本發(fā)明涉及一種通訊天線，特別是涉及一種基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線。

背景技術(shù)：

波長為1~10毫米的電磁波稱毫米波，它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點，為下一代通信的主要頻段。毫米波陣列天線是通過等幅同相等方式實現(xiàn)的平面或者立體的天線陣列。目前還沒有毫米波終端上市，毫米波主要的研究方向還是在基站或是單體天線的研究上，通信終端例如手機上的研究還停留在毫米波組陣階段，主要是研究陣子和組陣的形式。

目前，隨著移動終端技術(shù)的發(fā)展，終端所集成的功能模塊也越來越多，導(dǎo)致移動終端的可用空間越來越??；同時，隨著通信技術(shù)的更新?lián)Q代，越來越多的制式和頻段會被同時集成在天線上，包括主天線、分集天線、wbg天線等，天線所占的空間和面積也越來越大，可被用于制作天線的空間則越來越少，越來越多的天線也會造成研發(fā)成本和人力成本的升高。可以預(yù)見，在5g通信時代下，天線的可用空間會成為棘手的一個問題。

現(xiàn)有技術(shù)中采用的方案是：不同頻的天線不同形?？梢灶A(yù)見的是隨著通信的發(fā)展，在不遠的將來，終端中的天線種類和數(shù)量會越來越多，導(dǎo)致終端以及天線工程師不堪重負(fù)。

現(xiàn)有專利多是采用pifa天線或loop天線來把所有的通信頻段集成在終端上，過多的通信頻段導(dǎo)致了天線設(shè)計的復(fù)雜性且占用了過多的終端空間，導(dǎo)致終端空間擁擠。毫米波天線所支持的頻段的固定的，無法進行調(diào)諧，因此，一個毫米波天線只能支持某一特定頻段，專利cn201410605282.8公開了一種在近場具有扁平帶狀波束的毫米波天線，可以用于毫米波段的通信，但是頻段固定，無法改變。

因此，有必要提供一種新的基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線，解決了在有限的空間內(nèi)集成多個天線的空間受限問題，提高了天線的支持頻段，降低了成本。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：一種基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線，其包括bst基板、設(shè)置在所述bst基板上的毫米波天線，所述bst基板包括第一表面與相對的第二表面，所述毫米波陣列天線系統(tǒng)設(shè)置在第一表面上，所述第一表面上設(shè)置有正電極，所述第二表面上設(shè)置有接地電極，所述bst基板上設(shè)置有與所述正電極連通的金屬過孔。

進一步的，其用于集成在移動終端上，所述正電極通過所述金屬過孔與直流電正電極連接在一起。

進一步的，所述接地電極通過主板與主板上的地連接連通在一起。

所述毫米波陣列天線系統(tǒng)包括若干呈正方形陣列分布的矩形金屬貼片、與所述矩形金屬貼片連通的第一饋電單元與第二饋電單元，陣列分布的所述矩形金屬貼片形成陣列天線單元。

進一步的，所有的所述矩形金屬貼片通過微帶金屬條連通。

進一步的，所述第一饋電單元與所述第二饋電單元分別位于所述陣列天線單元的相鄰的兩邊且相互垂直設(shè)置。

進一步的，所述第一饋電單元與所述第二饋電單元均包含有兩個饋電點。

進一步的，所述饋電點通過微帶線和連接單元與所述陣列天線單元連通。

進一步的，所述微帶線上設(shè)置有兩段不同的寬度，靠近所述饋電點一端的寬度小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線的有益效果在于：充分利用毫米波天線占用空間小、通信效果好的特點，并將其集成在bst材質(zhì)的基板上，通過利用bst基板可帶來對天線諧振頻率變化的特征，通過bst材質(zhì)實現(xiàn)對毫米波天線諧振頻率的調(diào)整，從而實現(xiàn)了用一個天線實現(xiàn)多個頻段的通話，避免了空間的擁擠，節(jié)省了占用空間；且本方案的頻率可調(diào)的天線大大降低了天線設(shè)計的復(fù)雜程度，進而降低了人力成本和研發(fā)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中毫米波陣列天線系統(tǒng)在bst基板上的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中連接單元的結(jié)構(gòu)圖示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例在水平極化方式下仿真的輻射方向圖；

