毫米波射频模组及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种毫米波射频模组及电子设备。


背景技术：

2.随着自动驾驶毫米波雷达、物联网毫米传感器、5g毫米波有源模组等新型应用场景对毫米波前端模组的需求，并且由于射频收发通道隔离降低会影响接收信号质量，从而会降低毫米波雷达的探测距离，增加射频前端的白噪声强度，降低毫米波通信质量，因此，提高射频模组的收发通道隔离度是急需解决的问题。
3.目前，提升射频收发通道隔离度一般有两种方法，一种方法是提高毫米波有源电路通道隔离度，该方法往往是要提升毫米波芯片里的功率放大电路pa和低噪放电路lna之间的隔离度，但由于涉及到半导体电路设计与工艺，因此该方法的成本过高。另一种是提高毫米波无源电路射频收发通道隔离度，可通过加载环形器，双工器等器件实现，但这样做会增加射频模块成本。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种毫米波射频模组及电子设备，通过提高收发天线间的隔离度，提高收发通道隔离度。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种毫米波射频模组，包括天线介质层、第一辐射单元、第二辐射单元和天线罩，所述第一辐射单元和第二辐射单元设置于所述天线介质层上，所述天线罩罩设于所述第一辐射单元和第二辐射单元上，所述天线罩的内侧设有第一介质谐振器和第二介质谐振器，所述第一介质谐振器位于所述第一辐射单元的天线近场区域内，所述第二介质谐振器位于所述第二辐射单元的天线近场区域内，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的辐射场不同。
6.进一步地，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的辐射场垂直。
7.进一步地，所述第一介质谐振器的形状为长方体，所述第二介质谐振器的形状为圆柱体；或所述第一介质谐振器的形状为圆柱体，所述第二介质谐振器的形状为长方体。
8.进一步地，所述第一介质谐振器在所述天线介质层上的投影覆盖所述第一辐射单元，所述第二介质谐振器在所述天线介质层上的投影覆盖所述第二辐射单元。
9.进一步地，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的介电常数小于6。
10.进一步地，所述第一介质谐振器、第二介质谐振器和天线罩一体成型。
11.进一步地，所述第一辐射单元和第二辐射单元之间的距离大于2λ，所述第一介质谐振器与所述第一辐射单元之间的距离为0.1λ～0.5λ，所述第二介质谐振器与所述第二辐射单元之间的距离为0.1λ～0.5λ，λ为波长长度。
12.进一步地，还包括天线地和射频芯片，所述天线介质层与所述天线地层叠设置，所述第一辐射单元和第二辐射单元设置于所述天线介质层远离所述天线地的一面上；所述射频芯片设置于所述天线介质层上，所述射频芯片分别通过微带线与所述第一辐射单元和第
二辐射单元连接。
13.进一步地，所述第一辐射单元、第二辐射单元和射频芯片设置于所述天线介质层的同一面上；所述射频芯片位于所述天线罩内，且位于所述第一辐射单元和第二辐射单元之间。
14.本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的毫米波射频模组。
15.本实用新型的有益效果在于：通过在天线罩上设置两个介质谐振器，并使两个介质谐振器分别位于两个辐射单元的天线近场区域内，使得两个介质谐振器可分别通过两个辐射单元的近场进行馈电，从而实现发射天线和接收天线；通过采用辐射场不同的两个介质谐振器，可降低两个介质谐振器之间的相互影响，从而提高收发天线间的隔离度，进而提高收发通道隔离度。本实用新型结构简单，且相比现有技术中通过半导体电路设计或天线设计来提升隔离度的方案，具有成本低的优点。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例一的毫米波射频模组的结构示意图(隐藏天线罩)；
17.图2为本实用新型实施例一的毫米波射频模组的侧面示意图；
18.图3为本实用新型实施例一的天线罩的内部结构示意图；
19.图4为本实用新型实施例一的毫米波射频模组的俯视示意图；
20.图5为本实用新型实施例一与现有方案的收发天线隔离度的示意图；
21.图6为加载金属柱的模组结构示意图；
22.图7为加载ebg的模组结构示意图。
23.标号说明：
