基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列。

背景技术：

在即将来临的5G移动通信系统中，为了提高传输速率，最大接入数量等方面的性能，具有足够频谱资源的毫米波频段成为了5G通信系统的工作频段之一。其中24GHz到29GHz频段范围成为各国的优选频段，例如，中国把24.75GHz-27.5GHz暂定为5G通信系统中的毫米波频段之一；美国把27.5GHz-28.35GHz规划为工作频段；欧盟把24.25GHz-27.5GHz作为最佳频段；日本计划把26.5GHz-28.9GHz作为5G毫米波工作频段等。针对各国不同的工作频段，终端移动设备如果要想在各国都能正常进行5G毫米波频段通信，这势必使得终端移动设备的天线要有足够的带宽。另外，现在的终端移动设备都朝着小型化方向发展，具有易弯折，低剖面的天线也一直备受设备厂商的青睐。目前，一种叫做液晶高分子聚合物(LCP)的材料，因具有稳定的电气性能及较低的介质损耗被广泛运用于射频传输线与天线产品中。同时LCP作为传输基材，厚度可薄至0.1mm，并具备良好的易弯折性能，非常适合应用于空间狭小的小型化移动设备内。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种具有较大带宽，易于与其他系统共形的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列，包括设于预设的金属接地板上的基板和间隔设于基板上的多个天线单元，所述基板的材料为LCP；

所述天线单元包括第一辐射枝节、馈电枝节、第二辐射枝节和至少一个的第三辐射枝节；

所述第一辐射枝节和馈电枝节分别设于基板的一侧且第一辐射枝节和馈电枝节电连接，所述馈电枝节、基板及预设的金属接地板组成微带线；

所述第二辐射枝节设于基板的另一侧并与预设的金属接地板电连接，所述第一辐射枝节和第二辐射枝节组成对称振子天线；

所述基板的至少一侧设有一个的与同侧的第一辐射枝节或与同侧的第二辐射枝节耦合的第三辐射枝节。

进一步的，所述基板设于预设的金属接地板的一侧且沿预设的金属接地板的边缘延伸设置。

进一步的，所述基板与预设的金属接地板平行设置，所述第一辐射枝节和馈电枝节设于基板远离预设的金属接地板的一侧，所述第二辐射枝节设于基板靠近预设的金属接地板的一侧。

进一步的，所述天线单元的数目为八个，八个的天线单元沿基板的轴向间隔设于基板上。

进一步的，所述第三辐射枝节的数目为两个，两个的第三辐射枝节分别设于基板的两侧，两个第三辐射枝节沿垂直于基板的方向重合设置。

进一步的，所第一辐射枝节、第二辐射枝节和馈电枝节于空间内分别位于第三辐射枝节和预设的金属接地板之间。

进一步的，所述第三辐射枝节和馈电枝节的形状分别为矩形。

进一步的，所述第一辐射枝节的一端与第二辐射枝节的一端分别与预设的金属接地板垂直设置，所述第一辐射枝节的另一端沿预设的金属接地板的长边延伸并朝靠近预设的金属接地板的方向弯折设置，所述第二辐射枝节的另一端沿预设的金属接地板的长边延伸设置并朝靠近预设的金属接地板的方向弯折设置，所述第一辐射枝节的一端与第二辐射枝节的一端沿垂直于基板的方向重合设置，所述第一辐射枝节的另一端与第二辐射枝节的另一端对称设置。

本实用新型的有益效果在于：

(1)使用LCP作为传输基材，适用于手持设备中的5G通信系统；

(2)第一辐射枝节和第二辐射枝节构成对称振子天线，产生低频谐振点(24GHz)，第三辐射枝节与第一辐射枝节或第二辐射枝节耦合，产生了高频谐振点(29GHz)，增加了天线的带宽，其覆盖频率范围23GHz-30GHz。

(3)该毫米波天线具有低剖面，易弯折的特点且易于与其它系统共形。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的位于手持设备中的布局示意图；

图2为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的基板正面示意图；

图3为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的基板背面示意图；

图4为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的天线单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列的天线单元的S参数图；

