CN109066080B - 一种天线罩、天线结构及无线电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线罩、天线结构及无线电子设备，天线结构包括：天线罩；以及位于天线罩内侧的辐射体；其中，(n‑1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，H₁表示天线罩的厚度，λ₁表示辐射体发射的电磁波在天线罩中的传播波长，n为正整数；和/或，L＝a*b*λ₀，L表示中心线从辐射体的辐射面到天线罩的内侧面的线段长度，中心线为垂直于辐射体的辐射面的直线，λ₀表示与辐射体发射的电磁波在空气中的传播波长，a表示预设参数，b为正整数。这样可以增强电磁波波束的方向性及增益效果，以补偿电磁波在无线传输的损耗，而达到较长的无线传播距离，从而提升天线结构的整体性能，并可减少常规设计所需的面积与电路复杂度及对应的成本，以提升产品整体的竞争力。

Description

一种天线罩、天线结构及无线电子设备

技术领域

本发明涉及无线传播技术领域，尤其涉及一种天线罩、天线结构及无线电子设备。

背景技术

毫米波由于其具有大带宽所致的高速资料传输能力和高影像解析度，使毫米波的运用日益普及与重要。然而，由于毫米波的工作频率较高，因此毫米波在无线传输过程中传播损耗较高，而使无线传播距离较短，故往往实际应用需以阵列方式呈现，以达到较高的天线增益，以克服高的传播损耗，而达到较长的传播距离。此外，为达到佳的成像效果，实际应用上也往往以毫米波天线阵列方式呈现，以提高波束的方向性与最大增益。然而，在同样天线单元形式下，要形成高增益的天线阵列往往需要较多的天线单元，故会使得空间、成本、与系统设计复杂度上升，而造成对产品的总体竞争力形成挑战。

发明内容

本发明实施例提供一种天线罩、天线结构及无线电子设备，以解决现有技术中的毫米波在辐射无线传输过程中传播损耗较高，而使无线传播距离较短的问题。

本发明实施例提供了一种天线结构，包括：

天线罩；

以及位于所述天线罩内侧的辐射体；

其中，(n-1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，所述H₁表示所述天线罩的厚度，所述λ₁表示所述辐射体发射的电磁波在所述天线罩中的传播波长，n为正整数；

和/或，L＝a*b*λ₀，所述L表示中心线从所述辐射体的辐射面到所述天线罩的内侧面的线段长度，所述中心线为垂直于所述辐射体的辐射面的直线，所述λ₀表示与所述辐射体发射的电磁波在空气中的传播波长，a表示预设参数，b为正整数。

本发明实施例还提供了一种无线电子设备，包括上述天线结构。

本发明实施例还提供了一种天线罩，应用于天线结构，且所述天线结构的辐射体位于所述天线罩的内侧，其中，(n-1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，所述H₁表示所述天线罩的厚度，所述λ₁表示所述辐射体发射的电磁波在所述天线罩中的传播波长，n为正整数。

这样，本发明实施例中，通过将天线罩的厚度设计成厚度取值区间[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]内的厚度，和/或将垂直于所述辐射体的辐射面的直线，从所述辐射体的辐射面到所述天线罩的内侧面的线段长度取值为特定数值(a*b*λ₀)，可以增强电磁波波束的方向性及增益效果，以补偿电磁波在无线传输的损耗，并达到较长的无线传播距离，从而提升天线结构的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之三；

图4是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之四。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种天线结构，包括：

天线罩10；

以及，位于所述天线罩10内侧的辐射体20；

其中，(n-1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，所述H₁表示所述天线罩10的厚度，所述λ₁表示所述辐射体20发射的电磁波在所述天线罩10中的传播波长，n为正整数；

和/或，L＝a*b*λ₀，所述L表示中心线从所述辐射体20的辐射面到所述天线罩10的内侧面的线段长度，所述中心线为垂直于所述辐射体20的辐射面的直线，所述λ₀表示与所述辐射体20发射的电磁波在空气中的传播波长，a表示预设参数，b为正整数。

