CN111710970B - 毫米波天线模组和电子设备 - Google Patents
毫米波天线模组和电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111710970B CN111710970B CN202010513124.5A CN202010513124A CN111710970B CN 111710970 B CN111710970 B CN 111710970B CN 202010513124 A CN202010513124 A CN 202010513124A CN 111710970 B CN111710970 B CN 111710970B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna module
- wave antenna
- patch
- millimeter
- plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
- H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
- H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
- H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
- H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
- H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本申请涉及一种毫米波天线模组和电子设备,毫米波天线模组包括:介质基板、接地板、辐射贴片、馈电结构及导体结构;辐射贴片通过馈电结构馈电产生表面的第一电流,同时导体结构与辐射贴片间耦合馈电激励产生垂直于辐射贴片所在平面的第二电流。毫米波天线模组由于引入了容性加载的导体结构,使得模组具有较小的尺寸,实现天线模组的薄型化;且由于第一电流及第二电流,改变了模组的电场分布,使模组具有较宽的波束宽度,同时抑制了馈电结构的单极子模式,强化了辐射贴片的差分模式,从而抑制交叉极化分量,增加了双极化端口的隔离度。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域,特别是涉及一种毫米波天线模组和电子设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展,5G网络技术也随之诞生。5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快数百倍。因此,具有足够频谱资源的毫米波频段成为了5G通信***的工作频段之一。
然而,目前毫米波天线仍存在波束宽度较窄的问题,限制了天线的使用。
发明内容
本申请实施例提供一种毫米波天线模组和电子设备,可以实现薄型化天线模组,且具有较宽的波束宽度。
一种毫米波天线模组,包括:
介质基板,具有相背设置的第一侧和第二侧;
接地板,设置在所述介质基板的第一侧;
辐射贴片,设置在所述介质基板的第二侧;
馈电结构,设置在所述辐射贴片和所述接地板之间且贯穿所述介质基板和所述接地板,用于对所述辐射贴片进行馈电使所述辐射贴片表面产生第一电流;
导体结构,设置在所述介质基板中,与所述辐射贴片间隔设置且与所述接地板垂直连接,用于与所述辐射贴片耦合馈电,激励产生垂直于所述辐射贴片所在平面上的第二电流。
此外,还提供一种电子设备,包括:壳体及上述的毫米波天线模组,其中,所述毫米波天线模组收容在所述在壳体内。
上述毫米波天线模组和电子设备,包括:介质基板、接地板、辐射贴片、馈电结构及导体结构;辐射贴片通过馈电结构馈电获得表面的第一电流,同时导体结构与辐射贴片间隔设置,导体结构通过与辐射贴片耦合馈电激励产生垂直于辐射贴片所在平面上的第二电流。毫米波天线模组由于引入了容性加载的导体结构,使得模组具有较小的尺寸,实现天线模组的薄型化;且由于第一电流及第二电流,改变了模组的电场分布,使模组具有较宽的波束宽度,同时抑制了馈电结构的单极子模式,强化了辐射贴片的差分模式,从而抑制交叉极化分量,增加了双极化端口的隔离度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例,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他的附图。
图1为一个实施例中电子设备的立体图;
图2为一实施例中毫米波天线模组的结构示意图;
图3为一实施例中多个辐射贴片的结构示意图;
图4为一实施例中辐射贴片开槽的结构示意图;
图5为一实施例中毫米波天线模组的局部结构示意图;
图6为一实施例中毫米波天线模组的结构示意图;
图7为一实施例中毫米波天线模组的结构示意图;
图8为一实施例中导体结构的结构示意图;
图9为一实施例中导体结构的结构示意图;
图10为一实施例中导体结构的结构示意图;
图11为一实施例中导体结构的结构示意图;
图12为一实施例中辐射贴片与导体结构位置关系的结构示意图;
图13为一实施例中辐射贴片与导体结构位置关系的结构示意图;
图14为一实施例中辐射贴片与导体结构位置关系的结构示意图;
图15为一实施例中辐射贴片与导体结构位置关系的结构示意图;
图16为一实施例中毫米波天线模组的局部结构示意图;
图17为一实施例中毫米波天线模组的E面方向图;
图18为一实施例中毫米波天线模组的H面方向图;
图19为传统示例毫米波天线模组的E面方向图;
