一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备。


背景技术：

2.5g(5th-generation，第五代移动通信技术)作为全球业界的研发焦点，发展5g技术制定5g标准已经成为业界共识。国际电信联盟itu在2015年6月召开的itu-rwp5d第22次会议上明确了5g的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中，增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20gbps，最低用户体验速率为100mbps。
3.由于毫米波具有高载频、大带宽特性，是实现5g超高数据传输速率的主要手段。根据3gpp ts38.101-2 5g终端射频技术规范和tr38.817终端射频技术报告可知，5g毫米微波天线需要覆盖n257(26.5-29.5ghz)、n258(24.25-27.25ghz)、n260(37-40ghz)以及n261(27.5-28.35ghz)频段以及未来规划的n259(39-43.5ghz)频段，因此，设计宽带天线是5g毫米波模组的需求。
4.然而，基于pcb的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是贴片天线(patch antenna)、偶极子天线(dipole antenna)或开槽天线(slot antenna)，pcb厚度都会随着需要覆盖的带宽增加而增加，导致天线模组的体积增加。对于应用在毫米波段的天线pcb，随着pcb层数的增加，对多层pcb的对孔、线宽和线距的精度要求也相应提高，导致加工难度增大，难以实现毫米波天线模组同时覆盖多个频段。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备，提高天线模组的频段覆盖率。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质基板以及介质谐振器；
8.所述介质谐振器设置于所述介质基板的一侧；
9.所述介质谐振器的形状为半球体；
10.所述介质谐振器的半球体弧面与所述介质基板接触。
11.进一步地，所述介质谐振器包括多个；
12.多个所述介质谐振器的中心呈直线且等间隔排列于所述介质基板的所述一侧。
13.进一步地，还包括带状线；
14.所述半球体弧面设有馈电结构；
15.所述带状线设置于所述介质基板的另一侧；
16.所述带状线的一端与所述馈电结构连接，所述带状线的另一端用于与射频芯片连接。
17.进一步地，所述馈电结构包括馈电探针和金属柱；
18.所述馈电探针的一端嵌入所述介质谐振器，所述馈电探针的另一端与所述金属柱的一端连接；
19.所述金属柱的另一端贯穿所述介质基板，并与所述带状线连接。
20.进一步地，还包括天线地；
21.所述天线地位于所述介质基板内。
22.进一步地，还包括芯片互联线；
23.所述芯片互联线位于所述介质基板的所述一侧，用于将射频芯片与其他芯片连接。
24.进一步地，所述介质谐振器为陶瓷体结构；
25.所述陶瓷体结构的介电常数为5-10。
26.本实用新型的有益效果在于：由于介质谐振器天线存在hemnmp模式(n，m，p为正整数)，常规形状的介质谐振器模组构成的天线激发的模式所产生的谐振间距较远，无法形成宽带，通过将介质谐振器的形状设置为半球体，能够激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个hemnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258、n260、n261以及n259频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的整体结构示意图；
28.图2为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的整体结构仰视图；
29.图3为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的内部结构示意图；
30.图4为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的内部结构仰视图；
31.图5为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的s参数结果图；
32.图6为本实用新型实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组的介质谐振器单个阻抗的实数部分和虚数部分的示意图；
33.图7为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
010
模式下磁力线的yox面的截面分布图；
34.图8为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
