一种应用于共口径天线体测试的结构

本发明涉及移动通讯技术领域，尤其是指一种应用于共口径天线体测试的结构。

背景技术：

第五代移动通信(5g)提出了两大通信频段：fr1：sub-6ghz和fr2：毫米波，虽然目前中国、欧洲等国的5g商用进程中只推行了fr1频段，但是5g未来的发展趋势必然是向毫米波无线通信发展的。那么意味着将来的5g智能手机上必然出现sub-6ghz频段天线与毫米波频段天线共存的局面。由于智能手机可利用的空间越来越小，因此以共口径方式实现sub-6ghz频段天线和毫米波频段天线将是最有效的设计方案，但是sub-6ghz频段天线和毫米波频段天线的测试方式有差异，而且手机的空间有限，这给集成sub-6ghz频段和毫米波频段的共口径天线的测试带来了巨大的问题。

目前，在sub-6ghz手机天线设计中，常见的无源测试方案有两种：1)自带一段较长同轴线的低频频段sma接头直接焊接到手机天线的馈电处；2)天线本身采用微带传输线馈电；在测试中低频频段sma接头和微带传输线有两种连接方式：i.将低频频段sma接头伸出的探针由上而下(或由下而上)垂直穿过介质板接到微带传输线(底馈)；ii.低频频段sma接头在介质板侧端位置接到微带传输线(侧馈)。在毫米波手机天线无源测试中，通常使用高频频段sma末端发射接头(endlaunchconnector)，这种高频sma末端发射接头可以多次重复利用，降低了毫米波天线的设计和测试成本，在毫米波频段天线测试中被广泛应用。但该类接头无法实现如低频频段sma接头底馈的测试方案，只能实现侧馈的测试方案。根据现有sub-6ghz和毫米波频段手机天线的测试方案对比可看出，在毫米波频段：

1.自带一段较长同轴线的低频频段sma接头测试方案不再适用，因为会引起较大损耗和较强的辐射干扰；

2.sma接头底馈微带传输线的方案不再适用，一是因为毫米波天线测试常用的sma末端发射接头无法实现底馈测试方案，二是底馈方式也不适用于较厚介质板，随着毫米波频段波长的急剧缩小，穿过介质板探针的长度引入的电感效益已经不可忽视，介质板较厚情况下，探针引入的强电感效益将导致严重阻抗失配；

3.手机毫米波天线测试中如采用sma末端发射接头侧馈微带传输线方案，通常馈电路径相对较长，会引入较强的插入损耗。

目前，5g智能手机开始装备毫米波频段天线，同时低频段的sub-6ghz天线依然存在。在这些多频段，大频率比的手机天线设计过程中，测试环节必将遇到上述提到的问题，科研工作者们发挥各自的聪明才智，提出了不同的解决方案：

对于非共口径的手机天线设计方案，低频的sub-6ghz天线采用低频频段常用测试方案，高频的毫米波频段则采用sma末端发射接头侧馈微带传输线的测试方案，但为了缩短毫米波微带传输线的馈电路径，需要在地板上挖出一个缺口为sma末端发射接头的安装预留出位置。这种测试方案通过在地板上挖口解决了馈电路径长的问题，但是该方案不仅破坏了地板的完整性，而且缺口位置一般离天线较近，缺口处容易产生较强电流堆积，从而在测试中引入较强的辐射干扰；