图20为传统示例毫米波天线模组的H面方向图;
图21为一实施例中毫米波天线模组的反射参数曲线和隔离度曲线;
图22为一实施例中毫米波天线模组的表面电流分布局部图;
图23为一实施例中毫米波天线模组的远场方向图;
图24为图1所示电子设备的壳体组件在另一实施例中的主视图。
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仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
可以理解,本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件,但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分,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至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
需要说明的是,当元件被称为“设置在”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
本申请一实施例的毫米波天线模组应用于电子设备,在一个实施例中,电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备 (Mobile InternetDevice,MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置毫米波天线模组的通信模块。
在本申请实施例中,如图1所示,电子设备10可包括显示屏组件110、壳体组件120和控制器。显示屏组件110固定于壳体组件120上,与壳体组件120 一起形成电子设备的外部结构。壳体组件120可以包括中框和后盖。中框可以为具有通孔的框体结构。其中,中框可以收容在显示屏组件与后盖形成的收容空间中。后盖用于形成电子设备的外部轮廓。后盖可以一体成型。在后盖的成型过程中,可以在后盖上形成后置摄像头孔、指纹识别模组、毫米波天线模组安装孔等结构。其中,后盖可以为非金属后盖,例如,后盖可以为塑胶后盖、陶瓷后盖、3D玻璃后盖等。控制器能够控制电子设备的运行等。显示屏组件可用来显示画面或字体,并能够为用户提供操作界面。
在一实施例中,壳体组件120内集成有毫米波天线模组,毫米波天线模组能够透过壳体组件120发射和接收毫米波信号,从而使得电子设备能够实现毫米波信号的广覆盖。
毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波,其频率大约在20GHz~300GHz之间。3GPP已指定5G NR支持的频段列表,5G NR频谱范围可达100GHz,指定了两大频率范围:Frequency range 1(FR1),即6GHz以下频段和Frequency range 2(FR2),即毫米波频段。Frequency range 1的频率范围:450MHz-6.0GHz,其中,最大信道带宽100MHz。Frequencyrange 2的频率范围为24.25GHz- 52.6GHz,最大信道带宽400MHz。用于5G移动宽带的近11GHz频谱包括:3.85 GHz许可频谱,例如:28GHz(24.25-29.5GHz)、37GHz(37.0-38.6GHz)、39GHz (38.6-40GHz)和14GHz未许可频谱(57-71GHz)。5G通信***的工作频段有 28GHz,39GHz,60GHz三个频段。
如图2所示,本申请实施例提供一种毫米波天线模组,毫米波天线模组包括介质基板210、接地板220、辐射贴片230、馈电结构240和导体结构250(图 2以导体结构250远离接地板220的一端与辐射贴片230齐平为例)。
在本实施例中,介质基板210具有相背设置的第一侧和第二侧。第一侧可用于设置接地板220,第二侧可用于设置辐射贴片230。
一实施例中,毫米波天线模组可为采用HDI(高密度互联)工艺或IC载板工艺集成的多层印制电路板(Printed circuit board,PCB)。例如,介质基板210 可理解包括相互叠加的介质层,例如PP(Prepreg,半固化片)层,在介质基板210的每个PP层上可再镀上金属层或传输带线。其中,PP层可由起到隔绝及粘合的作用。金属层可以为铜层、锡层、铅锡合金层、锡铜合金层等。在一实施例中,介质基板210可以采用介电常数较低的PP层,较低的介电常数有利于增加天线带宽。
在本实施例中,接地板220设置在介质基板210第一侧,接地板220背离介质基板210的一侧可用于设置射频芯片。接地板220为金属层,例如为铜层。
在本实施例中,辐射贴片230设置在介质基板210的第二侧,用于收发毫米波信号。辐射贴片230可以为用于辐射毫米波信号的相控天线阵列,天线阵列的具体类型本申请实施例不作进一步限定,可进行毫米波信号的收发即可。
一实施例中,辐射贴片230的包括第一馈电端口和第二馈电端口,辐射贴片230的数量可以为多个,呈阵列排布,多个辐射贴片230的第一馈电端口在阵列方向上呈镜像对称,多个辐射贴片的第二馈电端口在阵列方向上呈镜像对称,可以改善相邻辐射贴片230馈电端口间的隔离度,降低辐射贴片230间的互耦。
示例性的,参见图3,以4个辐射贴片呈1×4线性矩形排布为例,阵列方向为单一方向F1。馈电端口分别命名为馈电端口1、馈电端口2、馈电端口3、馈电端口4、馈电端口5、馈电端口6、馈电端口7及馈电端口8。其中,馈电端口1和馈电端口7镜像对称,馈电端口2和馈电端口8镜像对称,馈电端口3 和馈电端口5镜像对称,馈电端口4和馈电端口6镜像对称。通过采用镜像对称的方式,增大了馈电端口4和馈电端口6的间距,增大了馈电端口2和馈电端口8的间距,进一步改善了馈电端口间的隔离度。
