一种5GNR天线的制作方法

一种5g nr天线
技术领域
1.本技术涉及天线技术领域，特别涉及一种5g nr天线。


背景技术：

2.近几年，商用移动通信进入了高速发展的快车道。天线设计需求呈现出爆炸式增长的态势。gsm、dcs、pcs umts、lte、5g nr(5g，即5th generation wireless systems；nr，即new radio)和其他无线应用(wlan、gps等)需要共存于单个便携式设备中，移动终端上的有限空间内需要容纳多根不同制式的天线。显而易见，这会带来相互耦合及共存的问题。为了解决这个问题，小体积且能同时覆盖几个频段的天线显得特别有研究价值，由于具有如下特点：低成本、重量轻、体积小、易于制造和带宽宽，平面单极天线成为了满足移动终端技术需要的首选。然而，在一些相关技术提供的5g nr天线存在如下问题：
3.问题一：5g nr天线带宽不足。单天线仅仅覆盖3.3ghz至5ghz，频宽较窄。
4.问题二：现有5g nr天线尺寸大。天线面积至少350mm2，在很多终端设备中无法搭载。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种5g nr天线，以解决相关技术中存在5g nr天线带宽不足，单天线仅仅覆盖3.3ghz至5ghz，频宽较窄的问题。
6.本技术实施例提供了一种5g nr天线，其包括：
7.介质基板；
8.寄生单元，所述寄生单元设置在所述介质基板的底层上；
9.辐射单元，所述辐射单元设置在所述介质基板的顶层上，所述辐射单元包括由内而外依次布置的至少两个环形结构；
10.位于最内侧的所述环形结构用于与传输线连接，并形成闭环环形；
11.在其余的所述环形结构中，所述环形结构的一端用于与所述传输线连接，另一端与所述传输线之间存在间隙，并形成开环环形，各间隙位于传输线的同一侧。
12.一些实施例中，所述环形结构上还连接有金属化过孔，所述金属化过孔一端靠近或者位于所述环形结构用于与所述传输线形成间隙的一端，另一端连接所述寄生单元，各个所述环形结构上的金属化过孔位于传输线的同一侧。
13.一些实施例中，所述环形结构呈心形、圆环形或椭圆环形。
14.一些实施例中，当所述环形结构呈心形时，所述环形结构包括两个心瓣，所述心瓣的一端为凹端，另一端为凸端；其中，
15.在位于最内侧的所述环形结构上，两个所述心瓣的凹端相连接，两个所述心瓣的凸端均用于连接传输线；
16.在其余的所述环形结构上，两个所述心瓣的凹端相连接，其中一个所述心瓣的凸端用于连接传输线，另一个所述心瓣的凸端用于与所述传输线形成所述间隙。
17.一些实施例中，当所述环形结构呈心形时，各个所述环形结构的外切圆的半径成等差数列。
18.一些实施例中，所述环形结构设置有三个。
19.一些实施例中，所述寄生单元呈圆形或者方形；或者，
20.所述寄生单元包括中心部以及若干个支脚，所述支脚连接于所述中心部外侧，且各个所述支脚沿所述中心部外侧间隔分布。
21.一些实施例中，当所述寄生单元包括支脚时，所述支脚设置有四个，并均匀分布在所述中心部外侧。
22.一些实施例中，所述寄生单元包括方形主体，所述方形主体的四条边内凹并形成弧形边，所述方形主体位于相邻的两个弧形边之间的区域形成所述支脚，且所述方形主体其余的部分形成所述中心部。
23.一些实施例中，位于最外侧的所述环形结构围合的面积，与所述寄生单元的面积大致相等；和/或，
24.所述介质基板的顶层上还设有传输线，所述传输线与各个所述环形结构连接。
25.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
26.本技术实施例的辐射单元通过创建开放式环形结构和封闭式环形结构来产生三个谐振频率，大大减小了天线尺寸，比现有5g nr天线尺寸都要小。寄生单元的设计能生成第四个频段，并提高回波损耗水平，实现了1.66-2&3.45-5&5.2-5.9&5.95-6.5ghz超宽四频段的覆盖，从而能够完整覆盖1.71-7ghz频段范围，满足5g nr天线n1、n3、n77、n78、n79的覆盖需求，为5g设备小型化提供了基础，同时天线数量减少，降低了成本。
