一种宽频带介质谐振器天线及通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种宽频带介质谐振器天线及通信设备。


背景技术：

2.5g作为全球业界的研发焦点，发展5g技术制定5g标准已经成为业界共识。其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20gbps，最低用户体验速率为 100mbps。由于毫米波独有的高载频、大带宽特性，因此毫米波是实现5g超高数据传输速率的主要手段。同时根据3gpp ts38.101-2的5g终端射频技术规范和tr38.817终端射频技术报告可知，5g毫米波频段有n257(26.5-29.5ghz)、 n258(24.25-27.25ghz)、n260(37-40ghz)、n261(27.5-28.35ghz)以及n259 (39.5-43ghz)，因此需要设计宽频带的天线来覆盖这些频段。
3.但为了实现宽频带需要采用高介质常数的介质谐振块激发出不同的谐振模式来满足宽带宽的需求。但具有高介电常数以及低损耗的物体如陶瓷等都需要先单独加工后，再通过胶水与smt焊接等方式与馈电网络集成。因此，这种设计方案不仅增加了设计的难度，而且通过焊接会引入误差，这就使得宽频带介质谐振器天线可靠性降低。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种宽频带介质谐振器天线，提高宽频带介质谐振器天线的可靠性。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种宽频带介质谐振器天线，包括介质谐振块和介质层；
7.所述介质谐振块内设有均匀排布的金属柱；
8.所述介质谐振块设置在所述介质层上。
9.进一步地，所述介质谐振块包括第一子介质谐振块和第二子介质谐振块；
10.所述第二子介质谐振块设置在所述介质层上；
11.所述第一子介质谐振块设置在所述第二子介质谐振块远离所述介质层的一侧；
12.所述第一子介质谐振块内设置有均匀排布的金属柱。
13.进一步地，所述第一子介质谐振块和所述第二子介质谐振块均为长方体，且材质和底面的尺寸都相同。
14.进一步地，所述介质谐振块的介电常数低于3。
15.进一步地，所述金属柱以所述第一子介质谐振块的中心为对称中心点等间距设置在所述第一子介质谐振块内。
16.进一步地，所述金属柱为5*5阵列金属柱。
17.进一步地，还包括金属地板和微带线；
18.所述金属地板设置在所述介质层与所述介质谐振块之间；
19.所述微带线设置于所述介质层远离所述金属地板的一侧；
20.所述金属地板上设有馈电缝隙。
21.进一步地，所述金属地板在所述介质谐振块上的投影覆盖所述均匀排布的金属柱。
22.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：
23.一种通信设备，包括上述的宽频带介质谐振器天线。
24.本实用新型的有益效果在于：通过在介质谐振块内设置均匀排布的金属柱，并将介质谐振块设置在介质层上，通过金属柱对介质谐振块内的能量起到束缚作用，使得具有低介电常数的介质谐振块能够等效为高介电常数的介质谐振块实现辐射效果，同时均匀排布的金属柱还使得介质谐振块能够激发出不同模式数的谐振模式，从而使得单一的低介电常数的介质谐振块能够等效为高介电常数的介质谐振块并实现宽频带天线的辐射效果，同时避免了通过焊接或胶粘的方式集成介质谐振块和介质层，提高宽频带介质谐振器天线的可靠性。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的结构示意图侧视图；
27.图3为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线中金属柱与金属地板的位置关系示意图；
28.图4为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的结构示意图俯视图；
29.图5为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的s参数曲线变化图；
30.图6为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的4*4阵列金属柱与标准介电常数为17的矩形介质谐振块的s参数对比图；
