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CN109980332A - 毫米波天线系统、金属壳体、用户终端及毫米波通信设备 - Google Patents

毫米波天线系统、金属壳体、用户终端及毫米波通信设备 Download PDF

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CN109980332A
CN109980332A CN201910364035.6A CN201910364035A CN109980332A CN 109980332 A CN109980332 A CN 109980332A CN 201910364035 A CN201910364035 A CN 201910364035A CN 109980332 A CN109980332 A CN 109980332A
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phased array
radiation
substrate
slot
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王君翊
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姜来新
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Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
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Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种毫米波天线系统，包括：开有天线缝隙的金属框体；高介电覆盖层，设于天线缝隙的外侧；信号传输单元，设于天线缝隙的内侧；与信号传输单元电性连接的信号收发组件；以及与信号收发组件电性连接的中频和基带处理单元；其中，高介电覆盖层、天线缝隙以及信号传输单元共同构成毫米波天线系统的介质谐振天线阵列。本发明提供的一种天线系统，其具有占用空间小、可修正因素多以及工作效率高等特点。本发明还提供了另外一种毫米波天线系统、相控阵模组、金属壳体、消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法、用户终端及毫米波通信设备。

Description

毫米波天线系统、金属壳体、用户终端及毫米波通信设备
技术领域
本发明属于通信组件的设计领域，尤其涉及一种毫米波天线系统、相控阵模组、金属壳体、消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法、用户终端及毫米波通信设备。
背景技术
随着第五代移动通信(5G)的到来，毫米波阵列天线技术作为其核心技术之一越来越受到重视，在将来必然会应用到各种终端中(诸如手机，平板电脑，阅读器等)。而传统终端的设计，空间是宝贵的，这直接影响到终端的竞争力。比如一支轻薄精致的手机相对与更厚的手机往往更受到消费者的喜爱。对于5G毫米波天线阵列来说，要同时考虑到阵列的体积，布局，单元设计等因素，如有尽量减小其空间占用，又能高效实现其功能的设计方案，必将受到各厂商的青睐。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种毫米波天线系统、相控阵模组、金属壳体、消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法、用户终端及毫米波通信设备，其中该种毫米波天线系统具有占用空间小、可修正因素多以及工作效率高等特点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种毫米波天线系统，包括：
开有天线缝隙的金属框体/金属壳体；
高介电覆盖层，设于所述天线缝隙的外侧；
信号传输单元，设于所述天线缝隙的内侧；
与所述信号传输单元电性连接的信号收发组件；以及
与所述信号收发组件电性连接的中频和基带处理单元；
其中，
所述高介电覆盖层、所述天线缝隙以及所述信号传输单元共同构成所述的毫米波天线系统的介质谐振天线阵列。
根据本发明一实施例，在所述天线缝隙位置处，所述金属框体/金属壳体的内侧和外侧分别设有内侧凹槽和外侧凹槽；所述内侧凹槽和所述信号传输单元具有共形设计，所述信号传输单元内嵌于所述内侧凹槽内部；
所述外侧凹槽和所述高介电覆盖层具有共形设计，所述高介电覆盖层内嵌于所述外侧凹槽内部。
根据本发明一实施例，所述高介电覆盖层整体覆盖于全部所述天线缝隙的外侧；或者
所述高介电覆盖层包括若干高介电覆盖层子单元，每一个所述高介电覆盖层子单元覆盖于一个或者多个所述天线缝隙的外侧。
根据本发明一实施例，所述信号传输单元包括柔性电路板基材；
所述柔性电路板基材上设有馈电传输线以及
与所述馈电传输线电连接的信号馈入口；
其中，
所述馈电传输线的信号馈入口与所述信号收发组件电连接。
根据本发明一实施例，所述馈电传输线的末端横跨于所述天线缝隙的内侧，以耦合馈电方式将射频信号通过所述天线缝隙辐射到自由空间。
根据本发明一实施例，所述信号收发组件贴附于所述柔性电路板基材的背面。
根据本发明一实施例，所述柔性电路板基材还包括延伸部分，所述延伸部分贴附于包含所述的毫米波天线系统的设备的电池上或者所述设备的后盖上或者所述设备的主线路板上；
所述信号收发组件设于所述延伸部分。
基于相同的发明构思，本发明还提供了另一种毫米波天线系统，包括：
至少一侧开有天线辐射缝隙的金属壳体；
高介电覆盖层，设于所述天线辐射缝隙的外侧；
相控阵模组，设于所述天线辐射缝隙的内侧，并且所述相控阵模组与所述天线辐射缝隙电连接；
所述高介电覆盖层与所述天线辐射缝隙共同构成辐射体，所述相控阵模组构成辐射激励器。
根据本发明一实施例，所述相控阵模组包括：基板、相控阵辐射缝隙、至少一个收发芯片、与所述收发芯片电连接的混频器芯片、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧，所述相控阵辐射缝隙与所述天线缝隙相匹配；
所述收发芯片、所述混频器芯片、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述相控阵辐射缝隙的数目不低于所述收发芯片的射频通道总数，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
根据本发明一实施例，所述相控阵模组包括：基板、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧，所述相控阵辐射缝隙与所述天线缝隙相匹配；