其中,辐射贴片230的数目、相邻辐射贴片230间的间距可以根据具体扫描角度和增益要求而定,本实施例并不作限定。
一实施例中,辐射贴片230还可通过挖缝或挖槽等方式调节天线匹配。通过在辐射贴片230上的开槽或缝隙,有利于降低辐射贴片230的重量,调节阻抗匹配;并且,开槽或缝隙的周围能够使得辐射贴片230上的电流路径增加,有效减小辐射贴片的尺寸,同时附加了电感和电容,有效调节辐射贴片230的谐振特性,展宽带宽。例如,在辐射贴片230上设置开槽,开槽可以是矩形槽、方形槽、U型槽、圆环槽、椭圆形槽,具体形状和具***置根据实际需求进行设置。示例性的,可以设置开槽为矩形槽,如图4所示(其中1和2为辐射贴片230的馈电端口),在辐射贴片230上设置四个矩形槽230a,四个矩形槽230a 围绕辐射贴片230轴心呈90°间隔均匀分布,从而通过降低辐射贴片230的重量,调节阻抗匹配,还可以展宽带宽。
辐射贴片230的形状在此不作进一步限定,示例性的,辐射贴片230的形状可以为方形或矩形,还可为其它可能的形状,如三角形、梯形或椭圆形。例如,辐射贴片230为正方形,边长为0.4~0.5λ,λ为中心频率处电磁波在介质中的波长。
辐射贴片230的材料可以为导电材料,例如金属材料、合金材料、导电硅胶材料、石墨材料、氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)等,还可以为具有高介电常数的材料,例如具有高介电常数的玻璃、塑料、陶瓷等。
在本实施例中,馈电结构240设置在辐射贴片230和接地板220之间且贯穿介质基板210和接地板220,用于对辐射贴片230进行馈电,使辐射贴片230 表面产生第一电流。具体地,馈电结构240使辐射贴片230的馈电端口与射频芯片的射频端口连接,通过输入射频芯片的射频信号实现对辐射贴片230的馈电。
一实施例中,可以在介质基板210和接地板220上开设通孔,通孔的位置与辐射贴片230馈电端口及射频芯片射频端口的位置对应设置。在通孔内填充导电材料以形成馈电结构240,并通过馈电结构240导通射频芯片与辐射贴片 230。
一实施例中,如图5所示(图5的细节处仅示出辐射贴片230、接地板220、馈电结构及导体结构250),馈电结构包括第一馈电单元2401和第二馈电单元 2402。第一馈电单元2401连接在辐射贴片230的第一馈电端口1和射频芯片的第一射频端口之间,用于输入第一射频信号,对第一馈电端口1进行馈电;第二馈电单元2402连接在辐射贴片230的第二馈电端口2和射频芯片的第二射频端口之间,用于输入第二射频信号,对第二馈电端口2进行馈电。射频芯片通过第一馈电单元2401和第二馈电单元2402与辐射贴片230连接,以将电流信号馈入辐射贴片230。
在本实施例中,导体结构250设置在介质基板210中(导体结构250可以置于介质基板210中,也可以部分裸露在介质基板210外),与辐射贴片230间隔设置且与接地板220垂直连接,用于与辐射贴片230耦合馈电,激励产生垂直于所述辐射贴片所在平面上的第二电流。
具体地,在辐射贴片230通过馈电结构240和射频芯片获得第一电流的同时,由于导体结构250与辐射贴片230之间存在间隔,进而能够实现与辐射贴片230间的容性耦合,使得毫米波天线模组具有较小的尺寸;同时,由于容性耦合,导体结构250激励产生垂直于所述辐射贴片所在平面上的第二电流,第二电流与辐射贴片230表面的第一电流的相互影响,使得整个毫米波天线模组的电场发生变化,扩宽毫米波天线模组波束宽度;同时导体结构250抑制了馈电结构240的单极子模式,强化了辐射贴片230的差分模式,从而抑制交叉极化分量,增加了双极化端口的隔离度。当导体结构250与辐射贴片230的间距越小时,容性耦合越强,毫米波天线模组的工作频率越向低频偏移,毫米波天线模组可以获得更小的尺寸。在此不对间距的大小进行限定,间距可以足够小但不为零。
一实施例中,导体结构还用于与辐射贴片230耦合馈电,激励产生平行于辐射贴片230所在平面上的第三电流。从而第三电流与第一电流及第二电流进一步相互影响,提高馈电耦合效率,进一步扩宽毫米波天线模组波束宽度。
一实施例中,导体结构250包括相互连接的垂直导体和水平导体。
垂直导体与接地板220垂直连接,用于与辐射贴片230馈电耦合,激励产生垂直于辐射贴片230所在平面上的第二电流。具体地,由于垂直导体与辐射贴片230间隔设置,从而在辐射贴片230通过馈电结构240激励产生第一电流时,垂直导体能够实现与辐射贴片230间的容性耦合,产生垂直于辐射贴片230 所在平面上的第二电流。
水平导体与辐射贴片230平行且间隔设置,且与垂直导体垂直连接,用于与辐射贴片230馈电耦合,激励产生平行于辐射贴片230所在平面上的第三电流。具体地,由于水平导体与辐射贴片230平行且间隔设置,从而在辐射贴片 230通过馈电结构240激励产生第一电流时,水平导体能够实现与辐射贴片230 间的容性耦合,激励产生平行于辐射贴片230所在平面上的第三电流。
其中,水平导体与辐射贴片230平行且间隔设置包括水平导体与辐射贴片 230同层设置或水平导体与辐射贴片230异层设置。例如设置水平导体所处第一平面与辐射贴片230所处第二平面齐平(参见图6,图中2501为水平导体,2502 为垂直导体),或者第一平面位于第二平面下方(参见图7,图中2501为水平导体,2502为垂直导体),或者第一平面位于第二平面上方。其中,当水平导体所处第一平面与辐射贴片230所处第二平面齐平或者第一平面位于第二平面下方时,可以在提高辐射贴片230的辐射效率同时进一步缩小毫米波天线模组的空间尺寸。
