一种毫米波天线的制作方法

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种毫米波天线。

背景技术：

随着5g通信技术的发展，对终端天线的要求越来越苛刻，需要在有限的空间内尽可能多地集成更多的天线，且对性能要求更高。而传统的毫米波天线在结构上具有剖面低、体积小且易与周围环境共性的优势，可用以满足5g应用的毫米波天线设计。

传统的毫米波天线(microstripantenna)通常是在一个薄介质基层上，一面附上导电薄层(通常为金属薄层)作为接地层，另一面制成一定形状的辐射层，并且对辐射层馈电的天线。然而，这种传统的微带天线的工作带宽较窄，且无法直接用于5g毫米波天线中。因此，有必要创造地设计一种结构简化、带宽较宽的可应用于5g的毫米波天线。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种结构简单的低剖面、能够提高带宽的毫米波天线。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种毫米波天线，由同轴馈线馈电，其至少包括：

介质基层，具有相背设置的第一面与第二面；

辐射层，形成于所述介质基层的第一面；所述辐射层形成第一辐射部，所述第一辐射部用于产生第一谐振峰；

接地层，形成于所述介质基层的第二面；

短路柱，贯穿所述介质基层，且连接所述辐射层与所述接地层；

所述同轴馈线的内导体贯穿所述接地层以及所述介质基层并连接到所述辐射层，所述同轴馈线的外导体与所述接地层连接；

所述短路柱、所述同轴馈线的内导体以及所述辐射层形成第二辐射部，所述第二辐射部用于产生第二谐振峰；

所述第一谐振峰对应的波长与所述第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。

在其中一个实施例中，所述辐射层、介质基层和接地层构成微带天线结构，形成微带辐射模式；所述辐射层、短路柱、同轴馈线的内导体以及介质基层和接地层构成倒f天线结构，形成倒f天线辐射模式。

在其中一个实施例中，所述毫米波天线的工作波长为λ，所述辐射层为矩形辐射层，且所述辐射层的长度为l，则(1-10％)*1/2λ≤l≤(1+10％)*1/2λ。

在其中一个实施例中，所述毫米波天线的工作波长为λ，所述短路柱与所述内导体之间的间距为s1，所述辐射层的离所述短路柱最近的边缘与所述短路柱之间的距离为s2，则s1与s2满足如下关系式：

(1-10％)*1/4λ≤(s1+s2)≤(1+10％)*1/4λ。

在其中一个实施例中，所述辐射层的宽度为w，(1+10％)*1/2λ≤w≤(1+20％)*1/2λ。

在其中一个实施例中，所述内导体位于所述辐射层的沿其宽度方向延伸的边缘的中垂线上。

在其中一个实施例中，所述短路柱位于所述辐射层的沿其长度方向延伸的边缘的中垂线上。

在其中一个实施例中，所述短路柱与所述辐射层的沿其长度方向延伸的一个边缘之间的距离为0.1mm～0.3mm。

在其中一个实施例中，所述辐射层的宽度为w，所述短路柱的直径为d，则(1-10％)*0.05w≤d≤(1+10％)*0.05w。

在其中一个实施例中，所述介质基层的材料为液晶聚合物。

本发明的毫米波天线，不但可以通过第一辐射部产生第一谐振峰，而且可以通过第二辐射部产生第二谐振峰，并且，第一谐振峰对应的波长与第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。从而通过以上两个辐射谐振的叠加效应，进而有效地扩展了毫米波天线的带宽。

附图说明

图1为一个实施例中的毫米波天线的俯视示意图；

图2为一个实施例中的毫米波天线的剖面示意图；

图3为一个实施例中的毫米波天线的驻波比仿真曲线图；

图4为一个实施例中的毫米波天线在24.5ghz的电磁仿真h面方向图；

图5为一个实施例中的毫米波天线在26.5ghz的电磁仿真h面方向图；

图6为一个实施例中的毫米波天线在27.5ghz的电磁仿真h面方向图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

传统的微带天线具有厚度薄的优势，但同时也存在带宽窄的缺点。在设计厚度薄、体积小且易于加工的采用微带天线结构的毫米波天线的同时，兼顾天线带宽、增益等性能，是毫米波天线设计的重点和难点。