所述收发芯片组、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
根据本发明一实施例，所述基板至少包括四层导体层，沿着远离所述天线辐射缝隙的方向分别记为第一导体层、第二导体层、第三导体层、第四导体层；
所述第一导体层为地层，所述相控阵辐射缝隙开设于所述第一导体层；
所述第二导体层为馈电信号层，所述馈电信号层设有用于耦合馈电的带状线，所述带状线的数量与所述相控阵辐射缝隙的数量相同，每条所述带状线的末端枝节跨过对应的所述相控阵辐射缝隙，每条所述带状线还包括匹配枝节；
所述第三导体层为所述带状线的参考地层；
所述第四导体层用于传输所述收发芯片所需的数字信号或射频信号。
根据本发明一实施例，所述金属壳体的多侧开设有所述天线辐射缝隙，每一侧的所述天线辐射缝隙的数量是多个，每一侧的所述天线辐射缝隙均对应有所述相控阵模组。
根据本发明一实施例，每一侧的所述天线缝隙包括：若干第一类天线缝隙以及若干第二类天线缝隙，所述第一类天线缝隙与所述第二类天线缝隙具有夹角；
所述相控阵辐射缝隙包括：与所述第一类天线缝隙匹配的第一类相控阵辐射缝隙以及与所述第二类天线缝隙匹配的第二类相控阵辐射缝隙。
根据本发明一实施例，所述第一类天线缝隙与所述第二类天线缝隙垂直。
根据本发明一实施例，所述第一类天线缝隙、所述第二类天线缝隙交替布设。
基于相同发明构思，本发明还提供了一种相控阵模组，设于金属壳体的天线辐射缝隙的内侧，包括：基板、相控阵辐射缝隙、至少一个收发芯片、与所述收发芯片电连接的混频器芯片、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片、所述混频器芯片、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
基于相同发明构思，本发明还提供了另一种相控阵模组，设于金属壳体的天线辐射缝隙的内侧，包括：基板、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
基于相同发明构思，本发明还提供了一种用户终端的金属壳体，所述金属壳体的外侧部分区域覆盖有高介电覆盖层；
所述金属壳体的至少一侧开有天线辐射缝隙；所述金属壳体的天线辐射缝隙区域开设有外侧凹槽，所述外侧凹槽和所述高介电覆盖层具有共形设计，所述高介电覆盖层内嵌于所述外侧凹槽内部。
基于相同发明构思，本发明还提供了一种消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法，该方法包括：在所述金属壳体的外侧凹槽内设置高介电覆盖层以消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射；所述外侧凹槽是指在所述金属壳体的天线辐射缝隙区域开设的凹槽。
基于相同发明构思，本发明还提供了一种用户终端，包括：上述实施例中的毫米波天线系统，或上述实施例中的相控阵模组，或上述实施例中的金属壳体。
基于相同发明构思，本发明还提供了一种毫米波通信设备，包括：上述实施例中的毫米波天线系统、印刷电路主板、混合信号传输线以及调制解调器；
所述印刷电路主板位于所述毫米波通信设备内部；
所述调制解调器位于所述印刷电路主板上；
所述相控阵模组通过所述混合信号传输线与所述调制解调器相连接；
所述相控阵模组可根据所述调制解调器经所述混合信号传输线输出的控制信号来调整射频通道上的幅度与相位。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一实施例中的天线系统，通过将天线缝隙设于通信终端的金属框体/金属壳体的侧面，避免了在通信装置内部设置天线占用空间的问题；通过在金属框体/金属壳体设置内侧凹槽，并使信号传输单元的结构设计和内侧凹槽的设计为共形设计，信号传输单元可直接嵌入内侧凹槽里，进一步节省了天线系统的占用空间；通过在金属外框设置外侧凹槽，并使高介电覆盖层的结构设计和外侧凹槽的设计为共形设计，高介电覆盖层可直接嵌入外侧凹槽里，有效的利用了金属外框的空间，保证了通信装置的外观设计。
2)本发明一实施例中的天线系统可修正因素多，可以通过改变高介电覆盖层的介电常数以及厚度、金属外框的厚度、天线缝隙的尺寸等参数对天线系统的参数进行优化调试，能够保证在复杂的环境中天线系统有良好的阻抗、方向性、3dB带宽等指标。
3)介质谐振天线阵列位于通信终端的外观面，天线阵列受终端内部布局以及环境影响非常小，性能一致性高。
4)天线阵列采用介质谐振天线阵列的形式，介质谐振天线阵列尺寸很小，导体损耗低，增益和带宽都很好。
5)本发明一实施例中的毫米波天线系统的设计方案利用高介电覆盖层有效消除辐射缝隙的后向辐射，从而可以将相控阵模组直接贴附在在金属框(壳)的后面，并利用相控阵模组内部的带状线对金属框(壳)上的缝隙进行耦合馈电。本实施例不仅调和了集成天线封装与金属边框的设计矛盾，并且相较于现有的方案，结构与射频设计变得更为简单，可实现性大为提升。
附图说明
图1是本发明一实施例毫米波天线系统的天线阵列位置示意图；
图2是本发明一实施例毫米波天线系统的天线阵列结构细节图；
图3是本发明一实施例毫米波天线系统的天线阵列从内到外层次结构细节图；
图4是本发明一实施例毫米波天线系统的天线阵列单元透视细节图；
图5是本发明一实施例毫米波天线系统的天线阵列单元排布示意图；
图6是本发明一实施例天线缝隙开孔形状几种可选实例示意图；
图7是本发明一实施例介质谐振天线阵列的系统架构示意图；
图8是本发明一实施例介质谐振天线阵列的S参数曲线；
图9是本发明一实施例介质谐振天线阵列单元的远场方向图；
图10是本发明一实施例介质谐振天线阵列单元的增益图；
图11是本发明一实施例介质谐振天线阵列8单元等幅同相激励时的远场方向图；
图12是本发明一实施例介质谐振天线阵列8单元等幅同相激励时的增益图；
图13是本发明一实施例介质谐振天线阵列的8单元相邻单元间等幅反相激励时的远场方向图；
图14是本发明一实施例介质谐振天线阵列的8单元相邻单元间等幅反相激励时的增益图；
图15a为本实施例中的另一种毫米波天线系统第一视角的结构示图；
图15b为图15a的第二视角的结构示图；
图15c是本发明一实施例对应图15a的爆炸图；
图15d是本发明一实施例对应图15c局部放大图；
图15e是本发明一实施例辐射缝隙形状示意图；
图15f是本发明一实施例电气连接示意图；
图16a是本发明一实施例相控阵模组的3D前视图；
图16b是本发明一实施例相控阵模组的3D后视图；
图16c是本发明一实施例相控阵模组的架构原理图；
图16d是本发明一实施例毫米波天线阵列单元爆炸图；
图16e是本发明一实施例相控阵模组电路层截面说明图；
图17a是本发明另一实施例结构爆炸图；
图17b是本发明另一实施例对应图17a局部放大图；
