本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種手持終端設(shè)備及其高增益終端設(shè)備天線。

背景技術(shù)：

4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍處于建網(wǎng)和商用階段，5G時(shí)代就已漸行漸近。工信部、國(guó)內(nèi)三大基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商近期均表示，力爭(zhēng)于2020年實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的商用。根據(jù)工信部總體部署，我國(guó)的5G基礎(chǔ)研發(fā)試驗(yàn)將在2016年到2018年進(jìn)行，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段進(jìn)行。之后將進(jìn)入5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，并有望最早在2020年正式商用。發(fā)展5G已成為國(guó)際社會(huì)的戰(zhàn)略共識(shí)。5G將大幅提升移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的海量需求，推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重大飛躍，帶動(dòng)芯片、軟件等快速發(fā)展，并將與工業(yè)、交通、醫(yī)療等行業(yè)深度融合，催生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)態(tài)。

微帶天線作為一種小型化天線，以其低輪廓、可共形、易集成等頗具特色的優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)在5G天線開(kāi)發(fā)應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。而高性能圓極化微帶天線在當(dāng)前的應(yīng)用愈加廣泛，尤其是在5G通信系統(tǒng)中。天線的極化分為垂直極化，水平極化和圓極化。垂直極化和水平極化之間是相互隔離的。但是圓極化與垂直極化和水平極化之間不是相互隔離的。圓極化天線的實(shí)用意義主要體現(xiàn)在，圓極化天線可接收任意極化的來(lái)波,且其輻射波也可由任意極化天線收到。

天線的增益和剖面是天線的重要參數(shù)。高增益天線一般都要通過(guò)整列來(lái)實(shí)現(xiàn)，單個(gè)的天線很難實(shí)現(xiàn)高的增益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。

為此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種手持終端設(shè)備及其高增益終端設(shè)備天線，通過(guò)在介質(zhì)板的上表面粘貼多個(gè)金屬輻射貼片，作為電磁超表面結(jié)構(gòu)，是天線的主要輻射結(jié)構(gòu)，具有高增益和寬頻帶的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種高增益終端設(shè)備天線，包括：由上至下依次排列的無(wú)過(guò)孔的第一介質(zhì)板、有過(guò)孔的第二介質(zhì)板和金屬接地板，其中，在所述第一介質(zhì)板的上表面粘貼有多個(gè)金屬輻射貼片，其中，每個(gè)所述金屬輻射貼片的結(jié)構(gòu)相同，且均具有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的弧形缺口，所述第二介質(zhì)板在偏離中心且靠近一側(cè)邊緣位置處，設(shè)置有一個(gè)饋電過(guò)孔；

在所述第一和第二介質(zhì)板之間設(shè)置有金屬貼片，所述金屬貼片的中心與所述第一和第二介質(zhì)板的中心重合，且各個(gè)邊緣均與所述第一和第二介質(zhì)板的邊緣平行；

所述金屬接地板位于所述第二介質(zhì)板的下表面，且所述金屬接地板的過(guò)孔與所述第二介質(zhì)板的饋電過(guò)孔位于同一位置處，其中，所述述金屬接地板的過(guò)孔直徑大于所述第二介質(zhì)板的饋電過(guò)孔的直徑。

進(jìn)一步，每個(gè)所述金屬輻射貼片的形狀均為圓形，所述金屬貼片的形狀為矩形。

進(jìn)一步，所述金屬輻射貼片的數(shù)量四個(gè)，分別位于所述第一介質(zhì)板的四個(gè)角上，每個(gè)所述金屬輻射貼片的中心與所述第一介質(zhì)板的邊緣距離相同。

進(jìn)一步，將四個(gè)金屬輻射貼片根據(jù)對(duì)角關(guān)系分為兩組，其中，每組的兩個(gè)金屬輻射貼片的四個(gè)弧形缺口中心位于所述第一介質(zhì)板的對(duì)角線上。