进一步地,当第一平面位于第二平面下方或第一平面位于第二平面上方时,水平导体在第二平面上的投影与辐射贴片230部分重叠,或者水平导体在第二平面上的投影与辐射贴片230相互间隔(图7以此为例)。
一实施例中,水平导体包括与辐射贴片230平行且间隔设置的金属片,垂直导体包括与接地板220垂直的金属柱,金属柱分别连接金属片与接地板220。从而导体结构250通过金属片和金属柱实现与辐射贴片230间的耦合馈电,获得第三电流和第二电流,进而影响整个毫米波天线模组的电场分布。在其他实施例中,垂直导体可以是形成于介质基板210内的金属化过孔,例如在介质基板210的孔壁上电镀一层铜以形成垂直导体。
其中,金属片的形状及面积大小不受限定,具体可以与金属柱相接触的面积、金属柱的数量及排布情况进行设定。
其中,金属柱的数量可以为一个或多个,当金属柱的数量为多个时,相邻金属柱平行且间隔设置。示例性的,多个金属柱可以呈一维矩阵排列(请参阅图8,图8以5个金属柱为例,图中801为金属片,802为金属柱),或者呈多维矩阵排列(请参阅图9,图9以10个金属柱为例,图9中901为金属片,902 为金属柱)。
其中,金属片和金属柱构成的形状,具体不受限制,示例性的,导体结构 250的形状可以是“T”字形(如图10所示,图10中1001为金属片,1002为金属柱)、倒“L”字型(如图11所示,图11中1101为金属片,1102为金属柱) 或者类栅格状(如图8和图9所示)。
一实施例中,每个辐射贴片230可以对应多个等高设置的导体结构250。通过等高设置多个导体结构250,使得各个导体结构250的垂直导体激励起的电流场分布情况相同,从而各个导体结构250对扩宽波束的效果相同。
进一步地,多个导体结构250均匀设置在对应的辐射贴片230四周。多个导体结构250均匀设置在对应的辐射贴片230四周,使得辐射贴片230四周的电场分布均匀,从而使得辐射贴片230及对应的多个导体结构250组成的天线单元各处得到抑制的交叉极化分量相同,双极化端口隔离度更高,且容性加载更均匀,天线单元各处尺寸更加均衡。其中,分布均匀的设置可以有多种情况,具体不受限制,具体可以根据辐射贴片230的形状进行设置。
示例性的,以辐射贴片230为正方形为例,辐射贴片230具有相互垂直的两个中轴线,当导体结构250的数量为4个时,导体结构250均匀设置的情况可以如图12所示(图12为导体结构250在第二平面上的投影示例):4个导体结构250在第二平面上的投影分别在辐射贴片230两个中轴线的延长线上,且分别垂直于延长线,互为平行的两个导体结构250相互对称。当导体结构250 的数量为8个时,导体结构250均匀设置的情况可以如图13所示(图13为导体结构250在第二平面上的投影示例):8个导体结构250在第二平面上的投影分别在辐射贴片230两个中轴线延长线的左右两侧上,且分别垂直于延长线,互为平行的两个导体结构250相互对称,处于辐射贴片230同一侧的两个导体结构250也互相对称。
一实施例中,辐射贴片230为多个,相邻两个辐射贴片230之间设置至少一个导体结构250。从而可以防止相邻两个辐射贴片230辐射的毫米波信号相互影响,有效抑制相邻辐射贴片230间馈电结构240互耦引起的交叉极化分量,进一步提高相邻两个辐射贴片230之间的隔离度。
示例性的,以四个一维阵列排布的辐射贴片230为例,如图14所示,相邻两个辐射贴片230间设置一个导体结构250(图14为导体结构250在第二平面上的投影示例),从而,通过导体结构250可以抑制相邻辐射贴片230间端口的隔离度。
示例性的,以四个一维阵列排布的辐射贴片230为例,如图15所示,相邻两个辐射贴片230间设置两个导体结构250(图15为导体结构250在第二平面上的投影示例),从而,通过导体结构250可以抑制相邻辐射贴片230间端口的隔离度的同时,使得每个辐射贴片230所处的电场更加均匀,交叉极化分量抑制的效果更好。
以下提供一实施例,将本申请示例毫米波天线模组(如图16所示,以毫米波天线模组包括一个辐射贴片230对应4个导体结构250,且每个垂直导体包括 5个金属柱为例,图中未示出介质基板)和传统示例毫米波天线模组进行比较,测试结果参如下:
关于尺寸:本申请示例毫米波天线模组的尺寸为1.95mm×1.95mm× 0.85mm,传统示例毫米波天线模组2.45mm×2.45mm×0.85mm,本申请的毫米波天线模组尺寸缩减20%。
关于波束宽度:参见图17-图20。图17-图18为工作在28GHz时,本申请示例毫米波天线模组的E面、H面方向图,显示了本申请示例毫米波天线模组的波束辐射情况:图17中,主瓣大小为5.45dBi,主瓣方向为2.0deg,旁瓣水平为-11.2dB,E面半功率波束宽度为105.3deg;图18中,主瓣大小为5.45dBi,主瓣方向为0.0deg,旁瓣水平为-11.3dB,H面半功率波束宽度为99.5deg。参见图19和图20为工作在28GHz时,传统示例毫米波天线模组的E面、H面方向图,显示了传统示例毫米波天线模组的波束辐射情况:图19中,主瓣大小为6.2dBi,主瓣方向为3.0deg,旁瓣水平为-17.1dB,E面半功率波束宽度为90.5deg;图20中,主瓣大小为6.2dB,主瓣方向为1.0deg,H面半功率波束宽度为94.9deg。参见图17-图20显示,本申请示例毫米波天线模组较传统示例毫米波天线模组具有较宽的波束宽度。