图18为本发明一实施例毫米波双极化天线阵列单元爆炸图。
附图标记说明：
100：金属框(壳)体；110：介质谐振天线阵列；111：信号传输单元；112：天线缝隙；113：非导电粘胶；114：高介电覆盖层；115：信号收发组件；116：中频和基带处理单元；1110：过孔；1111：单元柔性电路板基材；1112：单元带状线走线；1113:单元非导电粘胶；1114：单元高介电覆盖层；1115：单元信号馈入口；1121：单元金属框体；1122：单元矩形天线缝隙；211：非等距天线缝隙单元；212：等距天线缝隙单元；
101：第一天线辐射缝隙；102：第二天线辐射缝隙；103：第三天线辐射缝隙；
200：第一高介电覆盖层；210：第二高介电覆盖层；220：第三高介电覆盖层；
300：第一相控阵模组；310：第二相控阵模组；320：第三相控阵模组；
301：第一相控阵辐射缝隙；301a：垂直电路辐射缝隙；301b：水平电路辐射缝隙；303c：混频器芯片；
311：第二相控阵辐射缝隙；321：第三相控阵辐射缝隙；302：基板；
3021：第一导体层；3022：第二导体层；3023：第三导体层；3024：第四导体层；3025：第五导体层；
303：收发芯片(组)；303a：第一收发芯片；303b：第二收发芯片；304：连接器；
305：带状线末端枝节；305a：第一带状线末端枝节；305b：第二带状线末端枝节；
306：开路枝节；306a：第一开路枝节；306b：第二开路枝节；
400：第一混合信号传输线；410：第二混合信号传输线；420：第三混合信号传输线；
500：印刷电路主板；600：调制解调器；700：非导电胶；800：导电胶。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种毫米波天线系统、相控阵模组、金属壳体、消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法、用户终端及毫米波通信设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1、图2、图3、图4以及图5，一种毫米波天线系统，包括：开有天线缝隙112的金属框(壳)体100；高介电覆盖层114，设于天线缝隙112的外侧；信号传输单元111，设于天线缝隙112的内侧；与信号传输单元111电性连接的信号收发组件115；以及与信号收发组件115电性连接的中频和基带处理单元116；其中，高介电覆盖层114、天线缝隙112以及信号传输单元111共同构成毫米波天线系统的介质谐振天线阵列110。
以上毫米波天线系统，将介质谐振天线阵列110设于通信终端的外观面，介质谐振天线阵列110受终端内部布局以及环境影响非常小，性能一致性高。毫米波天线系统的天线阵列采用介质谐振天线阵列110的形式，介质谐振天线阵列110尺寸很小，导体损耗低，增益和带宽都很好。
一具体实施例中的金属框(壳)体100可以是全金属也可以是部分金属加介质材料组成，例如，可以是常用的移动终端的外壳，这些移动终端通常用于商务通讯或者休闲娱乐，不论哪种用途，使用者都期待该移动终端具有轻薄的设计，本实施例中的毫米波天线系统最大化的利用了金属框(壳)体100及其周侧的空间，保证了使用该天线系统的移动终端满足轻薄化的设计理念。当然，本实施例中的毫米波天线系统也可用于一些特殊用途的通信装置，这些通信装置可能应用于复杂的电磁环境之中，此时使用者会期待一种性能较佳的通信装置，本实施例中的毫米波天线系统具有多种可修正的因素，例如可以通过改变高介电覆盖层114的介电常数以及厚度、金属框(壳)体100的厚度、天线缝隙的尺寸等参数对毫米波天线系统的参数进行优化调试，能够保证在复杂的环境中天线系统有良好的阻抗、方向性、3dB带宽等指标。
在一个具体实施方案中，在天线缝隙112位置处，金属框(壳)体100的内侧和外侧分别设有内侧凹槽和外侧凹槽；内侧凹槽和信号传输单元111具有共形设计，信号传输单元111内嵌于内侧凹槽内部；外侧凹槽和高介电覆盖层114具有共形设计，高介电覆盖层114内嵌于外侧凹槽内部。
可以理解，通过在金属框(壳)体100设置内侧凹槽，并使信号传输单元111的结构设计和内侧凹槽的设计为共形设计，信号传输单元111可直接嵌入内侧凹槽里，进一步节省了毫米波天线系统的占用空间；通过在金属框(壳)体100设置外侧凹槽，并使高介电覆盖层114的结构设计和外侧凹槽的设计为共形设计，高介电覆盖层114可直接嵌入外侧凹槽里，有效的利用了金属框(壳)体100的空间，保证了通信装置的外观设计。
一具体实施例中的外侧凹槽和内侧凹槽可以通过铣加工得到。
一具体实施例中的高介电覆盖层114可选择整体覆盖于全部天线缝隙112的外侧。当然，高介电覆盖层114也可以包括若干高介电覆盖层子单元，每一个高介电覆盖层子单元覆盖于一个或者多个天线缝隙112的外侧。
再次参看图5，一具体实施例中的介质谐振天线阵列110具有多个天线缝隙112，天线缝隙112可设于金属框(壳)体100的任意一侧面，当然也可以在多个侧面均设有天线缝隙112以实现特定的波束赋形和波束扫描功能。对于一些具有斜角的金属框(壳)体100，天线缝隙112也可以设于斜角位置处，但是考虑到斜角位置尺寸较小，难以形成天线阵列单元，因此需要和侧面的天线阵列配合使用。介质谐振天线阵列110中的相邻天线缝隙的间距可以等间距也可以不等间距，例如可以是非等距天线缝隙单元211，等距天线缝隙单元212。相邻天线缝隙112的间距d满足关系式：0.25λ≤d≤λ；其中，λ为天线系统的工作频率对应的波长。
在一个具体实施方式中，天线缝隙112的数量优选为2的正整数次幂。
参看图6，一具体实施例中的天线缝隙112的开孔形状为大于三边的多边形(例如矩形、五边形等)，或为由弧线构成的图形(例如圆形、椭圆形等)，或为由弧线和直边构成的图形(例如半圆形、扇形等)。
进一步地，信号传输单元111包括：柔性电路板基材；柔性电路板基材上设有馈电传输线以及与馈电传输线电连接的信号馈入口；其中，馈电传输线的信号馈入口与信号收发组件115电连接。具体地，馈电传输线的末端横跨于天线缝隙112的内侧，以耦合馈电方式将射频信号通过天线缝隙112辐射到自由空间。
进一步地，柔性电路板基材还包括延伸部分，延伸部分贴附于包含毫米波天线系统的设备的电池上或者设备的后盖上或者设备的主线路板上；信号收发组件115设于延伸部分。
