[发明专利]一种5G移动终端天线系统及其应用

说明书

本发明提供一种工作于毫米波和Sub‑6G频段的5G移动终端天线系统及其应用，属于无线通信和天线技术领域。本发明所述的天线系统包括矩形金属波导腔、矩形辐射缝隙、阶梯形辐射缝隙和金属柱；并使毫米波天线与低频段天线共存，集成于手机的基板和边框中，在无需相控阵的情况下实现高增益、大覆盖的共赢。本发明所述的基片集成波导漏波天线可与Sub‑6G天线共同工作，毫米波天线与低频天线同时集成于手机边框，节省空间。本发明通过12个辐射方向不同的漏波天线实现移动终端的高覆盖，避免了传统上使用成本高、结构复杂的相控阵天线，无需波束扫描，极大地降低了软、硬件复杂度。

技术领域

本发明属于无线通信和天线技术领域，涉及一种工作于毫米波和Sub-6G频段的5G移动终端天线系统及其应用。

背景技术

随着移动通信用户和终端数量的爆炸性增长以及社会生产生活对数据传输速率和通信质量要求的不断提升，如何有效地扩大通信系统容量、保证通信质量、提高频率利用率等问题，正成为第五代移动通信技术(5G)研究中的热点。其中，毫米波通信正成为5G的热门技术之一，而天线技术是毫米波通信的关键一环。天线作为无线通信中的关键元件，其设计应满足新的要求：首先，为了克服毫米波波段的高路径损耗，需要天线有较高的增益，这意味着需要更多的天线单元和更大的尺寸。其次，由于输入信号的来波方向是随机的，这要求天线在空间上的覆盖能力强，这与高增益之间存在一定的冲突。此外，毫米波通信由于受到距离限制，不能代替Sub-6GHz的通信频段，因而，毫米波天线应该与低频段的天线共存。

为了同时获得高增益和大覆盖面积，通常采用相控阵，通过不同的相移实现波束控制，但是相控阵昂贵且实现复杂，本发明利用漏波天线高增益和波束可控的特点，设计了一组基于漏波天线的毫米波天线终端，天线本身也可在低频工作。该天线无需相控阵，实现容易，集成度高。

发明内容

针对上述5G天线应满足的需求，为提高和保证信息传输速率和通信系统容量，本发明提出一种基于漏波天线的毫米波天线系统，并使毫米波天线与低频段天线共存，集成于手机的基板和边框中，在无需相控阵的情况下实现高增益、大覆盖的共赢。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种工作于毫米波和Sub-6G频段的5G移动终端天线系统，所述的天线系统包括矩形金属波导腔、矩形辐射缝隙1、阶梯形辐射缝隙2和金属柱4。

所述的矩形金属波导腔包括金属化通孔3、上层金属5、介质基板6和下层金属7。所述的下层金属7、介质基板6和上层金属5依次叠加铺设，组成所述天线系统的基本框架。所述的金属化通孔3贯穿下层金属7、介质基板6和上层金属5；金属化通孔3等间距均匀设置在天线系统的四周及中部，并将天线系统平分为上、下两个区域。馈源A、馈源B和金属柱4均贯通下层金属7、介质基板6和上层金属5；馈源A和馈源B分别设置在天线系统的一对对角上，两个金属柱4分别设置在天线系统的另一对对角上；所述馈源A和馈源B与其两侧的金属化通孔3间的水平距离相同。位于天线系统上、下部区域的金属柱4 与其相邻的阶梯形辐射缝隙2及矩形辐射缝隙1间的水平距离相同。多个阶梯形辐射缝隙2和矩形辐射缝隙1分别水平等间距均匀刻蚀在上层金属5的上、下部，从而形成阶梯形-矩形漏波天线系统，减少了天线系统的体积，同时具有不同的波束指向，覆盖不同的空间范围。

进一步地，所述天线系统的上、下两个区域之间的隔离度大于20dB。

进一步地，所述的阶梯形辐射缝隙2包括三个依次竖直叠加的矩形。

进一步地，将矩形辐射缝隙1替换为阶梯形辐射缝隙2，天线系统上、下部区域的阶梯形辐射缝隙2互为对称结构，形成双阶梯形漏波天线系统，使波束指向更加多样化。

进一步地，所述的介质基板6采用介电常数为3.5、损耗正切角为0.0011的Taconic RF-35TC材质制成。