宽带介质谐振器天线及电子设备的制作方法

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种宽带介质谐振器天线及电子设备。


背景技术：

2.5g作为全球业界的研发焦点，发展5g技术制定5g标准已经成为业界共识。国际电信联盟itu在2015年6月召开的itu
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rwp5d第22次会议上明确了5g的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20gbps，最低用户体验速率为100mbps。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5g超高数据传输速率的主要手段。但未来的手机中预留给5g天线的空间小，可选位置不多，所以要设计小型化的天线模组。
3.根据3gpp ts38.101
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2 5g终端射频技术规范和tr38.817终端射频技术报告可知，5gmm wave频段有n257(26.5
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29.5ghz)、n258(24.25
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27.25ghz)、n260(37
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40ghz)、n261(27.5
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28.35ghz)以及新增的n259(39.5
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43ghz)。
4.基于pcb的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是patch(贴片)，dipole(偶极子)，slot(缝隙)等，因为带宽要求覆盖n257、n258和n260，所以会使pcb厚度增加，此时层数变多，又因为在毫米频段，多层pcb对孔、线宽和线距的精度要求高，加工难度大。
5.介质谐振器具有损耗小，高辐射效率等优点，介质谐振器天线相比基于pcb的常规毫米波宽带天线，具有体积小、成本低的优点。但是，介质谐振器天线的相对带宽通常比较小，无法满足宽频要求。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种宽带介质谐振器天线及电子设备，可实现宽频特性。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种宽带介质谐振器天线，包括介质基板、介质谐振器、微带线、天线地和介质体，所述介质基板包括相对的第一面和第二面；
8.所述介质谐振器和微带线设置于所述介质基板的第一面上，所述天线地设置于所述介质基板的第二面上，所述介质谐振器在所述介质基板上的投影与所述天线地在所述介质基板上的投影不重叠；所述微带线的一端与所述介质谐振器连接，所述微带线的另一端延伸至所述介质基板的边缘，且所述微带线的另一端在所述介质基板上的投影与所述天线地在所述介质基板上的投影重叠；
9.所述介质体内嵌于所述介质谐振器中，所述介质体的介电常数小于所述介质谐振器的介电常数；所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器，所述介质体的材质为塑料。
10.本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的宽带介质谐振器天线。
11.本发明的有益效果在于：通过优化介质谐振器、微带线和天线地之间的位置关系，使得微带线既作为介质谐振器的馈电线，又作为单极子天线，从而可增加带宽，实现宽频；
通过在介质谐振器中嵌入介电常数小于其的介质体，可降低介质谐振器的q值，从而进一步拓展带宽。本发明可拓展天线带宽，实现宽频特性。
附图说明
12.图1为本发明实施例一的宽带介质谐振器天线的结构示意图一；
13.图2为本发明实施例一的宽带介质谐振器天线的结构示意图二；
14.图3为本发明实施例一的宽带介质谐振器天线的俯视示意图；
15.图4为本发明实施例一的宽带介质谐振器天线的s参数示意图；
16.图5为本发明实施例一的宽带介质谐振器天线的辐射效率图。
17.标号说明：
18.1、介质基板；2、介质谐振器；3、微带线；4、天线地；5、介质体；6、第一缝隙；7、第二缝隙。
具体实施方式
19.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
20.请参阅图1，一种宽带介质谐振器天线，包括介质基板、介质谐振器、微带线、天线地和介质体，所述介质基板包括相对的第一面和第二面；
21.所述介质谐振器和微带线设置于所述介质基板的第一面上，所述天线地设置于所述介质基板的第二面上，所述介质谐振器在所述介质基板上的投影与所述天线地在所述介质基板上的投影不重叠；所述微带线的一端与所述介质谐振器连接，所述微带线的另一端延伸至所述介质基板的边缘，且所述微带线的另一端在所述介质基板上的投影与所述天线地在所述介质基板上的投影重叠；
22.所述介质体内嵌于所述介质谐振器中，所述介质体的介电常数小于所述介质谐振器的介电常数；所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器，所述介质体的材质为塑料。
23.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可拓展天线带宽，实现宽频特性。
24.进一步地，所述天线地上设有第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和第二缝隙分别位于所述微带线在所述天线地上的投影的两边，且靠近所述微带线在所述天线地上的投影。
25.进一步地，所述第一缝隙和第二缝隙呈c型。
26.进一步地，述第一缝隙和第二缝隙的电长度根据第一公式确定，
