CN211507890U - 基于金属边框的5g毫米波双频天线***及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***及移动终端，天线***包括金属边框，所述金属边框的一侧边上设有缝隙天线阵列，所述金属边框的内侧设有金属反射墙，所述金属反射墙与所述缝隙天线阵列对应设置；所述缝隙天线阵列包括至少两个的缝隙天线单元，所述缝隙天线单元包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第二缝隙的一端和第三缝隙的一端分别与所述第一缝隙连通，且所述第二缝隙的长度值小于所述第三缝隙的长度值。本实用新型的天线***适用于具有金属边框的手持设备或移动终端，具备超宽带宽，高增益，高效率，且能够覆盖双频段以及波束成形的特点。

Description

基于金属边框的5G毫米波双频天线***及移动终端

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***及移动终端。

背景技术

近年来，随着第五代通信技术(5G)的快速发展，通信界一直致力于实现5G毫米波技术标准化的研究与开发。根据美国联邦通信委员会对5G通信频段的定义，频谱不仅增加了6GHz以内的新频段，更是引入了全新的毫米波。目前，对于5G毫米波通信***，已经考虑了24.25～86GHz范围内的11个候选频段。但是，由于电磁波的特性，毫米波的路径损耗将会随着传输距离的增加成指数衰减。为了应对这种高路径损耗，无论是移动端还是基站端都需要高增益的天线。因此，拥有高增益的多天线阵列备受关注。这种天线***的主要特征之一称为波束成形，它是通过调节每个天线阵子的幅度和相位，来控制天线的主辐射方向以实现空间覆盖的要求。对于终端设计来说，由于仅限的空间结构，对于天线设计有着较高的要求，同时还需要保持良好的结构稳定性，时尚的外观质感等。因此，在3/4G时代，金属边框已经成为一种最基本的外观配置。为了避免金属边框对天线性能的影响，金属边框被设计成了天线的一部分。如今，随着5G的强势来袭，终端天线设计势必需要覆盖毫米波的频段。然而目前大部分5G毫米波的天线设计仅覆盖了单一频段，且占用空间大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***及移动终端，具有小尺寸和高增益的特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***，包括金属边框，所述金属边框的一侧边上设有缝隙天线阵列，所述金属边框的内侧设有金属反射墙，所述金属反射墙与所述缝隙天线阵列对应设置；所述缝隙天线阵列包括至少两个的缝隙天线单元，所述缝隙天线单元包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第二缝隙的一端和第三缝隙的一端分别与所述第一缝隙连通，且所述第二缝隙的长度值小于所述第三缝隙的长度值。

进一步的，所述第二缝隙和第三缝隙位于所述第一缝隙的同一侧。

进一步的，所述金属反射墙相对于所述金属边框的设有所述缝隙天线阵列的一侧边平行设置。

进一步的，所述金属反射墙与所述缝隙天线阵列之间的垂直距离为1.5～2.3mm。

进一步的，所述金属反射墙的高度值与所述金属边框的高度值相同，所述金属反射墙长度方向的两端均超出所述缝隙天线阵列至少4mm。

进一步的，所述第二缝隙远离第一缝隙的一端设有第一弯折结构，所述第三缝隙远离第一缝隙的一端设有第二弯折结构，所述第一弯折结构的弯折方向与所述第二弯折结构的弯折方向相反。

进一步的，所述第二缝隙与第三缝隙之间设有馈电点，所述第一缝隙远离馈电点的一侧设有接地点。

进一步的，所述缝隙天线单元内设有绝缘介质层。

进一步的，所述缝隙天线单元的工作频率范围是27.5～28.35GHz和37～40GHz。

本实用新型涉及的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***。

本实用新型的有益效果在于：设置金属反射墙用于反射缝隙天线阵列朝向金属边框内侧的辐射瓣，使得天线阵列的辐射主瓣完全朝向金属边框外侧，从而达到提高天线的辐射增益的效果；第二缝隙与第三缝隙的长度值不同，可以实现天线阵列工作在不同的频率范围。本实用新型的天线***应用于移动终端时，具有尺寸小，占用空间小，具有超宽带宽，高增益，高效率，且能覆盖双频段及波束成形的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的移动终端的部分结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的5G毫米波双频天线***的部分结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的缝隙天线单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的缝隙天线单元的回波损耗测试结果；

