天线阵列组件和包括其的无线通信设备

技术领域

本申请实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及天线阵列组件和包括其的无线通信设备。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，对其电子设备的尺寸和集成度要求越来越高，而且客户对其性能的要求也越来越高。天线是无线通信设备对外通信的重要一环，其与外界通信的可靠性很大程度依赖于天线性能。近期无线通信行业对5.15GHz-5.85GHz频段通信愈来愈感兴趣，美国将要使用WIFI6频段作为5G通信的补充，因此小尺寸、辐射性能(例如增益、辐射效率、极化)优异的阵列天线将得到越来越广泛的应用。

发明内容

本申请旨在提出一种天线阵列组件和包括其的无线通信设备，其至少能够解决上述背景技术中提到的问题。

本申请的第一方面提供一种天线阵列组件，包括：金属腔体，其基本呈长方体状且在第一方向上的一端面敞开，其中在所述金属腔体的第一对相对壁面中分别开设有辐射缝隙阵列；以及两个外介质板，其布置成分别与所述金属腔体的第二对相对壁面基本平行地间隔开，其中在所述两个外介质板的与所述第二对相对壁面背对的表面上分别形成有辐射贴片阵列，所述辐射贴片阵列分别以所述第二对相对壁面作为各自的接地板，其中在所述天线阵列组件的所述一端面所在侧引入分别用于所述辐射缝隙阵列和所述辐射贴片阵列的馈线。

在一些实施方式中，所述辐射缝隙阵列的极化方向可以与所述第一方向垂直。

在一些实施方式中，所述辐射缝隙阵列的至少一个辐射缝隙单元可以包括：横向线段，其沿与所述第二对相对壁面垂直的第二方向延伸；以及两个纵向线段，其分别从所述横向线段的两端沿所述第一方向彼此反向延伸。作为特定实施方式，所述至少一个辐射缝隙单元可以沿所述第二方向基本上居中。作为特定实施方式，所述两个纵向线段中的每一者的长度可以在0.25至0.5个介质波长的范围内，优选为0.5个介质波长，所述横向线段的长度可以在0.10至0.15个介质波长的范围内，优选为0.12个介质波长。所述至少一个辐射缝隙单元的缝宽可以在0.018至0.036个介质波长的范围内，优选为0.025个介质波长。

在一些实施方式中，所述辐射缝隙阵列中的至少一者可以沿所述第一方向排列。作为特定实施方式，所述辐射缝隙阵列中相邻辐射缝隙单元之间的间距可以在0.5至1.0个介质波长的范围内，优选为0.85个介质波长。

在一些实施方式中，所述金属腔体可以内置有内介质板，其与所述第一对相对壁面平行且将所述金属腔体的内部空间等分，其中在所述内介质板上形成有用于所述辐射缝隙阵列的第一馈线。

在一些实施方式中，所述辐射贴片阵列的极化方向可以为所述第一方向。

在一些实施方式中，所述辐射贴片阵列中的至少一者的多个辐射贴片单元可以沿所述第一方向串联。作为特定实施方式，所述多个辐射贴片单元可以沿所述第一方向排列且相邻辐射贴片单元之间可以分别通过沿所述第一方向延伸的微带线电连接。作为特定实施方式，所述相邻辐射贴片单元之间的间距可以为0.5个介质波长。作为特定实施方式，所述多个辐射贴片单元中的每一者可以为矩形贴片。作为特定实施方式，所述矩形贴片沿所述第一方向的长度可以在0.5至0.65个介质波长的范围内，优选为0.5个介质波长。

在一些实施方式中，所述辐射贴片阵列通过所述一端面所在侧的金属带线以并联的方式与第二馈线连接以进行辐射。

本申请的另一方面提供一种无线通信设备，其包括如上所述的天线阵列组件。

应当理解，上述说明仅是本申请技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举说明本申请的具体实施方式。

附图说明

图1为根据本申请实施例的天线阵列组件的第一立体图。

图2为根据本申请实施例的天线阵列组件的第二立体图。

图3为根据本申请实施例的天线阵列组件的平面图。

图4为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的增益曲线图。

图5为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的电压驻波比曲线图。

图6为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的端口隔离度曲线图。

具体实施方式

将参考附图对本申请的实施例进行详细描述。只要可能的话，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。对特定例子和实现的描述是出于说明的目的，并不旨在限制本申请或权利要求书的范围。