具体地，再次参看图4，图4为一实施例介质谐振天线单元的透视细节图,从外到内包括：单元高介电覆盖层1114，单元非导电粘胶1113，单元金属金属框体1121，单元高介电覆盖层1114和单元非导电粘胶1113内嵌于单元金属金属框体1121上。单元金属框1121上有单元矩形天线缝隙1122、单元柔性电路板基材1111、单元带状线走线1112、过孔1110以及单元信号馈入口1115。信号传输单元111具体包括：单元柔性电路板基材1111、形成于单元柔性电路板基材1111上的馈电传输线(具体可以为单元带状线走线1112)、过孔1110；以及与馈电传输线电连接的单元信号馈入口1115；其中，单元信号馈入口1115与信号收发组件115电连接。其中，单元柔性电路板基材1111可以为LCP(Liquid Crystal Polymer，工业化液晶聚合物)，馈电传输线也可以是共面波导、微带线等。单元柔性电路板基材1111可通过导电胶或者导电浆料或者螺钉或者激光焊接或者超声波焊接或者锡膏焊接或者弹片连接或者近距离耦合连接或者弹性材料压紧连接的方式和内侧凹槽连接在一起。具体地，单元柔性电路板基材1111的厚度为0.2mm，宽度大于2mm。
天线的阻抗可以通过改变以下因素进行调节：高介电覆盖层114的长宽高、单元带状线走线1112的长度、宽度枝节的多少、走线连续程度以及金属框(壳)体100的厚度。
参看图7，一具体实施例中的信号收发组件115可以使用SMT(Surface MountTechnology，表面贴装技术)技术贴于单元柔性电路板基材1111背面，这样可以减少信号传输的路径损耗。可以是每一个信号传输单元111对应一个信号收发组件115，也可以是多个信号传输单元111(比如4个、8个等)对应于一个信号收发组件115，这取决于一个信号收发组件115可以带动的天线数量。信号收发组件115集成有对天线单元起到调幅调相作用的模块，以实现波束赋形和波束扫描。同时还可以将毫米波频率降低至中频，比如15GHz，以减小传输损耗，再通过传输线将信号传输至通信装置的中频和基带处理单元116进行处理，实现毫米波天线系统的下行功能，或者反过来以实现上行的功能。
一具体实施例中的高介电覆盖层114的介电常数大于10；高介电覆盖层114的材料为陶瓷材料(二氧化锆、三氧化二铝、氧化铝等)，或者是高分子材料(PA,PC,PBS,PBT,LCP,PC+ABS,PEI,PPS,ABS)。优选的，高介电覆盖层114选择二氧化锆陶瓷，介电常数25，厚度优选为0.35mm至0.55mm。
一具体实施例中，天线系统还包括非导电粘性单元，用以将高介电覆盖层114和缝隙天线阵列110的缝隙结构固粘在一起。具体地，非导电粘性单元为非导电粘胶113，优选非导电粘胶113的介电常数小于3，厚度小于0.55mm。
一具体实施例中，天线系统的工作频段为27.5GHz～28.5GHz。
介质谐振天线阵列110可以为1组或多组。例如，在一个具体的方案中，金属框(壳)体100上有两组介质谐振天线阵列110，位于靠近金属框(壳)体100顶端的左右两侧面。或者，金属框(壳)体100上有三组介质谐振天线阵列110，位于靠近金属框(壳)体100顶端的左右两侧面以及顶面。或者，金属框(壳)体100上有四组介质谐振天线阵列110，位于靠近金属框(壳)体100顶端的左右两侧面、背面以及顶面。或者，金属框(壳)体100上有五组介质谐振天线阵列110，位于靠近金属框(壳)体100顶端的左右两侧面、背面、底面以及顶面。
参看图8，本发明一实施例天线阵列S参数曲线，对应于图1的缝隙天线阵列模型。缝隙天线阵列工作在28GHz，-10dB S11带宽1.5GHz，各天线单元间隔离大于15dB。参看图9、图10、图11、图12、图13及图14，分别为本发明一实施例天线阵列单元远场方向图、单元增益图、天线阵列单元等幅同相激励时的远场方向图、天线阵列单元等幅同相激励时的增益图、天线阵列单元相邻单元间等幅反相激励时的远场方向图以及天线阵列单元相邻单元间等幅反相激励时的增益图。天线单元约有4.2dB的增益，在天线阵列单元等幅同相时，在阵面法相方向可以实现11.7dB的增益，在天线阵列单元相邻单元间等幅反相激励时可以实现9.5dB的增益。综合图11、图12、图13及图14容易观察到，此阵列设计方式可以实现俯仰角从0度到正负90度之间扫描并且增益变化小于3dB，覆盖非常广。如金属框(壳)体100另一个侧面以及顶面、底面和背面也设置另4组相同的阵列，将可以实现空间中大范围的覆盖。
本发明实施例不限于频段27.5GHz-28.5GHz，别的频段设计也可使用本发明的设计思想。通过增加或减小天线缝隙112的尺寸，改变缝隙形状，改变高介电覆盖层114的三维尺寸和用料，改变带状线相对缝隙的位置和尺寸，以实现别的频段覆盖。
实施例2
参看图15a至图18，基于相同的发明构思，本发明还提供了另一种毫米波天线系统，包括：至少一侧开有天线辐射缝隙(第一天线辐射缝隙101、第二天线辐射缝隙102、第三天线辐射缝隙103)的金属框(壳)体100；高介电覆盖层(第一高介电覆盖层200、第二高介电覆盖层210、第三高介电覆盖层220)，设于天线辐射缝隙的外侧；相控阵模组(第一相控阵模组300、第二相控阵模组310、第三相控阵模组320)，设于天线辐射缝隙的内侧，并且相控阵模组与天线辐射缝隙电连接；高介电覆盖层与天线辐射缝隙共同构成辐射体，相控阵模组构成辐射激励器。
毫米波相控阵天线是实现5G移动增强宽带场景的的关键性技术，而在所有毫米波相控阵天线方案中，集成天线封装(AiP)最适合应用于移动通信设备，集成天线封装最大的优点在于，体积小，射频性能好，它将天线与射频收发单元通过封装工艺集成在一个模组上，不仅可以减小体积，而且可以大大减小天线与射频收发单元之间的传输线损耗，从而提升性能。现在的集成天线封装绝大多数采用贴片天线与振子天线形式，这两种天线形式都要求天线辐射方向上不能有金属，否则会严重影响辐射效果，而出于外观或结构原因考虑，金属边框/后壳对移动通信设备来说已经变得不可或缺，因此，现有的集成天线封装与金属边框或后壳构成了不可调解的矛盾。
针对此矛盾，有的厂商提出了在金属边框上开缝的方案，针对已有的技术方案，申请人发现已有的方案存在两大重大缺陷：其一，为了抑制缝隙的后向辐射，一般需要在缝隙后面加载1/4波长深度的背腔，具体到28GHz的5G毫米频段，缝隙后方需要2.5毫米左右深度的背腔，显然，这会增加毫米波通信设备的体积；其二，为了有效激励缝隙辐射，需要穿过背腔的探针对缝隙进行耦合馈电，探针与集成天线封装之间的连接工艺将会变得非常复杂与困难，这不仅会大大降低系统性能的稳定性，而且还会大大增加工艺成本。
针对上述的问题，本实施例中的解决方案利用高介电覆盖层有效消除辐射缝隙的后向辐射，从而可以将相控阵模组直接贴附在在金属框(壳)的后面，并利用相控阵模组内部的带状线对金属框(壳)上的缝隙进行耦合馈电。本实施例不仅调和了集成天线封装与金属边框的设计矛盾，并且相较于现有的方案，结构与射频设计变得更为简单，可实现性大为提升。可以理解为，本实施例提供的一种毫米波天线系统，利用覆盖在缝隙上的高介电覆盖层有效去除辐射缝隙的后向辐射与损耗，同时，利用集成天线封装对金属边框或后壳上的缝隙进行耦合馈电，激发缝隙辐射。本发明的优点在于，利用金属边框上的缝隙进行辐射，将金属边框对毫米波辐射的负面影响转换成了正面作用；相控阵模组耦合激励金属边框(壳)上的辐射缝隙，占用空间小，馈电结构更为简单。需要说明的是，本实施例与实施例1解决技术问题的出发点以及核心发明构思是一致的。