图5为实用新型本实施例一的缝隙天线单元在进行馈电激励时缝隙天线工作在28GHz的电流分布图；

图6为实用新型本实施例一的缝隙天线单元在进行馈电激励时缝隙天线工作在39GHz的电流分布图；

图7为本实用新型实施例一的5G毫米波双频天线***的回波损耗测试结果；

图8为本实用新型实施例一的5G毫米波双频天线***工作在28GHz时主辐射增益与主瓣方向进行扫描时的相应关系；

图9为本实用新型实施例一的5G毫米波双频天线***工作在39GHz时主辐射增益与主瓣方向进行扫描时的相应关系；

图10为本实用新型实施例二的缝隙天线单元的结构示意图。

标号说明：

1、金属边框；2、缝隙天线阵列；21、缝隙天线单元；211、第一缝隙；212、第二缝隙；2121、第一弯折结构；213、第三缝隙；2131、第二弯折结构；214、馈电点；215、接地点；3、金属反射墙；4、PCB板。

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予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：设置金属反射墙用于反射缝隙天线阵列朝向金属边框内侧的辐射瓣，使得天线阵列的辐射主瓣完全朝向金属边框外侧，从而达到提高天线的辐射增益的效果。

请参照图1至图3，一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***，包括金属边框1，所述金属边框1的一侧边上设有缝隙天线阵列2，所述金属边框1的内侧设有金属反射墙3，所述金属反射墙3与所述缝隙天线阵列2对应设置；所述缝隙天线阵列2包括至少两个的缝隙天线单元21，所述缝隙天线单元21包括第一缝隙211、第二缝隙212和第三缝隙213，所述第二缝隙212的一端和第三缝隙213的一端分别与所述第一缝隙211连通，且所述第二缝隙212的长度值小于所述第三缝隙213的长度值。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：设置金属反射墙用于反射缝隙天线阵列朝向金属边框内侧的辐射瓣，使得天线阵列的辐射主瓣完全朝向金属边框外侧，从而达到提高天线的辐射增益的效果；第二缝隙与第三缝隙的长度值不同，可以实现天线阵列工作在不同的频率范围。

进一步的，所述第二缝隙212和第三缝隙213位于所述第一缝隙211的同一侧。

由上述描述可知，第二缝隙和第三缝隙设置在第一缝隙的同一侧可以减小缝隙天线单元的整体大小，以及保证相邻两个缝隙天线单元之间的距离不受影响，因为当缝隙天线单元本身的尺寸过大时，为了保证缝隙天线单元之间不会出现结构重叠的情况，相邻缝隙天线单元之间的距离也必然会变大，进而会影响到天线***的性能。相邻两个缝隙天线单元之间的距离指的是相邻两个缝隙天线单元上对应的点之间的距离。

进一步的，所述金属反射墙3相对于所述金属边框1的设有所述缝隙天线阵列2的一侧边平行设置。

由上述描述可知，金属反射墙相对于金属边框平行设置可以屏蔽其朝向金属反射墙这一侧的辐射主瓣，从而使其完全朝向另外一侧辐射。

进一步的，所述金属反射墙3与所述缝隙天线阵列2之间的垂直距离为1.5～2.3mm。

由上述描述可知，当金属反射墙与缝隙天线阵列之间的距离发生变化时，缝隙天线单元产生的谐振会发生偏移。当距离在1.5～2.3mm之间时，可以保证缝隙天线单元在工作频段范围内的回波损耗值低于-10dB。

进一步的，所述金属反射墙3的高度值与所述金属边框1的高度值相同，所述金属反射墙3长度方向的两端均超出所述缝隙天线阵列2至少4mm。

由上述描述可知，金属反射墙的高度值与金属边框的高度值相同可以保证辐射主瓣方向能完全指向一侧；同时，为了保证缝隙天线单元的主瓣辐射方向朝向一侧，金属反射墙的长度越大越好，应至少超出缝隙天线阵列4mm。

进一步的，所述第二缝隙212远离第一缝隙211的一端设有第一弯折结构2121，所述第三缝隙213远离第一缝隙211的一端设有第二弯折结构2131，所述第一弯折结构2121的弯折方向与所述第二弯折结构2131的弯折方向相反。