图6为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列在24GHz时的3D方向图；

图7为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列在28GHz时的3D方向图；

图8为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列24GHz处YOZ平面内沿Theta方向扫描角0°～50°的方向图；

图9为本实用新型实施例的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列28GHz处YOZ平面内沿Theta方向扫描角0°～50°的方向图；

标号说明：

1、第一辐射枝节；

2、第二辐射枝节；

3、第三辐射枝节；

4、馈电枝节；

5、基板；

6、金属接地板。

具体实施方式

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。

本实用新型最关键的构思在于：利用LCP材料作为传输基带，并设置了两个谐振点，实现了宽频化。

请参照图1-9，一种基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列，包括设于预设的金属接地板6上的基板5和间隔设于基板5上的多个天线单元，所述基板5的材料为LCP；

所述天线单元包括第一辐射枝节1、馈电枝节4、第二辐射枝节2和至少一个的第三辐射枝节3；

所述第一辐射枝节1和馈电枝节4分别设于基板5的一侧且第一辐射枝节1和馈电枝节4电连接，所述馈电枝节4、基板5及预设的金属接地板6组成微带线；

所述第二辐射枝节2设于基板5的另一侧并与预设的金属接地板6电连接，所述第一辐射枝节1和第二辐射枝节2组成对称振子天线；

所述基板5的至少一侧设有一个的与同侧的第一辐射枝节1或与同侧的第二辐射枝节2耦合的第三辐射枝节3。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：

(1)使用LCP作为传输基材，适用于手持设备中的5G通信系统；

(2)第一辐射枝节和第二辐射枝节构成对称振子天线，产生低频谐振点(24GHz)，第三辐射枝节与第一辐射枝节或第二辐射枝节耦合，产生了高频谐振点(29GHz)，增加了天线的带宽，其覆盖频率范围23GHz-30GHz。

(3)该毫米波天线具有低剖面，易弯折的特点且易于与其它系统共形。

进一步的，所述基板5设于预设的金属接地板6的一侧且沿预设的金属接地板6的边缘延伸设置。

进一步的，所述基板5与预设的金属接地板6平行设置，所述第一辐射枝节1和馈电枝节4设于基板5远离预设的金属接地板6的一侧，所述第二辐射枝节2设于基板5靠近预设的金属接地板6的一侧。

由上述描述可知，上述结构的天线具有低剖面。

进一步的，所述天线单元的数目为八个，八个的天线单元沿基板5的轴向间隔设于基板5上。

进一步的，所述第三辐射枝节3的数目为两个，两个的第三辐射枝节3分别设于基板5的两侧，两个第三辐射枝节3沿垂直于基板5的方向重合设置。

由上述描述可知，基板5的两侧均设有第三辐射枝节3可以使得方向图性能更加均衡，同时，通过调整第一辐射枝节1和第二辐射枝节2的大小可以改变低频谐振点的频率；调整第三辐射枝节3的大小和它与第一辐射枝节1和第二辐射枝节2之间的距离，可以改变高频谐振点和匹配。

进一步的，所第一辐射枝节1、第二辐射枝节2和馈电枝节4于空间内分别位于第三辐射枝节3和预设的金属接地板6之间。

由上述描述可知，第三辐射枝节3作为引向器，还增强了天线正前方，即远离预设的金属接地板6的方向的增益。

进一步的，所述第三辐射枝节3和馈电枝节4的形状分别为矩形。

进一步的，所述第一辐射枝节1的一端与第二辐射枝节2的一端分别与预设的金属接地板6垂直设置，所述第一辐射枝节1的另一端沿预设的金属接地板6的长边延伸并朝靠近预设的金属接地板6的方向弯折设置，所述第二辐射枝节2的另一端沿预设的金属接地板6的长边延伸设置并朝靠近预设的金属接地板6的方向弯折设置，所述第一辐射枝节1的一端与第二辐射枝节2的一端沿垂直于基板5的方向重合设置，所述第一辐射枝节1的另一端与第二辐射枝节2的另一端对称设置。