本申请的一方面提供一种天线阵列组件。

以下结合图1至图6详细说明根据本申请实施例的天线阵列组件。

图1为根据本申请实施例的天线阵列组件的第一立体图；图2为根据本申请实施例的天线阵列组件的第二立体图，其示出图1的天线阵列组件以X轴为旋转轴旋转180°后的状态；图3为根据本申请实施例的天线阵列组件的截面图，其示出图1的天线阵列组件沿剖面A-A’的横截面。

如图1至图3所示，根据本申请实施例的天线阵列组件10包括：

金属腔体100，其基本呈长方体状且在第一方向上的一端面110敞开，其中在所述金属腔体100的第一对相对壁面120、130中分别开设有辐射缝隙阵列121、131；以及

两个外介质板210、220，其布置成分别与所述金属腔体100的第二对相对壁面140、150基本平行地间隔开，其中在所述两个外介质板210、220的与所述第二对相对壁面140、150背对的表面上分别形成有辐射贴片阵列211、221，所述辐射贴片阵列211、221分别以所述第二对相对壁面140、150作为各自的接地板，

其中在所述天线阵列组件10的所述一端面110所在侧引入分别用于所述辐射缝隙阵列121、131和所述辐射贴片阵列211、221的馈线161、230。

根据本申请实施例的天线阵列组件10基于金属腔体100的一对相对壁面120、130中的缝隙阵列121、131在该两侧形成缝隙天线阵列，同时利用另一对相对壁面140、150作为接地板在该两侧形成贴片天线阵列，因此能够以小尺寸实现围绕金属腔体100的360°全向辐射，从而能够支持2×2MIMO(多输入多输出)空口连接。

应当理解，根据本申请实施例的天线阵列组件10可以用于无线通信设备。例如，可以用于基站、小站或室分等场景，但不限于此。根据本申请实施例的天线阵列组件可以设计成支持WIFI5/WIFI6频段，例如包含5.15GHz-5.85GHz频段。

如图1至图3所示，设第一方向为X轴方向，设与第一对相对壁面120、130垂直的方向为Z轴方向，设与第二对相对壁面140、150垂直的方向为Y轴方向，设第一对相对壁面120、130分别为第一壁面120和第二壁面130，设第二对相对壁面140、150为第三壁面140和第四壁面150。

在一些实施例中，金属腔体100可以是沿X轴方向伸长的长方体形状。在一些实施例中，金属腔体100沿Y轴方向的尺寸可以大于沿Z轴方向的尺寸。

在一些实施例中，在X轴方向上，金属腔体100可以在一端110敞开以馈入用于缝隙天线阵列的辐射功率，而在另一端短路，使得能够实现用于缝隙天线阵列的辐射的谐振腔。在特定实施例中，另一端的短路可以通过闭合方式的短接来实现。在另一些实施例中，在X轴方向上另一端也可以采用开路方式。可以理解，此时可以通过适当伸长另一端与最近辐射缝隙单元121、131之间的距离来实现谐振腔，使得缝隙天线阵列正常进行辐射。

在一些实施例中，第一壁面120中的第一辐射缝隙阵列121和第二壁面130种的第二辐射缝隙阵列131可以基本相同或对称。例如，各自的辐射缝隙单元121、131的形状和数量彼此相同，且阵列排布相对于金属腔体100对称，但不限于此。

在一些实施例中，第一辐射缝隙阵列121和/或第二辐射缝隙阵列131的辐射缝隙单元可以是基本上沿X轴方向伸长的形状。因此，在馈线的激励下，第一辐射缝隙阵列121和/或第二辐射缝隙阵列131能够提供与X轴方向垂直(即与YZ面平行)的极化方向。

作为特定实施例，辐射缝隙单元121和/或131可以包括沿Y轴方向延伸的横向线段TS以及分别从横向线段的两端沿X轴方向彼此反向延伸的两个纵向线段LS。具体地，辐射缝隙单元121和/或131可以基本呈中心对称的

辐射缝隙单元121和/或131可以具有约0.5至1个介质波长范围内的长度(沿X轴方向)和/或约0.10至0.15个介质波长范围内的宽度(沿Y轴方向)。换句话说，每个纵向线段LS的长度(沿X轴方向)可以在约0.25至0.5个介质波长的范围内，优选为约0.5个介质波长，横向线段TS的长度(沿Y轴方向)可以在约0.10至0.15个介质波长的范围内，优选为约0.12个介质波长。可以理解，此处的介质为空气。此外，辐射缝隙单元121和/或131的缝宽可以在约0.018至0.036个介质波长的范围内，优选为约0.025个介质波长。可以理解，在馈线的激励下，两个纵向线段LS可以起到辐射作用，而横向线段TS可以起到从金属腔体100耦合出电磁能量的作用。可以进一步理解，横向线段TS的尺寸(宽窄)和位置决定耦合能力的大小和相位。

