一种带反射腔的宽频天线及天线系统技术方案

本发明专利技术涉及一种带反射腔的宽频天线，包括金属边框、馈电信号线和至少一个天线单元，天线单元包括馈电螺丝、台柱、绝缘套管和反射腔，反射腔为金属边框的外侧面向内凹陷形成的腔体，腔体包括沿金属边框从下到上方向依次分布的第一壁和第二壁，第一壁、台柱、第二壁和馈电信号线顺序排列且均与馈电螺丝连接，台柱与馈电螺丝螺纹连接，馈电螺丝螺通过绝缘套管与第二壁连接；台柱为导体，其下表面与第一壁相接触且台柱的下表面面积大于台柱的上表面面积；本发明专利技术还提供一种天线系统。本发明专利技术5G天线可以与2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT天线集成在一起，从而获得了较宽的带宽，并获得高的增益，宽的波束宽度以及波束扫描角度。

A Broadband Antenna and Antenna System with Reflector Cavity

The invention relates to a broadband antenna with a reflecting cavity, which comprises a metal frame, a feeding signal line and at least one antenna unit. The antenna unit comprises a feeding screw, a column, an insulating sleeve and a reflecting cavity. The reflecting cavity is a cavity formed by an inward depression on the outer side of the metal frame. The cavity comprises the first wall and the second wall, which are distributed sequentially from bottom to top along the metal frame. The column, the second wall and the feed signal line are arranged in sequence and connected with the feed screw, the column and the feed screw are connected with the feed screw thread, and the feed screw is connected with the second wall through the insulating sleeve; the column is a conductor whose lower surface contacts the first wall and the lower surface area of the column is larger than the upper surface area of the column; the invention also provides an antenna system. The 5G antenna of the invention can be integrated with 2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT antenna, thereby obtaining a wider bandwidth, high gain, wide beam width and beam scanning angle.

