用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线
阅读：571发布：2020-05-08
专利汇可以提供用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线。该低损耗且柔性的集成有传输线的天线包括天线和与该天线集成在一起的传输线。其中，天线包括： 电介质 基片，其由在接地板上的具有一定厚度的电介质形成； 信号 转换部分，其形成在电介质基片上，并且将 移动通信终端 的 电信号 转换为电磁信号并将电磁信号 辐射 到空气中，或者接收空气中的电磁信号并将电磁信号转换为移动通信终端的电信号；以及馈电部分，其形成在电介质基片上并连接到信号转换部分。，下面是用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线专利的具体信息内容。
1.一种用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，包括：
天线；以及
与所述天线集成在一起的传输线，
其中，所述天线包括：
电介质基片，所述电介质基片由位于接地板上的具有一定厚度的电介质形成；
信号转换部分，所述信号转换部分形成在所述电介质基片上，并且所述信号转换部分将移动通信终端的电信号转换为电磁信号并将所述电磁信号辐射到空气中，或者接收空气中的电磁信号并将所述电磁信号转换为所述移动通信终端的电信号；以及馈电部分，所述馈电部分形成在所述电介质基片上并且连接到所述信号转换部分，其中，所述传输线包括：
中心导体，所述中心导体的一端连接到所述天线的所述馈电部分，并且对所发送的电信号或所接收的电信号进行传输；
外部导体，所述外部导体具有与所述中心导体的轴线相同的轴线并且在所述中心导体的轴向方向上围绕所述中心导体；以及
电介质，所述电介质在所述轴向方向上形成在所述中心导体与所述外部导体之间，以及
其中，所述电介质是具有纳米结构的片材，所述具有纳米结构的片材是通过在高电压下对树脂进行静电纺丝而形成的。
2.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述天线和所述传输线使用低损耗结合片来增强导体与电介质片之间的结合力，或者所述天线和所述传输线是通过在纳米片上沉积导体来形成的。
3.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述传输线包括：
具有一定厚度的纳米片电介质；
形成在所述纳米片电介质的顶表面上的导体表面和形成在所述纳米片电介质的底表面上的导体表面；以及
带状线传输线，所述带状线传输线在所述纳米片电介质中并且在所述导体表面的中间形成为信号线，以及
其中，在形成于所述纳米片电介质的上面的导体表面与形成于所述纳米片电介质的下面的导体表面之间形成有多个通孔。
4.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述天线是贴片天线、微带贴片天线、或对角线型贴片天线结构，并且所述信号转换部分是贴片，其中，所述贴片天线或所述微带天线由金属形成并且还包括定位在底表面上的接地板，以及
其中，所述电介质基片由位于所述接地板上的具有一定厚度的电介质形成，并且具有传输线延伸结构。
5.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述天线是偶极子天线或单极子天线。
6.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述天线是作为内置在移动通信终端中的内置天线的平面倒F天线(PIFA)。
7.根据权利要求1所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中，所述天线是通过各种缝隙实现的缝隙天线。
8.一种移动通信终端，所述移动通信终端包括用于mmWave频段的根据权利要求1至7中的任一项所述的低损耗且柔性的集成有传输线的天线。
用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
[0003] 本发明涉及一种用于mmWave(毫米波)频段的天线，并且更具体地，涉及一种用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中使用低损耗纳米片(其不基于常规的且高损耗的液晶聚合物或聚酰亚胺)，并且传输线和天线被集成在一起以应用于移动设备。
背景技术
[0004] 下一代5G移动通信系统通过数十千兆的高频段进行通信，并且甚至智能手机也需要数十千兆的高频段天线。特别地，在诸如智能电话之类的移动设备中使用的移动内置天线受到智能电话中的环境的很大影响。在此，有必要将天线定位在被周围影响最小的位置处。此外，为了以低损耗发送或处理超高频，需要低损耗和高性能的传输线。
[0005] 通常，在天线和传输线中使用的电介质可以以较低的介电常数损耗来进一步降低功耗。因此，为了制造用于超高频信号传输的具有低损耗和高性能的传输线和天线，如果可能的话，有必要使用具有低相对介电常数和低损耗角正切的材料。特别地，为了有效地发送在5G移动通信网络中使用的具有3.5GHz和28GHz频段中的频率的信号，甚至在28GHz的mmWave频段中也具有低损耗的传输线和天线的重要性越来越多地增加。
发明内容
[0006] 本发明旨在提供一种用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线，其中使用具有低相对介电常数和低损耗角正切值的材料，并且具有低损耗和高性能的传输线和天线使用具有多种柔性的柔性材料集成在一起。
