大扫描角度的天线模组及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大扫描角度的天线模组及电子设备。


背景技术：

2.对于5g毫米波模组，业界通常选择以射频芯片与基板天线的结合成为aip(封装天线)的方式来降低射频系统损耗，并且这样集成度更高，性能更优秀。5g毫米波模组需要进行电子扫描来达到高度空间覆盖，根据阵列天线分析理论可知，模组的电子扫描角，是由天线单元间距决定的，通常情况下，单元间距为0.5倍的波长，天线扫描角度为
±
50度左右。为了实现大角度扫描，必须使天线单元之间的间距减小，但天线单元间距减少，会导致天线单元之间有较大耦合，影响天线性能。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种大扫描角度的天线模组及电子设备，可减小天线单元之间的耦合，提高天线模组的扫描角度。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种大扫描角度的天线模组，包括至少两个的天线单元以及去耦合结构，所述天线单元包括天线地和偶极子，所述去耦合结构包括延伸地和两个容性枝节；所述偶极子与所述天线地的一侧边连接，所述延伸地与所述天线地的一侧边连接且位于相邻的两个天线单元之间；所述两个容性枝节分别设置于相邻的两个天线单元的偶极子上。
5.进一步地，所述偶极子包括两个偶极子单元，所述偶极子单元呈l型，两个偶极子单元的一端分别与所述天线地的一侧边连接，同一天线单元的两个偶极子单元的另一端朝向相反；所述两个容性枝节分别设置于相邻的两个天线单元中朝向相对的两个偶极子单元的另一端上，所述容性枝节与所述偶极子单元的另一端垂直。
6.进一步地，所述天线单元还包括第一介质层和巴伦，所述巴伦设置于所述第一介质层的一面上，所述天线地和偶极子设置于所述第一介质层远离所述巴伦的一面上；所述天线地上设有缝隙，所述巴伦与所述缝隙耦合，所述缝隙与所述偶极子耦合。
7.进一步地，所述缝隙包括依次连接的第一缝隙和第二缝隙，所述第二缝隙远离所述第一缝隙的一端延伸至所述天线地的所述一侧边；所述两个偶极子单元分别位于所述第二缝隙的两侧。
8.进一步地，所述第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度。
9.进一步地，所述巴伦包括依次连接的第一臂和第二臂，所述第一臂为多段式结构，所述多段式结构中相邻的两段的宽度不同；所述第二臂在所述天线地上的投影与所述第二缝隙相交。
10.进一步地，还包括基板、与各天线单元一一对应的馈电线以及射频芯片；所述至少两个的天线单元设置于所述基板的一面上，所述射频芯片设置于所述基板远离所述天线单
元的一面上，所述馈电线设置于所述基板内，所述馈电线的一端与所述巴伦导通，所述馈电线的另一端与所述射频芯片导通。
11.进一步地，所述基板内还设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述馈电线设置。
12.进一步地，所述延伸地的长度为0.3-6mm。
13.本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的大扫描角度的天线模组。
14.本实用新型的有益效果在于：通过在天线地上加载延伸地，可改变天线地上的电流分布，通过在偶极子末端加载容性枝节，可改变偶极子上的电流分布，通过改变天线地和偶极子上的电流分布，可减少天线单元之间的耦合，从而可提高扫描角度。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例一的一种大扫描角度的天线模组的结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例一的天线模组的俯视示意图(隐藏基板和射频芯片)；
17.图3为本实用新型实施例一的天线模组的侧面局部示意图；
18.图4为本实用新型实施例一的天线模组的俯视示意图(隐藏天线单元和去耦合结构)；
19.图5为本实用新型实施例一的加载延伸地前后的天线地电流分布示意图；
20.图6为本实用新型实施例一的加载容性枝节前后的偶极子电流分布示意图；
21.图7为本实用新型实施例一的天线模组的四个天线单元在24-40ghz频段下的端口隔离示意图；
22.图8为本实用新型实施例一的天线模组的单边扫描仿真曲线图。
23.标号说明：
24.1、基板；2、天线单元；3、射频芯片；4、去耦合结构；5、馈电线；6、金属柱；
25.11、第二金属化孔；12、第三金属化孔；13、第一金属层；14、第二金属层；15、第四金属化孔；
26.21、第一介质层；22、巴伦；23、天线地；24、偶极子；25、缝隙；
27.211、第一金属化孔；
28.221、第一臂；222、第二臂；
29.231、通孔；
30.251、第一缝隙；252、第二缝隙；
31.41、延伸地；42、容性枝节。
具体实施方式