由上述描述可知，第一辐射枝节1一部分和第二辐射枝节2的一部分在空间内重合，第二辐射枝节1的另一部分和第二辐射枝节2的另一部分在空间内对称从而构成对称振子天线。弯折的第一辐射枝节1和弯折的第二辐射枝节2可以减少基板5沿预设的金属接地板6的长边方向的长度，即减少图1中基板4沿Y方向的长度。

请参照图1-9，本实用新型的实施例一为：

本实用新型包括基板5与设于基板5上的8个天线单元，基板5为长条形且平行设于预设的金属接地板6的一侧的长边上，基板5的材料为LCP，基板5上印刷天线的两面与预设的金属接地板6的表面分别平行设置，在本具体实施例中，将基板5朝向金属接地板6的一面称为基板5的反面，将基板5远离金属接地板6的一面称为基板5的正面；

八个的天线单元沿预设的金属接地板6的长边间隔设置，所述天线单元第一辐射枝节1、馈电枝节4、第二辐射枝节2和两个的第三辐射枝节3；

所述基板5的正面印刷有第一辐射枝节1、辐射枝节4和一个第三辐射枝节3；

所述辐射枝节4和第三辐射枝节3分别为长方形，所述第一辐射枝节1和馈电枝节4电连接，所述馈电枝节4、基板5及预设的金属接地板6组成特性阻抗为50欧姆的微带线，并作为天线的馈电处，所述馈电枝节4、第一辐射枝节1和第三辐射枝节3沿远离预设的金属接地板6的方向依次设置；

所述基本5的反面印刷有第二辐射枝节2和一个第三辐射枝节3；

所述第一辐射枝节1的一端与第二辐射枝节2的一端分别与预设的金属接地板6垂直设置，所述第一辐射枝节1的另一端沿预设的金属接地板6的长边延伸并朝靠近预设的金属接地板6的方向弯折设置，所述第二辐射枝节2的另一端沿预设的金属接地板6的长边延伸设置并朝靠近预设的金属接地板6的方向弯折设置，所述第一辐射枝节1的一端与第二辐射枝节2的一端沿垂直于基板5的方向重合设置，所述第一辐射枝节1的另一端与第二辐射枝节2的另一端对称设置。所述第一辐射枝节1和第二辐射枝节2构成对称振子天线，产生了低频谐振点(24GHz)。

两个的所述第三辐射枝节3作为引向器，同时还与第一辐射枝节1和第二辐射支架2之间耦合产生了高频谐振点(29GHz)，增加了天线的带宽。

上述天线阵列中天线单元的S参数如图5所示，可见天线单元在22.73GHz-30.3GHz之间回波损耗优于-10dB，且整个带宽内各天线之间隔离优于-12.3dB。图6和图7为天线阵列在24GHz与28GHz扫描角为0度时的3D方向图，可以看出两个频点处天阵具有良好的端射辐射方向图。图8和图9分别给出了天线阵列在两毫米波频段中心频率24GHz与28GHz处在YOZ平面内沿Theta(-90°～90°)方向上扫描角0°～50°的方向图。从图中可看出该天线阵列实现了24GHz，28GHz两个频段的波束扫描功能。在扫描角0°～50°内天线阵列增益大于11dBi，且旁瓣小于1dBi，性能良好。本案的主要贡献是设计了一款基于LCP的宽带5G毫米波天线阵列，天线具有低剖面，易弯折并易于与其它系统共形，且天线阵列在23GHz-30GHz毫米波频段有着良好的回波损耗和波束扫描性能，满足各国在5G毫米波通信频段的需求。

综上所述，本实用新型提供了一种具有较大带宽，易于与其他系统共形的基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列。所述基于LCP材料的5G宽带毫米波天线阵列使用LCP作为传输基材，适用于手持设备中的5G通信系统；第一辐射枝节和第二辐射枝节构成对称振子天线，产生低频谐振点(24GHz)，第三辐射枝节与第一辐射枝节或第二辐射枝节耦合，产生了高频谐振点(29GHz)，增加了天线的带宽，其覆盖频率范围23GHz-30GHz。该毫米波天线具有低剖面，易弯折的特点且易于与其它系统共形。

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。