[0007] 本发明还旨在提供一种移动通信终端，该移动通信终端包括用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线。该低损耗且柔性的集成有传输线的天线包括天线和与该天线集成在一起的传输线。在此，天线包括：电介质基片，其由在接地板上的具有一定厚度的电介质形成；信号转换部分，其形成在电介质基片上，并且将移动通信终端的电信号转换为电磁信号并将电磁信号辐射到空气中，或接收空气中的电磁信号并将电磁信号转换为移动通信终端的电信号；以及馈电部分，其形成在电介质基片上并连接到信号转换部分。传输线包括：中心导体，其一端连接到天线的馈电部分，并且传输所发送的或所接收的电信号；外部导体，其具有与中心导体的轴线相同的轴线，并且在中心导体的轴向方向上围绕该中心导体；以及电介质，其在轴向方向上形成在中心导体和外部导体之间。该电介质是具有通过在高电压下对树脂进行静电纺丝(electrospinning)而形成的纳米结构的片材。
[0009] 导体和纳米片电介质可以形成为不仅具有单个层叠结构，还具有多层结构，在该多层结构中的多个层是重复的，并且可以通过多个结构同时发送和接收多个信号。此外，对于在导体和纳米片电介质之间具有可靠性的结合结构，导体和纳米片电介质可以使用具有薄膜层的低相对介电常数和低介电损耗的结构的结合片来连接。
[0010] 天线可以包括微带贴片信号辐射器、各种贴片类型的天线辐射器或对角线型贴片天线结构。天线辐射器贴片可以定位在最上端部处，具有一定厚度的纳米片电介质可以形成在天线辐射器贴片的底表面上，并且由金属形成的接地板可以进一步设置在最下端部表面上。为了有效地将导体中的每个与纳米片电介质耦接，可以使用低损耗电介质结合片来增强结合力，以及导体可以直接形成在纳米片上。
[0011] 与天线耦接的传输线可以使用纳米片电介质作为电介质，并且由带状线形成，该带状线包括沿着与信号线平行的方向的边缘的多个通孔，并且该带状线的信号导体线可以直接连接到辐射器贴片导体。
[0012] 天线可以是偶极子天线、单极子天线或内置在移动通信终端中的内置天线，并且可以包括平面倒F天线(PIFA)。
[0013] 天线可以包括缝隙天线，其中形成有多个缝隙。
[0015] 通过参考随附附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的以上和其他目的、特征及优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，在附图中：
[0016] 图1A是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的立体图；
[0017] 图1B是利用适于大规模生产的基片集成波导(SIW)结构的集成有传输线的天线的立体图；
[0018] 图1C是示出图1B中的集成有传输线的天线的SIW结构的放大图；
[0019] 图2是根据本发明的一个实施方式的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的平面图；
[0020] 图3是根据本发明的一个实施方式的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的主视图；
[0021] 图4是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的立体图；
[0022] 图5是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的平面图；
[0023] 图6是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的主视图；
[0024] 图7是传输线(扁平电缆)的立体图，其是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的组成部分；
[0025] 图8是传输线的主视图，其是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的组成部分；
[0026] 图9示出了通过静电纺丝制造纳米氟隆(nanoflon)的设备的示例；
[0027] 图10示出了作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的波束图(辐射图)；
[0028] 图11示出了根据作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的频率的输入反射参数S11；
[0029] 图12示出了作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的增益特性；
[0030] 图13是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的偶极子天线的平面图；
[0031] 图14是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的偶极子天线的轴向剖视图；以及
[0032] 图15示出了安装有根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的移动通信装置的示例。
具体实施方式