010
模式下磁力线的zox面的截面分布图；
35.图9为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
011
模式下磁力线的yox面的截面分布图；
36.图10为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
011
模式下磁力线的zox面的截面分布图；
37.图11为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
111
模式下磁力线的zox面的截面分布图；
38.图12为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
111
模式下磁力线的yox面的截面分布图；
39.图13为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
111
模式下磁力线的
zox面的截面分布图；
40.标号说明：
41.1、介质基板；2、介质谐振器；3、带状线；4、馈电结构；41、馈电探针；42、金属柱；5、天线地；6、芯片互联线；7、第一bga焊球；8、第二bga焊球。
具体实施方式
42.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。
43.请参照图1，一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质基板以及介质谐振器；
44.所述介质谐振器设置于所述介质基板的一侧；
45.所述介质谐振器的形状为半球体；
46.所述介质谐振器的半球体弧面与所述介质基板接触。
47.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：由于介质谐振器天线存在hemnmp模式(n，m，p为正整数)，常规形状的介质谐振器模组构成的天线激发的模式所产生的谐振间距较远，无法形成宽带，通过将介质谐振器的形状设置为半球体，能够激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个hemnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258、n260、n261以及n259频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
48.进一步地，所述介质谐振器包括多个；
49.多个所述介质谐振器的中心呈直线且等间隔排列于所述介质基板的所述一侧。
50.由上述描述可知，通过设置多个介质谐振器能够在满足小尺寸的同时，最大程度地提高天线的增益，提高天线模组的辐射强度。
51.进一步地，还包括带状线；
52.所述半球体弧面设有馈电结构；
53.所述带状线设置于所述介质基板的另一侧；
54.所述带状线的一端与所述馈电结构连接，所述带状线的另一端用于与射频芯片连接。
55.由上述描述可知，带状线起到阻抗匹配和信号传输的作用，带状线的一端与馈电结构连接，另一端与射频芯片连接，能够使射频芯片将控制信号传递至带状线，由带状线传递给天线，使得天线模组工作更加稳定。
56.进一步地，所述馈电结构包括馈电探针和金属柱；
57.所述馈电探针的一端嵌入所述介质谐振器，所述馈电探针的另一端与所述金属柱的一端连接；
58.所述金属柱的另一端贯穿所述介质基板，并与所述带状线连接。
59.由上述描述可知，使用探针馈电的方式对天线模组进行馈电，可以改变馈电位置来控制输入阻抗，易于匹配。
60.进一步地，还包括天线地；
61.所述天线地位于所述介质基板内。
62.由上述描述可知，天线地能够改变电磁波方向，从而提高天线的增益。
63.进一步地，还包括芯片互联线；
64.所述芯片互联线位于所述介质基板的所述一侧，用于将射频芯片与其他芯片连接。
65.由上述描述可知，通过芯片互联线将射频芯片与其他芯片连接，使天线模组能够与更多的芯片进行连接，提高天线各方面的性能，另外，芯片互联线与带状线分别设置于介质基板的两侧，使二者互不干扰，且充分利用了空间。
66.进一步地，所述介质谐振器为陶瓷体结构；
67.所述陶瓷体结构的介电常数为5-10。
68.由上述描述可知，采用介电常数为5-10的陶瓷体作为介质谐振器的天线，使得在介质谐振器能够覆盖n257、n258、n260、n261以及n259频段的条件下，天线所需要的介质尺寸较小，从而实现天线模组的小型化。
69.本实用新型另一实施例提供了一种通信设备，包括上述的一种毫米波介质谐振器天线模组。
70.上述天线模组能适用于5g毫米波通信系统的设备中，如手持的移动设备，以下通过具体的实施方式进行说明：
71.实施例一
72.请参照图1-4，本实施例的一种毫米波介质谐振器天线模组，包括介质基板1以及介质谐振器2；
73.所述介质谐振器2设置于所述介质基板1的一侧；
74.所述介质谐振器2的形状为半球体；