進(jìn)一步，所述第一和第二介質(zhì)板的尺寸相同，且均為正方形。

進(jìn)一步，所述第一和第二介質(zhì)板均采用耐燃材料FR4制成。

進(jìn)一步，所述金屬接地板與所述第二介質(zhì)板的大小相同。

進(jìn)一步，包括：上述實(shí)施例提供的高增益終端設(shè)備天線，其中，當(dāng)所述手持終端設(shè)備的PCB板為多層板時(shí)，所述金屬貼片作為信號(hào)線的饋點(diǎn)，與射頻信號(hào)線相連；所述金屬接地板作為信號(hào)參考地，與PCB板的參考地相連。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的手持終端設(shè)備及其高增益終端設(shè)備天線，通過(guò)在介質(zhì)板的上表面粘貼多個(gè)金屬輻射貼片，作為電磁超表面結(jié)構(gòu)，是天線的主要輻射結(jié)構(gòu)，具有高增益和寬頻帶的特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的天線可以取代喇叭天線、陣列天線等，特別適合于低功耗的5G通信終端設(shè)備。

本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1(a)為本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線的頂層正面結(jié)構(gòu)圖；

圖1(b)為本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線的中間層結(jié)構(gòu)圖；

圖1(c)為本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線的側(cè)視圖；

圖2為本實(shí)用新型圓極化微帶天線的S參數(shù)隨頻率變化曲線圖；

圖3為本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線的軸比隨頻率變化曲線圖；

圖4(a)為3.52GHz x-z平面內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖；

圖4(b)為3.52GHz y-z平面內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖。

圖5為本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線的增益隨頻率變化曲線圖。

附圖標(biāo)記

11—帶有弧形缺口的金屬輻射貼片，12—無(wú)過(guò)孔的第一介質(zhì)板，21—饋電過(guò)孔，22—金屬貼片輻射激勵(lì)源，23—有過(guò)孔的第二介質(zhì)板，31—金屬接地板。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

本實(shí)用新型提出一種高增益終端設(shè)備天線以及具有該天線的手持終端設(shè)備，該高增益終端設(shè)備天線是一種5G高增益雙層圓極化終端設(shè)備天線，為基于電磁超表面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高增益、寬頻帶、低剖面的微帶天線。該微帶天線能夠應(yīng)用于終端設(shè)備的5G通信。

參考圖1(a)至(c)，本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益終端設(shè)備天線，包括：由上至下依次排列的無(wú)過(guò)孔的第一介質(zhì)板12、有過(guò)孔的第二介質(zhì)板23和金屬接地板31、多個(gè)金屬輻射貼片11和金屬貼片22。其中，該天線主要有兩層介質(zhì)板和三層金屬結(jié)構(gòu)組成，第一介質(zhì)板12和第二介質(zhì)板23緊密貼在一起，第一介質(zhì)板12置于第二介質(zhì)板23的上方，兩個(gè)介質(zhì)板之間沒(méi)有間隙。

具體地，多個(gè)金屬輻射貼片11粘貼于第一介質(zhì)板12的上表面，作為電磁超表面結(jié)構(gòu)，是天線的主要輻射結(jié)構(gòu)。每個(gè)金屬輻射貼片11的結(jié)構(gòu)相同，半徑為9.25±2％mm，且均具有兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的弧形缺口，兩個(gè)弧形缺口位于金屬輻射貼片11中心對(duì)稱的兩個(gè)邊上。其中，每個(gè)弧形缺口弧度角取值40±5％度，弧形半徑為2.75±2％mm。

優(yōu)選的，每個(gè)金屬輻射貼片11的形狀均為圓形且數(shù)量為4個(gè)，其在第一介質(zhì)板12上的排列方式完全相同。

參考圖1(a)，四個(gè)金屬輻射貼片11分別位于第一介質(zhì)板12的四個(gè)角上。每個(gè)金屬輻射貼片11的中心與第一介質(zhì)板12的邊緣距離相同，均為15.5±5％mm，且每?jī)蓚€(gè)金屬輻射貼片11中心之間的距離也相同，均為19.0±5％mm。

需要說(shuō)明的是，金屬輻射貼片11的數(shù)量、形狀、尺寸和排列方式不限于上述舉例，還可以為其他方式，在此不再贅述。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，將四個(gè)金屬輻射貼片11根據(jù)對(duì)角關(guān)系分為兩組。其中，每組的兩個(gè)金屬輻射貼片11的四個(gè)弧形缺口中心位于第一介質(zhì)板12的對(duì)角線上，參考圖1(a)。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二介質(zhì)板23的尺寸相同，且均為正方形。優(yōu)選的，兩塊介質(zhì)板的尺寸如下：長(zhǎng)50±10％mm，寬50±10％mm，高1.6±5％mm。

