[發(fā)明專利]一種5G移動終端天線系統(tǒng)及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010042893.1
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111129716B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李慧;吳渺;周長飛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01Q1/24
• 分類號: H01Q1/24;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/20;H01Q13/10;H01Q13/20;H01Q21/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

本發(fā)明提供一種工作于毫米波和Sub?6G頻段的5G移動終端天線系統(tǒng)及其應(yīng)用，屬于無線通信和天線技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的天線系統(tǒng)包括矩形金屬波導(dǎo)腔、矩形輻射縫隙、階梯形輻射縫隙和金屬柱；并使毫米波天線與低頻段天線共存，集成于手機的基板和邊框中，在無需相控陣的情況下實現(xiàn)高增益、大覆蓋的共贏。本發(fā)明所述的基片集成波導(dǎo)漏波天線可與Sub?6G天線共同工作，毫米波天線與低頻天線同時集成于手機邊框，節(jié)省空間。本發(fā)明通過12個輻射方向不同的漏波天線實現(xiàn)移動終端的高覆蓋，避免了傳統(tǒng)上使用成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的相控陣天線，無需波束掃描，極大地降低了軟、硬件復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信和天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種工作于毫米波和Sub-6G頻段的5G移動終端天線系統(tǒng)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著移動通信用戶和終端數(shù)量的爆炸性增長以及社會生產(chǎn)生活對數(shù)據(jù)傳輸速率和通信質(zhì)量要求的不斷提升，如何有效地擴大通信系統(tǒng)容量、保證通信質(zhì)量、提高頻率利用率等問題，正成為第五代移動通信技術(shù)(5G)研究中的熱點。其中，毫米波通信正成為5G的熱門技術(shù)之一，而天線技術(shù)是毫米波通信的關(guān)鍵一環(huán)。天線作為無線通信中的關(guān)鍵元件，其設(shè)計應(yīng)滿足新的要求：首先，為了克服毫米波波段的高路徑損耗，需要天線有較高的增益，這意味著需要更多的天線單元和更大的尺寸。其次，由于輸入信號的來波方向是隨機的，這要求天線在空間上的覆蓋能力強，這與高增益之間存在一定的沖突。此外，毫米波通信由于受到距離限制，不能代替Sub-6GHz的通信頻段，因而，毫米波天線應(yīng)該與低頻段的天線共存。

為了同時獲得高增益和大覆蓋面積，通常采用相控陣，通過不同的相移實現(xiàn)波束控制，但是相控陣昂貴且實現(xiàn)復(fù)雜，本發(fā)明利用漏波天線高增益和波束可控的特點，設(shè)計了一組基于漏波天線的毫米波天線終端，天線本身也可在低頻工作。該天線無需相控陣，實現(xiàn)容易，集成度高。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述5G天線應(yīng)滿足的需求，為提高和保證信息傳輸速率和通信系統(tǒng)容量，本發(fā)明提出一種基于漏波天線的毫米波天線系統(tǒng)，并使毫米波天線與低頻段天線共存，集成于手機的基板和邊框中，在無需相控陣的情況下實現(xiàn)高增益、大覆蓋的共贏。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種工作于毫米波和Sub-6G頻段的5G移動終端天線系統(tǒng)，所述的天線系統(tǒng)包括矩形金屬波導(dǎo)腔、矩形輻射縫隙1、階梯形輻射縫隙2和金屬柱4。

所述的矩形金屬波導(dǎo)腔包括金屬化通孔3、上層金屬5、介質(zhì)基板6和下層金屬7。所述的下層金屬7、介質(zhì)基板6和上層金屬5依次疊加鋪設(shè)，組成所述天線系統(tǒng)的基本框架。所述的金屬化通孔3貫穿下層金屬7、介質(zhì)基板6和上層金屬5；金屬化通孔3等間距均勻設(shè)置在天線系統(tǒng)的四周及中部，并將天線系統(tǒng)平分為上、下兩個區(qū)域。饋源A、饋源B和金屬柱4均貫通下層金屬7、介質(zhì)基板6和上層金屬5；饋源A和饋源B分別設(shè)置在天線系統(tǒng)的一對對角上，兩個金屬柱4分別設(shè)置在天線系統(tǒng)的另一對對角上；所述饋源A和饋源B與其兩側(cè)的金屬化通孔3間的水平距離相同。位于天線系統(tǒng)上、下部區(qū)域的金屬柱4 與其相鄰的階梯形輻射縫隙2及矩形輻射縫隙1間的水平距離相同。多個階梯形輻射縫隙2和矩形輻射縫隙1分別水平等間距均勻刻蝕在上層金屬5的上、下部，從而形成階梯形-矩形漏波天線系統(tǒng)，減少了天線系統(tǒng)的體積，同時具有不同的波束指向，覆蓋不同的空間范圍。

進一步地，所述天線系統(tǒng)的上、下兩個區(qū)域之間的隔離度大于20dB。

進一步地，所述的階梯形輻射縫隙2包括三個依次豎直疊加的矩形。

進一步地，將矩形輻射縫隙1替換為階梯形輻射縫隙2，天線系統(tǒng)上、下部區(qū)域的階梯形輻射縫隙2互為對稱結(jié)構(gòu)，形成雙階梯形漏波天線系統(tǒng)，使波束指向更加多樣化。

進一步地，所述的介質(zhì)基板6采用介電常數(shù)為3.5、損耗正切角為0.0011的Taconic RF-35TC材質(zhì)制成。