75.所述介质谐振器2的半球体弧面与所述介质基板1接触；
76.如图2、3所示，还包括带状线3；
77.所述半球体弧面设有馈电结构4；
78.所述带状线3设置于所述介质基板1的另一侧；
79.所述带状线3的一端与所述馈电结构4连接，所述带状线3的另一端用于与射频芯片连接；
80.所述馈电结构4包括馈电探针41和金属柱42；
81.所述馈电探针41的一端嵌入所述介质谐振器2，所述馈电探针41的另一端与所述金属柱42的一端连接；
82.所述金属柱42的另一端贯穿所述介质基板1，并与所述带状线3连接；
83.具体的，所述馈电探针41的一端朝所述介质谐振器2的球心嵌入所述介质谐振器2；
84.在一种可选的实施方式中，所述介质谐振器2的孔深为1毫米，孔半径为1毫米，所述馈电探针41的长度和半径与所述介质谐振器2的孔深和孔半径对应为1毫米；
85.如图3所示，图3为隐藏所述介质基板1之后的结构示意图，还包括天线地5；
86.所述天线地5位于所述介质基板1内；
87.如图3所示，还包括芯片互联线6；
88.所述芯片互联线6位于所述介质基板1的所述一侧，用于将射频芯片与其他芯片连接；
89.如图4所示，还包括第一bga焊球7和第二bga焊球8；
90.所述第一bga焊球7的一端与所述带状线3连接，另一端用于与射频芯片连接；
91.所述第二bga焊球8的一端与所述芯片互联线6连接，另一端用于与射频芯片以及其他芯片连接；
92.具体的，上述结构均集成在pcb板上，集成后的结构通过所述第一bga焊球7与外部射频芯片连接；其中，天线模组还包含芯片部分，包括有控制芯片、射频芯片和电源芯片，控制芯片对射频芯片进行控制，电源芯片为射频芯片提供电源，射频芯片为天线提供信号；射频芯片中包含移相器和放大器，其中移相器是为单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器是为了补偿移相器的损耗。
93.实施例二
94.请参照图1、5-13，本实施例与实施一的不同在于，限定了介质谐振器模组的具体结构：
95.如图1所示，所述介质谐振器2包括多个；
96.多个所述介质谐振器2的中心呈直线且等间隔排列于所述介质基板1的所述一侧；
97.在一种可选的实施方式中，所述介质谐振器2的数量为4个，所述介质谐振器2的半径为2.1毫米；
98.所述介质谐振器2为陶瓷体结构；
99.所述陶瓷体结构的介电常数为5-10；
100.在一种可选的实施方式中，基于介电常数为9.2的天线模型进行仿真，得到如图5所示的天线模组的s参数图，可以看出天线-10db以下覆盖了n257(26.5-29.5ghz)、n258(24.25-27.25ghz)、n260(37-40ghz)、n261(27.5-28.35ghz)以及n259(39-43.5ghz)五个频段；
101.图6为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组的介质谐振器单个阻抗的实数部分和虚数部分的示意图，图中，在26ghz、34ghz、40ghz有明显的峰值，说明其分别是3种模式的谐振点，即hem
010
模式、hem
011
模式和hem
111
模式，由3种模式形成3个谐振，谐振相邻后形成宽带；
102.图7、8为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
010
模式下磁力线的横截面分布图，其谐振频率为26ghz；
103.图9、10为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
011
模式下磁力线的横截面分布图，其谐振频率为34ghz；
104.图11-13为本实用新型实施例的毫米波介质谐振器天线模组在hem
111
模式下磁力线的横截面分布图，其谐振频率为40ghz。
105.实施例三
106.一种通信设备，包括实施例一或实施例二所述一种毫米波介质谐振器天线模组。
107.综上所述，本实用新型提供的一种毫米波介质谐振器天线模组及通信设备，包括介质基板以及介质谐振器，所述介质谐振器设置于所述介质基板的一侧，所述介质谐振器的形状为半球体，所述介质谐振器的半球体弧面与所述介质基板接触，所述介质谐振器包括多个，多个所述介质谐振器的中心呈直线且等间隔排列于所述介质基板的所述一侧，所述介质谐振器为陶瓷体结构，所述陶瓷体结构的介电常数为5-10，上述结构均集成在pcb板
上，更便于与芯片的集成，设置多个介质谐振器能够在满足小尺寸的同时，最大程度地提高天线的增益，提高天线模组的辐射强度，将介质谐振器的形状设置为半球体，能够激发出多种介质谐振器天线模式，即能够同时激发多个hemnmp模式，并且这些模式产生的谐振一般是相邻的，能够形成宽带，从而使该天线模组能够覆盖n257、n258、n260、n261以及n259频段，最终形成超宽带天线，从而提高了天线模组的频段覆盖率。
108.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。