【技术实现步骤摘要】
一种带反射腔的宽频天线及天线系统
本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种带反射腔的宽频天线及天线系统。
技术介绍
5G（5th-Generation，第五代移动通信技术）面向2020年以后的人类信息社会，尽管相关的技术还没有完全定型，但是可预见高速率、低时延、海量设备连接、低功耗的5G通信技术在未来社会占有的重要的地位。5G终端天线作为5G终端设备的核心部件在促进和推动新一代移动通信系统和5G手机等移动终端的发展将起到积极而又重要的作用。与4G手机的全向辐射天线不同，5G手机需要对毫米波频段实现波束赋型的天线阵列，但手机上的天线阵列与基站的天线阵列不同，在基站端，由于天线尺寸受限制较少，并且有相对成熟的相控阵天线技术支撑，已经有5G基站天线的样机展示。但在移动终端处，由于手机等移动终端的天线空间局限性和金属等环境复杂性，需要将5G的天线与现有的2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT等天线兼容将成为不小的挑战。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种带反射腔的宽频天线及天线系统，旨在实现5G的天线与现有的2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT等天线兼容。为实现上述目的，本专利技术提供一种带反射腔的宽频天线，包括金属边框、馈电信号线和至少一个天线单元，所述天线单元包括馈电螺丝、台柱、绝缘套管和反射腔，所述反射腔为金属边框的外侧面向内凹陷形成的腔体，所述腔体包括沿金属边框从下到上方向依次分布的第一壁和第二壁，所述第一壁、台柱、第二壁和馈电信号线顺序排列且均与馈电螺丝连接，所述台柱与馈电螺丝螺纹连接，所述馈电螺丝螺通过绝缘套管与第二壁连接；所述台柱为导体，其下表面与第一壁相接触且台柱的下表面面积大于台柱的上表面面积。本专利技术5G天线位于移动终端的边框上可以与2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT天线集成在一起，反射腔的存在可以改变5G天线的辐射方向，从而减少用户使用移动终端的辐射，例如在打电话时，手机正面的5G天线辐射减小就很有必要。另外，由于馈电螺丝和反射腔的阻抗差异较大，直接馈电到反射腔中会使得天线带宽很窄，上小下大的反射腔台柱使得螺丝与第一壁的接触有一个渐变的过渡，可以适当增加天线单元的阻抗带宽。进一步的，所述台柱的上表面与下表面之间的过渡部分的截面为阶梯形或直角梯形，或者所述上表面与下表面之间的过渡面为弧面或平面。进一步的，所述台柱的横截面为半圆形和长方形组成的拱门形状。进一步的，所述天线单元的工作波长为λ（λ为28GHz所对应的真空中波长），所述反射腔的长度为1/2λ-λ，宽度为1/10λ-1/2λ，高度为1/8λ-1/2λ，所述台柱的长度为3/16λ-3/8λ，宽度为1/8λ-1/4λ，高度为1/15λ-1/8λ，所述台柱的长边方向与反射腔的宽边方向一致。这一组参数范围内的反射腔可以减少5G天线在某个方向的大部分辐射。进一步的，所述天线单元的工作波长为λ（λ为28GHz所对应的真空中波长），所述反射腔的长度为1/2λ-λ，宽度为1/10λ-1/2λ，高度为1/8λ-1/2λ，所述反射腔的长、宽、高与台柱的长、宽、高的比例分别为：12:5、11:5、3:2，所述台柱的长边方向与反射腔的宽边方向一致。进一步的，所述馈电信号线的馈电头的长度为0.08λ-0.12λ、宽度为0.08λ-0.12λ。进一步的，所述馈电螺丝包括螺丝头，所述螺丝头设置在馈电螺丝靠近第一壁的一端上。进一步的，所述反射腔内填充低损耗材料。低损耗材料指的是介电常数大于1，介电损耗小于0.02的材料，如塑料。这里的填充可以部分填充，也可以选择不同的材料进行填充，填充的方式可为纳米注塑。具体的填充方式以及内容应当根据波束扫描范围选择，塑料填充可减小单元间的距离，可增加扫描角度，但带宽会减小，单元间的耦合会增加，辐射增益会降低；有需要的话还可以选择填充空气，即不填充。进一步的，所述金属边框为U形边框，用于设置在移动终端的顶部位置，所述天线单元沿U形边框阵列分布。沿着手机顶部U形边框辐射，实现了端射特性，并获得高的增益，宽的波束宽度以及波束扫描角度。进一步的，所述反射腔和台柱为数控机床在金属边框上开槽形成的相连模块。本专利技术还提供一种天线系统，包括射频前端模块、主处理器、上述宽频天线以及分别连接在射频前端模块和主处理器之间的接收处理电路、发射处理电路，所述射频前端模块包括基带信号输出端口、与基带信号输出端口连接的信号切换开关、以及分别连接在信号切换开关和宽频天线之间的5G射频前端集成芯片和2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT射频前端链路。基带信号通过信号切换开关实现2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT信号与5G信号链路的区分，最终两路信号可共用顶部金属边框实现电磁波的辐射与接收。本专利技术5G天线与分集天线巧妙融合，彼此互不干扰。本专利技术5G天线可以与2G/3G/4G/GPS/WiFi/BT天线集成在一起，从而获得了较宽的带宽，并获得高的增益，宽的波束宽度以及波束扫描角度。全金属手机由于机身电磁环境复杂，为了同时兼顾2/3/4G天线以及GPS/WIFI天线，因此，适合于集成在全金属手机终端上的5G天线，主要是缝隙天线以及带有背腔的缝隙天线。相对于缝隙天线，带有背腔的缝隙天线具有稳定的方向图，很好定向性以及较高的增益，其天线性能不受机身内部器件等环境的影响，因此更加适合于全金属手机。同时，带有背腔的缝隙天线本身也不会对现有的2G、3G、4G、GPS、WIFI等天线造成干扰。稳定的性能、突出的抗干扰性以及与现有天线的良好兼容性，这刚好是5G毫米波终端天线所需要的。附图说明图1为本专利技术宽频天线一实施例的正面示意图；图2为图1的AA剖切线的天线单元剖面示意图；图3为图1的部分天线单元结构的放大示意图；图4为图1宽频天线分离金属边框后的剖面结构示意图；图5为图1宽频天线的背面示意图；图6为图5的宽频天线分离金属边框后的结构示意图；图7为本专利技术台柱一实施例的结构示意图；图8为本专利技术实施例一中的馈电螺丝结构图；图9为本专利技术实施例二中的馈电螺丝结构图；图10为本专利技术台柱另一实施例的结构示意图；图11为本专利技术台柱又一实施例的结构示意图；图12为本专利技术宽频天线的另一实施例的结构示意图；图13为各个天线放置的位置示意图；图14为图1的1个天线单元在25GHz-31GHz的反射系数曲线图；图15为图1的1个天线单元工作在28GHz时的辐射方向图；图16为图1的8个天线单元在25GHz-31GHz的反射系数曲线图；图17为天线单元间相位差为0度的波束扫描图；图18为天线单元间相位差为45度的波束扫描图；图19为天线单元间相位差为90度的波束扫描图；图20为天线单元间相位差为135度的波束扫描图；图21为天线单元间相位差为170度的波束扫描图；图22为本专利技术天线系统结构图；图23为本专利技术射频前端模块结构图。附图标记说明：1为金属边框，2为天线单元，31为馈电螺丝，32为台柱，4为绝缘套管，5为低损耗材料，6为第一壁，7为第二壁，8为手机主板，9为馈电信号线，11为天线，12为射频前端模块，13为接收处理电路，14为发射处理电路，15为扬声器，16为麦克风，17为主处理器，18为输入输出接口，19为键盘，20为显示屏，21为存储器，A区域为LTE分集天线、GP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带反射腔的宽频天线，包括金属边框、馈电信号线和至少一个天线单元，其特征在于，所述天线单元包括馈电螺丝、台柱、绝缘套管和反射腔，所述反射腔为金属边框的外侧面向内凹陷形成的腔体，所述腔体包括沿金属边框从下到上方向依次分布的第一壁和第二壁，所述第一壁、台柱、第二壁和馈电信号线顺序排列且均与馈电螺丝连接，所述台柱与馈电螺丝螺纹连接，所述馈电螺丝通过绝缘套管与第二壁连接；所述台柱为导体，其下表面与第一壁相接触且台柱的下表面面积大于台柱的上表面面积。