关于双极化端口的隔离度:参见图21,图21中S1,1-1曲线、S2,1-1曲线分别对应为本申请示例毫米波天线模组馈电端口1的反射系数曲线及馈电端口2 与馈电端口1间的隔离度曲线,图中S1,1-2曲线、S2,1-2曲线分别对应为传统示例毫米波天线模组的反射系数曲线及馈电端口2与馈电端口1间的隔离度曲线。从图21中可以看出,工作在28GHz时,本申请示例毫米波天线模组馈电端口1的反射系数为-23dB,传统示例毫米波天线模组的馈电端口1的反射系数为 -19dB;本申请示例毫米波天线模组在26GHz-34GHz工作频带内,馈电端口间的隔离度小于-28dB,而传统示例毫米波天线模组在26GHz-34GHz工作频带内,馈电端口间的隔离度大于-28dB。由此,本申请示例毫米波天线模组具有更高的双极化端口隔离度。
结合上述测试结果进行分析:
本申请示例毫米波天线模组通过容性加载的导体结构250,模组具有较小的尺寸。同时,导体结构250与辐射贴片230耦合馈电,激励产生第二电流和第三电流,结合辐射贴片230表面上的第一电流,改变了模组的电场分布,使模组具有更宽的波束宽度:如图22所示(图22为示例毫米波天线模组在28GHz 频段时天线模组的表面电流分布局部图,填充的箭头代表电流流向,箭头越粗代表电流强度越大,箭头越细代表电流强度越小),辐射贴片230激励起xy平面上的表面电流;导体结构250中,水平导体和垂直导体分别对应激励起沿xy平面和z轴方向的表面电流。如图23所示,辐射贴片230的表面电流的远场方向图如图中A所示,垂直导体表面电流的远场方向图如图中B所示,A和B的叠加获得如图中C所示波束更宽的远场方向图,从而模组具有更宽的波束宽度。再者,通过导体结构250的引入,抑制了馈电结构240的单极子模式,将电场限制在腔内,强化了辐射贴片230的差分模式,从而抑制交叉极化分量,增加了双极化端口的隔离度。
上述毫米波天线模组,包括:介质基板210、接地板220、辐射贴片230、馈电结构240及导体结构250;辐射贴片230通过馈电结构240馈电产生表面的第一电流,同时导体结构250与辐射贴片230间耦合馈电激励产生垂直于辐射贴片230所在平面的第二电流。毫米波天线模组由于引入了容性加载的导体结构250,使得模组具有较小的尺寸,实现天线模组的薄型化;且由于第一电流及第二电流,改变了模组的电场分布,使模组具有较宽的波束宽度,同时抑制了馈电结构240的单极子模式,强化了辐射贴片230的差分模式,从而抑制交叉极化分量,增加了双极化端口的隔离度。
如图24所示,一种电子设备包括壳体及上述任一实施例中的毫米波天线模组,其中,所述毫米波天线模组收容在所述壳体内。
在一实施例中,电子设备包括多个毫米波天线模组,多个毫米波天线模组分布于壳体的不同侧边。例如,壳体包括相背设置的第一侧边121、第三侧边 123,以及相背设置的第二侧边122和第四侧边124,所述第二侧边122连接所述第一侧边121、所述第三侧边123的一端,所述第四侧边124连接所述第一侧边121、所述第三侧边123的另一端。第一侧边121、所述第二侧边122、所述第三侧边123和所述第四侧边124中的至少两个分别设有毫米波模组。毫米波模组的数量为2个时,2个毫米波模组分别位于第二侧边122、第四侧边124,从而使得毫米波天线模组在非扫描方向的维度上缩小整体尺寸,使得放置于电子设备的两侧成为可能。
具有上述任一实施例的毫米波天线模组的电子设备,可以适用于5G通信毫米波信号的收发,有效扩大波束宽度和双极化端口的隔离度以提高天线的辐射效率,同时有效降低模组尺寸,实现天线模组的薄型化,缩小天线模组在电子设备内的占用空间。
该电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile Internet Device,MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置天线的通信模块。
本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。合适的非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM) 或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RM),它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RM以多种形式可得,诸如静态RM(SRM)、动态RM (DRM)、同步DRM(SDRM)、双数据率SDRM(DDR SDRM)、增强型 SDRM(ESDRM)、同步链路(Synchlink)DRM(SLDRM)、存储器总线(Rmbus)直接 RM(RDRM)、直接存储器总线动态RM(DRDRM)、以及存储器总线动态 RM(RDRM)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种毫米波天线模组,其特征在于,包括:
介质基板,具有相背设置的第一侧和第二侧;
接地板,设置在所述介质基板的第一侧;
辐射贴片,设置在所述介质基板的第二侧,所述辐射贴片具有双极化端口;
馈电结构,设置在所述辐射贴片和所述接地板之间且贯穿所述介质基板和所述接地板,用于对所述辐射贴片进行馈电使所述辐射贴片表面产生第一电流;
导体结构,设置在所述介质基板中,与所述辐射贴片间隔设置且与所述接地板垂直连接,用于与所述辐射贴片耦合馈电,激励产生垂直于所述辐射贴片所在平面上的第二电流,所述第二电流与所述第一电流相互作用以扩宽所述毫米波天线模组的波束宽度,所述第二电流还用以抑制交叉极化分量,增加所述双极化端口的隔离度;所述导体结构还用于与所述辐射贴片耦合馈电,激励产生平行于所述辐射贴片所在平面上的第三电流,所述第三电流、所述第一电流以及所述第二电流相互作用以提高馈电耦合效率;