对于共口径的手机天线设计方案，如文献common-aperturesub-6ghzandmillimeter-wave5gantennasystem(muhammadikram等《researchgate》，第8卷)公开的方案中，低频的sub-6ghz天线分别采用了侧馈和底馈微带传输线的测试方案，其中侧馈方式的微带传输线较长，底馈方式的微带传输线较短；而高频的毫米波频段的天线则采用了底馈的测试方案，会出现上述的毫米波频段的第2点的问题——该方案采用的sma接头是一次性的，测试成本较高；同时，该测试方案也不适用于使用了较厚介质板的设计方案。所以该测试方案仅可用于该文献的天线设计，不具有普遍适用性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：如何同时实现对共口径辐射设计的sub-6ghz天线和毫米波手机天线进行测试，并达到降低测试成本、减少干扰辐射、减少传输损耗、结构简单且具有普遍适用性的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种应用于共口径天线体测试的结构，包括共口径天线体、馈电部件组、介质板和金属地板；所述共口径天线体包括至少一个sub-6ghz天线和至少一个毫米波天线；所述馈电部件组包括数目与sub-6ghz天线数目匹配的第一馈电部件、数目与毫米波天线数目匹配的第二馈电部件；所述第一馈电部件设置有第一端口和第一微带线，所述第一端口通过所述第一微带线向所述sub-6ghz天线馈电；所述第二馈电部件设置有微带组、两组金属柱组和第二端口；所述微带组由第二微带线、第三微带线和两条第四微带线构成；所述介质板位于所述金属地板与所述微带组之间；所述第二端口位于所述介质板边沿，且依次经过所述第三微带线、所述第二微带线后向所述毫米波天线馈电；两所述第四微带线分居所述第三微带线两侧，且分别通过一组所述金属柱组与所述金属地板连接；所述第四微带线的延伸方向与所述第三微带线的延伸方向保持一致。

进一步地，所述第一端口到所述共口径天线体中心的距离小于0.5倍的所述第二端口到所述共口径天线体中心的距离。

进一步地，所述第三微带线的长度大于2倍的所述第二微带线的长度。

进一步地，沿着第四微带线的延伸方向，所述金属柱组中的金属柱依次排列；所述金属柱的间距为a，半径为r；所述毫米波天线的工作媒介波长为λ，其中，0.05λ≤a≤0.2λ，0.005λ≤r≤0.025λ。

进一步地，所述第四微带线的各个位置到所述第三微带线的距离均为b，其中，0.005λ≤b≤0.02λ。

进一步地，所述第三微带线的宽度小于所述第二微带线的宽度；所述第三微带线的宽度为c，其中，0.005λ≤c≤0.02λ。

进一步地，所述第一端口处接第一sma接头；所述第一微带线与第一sma接头之间阻抗匹配；所述第一端口处，第一sma接头的内导体依次穿过金属地板、介质板后与所述第一微带线连接，第一sma接头的外导体与所述金属地板连接。

进一步地，所述第二端口处接第二sma接头；所述第二微带线和所述第三微带线的总阻抗与第二端口的阻抗匹配；所述第二端口处，所述第三微带线与第二sma接头的内导体连接；所述第四微带线、所述金属地板均与第二sma接头的外导体连接；所述第二sma接头通过螺钉固定在所述第二端口处。

进一步地，所述介质板呈矩形，所述共口径天线体位于所述介质板的一边边沿旁，所述第二端口位于所述介质板的另一边边沿旁；所述金属柱组中的金属柱为金属化过孔。

进一步地，所述共口径天线体由两个sub-6ghz天线和一个毫米波天线构成，所述馈电部件组包含两个第一端口和一个第二端口；两所述第一端口分居所述第三微带线两侧。

本发明的有益效果在于：第三微带线、第四微带线、金属柱组与金属地板组合形成共面波导传输线用于毫米波天线馈电，可以减小毫米波传输的损耗，使毫米波天线馈电位置能够远离辐射口径；第二端口设置于介质板边沿处，其馈电探针无需穿过介质板，避免了因引入大电感效应而导致的微带传输线与第二端口之间阻抗失配问题。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的部分结构示意图一；

图2为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的翻转后的部分结构示意图二；

图3为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的第二端口位置处的结构细节图；

图4为在实际应用时，多个本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的摆放样例图；

图5为在实际应用时，图4的多个本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的摆放样例的翻转后的结构示意图；

图6为在实际应用时，图4的多个本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的摆放样例的接入sma接头的结构示意图；