31.图7为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的5*5阵列金属柱对应的te111模式下的电场分布图；
32.图8为本实用新型实施例的一种宽频带介质谐振器天线的5*5阵列金属柱对应的te131模式下的电场分布图；
33.标号说明：
34.1、介质谐振块；11、第一子介质谐振块；12、第二子介质谐振块；2、介质层；3、金属地板；4、微带线；5、馈电缝隙；6、金属柱。
具体实施方式
35.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
36.请参照图1，一种宽频带介质谐振器天线，包括介质谐振块和介质层；
37.所述介质谐振块内设有均匀排布的金属柱；
38.所述介质谐振块设置在所述介质层上。
39.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过在介质谐振块内设置均匀排布的金属柱，并将介质谐振块设置在介质层上，通过金属柱对介质谐振块内的能量起到束缚作用，使得具有低介电常数的介质谐振块能够等效为高介电常数的介质谐振块实现辐射
效果，同时均匀排布的金属柱还使得介质谐振块能够激发出不同模式数的谐振模式，从而使得单一的低介电常数的介质谐振块能够等效为高介电常数的介质谐振块并实现宽频带天线的辐射效果，同时避免了通过焊接或胶粘的方式集成介质谐振块和介质层，提高宽频带介质谐振器天线的可靠性。
40.进一步地，所述介质谐振块包括第一子介质谐振块和第二子介质谐振块；
41.所述第二子介质谐振块设置在所述介质层上；
42.所述第一子介质谐振块设置在所述第二v远离所述介质层的一侧；
43.所述第一子介质谐振块内设置有均匀排布的金属柱。
44.由上述描述可知，通过由第一子介质谐振块和第二子介质谐振块构成介质谐振块，将设置有均匀排布的金属柱的第一子介质谐振块设置于远离介质层的一侧，将第二子介质谐振块设置于靠近介质层的一侧，由此通过第二子介质谐振块与介质层连接，使得介质层与介质块谐振之间的连接更简便。
45.进一步地，所述第一子介质谐振块和所述第二子介质谐振块均为长方体，且材质和底面的尺寸都相同。
46.由上述描述可知，通过将第一子介质谐振块和所述第二子介质谐振块均设置为矩形，且材质和底面的尺寸都相同，使得第一子介质谐振块和第二子介质谐振块具有相同的特性，从而提高了低介电常数介质谐振块整体的等效效果，更容易实现等效高介电常数的辐射效果。
47.进一步地，所述介质谐振块的介电常数低于3。
48.由上述描述可知，通过采用介电常数低于3的第一子介质谐振块和第二子介质谐振块，不仅降低了介质谐振块的成本，同时简化了介质谐振块和pcb板的连接方式，进一步降低了介质谐振器天的生产成本。
49.进一步地，所述金属柱以所述第一子介质谐振块的中心为对称中心点等间距设置在所述第一子介质谐振块内。
50.由上述描述可知，通过将金属柱以第一子介质谐振块的中心为对称中心点等间距设置在第一子介质谐振块内，使得金属柱均匀的分布在第一子介质谐振块内能够加强对介质谐振块中能量的束缚力，从而提高等效介质谐振块的介电常数，提升天线辐射能力。
51.进一步地，所述金属柱为5*5阵列金属柱。
52.由上述描述可知，通过将金属柱设置为5*5的阵列，使得介质谐振器天线的辐射效果在有效的尺寸条件下达到最优，能够覆盖多个5g频段，提高天线带宽。
53.进一步地，还包括金属地板和微带线；
54.所述金属地板设置在所述介质层与所述介质谐振块之间；
55.所述微带线设置于所述介质层远离所述金属地板的一侧；
56.所述金属地板上设有馈电缝隙。
57.由上述描述可知，通过在金属地板上设置馈电缝隙，并将微带线设置在介质层远离金属地板的一侧，从而减小馈电网络对缝隙与介质块耦合的干扰，提升耦合效果。
58.进一步地，所述金属地板在所述介质谐振块上的投影覆盖所述均匀排布的金属柱。
59.由上述描述可知，通过将金属地板在介质谐振块上的投影覆盖均匀排布的金属
柱，使得介质谐振块发出的辐射能够尽可能的朝主方向辐射，从而增加了天线在主方向上的增益。
60.本实用新型另一实施例提供了一种通信设备，包括上述介质谐振器天线。
61.上述介质谐振器天线能适用于5g毫米波通信系统的毫米波模组多芯片的场景，如手持的移动设备，以下通过具体的实施方式进行说明：
62.实施例一
