一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列制造技术

一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列，属于5G毫米波无线通信和天线技术领域。由天线单元排列组合而成，每个天线单元包括水平方形金属贴片、蝶形金属贴片层、金属地板、金属化盲孔、馈电结构及其填充在以上结构内的介质，其中，馈电结构包括+45

【技术实现步骤摘要】
一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列


[0001]本专利技术属于5G毫米波无线通信和天线
，涉及一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列。

技术介绍

[0002]随着移动通信领域用户需求的快速增长，需要更宽的毫米波段的带宽来满足用户的需求。目前手机端毫米波通信的商用频段主要为n257(26.5
‑
29.5GHz)、n258(24.25
‑
27.5GHz)、n260(37.0
‑
40.0GHz)和n261(27.5
‑
28.35GHz)，对于双极化、多频带的覆盖一直是毫米波芯片天线设计的关键。
[0003]毫米波频段的电磁波由于传播衰减大，其主要传输方式为视距传播，容易产生极化失配和链路损失，因此需要设计双极化定向天线，并将天线形成阵列以提高增益。为了实现通信的多角度覆盖，阵列天线需要拥有宽的波束扫描角。并且由于手机系统内其他硬件的升级，天线在手机中的空间逐渐减小，小尺寸的天线设计逐渐成为研究要点。
[0004]本专利技术将两对磁电偶极子天线沿
±
45
°
放置，并用正交的L型馈线耦合馈电，通过在天线地板四角加入金属化盲孔、对垂直磁偶极子结构弯折，实现了双频
±
45
°
双极化的小尺寸天线单元。最终将该天线单元形成1
×
4的阵列，并在阵列两侧加入类磁流结构，实现了阵列在整个频带内至少
±
47/>°
的波束扫描。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决毫米波终端天线难以兼顾小型化、双极化、宽带化、宽扫描角的难题，提出了一种双频双极化磁电偶极子毫米波天线阵列。通过在地板四角放置金属化盲孔、对垂直磁偶极子弯折，实现了天线小型化。通过在1
×
4阵列两侧加入类磁流结构，实现了阵列的宽扫描角度。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列，由多个结构相同的双频双极化磁电偶极子天线单元排列组合而成，所述的每个双频双极化磁电偶极子天线单元如图1所示，主要包括水平方形金属贴片1、四个结构相同的蝶形金属贴片层2、金属地板3、金属化盲孔4、馈电结构5及其填充在以上结构内的介质6。其中，馈电结构5包括+45
°
馈电单元5
‑
1、
‑
45
°
馈电单元5
‑
2。
[0008]所述的水平方形金属贴片1由四个结构相同的方形金属小贴片组合而成，位于天线单元的顶层，相邻小贴片之间留有间隙(所述相邻小贴片之间的缝隙尺寸为0.35～0.55mm)，构成电偶极子；四个贴片沿顺时针依次编号1号贴片、2号贴片、3号贴片、4号贴片。为了避免与馈电结构5接触，四个小贴片靠近水平方形金属贴片1中心位置的顶角处(即馈电位置处)向内蚀刻一条缝隙(所述的缝隙尺寸为:长为0.58～0.68mm，宽为0.15～0.25mm，其中，长为沿贴片对角线方向)；两个对角的缝隙之间放置十字花布置的馈电结构5的水平部分，+45
°
馈电单元5
‑
1、
‑
45
°
馈电单元5
‑
2相交处不接触，且两个馈电单元的端部置于对应
小贴片缝隙内，且不与缝隙边缘接触。
[0009]所述的蝶形金属贴片层2位于水平方形金属贴片1和底部金属地板3之间，四个蝶形金属贴片层2布置于水平方形金属贴片1四个金属小贴片下方。所述每个蝶形金属贴片层2包括上层贴片2
‑