圖5為本發(fā)明實施例在垂直極化方式下仿真的輻射方向圖；

圖中數(shù)字表示：

1bst基板，11第一表面，12第二表面；2毫米波陣列天線系統(tǒng)，21矩形金屬貼片，22第一饋電單元，23第二饋電單元，24微帶金屬條，25微帶線，26連接單元；p1、p2、p3、p4饋電點；3正電極；4接地電極；5金屬過孔。

具體實施方式

實施例：

請參照圖1，本實施例為基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線，其包括bst基板1、設(shè)置在bst基板1上的毫米波陣列天線系統(tǒng)2，bst基板1包括第一表面11與相對的第二表面12，毫米波陣列天線系統(tǒng)2設(shè)置在第一表面11上，第一表面11上設(shè)置有正電極3，第二表面12上設(shè)置有接地電極4，bst基板1上設(shè)置有與正電極3連通的金屬過孔5。

本實施例基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線用于集成在移動終端上，正電極3通過金屬過孔5與直流電正電極連接在一起；接地電極4通過主板與主板上的地連接連通在一起。當(dāng)直流電源供電時，bst基板1的介電常數(shù)會發(fā)生變化，介電常數(shù)的變化量取決于bst材料可調(diào)特性和bst基板1兩端所加電壓的大小和極性。

請參照圖2，毫米波陣列天線系統(tǒng)2包括若干呈正方形陣列分布的矩形金屬貼片21、與矩形金屬貼片21連通的第一饋電單元22與第二饋電單元23。陣列分布的矩形金屬貼片21形成陣列天線單元。

所有的矩形金屬貼片21通過微帶金屬條24連通。將矩形金屬貼片21用金屬條22連通，其作用是能夠保證各個單元之間的聯(lián)合饋電。

矩形金屬貼片21的邊長為1-4mm，具體的，當(dāng)需要設(shè)計28ghz的毫米波波段天線時，矩形金屬貼片21的邊長最優(yōu)的選擇為3-4mm，這樣能夠保證單元的矩形金屬貼片21產(chǎn)生的輻射諧振頻率在對應(yīng)的毫米波波段；當(dāng)需要設(shè)計60ghz的毫米波波段天線系統(tǒng)時，矩形金屬貼片21的邊長最優(yōu)的取值為1-2mm。

相鄰兩個矩形金屬貼片21之間的距離會顯著影響各個單元之間的耦合特性，對最后陣列的整體方向圖和波束賦形（波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，波束賦形通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益）效果產(chǎn)生影響。因此，本實施例中，相鄰兩個矩形金屬貼片21之間的縱向或橫向距離為4-6mm，具體的，在28ghz頻段設(shè)計時，以6mm為較好的間隔，在設(shè)計60ghz陣列時，單元的間隔要相應(yīng)的等比例縮小，此時，選擇4mm為最佳。

第一饋電單元22與第二饋電單元23結(jié)構(gòu)相同，分別位于所述陣列天線單元的相鄰的兩邊且相互垂直設(shè)置。第一饋電單元22與第二饋電單元23均包含有兩個饋電點，分別為p1和p2、p3和p4，此雙饋系統(tǒng)能夠更好的調(diào)節(jié)輸入阻抗，保證整個天線系統(tǒng)的匹配特性；且通過第一饋電單元22與第二饋電單元23的聯(lián)合工作，天線能夠產(chǎn)生圓極化（當(dāng)無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0~360°周期的變化，即電場大小不變，方向隨時間變化，電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時，稱為圓極化，在電場的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°時，便可以得到圓極化。）特征，此時圓極化特性的產(chǎn)生機理為：當(dāng)調(diào)整兩組饋電單元中饋電點的相位差時，能夠保證饋入天線系統(tǒng)的能量為90度相位差，另外，兩組饋電點的位置決定了饋入的能量在空間上是正交的，以上所述兩點滿足了圓極化產(chǎn)生的條件，所以整個天線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)圓極化。所述饋電點通過微帶線25和連接單元26與所述陣列天線單元連通。微帶線25上設(shè)置有兩段不同的寬度，靠近所述饋電點一端的寬度小。通過設(shè)置寬度不同的微帶線25結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)饋電點的阻抗變化，保證饋電點阻抗和天線阻抗匹配，保證饋入能量盡量多的傳到天線端并輻射出去，減少了損耗。

第一饋電單元22中的微帶線25與第二饋電單元23中的微帶線25相互垂直設(shè)置，且各自垂直于所述陣列天線單元中的對應(yīng)邊，以保證兩組饋電點的位置上饋入的能量在空間上是正交的。

請參照圖3，連接單元26為一個“回”字型金屬片結(jié)構(gòu)。連接單元26是一個呈回字形的微帶型式四端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述端口依次定義為a、b、c、d端口，其中c、d端口饋入能量，a、b端口將能量直接傳輸給所述陣列天線單元，但是因為所述陣列天線單元中的金屬貼片組陣的間隔較近，a、b端口之間會存嚴(yán)重的互耦，并且c端口除了向a端口饋電，不可避免的向b端口耦合，同樣，d端口希望向b端口饋電，但是也不可避免的耦合到a端口上，通過以上的四端口匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，能夠保證c端口絕大部分能量饋入a、d端口絕大部份能量饋入b端口，能夠消除互耦對組陣的影響。四個所述端口分為兩組分別位于連接單元26的一組對邊上，且其中一組端口通過微帶線25與所述饋電點連通，另外一組端口與矩形金屬貼片21連通。

圖4與圖5分別為本實施例在水平、垂直極化方式下的輻射方向圖，從圖2與圖3中可以看出水平和垂直兩個極化方式的輻射方向圖的定向性都非常好，最大輻射方向一致，都在0度方向，這表明整個天線系統(tǒng)實際上是實現(xiàn)了很好的圓極化輻射特性。且本實施例雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)100的整體增益能夠達到20dbi以上，實現(xiàn)了高增益特性。

bst基板介電常數(shù)的變化會帶來制作在基板上的貼片天線的諧振頻率的變化，諧振頻率的變化量取決于bst材料特性和所加電壓的大小與極性。毫米波陣列天線系統(tǒng)2諧振頻率隨bst基板1兩端所加電壓變化而變化，這樣便可以用一個天線實現(xiàn)多個頻段的通話，避免了空間的擁擠；且利用此類可調(diào)天線大大降低了天線設(shè)計的復(fù)雜程度，無需制作多個用于不同頻段的天線，降低人力成本和研發(fā)成本。

本實施例通過在bst基板上集成毫米波陣列天線系統(tǒng)，且將毫米波陣列天線系統(tǒng)設(shè)計成雙饋式的圓極化天線，其能夠輻射圓極化波電磁波，在能夠產(chǎn)生很好的波束賦形的基礎(chǔ)之上，能夠更好的提高收發(fā)效率，達到減小極化損失的目的。在不增加陣列數(shù)量的基礎(chǔ)之上，設(shè)計圓極化特性的毫米波陣列天線，能夠同時產(chǎn)生水平極化和垂直極化的電磁波，保證了天線系統(tǒng)在收發(fā)信號的同時，最大程度上的減少天線的極化損失，本方案中設(shè)計的圓極化形式的毫米波陣列不僅能夠完美的解決3gpp組織對未來毫米波雙極化特性的構(gòu)想，同時也填補了終端天線一直沒有真正意義上的圓極化天線的空白。

本實施例基于bst基板的頻率可調(diào)的毫米波天線的有益效果在于：充分利用毫米波天線占用空間小、通信效果好的特點，并將其集成在bst材質(zhì)的基板上，通過利用bst基板可帶來對天線諧振頻率變化的特征，通過bst材質(zhì)實現(xiàn)對毫米波天線諧振頻率的調(diào)整，從而實現(xiàn)了用一個天線實現(xiàn)多個頻段的通話，避免了空間的擁擠，節(jié)省了占用空間；且本方案的頻率可調(diào)的天線大大降低了天線設(shè)計的復(fù)雜程度，進而降低了人力成本和研發(fā)成本。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。