在本实施方式中，在L＝a*b*λ₀中，λ₀表示与辐射体20发射的电磁波在空气中的传播波长，即天线结构的工作频率所对应的自由空间波长；a表示预设参数。一般为使天线结构的性能最优，a的取值优选为0.5，即通过将L的取值确定在0.5λ₀的b倍，以提升天线结构的辐射效果。b为正整数，且b的取值跟该天线结构的实际应用场景有关。

其中，可以通过公式λ₀＝C/f来计算该天线结构的工作频率所对应的自由空间波长，式中，λ₀表示自由空间波长，C表示光速，f表示该天线结构的工作频率。

其中，由于当天线罩10的厚度H₁为λ₁的半波长或者半波长的整数倍时，辐射体20发射的电磁波在天线罩10的穿透能力最强，因此将天线罩10的厚度H₁的取值区间设置为[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]，n为正整数，其可使由天线罩10反射回的电磁波与辐射体20辐射出的电磁波进行叠加，增强电磁波波束的方向性及增益效果，以补偿电磁波在无线传输时的损耗，并达到较长的无线传播距离，从而提升天线结构的整体性能。

其中，天线罩10的厚度H₁的取值区间可以是(0，λ₁/2)、(λ₁/2，λ₁)、(λ₁，3λ₁/2)，以此类推，直到[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]，n为正整数。

其中，辐射体20发射的电磁波在天线罩10中的传播波长λ₁的计算与天线罩10的介电常数有关，其换算过程如下：

λ₁＝λ₀/(ε₁ ^0.5)

其中，ε₁表示天线罩10的介电常数，λ₀表示该天线结构的工作频率所对应的自由空间波长。

其中，天线罩10在天线结构中主要起保护天线系统(辐射体20、馈源30等)免受外部环境影响的结构物，即能在机械性能上能经受外部恶劣环境的作用，能为天线系统提供稳定的工作环境，且在电气性能上具有合格的电磁波辐射特性与低电磁损耗。其中，天线罩10优选为非电导体、非磁性材料制成，且具有合格的电磁波辐射特性与低电磁损耗。

在本实施方式中，通过将天线罩10的厚度H₁取值为取值区间为[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]之内的数值时，其可使由天线罩10反射回的电磁波与辐射体20辐射出的电磁波进行叠加，增强电磁波波束的方向性及增益效果，以补偿电磁波在无线传输时的损耗，并达到较长的无线传播距离，从而提升天线结构的整体性能。

为进一步提升天线结构的辐射性能，天线罩10的厚度H₁可以以0.25λ₁作为基准厚度，并根据基准厚度进行适当的优化设计，比如将天线罩10的厚度设计为0.24λ₁或者0.26λ₁；还可以将0.25λ₁的正奇数倍作为天线罩10的基准厚度，比如将0.75λ₁或者1.25λ₁等定义为天线罩10的基准厚度，并根据基准厚度进行适当的优化设计。

其中，该天线结构还包括一端与所述辐射体20连接的馈源30，所述馈源30的另一端与地线连接。所述辐射体20的辐射面与所述天线罩10的内侧面相向设置，且辐射体20的辐射面与所述天线罩10的内侧面之间具有间隙，该间隙的宽度与天线结构的工作频率有关。

在本实施方式中，通过将中心线从所述辐射体20的辐射面到所述天线罩10的内侧面的线段长度(L)取值为特定数值(a*b*λ₀)，从而使辐射体20发射的电磁波在损耗正切可以接收的情况下，可以提升电磁波波束的方向性和增益效果，还可以达到较高解析度的成像效果，并提升天线结构的整体性能。

需要说明的是，毫米波由于其具有大带宽所致的高速资料传输能力和高影像解析度，使毫米波的运用日益普及与重要。然而，由于毫米波的工作频率较高，因此毫米波在无线传输过程中传播损耗较高，而使无线传播距离较短，故往往实际应用需以阵列方式呈现，以达到较高的天线增益，以克服高的传播损耗，而达到较长的传播距离。此外，为达到佳的成像效果，实际应用上也往往以毫米波天线阵列方式呈现，以提高波束的方向性与最大增益。