[0033] 在下文中，将参考所附附图详细描述本发明的示例性实施方式。由于说明书中公开的实施方式和附图中所示的组件仅是本发明的示例性实施方式，并不代表本发明的技术概念的整体，因此应当理解，在提交本申请时可以存在能够替代这些实施方式和组成部分的各种等同物和修改。
[0034] 图1A是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的立体图。图1B是利用适于大规模生产的基片集成波导(SIW)结构的集成有传输线的天线的立体图。图1C是示出图1B中的集成有传输线的天线的SIW结构的放大图。
[0035] 图2是根据本发明的一个实施方式的集成有传输线的贴片天线的平面图。图3是根据本发明的一个实施方式的集成有传输线的贴片天线的主视图。
[0036] 参考图1至图3，用于mmWave频段的集成有传输线的贴片天线，作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例，包括天线110、210或310以及与天线110、210或310集成的传输线120、220或320。
[0037] 图4是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的立体图。图5是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的平面图。图6是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的贴片天线的主视图。
[0038] 参考图1至图6，天线110、210或310包括：接地板410或610；电介质基片420、520或620；信号转换部分430、530或630以及馈电部分440、540或640。
[0039] 接地板410或610定位在贴片天线110或210的底表面上，执行接地功能，并且包括金属。
[0040] 电介质基片420、520或620由在接地板410或610上的具有一定厚度的电介质形成。
[0041] 信号转换部分430、530或630形成在电介质基片420、520或620上，并且将移动通信装置的电信号转换为电磁波信号并将电磁波信号辐射到空气中，或者将空气中的电磁波信号接收并转换为移动通信终端的电信号。
[0042] 馈电部分440、540或640形成在电介质基片420、520或620上，并且连接到信号转换部分430、530或630。
[0043] 图7是具有扁平电缆形式的传输线的立体图，其是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的组成部分。图8是传输线(扁平电缆)的主视图，其是根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的组成部分。
[0044] 参考图1至图8，传输线120、220或320包括中心导体710或810、外部导体720或820以及电介质730或830。
[0045] 中心导体710或810的一端连接到天线110、210或310的馈电部分440、540或640，并作为信号线传输所发送的或所接收的电信号。
[0046] 外部导体720或820具有与中心导体710或810的轴线相同的轴线，并且在中心导体的轴向方向a-b上遮蔽中心导体710或810。
[0047] 电介质730或830在轴向方向上形成在中心导体和外部导体之间。
[0048] 在天线110、210或310中使用的电介质基片420、520或620以及在传输线120、220或320中使用的电介质730或830，可以是具有通过在高电压下对各种相(固相、液相和气相)的树脂进行静电纺丝(electrospinning)而形成的纳米结构的材料。
[0049] 在根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线中用作形成天线和传输线的电介质材料的纳米结构材料，是一种通过在各种相(固相、液相和气相)中选择适当的树脂，并在一定的高电压下将树脂静电纺丝而形成的材料，该材料在本说明书中被称为纳米氟隆。图9示出了通过静电纺丝制造纳米氟隆的设备的示例。当将包括聚合物的聚合物溶液920注射到注射器910中并且施加高电压930且该聚合物溶液以一定速度流入注射器910与在其上进行纺丝的基片之间时，通过将电施加到由于表面张力而从毛细管端部悬浮着的液体，而形成纳米级的线940，并且随着时间的流逝累积具有纳米结构的非织造纳米纤维950。由累积的纳米纤维形成的材料是纳米氟隆。作为用于静电纺丝的聚合物材料，例如有聚氨酯(PU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、尼龙(聚酰胺)、聚丙烯腈(PAN)等。纳米氟隆具有低介电常数和大量的空气，并且可以用作传输线的电介质和天线的电介质基片。在本发明中使用的纳米氟隆的相对介电常数(εr)约为1.56，并且作为介电损耗正切值的Tanδ约为0.0008。与相对介电常数为4.3且介电损耗正切值为0.004的聚酰亚胺那些相比，纳米氟隆的相对介电常数和介电损耗正切值非常低。然而，根据本发明的集成有传输线的天线使用低损耗且柔性的材料，从而即使在智能电话的狭小空间中也是柔性的并提供安装的灵活性。
[0050] 同时，图1至图8中使用的电介质可以是纳米片电介质，其具有通过在高电压下将各种相的树脂静电纺丝而形成的纳米结构。