第二介質(zhì)板23在偏離中心且靠近一側(cè)邊緣位置處，設(shè)置有一個(gè)饋電過(guò)孔21，參考圖1(b)。

在本實(shí)用新型中，第一和第二介質(zhì)板23均采用耐燃材料FR4制成，該材料的介電常數(shù)為4.4±5％，損耗角正切為0.02±5％。

需要說(shuō)明的是，第一和第二介質(zhì)板23的形狀、尺寸和材料不限于上述舉例，還可以為其他方式，在此不再贅述。

在第一和第二介質(zhì)板23之間設(shè)置有金屬貼片22，金屬貼片22的中心與第一和第二介質(zhì)板23的中心重合，且各個(gè)邊緣均與第一和第二介質(zhì)板23的邊緣平行。優(yōu)選的，金屬貼片22的形狀為矩形。

當(dāng)金屬貼片22形狀為矩形，第一和第二介質(zhì)板23為正方形時(shí)，矩形金屬貼片22的四個(gè)邊與第一和第二正方形介質(zhì)板的四個(gè)邊平行。

參考圖1(b)，矩形金屬貼片22的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度取值17±5％mm，寬邊長(zhǎng)度取值4±5％mm。由于矩形金屬片是一層厚度很小的金屬層，因此即使其位于兩層介質(zhì)板之間，也不會(huì)在兩層正方形介質(zhì)板之間形成明顯的空氣間隙。

參考圖1(c)，金屬接地板31位于第二介質(zhì)板23的下表面，從金屬接地表面打一過(guò)孔到介質(zhì)夾層間的矩形金屬貼片22，該過(guò)孔即微帶天線的饋點(diǎn)，記為饋電過(guò)孔21。即，金屬接地板31的過(guò)孔與第二介質(zhì)板23的饋電過(guò)孔21位于同一位置處，偏離中心偏向一側(cè)邊緣4.5±5％mm距離。其中，金屬接地板31的過(guò)孔直徑大于第二介質(zhì)板23的饋電過(guò)孔21的直徑，從而便于后續(xù)連接射頻信號(hào)線時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)線的避讓。優(yōu)選的，第二介質(zhì)板23的饋電過(guò)孔21直徑為1.0±2％mm，金屬接地板31中圓孔直徑2.5±5％mm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，金屬接地板31與第二介質(zhì)板23的大小相同，作為信號(hào)的參考地。

需要說(shuō)明的是，金屬接地板31的形狀、數(shù)量不限于上述舉例，還可以為其他方式，在此不再贅述。

下面對(duì)該高增益終端設(shè)備天線的制作工藝進(jìn)行說(shuō)明。

選取長(zhǎng)50±10％mm，寬50±10％mm，高1.6±5％mm的兩塊正方形介質(zhì)板，介質(zhì)板材料都為FR4，介質(zhì)的介電常數(shù)為4.4±1％，損耗角正切為0.02±5％。

選取一塊介質(zhì)板作為第一介質(zhì)板12，利用電路板雕刻技術(shù)，在該第一介質(zhì)板12上表面刻蝕四個(gè)圓形單元，圓形單元的邊沿對(duì)稱位置上刻兩個(gè)弧形缺口，以形成四個(gè)帶有戶型缺口的金屬輻射貼片11。四個(gè)圓形金屬輻射貼片11分別位于第一正方形介質(zhì)板的四個(gè)角上，并且四個(gè)單元排布方式完全相同。其中，對(duì)角兩個(gè)單元的四個(gè)弧形缺口中心處在介質(zhì)板的對(duì)角連線上。圓形單元的半徑取值9.25±5％mm，弧形缺口的弧度取值40±5％度，弧形缺口的內(nèi)外半徑差取2.75±5％mm，每個(gè)圓形單元的中心與介質(zhì)板的兩個(gè)邊緣之間的距離取值15.5±5％mm，兩個(gè)圓形單元中心之間的距離為19±5％mm。該第一介質(zhì)板12的另一面沒(méi)有任何金屬結(jié)構(gòu)。