1、中部方形贴片2
‑
2、下层贴片2
‑
3，构成磁偶极子，为一体化结构，具体如下：
[0010]上层贴片2
‑
1由一片沿垂直方向布置的金属贴片沿中部水平弯折90
°
而成，拐角方向向外；为了避免与馈电结构5接触，拐角处上层设有缺口。上层贴片2
‑
1垂直布置于水平方形金属贴片1中的一个金属小贴片两个边下方，二者接触，其中金属小贴片的两个边与蚀刻的缝隙相邻。
[0011]中部方形贴片2
‑
2贴合安装在上层贴片2
‑
1下方，中部方形贴片2
‑
2的一个顶角与上层贴片2
‑
1拐角处的顶角重合。
[0012]下层贴片2
‑
3由一片沿垂直方向布置的金属贴片沿中部水平弯折90
°
而成，拐角方向向内，且拐角与中部方形贴片2
‑
2的另一个顶角重合。即上层贴片2
‑
1和下层贴片2
‑
3的两个拐角位于中部方形贴片2
‑
2的同一对角线上。
[0013]所述的水平方形金属贴片1、四个结构相同的蝶形金属贴片层2构成互补源，水平方形金属贴片1在低频主导辐射，蝶形金属贴片层2在高频主导辐射，可通过调整水平金属贴片1的尺寸和垂直蝶形金属贴片2各个部分的尺寸调节低频和高频的工作频率。
[0014]所述的金属地板3位于底层，蝶形金属贴片层2的下层贴片2
‑
3贴合布置于金属地板3上，四个蝶形金属贴片层2布置后，其四个上层贴片2
‑
1的拐角靠近天线中轴线位置，四个下层贴片2
‑
3的拐角远离天线中轴线位置。所述金属地板3上蚀刻有两个圆孔，保证垂直部分5
‑1‑
1的水平段B不与地面接触，圆孔设于任意相邻两个蝶形金属贴片层2的下层贴片2
‑
3靠近拐角位置的处，且两个圆孔的圆心分别与垂直部分5
‑1‑
1水平段B、垂直部分5
‑2‑
1水平段B的中心重合，圆孔下方设置外部馈电结构8，外部馈电结构8与水平段B相连，用于射频信号输入。所述金属地板3的四个顶角处各设有三个金属化盲孔4，且金属化盲孔4的顶面与水平方形金属贴片1之间留有间隙(所述的间隙范围为0.2～0.6mm)，金属化盲孔4能够起到延长金属地板3的电流的作用，增加等效地面尺寸，金属化盲孔4和水平金属贴片1间的电容效应可改善天线单元的阻抗匹配，并左移天线单元的谐振点，减小天线电尺寸。
[0015]所述的馈电单元5为L型馈线结构，包括+45
°
馈电单元5
‑
1和
‑
45
°
馈电单元5
‑
2，具体如下：
[0016]+45
°
馈电单元5
‑
1包括垂直部分5
‑1‑
1、水平部分5
‑1‑
2，类L型结构。所述水平部分5
‑1‑
2为水平布置的长条结构。所述垂直部分5
‑1‑
1沿水平部分5...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列，其特征在于，其由多个结构相同的双频双极化磁电偶极子天线单元排列组合而成，所述的每个双频双极化磁电偶极子天线单元包括水平方形金属贴片(1)、四个结构相同的蝶形金属贴片层(2)、金属地板(3)、金属化盲孔(4)、馈电结构(5)及其填充在以上结构内的介质(6)；其中，馈电结构(5)包括+45
°
馈电单元(5
‑
1)、
‑
45
°
馈电单元(5
‑
2)；所述的水平方形金属贴片(1)由四个结构相同的方形金属小贴片组合而成，位于天线单元的顶层，相邻小贴片之间留有间隙，构成电偶极子；为了避免与馈电结构(5)接触，四个小贴片的馈电位置处向内蚀刻一条缝隙；两个对角的缝隙之间放置十字花布置的馈电结构(5)的水平部分，+45
°
馈电单元(5
‑
1)、
‑
45
°
馈电单元(5
‑
2)相交处不接触，且两个馈电单元的端部置于对应小贴片缝隙内，并不与缝隙边缘接触；所述的四个蝶形金属贴片层(2)布置于水平方形金属贴片(1)四个金属小贴片下方；所述每个蝶形金属贴片层(2)包括上层贴片(2
‑
1)、中部方形贴片(2
‑
2)、下层贴片(2
‑
3)，构成磁偶极子，为一体化结构，具体如下：上层贴片(2
‑
1)由一片沿垂直方向布置的金属贴片沿中部水平弯折90
°
而成；为了避免与馈电结构(5)接触，拐角处上层设有缺口；上层贴片(2