下面介绍一下相控阵模组。
相控阵模组包括基板302、相控阵辐射缝隙(第一相控阵辐射缝隙301、第二相控阵辐射缝隙311、第三相控阵辐射缝隙321)、至少一个收发芯片、与收发芯片电连接的混频器芯片303c、连接器304；其中，基板302靠近天线辐射缝隙的一侧与天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；相控阵辐射缝隙开设于基板302靠近天线辐射缝隙的一侧，相控阵辐射缝隙与天线缝隙相匹配(相匹配是相控阵辐射缝隙可与天线缝隙耦合完成信号的辐射与接收，相控阵辐射缝隙的结构、位置可与天线缝隙的结构、位置相一致)；收发芯片、混频器芯片303c、连接器304设于基板302远离天线辐射缝隙的一侧；相控阵辐射缝隙的数目不低于收发芯片的射频通道总数，每个收发芯片用于激励相对应的相控阵辐射缝隙；收发芯片的管脚与连接器304的管脚通过基板302上的引线相连。
与上面的相控阵模组不同，相控阵模组具体还可以是下述结构组成。
相控阵模组包括：基板302、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器304；其中，基板302靠近天线辐射缝隙的一侧与天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；相控阵辐射缝隙开设于基板302靠近天线辐射缝隙的一侧，相控阵辐射缝隙与天线缝隙相匹配(相匹配是相控阵辐射缝隙可与天线缝隙耦合完成信号的辐射与接收，相控阵辐射缝隙的结构、位置可与天线缝隙的结构、位置相一致)；收发芯片组、连接器304设于基板302远离天线辐射缝隙的一侧；收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，收发芯片的射频通道总数不低于相控阵辐射缝隙的数目，每个收发芯片用于激励相对应的相控阵辐射缝隙；收发芯片的管脚与连接器304的管脚通过基板302上的引线相连。
下面介绍一下相控阵模组中的基板302。
一个实施方式中，基板302至少包括四层导体层，沿着远离天线辐射缝隙的方向分别记为第一导体层3021、第二导体层3022、第三导体层3023、第四导体层3024；第一导体层3021为地层，相控阵辐射缝隙开设于第一导体层3021；第二导体层3022为馈电信号层，馈电信号层设有用于耦合馈电的带状线，带状线的数量与相控阵辐射缝隙的数量相同，每条带状线的末端枝节跨过对应的相控阵辐射缝隙，每条带状线还包括匹配枝节；第三导体层3023为带状线的参考地层；第四导体层3024用于传输收发芯片所需的数字信号或射频信号。
下面介绍一下金属框(壳)体100及其开设的天线辐射缝隙。
一个优选的方案，金属框(壳)体100的多侧开设有天线辐射缝隙，每一侧的天线辐射缝隙的数量是多个，每一侧的天线辐射缝隙均对应有相控阵模组。
进一步地，每一侧的天线缝隙包括：若干第一类天线缝隙以及若干第二类天线缝隙，第一类天线缝隙与第二类天线缝隙具有夹角；相控阵辐射缝隙包括：与第一类天线缝隙匹配的第一类相控阵辐射缝隙以及与第二类天线缝隙匹配的第二类相控阵辐射缝隙。具体地，第一类天线缝隙与第二类天线缝隙垂直。优选地，第一类天线缝隙、第二类天线缝隙交替布设。
下面结合一具体应用例介绍一下本实施例中的毫米波天线系统及其应用。
参考图15a和图15b，分别为本发明一实施例从前上方与后上方看过去的透视图，表征了毫米波天线系统在手机上的器件位置示意图，此实施例为一种在手机终端上可能的单极化毫米波天线阵列方案。在实施例中，开有辐射缝隙的金属框(壳)体100包括三组毫米波天线，分别位于手机的两侧面与顶面，其中，高介电覆盖层(第一高介电覆盖层200、第二高介电覆盖层210、第三高介电覆盖层220)分别位于手机的顶部与两边的侧部，高介电覆盖层下是金属边框的天线辐射缝隙，天线辐射缝隙在厚度方向上贯通金属边框，相控阵模组紧贴于金属框辐射缝隙的内侧表面，并利用自身的传输线耦合激励天线辐射缝从而产生辐射，相控阵模组的最外侧金属地与手机金属边框之间连接方式有多种，包括用导电胶相连，或者用螺钉压接，但是均应保证相控阵模组的最外侧金属地与手机金属边框之间保持电连接。
印刷电路主板500位于毫米波通信设备内部，印刷电路主板500的工艺包括但不限于：柔性电路板(FPC)，普通印刷线路板(PWB)，高密度互连板(HDI)；
调制解调器600位于印刷电路主板上，调制解调器600包括多路射频开关、AD/DA转换器、信号处理单元，调制解调器600可根据不同相控阵模组所接收到的信号质量，从中选择最佳信号链路并将多路射频开关切换到最佳相控阵模组上进行信号传输；
相控阵模组(第一相控阵模组300、第二相控阵模组310、第三相控阵模组320)分别通过混合信号传输线(第一混合信号传输线400、第二混合信号传输线410、第三混合信号传输线420)与调制解调器600相连接。优选地，高介电覆盖层介电常数大于6。高介电覆盖层可利用玻璃或者陶瓷材料如二氧化锆、钛酸钡、二氧化钛、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、钛酸铜、锆酸钡、锆酸钙、锆酸铅、钛酸铅中的一种或几种的组合而成。混合信号传输线包括电源线、地线、数字与射频信号线；射频信号线上传输中频信号与本振信号；数字信号线传输数字控制信号，用以实时控制波束指向。混合信号传输线利用柔性电路板工艺(FPC)将电源线、地线、数字与射频信号线以合理方式紧密叠压在一起制成；柔性电路板工艺(FPC)所用材料包括但不限于液晶聚合物(LCP)、聚亚酰胺(PI)、改良聚亚酰胺(MPI)。
参考图15c为图15a的爆炸图，从中可以更清楚的看到被高介电覆盖层所遮挡的辐射缝隙，其中金属框(壳)体100上包含三组天线辐射缝隙(第一天线辐射缝隙101、第二天线辐射缝隙102、第三天线辐射缝隙103)，在此设计案例中，每组天线辐射缝隙分别包括8个闭合缝隙或孔径，用以辐射毫米波信号；与之相对应的是，相控阵模组的最外面地层上分别有三组相控阵辐射缝隙(第一相控阵辐射缝隙301、第二相控阵辐射缝隙311、第三相控阵辐射缝隙321)；在此设计案例中，第一天线辐射缝隙101与第一相控阵辐射缝隙301形状大小相同，位置对齐，第二天线辐射缝隙102与第二相控阵辐射缝隙311,第三天线辐射缝隙103与第三相控阵辐射缝隙321的对应关系亦是如此。天线辐射缝隙可利用计算机数控技术(CNC)、激光切割或者化学蚀刻实现。每组天线辐射缝隙的数量大于或等于2个，可构成天线阵列，从而能够实现波束扫描。
