一种小型化天线

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化天线。


背景技术：

2.通信设备的集成化、小型化发展趋势，对天线的可占用空间提出了更高要求。因为毫米波具有更高大气传输损耗，所以要求毫米波通信系统需采用具有高增益特性的天线阵列结构。天线增益的提升意味着辐射波束宽度减小，单一波束的电波覆盖范围缩减。在此情况下，为满足移动通信所需的大范围电波覆盖，毫米波移动通信系统天线必须具有波束扫描特性。
3.由天线阵列理论可知，天线阵列的波束扫描特性与天线阵列的单元间距直接相关，当天线阵列的间隔增大时，天线阵列的波束扫描范围将逐渐降低。正因如此，为实现毫米波移动通信所需的宽带、大角度波束扫描，天线阵列应具有较小的单元间距。然而，当天线阵列的单元间距的减小将导致设计空间缩减、单元间互耦增强，进而恶化天线阵列的辐射特性。因此，手机等移动终端的天线不仅对剖面高度具有一定的要求，对天线的横向尺寸也提出了挑战。
4.因此，如何构造一种小型化的磁电偶极子天线，同时实现天线横向与纵向尺寸的缩减，对于无线通信技术具有重要的研究意义和应用价值。


技术实现要素：

5.本发明的实施例提供了一种小型化磁电偶极子天线，以实现磁电偶极子天线的横向与纵向尺寸的缩减。
6.一种小型化天线，所述天线包括两个馈电结构(7)、一对磁电偶极子单元、介质(8)和金属地板(9)，两个馈电结构(7)交叉垂直摆放在金属贴片之间，两个馈电单元呈“l”型，每个“l“型馈电单元由垂直金属柱和水平金属条带构成；
7.所述磁电偶极子单元包括“z”型结构的磁偶极子和“s”型结构的电偶极子，磁偶极子由“l”型金属墙(2)、曲流金属贴片(3)和环形金属墙(4)组成；电偶极子由金属贴片(1)、若干曲流金属柱(5)和若干曲流金属条带(6)组成；
8.所述金属地板(9)位于天线的最下方，所述金属墙(2)、曲流金属贴片(3)、环形金属墙(4)、曲流金属柱(5)、曲流金属条带(6)和馈电结构(7)均集成于介质(8)内部。
9.优选地，4个刻槽金属贴片(1)对称分布在介质的上表面，金属贴片(1)的外边缘刻蚀槽缝，在金属贴片(1)的未刻槽位置连接曲流金属柱(5)，金属柱(5)下方与水平曲流金属条带(6)相接，在水平曲流金属条带(6)的另一端上方连接有曲流金属柱(5)，曲流金属柱(5)与金属贴片(1)相接；
10.所述“l”型金属墙(2)与曲流金属贴片(3)和刻槽金属贴片(1)相接，所述环形金属墙(4)位于刻槽金属贴片(1)下方。
11.优选地，所述馈电结构(7)采用l型探针馈电，交叉垂直摆放，所述馈电结构(7)为
微带线缝隙耦合馈电结构或者是基片集成波导(siw)缝隙耦合馈电或者是基片集成同轴线(sicl)缝隙耦合馈电。
12.优选地，所述刻槽金属贴片(1)采用外边缘刻槽的方形贴片天线、外边缘刻槽且中心位置挖空的方形贴片天线。
13.优选地，“l”型金属墙(2)与刻槽金属贴片的边缘位置相连，“l”型金属墙采用实心的金属块、两排相互垂直摆放的金属柱与每层介质表层的水平金属条带组成的柱带状层间结构。
14.优选地，各个曲流金属贴片(3)的下表面分别连接环形金属墙(4)，环形金属墙与“l”型金属墙位置呈对角关系，环形金属墙(4)为圆形或者方形或者与“l”型金属墙平行的“l”型半封闭墙，环形金属墙采用实心的金属块、四排金属柱围成的方形与每层介质表层的水平金属条带组成的柱带状层间结构。
15.优选地，所述的曲流金属柱(5)采用圆柱或者方形柱。
16.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
17.由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明的磁电偶极子天线具有更低的剖面高度，具有更小的横向空间尺寸,与传统磁电偶极子长度相比减小14％，并具有更大的带宽。
18.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种小型化磁电偶极子天线的单元俯视图；
21.图2是本发明实施例提供的一种磁电偶极子天线单元的三维立体图；
22.图3是本发明实施例提供的一种磁电偶极子天线单元的折叠型磁偶极子示意图；
23.图4是本发明实施例提供的一种磁电偶极子天线单元的s型曲流结构的电偶极子示意图；
24.图5是本发明实施例提供的一种中折叠型磁偶极子的金属短路墙示意图；
25.图6是本发明实施例提供的一种中折叠型磁偶极子的金属短路贴片示意图；
26.图7是本发明实施例提供的一种中折叠型磁偶极子的接地金属空腔示意图；
27.图8是本发明实施例提供的一种s型曲流结构的开槽电偶极子示意图；
28.图9是本发明实施例提供的一种s型曲流结构的金属柱示意图；
29.图10是本发明实施例提供的一种s型曲流结构的金属条带示意图；
30.图11是本发明实施例提供的一种小型化双极化磁电偶极子单元的s参数曲线示意图；
31.图12是本发明实施例提供的一种小型化双极化磁电偶极子单元的方向图。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
33.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
34.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
