一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线的制作方法

[0001]
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线。


背景技术：

[0002]
随着移动通信行业由4g时代向5g时代的过渡，移动通信频段逐渐由低频向高频段推进，随之而来的是移动通信器件中天线尺寸的不断减小。然而由于高频波段的衰减效应比低频波段强，因此为了弥补高频信号在空气中传播时由于衰减带来的低辐射效率等负面影响，大规模多输入多输出天线(massive mimo antenna)技术将成为未来5g通信领域中的必然趋势。然而对于紧凑型天线或近距离的mimo天线而言，隔离度是衡量辐射单元之间是否发生串扰，并影响整个天线通信质量的一个重要标准。因此，在5g移动通信领域中改善mimo天线的隔离度必然十分重要。
[0003]
目前，改善mimo天线的隔离度的主流方法有：从物理层面上增大天线的间距；利用特征模分析法(characteristic mode analysis)将天线排列成互为垂直的极化方向；在天线间加入金属隔离挡板，甚至在天线上方加载超材料表面(metasurface)阻止表面波(surface wave)的传播，从而改善隔离度等。
[0004]
对于物理层面上增大天线间距的方法，本身天线的空间极其有限，并且在不断要求小型化的5g移动通信时代，单纯从物理层面上增大天线间距，无疑与主流的小型化天线设计要求相悖。对于特征模分析法，是通过辐射单元设计成互为垂直极化方向的形式来提高隔离度，然而，该方案与上述物理层面上增大天线间距的方法一样，也需要占用大面积的天线布置空间，因此该方法在5g天线的应用中也并不具备很高的实用价值。对于在天线间加入金属隔离挡板的方法，该方法目前是最为普遍被使用的，但是，在辐射单元间距十分狭小的条件下，首先，金属隔离挡板也很难有效地改善其隔离度，其次，金属隔离挡板的加入势必为加工成本和整个天线的重量带来负担。因此在不断要求轻量化的5g时代，该方法亦会带来潜在的高负荷问题。对于在辐射单元上方加载超材料表面隔离板的方法，为了使超材料表面隔离板有效地阻止表面波的传播，其高度要达到离地面至少0.25λ波长，这样无形中增加了天线整体的高度，同样与主流的小型化天线设计要求相悖。
[0005]
综上所述，在满足天线隔离度需求前提下，如何提供一种质量及体积较小的天线，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
本申请提供了一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线，以在满足天线隔离度需求前提下，提供一种质量及体积较小的天线。
[0007]
本申请第一方面提供一种具备塑料电磁带隙结构的天线，包括反射板，以及设置在所述反射板上的塑料基板，所述塑料基板上设置有多列天线辐射体，相邻两列天线辐射体的耦合馈电线之间设置有去耦装置，且所述去耦装置设置在所述塑料基板平面上；所述
去耦装置包括多个连续工字型结构的金属贴片，且所述工字型结构上设置有通孔；
[0008]
相邻两列天线辐射体之间的距离小于或等于1/10λ，λ为所述天线辐射体辐射波的波长。
[0009]
可选的，所述金属贴片直接设置在所述塑料基板的上表面。
[0010]
可选的，所述塑料基板还设置有放置槽，所述放置槽处于相邻两列天线辐射体(3)的耦合馈电线之间。
[0011]
可选的，所述去耦装置还包括塑料载体，所述塑料载体设置在所述放置槽中，所述塑料载体上设置有金属贴片。
[0012]
可选的，所述金属贴片通过激光镭雕和化学镀金技术一体成型在改性塑料上。
[0013]
可选的，所述金属贴片通过选择性电镀成型于改性塑料上。
[0014]
可选的，所述塑料基板的材料为改性塑料，所述塑料基板的相对介电常数为4,正切损耗为0.003。
[0015]
本申请第二方面提供一种塑料电磁带隙结构，所述塑料电磁带隙结构为设置在相邻两列天线辐射体的耦合馈电线之间的去耦装置，所述去耦装置包括塑料载体，以及设置在所述塑料载体上的金属贴片。
[0016]
可选的，所述金属贴片为多个连续工字型结构，且所述工字型结构上设置有通孔。
[0017]
