一种双频介质谐振天线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，特别是涉及一种双频介质谐振天线及电子设备。


背景技术：

2.随着毫米波应用到5g通信等场景中，毫米波天线的需求越来越多。然而，传统的微带天线受限于其单模式谐振工作机制，导致其天线带宽较窄。并且微带天线的增益在5g毫米波频段下小于7dbi(功率增益)。
3.目前，针对微带天线增益和带宽的问题，技术人员提出了多种解决方案。例如使用空气基板、电容馈电结构、在贴片上蚀刻槽或载短路引脚。又如通过使用堆叠或共面微带天线，同时实现宽带带宽和增益提升。特别是对于超表面微带天线，上述方案能够使微带天线带宽高达60％。但上述技术方案在提升带宽的同时还带来交叉极化下降等一些列问题。而交叉极化下降会导致方向图的畸变，这对于基站以及雷达等应用场景是不可接受的。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种双频介质谐振天线及电子设备，解决微带天线交叉极化恶化的问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种双频介质谐振天线，包括辐射阵列、介质基板和馈电探针；
7.所述辐射阵列设置于所述介质基板的一侧；
8.所述辐射阵列包括多个辐射单元；
9.所述馈电探针贯穿所述介质基板并与所述辐射阵列的中心辐射单元连接；
10.所述辐射阵列中心的所述辐射单元上设置有缝隙。
11.进一步地，所述辐射阵列包括九组辐射单元；
12.九组所述辐射单元呈3
×
3阵列排布。
13.进一步地，不同位置的所述辐射单元具有不同的尺寸。
14.进一步地，所述辐射单元为矩形；所述辐射阵列包括一组第一辐射单元、四组第二辐射单元和四组第三辐射单元；
15.所述第一辐射单元设置于所述介质基板的中心位置；
16.四组所述第二辐射单元分别设置于所述第一辐射单元的四个侧边；
17.四组所述第三辐射单元分别设置于所述第一辐射单元的四个顶角位置。
18.进一步地，所述第一辐射单元的尺寸大于所述第二辐射单元的尺寸；
19.所述第二辐射单元的尺寸大于所述第三辐射单元的尺寸。
20.进一步地，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元相邻边之间的距离大于所述第一辐射单元与所述第三辐射单元相邻边之间的距离。
21.进一步地，所述馈电探针靠近所述第一辐射单元的一侧边设置；
22.所述缝隙由靠近所述馈电探针的所述第一辐射单元的一侧边向与所述一侧边相对的另一侧边垂直延伸，且不与所述另一侧边接触。
23.进一步地，包括两条所述缝隙；
24.两条所述缝隙分别设置于所述馈电探针的两侧。
25.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：
26.一种电子设备，包括上述的一种双频介质谐振天线。
27.本实用新型的有益效果在于：通过将辐射阵列设置在介质基板上，并通过馈电探针的形式与辐射阵列中的中心辐射单元连接，并在中心辐射单元设置有缝隙，从而通过设置缝隙的方式使得中心辐射单元上产生的混乱的表面电流被修正，即修正后中心辐射单元上产生的表面电流与未增加馈电探针结构前中心辐射单元上产生的表面电流相同，进而避免了微带天线出现交叉极化恶化的情况。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线的结构示意图；
29.图2为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线的俯视图；
30.图3为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线的交叉极化仿真图；
31.图4为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线的天线谐振模式仿真图；
