[发明专利]一种毫米波天线阵及射频前端器件集成的电子设备

说明书

本发明公开了一种毫米波天线阵及射频前端器件集成的电子设备，包括毫米波天线阵、射频前端和接口引脚,所述毫米波天线阵由有源相控子阵和无源相控子阵共同组合而成，所述有源相控子阵为分别配置功放组件，所述无源相控子阵为共用收发放组件；所述毫米波天线阵由数个天线辐射振子构成，每个天线辐射振子为一个蝴蝶结状偶极子天线，蝴蝶结状偶极子天线阵元由设置于不同层的多个部件构成，其包括位于芯片顶层的第一辐射臂、第一传输线、第一阻抗转换线和第二阻抗转换线及位于芯片顶层投影区的第二辐射臂、第二传输线和金属主地。本发明实现多波束合成与波束电扫描，天线增益高、传输距离更远，减小噪声系数，提高系统灵敏度，节约成本和空间。

技术领域

本发明涉及5G移动通讯领域，具体涉及一种毫米波天线阵及射频前端器件集成的电子设备。

背景技术

目前，随着3GPP R15标准的冻结和发布，标志着5G发展进入产业化阶段，预定5G(第五代移动通信)将在2020年左右实现商用，因此毫米波（millimeter wave）在移动通信设备上的应用也越来越受到重视。毫米波是指频率为30～300GHz的电磁波，其波长为毫米级别，例如美国联邦通信委员会（FCC）便于2015年10月21日发布了拟议规范公告（NPRM），规定频段为28GHz、37GHz、39GHz与64～71GHz（其中频率为60GHz左右为免许可频段），其可用带宽远大于目前所用的sub 6GHz微波频段。根据香农（Shannon）定理，信道容量Rmax与信道带宽W，信噪比S/N关系为： Rmax=W*log2(1+S/N)。因此意味着毫米波频段相对于Sub 6GHz有更大的带宽，更大的信道容量，可以更好地满足5G通讯对大数据流量的需求。

由于毫米波由于波长短，在空间中的衰减更快，绕射能力极弱，因此通常用于视距（LOS，line-of-sight）通信。采用常规的单个天线形式，或者MIMO技术增加天线数量，无法解决此问题。相控阵天线阵列形式由于波束成形使得主瓣增益高、波束窄，可以增加传输距离。同时可以通过改变天线阵元的幅度和相位，在不需要转动天线的情况下，实现波束电扫描，因此可以有效地将天线阵列波束集中成一个高增益、窄波束的主波瓣，并始终对准基站信号来波方向。

常规的相控阵天线分为无源相控阵与有源相控阵，其中无源相控阵所有天线阵元独立进行移向与调幅，但是共用一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大。无源相控阵所需的收发组件少、成本低、技术实现难度小。但是由于合成波束对接收信号幅度的要求，接收信号在放大前就需要进行移向和衰减，因此导致系统信噪比恶化，同时一旦收发组件损坏，则系统无法使用。有源相控阵天线的每一个天线阵元通道上均有一个高功率放大器、低噪声放大器或 T/R 组件。与无源相控阵天线相比，有源相控阵天线由于天线阵元后面直接连接功率源，故雷达的性能不受馈源和移相器损耗的影响：T/R 组件中的 LNA 由接收机的噪声系数所决定。每个阵元通道上均有一个 T/R 组 件，重复性、可靠性、一致性好，即使有少量的 T/R 组件损坏，也不会明显影响性能指标。但是由于每个天线阵元均需要一个T/R组 件，会导致成本急剧上升，而系统尺寸也会相应增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种毫米波天线阵及射频前端器件集成的电子设备，通过毫米波有源相控子阵与无源相控子阵相结合，兼具了有源相控阵与无源相控阵的优点，可实现多波束合成与波束电扫描，天线增益高、传输距离更远。有源相控子阵各天线阵元独立配备T/R组件，减小噪声系数，提高系统灵敏度。无源相控子阵相共用T/R组件，节约成本，节省空间。减小了系统复杂度。