[发明专利]一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线

说明书

本发明公开了一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线，属于无线通信和天线技术领域。所述的基片集成圆柱形介质谐振器天线包括均为矩形且依次贴合的上层金属、上介质基板、中间层金属和下介质基板，上介质基板上设置金属柱和空气柱，中间层金属上开有矩形开口a和矩形开口b，下介质基板下表面覆有微带馈线a和微带馈线b；射频信号分别由微带馈线a和微带馈线b起始端输入，通过矩形开口a和矩形开口b耦合到圆柱形介质谐振器中，最后通过介质谐振辐射到自由空间中。本发明克服了现有毫米波天线极化单一的问题，天线的阻抗带宽大，对于于手机玻璃、外壳等外围设备的敏感度低，同时本发明易于加工，与手机终端的集成度高。

技术领域

本发明属于无线通信和天线技术领域，尤其涉及一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线。

背景技术

新一代移动通信技术(5G)的迅猛发展，给无线通信设备提出了越来越严格的要求，天线作为其关键部分之一，其性能的优劣直接决定了通信质量和用户体验。为了提高信息传输速率，天线的工作频段上升至毫米波频段，且往往要求天线有较宽的带宽和较高的增益。随着频率的升高，金属损耗对于天线效率的影响更加显著，影响天线的增益。同时，手机终端提供给毫米波天线的空间是极其有限的，天线的小型化和紧凑型十分重要。此外，由于终端的接收信号方向和极化方式的任意性，要求天线在较大的辐射范围内都有较高增益，且具备双极化的功能。与基站天线不同，手机天线集成到手机终端后会受到玻璃后盖等影响，因此天线性能的稳定性对于通信系统也至关重要。

现有的可应用于5G手机终端的天线面临着频带窄、极化单一、辐射效率低、对环境敏感度高等缺陷。因此如何设计出尺寸小、性能高的毫米波手机天线是5G移动通信的关键问题。

发明内容

本发明针对毫米波手机天线的设计难点，提出了一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线，实现了终端天线的大带宽、双极化、高增益、高覆盖以及低环境敏感度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线，所述的基片集成圆柱形介质谐振器天线包括均为矩形且依次贴合的上层金属1、上介质基板3、中间层金属6和下介质基板9。所述的上介质基板3上设置金属柱4和空气柱5；所述的空气柱5为圆柱形镂空体，以圆周阵列的形式分布在上介质基板3上；所述的金属柱4为圆柱形金属体，以圆周阵列的形式分布在上介质基板3上，且金属柱4与空气柱5的圆周阵列同心，金属柱4位于空气柱5外侧；所述的空气柱5相当于理想磁壁，满足双极化毫米波介质谐振器天线辐射所需要的边界条件；所述的金属柱4限制电磁波的泄漏，减小损耗。

所述的上层金属1上开有圆形开口2，圆形开口2的边缘位于金属柱4和空气柱5之间，圆形开口2是为了使双极化毫米波介质谐振器天线向自由空间中辐射电磁波。

所述的中间层金属6上开有矩形开口a7和矩形开口b8，用于为双极化毫米波介质谐振器天线提供耦合馈电；矩形开口a7和矩形开口b8相互垂直但不相交，以获得两种不同的极化。

所述的下介质基板9下表面覆有微带馈线a10和微带馈线b11。

微带馈线a10的起始端位于下介质基板9的侧边，末端与矩形开口a7垂直交叉；微带馈线b11起始端位于下介质基板9的侧边，末端与矩形开口b8垂直交叉。

由于双极化毫米波介质谐振器天线工作于28GHz的毫米波频段，相较于微波，毫米波在空气中的路径损耗较大。为了补偿路径损耗，必须提高双极化毫米波介质谐振器天线的增益。因此，将双极化毫米波介质谐振器天线作为天线单元，形成1×4相控阵天线，如图5所示，并将其集成于手机边框。该相控阵天线在工作频带内具有较高且稳定的增益，交叉极化比高。

所述的上介质基板3的材料采用介电常数为10.8、损耗正切角为0.0027的RogersRO3210材料。