[发明专利]一种用于5G移动通信的天线单元以及阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种用于5G移动通信的天线单元以及阵列天线。

背景技术

移动通信技术经过前面4代的发展，即将迎来以实现高速传输和万物互联为目的的第五代(也即5G)。现在的低频频谱资源已非常拥挤，很难满足未来5G通信的需求，因此，5G技术将在毫米波频段进行，因为毫米波的带宽较宽。但毫米波由于波长短，几近于直线传播，在空气中会产生大的衰减，这使得其传播距离短。所以在进行5G基站布置时，需要在各方向有更多的发射基站以防单个基站发出的电磁波被物体阻挡而影响通信。

在移动终端，为了补偿毫米波频段天线的损耗，就需要对多个天线单元进行组阵以增加天线的增益。此外，移动终端设备的阵列天线还要有波束赋形的能力，以使其可与固定位置的基站进行点对点通信，其波束可在某一方向的一定角度内进行任意切换或扫描。按计划，2020年将可能是5G的商用元年，2016年7月美国联邦通信委员会就定义了5G的毫米波频段：28GHz(27.5-28.35GHz)、37GHz(37-38.6GHz)和39GHz(38.6-40GHz)。过去，5G天线阵列的设计多集中在带宽较窄的28GHz的频段上，而无法满足最新定义的5G毫米波频段的要求，但是若要增加宽带和增益，就必然会增大天线的尺寸以及天线占PCB板的面积，这显然不符合手持设备、穿戴设备等移动终端的小型化要求。因此，有必要提供一种可覆盖37GHz和39GHz两个频段，且尺寸较小的天线，可以为移动终端设备(手机，穿戴式设备和PAD等)提供未来5G通信的毫米波天线单元以及阵列天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于5G移动通信的天线单元以及阵列天线，可解决现有技术中尺寸大、带宽小、增益小等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一为：

一种用于5G移动通信的天线单元，包括由下而上依次层叠设置的接地板、PCB板介质和陶瓷介质，还包括天线第一部分和天线第二部分，天线第一部分和天线第二部分均设置于所述陶瓷介质上；

所述天线第一部分的末端设置于所述PCB板介质上；所述PCB板介质上与所述天线第二部分相对应的位置设置有第一过孔，所述天线第二部分的末端通过所述第一过孔连接于所述接地板；所述天线第二部分的顶端与所述天线第一部分的顶端间隔的设置于所述陶瓷介质上并相互耦合。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案二为：

一种阵列天线，包括基板和n个技术方案一所述的用于5G移动通信的天线单元，所述基板包括层叠设置的PCB层和接地层；所述n个用于5G移动通信的天线单元在所述基板上呈nx1的阵列排布；n个用于5G移动通信的天线单元的PCB板介质均为所述PCB层的一部分，n个用于5G移动通信的天线单元的接地板均为所述接地层的一部分。

本发明的有益效果在于：在天线单元中，天线第一部分的顶端与天线第二部分的顶端形成耦合馈电形式，天线第一部分、天线第二部分以及接地板可共同形成一个耦合式环形天线，该天线单元能够较大的扩展带宽和增益，同时覆盖37GHz和39GHz两个频段，更好地满足5G通信的毫米波频段的要求；同时，该天线单元尺寸较小，天线阵列可以独立设置于一块PCB板上，也可以直接做在终端设备的PCB板上，具有更大的安装灵活性，且天线单元占用PCB板的面积小，无需设置净空区，对终端设备的PCB板的影响较小；在工作频率37-40GHz范围内，该阵列天线都能保证在0到60度扫描角内很好地工作。

附图说明

图1为本发明实施例一的天线单元的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一的天线单元的透视图；

图3为本发明实施例一的天线单元的剖视图；

图4为本发明实施例一的天线单元的回波损耗图；

图5为本发明实施例一的天线单元的方向图；

图6为本发明实施例一的天线单元的参数扫描图a；

图7为本发明实施例一的天线单元的参数扫描图b；

图8为本发明与现有技术的回波损耗对比图；

图9为本发明实施例二的天线单元的整体结构示意图；

图10为本发明实施例三的阵列天线的结构示意图；

图11为阵列天线的S参数图；

图12为阵列天线在37GHz时的扫描图；

图13为阵列天线在38.6GHz时的扫描图；

图14为阵列天线在40GHz时的扫描图。

标号说明：