由上述描述可知，设置弯折结构可以减小缝隙天线单元的整体尺寸。

进一步的，所述第二缝隙212与第三缝隙213之间设有馈电点214，所述第一缝隙211远离馈电点214的一侧设有接地点215。

进一步的，所述缝隙天线单元21内设有绝缘介质层。

由上述描述可知，在缝隙天线单元内填充绝缘介质更加美观。

进一步的，所述缝隙天线单元21的工作频率范围是27.5～28.35GHz和37～40GHz。

本实用新型采用的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***。

由上述描述可知，本实用新型的天线***应用于移动终端时，具有尺寸小，占用空间小，具有超宽带宽，高增益，高效率，且能覆盖双频段及波束成形的特点。

实施例一

请参照图1至图9，本实用新型的实施例一为：

一种移动终端，如图1所示，包括基于金属边框的5G毫米波双频天线***，5G毫米波双频天线***的金属边框即为移动终端的金属边框，移动终端可以是手机等。

所述金属边框1的一侧边上设有缝隙天线阵列2，所述金属边框1的内侧设有金属反射墙3，所述金属反射墙3与所述缝隙天线阵列2对应设置。金属边框1的形状为矩形，长144mm、宽74mm、高8mm，缝隙天线阵列2设置在金属边框1的一长边的中部。

所述金属反射墙3相对于所述金属边框1的设有所述缝隙天线阵列2的一侧边平行设置。优选的，所述金属反射墙3与所述缝隙天线阵列2之间的垂直距离为1.5～2.3mm。进一步优选所述金属反射墙3与所述缝隙天线阵列2之间的垂直距离为2mm。所述金属反射墙3的高度值与所述金属边框1的高度值相同，所述金属反射墙3长度方向的两端均超出所述缝隙天线阵列2至少4mm，金属反射墙3的长边方向即为金属边框1的长边方向。本实施例中，金属反射墙3设置在移动终端的PCB板4上。金属反射墙3用于反射缝隙天线这列朝向内侧的辐射瓣，使天线的辐射主瓣完全朝向外侧，从而提高天线的辐射增益。

所述缝隙天线阵列2包括至少两个的缝隙天线单元21，缝隙天线单元21的数目可以根据需要进行设置，本实施例中，缝隙天线单元21的数目为8个。如图2和图3所示，所述缝隙天线单元21包括第一缝隙211、第二缝隙212和第三缝隙213，所述第二缝隙212的一端和第三缝隙213的一端分别与所述第一缝隙211连通，且所述第二缝隙212的长度值小于所述第三缝隙213的长度值。优选的，所述第二缝隙212和第三缝隙213位于所述第一缝隙211的同一侧。所述第二缝隙212远离第一缝隙211的一端设有第一弯折结构2121，所述第三缝隙213远离第一缝隙211的一端设有第二弯折结构2131，所述第一弯折结构2121的弯折方向与所述第二弯折结构2131的弯折方向相反，即所述缝隙天线单元21的形状类似于橫置的“π”字形。所述第二缝隙212与第三缝隙213之间设有馈电点214，所述第一缝隙211远离馈电点214的一侧设有接地点215。第一缝隙211、第二缝隙212和第三缝隙213的宽度可以根据需要进行调整，当改变其中一条缝隙的宽度值时，由该缝隙所覆盖的工作频段的阻抗会发生变化，而另一条缝隙所覆盖的工作频段的阻抗无明显变化。第一缝隙211、第二缝隙212和第三缝隙213的长度可以根据需要进行调整，调整缝隙的长度可以改变其工作频段范围，频段越低，所需的缝隙的长度越长。本实施例中，所述缝隙天线单元21内设有绝缘介质层。

本实施例中，所述缝隙天线单元的工作频率范围是27.5～28.35GHz和37～40GHz。相邻两个缝隙天线单元之间的距离为其工作频率对应波长的0.4～0.7倍。相邻两个缝隙天线单元之间的距离指的是两个缝隙天线单元上对应的点之间的距离。若相邻两个缝隙天线单元之间的距离过大，会导致高频段(37～40GHz)的副瓣电平过高，距离过小则会导致低频段(27.5～28.35GHz)缝隙天线单元之间的隔离度较差，因此，既要保证低频段隔离度满足要求，又要尽可能保证高频段副瓣电平保持较低水平，本实施例中，相邻两个缝隙天线单元之间的距离为4.8mm。

