CN115693142A - 双频双极化阵列天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双频双极化阵列天线，包括第一基板、N*M个双频双极化天线及第二基板。双频双极化天线包括第一极化天线及第二极化天线，第一极化天线包括第一辐射部与第二辐射部，第二极化天线包括第三辐射部及第四辐射部，第一、三辐射部设于第一基板的第一表面，第二、四辐射部设于第一基板第二表面。第二基板位于第一基板的第二表面的一侧，且靠近第一基板的一侧为铺铜面。第一极化天线与第二极化天线在第一基板的布置方向相互正交，水平方向相邻的两个双频双极化天线的距离等于双频双极化天线的工作频段的波长，且小于垂直方向相邻的两个双频双极化天线的距离。本申请还提供一种电子设备。本申请的双频双极化阵列天线隔离度佳，可扩充性强。

Description

双频双极化阵列天线及电子设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及双频双极化阵列天线及包括双频双极化阵列天线的电子设备。

背景技术

在通信、广播、雷达及导航等通讯工程中，都通过天线来实现无线电波的传递。天线作为无线通信的重要设备，随着科技发展也不断得到技术革新。

目前，5G通信发展加速，相关运用也运用广泛。目前市面上的毫米波天线形成方式，大多数为贴片天线(Patch antenna)，虽然贴片天线结构简单，但因贴片天线自身特性关系，天线的阻抗带宽相对较窄，不易于通过单个天线形成双极化天线，更不易任意扩充天线数组，形成多阵列天线。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种双频双极化阵列天线及电子设备，天线之间的隔离度佳，可扩充性强。

本申请提供一种双频双极化阵列天线，包括：第一基板、N*M个双频双极化天线及第二基板。N、M均为正整数，所述双频双极化天线包括：第一极化天线，包括第一辐射部与第二辐射部，所述第一辐射部设于所述第一基板的第一表面，所述第二辐射部设于所述第一基板的第二表面；第二极化天线，包括第三辐射部及第四辐射部，所述第三辐射部设于所述第一基板的第一表面，所述第四辐射部设于所述第一基板第二表面。第二基板位于所述第一基板的第二表面的一侧，所述第二基板靠近所述第一基板的一侧为铺铜面。其中，所述第一极化天线与所述第二极化天线在所述第一基板的布置方向相互正交；水平方向相邻的两个双频双极化天线的距离等于所述双频双极化天线的工作频段的波长，且小于垂直方向相邻的两个双频双极化天线的距离。

在一些实施方式中，水平方向相邻的两个双频双极化天线的距离为10.5mm，垂直方向相邻的两个双频双极化天线的距离为13mm。

在一些实施方式中，所述第一极化天线与所述第二极化天线相互正交形成一正交点，相邻的两个双频双极化天线的距离为相邻的两个双频双极化天线的正交点之间的距离。

在一些实施方式中，所述双频双极化天线还包括两个信号馈入线，所述第二基板上设有两个通孔，所述两个信号馈入线从所述两个通孔穿出，并分别电连接于所述第二辐射部与所述第四辐射部，以馈入电流信号。

在一些实施方式中，所述第二辐射部馈入的电流信号与所述第四辐射部馈入的电流信号存在预设相位角度差。

在一些实施方式中，所述预设相位角度差为15度。

在一些实施方式中，所述第一辐射部包括第一正方形部及从所述第一正方形部一角延伸的第一矩形部，所述第二辐射部包括二正方形部，所述第三辐射部包括三正方形部，所述第四辐射部包括第四正方形部及从所述第四正方形部一角延伸的第二矩形部。

在一些实施方式中，所述第三辐射部还包括凸起部，所述凸起部设于所述第三辐射部靠近所述第四辐射部的边上，所述凸起部的长边贴合所述第三辐射部的边，所述凸起部的长边的长度小于所述第三辐射部的边长。