‑
1)的两边布置于金属小贴片与缝隙相邻的两边下方；中部方形贴片(2
‑
2)水平安装在上层贴片(2
‑
1)下方，中部方形贴片(2
‑
2)的一个顶角与上层贴片(2
‑
1)拐角处的顶角重合；下层贴片(2
‑
3)由一片沿垂直方向布置的金属贴片沿中部水平弯折90
°
而成，且拐角与中部方形贴片(2
‑
2)的另一个顶角重合；所述的水平方形金属贴片(1)、四个结构相同的蝶形金属贴片层(2)构成互补源，水平方形金属贴片(1)在低频主导辐射，蝶形金属贴片层(2)在高频主导辐射，可通过调整水平金属贴片(1)的尺寸和垂直蝶形金属贴片各个部分的尺寸调节低频和高频的工作频率；所述的金属地板(3)位于底层，四个蝶形金属贴片层(2)布置后，其四个上层贴片(2
‑
1)的拐角靠近天线中轴线位置，四个下层贴片(2
‑
3)的拐角远离天线中轴线位置；所述金属地板(3)上蚀刻有两个圆孔，用于保证垂直部分(5
‑1‑
1)的水平段B不与地面接触，圆孔下方设置外部馈电结构(8)，外部馈电结构(8)与水平段B相连，用于射频信号输入；所述金属地板(3)的四个顶角处各设有多个金属化盲孔(4)，且金属化盲孔(4)的顶面与水平方形金属贴片(1)之间留有间隙；所述的馈电单元(5)为L型馈线结构，包括+45
°
馈电单元(5
‑
1)和
‑
45
°
馈电单元(5
‑
2)，具体如下：+45
°
馈电单元(5
‑
1)包括垂直部分(5
‑1‑
1)、水平部分(5
‑1‑
2)，类L型结构；所述水平部分(5
‑1‑
2)为水平布置的长条结构；所述垂直部分(5
‑1‑
1)沿水平部分(5
‑1‑
2)一端往下设置三段弯折结构，即垂直部分(5
‑1‑
1)从上至下依次为垂直段A、水平段A、垂直段B、水平段B，其中垂直段A的高度小于上层贴片(2
‑
1)的高度，水平段A位于中部方形贴片(2
‑
2)上方且不与其接触，垂直段B的高度大于下层贴片(2
‑
3)的高度，水平段B的中心与金属地板(3)蚀刻圆孔的中心重合，水平段B与外部馈电结构(8)相连；
‑
45
°
馈电单元(5
‑
2)包括垂直部分(5
‑2‑
1))、水平部分(5
‑2‑
2)；所述水平部分(5
‑2‑
2)为水平布置的长条结构，其中部向下弯折为了不与水平部分(5
‑1‑
2)接触；所述垂直部分
(5
‑2‑
1))与垂直部分(5
‑1‑
1)结构相同，布置于另一个蝶形金属贴片层(2)位置处；所述的介质(6)填充在水平方形金属贴片(1)、四个结构相同的蝶形金属贴片层(2)、金属地板(3)、金属化盲孔(4)、馈电结构(5)组成的结构空间内，用于增加天线的电长度；所述的毫米波双频双极化磁电偶极子天线阵列由四个结构相同的双频双极化磁电偶极子天线单元和两个类磁流结构(7)构成，四个天线单元并列等间隔排布，两个类磁流结构(7)位于天线单元组合件的左右两侧，每个天线单元上放置的+45
°
馈电单元(5
‑
1)、
‑
45
°
馈电单元(5
‑
2)处分别为端口，共8个端口，第一第二个天线单元上的四个端口与第三第四天线单元上的四个端口关于阵列中心成镜像分布。2.根据权利要求1所述的一种用于毫米波手机终端的双频双极化磁电偶极子天线阵列，其特征在于，所述水平方形金属贴片(1)的相邻小贴片之间的缝隙尺寸为0.35～0.55mm；所述每个小贴片的馈电位置处蚀刻的缝隙尺寸为:长为0.58～0.68mm，宽为0.15～0.25mm，其中，长为沿贴片对角线方向；所述的金属化盲孔(4)的顶面与水平方形金属贴片(1)之间的间隙范围为0.2～0.6mm；所述的+45
°
馈电单元(5
‑
1)中，水平段A与中部方形贴片(2
‑
2)的间隙范围为0.03～0.1mm，垂直段B与下层贴片(2
‑
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，柳传浩，吕松钊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：