32.为详细说明本实用新型的技术内容、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。
33.请参阅图2，一种大扫描角度的天线模组，包括至少两个的天线单元以及去耦合结构，所述天线单元包括天线地和偶极子，所述去耦合结构包括延伸地和两个容性枝节；所述偶极子与所述天线地的一侧边连接，所述延伸地与所述天线地的一侧边连接且位于相邻的两个天线单元之间；所述两个容性枝节分别设置于相邻的两个天线单元的偶极子上。
34.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可减小天线单元之间的耦合，提高
天线模组的扫描角度。
35.进一步地，所述偶极子包括两个偶极子单元，所述偶极子单元呈l型，两个偶极子单元的一端分别与所述天线地的一侧边连接，同一天线单元的两个偶极子单元的另一端朝向相反；所述两个容性枝节分别设置于相邻的两个天线单元中朝向相对的两个偶极子单元的另一端上，所述容性枝节与所述偶极子单元的另一端垂直。
36.进一步地，所述天线单元还包括第一介质层和巴伦，所述巴伦设置于所述第一介质层的一面上，所述天线地和偶极子设置于所述第一介质层远离所述巴伦的一面上；所述天线地上设有缝隙，所述巴伦与所述缝隙耦合，所述缝隙与所述偶极子耦合。
37.由上述描述可知，天线单元的信号通过馈电结构给巴伦馈电后，巴伦耦合给缝隙，缝隙再耦合给偶极子。
38.进一步地，所述缝隙包括依次连接的第一缝隙和第二缝隙，所述第二缝隙远离所述第一缝隙的一端延伸至所述天线地的所述一侧边；所述两个偶极子单元分别位于所述第二缝隙的两侧。
39.进一步地，所述第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度。
40.进一步地，所述巴伦包括依次连接的第一臂和第二臂，所述第一臂为多段式结构，所述多段式结构中相邻的两段的宽度不同；所述第二臂在所述天线地上的投影与所述第二缝隙相交。
41.由上述描述可知，通过采用宽度不同的多段式结构，可调整天线单元的阻抗匹配。
42.进一步地，还包括基板、与各天线单元一一对应的馈电线以及射频芯片；所述至少两个的天线单元设置于所述基板的一面上，所述射频芯片设置于所述基板远离所述天线单元的一面上，所述馈电线设置于所述基板内，所述馈电线的一端与所述巴伦导通，所述馈电线的另一端与所述射频芯片导通。
43.由上述描述可知，射频芯片用于为天线提供信号，通过馈电线馈入射频信号。
44.进一步地，所述基板内还设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述馈电线设置。
45.由上述描述可知，隔离墙可起屏蔽和调节阻抗的作用，通过设置隔离墙，可屏蔽馈电线之间的干扰。
46.进一步地，所述延伸地的长度为0.3-6mm。
47.本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的大扫描角度的天线模组。
48.实施例一
49.请参照图1-8，本实用新型的实施例一为：一种大扫描角度的天线模组，可应用于5g毫米波移动端或者毫米波小基站。
50.如图1所示，包括基板1、至少两个的天线单元2和射频芯片3，天线单元2设置于基板1的一面上，射频芯片3设置于基板1的另一面上，即远离天线单元2的一面上。本实施例中以包括四个天线单元为例进行说明，四个天线单元线性排列，相邻两个天线单元之间的间距为0.4λ，λ为波长长度；还包括位于相邻两个天线单元之间的去耦合结构。
51.结合图2所示(天线单元的俯视示意图)，所述天线单元2包括第一介质层21、巴伦22、天线地23和偶极子24，巴伦22设置于第一介质层21的一面上，天线地23和偶极子24设置于第一介质层21的另一面上，即远离巴伦22的一面上；偶极子24与天线地23的一侧边连接；天线地23上设有缝隙25，巴伦22与缝隙25耦合，缝隙25与偶极子24耦合。也就是说，天线单
元的信号通过馈电结构给巴伦馈电后，巴伦耦合给缝隙，缝隙再耦合给偶极子。
52.其中，偶极子24包括两个偶极子单元，本实施例中，两个偶极子单元均呈l型，两个偶极子单元的一端分别与天线地23的一侧边连接，另一端悬空，且同一天线单元的两个偶极子单元的另一端朝向相反。
53.缝隙25包括依次连接的第一缝隙251和第二缝隙252，第二缝隙252远离第一缝隙251的一端延伸至天线地23的所述一侧边，两个偶极子单元分别位于第二缝隙252的两侧。并且，第一缝隙251的宽度大于第二缝隙252的宽度。本实施例中，第一缝隙251和第二缝隙252均呈矩形，在其他可选的实施例中，可以为其他形状。
54.巴伦22包括依次连接的第一臂221和第二臂222，第一臂221与第二臂222的中心轴垂直，第二臂222在天线地23上的投影与第二缝隙252垂直相交。本实施例中，第一臂221为多段式结构，多段式结构中相邻的两段的宽度不同；第二臂222呈喇叭型。通过采用宽度不同的多段式结构，可调整天线单元的阻抗匹配。巴伦22的材质可为金属箔，优选铜箔。