其中,所述辐射贴片为多个,相邻两个辐射贴片之间设置至少一个所述导体结构。
2.根据权利要求1所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述导体结构包括:
垂直导体,与所述接地板垂直连接,用于与所述辐射贴片耦合馈电,激励产生垂直于所述辐射贴片所在平面上的第二电流;
水平导体,与所述辐射贴片平行且间隔设置,且与所述垂直导体垂直连接,用于与所述辐射贴片耦合馈电,激励产生平行于所述辐射贴片所在平面上的第三电流。
3.根据权利要求2所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述水平导体所处第一平面与所述辐射贴片所处第二平面齐平,或者所述第一平面位于所述第二平面下方,或者所述第一平面位于所述第二平面上方。
4.根据权利要求3所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述第一平面位于所述第二平面下方,所述水平导体在所述第二平面上的投影与所述辐射贴片部分重叠,或者所述水平导体在所述第二平面上的投影与所述辐射贴片相互间隔。
5.根据权利要求2所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述水平导体包括与所述辐射贴片平行且间隔设置的金属片,所述垂直导体包括与所述接地板垂直的金属柱,所述金属柱分别连接所述金属片与所述接地板。
6.根据权利要求5所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述金属柱为多个,相邻所述金属柱平行且间隔设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述导体结构与所述辐射贴片的距离越近,所述毫米波天线模组的工作频率越向低频偏移。
8.根据权利要求1-6任一项所述的毫米波天线模组,其特征在于,每个所述辐射贴片对应多个等高设置的所述导体结构。
9.根据权利要求8所述的毫米波天线模组,其特征在于,多个所述导体结构均匀设置在对应的所述辐射贴片四周。
10.根据权利要求1-6任一项所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述辐射贴片为多个,且呈阵列排布,每个所述辐射贴片设有第一馈电端口和第二馈电端口,多个所述辐射贴片的所述第一馈电端口在阵列方向上呈镜像对称,多个所述辐射贴片的所述第二馈电端口在阵列方向上呈镜像对称。
11.根据权利要求10所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述接地板背离所述介质基板的一侧用于设置射频芯片,所述射频芯片包括第一射频端口和第二射频端口;
所述馈电结构包括:
第一馈电单元,设置在所述第一馈电端口与所述第一射频端口之间,用于输入第一射频信号,对所述第一馈电端口进行馈电;
第二馈电单元,设置在所述第二馈电端口与所述第二射频端口之间,用于输入第二射频信号,对所述第二馈电端口进行馈电。
12.根据权利要求1-6任一项所述的毫米波天线模组,其特征在于,所述辐射贴片上设置有开槽,所述开槽用于调整所述毫米波天线模组的阻抗匹配。
13.一种电子设备,其特征在于,包括:
壳体;及
如权利要求1-12任一项所述的毫米波天线模组,其中,所述毫米波天线模组收容在所述壳体内。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010513124.5A CN111710970B (zh) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | 毫米波天线模组和电子设备 |
EP21821773.5A EP4156411A4 (en) | 2020-06-08 | 2021-04-25 | MILLIMETER WAVE ANTENNA MODULE AND ELECTRONIC DEVICE |
PCT/CN2021/089601 WO2021249045A1 (zh) | 2020-06-08 | 2021-04-25 | 毫米波天线模组和电子设备 |
US18/075,993 US20230101577A1 (en) | 2020-06-08 | 2022-12-06 | Millimeter wave antenna module and electronic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010513124.5A CN111710970B (zh) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | 毫米波天线模组和电子设备 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111710970A CN111710970A (zh) | 2020-09-25 |
CN111710970B true CN111710970B (zh) | 2022-07-08 |
Family
ID=72539050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010513124.5A Active CN111710970B (zh) | 2020-06-08 | 2020-06-08 | 毫米波天线模组和电子设备 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230101577A1 (zh) |