参考图15d为图15c的局部放大图，在一个实施案例中，第一相控阵模组300上的第一相控阵辐射缝隙301与金属框(壳)体100上的第一天线辐射缝隙101均匀排布，间距为λd/2；在设计中，缝隙间距可等距也可不等距，在均匀排布的情形下，缝隙之间的距离取决于自由空间的工作波长λd，优选的，相邻缝隙间的间距大于0.25小于1个λd。
参考图15e为实施例辐射缝隙形状示意图，一具体实施例中的天线辐射缝隙的开孔形状为大于三边的多边形(例如矩形、领结等)，或为由弧线构成的图形(例如椭圆形)，或为由弧线和直边构成的图形(例如哑铃形状等)。
参考图15f为一个实施案例的电气连接示意图，图中可见，相控阵模组分别激励金属框(壳)体100上的三组天线辐射缝隙，所产生的三组相控波束，分别覆盖手机的右侧、顶部与左侧；调制解调器600包含一个多路射频开关，调制解调器600可根据不同相控阵模组所接收到的信号质量，从中选择最佳信号链路并将多路射频开关切换到最佳相控阵模组上进行信号传输。混合信号传输线提供相控阵模组与调制解调器600信息交互路径。
参考图16a为第一相控阵模组300的3D前视图以及图16b第一相控阵模组300的3D后视图，第二相控阵模组310、第三相控阵模组320的架构与第一相控阵模组300相同。从图中可见，第一相控阵模组300包括基板302，连接器304，还包括收发芯片(组)303，在本实施案例中，收发芯片(组)303包括了第一收发芯片303a、第二收发芯片303b、混频器芯片303c，第一收发芯片303a负责激励第一相控阵模组300上的其中四个第一相控阵辐射缝隙301，第二收发芯片303b负责激励第一相控阵模组300上的另外四个第一相控阵辐射缝隙301。收发芯片(组)303的架构取决于第一相控阵辐射缝隙301的数目与每个收发芯片的射频通道数，如果第一相控阵辐射缝隙301的数目大于收发芯片303的射频通道数，则需要两个以上的收发芯片303，另外，混频器芯片303c也可以集成在收发芯片303中以节省空间。基板302可以为柔性电路板、类载板、印刷电路板、陶瓷基板、玻璃基板、热塑性高分子材料基板、热固性高分子材料基板、复合材料基板中的任意一种或其组合。
参考图16c第一相控阵模组300的架构原理图。从图中可见，第一相控阵模组300包含两个收发芯片：第一收发芯片303a与第二收发芯片303b。第一收发芯片303a与第二收发芯片303b的架构相同，内部都包括了收发开关，移相器，发射放大器、低噪声接收放大器、射频控制单元、电源管理单元以及相关的内存与逻辑单元。在本实施案例中，第一收发芯片303a与第二收发芯片303b各有4个收发通道，总共有8个收发通道与8路射频输出端。每路射频通道各包含一路射频输出端、一个相移器、两个收发开关，一个发射放大器与低噪声接收放大器。收发芯片的射频输出端与天线相接，具体到本方案，则是与耦合激励电路辐射缝的传输线相接。具体到本实施案例，第一相控阵模组300的第一收发芯片303a与第二收发芯片303b总共有8路射频输出端，而第一相控阵模组300对应的第一相控阵辐射缝隙301总共有8个子缝，每一路射频输出端通过相接的传输线分别耦合激励第一相控阵辐射缝隙301的8个子缝，进而耦合激励第一天线辐射缝隙101的8个子缝，因此，8路射频输出端可以对立激励8个毫米波辐射单元，每一路射频输出端的幅度与相位都可以被射频控制单元独立控制。射频控制单元的控制信号来自于调制解调器600，两者之间的通讯可利用普通数据接口协议实现，譬如SPI、I2C、UART；射频控制单元的控制信号既可以调整发射放大器与低噪声接收放大器的幅度，也可以同时调整相移器的相移量，射频控制单元通过调整收发通道上的幅度与相位，进而可以调整天线的方向图参数，譬如增益、波束指向、旁瓣电平等。
参考图16d本发明一实施例毫米波天线阵列单元爆炸图，可以清晰看到每个毫米波天线阵列单元从外到内为：第一髙介电覆盖层200，非导电胶700，金属框(壳)体100，导电胶800以及基板302。非导电胶700用于物理性接合第一髙介电覆盖层200与金属框(壳)体100，第一髙介电覆盖层200与金属框(壳)体100共形。金属框(壳)体100中间开有贯通其厚度方向的第一天线辐射缝隙101。基板302靠近金属框(壳)体100一侧金属层开有第一相控阵辐射缝隙，优选的，第一相控阵辐射缝隙301与第一天线辐射缝隙101形状及长宽尺寸相同。导电胶800用于粘合金属框(壳)体100与基板302，其上也开有与第一天线辐射缝隙101形状及长宽尺寸相同的缝隙，导电胶800、金属框(壳)体100与基板302的缝隙相对齐。基板302中有给天线馈电耦合的带状线，其中带状线末端枝节305跨过第一相控阵辐射缝隙301，可以调整带状线馈线和缝隙之间的耦合，开路枝节306为匹配枝节，通过改变其位置，长宽，可以调节天线阻抗。
参看图16e，本发明一实施例相控阵模组电路层截面说明图，基板302从上到下(靠近金属框(壳)体100的一层定义为最上层)包括至少四层导体层，其中，第一层导体层3021包括地层与第一相控阵辐射缝隙301；第二层导体层3022为馈电信号层，馈电信号线为带状线，从截面图可以看出带状线的末端跨横过辐射缝隙；第三导体层3023为带状线的参考地层，用以屏蔽馈电信号与收发芯片所需的其他信号间的干扰；第四层导体层3024与第五层导体层3025用以放置射频信号线与数字电路信号线，譬如收发芯片与连接器304的连接线路，在另一些实施例中可能用到更多导体层，导体层的数量取决于芯片的管脚数目与制程工艺。具体来说，第一层导体层3021包括地层与相控阵辐射缝隙，第二层导体层3022为馈电信号层，馈电信号线为带状线，带状线的末端跨于所述电路辐射缝隙上方，第三层导体层3023为地层，用以屏蔽所述馈电信号与收发芯片所需的其他信号；第四层导体层3024或其他导体层用以传输收发芯片所需的其他数字或射频信号。
参考图17a，本发明另一实施例的结构爆炸图，此实施例为一种在手机终端上可能的双极化毫米波天线阵列方案。其中与图15c单极化毫米波天线阵列方案相对比，区别在于单极化方案的金属框(壳)体100上的辐射缝隙包含一种类型的缝隙，实施例中为垂直缝隙，而双极化方案的金属框(壳)体100上的辐射缝隙包含两种类型的缝隙，为垂直缝隙和水平缝隙。相对应的第一相控阵模组300最外面地层上开有的第一相控阵辐射缝隙301为垂直缝隙和水平缝隙，其尺寸与位置与第一天线辐射缝隙101对齐。垂直缝隙和水平缝隙依次排列。因极化正交的关系，此双极化方案实施例中的天线通路多了一倍，所以对应第一相控阵模组300上的收发芯片数量，控制信号数量也需要增加一倍。
参考图17b，对应图17a局部放大图，在实施例中，垂直缝隙间的间距和水平缝隙间的间距是一样的，间距为d。优选的，d取值为0.25到1个对应工作频段的自由空间波长的距离。
