[实用新型]基于矩形贴片阵列的5G毫米波手机天线

说明书

本实用新型公开了一种结构简单、实现较高覆盖效率并且能提高增益的基于矩形贴片阵列的5G毫米波手机天线，该小型化高增益贴片阵列天线包括移动终端基板、介质基底、基底上等间隔横向排列的四个相同辐射体和超薄塑料外壳；所述辐射体成平面状印制于介质基板上表面，相邻辐射体之间间距相同且关于介质基底纵向中心线对称；所述介质基底印刷在移动终端基板上表面左上角；所述超薄塑料外壳放置在移动终端基板外侧。该天线结构简单，紧凑合理，易于加工，方便放置于移动终端顶部，采用该小型化贴片阵列手机天线能满足5G时代移动终端高增益的需求。

技术领域

本实用新型涉及一种基于矩形贴片阵列的5G毫米波手机天线，属于贴片阵列天线在毫米波频段手机天线应用领域。

背景技术

最近十几年不断发展的移动通信技术为全球的经济社会发现做出了巨大的贡献。移动通信技术和其他技术革命相辅相成。各种依赖于移动通信的服务需要更快的传输速率，推动着无限技术不断发展进步。自从1983年开始，无线通信系统迅速地由模拟移动通信系统(第一代无线通信技术，1G)发展到了数字移动通信系统(第二代无线通信技术，2G)，而后又发展到了主要基于宽带码分多址的第三代(3G)无线通信系统。3G通信系统使得多媒体数据的传输成为了现实。为了能够进一步提高传输速率，多输入多输出(MIMO)和正交频分复用技术得到了极大的关注，并成为了第四代长期演进(4G-LTE)无线通信系统的关键技术。我们可以预见的是，未来会出现更高的对移动通信流量、成本、性能的要求。根据2015年国际电联ITU-R M.2370报告，2020年到2030年间，全球无线通信流量的增幅约为10至100倍。这些要求催生了工业界和学术界对于第五代(5G)移动通信的研发热潮。

根据IMT2020定义的三大使用场景，5G移动终端属于增强型移动宽带这一使用场景范畴。目前，大量关于5G技术的研究聚焦在网络技术和通信技术层面，关于5G移动终端天线的研究并不是很多，尚处于研究的初级阶段。目前已有的关于5G移动终端天线的研究主要集中于以下几个方面：移动终端毫米波天线设计，人体对毫米波通信的影响，毫米波天线对人体的辐射。毫米波天线阵列的设计研究主要聚焦于波束扫描功能的实现以及天线与射频前段的集成。目前，并没有很多关于5G移动终端毫米波天线的研究。由于5G频段及相关通信标准尚未完全落地，目前的毫米波移动终端天线更多的从系统的层面考虑什么样的天线能够满足毫米波天线波束扫描的要求，以及什么样的指标可以用来表征5G移动终端毫米波天线的性能方面，由于毫米波频段的自由空间損耗远大于当前的移动终端频段，比如15GHz时的自由空间损耗要比3GHz时高 14dBm。另外一方面，由于波长的减小，天线的物理尺寸也相应地减小，将毫米波天线阵列集成在移动终端中也变得更为可行。使用天线阵列可以提供额外的阵列增益，并且可以通过波束扫描实现信号的全向覆盖。对毫米波信道探测和建模的结果显示，在基站和移动终端同时使用具有波束扫描功能的天线，可以提高信道的可靠性并减小不可见信道对通信链路的影响。对于集成在移动终端中可以进行波束扫描的毫米波天线阵列而言，由于天线单元方向图的限制，其总扫描方向图能够覆盖的空间角总是有限的，能否实现全空间覆盖的波束扫描变得尤为关键。

经过实验验证，贴片天线阵列有较好的覆盖效率，贴片天线的波束能够覆盖更广的一个范围。由于单个天线阵列很难实现全向覆盖，提出使用贴片天线构成的多个子阵列结构。每个子阵列均能覆盖一定的空间角。切换不同子阵列可以实现全向覆盖，也提出了使用槽天线单元构成的多个子阵列结构。该移动终端模型利用槽天线的方向图可调性，实现了不同子阵列方向图的互补。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、实现较高覆盖效率的贴片阵列小型化高增益手机天线系统。

考虑到了结构难易等要求，本实用新型提出了一种在毫米波频段应用于5G场景的矩形贴片阵列手机天线，为在5G场景下毫米波频段小型化和高覆盖效率的移动终端天线系统发展提供了重要帮助。