[0051] 包括在图1至图8中所示的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线中的导体和纳米片电介质不仅包括单个层叠结构，还包括重复的多个层的多层结构，以便同时发送和接收多个信号。此外，对于增加导体与纳米片电介质之间的可靠性的结合结构，导体和纳米片电介质可以使用具有薄膜层的低相对介电常数和低介电损耗的结构的结合片来连接。
[0052] 此外，根据本发明的低损耗且柔性的集成有传输线的天线包括微带贴片信号辐射器、各种形状的贴片型天线辐射器结构或对角线型贴片天线结构。天线辐射器贴片可以定位在最上端表面上，具有一定厚度的纳米片电介质可以形成在天线辐射器贴片的底表面上，并且由金属形成的接地板可以形成在最下端面上。特别地，为了在每个导体和纳米片电介质之间进行有效地耦接，可以使用低损耗电介质结合片来增强结合力，以及可以将导体沉积在待使用的纳米片电介质上。
[0053] 此外，在低损耗且柔性的集成有传输线的天线中与天线集成在一起的传输线可以使用与电介质相同的纳米片电介质。参考图1C，传输线120包括具有一定厚度的纳米片电介质126、形成在纳米片电介质126的顶表面和底表面上的导体128和129，以及在导体128和129的中间以及纳米片电介质126的中间形成为信号线的带状线信号线124。可以在形成在纳米片电介质126上面的导体128表面与形成在纳米片电介质126下面的导体129表面之间形成多个通孔122。即，根据本发明的低损耗且柔性的集成有传输线的天线可以包括带状线结构，其中在沿与信号线124平行的方向上的传输线120的纵向方向上的边缘形成多个通孔。带状线信号线124直接连接到天线的辐射器贴片导体112。
[0054] 多个通孔122是SIW结构的，以防止信号线的泄漏与噪声的发送和接收，并且对于诸如mmWave频段之类的宽带提供优异的降噪性能。
[0056] 图11示出了作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的频率的输入反射参数S11。参考图11，可以看出，在根据本发明的一个实施方式的集成有传输线的贴片天线中，S11值在28GHz的频率(即5G通信频率)处减小，并且输入到天线的信号功率被反射，不返回，通过天线最大程度地向外辐射，具有高辐射效率，并且匹配良好。
[0057] 图12示出了作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的示例的集成有传输线的贴片天线的增益特性。参考图12可以看出，天线在0弧度下具有约6.6dBi的非常高的天线增益特性，该增益特性为垂直极化的增益特性。
[0058] 同时，用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线不仅包括贴片天线或微带贴片天线，还包括使用电介质的传输线和天线。例如，根据本发明的天线可以应用于偶极子天线或单极子天线。此外，该天线是内置在移动通信终端中的内置天线，并且可以应用平面倒F天线(PIFA)。
[0059] 图13是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的另一示例的集成有传输线的偶极子天线的平面图。图14是作为根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的另一示例的集成有传输线的偶极子天线的轴向(图13的c-d)剖视图。
[0060] 参考图13和图14，集成有传输线的偶极子天线包括作为传输线的扁平电缆1310和与扁平电缆1310集成在一起的偶极子天线1320。此外，偶极子天线1320包括偶极子信号转换部分1410和电介质1420，并且传输线1310包括发送信号的中心导体1440、外部导体1450和电介质1450，该电介质由在中心导体与外部导体之间的具有低介电常数和低损耗的材料形成。
[0061] 根据本发明的另一实施方式的集成有传输线的偶极子天线包括连接到扁平电缆1310的信号线的一端15和连接到天线的接地线的另一端16。
[0062] 同时，图15示出了安装有根据本发明的用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线的移动通信装置的示例。参考图15，根据本发明的移动通信终端包括根据本发明的低损耗且柔性的集成有传输线的天线TLIA，该集成有传输线的天线连接到移动通信终端的电路模块，发送和接收电信号，并且通过天线辐射电磁波。
[0063] 根据本发明的实施方式，用于mmWave频段的低损耗且柔性的集成有传输线的天线可以用作在下一代5G移动通信系统的智能电话中使用的数十千兆的高频段的天线。
[0064] 特别地，根据本发明的实施方式的低损耗且柔性的集成有传输线的天线关于在传输线和天线中使用的电介质使用具有低相对介电常数和低损耗正切值的电介质材料，以便以较小的损耗发送或辐射超高频信号。
[0065] 此外，在根据本发明实施方式的低损耗且柔性的集成有传输线的天线中，通过将传输线与天线集成在一起，可以消除由于传输线和天线之间的连接部分而可能产生的损耗，以便减少超高频段中的信号的损耗。
[0066] 此外，可以使用具有灵活性的柔性材料来实现移动内置天线，以便将天线定位在使诸如智能电话等之类的移动设备中的被周围影响最小的位置处。
[0067] 尽管已经参考附图中所示的实施方式描述了本发明，但是应当理解，该实施方式仅是示例，并且本领域普通技术人员可以做出各种修改及修改的等同物。因此，本发明的技术范围应由所附权利要求的技术概念来限定。
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