27.本技术实施例在尺寸比其他天线都要小的前提下，通过在开放式环形结构上设计金属化过孔连接到寄生单元，以此来拓宽天线的带宽。该方法对该天线实现四频超宽带覆盖具有极大收益。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本技术实施例提供的5g nr天线的顶层平面示意图；
30.图2为本技术实施例提供的5g nr天线的底层平面示意图；
31.图3为本技术实施例提供的5g nr天线的断面示意图；
32.图4为本技术实施例提供的5g nr天线每端口s11回波损耗图；
33.图5为本技术实施例提供的5g nr天线1.8ghz辐射增益图(水平面)；
34.图6为本技术实施例提供的5g nr天线1.8ghz辐射增益图(垂直面)；
35.图7为本技术实施例提供的5g nr天线4.2ghz辐射增益图(水平面)；
36.图8为本技术实施例提供的5g nr天线4.2ghz辐射增益图(垂直面)；
37.图9为本技术实施例提供的5g nr天线5.33ghz辐射增益图(水平面)；
38.图10为本技术实施例提供的5g nr天线5.33ghz辐射增益图(垂直面)；
39.图11为本技术实施例提供的5g nr天线6.1ghz辐射增益图(水平面)；
40.图12为本技术实施例提供的5g nr天线6.1ghz辐射增益图(垂直面)。
41.图中：1、介质基板；2、寄生单元；20、中心部；21、支脚；3、辐射单元；30、环形结构；300、心瓣；4、传输线；5、金属化过孔；6、间隙；7、接地面。
具体实施方式
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.本技术实施例提供了一种5g nr天线，其能解决相关技术中存在5gnr天线带宽不足，单天线仅仅覆盖3.3ghz至5ghz，频宽较窄的问题。
44.参见图1、图2和图3所示，本技术实施例提供的一种5g nr天线，其包括介质基板1、寄生单元2和辐射单元3，介质基板1通常采用pcb板，寄生单元2设置在介质基板1的底层上，辐射单元3设置在介质基板1的顶层上，在本技术实施例中，顶层与底层是相对概念，指的是介质基板1的两个面，当其中一个面称为顶层时，另一个与之相对的面则为底层，比如，在本技术实施例中，辐射单元3所在的一面称为顶层，而寄生单元2所在的一面称为底层。
45.通常，天线还具有接地面7，本实施例中，接地面7设置在介质基板1的底层上，并与寄生单元2间隔地布置。
46.参见图1所示，辐射单元3包括由内而外依次布置的至少两个环形结构30；其中，环形结构30与传输线4连接之后所呈现的形式有两种：
47.第一种闭环，闭环的环形结构30有一个，位于最内侧，也即位于最内侧的环形结构30用于与传输线4连接，并形成闭环环形。
48.第二种开环，开环的环形结构30有一个或多个，并且都在闭环的外侧，也即在其余的环形结构30中，环形结构30的一端用于与传输线4连接，另一端与传输线4之间存在间隙6，并形成开环环形，各间隙6位于传输线4的同一侧，开环的开口都在传输线4同一侧，有助于提高天线的回波损耗水平。
49.最内侧闭环是为了产生3.345ghz谐振的单频带，外侧的都是开环，是为了创建多频带特性，生成其他谐振点。
50.本技术实施例的辐射单元通过创建开放式环形结构和封闭式环形结构来产生三个谐振频率，大大减小了天线尺寸，比现有5g nr天线尺寸都要小。寄生单元的设计能生成第四个频段，并提高回波损耗水平，实现了1.66-2&3.45-5&5.2-5.9&5.95-6.5ghz超宽四频段的覆盖，从而能够完整覆盖1.71-7ghz频段范围，满足5g nr天线n1、n3、n77、n78、n79的覆盖需求，为5g设备小型化提供了基础，同时天线数量减少，降低了成本。
51.参见图1、图2和图3所示，环形结构30上还连接有金属化过孔5，金属化过孔5贯穿介质基板1，金属化过孔5一端靠近或者位于环形结构30用于与传输线4形成间隙6的一端，另一端连接寄生单元2，各个环形结构30上的金属化过孔5位于传输线4的同一侧，金属化过孔5是为了将寄生单元2与辐射单元3连接起来，有助于提高带宽及创建多频段。
52.本技术实施例在尺寸比其他天线都要小的前提下，通过在开放式环形结构上设计
金属化过孔连接到寄生单元，以此来拓宽天线的带宽。该方法对该天线实现四频超宽带覆盖具有极大收益。