【技术特征摘要】
1.一种带反射腔的宽频天线，包括金属边框、馈电信号线和至少一个天线单元，其特征在于，所述天线单元包括馈电螺丝、台柱、绝缘套管和反射腔，所述反射腔为金属边框的外侧面向内凹陷形成的腔体，所述腔体包括沿金属边框从下到上方向依次分布的第一壁和第二壁，所述第一壁、台柱、第二壁和馈电信号线顺序排列且均与馈电螺丝连接，所述台柱与馈电螺丝螺纹连接，所述馈电螺丝通过绝缘套管与第二壁连接；所述台柱为导体，其下表面与第一壁相接触且台柱的下表面面积大于台柱的上表面面积。2.根据权利要求1所述的带反射腔的宽频天线，其特征在于，所述台柱的上表面与下表面之间的过渡部分的截面为阶梯形或直角梯形，或者所述上表面与下表面之间的过渡面为弧面或平面。3.根据权利要求1所述的带反射腔的宽频天线，其特征在于，所述台柱的横截面为半圆形和长方形组成的拱门形状。4.根据权利要求1所述的带反射腔的宽频天线，其特征在于，所述天线单元的工作波长为λ，所述反射腔的长度为1/2λ-λ，宽度为1/10λ-1/2λ，高度为1/8λ-1/2λ，所述台柱的长度为3/16λ-3/8λ，宽度为1/8λ-1/4λ，高度为1/15λ-1/8λ，所述台柱的长边方向与反射腔的宽边方向一致。5.根据权利要求1所述的带反射腔的宽频天线，其特征在于，所述天线单元的工作波长为λ，所述反射腔的长度为1/2λ-λ，宽度为1/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴西彤，俞斌，杨康，
申请(专利权)人：惠州硕贝德无线科技股份有限公司，硕贝德无线技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44