24.1、天线介质层；2、天线地；3、第一辐射单元；4、第二辐射单元；5、射频芯片；6、微带线；7、天线罩；8、第一介质谐振器；9、第二介质谐振器；10、金属柱；11、电磁场带隙。
具体实施方式
25.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。
26.请参阅图2，一种毫米波射频模组，包括天线介质层、第一辐射单元、第二辐射单元和天线罩，所述第一辐射单元和第二辐射单元设置于所述天线介质层上，所述天线罩罩设于所述第一辐射单元和第二辐射单元上，所述天线罩的内侧设有第一介质谐振器和第二介质谐振器，所述第一介质谐振器位于所述第一辐射单元的天线近场区域内，所述第二介质谐振器位于所述第二辐射单元的天线近场区域内，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的辐射场不同。
27.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可提高收发天线间的隔离度，进而提高收发通道隔离度，且成本低。
28.进一步地，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的辐射场垂直。
29.由上述描述可知，辐射场垂直可最大程度地降低两个介质谐振器天线之间的相互影响，从而最大程度地提升收发隔离度。
30.进一步地，所述第一介质谐振器的形状为长方体，所述第二介质谐振器的形状为
圆柱体；或所述第一介质谐振器的形状为圆柱体，所述第二介质谐振器的形状为长方体。
31.由上述描述可知，通过将两个介质谐振器的形状分别设计为长方体和半球体，使两个介质谐振器的辐射场可相互垂直。
32.进一步地，所述第一介质谐振器在所述天线介质层上的投影覆盖所述第一辐射单元，所述第二介质谐振器在所述天线介质层上的投影覆盖所述第二辐射单元。
33.由上述描述可知，两个介质谐振器的尺寸需要分别大于两个辐射单元的尺寸。
34.进一步地，所述第一介质谐振器和第二介质谐振器的介电常数小于6。
35.进一步地，所述第一介质谐振器、第二介质谐振器和天线罩一体成型。
36.由上述描述可知，通过一体化天线罩和介质谐振器，可保证天线罩与介质谐振器之间的连接稳定性，且可简化制作流程，减少安装步骤。
37.进一步地，所述第一辐射单元和第二辐射单元之间的距离大于2λ，所述第一介质谐振器与所述第一辐射单元之间的距离为0.1λ～0.5λ，所述第二介质谐振器与所述第二辐射单元之间的距离为0.1λ～0.5λ，λ为波长长度。
38.进一步地，还包括天线地和射频芯片，所述天线介质层与所述天线地层叠设置，所述第一辐射单元和第二辐射单元设置于所述天线介质层远离所述天线地的一面上；所述射频芯片设置于所述天线介质层上，所述射频芯片分别通过微带线与所述第一辐射单元和第二辐射单元连接。
39.进一步地，所述第一辐射单元、第二辐射单元和射频芯片设置于所述天线介质层的同一面上；所述射频芯片位于所述天线罩内，且位于所述第一辐射单元和第二辐射单元之间。
40.由上述描述可知，可减小模组整体尺寸。
41.本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的毫米波射频模组。
42.实施例一
43.请参照图1-7，本实用新型的实施例一为：一种毫米波射频模组，可应用于毫米波雷达、物联网毫米传感器、5g毫米波有源模组等，可实现较高的收发隔离度。
44.如图1所示，包括层叠设置的天线介质层1和天线地2，天线介质层1远离天线地2的一面上设有第一辐射单元3、第二辐射单元4和射频芯片5，射频芯片5分别通过微带线6与第一辐射单元3和第二辐射单元4连接。
45.其中，第一辐射单元3和第二辐射单元4之间的距离大于2λ，λ为该毫米波射频模组的工作频率对应的波长长度，本实施例中，模组的工作频率为27ghz。进一步地，射频芯片5位于第一辐射单元3和第二辐射单元4之间，优选地，位于正中间，可充分利用第一辐射单元3和第二辐射单元4之间的空间，从而减小模组整体尺寸。
46.如图2所示，射频芯片5通过bga焊球设置在天线介质层1上，并分别依次通过bga焊球和微带线6与第一辐射单元3和第二辐射单元4连接。
47.如图2所示，还包括天线罩7，天线罩7罩设于第一辐射单元3和第二辐射单元4上。本实施例中，天线罩7罩设在天线介质层1上，第一辐射单元3和第二辐射单元4和射频芯片5均位于天线罩7内，可起到防尘作用。
48.进一步地，天线罩7的内侧对应第一辐射单元3和第二辐射单元4的位置分别设有第一介质谐振器8和第二介质谐振器9，即天线罩7的内侧顶部(或内侧壁上)设有第一介质