53.在一些优选的实施方式中，环形结构30的形式有多种多样，比如，可以采用圆环形或者椭圆环形，还比如，可以采用心形。
54.优选采用心形，其好处是：最低频的谐振点所对应的天线所需长度较长，采用心形这样一个环形结构能够尽量的减少所占用的介质基板面积；同时，心形能够更好的进行匹配设计。
55.参见图1所示，当环形结构30呈心形时，环形结构30包括两个心瓣300，心瓣300的一端为凹端，另一端为凸端；其中：
56.在位于最内侧的环形结构30上，两个心瓣300的凹端相连接，两个心瓣300的凸端均用于连接传输线4；需要说明的是，两个心瓣300的凸端可以先连接，形成闭环，然后再与传输线4连接，还可以是，两个心瓣300的凸端原本未连接，在与传输线4连接之后，形成闭环。
57.在其余的环形结构30上，两个心瓣300的凹端相连接，其中一个心瓣300的凸端用于连接传输线4，另一个心瓣300的凸端用于与传输线4形成间隙6。
58.在一些优选的实施方式中，当环形结构30呈心形时，各个环形结构30的外切圆的半径成等差数列。采用等差数列，在保证能生成所需数量(比如4个)谐振频率的前提下，能够让后续天线的生产制造中更加便利，此外外观更加美观。
59.当然了，也可以使用等比数列。
60.在一些优选的实施方式中，寄生单元2的形式有多种多样，比如，可以采用圆形或者方形；再比如，参见图2所示，寄生单元2包括中心部20以及若干个支脚21，支脚21连接于中心部20外侧，且各个支脚21沿中心部20外侧间隔分布。通过仿真与实测发现，相比较于圆形和方形，该形状的寄生单元2的驻波性能要更优。
61.参见图2所示，在一些优选的实施方式中，当寄生单元2包括支脚21时，支脚21设置有四个，并均匀分布在中心部20外侧。
62.具体地，可以采用如下方式实现：寄生单元2包括方形主体，方形主体的四条边内凹并形成弧形边，方形主体位于相邻的两个弧形边之间的区域形成支脚21，且方形主体其余的部分形成中心部20。
63.其中，弧形边可以是圆弧，支脚21远离中心部20的一端形成圆形倒角。支脚21远端是圆形倒角，这样可以与紧邻的圆弧形成圆滑连接过渡。
64.发明人经过研究发现，如果位于最外侧的环形结构30围合的面积大于寄生单元2的面积，会出现回波损耗不好的问题，如果位于最外侧的环形结构30围合的面积小于寄生单元2的面积，同样会出现回波损耗不好的问题，为了更好地进行匹配，在一些优选的实施方式中，在设计时，位于最外侧的环形结构30围合的面积，与寄生单元2的面积大致相等。
65.在一些优选的实施方式中，介质基板1的顶层上还设有传输线4，传输线4与各个环形结构30连接，传输线4可以采用微带线，比如采用50ω的微带线，不需要设计阻抗匹配器就能与50ω阻抗达成匹配，节省了原料，降低了成本。
66.以下通过一个具体实施例进行说明。
67.参见图1、图2和图3所示，一种5gnr天线，其包括介质基板1、寄生单元2、辐射单元
3、传输线4和接地面7，寄生单元2和接地面7设置在介质基板1的底层上，辐射单元3和传输线4设置在介质基板1的顶层上。辐射单元3包括由内而外依次布置的三个环形结构30，环形结构30采用心形，金属化过孔5连接环形结构30和寄生单元2，传输线4采用50ω的微带线，寄生单元2采用图2中的形状。该5g nr天线尺寸为15*12.5*1mm，比现有所有5g nr天线尺寸都要小得多。
68.结合图4至图12，其中附图4是经过了优化之后的的回波损耗结果；附图5-6分别代表的是1.8ghz的水平面和垂直面的辐射增益图；附图7-8分别代表的是4.2ghz的水平面和垂直面的辐射增益图；附图9-10分别代表的是5.33ghz的水平面和垂直面的辐射增益图；附图11-12分别代表的是6.1ghz的水平面和垂直面的辐射增益图；从图中可以看到，本实施例提供的5g nr天线，实现了1.66-2&3.45-5&5.2-5.9&5.95-6.5ghz超宽四频段的覆盖，从而能够完整覆盖1.71-7ghz频段范围，满足5g nr天线n1、n3、n77、n78、n79的覆盖需求，为5g设备小型化提供了基础，同时天线数量减少，降低了成本。
69.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
70.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。