在一些实施方式中，所述第一基板与所述第二基板的间距为所述工作频段的四分之一波长。

本申请还提出一种电子设备，包括如上所述的双频双极化阵列天线。

相较于现有技术，本申请的双频双极化阵列天线及电子设备，单元天线可同时接收双频段信号，且单元天线之间不会互相影响阻抗匹配，天线之间的隔离度佳，可扩充性强。

附图说明

图1为本申请一实施例中双频双极化阵列天线的结构示意图；

图2为图1所示的双频双极化阵列天线中的双频双极化天线的结构示意图；

图3为图1所示的双频双极化阵列天线的馈入信号进行相位角度调整的示意图；

图4a～4b为图1所示的双频双极化阵列天线在不同工作频段下的主波瓣波束扫描角度范围的示意图；

图5为图1所示的双频双极化阵列天线中的双频双极化天线的侧视图；

图6为图2所示的双频双极化天线中的第一极化天线的结构示意图；

图7为图2所示的双频双极化天线中的第二极化天线的结构示意图。

主要元件符号说明

第一极化天线 2a

第二极化天线 2b

双频双极化阵列天线 100

第一基板 10

双频双极化天线 20a、20b、20c、20d

第一辐射部 21

第一正方形部 211

第一矩形部 212

第二辐射部 22

第二正方形部 221

第三辐射部 23

第三正方形部 231

凸起部 232

第四辐射部 24

第四正方形部 241

第二矩形部 242

第二基板 30

第一通孔 31

第二通孔 32

第一信号馈入线 50a

第二信号馈入线 50b

发射器 200

移相器 300

具体实施方式

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，本申请提供一种双频双极化阵列天线100，双频双极化阵列天线100可以包括第一基板10、N*M个双频双极化天线20a、20b、20c、20d(图1以N、M均等于2进行举例说明，但不以此为限)及第二基板30。N、M可以均为正整数，每个双频双极化天线20a～20d均可以包括第一极化天线2a及第二极化天线2b。第一极化天线2a可以包括第一辐射部21与第二辐射部22，第一辐射部21设于第一基板10的第一表面，第二辐射部22设于第一基板10的第二表面。第二极化天线2b可以包括第三辐射部23及第四辐射部24，第三辐射部23设于第一基板10的第一表面，第四辐射部24设于第一基板10第二表面。第一极化天线2a与第二极化天线2b在第一基板10的布置方向相互正交。

在一些实施例中，第二基板30位于第一基板10的第二表面的一侧，第二基板30靠近第一基板10的一侧为铺铜面。双频双极化天线20a～20d可以具有相同的工作频段，比如对于5G通信的应用场景，双频双极化天线20a～20d的工作频段可以包括28GHz、38GHz频段。

水平方向相邻的两个双频双极化天线20a、20b的距离可以等于双频双极化天线20的工作频段的波长λ，例如28GHz频段在空气中的一个波长λ为10.5mm，即水平方向相邻的两个双频双极化天线20a、20b的距离可以设置为10.5mm。

在一些实施例中，水平方向相邻的两个双频双极化天线20a、20b的距离可选小于垂直方向相邻的两个双频双极化天线20a、20c的距离。例如，可以将垂直方向相邻的两个双频双极化天线20a、20c的距离设置为13mm。

如图1所示，第一极化天线2a与第二极化天线2b相互正交可以具有一正交点O1，相邻的两个双频双极化天线的距离可以是指相邻的两个双频双极化天线的正交点O1之间的距离。如水平方向相邻的两个双频双极化天线20a、20b的距离为第一距离D1，垂直方向相邻的两个双频双极化天线20a、20c的距离为第二距离D2。

在一些实施例中，第一极化天线2a可以为水平极化方向，第二极化天线2b可以为垂直极化方向，第一极化天线2a与第二极化天线2b相隔90度正交布置，使得每个双频双极化天线20a～20d均同时布局垂直极化与水平极化，在保证天线隔离度要求的同时可实现节省天线数量、降低馈入损耗的效果，同时可实现收发的双工作模式。第二基板30靠近第一基板10一侧设为铺铜面，使第二基板30作为反射板，可以增加天线在宽阔面(broad-side)的增益。在一些实施例中，也可以将第二基板30接地，作为天线与其他电路原件的屏障，隔绝杂讯干扰到天线。

在一些实施例中，双频双极化阵列天线100的排列方式具有扩充性，可以扩充至4*4甚至更大阵列的数组天线，单个双频双极化天线之间不会互相影响阻抗匹配，且单个双频双极化天线的水平极化天线及垂直极化天线之间的隔离度佳。

