用于5G通信的双频介质谐振天线及移动设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于5G通信的双频介质谐振天线及移动设备。

背景技术

根据3GPP TS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave频段包括n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)、n260(37-40GHz)、n261(27.5-28.35GHz)以及新增的n259(39.5-43GHz)。显然，在5G毫米波移动终端通信中，可以用多组天线来实现覆盖上述频段，但是其必将减小终端空间，那么用单天线实现双频甚至多频特性，将简化集成天线的结构和设计流程。

一般而言，多频微带贴片天线是多数设计者首选，因为其具有结构简单、原理清晰以及性能可接受等优点。但是其需要复杂的介质基板叠层结构和非一体式的双频实现方式等缺点，给目前5G毫米波双频天线的应用提出了挑战。

现在已有的应用于通信系统的双频天线，一般分两大类：一类是利用天线的已有谐振以及其谐振的二次分量，例如一个天线在28GHz谐振，那么会在56GHz也有谐振，所以28GHz和56GHz构成双频，如图1所示，但缺点是两个频段是固定的，需要构成2倍关系，可用范围较小。例如5G毫米波中通常要求是28GHz和39GHz构成双频，但28GHz和39GHz没有2倍数关系。另一类是在一个天线单元里面，分布2个天线来实现双频，例如，如图2所示，1个天线103负责28GHz辐射，另一个天线103负责39GHz，此时1个天线单元看起来实现了双频，其中，馈电线102穿过基板101。但这种情况需要复杂的多层基板叠层来实现，导致双频带天线并非一体式双频结构，加工成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于5G通信的双频介质谐振天线及移动设备，可实现单体双频，减少结构复杂度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于5G通信的双频介质谐振天线，包括基板、介质谐振器和微带馈电线；所述基板包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙，所述介质谐振器设置于所述第一面上，所述介质谐振器的形状为矩形，所述耦合馈电缝隙位于所述介质谐振器在所述基板上的投影的长度方向上的一端边缘至三分之一长度处之内；所述微带馈电线设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙耦合。

本发明还提出一种移动设备，包括如上所述的用于5G通信的双频介质谐振天线。

本发明的有益效果在于：射频信号从微带馈电线馈入，通过耦合馈电缝隙后对位于其上方的介质谐振器进行耦合馈电，介质谐振器通过特定位置的耦合馈电缝隙激励可分别激发基模模式和高次模模式，进而产生两个工作频段。本发明可以实现单体双频，即结构一体化且可实现两个工作频段，减少了设计复杂程度；可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。

附图说明

图1为现有技术中的双频天线的回波损耗示意图；

图2为现有技术中的双频天线的剖视图；

图3为本发明实施例一的双频介质谐振天线的结构示意图；

图4为本发明实施例一的双频介质谐振天线的俯视示意图；

图5为本发明实施例一的双频介质谐振天线基模模式的电场分布示意图；

图6为本发明实施例一的双频介质谐振天线高次模模式的电场分布示意图；

图7为本发明实施例一的双频介质谐振天线的回波损耗示意图。

标号说明：

101、基板；102、馈电线；103、天线；

1、基板；2、介质谐振器；3、微带馈电线；4、耦合馈电缝隙。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图3，一种用于5G通信的双频介质谐振天线，包括基板、介质谐振器和微带馈电线；所述基板包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙，所述介质谐振器设置于所述第一面上，所述介质谐振器的形状为矩形，所述耦合馈电缝隙位于所述介质谐振器在所述基板上的投影的长度方向上的一端边缘至三分之一长度处之内；所述微带馈电线设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙耦合。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可以实现单体双频，减少了设计复杂程度；可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；可以大幅提高天线整体辐射效率；可以降低毫米波天线的生产成本。