EP (1) | EP4156411A4 (zh) |
CN (1) | CN111710970B (zh) |
WO (1) | WO2021249045A1 (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111710970B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-07-08 | Oppo广东移动通信有限公司 | 毫米波天线模组和电子设备 |
CN115347380A (zh) * | 2021-05-13 | 2022-11-15 | 台达电子工业股份有限公司 | 天线阵列装置 |
CN113422202B (zh) * | 2021-06-22 | 2023-09-01 | 维沃移动通信有限公司 | 天线单元和电子设备 |
US12021319B2 (en) * | 2022-04-19 | 2024-06-25 | Meta Platforms Technologies, Llc | Distributed monopole antenna for enhanced cross-body link |
WO2023236181A1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-12-14 | Goertek Inc. | Antenna feeding structure and electronic device |
CN117060065B (zh) * | 2023-09-13 | 2024-05-17 | 南京林业大学 | 一种毫米波超表面天线 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106549232A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-29 | 北京航空航天大学 | 一种互补的双频正交极化微带天线阵设计方法 |
WO2017051526A1 (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | アンテナ装置 |
CN109742540A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-10 | 山西大学 | 一种小型化高隔离度多源多波束天线 |
CN209515999U (zh) * | 2018-12-24 | 2019-10-18 | 成都信息工程大学 | 一种圆极化微带天线 |
CN110854507A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-28 | Oppo广东移动通信有限公司 | 天线封装模组和电子设备 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6795021B2 (en) * | 2002-03-01 | 2004-09-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Tunable multi-band antenna array |
WO2015083457A1 (ja) * | 2013-12-03 | 2015-06-11 | 株式会社村田製作所 | パッチアンテナ |
TWI556508B (zh) * | 2014-09-05 | 2016-11-01 | 環鴻科技股份有限公司 | 天線裝置 |
TW201721964A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-06-16 | 廣達電腦股份有限公司 | 行動裝置 |
CN106058450B (zh) * | 2016-06-14 | 2018-09-21 | 南通大学 | 平面贴片滤波天线 |
CN110178265A (zh) * | 2016-12-12 | 2019-08-27 | 天工方案公司 | 频率和极化可重构天线*** |
US10854994B2 (en) * | 2017-09-21 | 2020-12-01 | Peraso Technolgies Inc. | Broadband phased array antenna system with hybrid radiating elements |
CN108448239B (zh) * | 2018-02-28 | 2019-11-15 | 维沃移动通信有限公司 | 一种毫米波天线阵列及移动终端 |
US11387568B2 (en) * | 2018-05-09 | 2022-07-12 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Millimeter-wave antenna array element, array antenna, and communications product |
CN109950691A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-28 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 毫米波阵列天线和移动终端 |
CN110676578B (zh) * | 2019-10-18 | 2021-07-09 | Oppo广东移动通信有限公司 | 毫米波天线及电子设备 |