在一些实施例中，第一基板10的材质可以为Roges RO4003C，介电常数可以为3.55，介电损耗可以为0.0027，第一基板10的长(L₁)宽(W₁)可以为80mm*80mm，第一基板10的厚度可以为0.5mm。第二基板30的材质可以为FR4，介电常数可以为4.4，介电损耗可以为0.02，第二基板30的长宽可以为80mm*80mm，第二基板30的厚度为0.8mm。第一基板10与第二基板30也可以根据实际需求设定其他尺寸的长度、宽度、厚度。

在一些实施例中，每个双频双极化天线20a～20d还可以包括两个信号馈入线，以馈入信号。信号馈入线可以是射频同轴电缆，或者其他类型的线缆。请参阅图2，以双频双极化天线20a为例进行说明，双频双极化天线20a包括第一信号馈入线50a与第二信号馈入线50b，第一信号馈入线50a电连接于第二辐射部22，第二信号馈入线50b电连接于第四辐射部24。第一、第二信号馈入线50a～50b可以从正下方连接至双频双极化天线20a。第二基板30上设有第一通孔31与第二通孔32，第一信号馈入线50a可以从第一通孔31穿出，第二信号馈入线50b可以从第二通孔32穿出。设置两个通孔便于两条信号馈入线50a、50b的穿出，以减少馈入损耗。双频双极化天线20c～20d的结构与双频双极化天线20a相同，在此不再赘述。

在一些实施例中，作为反射面的第二基板30也可以作为其他元件(如接收器/发射器、移相器)的电路板，可以减少电流信号馈入至天线时的损耗。

如图3所示，以2*2双频双极化阵列天线100为例，双频双极化阵列天线100包括8个极化天线，发射器200可以通过多个移相器300将不同相位的电流信号馈入至极化天线。通过改变馈入至极化天线的激发电流的相位角度，可以达到宽阔的主波瓣波束扫描角度范围。例如，通过移相器300改变发射器200所输出的激发电流的相位角度，使得馈入至每个极化天线的电流信号存在预设相位角度差，预设相位角度差可以根据实际需求进行设定，如预设相位角度差为15度。例如，8个极化天线包括8个馈入源，每个馈入源之间都相差15度，分别设置为0°、15°、30°、45°、...、105°。如果是扩展成16*16或更高的数组天线，相位角度差可以根据实际需求进行调整。

在一些实施例中，可以通过预设控制元件来控制移相器300，相移信号的叠加引起可变波束方向，达到宽阔的主波瓣波束扫描角度范围。如图4a所示，为本申请一实施例中28GHz应用场景的主波瓣波束扫描角度范围，如图4b所示，为本申请另一实施例中38GHz应用场景的主波瓣波束扫描角度范围。

在一些实施例中，可以设置成同一个极化天线之间的馈入源相差15度，或者设置成同一个双频双极化天线之间的馈入源相差15度。

在一些实施例中，如图5-7所示，发射器200设置在第二基板30上，发射器200所输出的激发电流通过第一、第二信号馈入线50a、50b馈入至第二辐射部22、第四辐射部24。例如，发射器200设置于第二基板30远离第一基板10的一侧。第一辐射部21包括第一正方形部211及从第一正方形部211一角延伸的第一矩形部212，第二辐射部22可以包括第二正方形部221。

在一些实施例中，第三辐射部23可以包括第三正方形部231，第四辐射部24可以包括第四正方形部241及从第四正方形部241一角延伸的第二矩形部242。第一正方形部211、第二正方形部221、第三正方形部231及第四正方形部241的大小可以相同，对角线长度可以为5mm。第一矩形部212与第二矩形部242的大小可以一致，例如其长度均为7mm，宽度为0.7mm。

在一些实施例中，第三辐射部23还可以包括凸起部232，凸起部232设于第三辐射部23靠近第四辐射部24的边上。本实施例中，第三辐射部23可包括两个凸起部232，且两个凸起部232分别设置在第三辐射部23靠近第四辐射部24的两条边的中间。通过设置凸起部232的方式，改变第三辐射部23的电流路径，进而可以调整第二极化天线2b所接收的频宽。