選取另一塊介質(zhì)板作為第二介質(zhì)板23，利用同樣的技術(shù)，在另一塊50x50x1.6±10％mm³的介質(zhì)板上表面中心處刻蝕17x4±5％mm²的矩形金屬貼片22結(jié)構(gòu)，矩形金屬貼片22四個(gè)邊與第二介質(zhì)板23四個(gè)邊平行。矩形金屬貼片22中心與第二介質(zhì)板23的中心重合。沿矩形金屬貼片22較長(zhǎng)邊的方向上，偏離介質(zhì)板中心4.5±5％mm處，第二介質(zhì)板23上制作一個(gè)半徑為0.55±2％mm的過(guò)孔。

第二介質(zhì)板23的另一面刻蝕有圓孔的金屬接地板31，金屬接地板31的大小與第二正方形介質(zhì)板相同，金屬接地板31圓孔的中心與第二介質(zhì)板23過(guò)孔的中心重合，圓孔的半徑取值2.5±2％mm。

將第一介質(zhì)板12有四個(gè)圓形單元的側(cè)面朝上，沒(méi)有金屬結(jié)構(gòu)的側(cè)面緊貼刻蝕有矩形金屬貼片22的第二介質(zhì)板23，使得兩塊介質(zhì)板之間緊密貼合，從而形成雙層微帶天線結(jié)構(gòu)，即本實(shí)用新型的高增益終端設(shè)備天線。

圖2為用仿真軟件HFSS對(duì)整個(gè)天線系統(tǒng)進(jìn)行仿真獲得端口反射系數(shù)隨頻率變化曲線圖，圖3為仿真所得天線的軸比隨頻率變化曲線圖。圖4(a)和(b)分別為仿真天線3.52GHz x-z平面及y-z平面所得遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，其中，a曲線表示右旋圓極化增益隨頻率的變化曲線，b曲線表示左旋圓極化增益隨頻率的變化曲線。圖5為仿真天線所得增益隨頻率的變化曲線圖。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種手持終端設(shè)備，該設(shè)備包括上述實(shí)施例提供的高增益終端設(shè)備天線。其中，當(dāng)手持終端設(shè)備的PCB板為多層板時(shí)，金屬貼片作為信號(hào)線的饋點(diǎn)，與射頻信號(hào)線相連；金屬接地板作為信號(hào)參考地，與PCB板的參考地相連，連接方式可以根據(jù)終端PCB實(shí)際走線進(jìn)行調(diào)整。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，該手持終端設(shè)備可以為5G通信模式的終端設(shè)備，該高增益終端設(shè)備天線適用于5G通信中。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的手持終端設(shè)備及其高增益終端設(shè)備天線，通過(guò)在介質(zhì)板的上表面粘貼多個(gè)金屬輻射貼片，作為電磁超表面結(jié)構(gòu)，是天線的主要輻射結(jié)構(gòu)，具有高增益和寬頻帶的特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的天線可以取代喇叭天線、陣列天線等，特別適合于低功耗的5G通信終端設(shè)備。

目前在5G推進(jìn)組正在研究的頻段，包括3.3GHz—3.4GHz、3.4GHz—3.6GHz、4.4GHz—4.5GHz、4.8GHz—4.99GHz，其中3.3GHz—3.6GHz頻段已經(jīng)定為進(jìn)行5G的試驗(yàn)。天線在整個(gè)工作頻帶內(nèi)的增益都大于4.79dB。天線的絕對(duì)工作帶寬為0.60GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到17.14％。天線的整體結(jié)構(gòu)是由兩層介質(zhì)板層組成，天線的厚度主要是兩層介質(zhì)板的厚度，而每層介質(zhì)板的厚度只有1.60±5％mm。該微帶天線是一個(gè)低剖面天線。介質(zhì)基板采用介電常數(shù)為4.4±5％的FR4，這種材料是作為PCB板最常見(jiàn)的板材，價(jià)格低廉，易于購(gòu)買，所以本實(shí)用新型制作成本低，易于加工，可批量生產(chǎn)，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。