CN110768006A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 天线模组及电子设备 |
CN111710970B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-07-08 | Oppo广东移动通信有限公司 | 毫米波天线模组和电子设备 |
-
2020
- 2020-06-08 CN CN202010513124.5A patent/CN111710970B/zh active Active
-
2021
- 2021-04-25 EP EP21821773.5A patent/EP4156411A4/en active Pending
- 2021-04-25 WO PCT/CN2021/089601 patent/WO2021249045A1/zh unknown
-
2022
- 2022-12-06 US US18/075,993 patent/US20230101577A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017051526A1 (ja) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | アンテナ装置 |
CN106549232A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-29 | 北京航空航天大学 | 一种互补的双频正交极化微带天线阵设计方法 |
CN209515999U (zh) * | 2018-12-24 | 2019-10-18 | 成都信息工程大学 | 一种圆极化微带天线 |
CN109742540A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-10 | 山西大学 | 一种小型化高隔离度多源多波束天线 |
CN110854507A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-28 | Oppo广东移动通信有限公司 | 天线封装模组和电子设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230101577A1 (en) | 2023-03-30 |
WO2021249045A1 (zh) | 2021-12-16 |
EP4156411A4 (en) | 2023-11-15 |
EP4156411A1 (en) | 2023-03-29 |
CN111710970A (zh) | 2020-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111710970B (zh) | 毫米波天线模组和电子设备 | |
CN110137675B (zh) | 一种天线单元及终端设备 | |
WO2021082988A1 (zh) | 天线模组及电子设备 | |
CN110676578B (zh) | 毫米波天线及电子设备 | |
Stanley et al. | A capacitive coupled patch antenna array with high gain and wide coverage for 5G smartphone applications | |
CN110534924B (zh) | 天线模组和电子设备 | |
CN111276788B (zh) | 双频毫米波天线模组和电子设备 | |
EP4053998A1 (en) | Antenna module and electronic device | |
CN108417995B (zh) | 用于5g移动通信的天线单元及阵列天线 | |
CN111279548B (zh) | 通信设备 | |
CN111276800B (zh) | 双频毫米波天线模组和电子设备 | |
CN110690570B (zh) | 毫米波天线及电子设备 | |
EP3465823B1 (en) | C-fed antenna formed on multi-layer printed circuit board edge | |
US20240072446A1 (en) | Wideband antennaand antenna module including the same | |
US20210126366A1 (en) | Antenna device | |
CN110098465B (zh) | 一种高度集成天线设计的无线终端设备 | |
CN111129704B (zh) | 一种天线单元和电子设备 | |
US20240128633A1 (en) | Electronic Device | |
JP7228720B2 (ja) | ハウジングアセンブリ、アンテナデバイス及び電子機器 | |
CN112151944A (zh) | 天线模组、电子设备及电子设备的天线频段调节方法 | |
CN112952340A (zh) | 一种天线结构、带天线结构的电路板和通信设备 | |
CN116565518A (zh) | 天线和天线设备 | |
CN113964489B (zh) | 基于弯折形缝隙的宽角扫描相控阵天线 | |
CN111262003B (zh) | 天线封装模组和电子设备 | |
KR20080006415A (ko) | 광자밴드갭 구조의 안테나 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |