双波束天线及电子设备的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双波束天线及电子设备。


背景技术：

2.天线是通信系统最重要组成部份之一。现行的5g移动通信标准里包含sub-6g和毫米波频段，它们通常使用mimo多天线系统或者天线阵列来实现高增益、窄波束和高通信容量。为适应不断增多的用户数量和手持终端设备低成本、小型化的要求，多波束天线技术提供了一种实现高增益和大容量的解决途径。
3.多波束天线的实现大致可以分为三种基本方式：(1)由反射器和馈源组成反射面天线；(2)利用透镜对馈源辐射的电磁波能量聚焦，馈源与焦点相对位置的变化形成指向不同的点波束；(3)使用天线阵列和波束赋形网络构成多波束阵列天线，通过改变波束形成网络的激励幅度和相位实现场叠加，常用的波束形成网络有巴特勒矩阵。
4.现有多波束形成方法均有各自的性能优势，但需要分立的馈源和波束形成网络，均存在实现结构复杂和体积庞大的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种双波束天线及电子设备，无需额外使用波束合成网络和器件，即可实现双波束天线。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双波束天线，包括介质基板、共面波导以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述信号线和第一地线之间的激励幅度与所述信号线和第二地线之间的激励幅度相同，所述信号线和第一地线之间的激励相位与所述信号线和第二地线之间的激励相位相差180
°
。
7.本发明还提出了一种电子设备，包括如上所述的双波束天线。
8.本发明的有益效果在于：通过设置周期性分布的金属单元，可激发平面共面波导的辐射模式，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去；通过在平面共面波导的输入端口引入差分激励，使得每个金属单元上形成差分激励，周期性分布的金属单元类似于串联馈电的阵列天线，最终合成两个波束。本发明不需要额外使用波束合成网络和器件，即可实现双波束天线，且有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度。
附图说明
9.图1为本发明实施例一的双波束天线的结构示意图；
10.图2为本发明实施例一的双波束天线的侧面示意图；
11.图3为本发明实施例一的双波束天线的扫描方向图。
12.标号说明：
13.1、介质基板；2、共面波导；3、金属单元；
14.21、第一地线；22、第二地线；23、信号线。
具体实施方式
15.为详细说明本发明的技术内容、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。
16.请参阅图1，一种双波束天线，包括介质基板、共面波导以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述信号线和第一地线之间的激励幅度与所述信号线和第二地线之间的激励幅度相同，所述信号线和第一地线之间的激励相位与所述信号线和第二地线之间的激励相位相差180
°
。
17.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：不需要额外使用波束合成网络和器件，即可实现双波束天线，且有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度。
18.进一步地，所述第一地线、第二地线和信号线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。
19.由上述描述可知，可充分激发平面共面波导的辐射模式，优化天线性能。
20.进一步地，所述共面波导的长度为240mm；所述第一地线和第二地线的宽度均为30mm，所述信号线的宽度为12mm；所述信号线与第一地线和第二地线之间的距离均为3mm。
21.进一步地，所述介质基板的介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度为1.52mm。
22.进一步地，所述金属单元为金属栅条，所述至少两个的金属单元的长度均为78mm，宽度均为3mm。
23.进一步地，所述金属单元的数量为40个，相邻的两个金属单元之间的距离为3mm。
24.由上述描述可知，通过调节共面波导的走线参数、介质基板的电气参数和金属单元的周期，可调节天线的工作频率。
25.本发明还提出了一种电子设备，包括如上所述的双波束天线。
26.实施例一
27.请参照图1-3，本发明的实施例一为：一种双波束天线，可应用于5g通信系统。
28.如图1所示，包括介质基板1、共面波导2以及至少两个的金属单元3，介质基板1包括相对的第一面和第二面，共面波导2包括第一地线21、第二地线22以及设于第一地线21和第二地线22之间的信号线23，第一地线21、第二地线22和信号线23平行；共面波导2设置于第一面上；至少两个的金属单元3设置于第二面上，且呈周期性分布；第一地线21、第二地线22和信号线23在介质基板1上的投影分别与各金属单元3在介质基板1上的投影相交且垂直。信号线23和第一地线21之间的激励幅度与信号线23和第二地线22的激励幅度相同，信号线23和第一地线21之间的激励相位与信号线23和第二地线22之间的激励相位相差180