35.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
36.本发明实施例提供的一种小型化磁电偶极子天线单元的俯视图如图1所示，三维立体图如图2所示。包括：金属贴片(1)、金属墙(2)、金属贴片(3)、环形金属墙(4)、金属柱(5)、金属条带(6)、馈电结构(7)、介质(8)和金属地板(9)。矩形金属贴片(1)集成于介质的上表面，金属短路墙(2)、金属短路贴片(3)、金属柱(5)和金属条带(6)集成于介质内部，环形金属墙(4)集成于介质内部，与金属地板(9)相接。
37.上述介质可以为低温共烧陶瓷(low-temperature cofired ceramic)介质。磁电偶极子天线单元集成于8层介质基板的内部，天线单元沿着
±
45
°
摆放。
38.磁电偶极子天线单元的折叠型磁偶极子示意图如图3所示，磁电偶极子天线单元的s型曲流结构的磁电偶极子的电偶极子示意图如图4所示。刻槽金属贴片(1)、金属柱(5)和金属条带(6)组成s型曲流的磁电偶极子的电偶极子，l型金属墙(2)、金属贴片(3)和环形金属墙(4)组成曲流的磁电偶极子的磁偶极子。
39.本发明实施例提供的一种折叠型磁偶极子的l型金属墙(2)的示意图如图5所示，本发明实施例提供的一种中折叠型磁偶极子的金属短路贴片(3)的示意图如图6所示。l型金属墙(2)与刻槽金属贴片(1)下表面相接，与金属贴片(3)上表面相接。金属贴片(3)介于l型金属墙(2)与环形金属墙(4)之间，所述环形金属墙(4)位于刻槽金属贴片(1)下方。
40.4个刻槽金属贴片(1)对称分布在介质的上表面，金属贴片(1)的外边缘刻蚀槽缝，在金属贴片(1)的未刻槽位置连接曲流金属柱(5)，金属柱(5)下方与水平曲流金属条带(6)相接，在水平曲流金属条带(6)的另一端上方连接有曲流金属柱(5)，曲流金属柱(5)与金属贴片(1)相接；
41.所述刻槽金属贴片(1)采用外边缘刻槽的方形贴片天线、外边缘刻槽且中心位置挖空的方形贴片天线。“l”型金属墙采用实心的金属块、两排相互垂直摆放的金属柱与每层介质表层的水平金属条带组成的柱带状层间结构。
42.本发明实施例提供的一种中折叠型磁偶极子的接地环形金属墙示意图如图7所示。各个金属短路贴片(3)的下表面分别连接环形金属墙(4)，金属空腔(4)与地面短接，通过这种方法可以延长磁偶极子的电流路径，从而达到降低天线剖面高度的目的。
43.环形金属墙与“l”型金属墙位置呈对角关系，环形金属墙(4)为圆形或者方形或者与“l”型金属墙平行的“l”型半封闭墙，环形金属墙采用实心的金属块、四排金属柱围成的方形与每层介质表层的水平金属条带组成的柱带状层间结构。
44.本发明实施例提供的一种s型曲流结构的开槽电偶极子示意图如图8所示，s型曲流结构的金属柱示意图如图9所示，s型曲流结构的金属条带示意图如图10所示。放置于介质上表面的四个金属贴片(1)，由于电偶极子电流的边缘流动效应，在四个金属贴片(1)四周外边缘开槽，在开槽位置使用金属柱(5)将边缘电流引入介质内部，然后，在介质内部通过金属条带(6)以及金属柱(5)再次将电流引入介质表面的金属贴片(1)，因为介质波长比空气波长小，所以相同长度的物理长度在介质中的电尺寸比在空气中大，利用这种方法可以很好的将天线的横向尺寸缩减，从而达到小型化的目的。
45.磁电偶极子天线单元采用l型探针馈电，可以更好实现宽带特性。本发明实施例的小型化磁电偶极子天线单元可以应用在5g毫米波频段，主要应用在手机等移动终端天线的设计。
46.所述的曲流金属柱(5)采用圆柱或者方形柱。所述馈电结构(7)采用l型探针馈电，交叉垂直摆放，所述馈电结构(7)为微带线缝隙耦合馈电结构或者是基片集成波导(siw)缝隙耦合馈电或者是基片集成同轴线(sicl)缝隙耦合馈电。
47.本发明实施例提供的一种小型化双极化磁电偶极子单元的s参数曲线示意图如图11所示，方向图如图12所示。本发明在5g毫米波频段实现了磁电偶极子天线单元的小型化。ltcc介质基板每层厚度0.096mm,介质的介电常数为5.9，金属层厚度均为0.01mm,l型金属短路墙高度为5层ltcc厚度(0.48mm)，金属空腔高度为3层ltcc厚度(0.288mm),短路金属贴片连接金属短路墙和接地金属空腔。金属柱高度为0.288mm。从图11、12中可以看出，两端口的s11在24.25-27.5ghz以及27.5-29.5ghz均低于-10db,双极化两端口隔离度在工作频带范围内均高于20db,方向图也稳定对称。
48.综上所述，本发明实施例的磁电偶极子天线具有更低的剖面高度，与传统磁电偶极子四分之一波长剖面高度相比剖面高度降低34％.
49.本发明实施例的磁电偶极子天线具有更小的横向空间尺寸,与传统磁电偶极子长度相比减小14％。
50.本发明实施例的磁电偶极子天线的阵列单元间的耦合减小，组成的相控阵天线具有更大的波束扫描范围。
51.本发明实施例的磁电偶极子天线与贴片天线可比，具有更大的带宽。
52.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
53.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为
分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
54.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。