进一步地，所述介质谐振器的高度H＝(1/5)A±0.05mm，A为所述介质谐振器的长度。

进一步地，所述微带馈电线的一端与所述耦合馈电缝隙耦合，所述微带馈电线的另一端延伸至所述基板的边缘，且设有馈电端口。

由上述描述可知，通过馈电端口馈入射频信号，然后通过微带馈电线和耦合馈电缝隙对介质谐振器进行耦合馈电。

进一步地，所述耦合馈电缝隙呈长条形，且与所述介质谐振器的宽度方向平行。

进一步地，所述微带馈电线在所述基板上的投影的一端与所述耦合馈电缝隙在所述基板上的投影垂直相交。

进一步地，所述耦合馈电缝隙呈H形。

进一步地，所述微带馈电线在所述基板上的投影的一端与所述耦合馈电缝隙在所述基板上的投影的腰部中心垂直相交。

本发明还提出一种移动设备，包括如上所述的用于5G通信的双频介质谐振天线。

实施例一

请参照图3-7，本发明的实施例一为：一种双频介质谐振天线，可应用于5G通信系统，如图3所示，包括基板1、介质谐振器2和微带馈电线3，所述基板1包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙4，所述介质谐振器2设置于所述第一面上，且覆盖所述耦合馈电缝隙4；所述微带馈电线3设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙4耦合。其中，所述基板为介质基板；优选地，所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器。

进一步地，所述介质谐振器2的形状为矩形，所述耦合馈电缝隙4位于所述介质谐振器2在所述基板1上的投影的长度方向上的一端边缘至三分之一长度处之内；即假设介质谐振器的长为A，则耦合馈电缝隙位于沿着介质谐振器长边方向上的0-(1/3)A处。进一步地，假设介质谐振器的高为H，则H≈(1/5)A，误差根据工艺精度来决定，例如，H＝(1/5)A±0.05mm。

进一步地，如图4所示，本实施例中，所述耦合馈电缝隙4呈长条形，且与介质谐振器2的宽度方向平行；微带馈电线3在基板1上的投影的一端与耦合馈电缝隙4在基板1上的投影垂直相交，微带馈电线3的另一端延伸至基板1的边缘，且设有馈电端口(图中未示出)。

在其他实施例中，所述耦合馈电缝隙也可以呈H形，此时，所述微带馈电线在所述基板上的投影的一端与所述耦合馈电缝隙在所述基板上的投影的腰部中心垂直相交，即与“H”的中间一横垂直相交。

进一步地，所述基板的第一面上还设有接地层，所述接地层内设有与所述耦合馈电缝隙对应的第一缝隙。所述介质谐振器设置于所述接地层上，且覆盖所述第一缝隙。也就是说，基板的第一面上设有凹槽，作为耦合馈电缝隙，而接地层上设有开槽(即第一缝隙)，该开槽的开设位置与第一面上的凹槽的位置对应。而介质谐振器设置在所述接地层上并且覆盖所述开槽。

在工作时，射频信号通过馈电端口从微带馈电线馈入，通过耦合馈电缝隙后对位于其上方的介质谐振器进行耦合馈电，介质谐振器通过耦合馈电缝隙激励可分别激发基模模式和高次模模式，进而产生两个工作频段。本实施例产生的两个工作频段分别为28GHz和39GHz。

本实施例中，基模模式的电场分布如图5所示，高次模模式的电场分布如图6所示。其中，基模TE111由介质谐振器的高度来决定，高次模TE311由介质谐振器的长度来决定。例如，介质谐振器的介电常数＝14，H＝0.9mm，A＝4.4mm，或介电常数＝21，H＝0.7mm，A＝3.7mm，均可实现双频(28GHz和39GHz)。

图7为本实施例的双频介质谐振天线的回波损耗示意图，可以看出，其具备两个谐振点，可产生两个频带。

本实施例的介质谐振结构可以实现单体双频，减少了设计复杂程度；还可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；并且可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。

综上所述，本发明提供的一种用于5G通信的双频介质谐振天线及移动设备，可以实现单体双频，减少了设计复杂程度；还可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；并且可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。