[发明专利]一种毫米波相控阵天线及移动终端

说明书

本文公开一种毫米波相控阵天线及移动终端，本发明实施例毫米波相控阵天线，包括：设置于介质板上的预设数值个天线单元，各天线单元包括：辐射贴片、第一短路金属通孔和第二短路金属通孔；辐射贴片在介质板长边方向上的第一侧通过第一短路金属通孔短路，第二侧通过第二短路金属通孔短路。本发明实施例通过第一短路金属通孔和第二侧通过第二短路金属通孔对辐射贴片短路进行展宽工作频带的处理，实现了适用于移动终端的毫米波相控阵天线的设计。

技术领域

本文涉及但不限于移动通信技术，尤指一种毫米波相控阵天线及移动终端。

背景技术

随着移动通信技术的发展，为了实现更高的数据传输效率和更稳定的数据传输服务，在经历第二代(2G，the second generation)、第三代(3G)和第四代(4G)移动通信系统后，移动通信正朝着第五代(5G)移动通信系统迈进。不同移动通信系统所使用的工作频带有所不同，2G移动通信系统主要使用全球移动通信系统(GSM850：824-894兆赫兹(MHz)，GSM900：880-960MHz)、数字蜂窝系统(DCS：1710-1880MHz)和个人通信系统(PCS：1850-1990MHz)频段，3G移动通信系统主要使用通用移动通信系统(UMTS：1920-2170MHz)频段，而4G移动通信系统使用LTE系统(LTE700：704-787MHz，LTE2300：2300-2400MHz，LTE2500：2500-2690MHz)频段。对于5G移动通信系统，Sub-6GHz频段的N77(3300MHz-4200MHz)、N78(3300MHz-3800MHz)、N79(4400MHz-5000MHz)频段以及毫米波的N257(24.25-27.5GHz)、N258(26.5-29.5GHz)、N260(37-40GHz)频段将会优先进行部署。在未来相当长的时间内上述通信系统将会同时为用户提供服务，移动频段的增加对移动终端天线的设计提出了更高的要求。

毫米波频段频谱资源丰富，因此毫米波频段的移动终端天线可以利用宽带天线技术，通过提高工作带宽来提升系统容量。在毫米波频段电磁波的空间损耗很大，因此移动终端上的毫米波天线一般利用相控阵来提升天线增益，以此弥补由于空间损耗带来的能量损失。毫米波基站部署覆盖区域等原因，毫米波相控阵需要有更宽的波束覆盖区域来确保天线工作性能，相关领域开展了对具有大角度扫描范围的移动终端毫米波天线阵列的研究；目前已经有相关研究得到开展，例如文献[“适用于不同5G应用的改善辐射特性的宽带毫米波微带阵列天线(Broadband mm-Wave Microstrip Array Antenna With ImprovedRadiation Characteristics for Different 5G Applications)”，莫森卡利MohsenKhalily等，《电气与电子工程师协会(IEEE)天线和传播学报(Transactions on Antennasand Propagation)》，第66卷，2018年9月]采用差分馈电的多层微带天线单元形式，实现了毫米波阵列的高增益以及宽带工作特征，工作频段可以覆盖24.35-31.13GHz；但是该天线波束扫描范围仅为108°，扫描范围较小，且双层介质结构极大的增加了天线的制作成本。文献[“5G毫米波移动通信中可重构相控阵天线互耦效应特征研究(Characterizations ofmutual coupling effects on switch-based phased array antennas for 5Gmillimeter-wave mobile communications)”，陈晓明(Xiaoming Chen)等，《IEEE接入学报(Access)》，第7卷，2019年3月]通过分析天线单元之间的耦合对阵列天线的扫描范围和增益的影响，提出了旋转微带天线单元贴片和在地板开槽的方法降低单元互耦，进而提高毫米波阵列波束扫描范围的方法，但是该天线并不具有宽带工作特性。文献[“5G宽带印刷偶极子天线及其阵列(Broadband Printed-dipole antenna and its arrays for 5Gapplications)”，伊卡摩帕克(Ikmo Park)]等，《IEEE天线与无线传播通信(IEEE Antennasand Wireless Propagation Letters)》，第16卷，2017年]通过在偶极子相控阵单元间加载接地枝节，降低单元间的互耦，进而将阵列的扫描范围从±50°提升至±70°；但该方法只能在接地枝节发挥解耦作用的频段增加阵列的波束扫描范围，而在其它频段无作用，因此只能在窄带范围内提高阵列的波束扫描范围，且偶极子阵列单元需要占用边缘净空空间，这与目前移动终端屏占比越来越大，净空空间越来越小的发展趋势相矛盾。在文献[“用于5G移动终端的紧凑型宽带四模平面相控阵(Compact quad-mode planar phased array withwideband for 5G mobile terminals)”，伊戈尔(Igor)徐丽雅(Syrytsin)等，《IEEETransactions on Antennas and Propagation)》，第9卷，2018年9月]中，一种具有宽带宽波束方向图的偶极子单元被提出，由该偶极子单元组成的阵列天线工作频段可以覆盖25-33GHz，且波束扫描范围可以达到±70°。但是该结构同样需要占用边缘净空空间。