参考图18，本发明另一实施例毫米波双极化天线阵列单元爆炸图，从外到内依次为：第一髙介电覆盖层200，非导电胶700，金属框(壳)体100，导电胶800以及基板302。非导电胶700用于物理性接合第一髙介电覆盖层200与金属框(壳)体100，第一髙介电覆盖层200与金属框(壳)体100共形。金属框(壳)体100中间开有贯通其厚度方向的垂直辐射缝隙101a和水平辐射缝隙101b，金属框垂直辐射缝隙101a和金属框水平辐射缝隙101b组成第一天线辐射缝隙101。第一相控阵模组300的基板302在靠近金属框(壳)体100一侧的导体层上开有和第一天线辐射缝隙101同等形状、长宽尺寸和相对位置的电路垂直辐射缝隙301a与电路水平辐射缝隙301b，电路垂直辐射缝隙301a与电路水平辐射缝隙301b组成第一相控阵辐射缝隙301。导电胶800用于粘合金属框(壳)体100与基板302，其上也开有与垂直辐射缝隙101a以及水平辐射缝隙101b同等形状、长宽尺寸和相对位置的缝隙，导电胶800、金属框(壳)体100与基板302的缝隙相对齐，并粘合在一起。基板302中有给天线馈电耦合的带状线，对于每一个缝隙都有相应一支带状线与之相耦合。第一带状线末端枝节305a末端正交跨过对应的第一垂直电路辐射缝隙301a，可以调整带状线馈线和缝隙之间的耦合，第一开路枝节306a为相应匹配枝节，通过改变其位置，长宽，可以调节垂直电路辐射缝隙301a的辐射阻抗。第二带状线末端枝节305b末端正交跨过对应的水平电路辐射缝隙301b，可以调整带状线馈线和水平电路辐射缝隙301b之间的耦合，第二开路枝节306b为相应匹配枝节，通过改变其位置，长宽，可以调节水平电路辐射缝隙301b的辐射阻抗。因为垂直电路辐射缝隙301a与水平电路辐射缝隙301b的极化与阻抗不一样，因此相应的带状线末端枝节305与之匹配的具体尺寸与位置也不一样。
实施例3
基于相同发明构思，本发明还提供了一种相控阵模组，该相控阵模组可设于金属框(壳)体100的天线辐射缝隙的内侧，并且该天线辐射缝隙的外侧设有高介电覆盖层，高介电覆盖层与天线辐射缝隙共同构成辐射体，相控阵模组构成辐射激励器。该相控阵模组包括：基板302、相控阵辐射缝隙、至少一个收发芯片、与收发芯片电连接的混频器芯片303c、连接器304；其中，基板302靠近天线辐射缝隙的一侧与天线辐射缝隙的内侧电连接；相控阵辐射缝隙开设于基板302靠近天线辐射缝隙的一侧；收发芯片、混频器芯片303c、连接器304设于基板302远离天线辐射缝隙的一侧；收发芯片的射频通道总数不低于相控阵辐射缝隙的数目，每个收发芯片用于激励相对应的相控阵辐射缝隙；收发芯片的管脚与连接器304的管脚通过基板302上的引线相连。
实施例4
基于相同发明构思，本发明还提供了另一种相控阵模组，设于金属框(壳)体100的天线辐射缝隙的内侧，并且该天线辐射缝隙的外侧设有高介电覆盖层，高介电覆盖层与天线辐射缝隙共同构成辐射体，相控阵模组构成辐射激励器。该相控阵模组包括：基板302、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器304；其中，基板302靠近天线辐射缝隙的一侧与天线辐射缝隙的内侧电连接；相控阵辐射缝隙开设于基板302靠近天线辐射缝隙的一侧；收发芯片组、连接器304设于基板302远离天线辐射缝隙的一侧；收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，收发芯片的射频通道总数不低于相控阵辐射缝隙的数目，每个收发芯片用于激励相对应的相控阵辐射缝隙；收发芯片的管脚与连接器304的管脚通过基板302上的引线相连。
实施例5
基于相同发明构思，本发明还提供了一种用户终端的金属壳体，金属壳体的外侧部分区域覆盖有高介电覆盖层；金属壳体的至少一侧开有天线辐射缝隙；金属壳体的天线辐射缝隙区域开设有外侧凹槽，外侧凹槽和高介电覆盖层具有共形设计，高介电覆盖层内嵌于外侧凹槽内部。高介电覆盖层与天线辐射缝隙共同构成辐射体。利用覆盖在缝隙上的高介电覆盖层有效去除辐射缝隙的后向辐射与损耗。
实施例6
基于相同发明构思，本发明还提供了一种消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法，该方法包括：在金属壳体的外侧凹槽内设置高介电覆盖层以消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射；外侧凹槽是指在金属壳体的天线辐射缝隙区域开设的凹槽。高介电覆盖层与天线辐射缝隙共同构成辐射体。利用覆盖在缝隙上的高介电覆盖层有效去除辐射缝隙的后向辐射与损耗。
实施例7
基于相同发明构思，本发明还提供了一种用户终端，包括：实施例1或实施例2中的毫米波天线系统，或实施例3或实施例4中的相控阵模组，或实施例5中的金属壳体。
实施例8
基于相同发明构思，本发明还提供了一种毫米波通信设备，包括：实施例1或实施例2中的毫米波天线系统、印刷电路主板500、混合信号传输线以及调制解调器600；印刷电路主板500位于毫米波通信设备内部；调制解调器600位于印刷电路主板500上；相控阵模组通过混合信号传输线与调制解调器600相连接；相控阵模组可根据调制解调器600经混合信号传输线输出的控制信号来调整射频通道上的幅度与相位。
以上，需要特别说明的是，上述各个实施例不是相互独立的，其解决技术问题的出发点，核心的发明构思是一致的。换言之，可借助其他实施例的技术方案理解某一个实施例中的技术方案。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (21)

1.一种毫米波天线系统，其特征在于，包括：
开有天线缝隙的金属框体/金属壳体；
高介电覆盖层，设于所述天线缝隙的外侧；
信号传输单元，设于所述天线缝隙的内侧；
与所述信号传输单元电性连接的信号收发组件；以及
与所述信号收发组件电性连接的中频和基带处理单元；
其中，
所述高介电覆盖层、所述天线缝隙以及所述信号传输单元共同构成所述的毫米波天线系统的介质谐振天线阵列。
2.如权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于，在所述天线缝隙位置处，所述金属框体/金属壳体的内侧和外侧分别设有内侧凹槽和外侧凹槽；所述内侧凹槽和所述信号传输单元具有共形设计，所述信号传输单元内嵌于所述内侧凹槽内部；
所述外侧凹槽和所述高介电覆盖层具有共形设计，所述高介电覆盖层内嵌于所述外侧凹槽内部。
3.如权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述高介电覆盖层整体覆盖于全部所述天线缝隙的外侧；或者
所述高介电覆盖层包括若干高介电覆盖层子单元，每一个所述高介电覆盖层子单元覆盖于一个或者多个所述天线缝隙的外侧。
4.如权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述信号传输单元包括柔性电路板基材；
所述柔性电路板基材上设有馈电传输线以及
与所述馈电传输线电连接的信号馈入口；
其中，