其中，1-第一微带线，2-第二微带线，3-第三微带线。4-第四微带线，5-金属地板，6-介质板，7-共口径天线体，8-金属柱，9-第二端口，10-第一端口，11-第一sma接头，12-第二sma接头；

图7为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的试验例中的向两个sub-6ghz天线的第一微带线的损耗值随频率变化的曲线图；

图8为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的试验例中的向毫米波天线馈电的第二微带线和第三微带线的总损耗值随频率变化的曲线图；

图9为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的试验例在sub-6ghz频段下三个天线端口之间的传输系数变化图；

图10为本发明的一种应用于共口径天线体测试的结构的试验例在毫米波频段下三个天线端口之间的传输系数变化图。

具体实施方式

根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果的具体实施方式并配合附图详予说明。

实施例1

请参阅图1、图2以及图3，一种应用于共口径天线体测试的结构，包括共口径天线体7、馈电部件组、介质板6和金属地板5；所述共口径天线体7包括至少一个sub-6ghz天线和至少一个毫米波天线；所述馈电部件组包括数目与sub-6ghz天线数目匹配的第一馈电部件、数目与毫米波天线数目匹配的第二馈电部件；所述第一馈电部件设置有第一端口10和第一微带线1，所述第一端口10通过所述第一微带线1向所述sub-6ghz天线馈电；所述第二馈电部件设置有微带组、两组金属柱组和第二端口9；所述微带组由第二微带线2、第三微带线3和两条第四微带线4构成；所述介质板6位于所述金属地板5与所述微带组之间；所述第二端口9位于所述介质板6边沿，且依次经过所述第三微带线3、所述第二微带线2后向所述毫米波天线馈电；两所述第四微带线4分居所述第三微带线3两侧，两所述第四微带线4分别通过一组所述金属柱组与所述金属地板5连接；所述第四微带线4的延伸方向与所述第三微带线3的延伸方向保持一致。

第三微带线3、第四微带线4、金属柱组与金属地板5组合形成共面波导传输线用于毫米波天线馈电，可以减小毫米波传输的损耗，使毫米波天线馈电位置能够远离辐射口径；第二端口9设置于介质板6边沿处，其馈电探针无需穿过介质板6，避免了因引入大电感效应而导致的微带传输线与第二端口9之间阻抗失配问题。

实施例2

在上述结构基础上，所述第一端口10到所述共口径天线体7中心的距离小于0.5倍的所述第二端口9到所述共口径天线体7中心的距离。

将sub-6ghz天线的馈电端口设置在靠近共口径天线体7的位置，将毫米波天线的馈电端口设置在远离共口径天线体7的位置，使两不同频段的馈电端口相距较远，避免端口间的信号干扰。

实施例3

在上述结构基础上，所述第三微带线3的长度大于2倍的所述第二微带线2的长度。第二微带线2的长度远远小于第三微带线3的长度时(即在第二微带线2和第三微带线3总长一定时，共面波导传输线尽可能长)，减少毫米波天线馈电时的损耗效果越好，进而保证两不同频段的馈电端口因相距较远而互不干扰。

实施例4

在上述结构基础上，沿着第四微带线4的延伸方向，所述金属柱组中的金属柱8依次排列；所述金属柱8的间距为a，半径为r；所述毫米波天线的工作媒介波长为λ，其中，0.05λ≤a≤0.2λ，0.005λ≤r≤0.025λ。所述第四微带线4的各个位置到所述第三微带线3的距离均为b，其中，0.005λ≤b≤0.02λ。保证形成的共面波导传输线在用于毫米波天线馈电时损耗小。进一步地，所述第三微带线3的宽度小于所述第二微带线2的宽度；所述第三微带线3的宽度为c，其中，0.005λ≤c≤0.02λ。