在一些实施例中，凸起部232可以为等腰直角三角形，凸起部232的长边贴合在第三辐射部23的边，凸起部232的长边的长度小于第三辐射部23的边长。本实施例中，第三辐射部23包括两个凸起部232，且凸起部232的短边长度可以为1mm，分别设置于第三辐射部23靠近第四辐射部24的两条边的中间。

在一些实施例中，第一基板10的厚度Th1可以为0.5mm，第二基板30的厚度Th2可以为0.8mm。第一基板10与第二基板30的间距Sd1可以为双频双极化天线20a工作频段的四分之一波长。例如，对于28GHz的5G频段的无线信号而言，其在空气中的波长约为10.5mm，因此第一基板10与第二基板30的间距Sd1约为2.6mm，使其为无线电波长的四分之一(1/4λ)，以使天线的反射波的相位与天线本体辐射波的相位相同，从而聚合辐射波的波束朝宽阔面方向辐射。

请继续参阅图6～图7，双频双极化天线20a的具体尺寸规格可以如下表1所示(单位：mm)。

表1

W<sub>H1</sub>	L<sub>H1</sub>	L<sub>H2</sub>	W<sub>H2</sub>	W<sub>v1</sub>
					5	5	7	0.7	6
L<sub>v1</sub>	L<sub>V2</sub>	W<sub>v2</sub>	R	L<sub>1</sub>
					6	0.7	7	90°	25
W<sub>1</sub>	D<sub>a1</sub>	D<sub>a2</sub>	D<sub>a3</sub>	L<sub>c1</sub>
					23	2.5	0.5	0.8	30

本申请还提出一种电子设备，包括如上的双频双极化阵列天线100。电子设备可以是信号基站、移动终端、智能设备等。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，显然“包括”一词不排除其他或步骤，单数不排除复数。计算机装置权利要求中陈述的多个或计算机装置也可以由同一个或计算机装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双频双极化阵列天线，其特征在于，包括：

第一基板；

N*M个双频双极化天线，N、M均为正整数，所述双频双极化天线包括：

第一极化天线，包括第一辐射部与第二辐射部，所述第一辐射部设于所述第一基板的第一表面，所述第二辐射部设于所述第一基板的第二表面；

第二极化天线，包括第三辐射部及第四辐射部，所述第三辐射部设于所述第一基板的第一表面，所述第四辐射部设于所述第一基板第二表面；

第二基板，位于所述第一基板的第二表面的一侧，所述第二基板靠近所述第一基板的一侧为铺铜面；

其中，所述第一极化天线与所述第二极化天线在所述第一基板的布置方向相互正交；水平方向相邻的两个双频双极化天线的距离等于所述双频双极化天线的工作频段的波长，且小于垂直方向相邻的两个双频双极化天线的距离。

2.如权利要求1所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，水平方向相邻的两个双频双极化天线的距离为10.5mm，垂直方向相邻的两个双频双极化天线的距离为13mm。

3.如权利要求1或2所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述第一极化天线与所述第二极化天线相互正交形成一正交点，相邻的两个双频双极化天线的距离为相邻的两个双频双极化天线的正交点之间的距离。

4.如权利要求1所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述双频双极化天线还包括两个信号馈入线，所述第二基板上设有两个通孔，所述两个信号馈入线从所述两个通孔穿出，并分别电连接于所述第二辐射部与所述第四辐射部，以馈入电流信号。

5.如权利要求4所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述第二辐射部馈入的电流信号与所述第四辐射部馈入的电流信号存在预设相位角度差。

6.如权利要求5所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述预设相位角度差为15度。

7.如权利要求1所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述第一辐射部包括第一正方形部及从所述第一正方形部一角延伸的第一矩形部，所述第二辐射部包括二正方形部，所述第三辐射部包括三正方形部，所述第四辐射部包括第四正方形部及从所述第四正方形部一角延伸的第二矩形部。

8.如权利要求7所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述第三辐射部还包括凸起部，所述凸起部设于所述第三辐射部靠近所述第四辐射部的边上，所述凸起部的长边贴合所述第三辐射部的边，所述凸起部的长边的长度小于所述第三辐射部的边长。

9.根据权利要求1所述的双频双极化阵列天线，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板的间距为所述工作频段的四分之一波长。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任意一项所述的双频双极化阵列天线。

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