共形双频介质谐振天线及其阵列、移动设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种共形双频介质谐振天线及其阵列、移动设备。


背景技术：

2.目前应用于4g通信系统或移动终端中的天线均使用金属贴片或结构作为辐射体，使其可以集成在移动终端里，同时会降低其相应的性能。进入5g通信时代后，移动终端对于天线数量的需求增长明显，特别是为了实现毫米波通信在移动终端的应用，设计的毫米波天线需要新材料、新形态和新工艺来主导5g毫米波天线的设计。在5g毫米波移动终端通信中，其需要天线本身具有符合移动端设备工业设计结构的共形结构特性，以进一步提升移动端设备的集成度。其中微带贴片天线成为选择之一，因为其具有结构简单、原理清晰以及性能可接受等优点。但是其具有需要复杂的介质基板叠层结构和非一体式的双频实现方式等缺点，给目前5g移动端毫米波共形双频天线设计提出了挑战。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种共形双频介质谐振天线及其阵列、移动设备，可实现单体双频，且便于集成至曲面边框的移动设备中。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种共形双频介质谐振天线，包括基板、第一介质谐振器、第二介质谐振器和微带馈电线；所述基板包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙，所述微带馈电线设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙相匹配；所述第一介质谐振器设置于所述第一面上，且覆盖所述耦合馈电缝隙；所述第二介质谐振器设置于所述第一介质谐振器上，且在所述基板上的投影覆盖所述耦合馈电缝隙；所述第二介质谐振器远离所述第一介质谐振器的一面为曲面。
5.进一步地，所述微带馈电线的投影的一端与所述耦合馈电缝隙的投影垂直相交，所述微带馈电线的另一端延伸至所述基板的边缘，且设有馈电端口。
6.进一步地，还包括接地层，所述接地层设置于所述基板的第一面上，且所述接地层内设有与所述耦合馈电缝隙对应的第一缝隙；所述第一介质谐振器设置于所述接地层上，且覆盖所述第一缝隙。
7.进一步地，所述第二介质谐振器的大小大于所述第一介质谐振器的大小。
8.进一步地，所述第一介质谐振器呈长方体形，所述第二介质谐振器呈半球形。
9.进一步地，所述第二介质谐振器的底面直径大于所述第一介质谐振器的长度和宽度。
10.本实用新型还提出了一种共形双频介质谐振天线阵列，包括至少两个的如上所述的共形双频介质谐振天线，所述至少两个的共形双频介质谐振天线设置于同一个基板上。
11.进一步地，所述至少两个的共形双频介质谐振天线线性排列，且相邻两个共形双频介质谐振天线之间的距离为二分之一的波长。
12.本实用新型还提出了一种移动设备，包括如上所述的共形双频介质谐振天线阵列，所述共形双频介质谐振天线阵列靠近所述移动设备的边框设置。
13.本实用新型的有益效果在于：射频信号从微带馈电线馈入，通过耦合馈电缝隙后对位于其上方层叠的两个介质谐振器进行耦合馈电，两个介质谐振器通过耦合馈电缝隙激励可分别激发基模模式和高次模模式，进而产生两个工作频段；通过将第二介质谐振器的顶面设计为曲面，便于集成至曲面边框的移动设备中。本实用新型可以实现单体双频，即结构一体化且可实现两个工作频段，减少了设计复杂程度；可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。
附图说明
14.图1为本实用新型的一种共形双频介质谐振天线的结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例一的共形双频介质谐振天线的俯视示意图；
16.图3为本实用新型实施例一的共形双频介质谐振天线的侧面示意图；
17.图4为本实用新型实施例一的基模模式的电场分布示意图；
18.图5为本实用新型实施例一的高次模模式的电场分布示意图；
19.图6为本实用新型实施例一的共形双频介质谐振天线的回波损耗示意图；
20.图7为本实用新型实施例一的共形双频介质谐振天线的增益示意图；
21.图8为本实用新型实施例一的共形双频介质谐振天线的辐射效率示意图；
22.图9为本实用新型实施例二的共形双频介质谐振天线阵列的结构示意图；
23.图10为本实用新型实施例二的移动设备中共形双频介质谐振天线阵列的布局示意图。
24.标号说明：
25.1、基板；2、第一介质谐振器；3、第二介质谐振器；4、微带馈电线；5、耦合馈电缝隙；6、接地层；7、第一缝隙；
26.100、共形双频介质谐振天线；200、共形双频介质谐振天线阵列；300、移动设备。
具体实施方式
27.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详予说明。
28.请参阅图1，一种共形双频介质谐振天线，包括基板、第一介质谐振器、第二介质谐振器和微带馈电线；所述基板包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙，所述微带馈电线设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙相匹配；所述第一介质谐振器设置于所述第一面上，且覆盖所述耦合馈电缝隙；所述第二介质谐振器设置于所述第一介质谐振器上，且在所述基板上的投影覆盖所述耦合馈电缝隙；所述第二介质谐振器远离所述第一介质谐振器的一面为曲面。
29.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可实现单体双频，且便于集成至曲面边框的移动设备中。
30.进一步地，所述微带馈电线的投影的一端与所述耦合馈电缝隙的投影垂直相交，
所述微带馈电线的另一端延伸至所述基板的边缘，且设有馈电端口。