由以上技术方案可知，本申请提供一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线，所述具备塑料电磁带隙结构的天线，包括反射板，以及设置在所述反射板上的塑料基板，所述塑料基板上设置有多列天线辐射体，相邻两列天线辐射体的耦合馈电线之间设置有去耦装置，且所述去耦装置设置在所述塑料基板平面上；所述去耦装置包括多个连续工字型结构的金属贴片，且所述工字型结构上设置有通孔；相邻两列天线辐射体之间的距离小于或等于1/10λ，λ为所述天线辐射体辐射波的波长。
[0018]
在实际应用中，本申请实施例提供的去耦装置为设置在两列天线辐射体之间的平面结构，平面结构在加工以及控制重量上，相对于传统去耦结构具有明显优势，从而保证在满足天线隔离度的基础上，具备塑料电磁带隙结构的天线具备更小的体积和重量。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0020]
图1为本申请实施例提供的一种具备塑料电磁带隙结构的天线整体结构示意图；
[0021]
图2为本申请实施例提供的金属贴片结构示意图；
[0022]
图3为本申请实施例提供的去耦装置结构示意图；
[0023]
图4为未加入任何隔离措施的双贴片mimo天线结构示意图；
[0024]
图5为加入平面金属隔离条的双贴片mimo天线结构示意图；
[0025]
图6为未加入任何隔离措施的双贴片mimo天线、加入平面金属隔离条以及加入去耦装置的s11参数示意图；
[0026]
图7为未加入任何隔离措施的双贴片mimo天线、加入平面金属隔离条以及加入去耦装置的s21参数示意图；
[0027]
图8为双贴片mimo天线去耦前的电流分布示意图；
[0028]
图9为本申请实施例提供的双贴片mimo天线去耦后的电流分布示意图。
[0029]
图示说明：
[0030]
其中，1-反射板，2-塑料基板，3-天线辐射体，4-耦合馈电线，5-去耦装置，51-金属贴片，52-塑料载体，6-平面金属隔离条。
具体实施方式
[0031]
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
[0032]
如图1所示，为本申请实施例提供的一种具备塑料电磁带隙结构的天线整体结构示意图，本申请实施例第一方面提供一种具备塑料电磁带隙结构的天线，包括反射板1，以及设置在所述反射板1上的塑料基板2，所述塑料基板2上设置有多列天线辐射体3，相邻两列天线辐射体3的耦合馈电线4之间设置有去耦装置5，且所述去耦装置5设置在所述塑料基板2平面上；所述去耦装置5为多个连续工字型结构的金属贴片51，且所述工字型结构上设置有通孔；相邻两列天线辐射体3之间的距离小于或等于1/10λ，λ为所述天线辐射体3辐射波的波长。
[0033]
需要说明的是，本申请实施例提供的天线为单贴片mimo天线，但是不局限于双贴片mimo天线，也可以用在其他双贴片的mimo天线中，且本次提供的天线为探针耦合馈电，亦可采用直接馈电方式连接。
[0034]
本申请实施例提供的金属贴片51是基于镭雕化镀工艺的周期性电磁带隙结构包括多个连续工字型结构，形成周期性电磁带隙结构，所述周期性电磁带隙结构等效并联lc电路，在谐振频率附近并联lc电路会形成无穷大阻抗特性，因此，所述周期性电磁带隙结构可以类似带阻滤波器，从而阻止电流在导体面上流动，或改变导体上的电流流向，抑制表面波的传播，从而形成表面波的频率带隙。表面波的中心频率，即为并联lc电路的谐振频率，由此估算的等效电容和电感可得到电磁带隙结构的谐振频率：
[0035][0036]
l＝ε
eff
h
[0037][0038]
其谐振频率式中，ε0为空气介电常数，p为周期性电磁带隙结构的周期长度，l为工字型贴片的长度单元，d为贴片间距，h为塑料基板厚度，ε
r
为塑料基板的相对介电常数，以及ε
eff
为等效介电常数。通过适当改变周期性电磁带隙结构的长度以及间距，可以获得能够抑制特定频率下的表面波传播的特性。
[0039]
在本申请部分实施例中，所述金属贴片51通过激光镭雕和化学镀金技术直接加工在所述塑料基板2上，但是不局限于直接加工在所述塑料基板2上，还可以将所述去耦装置5
设计为独立的结构，并与所述塑料基板2进行配合安装，例如，所述塑料基板2还设置有放置槽，所述放置槽处于相邻两列天线辐射体3的耦合馈电线4之间。所述去耦装置5还包括塑料载体52，所述塑料载体52设置在所述放置槽中，所述塑料载体52上设置有金属贴片51。通过所述去耦装置5设置为独立的结构，保证所述去耦装置5可以实现即插即用，从而可以根据天线设计要求的不同，更换隔离度不同的去耦装置5。