所述馈电传输线的信号馈入口与所述信号收发组件电连接。
5.如权利要求4所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述馈电传输线的末端横跨于所述天线缝隙的内侧，以耦合馈电方式将射频信号通过所述天线缝隙辐射到自由空间。
6.如权利要求4所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述信号收发组件贴附于所述柔性电路板基材的背面。
7.如权利要求4所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述柔性电路板基材还包括延伸部分，所述延伸部分贴附于包含所述的毫米波天线系统的设备的电池上或者所述设备的后盖上或者所述设备的主线路板上；
所述信号收发组件设于所述延伸部分。
8.一种毫米波天线系统，其特征在于，包括：
至少一侧开有天线辐射缝隙的金属壳体；
高介电覆盖层，设于所述天线辐射缝隙的外侧；
相控阵模组，设于所述天线辐射缝隙的内侧，并且所述相控阵模组与所述天线辐射缝隙电连接；
所述高介电覆盖层与所述天线辐射缝隙共同构成辐射体，所述相控阵模组构成辐射激励器。
9.如权利要求8所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述相控阵模组包括：基板、相控阵辐射缝隙、至少一个收发芯片、与所述收发芯片电连接的混频器芯片、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧，所述相控阵辐射缝隙与所述天线缝隙相匹配；
所述收发芯片、所述混频器芯片、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述相控阵辐射缝隙的数目不低于所述收发芯片的射频通道总数，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
10.如权利要求8所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述相控阵模组包括：基板、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧耦合连接或电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧，所述相控阵辐射缝隙与所述天线缝隙相匹配；
所述收发芯片组、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
11.如权利要求9或10所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述基板至少包括四层导体层，沿着远离所述天线辐射缝隙的方向分别记为第一导体层、第二导体层、第三导体层、第四导体层；
所述第一导体层为地层，所述相控阵辐射缝隙开设于所述第一导体层；
所述第二导体层为馈电信号层，所述馈电信号层设有用于耦合馈电的带状线，所述带状线的数量与所述相控阵辐射缝隙的数量相同，每条所述带状线的末端枝节跨过对应的所述相控阵辐射缝隙，每条所述带状线还包括匹配枝节；
所述第三导体层为所述带状线的参考地层；
所述第四导体层用于传输所述收发芯片所需的数字信号或射频信号。
12.如权利要求9或10所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述金属壳体的多侧开设有所述天线辐射缝隙，每一侧的所述天线辐射缝隙的数量是多个，每一侧的所述天线辐射缝隙均对应有所述相控阵模组。
13.如权利要求8或9或10所述的毫米波天线系统，其特征在于，每一侧的所述天线缝隙包括：若干第一类天线缝隙以及若干第二类天线缝隙，所述第一类天线缝隙与所述第二类天线缝隙具有夹角。
14.如权利要求13所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述第一类天线缝隙与所述第二类天线缝隙垂直。
15.如权利要求13所述的毫米波天线系统，其特征在于，所述第一类天线缝隙、所述第二类天线缝隙交替布设。
16.一种相控阵模组，其特征在于，设于金属壳体的天线辐射缝隙的内侧，包括：基板、相控阵辐射缝隙、至少一个收发芯片、与所述收发芯片电连接的混频器芯片、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片、所述混频器芯片、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
17.一种相控阵模组，其特征在于，设于金属壳体的天线辐射缝隙的内侧，包括：基板、相控阵辐射缝隙、收发芯片组、连接器；
其中，
所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧与所述天线辐射缝隙的内侧电连接；
所述相控阵辐射缝隙开设于所述基板靠近所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组、所述连接器设于所述基板远离所述天线辐射缝隙的一侧；
所述收发芯片组集成有混频器以及至少一个收发芯片，所述收发芯片的射频通道总数不低于所述相控阵辐射缝隙的数目，每个所述收发芯片用于激励相对应的所述相控阵辐射缝隙；
所述收发芯片的管脚与所述连接器的管脚通过所述基板上的引线相连。
18.一种用户终端的金属壳体，其特征在于，所述金属壳体的外侧部分区域覆盖有高介电覆盖层；
所述金属壳体的至少一侧开有天线辐射缝隙；所述金属壳体的天线辐射缝隙区域开设有外侧凹槽，所述外侧凹槽和所述高介电覆盖层具有共形设计，所述高介电覆盖层内嵌于所述外侧凹槽内部。
19.一种消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射的方法，其特征在于，该方法包括：在所述金属壳体的外侧凹槽内设置高介电覆盖层以消除金属壳体的天线辐射缝隙的后向辐射；所述外侧凹槽是指在所述金属壳体的天线辐射缝隙区域开设的凹槽。
20.一种用户终端，其特征在于，包括：权利要求1～15任意一项所述的毫米波天线系统，或权利要求16～17任意一项所述的相控阵模组，或权利要求18所述的金属壳体。
21.一种毫米波通信设备，其特征在于，包括：权利要求1～15任意一项所述的毫米波天线系统、印刷电路主板、混合信号传输线以及调制解调器；
所述印刷电路主板位于所述毫米波通信设备内部；
所述调制解调器位于所述印刷电路主板上；
所述相控阵模组通过所述混合信号传输线与所述调制解调器相连接；
所述相控阵模组可根据所述调制解调器经所述混合信号传输线输出的控制信号来调整射频通道上的幅度与相位。
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