55.如图2所示，去耦合结构4包括延伸地41和两个容性枝节42，延伸地41与天线地23的所述一侧边连接且位于相邻的两个天线单元2之间，即延伸地41位于相邻的两个天线单元2的偶极子24之间。本实施例中，延伸地41的长度为0.3-6mm。
56.两个容性枝节42分别设置于相邻的两个天线单元2的偶极子24上。具体地，两个容性枝节42分别设置于相邻的两个天线单元2中相邻且朝向相对的两个偶极子单元的另一端上。本实施例中，容性枝节42与偶极子单元的另一端垂直。进一步地，可在每个偶极子单元上都设置容性枝节42。
57.如图3所示(侧面图)，天线模组还包括匹配网络，匹配网络设置于基板内。本实施例中，匹配网络包括与各天线单元一一对应的馈电线5，馈电线5的一端与天线单元2中的巴伦22导通，另一端与射频芯片3导通。通过设置匹配网络，可增加天线模组的带宽，提高天线模组的性能。
58.具体地，结合图2和图3所示，第一介质层21上设有第一金属化孔211，天线地23上与第一金属化孔211对应的位置设有通孔231。还包括金属柱6，金属柱6位于通孔231内，且金属柱6的一端与第一金属化孔211的一端连接，第一金属化孔211的另一端与巴伦22的一端连接，巴伦22的另一端与缝隙25耦合。其中，通孔231的横向截面面积大于金属柱6的横向截面面积，避免金属柱6接地。
59.如图3所示，本实施例中，基板1为多层电路板，即包括多个依次层叠的金属层，进一步地，相邻两个金属层之间都设有介质层。馈电线5设置于两个相邻的金属层之间，基板1上还有与各天线单元一一对应的第二金属化孔11和第三金属化孔12，第二金属化孔11位于馈电线5的上方(即靠近天线单元2的一侧)，第三金属化孔12位于馈电线5的下方(即靠近射频芯片3的一侧)，馈电线5的一端与第二金属化孔11的一端连接，第二金属化孔11的另一端与金属柱6的另一端连接，馈电线5的另一端与第三金属化孔12连接，第三金属化孔12的另一端与射频芯片3连接，进一步地，通过bga焊球与射频芯片3连接。
60.也就是说，馈电线5的一端依次通过第二金属化孔11、金属柱6和第一金属化孔211与巴伦22导通，另一端通过第三金属化孔12与射频芯片3导通。
61.进一步地，本实施例中，将馈电线5上下两侧的两个金属层称为第一金属层13和第二金属层14，结合图3和图4所示，第一金属层13和第二金属层14之间还设有隔离墙，隔离墙
围绕馈电线5设置，隔离墙包括多个第四金属化孔15，多个第四金属化孔15连通第一金属层13和第二金属层14。也就是说，第一金属层和第二金属层之间设有多个金属化孔，多个金属化孔围绕馈电线设置。隔离墙可起屏蔽和调节阻抗的作用，通过设置隔离墙，可屏蔽匹配网络之间的干扰。
62.进一步地，还包括数字电路集成芯片(图中未示出)和电源芯片(图中未示出)，所述数字电路集成芯片和电源芯片也设置于基板远离天线单元的一面上，数字电路集成芯片和电源芯片分别与射频芯片电连接。
63.其中，射频芯片用于为天线提供信号；射频芯片中包含的移相器和放大器等原件，移相器用于为天线单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器用于补偿移相器的损耗。数字集成电路芯片，用于控制射频芯片的信号的幅值和相位，相当于射频芯片中如放大器，低噪放等电路的数字开关。电源芯片，用于为射频芯片提供电源。
64.如图5所示(图5左侧为加载延伸地钱的天线地电流分布图，右侧为加载延伸地后的天线地电流分布图)，通过在天线地上加载延伸地，可改变天线地上的电流分布。如图6所示(图6左侧为加载容性枝节前的偶极子电流分布图，右侧为加载容性枝节后的偶极子电流分布图)，通过在偶极子末端加载容性枝节，可改变偶极子上的电流分布。通过改变天线地和偶极子上的电流分布，可减少天线单元之间的耦合。
65.图7为本实施例的天线模组的四个天线单元在24-40ghz频段下的端口隔离示意图，从图中可以看出，隔离表现良好。图8为本实施例的天线模组的单边扫描仿真曲线图，从图中可以看出，本实施例的天线模组的扫描角度达到
±
70度左右。
66.本实施例通过在天线地上加载延伸地，在偶极子末端加载容性枝节，在天线单元按照0.4倍的波长长度进行排列时，端口隔离表现仍然很好，且天线模组的扫描角度可达到
±
70度左右，扫描的覆盖空间广。
67.综上所述，本实用新型提供的一种大扫描角度的天线模组及电子设备，通过在天线地上加载延伸地，可改变天线地上的电流分布，通过在偶极子末端加载容性枝节，可改变偶极子上的电流分布，通过改变天线地和偶极子上的电流分布，可减少天线单元之间的耦合，从而可在减小天线单元间距的同时，提高扫描角度。并且，本实用新型的天线模组整体尺寸小，可基于pcb实现，便于与芯片的集成，可减少设计复杂程度，且可以大幅提高天线整体辐射效率，同时可以降低天线生产成本。
68.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。