[0040]
进一步的，所述塑料基板2的材料为改性塑料，所述塑料基板2的相对介电常数为4,正切损耗为0.003。所述塑料基板2亦可根据实际设计需求，采用其它数值的相对介电常数的材料。
[0041]
本申请实施例提供的周期性电磁带隙结构，不仅能够减轻大规模天线的重量问题，还解决了极近距离下低频段隔离度偏低的问题，以双贴片mimo天线为例，周期性电磁带隙结构可以将6ghz频段内3.4ghz-3.7ghz的隔离度全部提高至大于20db以上。
[0042]
两列天线辐射体3之间小于四分之一个波长的区域被称为强互耦区域，本申请实施例提供的具备塑料电磁带隙结构的天线，相邻两列天线辐射体3之间的距离小于或等于1/10λ，为进一步例证本申请实施例技术方案的有效性，如图4所示，为未加入任何隔离措施的双贴片mimo天线结构示意图；如图5所示，为加入平面金属隔离条的双贴片mimo天线结构示意图。通过将不加任何隔离措施，以及加入平面金属隔离条6和加入本申请的去耦装置5，观察s参数(包括s11参数、s21参数)的变化。
[0043]
如图6所示，为未加入任何隔离措施的双贴片mimo天线、加入平面金属隔离条以及加入去耦装置的s11参数示意图，s11参数为反射系数。从所示图6可以看出三种情况下的s11参数相对稳定，几乎不受去耦结构的影响，并且均达到业内要求的-14db以下。
[0044]
如图7所示，分别为未加入任何隔离措施时、加入平面金属隔离条6以及加入塑料电磁带隙去耦结构的s21参数，s21参数为传输系数或表征隔离度，即隔离度特性。从图7中可见，未加入任何隔离措施的情况下，低频段的隔离度仅能维持在-15db以下。图7中，虽然加入平面金属隔离条6，但依然对低频段隔离度的提升效果不明显。而本申请实施例提供的周期性塑料电磁带隙去耦结构，将低频段的隔离度明显提高至-20db以下，使该双贴片mimo天线系统，在工作频率下保持较好的隔离度状态。
[0045]
如图8所示，为双贴片mimo天线去耦前的电流分布示意图，用以更直观地证明本申请的工作原理。从图8可见，未加入任何去耦结构的情况下，由port 2号馈电口激励出的电流呈现水平进入port 1号馈电口的趋势，如图9所示，为本申请实施例提供的双贴片mimo天线去耦后的电流分布示意图，从图9可见，加入本申请实施例提供的塑料电磁带隙结构后，由port 2号馈电口激励出的电流呈垂直流向，因此本申请的塑料电磁带隙结构可以明显改善强互耦区域内的mimo天线的隔离度。
[0046]
本申请实施例第二方面提供塑料电磁带隙结构，如图1和图3所示，所述塑料电磁带隙结构为设置在相邻两列天线辐射体3的耦合馈电线4之间的去耦装置5，如图9所示，所述去耦装置5包括塑料载体52，以及设置在所述塑料载体52上的金属贴片51。所述金属贴片51为多个连续工字型结构，且所述工字型结构上设置有通孔。所述塑料电磁带隙结构具体体现形式为周期结构，本本申请实施例提供的周期金属贴片51为工字型，但不局限于工字型结构，可根据实际生产，设计其他形式的周期结构单元，实现具有频率选择，提升隔离度的效果。
[0047]
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种塑料电磁带隙结构及具备塑料电磁带隙结构的天线，所述具备塑料电磁带隙结构的天线，包括反射板1，以及设置在所述反射板1上的塑料基板2，所述塑料基板2上设置有多列天线辐射体3，相邻两列天线辐射体3的耦合馈电线4之间设置有去耦装置5，且所述去耦装置5设置在所述塑料基板2平面上；所述去耦装置5包括多个连续工字型结构的金属贴片51，且所述工字型结构上设置有通孔；相邻两列天线辐射体3之间的距离小于或等于1/10λ，λ为所述天线辐射体3辐射波的波长。
[0048]
在实际应用中，本申请实施例提供的去耦装置5为设置在两列天线辐射体3之间的平面结构，平面结构在加工以及控制重量上，相对于传统去耦结构具有明显优势，从而保证在满足天线隔离度的基础上，具备塑料电磁带隙结构的天线具备更小的体积和重量。
[0049]
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。