应当理解，尽管在图1和图2中第一辐射缝隙阵列121和第二辐射缝隙阵列131各自包括的辐射缝隙单元的数量均示出为3个，但不限于此。

在一些实施例中，第一辐射缝隙阵列121和/或第二辐射缝隙阵列131的多个辐射缝隙单元可以沿X轴方向排列。作为特定实施例，相邻辐射缝隙单元之间的间距可以在约0.5至1.0个介质波长的范围，优选为约0.85个介质波长。金属腔体100的短路的一端(即上述敞开端的相对端)与最近的辐射缝隙单元相距0.25个介质波长。

在一些实施例中，金属腔体100可以内置有与第一对相对壁面120、130平行且将金属腔体100等分的内介质板160。例如，内介质板160可以采用FR4基材。作为特定实施方式，在内介质板160上形成有用于第一辐射缝隙阵列121和/或第二辐射缝隙阵列131的第一馈线161。示例性地，第一馈线161可以从上述敞开端110引入并沿X轴方向延伸贯穿金属腔体100，由此可以与金属腔体100共同构成同轴传输线，其中该同轴传输线的阻抗可以为50欧姆。第一馈线161可以是长条矩形，也可以是其他形状，例如可以蚀刻有宽窄不一的台阶，以便调节辐射缝隙单元的辐射和阻抗匹配。可以理解，第一馈线161可以将馈源功率馈入金属腔体100以引起金属腔体100谐振，由此进行对辐射缝隙阵列的激励，使得能够实现向外辐射。

在一些实施例中，面向第三壁面140的第一外介质板210和面向第四壁面150的第二外介质板220可以相对于金属腔体100基本对称。第一外介质板210和/或第二外介质板220可以采用FR4基材。

在一些实施例中，形成在第一外介质板210上的第一辐射贴片阵列211和形成在第二外介质板上220的第二辐射贴片阵列221可以相对于金属腔体100可以基本相同或对称，但不限于此。

在一些实施例中，第一辐射贴片阵列211和/或第二辐射贴片阵列221可以沿X轴方向串联。因此，在相应馈线的激励下，第一辐射贴片阵列211和/或第二辐射贴片阵列221能够提供沿X轴方向的极化方向。

作为特定实施例，第一辐射贴片阵列211和/或第二辐射贴片阵列221的辐射贴片单元可以沿X轴方向排列且相邻辐射贴片单元之间通过沿X轴方向延伸的微带线电连接。相邻辐射贴片单元之间的间距可以为约0.5个介质波长。可以理解，此处的介质为外介质板和空气的组合。由此，在相应馈线的激励下，不仅能够实现串联等相位馈电，也能够避免大副瓣的出现。

应当理解，尽管在图1和图2中第一辐射贴片阵列211和第二辐射贴片阵列221各自包括的辐射贴片单元的数量均示出为3个，但不限于此。

在一些实施例中，第一辐射贴片阵列211和/或第二辐射贴片阵列221的辐射贴片单元可以为矩形贴片。矩形贴片的长度(沿X轴方向)和宽度(沿Z轴方向)可以根据相应的第三壁面140和/或第四壁面150的宽度(沿Z轴方向)和与其的距离来设置。作为特定实施例，矩形贴片的长度可以在约0.5至0.65个介质波长的范围内，优选为约0.5个介质波长，宽度可以为相应的第三壁面140和/或第四壁面150的宽度的约2倍。

在一些实施例中，第一辐射贴片阵列211和第二辐射贴片阵列221可以通过金属腔体100的敞开端110所在侧的金属带线230以并联的方式与第二馈线(未图示)连接以进行辐射。

在一些实施例中，如图3所示，天线阵列组件10还可以包括外罩300，其用于容纳金属腔体100和外介质板210、220等构件。外罩300可以是沿X方向延伸的圆筒状。

图4为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的增益曲线图，图5为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的电压驻波比曲线图，图6为根据本申请实施例的天线阵列组件仿真得到的端口隔离度曲线图。如图4至图6所示，通过HFSS仿真，根据本申请实施例的天线阵列组件在5.15GHz-5.85GHz的较宽频率范围内能够呈现最高9dBi的增益、低于2.0的电压驻波比以及低于-35dB的端口隔离度，因此能够支持WIFI5/WIFI6频段，不仅实现在5.15GHz-5.85GHz频段内高增益低损耗全向辐射，能够实现双极化工作并保证两个极化之间的高隔离度特性。

本申请的另一方面还提供包括上述天线阵列组件的无线通信设备，例如可以是基站、小站或室分系统。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。