谐振器8和第二介质谐振器9，第一介质谐振器8位于第一辐射单元3的天线近场区域内，第二介质谐振器9位于第二辐射单元4的天线近场区域内。本实施例中，由于两个辐射单元的辐射方向均向上(即朝向远离天线介质层的方向)，因此，第一介质谐振器8位于第一辐射单元3的上方，第二介质谐振器9位于第二辐射单元4的上方。第一介质谐振器8与第一辐射单元3之间的距离为0.1λ～0.5λ，第二介质谐振器9与第二辐射单元4之间的距离为0.1λ～0.5λ。也就是说，两个介质谐振器分别通过两个辐射单元的近场进行馈电。
49.其中，第一介质谐振器8和第二介质谐振器9的辐射场不同，即辐射能量分布面不同，也即辐射模式不同。
50.如图3所示，本实施例中，第一介质谐振器8的形状为长方体，第二介质谐振器9的形状为半球体。在另一个可选的实施例中，第一介质谐振器8的形状为半球体，第二介质谐振器9的形状为长方体。
51.假设长方体的介质谐振器天线和半球体的介质谐振器天线放置在同一坐标系中，长方体介质谐振器的底面与xoy面平行，半球体介质谐振器的底面(即圆形的面)与xoy面平行，则长方体的介质谐振器天线的辐射模式为te113模，其主要辐射能量分布在zox面上，半球体的介质谐振器天线辐射模式为te111模，其主要辐射能量分布在zoy面上。也就是说，长方体的介质谐振器天线和半球体的介质谐振器天线的能量分布面垂直，也即辐射场垂直。
52.本实施例通过将两个介质谐振器的形状分别设计为长方体和半球体，使两个介质谐振器的辐射场相互垂直，从而最大程度地降低两个介质谐振器天线之间的相互影响。
53.进一步地，第一介质谐振器8的尺寸大于第一辐射单元3的尺寸，第二介质谐振器9的尺寸大于第二辐射单元4的尺寸，即如图4所示，第一介质谐振器8在天线介质层1上的投影覆盖第一辐射单元3，第二介质谐振器9在天线介质层1上的投影覆盖第二辐射单元4。由于两个介质谐振器的尺寸要大于两个辐射单元，因此，优选地，第一介质谐振器8和第二介质谐振器9的介电常数小于6。
54.进一步地，天线罩7、第一介质谐振器8和第二介质谐振器9的材质为塑料，如abs塑料、pc(聚碳酸酯)或其他工程塑料。通过采用塑料材质的天线罩和介质谐振器，可降低成本。
55.进一步地，第一介质谐振器8、第二介质谐振器9和天线罩7一体成型。通过一体化天线罩和介质谐振器，可保证天线罩与介质谐振器之间的连接稳定性，且可简化制作流程，减少安装步骤。
56.由于天线罩7与两个介质谐振器材质相同且一体成型，因此，优选地，天线罩7的介电常数也小于6。
57.当未设置第一介质谐振器和第二介质谐振器时，第一辐射单元和第二辐射单元可分别作为发射天线和接收天线的辐射部；而设置第一介质谐振器和第二介质谐振器后，第一辐射单元和第二辐射单元则和微带线一起，分别作为发射天线和接收天线的馈电部，第一介质谐振器和第二介质谐振器分别作为发射天线和接收天线的辐射部。通过采用辐射场正交的介质谐振器天线分别作为发射天线和接收天线，可提高收发天线间的隔离度，进而提高收发通道隔离度。
58.图5为本实施例与现有方案的收发天线隔离度的示意图。其中，“原版”的方案指的是本实施例未设置两个介质谐振器时的结构。如图6所示，“加金属柱”的方案为在“原版”方
案的基础上，在两个辐射单元周围设置金属柱10，其中，金属柱10的一端内嵌于天线介质层中。如图7所示，“加ebg”的方案为在“原版”方案的基础上，在两个辐射单元周围设置电磁场带隙11(ebg，electromagnetic band gap)。
59.从图5可以看出，本实施例的毫米波射频模组的收发天线隔离度达到了-50db左右，远好于常规方案以及加载金属柱或ebg的方案。
60.综上所述，本实用新型提供的一种毫米波射频模组及电子设备，通过在天线罩上设置两个介质谐振器，并使两个介质谐振器分别位于两个辐射单元的天线近场区域内，使得两个介质谐振器可分别通过两个辐射单元的近场进行馈电，从而实现发射天线和接收天线；通过采用辐射场不同的两个介质谐振器，可降低两个介质谐振器之间的相互影响，从而提高收发天线间的隔离度，进而提高收发通道隔离度；通过将两个介质谐振器的形状分别设计为长方体和半球体，使两个介质谐振器的辐射场可相互垂直，可最大程度地降低两个介质谐振器天线之间的相互影响，从而最大程度地提升收发隔离度；通过采用塑料材质的天线罩和介质谐振器，可降低成本；通过一体化天线罩和介质谐振器，可保证天线罩与介质谐振器之间的连接稳定性，且可简化制作流程，减少安装步骤。本实用新型结构简单，无需对电路进行设计即可射频模组的收发通道隔离度，且成本低。
61.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。