天线结构、阵列天线及无线通信装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线结构、阵列天线及无线通信装置。

背景技术

随着通信技术的快速发展，目前5G已经发展到毫米波频段，例如5G新空口(NewRatio，NR)的24.25GHz至52.6GHz频段。相应地，这也要求电子设备设置有支持5G毫米波的天线，以实现对应的通信功能。

发明内容

为此，本申请提供一种天线结构、阵列天线及无线通信装置，用于支持5G毫米波通信。

本申请第一方面提供一种天线结构，包括辐射部及馈入部，所述馈入部电连接至所述辐射部，用于馈入电流至所述辐射部；所述电流流经所述辐射部，以使所述辐射部产生相应的辐射信号，所述辐射部在水平方向的两端之间成弧度弯折若干次。

本申请第二方面提供一种阵列天线，包括如上所述的天线结构及若干辐射单元。

本申请第三方面还提供一种无线通信装置，包括如上所述的天线结构。

本申请提供的天线结构，通过辐射部在水平方向的两端之间来回弯折，形成具有若干缝隙且大致呈半圆状的天线，使得天线结构具有较宽的频宽和较高的天线增益，且可用于5G毫米波通信。

附图说明

图1为本申请一实施例的天线结构的示意图。

图2为图1所示天线结构的部分尺寸参数示意图。

图3为图1所示天线结构不同尺寸参数下的S参数(散射参数)示意图。

图4为图2所示天线结构的辐射效率曲线及增益曲线示意图。

图5为包括图1所示天线结构的阵列天线的示意图。

主要元件符号说明

天线结构100

辐射部10

第一辐射体11

第二辐射体12

第三辐射体13

馈入部20

第一馈入部21

第二馈入部22

过孔221

介质基板30

阵列天线200

辐射单元201

接地层G1

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

在本文中，除非另有明确规定和限定，对于方位词，如有术语“上方”、“下方”、“上端”、“下端”、“下表面”、“顺时针”、“逆时针”、“左”、“右”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本文和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

在本文中，除非另有明确规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“上”、“下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本文中，除非另有明确规定和限定，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请一并参阅图1，本申请实施例提供一种天线结构100，其可设置于无线通信装置内(图未示)，用以发射、及接收无线电波，以传递无线通信的电磁波信号，实现通信。所述无线通信装置可以为，但不局限于，移动通信设备、智能家居设备、用户前置设备(CustomerPremise Equipment，CPE)、路由器及机顶盒(Set Top Box)等。

在本申请实施例中，天线结构100为5G毫米波(mmWave)天线。天线结构100包括辐射部10、馈入部20及介质基板30。其中，馈入部20电连接至辐射部10，用于馈入电流至辐射部10，并实现阻抗转换，以使辐射部10达到阻抗匹配状态。辐射部10接收馈入部20馈入的电信号，用于产生相对应的辐射能量。介质基板30用于承载辐射部10及馈入部20。介质基板30包括互相远离的两表面。辐射部10及馈入部20共同设置于其中一表面。介质基板30的另一表面还设置有接地层G1(请参图5)。

可以理解，辐射部10及馈入部20均由导电金属制成。在本申请实施例中，辐射部10及馈入部20均为设置于介质基板30表面的金属涂层。其中，辐射部10在水平方向的两端之间成弧度弯折若干次。在本申请实施例中，辐射部10在水平方向的两端之间成弧度弯折若干次，形成具有若干缝隙且大致呈半圆状的天线。

示例的，请参阅图2，在本申请实施例中，以辐射部10在水平方向的两端之间来回弯折3次，即辐射部10包括第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13为例进行说明。可以理解，第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13均为大致呈U型状的金属片体，且第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13在垂直方向的开口朝向一致，依次连接形成一半圆状天线。第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13还互相间隔设置。其中，第二辐射体12设置于第一辐射体11一侧，第三辐射体13设置于第二辐射体12的远离第一辐射体11的一侧。第一辐射体11的一端向靠近第二辐射体12的方向弯折，并连接至第二辐射体12。第二辐射体12的远离第一辐射体11的一端向靠近第三辐射体13的方向弯折，并连接至第三辐射体13。如此，在本申请实施例中，第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13共同形成具有若干缝隙且大致呈半圆状的辐射部10，且辐射部10呈不对称状。请再次参阅图2，第一辐射体11的长度小于第二辐射体12的长度。第二辐射体12的长度小于第三辐射体13的长度。

请一并参阅图2，在本申请实施例中，第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13具有共同的圆心O(x

在本申请实施例中，第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13均围绕圆心O(x

可以理解，由于第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13之间互相间隔设置。如此，第一辐射体11与第二辐射体12之间形成第一间隙g

可以理解，第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13结合可形成共振结构，以实现辐射部10所需的辐射效率与天线增益。且调整间隔g

可以理解，馈入部20馈入的电流流经辐射部10，使得辐射部10激发出5G新空口(New Radio，NR)工作模态，从而产生相对应频段的辐射信号，例如24GHz至32GHz频段的5G-FR2辐射信号。

在本申请实施例中，馈入部20电连接至第一辐射体11远离第二辐射体12的一端，以馈入电流至辐射部10。在本申请实施例中，馈入部20包括第一馈入部21及第二馈入部22。其中，第一馈入部21为天线负载端，用于电连接至向量网络分析仪(图未示)以输入50Ω，以实现阻抗匹配(Impedance matching)。第一馈入部21还用于输入电流至第二馈入部22。第二馈入部22电连接于第一馈入部21与辐射部10的第一辐射体11之间，用于阻抗转换，以使辐射部10达到阻抗匹配状态。

