芯耀
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随着 5G 通信向高速率、低时延演进，6G 技术研发加速推进，毫米波频段凭借超大带宽、高频谱利用率的优势，成为下一代通信的核心赛道。但终端设备 “全面屏 + 轻薄化” 的设计趋势，让天线可用空间被极度压缩 —— 如何在小尺寸内实现宽带、双极化、高隔离度的天线性能，成为行业亟待破解的难题。
近日，北京小米移动软件有限公司公开了一项名为 “天线单元、天线阵列及电子设备” 的发明专利（申请号：202410939033.6），给出了堪称完美的解决方案。这项专利针对毫米波通信场景，设计了一种结构紧凑、性能优异的天线方案，为 5G/6G 终端的天线设计提供了全新思路。
一、核心设计：拆解小米毫米波天线的 “精妙结构”
小米这款专利的核心是一款多层集成的双极化天线单元，在此基础上可扩展为天线阵列，最终应用于各类电子设备。我们结合专利附图，一步步看懂它的设计逻辑：
1. 天线单元的 “四大核心组件”
天线单元（100）主要由辐射组件（1）、寄生组件（2）、接地层（3）和馈电组件（4） 构成，再加上三层介质层实现堆叠集成（图 1 为立体结构，图 2 为剖视图）：
图1
图2
辐射组件：核心是 4 个椭圆形辐射贴片（11），呈环形相隔 90 度阵列布置，每个贴片的长轴延长线都穿过环形圆心（图 3）。这种布局的关键作用是：两两一组分别实现 X 方向和 Y 方向的极化，为双极化奠定基础。
图3
寄生组件：包括 4 个椭圆形寄生贴片（21）和接地通孔（22），每个寄生贴片对应一个辐射贴片，位于辐射贴片正上方。更巧妙的是，每个寄生贴片通过辐射贴片上的 “寄生孔隙（111）”，经由接地通孔连接到下方的接地层（图 4）。
图4
接地层：位于整个天线单元的最下方（第三介质层底部），为天线提供稳定的接地参考，同时减少信号干扰。
馈电组件：由第一馈电贴片（41）、第二馈电贴片（42）和对应的馈电探针组成。两个馈电贴片正交布置在四个辐射贴片形成的十字形区域内（图 3），通过馈电探针穿过介质层连接到接地层，分别激励 X、Y 方向的极化信号（图 2）。
2. 三层介质层的 “堆叠艺术”
为了实现紧凑集成，天线单元采用了第一介质层（5）、第二介质层（6）、第三介质层（7） 依次层叠的结构（图 2）：
寄生贴片在第一介质层顶部；
辐射贴片和第一馈电贴片夹在第一、第二介质层之间；
第二馈电贴片夹在第二、第三介质层之间；
接地层在第三介质层底部。
且三层介质层厚度满足 D1＜D2＜D3，这种设计既保证了各组件的绝缘隔离，又通过介质材料的特性优化（如第三介质层采用 Rogers 4350 材料），降低信号损耗。
3. 关键尺寸比例：性能的 “黄金法则”
专利中明确了三个核心尺寸比例，这是天线性能达标的关键：
辐射贴片面积 S1 : 寄生贴片面积 S2 = 2~4（优选 3）；
寄生贴片面积 S2 : 寄生孔隙面积 S3 = 2~4（优选 2.9）；
相邻辐射贴片外侧边缘的公切线长度为 3~4mm（优选 3.3mm）。
同时，寄生贴片的中心位于辐射贴片中心与环形圆心之间，接地通孔的中心又位于寄生孔隙中心与环形圆心之间（图 5），这种 “向内偏移” 的设计，让寄生效应最大化，同时不增加整体尺寸。
图5
二、创新亮点：打破 “小尺寸” 与 “高性能” 的矛盾
这款天线专利的核心创新，在于通过 “结构优化 + 寄生效应利用”，在不扩大体积的前提下，实现了宽带、双极化、高隔离度的多重突破：
1. 寄生结构 “三位一体”：小型化与宽带兼得
传统毫米波天线要扩展带宽，往往需要增大辐射面积，而小米的设计通过 “辐射贴片 + 寄生贴片 + 寄生孔隙” 的三位一体结构，完美解决了这一矛盾：
寄生贴片通过孔隙接地，形成额外的谐振路径，相当于在同一空间内集成了 “主辐射 + 寄生辐射” 双重结构；
无需增加天线平面面积，就能拓展阻抗带宽，最终实现55% 的极化工作带宽（24.3-42.7GHz） ，覆盖主流毫米波通信频段。
2. 双极化设计：高隔离度 + 低交叉极化
四个辐射贴片 90 度环形布置，配合正交的馈电贴片，让天线天然具备 X、Y 双极化能力：
两个极化方向的隔离度大于 20dB，有效避免极化间干扰；
交叉极化低于 - 25dB，信号纯度更高，尤其适合 MIMO（多输入多输出）通信场景。
3. 阵列扩展：小尺寸实现高增益
基于单个天线单元，专利还设计了可扩展的天线阵列（200），例如 1×4 阵列（图 6、图 7）：
图6
图7
阵列尺寸仅为 6mm×19.5mm×1.1mm，极致紧凑；
峰值增益可达 13dBi，远超单个单元的 7.3dBi；
单元间耦合度低于 - 12dB，阵列隔离度低于 - 15dB（图 16），保证多单元协同工作时的性能稳定。
图16
4. 易加工 + 低成本：适配量产需求
整个天线采用多层 PCB 集成工艺，所有贴片、孔隙均为规则椭圆形，无需复杂三维结构：
避免了精密机械加工，降低生产难度；
介质层选用成熟的射频板材（如 TLY-5、Rogers 系列），兼顾性能与成本，适合大规模量产。
三、性能验证：仿真数据见证硬实力
专利中提供了详细的仿真测试数据，用事实证明了设计的优越性：
S 参数：天线单元在毫米波频段的输入匹配（S11）、输出匹配（S22）均低于 - 10dB（图 9），辐射损耗极小；
图9
增益与效率：XY 极化增益均高于 5dBi，辐射效率高于 0.9（图 10），峰值增益达 7.3dBi；
图10
辐射方向图：在 26GHz、28GHz、38GHz、40GHz 等关键频点，辐射方向图稳定一致（图 11-14），无明显畸变；
阵列性能：1×4 阵列的 XY 极化增益均在 10dBi 以上，各端口回波损耗低于 - 10dB（图 15），满足终端远距离通信需求。
图15
四、应用场景：覆盖全品类 5G/6G 终端
这款天线方案的应用场景十分广泛，专利明确指出可用于：
尤其对于手机等轻薄终端，其小尺寸（单个单元仅需极小平面空间）、宽频带、高隔离度的特性，能完美适配全面屏设计，同时为 5G 毫米波高速下载、6G 通感一体等功能提供硬件支撑。
总结：小米的 “下一代通信” 布局
这款天线专利看似是一个组件级的创新，实则体现了小米在 5G/6G 终端核心技术上的深度积累：通过解决 “小尺寸 - 宽带 - 双极化 - 高增益” 的核心矛盾，为下一代通信终端的天线设计提供了可落地的方案。
随着毫米波通信从实验室走向商用，终端天线的性能将直接决定用户体验。小米这款专利的落地，有望让未来的手机、可穿戴设备在保持轻薄设计的同时，具备更快的通信速率、更稳定的信号质量，为 5G-Advanced 和 6G 技术的普及铺平道路。
注释：文章截图来自已公开专利，仅用于分享学习，如有侵权，请联系删除。专利全文下载，请扫描下面二维码
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