实施例5

在上述结构基础上，所述第一端口10处接第一sma接头11；所述第一微带线1与第一sma接头11之间阻抗匹配；所述第一端口10处，第一sma接头11的内导体依次穿过金属地板5、介质板6后与所述第一微带线1连接，第一sma接头11的外导体与所述金属地板5连接。所述第二端口9处接第二sma接头12；所述第二微带线2和所述第三微带线3的总阻抗与第二端口9的阻抗匹配；所述第二端口9处，所述第三微带线3与第二sma接头12的内导体连接；所述第四微带线4、所述金属地板5均与第二sma接头12的外导体连接；所述第二sma接头12通过螺钉固定在所述第二端口9处。此时，第二sma接头12内导体(探针)与介质板6边沿垂直。由于第二端口9远离共口径天线体7，且共面波导传输线具有很好的隔离作用，在测试时不会引起天线方向图的不确定性，也不会引入大电感效应而导致阻抗失配。sub-6ghz天线工作波长的频率较毫米波低，采用的第一sma接头11为普通的sma接头，成本较低；而毫米波天线的工作频率远高于sub-6ghz天线，采用普通的sma接头无法满足稳定毫米波天线性能的需求，必须采用毫米波专用的sma接头(第二sma接头12)，而毫米波专用的sma接头的制作成本远高于普通的sma接头。由于本发明中采用侧馈的方式，毫米波专用的sma接头(第二sma接头12)在测试时采用螺钉结构固定即可进行测试，测试完成后可简单拆除，不会影响到馈电网络，而且拆除后的第二sma接头12能重复利用。若毫米波天线采用底馈时，则必须采用焊接方式接入，故而毫米波专用的sma接头为一次性接头，且拆焊后会严重影响到毫米波天线的馈电网络性能。故本申请的方案于测试成本、于天线性能影响都具有极好的优势。

实施例6

在上述结构基础上，所述介质板6呈矩形，所述共口径天线体7位于所述介质板6的一边边沿旁，所述第二端口9位于所述介质板6的另一边边沿旁；所述金属柱组中的金属柱8为金属化过孔。优选地，共口径天线体7与所述第二端口9位于介质板6的相邻的两边边沿，如此，可以在移动终端的有限空间内设置四个互不干扰的共口径天线体7，可利用多输入多输出(mimo)技术来提高信道容量，如图4、图5和图6所示，测试时方便且也不会引起天线的辐射方向图的不确定性，辐射干扰小。在图4、图5和图6中，优选地，相邻的两个共口径天线体7之间呈镜像对称，此时，由第三微带线3、第四微带线4、金属柱组与金属地板5组合形成共面波导传输线呈l型设置。

实施例7

在上述结构基础上，所述共口径天线体7由两个sub-6ghz天线和一个毫米波天线构成，所述馈电部件组包含两个第一端口10和一个第二端口9；两所述第一端口10分居所述第三微带线3两侧。由第二微带线2和第三微带线3组成的毫米波馈电路径将两个sub-6ghz天线的馈电端口(第一端口10)分隔，避免两用于sub-6ghz天线馈电的馈电端口之间发生干扰，也实现了三个馈电端口的分离。

为了进一步说明本发明的效果，采用以下试验例的结构进行测试，测试结果如图7至图10所示：

试验例

一种应用于共口径天线体测试的结构，包括共口径天线体7、馈电部件组、介质板6和金属地板5；所述共口径天线体7由两个sub-6ghz天线和一个毫米波天线构成；所述馈电部件组包括数目与sub-6ghz天线数目匹配的第一馈电部件、数目与毫米波天线数目匹配的第二馈电部件；所述第一馈电部件设置有第一端口10和第一微带线1，所述第一端口10通过所述第一微带线1向所述sub-6ghz天线馈电；所述第二馈电部件设置有微带组、两组金属柱组和第二端口9，即共口径天线体7共设置有三个天线端口；所述微带组由第二微带线2、第三微带线3和两条第四微带线4构成；所述介质板6位于所述金属地板5与所述微带组之间；所述第二端口9位于所述介质板6边沿，且依次经过所述第三微带线3、所述第二微带线2后向所述毫米波天线馈电；两所述第四微带线4分居所述第三微带线3两侧，两所述第四微带线4分别通过一组所述金属柱组与所述金属地板5连接；所述第四微带线4的延伸方向与所述第三微带线3的延伸方向保持一致。两所述第一端口10分居所述第三微带线3两侧。