在本申请实施例中，第一馈入部21为输入微带线，且大致呈矩形。可以理解，第一馈入部21连接至第二馈入部22远离第一辐射体11的一端。其中，第一馈入部21的长度L

第二馈入部22为大致呈三角形的金属片体，且第二馈入部22的表面光滑平整。第二馈入部22的顶端连接至第一辐射体11远离第二辐射体12的一端，第二馈入部22的底边连接至第一馈入部21。可以理解，第二馈入部22电连接于辐射部10与第一馈入部21之间，用于转换第一馈入部21与辐射部10之间的阻抗，使得辐射部10与馈入部20的阻抗接近共轭匹配，从而达到阻抗匹配状态，提升天线辐射增益。

在本申请实施例中，第二馈入部22的长度L

在本申请实施例中，第二馈入部22上还开设有过孔(Via)221。过孔221开设于第二馈入部22靠近圆心O(x

请再次参阅图1，在本申请实施例中，介质基板30为一方形结构。介质基板30的长度L

在本申请实施例中，介质基板30由柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)制成。如此，方便天线结构100安装于无线通信装置中。在本申请实施例中，介质基板30的介电系数为3.1，损耗角正切为0.0028。如此，在通常的使用环境中，介质基板30对于天线结构100的影响更小，主要可优化天线结构100的整体性能。

可以理解，上述天线结构100中的各项尺寸数据并不对本申请造成限制，上述天线结构100的各项尺寸数据仅用于说明本实施例中天线结构100的具体结构。

可以理解，在本申请实施例中，第一辐射体11靠近左侧的一端弯折连接至第二辐射体12靠近左侧的一端。在其他实施例中，亦可是第一辐射体11靠近右侧的一端弯折连接至第二辐射体12靠近右侧的一端。

可以理解，在其他实施例中，本申请实施例不对辐射部10弯折的次数进行限制，即本申请实施例不对辐射部10中的辐射体的数量进行限制。例如，在其他实施例中，辐射部10中的辐射体的数量亦可大于或等于2。

可以理解，在一些实施例中，可将天线结构100的辐射部10及馈入部20以印刷电路的方式，印刷于无线通信装置的介质基板30上。

可以理解，本申请并不对介质基板30的类型进行限制。例如，在其他实施例中，介质基板30亦可以是普通的印刷电路板、陶瓷基板或其他介质基板。

请继续参阅图3，图3为天线结构100的不同尺寸设计参数下的S参数(散射参数，Reflection coefficient，S11)曲线图。其中，曲线a为当天线结构100的各辐射体(例如第一辐射体11、第二辐射体12及第三辐射体13)的第一间隙g

由图3可以看出，当天线结构100采用其他设计参数时，天线结构100亦在24GHz至32GHz频段内具有较低的回波损耗，均可满足天线设计要求。且天线结构100工作的频宽大约为2GHz，占5G总频段的7.14％。

请继续参阅图4，图4为天线结构100的天线效率曲线及天线增益曲线图。其中，曲线b为天线结构100工作于24GHz至32GHz时的天线效率曲线。曲线c为天线结构100工作于24GHz至32GHz时的天线增益曲线。由图4可以看出，天线结构100工作于24GHz至32GHz时，辐射效率大于90％，也就是说，天线结构100内的能量传输的障碍较小，电磁能量由输入端经由馈入部20及辐射部10，能量可较完整地辐射出去。天线结构100工作于24GHz至32GHz时，天线增益大于3dBi，可满足大部分用户的工作需求。

可以理解，本申请提供的天线结构100，通过辐射部10在水平方向的两端之间成弧度弯折，形成具有若干缝隙且大致呈半圆状的天线，使得天线结构100具有较宽的频宽和较高的天线增益。

请继续参阅图5，本申请实施例还提供一种阵列天线200。阵列天线200包括天线结构100及若干辐射单元201。也就是说，阵列天线200包括辐射部10、馈入部20、介质基板30及若干辐射单元201。阵列天线200与天线结构100的区别在于，阵列天线200还包括辐射单元201。其中，若干辐射单元201与接地层G1间隔设置于介质基板30上的同一侧的表面上。可以理解，图1为阵列天线200中的介质基板30上的一个表面的示意图，图5为阵列天线200中介质基板30的另一表面的示意图。其中，接地层G1对应辐射部10的圆心O(x

在本申请实施例中，若干辐射单元包括5个辐射单元201，且每一辐射单元201为大致呈正六边形的金属片体。可以理解，本申请不对辐射单元201的具体结构进行限制，本领域技术人员可根据实际需要调整辐射单元201的形状，以实现良好的阻抗匹配。例如，在其他实施例中，辐射单元201亦可为其他形状的辐射体，例如正方形、圆形或不规则的多边形等。

可以理解，当将若干辐射单元201及天线结构100共同设置于同一介质基板上时，本领域技术人员可根据具体的产品需求，调整介质基板的厚度或尺寸大小等参数，以使阵列天线200具有更佳的性能，更适用于5G毫米波通信及/或6G卫星通信。

可以理解，在其他实施例中，辐射单元201亦可与天线结构100设置于不同的介质基板上，并形成各种不同规格的阵列天线。

可以理解，本申请提供的阵列天线200，通过结合天线结构100与若干辐射单元201，可在原有天线结构100的基础上，提高增益，优化阵列天线200的整体性能，有利于实现阵列天线200整体的波束赋形(Beam-forming)。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。