63.请参照图1和图2，一种宽频带介质谐振器天线，包括介质谐振块1、介质层2、金属地板3和微带线4；
64.所述介质谐振块1内设有均匀排布的金属柱6；所述介质谐振块1设置在所述介质层2上；所述金属地板3设置在所述介质层2与所述介质谐振块1之间；所述微带线4设置于所述介质层2远离所述金属地板3的一侧；其中，所述介质谐振块1包括第一子介质谐振块11和第二子介质谐振块12；所述第二子介质谐振块设置在所述介质层2上；所述第一子介质谐振块设置在所述第二子介质谐振块远离所述介质层2的一侧；并采用ebg结构(electromagneticbandgap，电磁场带隙)提升天线增益；
65.所述第一子介质谐振块11和所述第二子介质谐振块12均为长方体，且材质和底面的尺寸都相同；所述第一子介质谐振块11的底面为所述第一子介质谐振块11与所述第二子介质块连接的一面；所述第二子介质谐振块12的底面为所述第二子介质块与所述金属层连接的一面；在一种可选的实施方式中，所述第一子介质谐振块11和所述第二子介质谐振块的材质均为为lcp(liquidcrystalpolymer，工业化液晶聚合物)，其介电常数为3；
66.所述第一子介质谐振块11内设置有均匀排布的金属柱6；相邻的所述金属柱6之间的距离相等；所述金属柱6的高度与所述第一子介质谐振块11的高度相同，所述金属柱6的一端位于所述第一子介质谐振块11的上表面，一端位于所述第一子介质谐振块11的下表面；其中，所述第一子介质谐振块11和第二子介质谐振块12为pcb板的介质层，直接与pcb板连接；
67.请参照图3，所述金属地板3上设有馈电缝隙5；所述馈电缝隙5与所述微带线4垂直；所述金属地板3在所述介质谐振块1上的投影覆盖所述均匀排布的金属柱6。
68.实施例二
69.本实施例与实施例一的不同在于，限定了所述金属柱6的排列方式；
70.请参照图4，所述金属柱6以所述第一子介质谐振块11的中心为对称中心点等间距设置在所述第一子介质谐振块11内；所述金属柱6呈阵列排布，且所述金属柱阵列的中每一外侧的所述金属柱6到所述第一子介质谐振块11相邻侧边的距离相等，且所述金属柱6之间以固定间距紧密排布；
71.请参照图5，为本实施例的一种宽频带介质谐振器天线的s参数曲线图；在保持所述金属柱6间隔不变的情况下，通过增加所述金属柱6的数量激发介质谐振器天线te
131
模式和te
111
模式的谐振，图中分别显示了所述阵列金属柱6为3*3金属柱阵列、4*4金属柱阵列和5*5金属柱阵列的s参数变化趋势；其中，在3*3金属柱阵列s参数曲线可以看出，曲线在-10db的范围内至包含了一个25ghz左右的频段；将金属柱6增加到4*4金属柱阵列时，可以看到曲线在-15db的范围内包含了25ghz-30ghz左右的频段；请参照图6，4*4金属柱阵列的s参数与标准dk为17的矩形介质谐振块1的s参数近乎一致；当金属柱继续增加至5*5金属
柱阵列时，可以看到曲线在-10db的范围内包含了22ghz-36ghz 左右的频段，覆盖了5g通信所需要覆盖的频段包括：n257(26.5-29.5ghz)、 n258(24.25-27.25ghz)和n261(27.5-28.35ghz)，实现宽频带的效果；
72.请参照图7和图8，为本实施例中5*5金属柱阵列对应的介质谐振器天线电场分布图；其中，图7为在te
111
模式下的电场分布图；图8为在te
131
模式下的电场分布图。
73.实施例三
74.一种通信设备，包括实施例一或实施例二所述的一种宽频带介质谐振器天线。
75.综上所述，本实用新型提供的一种宽频带介质谐振器天线及通信设备，通过在介质谐振块内设置均匀排布的金属柱，并将金属柱以第一子介质谐振块的中心为对称中心点等间距设置在第一子介质谐振块内，使得金属柱对介质谐振块内的能量起到紧密的束缚作用，能够将具有低介电常数的介质谐振块等效为高介电常数的介质谐振块实现辐射效果，同时均匀排布的金属柱还使得介质谐振块能够激发出不同模式数的谐振模式，使得单一的低介电常数的介质谐振块能够等效为高介电常数的介质谐振块并实现宽频带天线的辐射效果，并且采用 ebg结构和通过将金属地板在介质谐振块上的投影覆盖均匀排布的金属柱在增加了天线的增益的同时，避免了通过焊接或胶粘的方式集成介质谐振块和介质层，提高宽频带介质谐振器天线的可靠性。
76.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。