°
。
29.本实施例的双波束天线的辐射主体由分别设于介质基板两面上的共面波导和金属单元构成，平面共面波导的基模为慢波模式，为传输模式而不是辐射模式，通过设置周期性分布的金属单元，可激发平面共面波导的辐射模式，使其在传输过程中周期性地将能量
辐射出去。
30.实现双波束的关键在于在平面共面波导的输入端口引入差分激励，即信号线与两条地线间的激励幅度相同但激励相位相差180
°
，这样设置使得每个金属单元上形成差分激励，周期性分布的金属单元类似于串联馈电的阵列天线，最终合成两个波束。
31.本实施例中，共面波导2的长度为240mm，即第一地线21、第二地线22和信号线23的长度均为240mm；第一地线21和第二地线22的宽度g均为30mm，信号线23的宽度w为12mm；信号线23与第一地线21和第二地线22之间的距离s均为3mm。金属单元4呈条状，即金属单元4为金属栅条。金属栅条的数量为40个，每个金属栅条的长度均为78mm，宽度均为3mm；相邻的两个金属栅条之间的距离为3mm。
32.本实施例选用的介质基板1的型号为rogers ro3003，介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度1.52mm。在其他实施例中，介质基板也可选用其他同等类型的介质基板。
33.进一步地，本实施例中的共面波导2和金属单元3可通过在介质基板1上覆金属层得到，如图2所示。
34.图3为本实施例的基于平面共面波导的双波束天线的扫描方向图，从图中可以看出，利用平面共面波导的差分馈电可以实现双波束天线。
35.本实施例基于平面共面波导的结构设计，有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度；实现双波束的方法新颖，不需要额外使用波束合成网络和器件，兼具成本优势。
36.综上所述，本发明提供的一种双波束天线及电子设备，通过使用平面共面波导，因其共面结构的设计，更有利于与微波系统实现平面集成，提高系统集成度；通过设置周期性分布的金属单元，可激发平面共面波导的辐射模式，使其在传输过程中周期性地将能量辐射出去；通过在平面共面波导的输入端口引入差分激励，使得每个金属单元上形成差分激励，周期性分布的金属单元类似于串联馈电的阵列天线，最终合成两个波束。本发明无需额外使用波束合成网络和器件，即可实现双波束天线。
37.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种双波束天线，其特征在于，包括介质基板、共面波导以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述信号线和第一地线之间的激励幅度与所述信号线和第二地线之间的激励幅度相同，所述信号线和第一地线之间的激励相位与所述信号线和第二地线之间的激励相位相差180
°
。2.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述第一地线、第二地线和信号线在所述介质基板上的投影分别与各金属单元在所述介质基板上的投影相交且垂直。3.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述共面波导的长度为240mm；所述第一地线和第二地线的宽度均为30mm，所述信号线的宽度为12mm；所述信号线与第一地线和第二地线之间的距离均为3mm。4.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数为3，损耗角正切为0.001，厚度为1.52mm。5.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述金属单元为金属栅条，所述至少两个的金属单元的长度均为78mm，宽度均为3mm。6.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述金属单元的数量为40个，相邻的两个金属单元之间的距离为3mm。7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的双波束天线。

技术总结
本发明公开了一种双波束天线及电子设备，包括介质基板、共面波导以及至少两个的金属单元，所述介质基板包括相对的第一面和第二面，所述共面波导包括第一地线、第二地线以及设于所述第一地线和第二地线之间的信号线；所述共面波导设置于所述第一面上，所述至少两个的金属单元设置于所述第二面上；所述至少两个的金属单元呈周期性分布；所述信号线和第一地线之间的激励幅度与所述信号线和第二地线之间的激励幅度相同，所述信号线和第一地线之间的激励相位与所述信号线和第二地线之间的激励相位相差180


技术研发人员：唐小兰 许明伟 樊晓兵
受保护的技术使用者：深圳市汇芯通信技术有限公司
技术研发日：2022.02.15
技术公布日：2022/5/25