32.图5为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线未加馈电情况下的表面电流示意图；
33.图6为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线增加馈电情况下的表面电流示意图；
34.图7为本实用新型实施例中的一种双频介质谐振天线设置缝隙情况下的表面电流示意图；
35.标号说明：
36.1、辐射阵列；11、第一辐射单元；12、第二辐射单元；13、第三辐射单元；2、介质基板；3、馈电探针；4、缝隙。
具体实施方式
37.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。
38.请参照图1，一种双频介质谐振天线，包括辐射阵列、介质基板和馈电探针；
39.所述辐射阵列设置于所述介质基板的一侧；
40.所述辐射阵列包括多个辐射单元；
41.所述馈电探针贯穿所述介质基板并与所述辐射阵列的中心辐射单元连接；
42.所述辐射阵列中心的所述辐射单元上设置有缝隙。
43.由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将辐射阵列设置在介质基板上，并通过馈电探针的形式与辐射阵列中的中心辐射单元连接，并在中心辐射单元设置有缝隙，从而通过设置缝隙的方式使得中心辐射单元上产生的混乱的表面电流被修正，即修正后中心辐射单元上产生的表面电流与未增加馈电探针结构前中心辐射单元上产生的表
面电流相同，进而避免了微带天线出现交叉极化恶化的情况。
44.进一步地，所述辐射阵列包括九组辐射单元；
45.九组所述辐射单元呈3
×
3阵列排布。
46.由上述描述可知，通过模式分析法将一组微带天线通过3
×
3的缝隙分割出3
×
3的辐射单元阵列，能够为原本一组的微带天线带来额外的辐射模式，产生更好天线辐性能。
47.进一步地，不同位置的所述辐射单元具有不同的尺寸。
48.由上述描述可知，通过将不同位置的辐射单元设计为具有不同的尺寸，从而通过对不同位置的辐射单元的尺寸进行优化，实现对天线的辐射性能的调整能够使天线达到最佳的效果。
49.进一步地，所述辐射单元为矩形；所述辐射阵列包括一组第一辐射单元、四组第二辐射单元和四组第三辐射单元；
50.所述第一辐射单元设置于所述介质基板的中心位置；
51.四组所述第二辐射单元分别设置于所述第一辐射单元的四个侧边；
52.四组所述第三辐射单元分别设置于所述第一辐射单元的四个顶角位置。
53.由上述描述可知，通过将辐射单元设置为矩形，并且将不同的辐射单元设置在介质基板上的不同位置，从而通过第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元之间的位置关系，使得天线的辐射性能达到最佳。
54.进一步地，所述第一辐射单元的尺寸大于所述第二辐射单元的尺寸；
55.所述第二辐射单元的尺寸大于所述第三辐射单元的尺寸。
56.由上述描述可知，通过将尺寸最大第一辐射单元设置在介质基板的中心位置，将尺寸次大的第二辐射单元设置第一辐射单元的四个侧边，而将尺寸最小的第三辐射单元设置在第一辐射单元的四个顶角，通过优化辐射单元之间的位置关系，使得天线性能达到最优。
57.进一步地，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元相邻边之间的距离大于所述第一辐射单元与所述第三辐射单元相邻边之间的距离。
58.由上述描述可知，通过优化第一辐射单元与第二辐射单元之间的位置关系，以及第一辐射单元与第三辐射单元之间的位置关系，从而使得辐射阵列达到最佳的辐射效果。
59.进一步地，所述馈电探针靠近所述第一辐射单元的一侧边设置；
60.所述缝隙由靠近所述馈电探针的所述第一辐射单元的一侧边向与所述一侧边相对的另一侧边垂直延伸，且不与所述另一侧边接触。
61.由上述描述可知，通过将馈电探针靠近第一辐射单元的一侧边设置，实现微带天线的交叉极化。
