位槽410和第二让位槽420以避让电磁波辐射。

所述毫米波阵列天线100在所述移动终端内的辐射表现可参阅图4-12。

具体可以参阅图4(a)所示，所述第一毫米波阵列天线产生的主波束指向所述后盖41的方向，并且主波束在所述顶部区域C聚集。此时，所述第一槽缝天线单元31工作，所述第一槽缝天线单元31的所述馈电部10处于接通状态，同时，所述第二槽缝天线单元32的所述馈电部10处于关闭状态。

具体可以参阅图4(b)所示，所述第二毫米波阵列天线产生的主波束指向所述框架42的方向，且主波束在所述底部区域D聚集。此时，所述第二槽缝天线单元32工作，所述第二槽缝天线单元32的所述馈电部10处于接通状态，同时，所述第一槽缝天线单元31的所述馈电部10处于关闭状态。

图5(a)显示所述第二槽缝天线单元32的反射系数，可见其工作在28GHz附近。图5(b)显示各槽缝天线单元之间的隔离度。结合图5(c)所示，在图5(c)中，将所述天线***100的8个槽缝天线单元按次序分别标注为a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7以及a8，其中，a1、a3、a5以及a7为所述第一槽缝天线单元31，a2、a4、a6以及a8为所述第二槽缝天线单元32。在图5(b)中，以S_21和S_71为例，S_21是指第二槽缝天线单元a2与第一槽缝天线单元a1之间的隔离度，S_71是指第一槽缝天线单元a7与第一槽缝天线单元a1之间的隔离度，可见，在28GHz附近，两槽缝天线单元距离越远隔离度越好。

请参阅图6(a)和6(b)所示，显示了所述第一毫米波阵列天线在28GHz时，对顶部区域C的天线辐射仿真图，在该情况下，所述第一槽缝天线单元31的所述馈电部10处于接通状态，同时，所述第二槽缝天线单元32的所述馈电部10处于关闭状态，从天线辐射仿真图中可以清楚的看出，显示具有最大增益G的辐射主波束位于所述移动终端400的顶部区域C。

请参阅图7(a)、7(b)和7(c)所示，显示第一槽缝天线单元31间相差分别为-150°、0°以及150°时的波束指向，可以清楚的看出，随着相差不同，所述第一毫米波阵列天线的波束在顶部区域内实现扫描，相差在-150°、0°以及150°的最大增益G分别是11.7dB、14.9dB和11.5dB。

再结合图9(a)和9(b)所示，显示了所述毫米波阵列天线100的所述第一槽缝天线单元31在7种不同相差下的天线增益的集合，天线增益仿真可以看出，所述毫米波阵列天线100的扫描角从-30°到30°，总覆盖角度为60°。其观察平面为图8所示的平面。

图10(a)和10(b)所示，显示了所述第二毫米波阵列天线在28GHz时，对底部区域D的天线辐射仿真图，在该情况下，所述第二槽缝天线单元32的所述馈电部10处于接通状态，同时所述第一槽缝天线单元31的所述馈电部10处于关闭状态，从天线辐射仿真图中可以清楚的看出，显示具有最大增益G的辐射主波束位于所述移动终端400的底部区域D。

请参阅图11(a)、11(b)和11(c)所示，显示所述第二槽缝天线单元32间相差分别为-120°、0°以及120°时的波束指向，可以清楚的看出，随着相差不同，所述第二槽缝天线单元32的波束在底部区域内实现扫描，相差在-120°、0°以及120°的最大增益G分别是10.7dB、12.9dB和11.6dB。

再结合图12(a)和12(b)所示，显示了第二毫米波阵列天线的第二槽缝天线单元在7种不同相移下的天线增益的集合，天线增益仿真可以看出，第二毫米波阵列天线的扫描角从150°到210°，总覆盖角度为60°。其观察平面为图8所示的平面a。

与相关技术相比，本发明提供的一种毫米波阵列天线及移动终端具有如下有益效果：厚度薄，可竖直设置在移动终端的某一侧壁上，较少的占用移动终端水平方向的空间；对净空区域的要求低，只要天线槽缝的缝口处不被遮挡即可；能够在移动终端的相对的两个方向上分别进行波束扫描，辐射覆盖范围大。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种毫米波阵列天线，其特征在于，包括两平行间隔设置的金属接地层和夹设于两所述金属接地层之间的夹心金属层，所述金属接地层和所述夹心金属层均呈长条形，所述夹心金属层包括沿其长轴方向连接两所述金属接地层的顶表面和与所述顶表面平行相对的底表面，所述夹心金属层还包括沿其长轴方向间隔阵列的多个天线槽缝，所述天线槽缝贯穿所述顶表面和所述底表面且与两所述金属接地层相接，所述金属接地层对应每个所述天线槽缝的位置设有馈电部，通过所述馈电部馈电，每个天线槽缝及围设在所述天线槽缝周围的金属接地层和夹心金属层形成一个槽缝天线单元。

2.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述槽缝天线单元包括多个第一槽缝天线单元和多个第二槽缝天线单元，多个所述第一槽缝天线单元和多个所述第二槽缝天线单元沿所述夹心金属层的长轴方向依次交错设置，所述第一槽缝天线单元的所述馈电部靠近所述底表面设置，所述第二槽缝天线单元的所述馈电部靠近所述顶表面设置，所述第一槽缝天线单元构成第一毫米波阵列天线，所述第二槽缝天线单元构成第二毫米波阵列天线，所述第一毫米波阵列天线的主波束朝向所述顶表面方向，所述第二毫米波阵列天线的主波束朝向所述底表面方向。

3.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线为相控阵天线。

4.根据权利要求1或2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，还包括填充于所述天线槽缝的夹心介质层，所述夹心介质层的材料为非导电介质。

5.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线的工作频段包括28GHz。

6.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述第一槽缝天线单元与相邻的所述第二槽缝天线单元的间距为所述毫米波阵列天线的中心工作频点的半个波长。

7.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述毫米波阵列天线的厚度小于1mm，所述毫米波阵列天线的厚度方向为一所述金属接地层指向另一所述金属接地层的方向。

8.一种移动终端，其特征在于，应用如权利要求2所述的毫米波阵列天线，所述移动终端还包括后盖、与所述后盖相间隔的框架以及边框，所述边框夹设于所述后盖与所述框架之间，所述毫米波阵列天线设置于所述边框的内侧表面，且所述毫米波阵列天线的所述金属接地层与所述内侧表面相对，所述夹心金属层的所述顶表面朝向所述后盖，所述夹心金属层的所述底表面朝向所述框架。

9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述后盖为金属后盖，所述框架为金属框架，所述金属后盖对应所述毫米波阵列天线的位置设有第一让位槽，所述金属框架对应所述毫米波阵列天线的位置设有第二让位槽。

10.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述第一毫米波阵列天线产生的主波束指向所述后盖的方向，所述第二毫米波阵列天线产生的主波束指向所述框架的方向，且所述第一毫米波阵列天线和所述第二毫米波阵列天线均为相控阵天线。