图4为本实施例的缝隙天线单元的回波损耗测试结果，从图中可以看出，对于激励端口回波损耗S11低于-10dB的情况下，该缝隙天线单元在28GHz以及39GHz处产生了两个谐振，即该缝隙天线阵子可以覆盖的工作频段为28GHz(工作频率范围27.5～28.35GHz)和39GHz(工作频率范围37～40GHz)。

图5和图6为本实施例的缝隙天线单元在进行馈电激励时缝隙天线分别工作在28GHz和39GHz的电流分布图。从图中可以清晰地看出，该缝隙天线单元中长度较长的第三缝隙所形成的电流回路使其主要用于覆盖28GHz频段，而长度较短的第二缝隙则主要用于覆盖39GHz频段。

图7为本实施例的5G毫米波双频天线***的回波损耗测试结果。图中S11表示该天线***中每个馈电端口的回波损耗，其余的曲线(S21，S31，S41等)则分别表示相邻缝隙天线单元之间馈电端口的隔离度。结果显示，该天线***在回波损耗低于-10dB的情况下，能够覆盖频率28GHz以及39GHz，并且在整个工作频率带宽内相邻缝隙天线单元之间各端口的隔离度均低于-15dB，显示出了良好的频率带宽覆盖的优点。

图8和图9分别显示了该天线***工作于28GHz与39GHz时主辐射增益与主瓣方向进行扫描时的相应关系。通过改变相邻两个缝隙天线单元的相位差，并且保持两两缝隙天线单元间的相位差一致，主瓣的方向也会进行相应的偏转，即实现了阵列天线的波束扫描特征。从该结果中可以更清楚地看出，本实施例所提出的天线***具有高增益，并且该天线***的最大增益不会随着主瓣方向的扫描角度变化而显著降低。

本实施例的天线***适用于具有金属边框的手持设备或移动终端，具备超宽带宽，高增益，高效率，且能够覆盖双频段以及波束成形的特点。

实施例二

请参照图10，本实用新型的实施例二为：

一种移动终端，与实施例一的不同之处在于：第二缝隙212远离第一缝隙211的一端没有设置第一弯折结构，第三缝隙213远离第一缝隙211的一端也没有设置第二弯折结构，即第二缝隙212和第三缝隙213均为长条形。本实施例中，通过调整第一缝隙、第二缝隙以及第三缝隙的长度和宽度仍然可实现覆盖28GHz(工作频率范围27.5～28.35GHz)和39GHz(工作频率范围37～40GHz)两个频段，并且具备超宽带宽，高增益，高效率以及波束成形的特点。

综上所述，本实用新型提供的一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***及移动终端，天线***适用于具有金属边框的手持设备或移动终端，具备超宽带宽，高增益，高效率，且能够覆盖双频段以及波束成形的特点。

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)

1.一种基于金属边框的5G毫米波双频天线***，包括金属边框，其特征在于，所述金属边框的一侧边上设有缝隙天线阵列，所述金属边框的内侧设有金属反射墙，所述金属反射墙与所述缝隙天线阵列对应设置；所述缝隙天线阵列包括至少两个的缝隙天线单元，所述缝隙天线单元包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第二缝隙的一端和第三缝隙的一端分别与所述第一缝隙连通，且所述第二缝隙的长度值小于所述第三缝隙的长度值。

2.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述第二缝隙和第三缝隙位于所述第一缝隙的同一侧。

3.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述金属反射墙相对于所述金属边框的设有所述缝隙天线阵列的一侧边平行设置。

4.根据权利要求3所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述金属反射墙与所述缝隙天线阵列之间的垂直距离为1.5～2.3mm。

5.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述金属反射墙的高度值与所述金属边框的高度值相同，所述金属反射墙长度方向的两端均超出所述缝隙天线阵列至少4mm。

6.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述第二缝隙远离第一缝隙的一端设有第一弯折结构，所述第三缝隙远离第一缝隙的一端设有第二弯折结构，所述第一弯折结构的弯折方向与所述第二弯折结构的弯折方向相反。

7.根据权利要求2所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述第二缝隙与第三缝隙之间设有馈电点，所述第一缝隙远离馈电点的一侧设有接地点。

8.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述缝隙天线单元内设有绝缘介质层。

9.根据权利要求1所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***，其特征在于，所述缝隙天线单元的工作频率范围是27.5～28.35GHz和37～40GHz。

10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的基于金属边框的5G毫米波双频天线***。

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