31.由上述描述可知，通过馈电端口馈入射频信号，然后通过微带馈电线和耦合馈电缝隙对两个介质谐振器进行耦合馈电。
32.进一步地，还包括接地层，所述接地层设置于所述基板的第一面上，且所述接地层内设有与所述耦合馈电缝隙对应的第一缝隙；所述第一介质谐振器设置于所述接地层上，且覆盖所述第一缝隙。
33.进一步地，所述第二介质谐振器的大小大于所述第一介质谐振器的大小。
34.由上述描述可知，可以使第二介质谐振器和第一介质谐振器配合谐振在另一个频段。
35.进一步地，所述第一介质谐振器呈长方体形，所述第二介质谐振器呈半球形。
36.进一步地，所述第二介质谐振器的底面直径大于所述第一介质谐振器的长度和宽度。
37.本实用新型还提出了一种共形双频介质谐振天线阵列，包括至少两个的如上所述的共形双频介质谐振天线，所述至少两个的共形双频介质谐振天线设置于同一个基板上。
38.进一步地，所述至少两个的共形双频介质谐振天线线性排列，且相邻两个共形双频介质谐振天线之间的距离为二分之一的波长。
39.由上述描述可知，天线之间的距离根据频率而定，优选为电磁波波长的二分之一。
40.本实用新型还提出了一种移动设备，包括如上所述的共形双频介质谐振天线阵列，所述共形双频介质谐振天线阵列靠近所述移动设备的边框设置。
41.由上述描述可知，便于集成至具有曲面结构的边框的移动设备，充分利用设备空间。
42.实施例一
43.请参照图1
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8，本实用新型的实施例一为：一种共形双频介质谐振天线，可应用于5g通信系统，如图1所示，包括基板1、第一介质谐振器2、第二介质谐振器3和微带馈电线4；所述基板1包括相对的第一面和第二面，所述第一面上设有耦合馈电缝隙5，所述微带馈电线4设置于所述第二面上，且与所述耦合馈电缝隙5相匹配；所述第一介质谐振器2设置于所述第一面上，所述第二介质谐振器3堆叠设置于所述第一介质谐振器1上；所述第二介质谐振器3远离第一介质谐振器2的一面为曲面。其中，所述基板为介质基板。
44.如图2所示，所述第一介质谐振器2覆盖所述耦合馈电缝隙5，所述第二介质谐振器3在所述基板1上的投影覆盖所述耦合馈电缝隙5。
45.进一步地，所述微带馈电线4在基板1上的投影的一端与所述耦合馈电缝隙5在基板1上的投影垂直相交，所述微带馈电线4的另一端延伸至所述基板1的边缘，且设有馈电端口(未示出)。
46.进一步地，如图3所示，所述基板1的第一面上还设有接地层6，所述接地层6内设有与所述耦合馈电缝隙5对应的第一缝隙7。所述第一介质谐振器2设置于所述接地层6上，且覆盖所述第一缝隙7。
47.也就是说，基板的第一面上设有凹槽，作为馈电耦合缝隙，而接地层上设有开槽(即第一缝隙)，该开槽的开设位置与第一面上的凹槽的位置对应。而第一介质谐振器设置在所述接地层上并且覆盖所述开槽。
48.优选地，所述第二介质谐振器的大小大于所述第一介质谐振器的大小。本实施例中，所述第一介质谐振器呈长方体形，所述第二介质谐振器呈半球形，且所述第二介质谐振器的底面直径大于所述第一介质谐振器的长度和宽度。即第二介质谐振器在基板上的投影可完全覆盖第一介质谐振器在基板上的投影。
49.在工作时，射频信号通过馈电端口从微带馈电线馈入，通过耦合馈电缝隙后对位于其上方层叠的第一介质谐振器和第二介质谐振器进行耦合馈电，第一介质谐振器和第二介质谐振器通过耦合馈电缝隙激励可分别激发基模模式和高次模模式，进而产生两个工作频段。
50.其中，基模模式的激发是指在设计的低频频点处，设计整体谐振体等效高度，使之激发出基模模式，处于低频段的频点。高次模模式的激发是指在设计的高频频点处，设计整体谐振体等效高度，使之激发出高次模模式，处于高频段的频点。本实施例中，基模模式的电场分布如图4所示，高次模模式的电场分布如图5所示，其中，图4和图5中的整体结构为堆叠的第一介质谐振器和第二介质谐振器，可以看出，第一介质谐振器的工作模式为基模模式，第二介质谐振器的工作模式为高次模模式。
51.图6
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8分别为本实施例的共形双频介质谐振天线的回波损耗示意图、增益示意图和辐射效率示意图，可以看出，其具备两个谐振点，可产生两个频带，且两个频带具有较高的天线增益和天线辐射效率。
52.本实施例的共形介质谐振结构可以实现单体双频，减少了设计复杂程度；还可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；并且可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。
53.实施例二
54.请参照图9
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10，本实施例为上述实施例一的进一步拓展。
55.如图9所示，本实施例提出了一种共形双频介质谐振天线阵列200，包括至少两个的如实施例一所述的共形双频介质谐振天线100，本实施例以四个为例，这些共形双频介质谐振天线100设置于同一个基板1上。
56.其中，天线之间的距离根据工作频率而定。优选地，所述至少两个的共形双频介质谐振天线线性排列，且相邻两个共形双频介质谐振天线之间的距离为二分之一的波长。
57.由于第二介质谐振器的顶面为曲面，因此，该共形双频介质谐振天线阵列200集成至具有曲面边框的移动设备300时，可靠近边框设置，并与边框贴合，如图10所示。
58.综上所述，本实用新型提供的一种共形双频介质谐振天线及其阵列、移动设备，可以实现单体双频，减少了设计复杂程度，且便于集成至曲面边框的移动设备中；还可以激励基模和高次模工作状态，简化了天线馈电结构设计；并且可以大幅提高天线整体辐射效率；同时可以降低毫米波天线的生产成本。
59.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。