62.进一步地，包括两条所述缝隙；
63.两条所述缝隙分别设置于所述馈电探针的两侧。
64.由上述描述可知，通过分别在馈电探针的两侧设置两条缝隙，使得中心辐射单元上产生的混乱的表面电流被修正，从而避免了微带天线出现交叉极化恶化的情况。
65.本实施例提供一种电子设备，包括上述的一种双频介质谐振天线。
66.本实施例上述一种双频介质谐振天线可以适用于移动终端设备或基站等通信设备，以下通过具体实施方式进行说明：
67.实施例一
68.请参照图1，一种双频介质谐振天线，包括辐射阵列1、介质基板2和馈电探针3；所述辐射阵列1设置于所述介质基板2的一侧；所述辐射阵列1包括多个辐射单元；所述馈电探针3贯穿所述介质基板2并与所述辐射阵列1的中心辐射单元连接；所述辐射阵列1中心的所述辐射单元上设置有缝隙4；其中，在一可选的实施方式中所述介质基板2包括罗杰斯板材如rogers4350，厚度为0.254mm；
69.在一可选的实施方式中，所述辐射阵列1包括九组辐射单元；九组所述辐射单元呈3
×
3阵列排布；不同位置的所述辐射单元具有不同的尺寸；具体的：所述辐射单元为矩形；所述辐射阵列1包括一组第一辐射单元11、四组第二辐射单元12和四组第三辐射单元13；所述第一辐射单元11设置于所述介质基板2的中心位置；四组所述第二辐射单元12分别设置于所述第一辐射单元11的四个侧边；四组所述第三辐射单元13分别设置于所述第一辐射单元11的四个顶角位置；如通过2x2的缝隙4将一整个微带天线分割出3x3的阵列，分割过程通过模式分析法分析缝隙4给原本的天线带来额外的辐射模式，从而能够产生更好天线辐性能；
70.请参照图2，在一可选的实施方式中，所述辐射单元为正方形，并且所述第一辐射单元11、第二辐射单元12以及第三辐射单元13具有不同的尺寸；其中，设所述第一辐射单元11的长度为l1、所述第二辐射单元12的长度为l2、所述第三辐射单元13的长度为l4；所述第一辐射单元11与所述第二辐射单元12相邻边之间的距离为g12，所述第一辐射单元11与所述第三辐射单元13相邻边之间的距离为g14；所述第一辐射单元11的尺寸大于所述第二辐射单元12的尺寸；所述第二辐射单元12的尺寸大于所述第三辐射单元13的尺寸；所述第一辐射单元11与所述第二辐射单元12相邻边之间的距离大于所述第一辐射单元11与所述第三辐射单元13相邻边之间的距离；所述馈电探针3靠近所述第一辐射单元11的一侧边设置；在一具体的实例中取l1＝2.87mm，l2＝2.6mm，l4＝2.5mm，g12＝0.22mm，g14＝0.45mm；所述馈电探针3距离天线中心的距离为1.23mm；
71.通过模式分析法确定所述缝隙4在所述辐射阵列1上的位置，具体的：
72.对上述天线结构进行交叉极化仿真，得到天线交叉极化的仿真曲线图，如图3所示，未修正前的曲线在28ghz-29ghz附近存在交叉极化最差的谐振点；而后，根据模式分析法在不加馈电(即未设置馈电探针3结构)时，获取天线4个谐振模式的仿真图像，如图4所示，其中四条曲线的最大值为模式系数，系数为1代表可以辐射的模式，最大值所对应的横坐标代表了模式频率；根据图4发现模式2对应模式频率为28.6ghz，与交叉极化最差的谐振点对应；
73.分别观察在未加馈电以及加馈电的情况下天线在分析模式2下的表面电流，如图5(未馈电)和图6(加馈电)所示，对比图5和图6发现馈电引起了表面电流混乱，使得馈电前后天线的表面电流不符合；
74.请参照图7，通过设置两条所述缝隙4，并将两条所述缝隙4分别设置于所述馈电探针3的两侧，且所述缝隙4由靠近所述馈电探针3的所述第一辐射单元11的一侧边向与所述一侧边相对的另一侧边垂直延伸，且不与所述另一侧边接触；使得开设所述缝隙4后天线的表面电流与加馈电时的电流相符从而修正了天线的交叉极化；修正后的曲线覆盖26.1-30.7ghz频段，满足5g毫米波的n257频段。
75.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。