所述第一微带线1的长度为10.6mm，所述第二微带线2的长度为6mm，所述第三微带线3的长度为43mm。

沿着第四微带线4的延伸方向，所述金属柱组中的金属柱8依次排列；所述金属柱8的间距为1.1mm，半径为0.15mm。

所述第四微带线4的各个位置到所述第三微带线3的距离均为0.1mm。

所述第二微带线2的宽度为1mm；所述第三微带线3的宽度为0.3mm。

所述第一端口10处接第一sma接头11；所述第一微带线1与第一sma接头11之间阻抗匹配；所述第一端口10处，第一sma接头11的内导体依次穿过金属地板5、介质板6后与所述第一微带线1连接，第一sma接头11的外导体与所述金属地板5连接。所述第二端口9处接第二sma接头12；所述第二微带线2和所述第三微带线3的总阻抗与第二sma接头12的阻抗匹配；所述第二端口9处，所述第三微带线3与第二sma接头12的内导体连接；所述第四微带线4、所述金属地板5均与第二sma接头12的外导体连接；所述第二sma接头12通过螺钉固定在所述第二端口9处。

所述介质板6呈矩形，所述共口径天线体7位于所述介质板6的一边边沿旁，所述第二端口9位于所述介质板6的另一相邻边边沿旁，由第三微带线3、第四微带线4、金属柱组与金属地板5组合形成共面波导传输线呈l型；所述金属柱组中的金属柱8为金属化过孔。

图7为试验例中的向两个sub-6ghz天线的第一微带线1的损耗值随频率变化的曲线，从图7中可以看出，向sub-6ghz天线馈电的第一微带线1的损耗值均小于0.2db。由于共口径天线体7对应设置有两个sub-6ghz天线，即有两条第一微带线1，第二微带线2位置与第二端口9位置之间所设的第一微带线1损耗值结果为图7中的第一微带线a对应的结果，另一第一微带线1损耗值结果为图7中的第一微带线b对应的结果。

图8为试验例中的向毫米波天线馈电的第二微带线2和第三微带线3的总损耗值随频率变化的曲线，从图8中可以看出，想毫米波天线馈电的第二微带线2和第三微带线3的总损耗值均小于1.5db。

图9为试验例在sub-6ghz频段下三个天线端口之间的传输系数变化图，从图9中可以看出，三个天线端口在sub-6ghz频段均有很好的隔离度。

图10为试验例在毫米波频段下三个天线端口之间的传输系数变化图，从图10中可以看出，三个天线端口在毫米波频段也均有很好的隔离度。

图9和图10中，s12是端口1和端口2之间的传输系数，s13是端口1和端口3之间的传输系数，s23是端口2和端口3之间的传输系数，其中，两个所述第一端口10分别用“1”和“2”表示，所述第二端口9用“3”表示。

综上所述，本发明提供的一种应用于共口径天线体测试的结构，由于第三微带线、第四微带线、金属柱组与金属地板组合形成共面波导传输线用于毫米波天线馈电，可以减小毫米波传输的损耗，使毫米波天线馈电位置能够远离辐射口径；第二端口设置于介质板边沿处，其馈电探针无需穿过介质板，避免了因引入大电感效应而导致的微带传输线与第二端口之间阻抗失配问题。传输过程中，用与馈电的微带线的损耗小，多个端口之间实现分隔，且在sub-6ghz频段和毫米波频段下均具有良好的隔离度，在应用于共口径天线体测试时，达到保持天线稳定、减少干扰辐射、减少传输损耗的效果。此外，该应用于共口径天线体测试的结构中各个微带线都无过多枝节，结构简单，且可根据电子产品的其他零部件位置进行适当的位置调整，灵活性大。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。