27.所述第一公式为
28.其中，l
slot
为电长度，c为光速，dk为所述介质谐振器的介电常数，f为预设的待滤波的频率。
29.由上述描述可知，通过在天线地上设置两个c型缝隙，形成了带通滤波器，可以滤除指定频率杂波。
30.进一步地，所述介质体和介质基板一体成型设置。
31.由上述描述可知，通过将介质体和介质基板一体成型设置，可以免去介质体的安
装步骤，同时介质谐振器可方便地套设在介质体上，无需再进行安装位置的定位，从而达到便于安装、免定位的效果。
32.进一步地，所述介质体的体积小于所述介质谐振器的体积的一半。
33.进一步地，所述介质谐振器的横截面为六边形。
34.进一步地，所述介质谐振器的介电常数为10，所述介质体的介电常数为6。
35.本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的宽带介质谐振器天线。
36.实施例一
37.请参照图1
‑
5，本发明的实施例一为：一种宽带介质谐振器天线，可应用于5g毫米波终端。
38.如图1
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2所示，包括介质基板1、介质谐振器2、微带线3和天线地4，所述介质基板1包括相对的第一面和第二面。
39.如图1所示，所述介质谐振器2和微带线3设置于所述介质基板1的第一面上，所述微带线3的一端与所述介质谐振器2连接，所述微带线3的另一端延伸至所述介质基板1的边缘。如图2所示，所述天线地4设置于所述介质基板1的第二面上。
40.如图3所示，所述介质谐振器2在所述介质基板1上的投影与所述天线地4在所述介质基板1上的投影不重叠；所述微带线3的另一端在所述介质基板1上的投影与所述天线地4在所述介质基板1上的投影重叠。
41.此时，微带线既作为介质谐振器的馈电线，又作为单极子天线，可增加带宽，从而实现宽频。
42.进一步地，如图1所示，还包括介质体5，所述介质体5内嵌于所述介质谐振器2中，介质体5的介电常数小于介质谐振器2的介电常数，并且，介质体5的体积小于介质谐振器2的体积的一半，即介质体的体积不能超过介质谐振器体积的50％。
43.具体地，可在介质谐振器上开设与介质体相适配的凹槽或通槽，介质体通过该凹槽或通槽内嵌于介质谐振器中。本实施例中，介质体的形状为底面为正方形的立方体，介质谐振器的横截面呈六边形，其中心处开设有正方形的通槽，介质体内嵌在介质谐振器的中心处。
44.优选地，所述介质谐振器为陶瓷介质谐振器，所述介质体的材质为塑料；所述介质谐振器的介电常数为10，所述介质体的介电常数为6。
45.通过在介质谐振器中嵌入介电常数小于其的介质体，可降低介质谐振器的q值，从而进一步拓展带宽。
46.进一步地，所述介质体5和介质基板1一体成型设置。通过将介质体和介质基板一体成型设置，可以免去介质体的安装步骤，同时介质谐振器可方便地套设在介质体上，无需再进行安装位置的定位，从而达到便于安装、免定位的效果。
47.进一步地，如图2所示，所述天线地4上设有第一缝隙6和第二缝隙7，结合图3所示，所述第一缝隙6和第二缝隙7分别位于所述微带线3在所述天线地4上的投影的两边，且靠近所述微带线3在所述天线地4上的投影。也即是说，两条缝隙位于微带线的周围。
48.优选地，所述第一缝隙6和第二缝隙7均呈c型。本实施例中，两条c型缝隙的开口相对设置。
49.所述第一缝隙6和第二缝隙7的电长度根据第一公式确定，所述第一公式为
其中，l
slot
为电长度，c为光速，dk为所述介质谐振器的介电常数，f为待滤波的频率。
50.通过在天线地上设置两个c型缝隙，形成了带通滤波器，可以滤除指定频率杂波。
51.图4为本实施例的宽带介质谐振器天线的s参数示意图，从图4中可以看出，其带宽是24
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33ghz，覆盖了n257(26.5
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29.5ghz)、n258(24.25
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27.25ghz)和n261(27.5
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28.35ghz)频段。
52.图5为本实施例的宽带介质谐振器天线的辐射效率图，从图5中可以看出，在n257(26.5
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29.5ghz)、n258(24.25
‑
27.25ghz)和n261(27.5
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28.35ghz)频段处，辐射效率大于90％。
53.同时，从图4
‑
5中可以看出，在33ghz处左右有一个谐振点，该谐振点没有辐射效率，说明该谐振点主要是滤波作用而非辐射，而该谐振点是由于天线地上的两个c型缝隙产生的，谐振点的频率由缝隙的电长度决定，也就是说，通过改变缝隙的电长度，可以抑制任意频率的杂波。
54.本实施例中，抑制的是33ghz的杂波，因此将33ghz作为待滤波的频率代入上述的第一公式，且dk的值取10，可计算得到第一缝隙和第二缝隙的电长度约为2.87mm。
55.本实施例可覆盖n257、n258和n261频段，实现了宽频特征；通过天线地上开缝，产生了带通滤波器，可以滤除指定频率杂波。
56.综上所述，本发明提供的一种宽带介质谐振器天线及电子设备，通过优化介质谐振器、微带线和天线地之间的位置关系，使得微带线既作为介质谐振器的馈电线，又作为单极子天线，从而可增加带宽，实现宽频；通过在介质谐振器中嵌入介电常数小于其的介质体，可降低介质谐振器的q值，从而进一步拓展带宽；通过将介质体和介质基板一体成型设置，可以免去介质体的安装步骤，同时介质谐振器可方便地套设在介质体上，无需再进行安装位置的定位，从而达到便于安装、免定位的效果；通过天线地上开缝，产生了带通滤波器，可以滤除指定频率杂波。
57.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。