在一个实施例中，参考图1以及图2，提供了一种毫米波天线，为一两层导电箔在一基板上层叠而成，由同轴馈线c0馈电，具体地，它包括介质基层100、辐射层200、接地层300、短路柱400，所述介质基层100为由绝缘材料制成的基板，所述辐射层200和接地层300为导电箔层，所述辐射层200、介质基层100和接地层300构成微带天线结构。

值得注意的是，本实施例中毫米波天线采用了两个导电箔层的结构，在其它的实施例中，为了实现更多的功能，毫米波天线也可以是两个以上的导电箔层层叠而成的结构。

参考图1和图2所示，所述同轴馈线c0包括内导体c1和外导体c2，所述内导体c1贯穿所述接地层300以及所述介质基层100并连接到所述辐射层200，所述同轴馈线的外导体c2与所述接地层300连接。

介质基层100的材料可以优先地选用液晶聚合物(lcp)。液晶聚合物具有低损耗特性。因此，选用液晶聚合物作为介质基层100的材料，可以有效降低天线损耗。同时，液晶聚合物作为柔性材料，能够更好地与电路系统集成，进而便于进行模块化处理。辐射层200、接地层300、短路柱400为金属等导体材料，可选用铜合金。

介质基层100具有相背设置的第一面100a(图2中的上表面)与第二面100b(图2中的下表面)。辐射层200形成于介质基层100的第一面100a。辐射层200形成第一辐射部，进而产生微带辐射模式的第一谐振峰。接地层300形成于介质基层100的第二面100b。接地层300可以对辐射层200辐射的电磁波起到参考地的作用。

短路柱400位于辐射层200与接地层300之间，可以为电路板上的金属化孔。介质基层100形成有第一通孔110。第一通孔110内形成有短路柱400。短路柱400通过第一通孔110而贯穿介质基层100，进而连接辐射层200与接地层300，使得辐射层200与接地层300之间短路。

内导体c1连接辐射层200。具体地，介质基层100还形成有第二通孔120，且接地层300内形成有第三通孔310。内导体c1通过第三通孔310以及第二通孔120依次贯穿接地层300以及介质基层100，进而连接辐射层200，从而来为辐射层200馈电。其中，第三通孔310的直径大于内导体c1的直径，进而使得内导体c1贯穿接地层300且与接地层300绝缘。

由于短路柱400以及内导体c1均贯穿介质基层100而连接辐射层200。因此，短路柱400、内导体c1以及辐射层200可以形成第二辐射部，第二辐射部可以辐射产生倒f天线辐射模式的第二谐振峰。

第一谐振峰对应的波长与第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。因此，第二辐射部产生的谐振可以叠加在第一辐射部产生的谐振基础上，进而可以有效拓宽毫米波天线的带宽。这里的预设范围指的是，可以使得第二辐射部产生的谐振与第一辐射部产生的谐振临近而可以相互叠加，进而拓展整体带宽的波长范围，具体可以根据实际产品需求进行设定，在此实施例中两个谐振峰的波长的差值设定为预设中心频率的波长λ，可以获得预定的频带。

此时，具体可以设置成，内导体c1自接地层300远离辐射层200的一侧，贯穿接地层300以及介质基层100，进而连接辐射层200。而包围内导体c1的外导体c2，在接地层300远离辐射层200的一侧连接接地层300。辐射层300、介质基层100和接地层300构成微带天线结构，形成微带辐射模式。辐射层300、短路柱400、同轴馈线的内导体c1以及介质基层100和接地层300构成倒f天线结构，形成倒f天线辐射模式。

在一个实施例中，参考图1，毫米波天线的工作波长为λ。辐射层200具体设置为矩形辐射层。辐射层200的长度为l，(1-10％)*1/2λ≤l≤(1+10％)*1/2λ，进而产生微带模式的能量辐射。这里，l等于1/2λ时，可以产生理想的毫微带模式辐射。但是，考虑到实际加工误差情况，l的值也可有一定偏差，以降低加工难度，提高成品率。

在一个实施例中，参考图1，短路柱400与内导体c1之间的间距为s1，所述辐射层200的离所述短路柱400最近的边缘与所述短路柱400之间的距离为s2。设计(1-10％)*1/4λ≤(s1+s2)≤(1+10％)*1/4λ，进而可以有效地产生倒f天线模式辐射。这里，s1+s2等于1/4λ时，可以产生理想的倒f天线的能量辐射。但是，同样考虑到实际加工误差情况，s1+s2的值也可有一定偏差，以降低加工难度，提高成品率。

当辐射层200具体设置为矩形辐射层时，可以设计辐射层200沿其宽度方向延伸的边缘与短路柱400之间的距离为s2。辐射层200沿其宽度方向延伸的边缘可以为该边缘的中点，也可以为短路柱400与内导体c1的中点连接线于该边缘的交点，也可以为该边缘的其他点。或者，也可以设计辐射层200沿其长方向延伸的边缘与短路柱400之间的距离为s2。本申请对此均没有限制。

而且，在本申请实施例中，辐射层200也可以为除矩形以外的其他形状的辐射层，只要其可以产生微带模式辐射均可。

在一个实施例中，继续参考图1，辐射层200具体设置为矩形辐射层时，辐射层200的宽度为w。设计(1+10％)*1/2λ≤w≤(1+20％)*1/2λ，进而使得短路柱400、内导体c1以及辐射层200形成的倒f辐射部可以比较容易地进行倒f辐射，进而产生第二谐振峰。

本申请实施例中，为了使得方向图结构具有良好的对称性，可以内导体c1位于辐射层200的沿其宽度方向延伸的边缘的中垂线上；或者也可以设置短路柱400位于辐射层200的沿其长度方向延伸的边缘的中垂线上。当然，同时设置内导体c1位于辐射层200的沿其宽度方向延伸的边缘的中垂线上，短路柱400位于辐射层200的沿其长度方向延伸的边缘的中垂线上，将更加有利于方向图结构对称。

在一个实施例中，短路柱400与辐射层200的沿其长度方向延伸的一个边缘之间的距离为0.1mm～0.3mm。此时，一方面短路柱400靠近辐射层200的边缘，进而减少对辐射层200上的电流分布的影响。另一方面短路柱400与辐射层200的边缘之间的一端距离使得短路柱400便于加工。

在一个实施例中，辐射层的宽度为w，短路柱的直径为d。设计(1-10％)*0.05w≤d≤(1+10％)*0.05w，使得天线输入阻抗虚部尽可能小，进而使得金属短路柱6不引入过多的电感参量。

本申请的一个实施例中，毫米波天线具体长度为(4mm-8mm)，宽度为(4mm-8mm)，厚度为(0.3mm-0.5mm)。厚度(0.3mm-0.5mm)仅为工作波长的约0.07倍，具有超低剖面的特点。

辐射层200为的矩形辐射层，其长度为1/2工作波长，进而形成第一辐射部。第一辐射部接受馈电可以进行微带模式辐射而产生第一谐振峰。辐射层200的宽度大于1/2工作波长，以便于使得短路柱400、同轴线的内导体c1以及辐射层200共同形成第二辐射部，进而可以形成倒f天线辐射模式而产生第二谐振峰。第一辐射部产生的谐振与第二辐射部产生的谐振可以相互叠加，进而拓展带宽。

图3为该实施例的毫米波天线的驻波比仿真曲线图。由此可知，从24.6ghz-27.7ghz，天线驻波比vswr<2时。因此，该实施例的毫米波天线的带宽达到了3.1ghz。进而使得具有超低剖面的毫米波天线达到了较宽的工作频带。图4该实施例的毫米波天线在24.5ghz的h面方向图。图5该实施例的毫米波天线在26.5ghz的h面方向图。图6该实施例的毫米波天线在27.5ghz的h面方向图。由此可知，该实施例的毫米波天线在24.5ghz时，增益为7.19db；在26.5ghz时，增益为7.38db；在27.5db时，增益为6.89db。因此，本实施例毫米波天线方向图结构对称且增益稳定，非常适用于空间小，集成度高的5g无线通信。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。