本发明实施例提供的天线结构可以采用毫米波的天线结构，通过利用毫米波极宽的大宽带宽所致的高速资料传输能力和高影像解析度，从而有效提升天线结构的通信效率。然而，由于毫米波的高工作频率，故使得毫米波在辐射传输的过程中传播损耗较高、传播距离较短。为提升毫米波天线的辐射效率，可以将天线结构设计成毫米波天线阵列，增强天线结构辐射的电磁波波束的方向性及增益效果，以降低毫米波在传输的损耗，并达到较长的传播距离，并达到较高解析度的成像效果，从而提升天线结构的整体性能。

这样，在满足天线结构性能的基础上，还可以降低毫米波天线阵列的数量，从而降低天线结构的空间、成本、与系统设计复杂度，提升产品的竞争力。

而且，通过将天线结构设计成毫米波天线阵列，还可以使天线结构在进行波束扫描或波束成形时，在多个方向上具有较佳的辐射性能，从而减少无线覆盖盲区。其中，本发明实施例提供的天线结构还可以满足双频或者多频毫米波工作的需求，以提升双频或者多频毫米波天线结构的工作性能。

如图2和图3所示，若辐射体20可进行波束扫描或波束成形，则可以将天线罩10的形状设计成与辐射体20辐射的电磁波波束(图示中的虚线框)正交设置的几何外形。具体的，对应于每一个电磁波波束，天线罩10上可以设置对应的子单元，且每一子单元优选地与对应的电磁波波束正交设置，即让每一子单元可以垂直穿过电磁波波束的中心位置。其中，可以将天线罩10的外形设计成曲面或者弧面，以包覆辐射体20。

需要说明的是，在本实施方式中，辐射体20的辐射面与天线罩10的内侧面之间的间隙L，需要满足L＝a*b*λ₀，以使辐射体20发射的电磁波在损耗正切可以接收的情况下，可以提升电磁波波束的方向性和增益效果，还可以达到较高解析度的成像效果，并提升天线结构的整体性能。

如图4所示，天线罩10包括至少两个厚度不同的子区域，其中，至少两个厚度不同的子区域包括厚度不同的第一区域11和第二区域12，第一区域11和第二区域12连接的位置可以形成避让空间，以满足其他功能器件的安装布局，也可以在第一区域11形成加强结构，提升天线罩10的结构强度，并使天线罩10可以起到更好的保护作用，还可以延长天线罩10的使用寿命。

其中，第一区域11和第二区域12介电常数可以相同，也可以不同，但第一区域11和第二区域12的厚度都需要满足天线罩10的厚度取值范围，其可使由天线罩10反射回的电磁波与辐射体20辐射出的电磁波进行叠加，增强电磁波波束的方向性及增益效果，以补偿电磁波在无线传输时的损耗，并达到较长的无线传播距离，从而提升天线结构的整体性能。

比如，当第一区域11的介电常数小于第二区域12的介电常数的情况下，第一区域11的厚度范围在[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]内，以使天线罩10在第二区域12的位置形成避让空间(比如避让凹槽，且避让凹槽可以位于天线罩的内侧，也可以位于天线罩的外侧，还可以在内侧及外侧均形成避让凹槽)，以满足其他功能器件的安装布局。

其中，辐射体20发射的电磁波在第二区域12中的传播波长λ₂的计算与第二区域12的介电常数有关，其换算过程如下：

λ₂＝λ₀/(ε₂ ^0.5)

其中，ε₂表示第二区域12的介电常数，λ₀表示该天线结构的工作频率所对应的自由空间波长。有上述公式可知，由于第二区域12的介电常数ε₂大于天线罩10的介电常数ε₁，因此λ₂<λ₁。

其中，第二区域12的厚度的取值区间为[(m-1)*λ₂/2，m*λ₂/2]，H₂表示第二区域12的厚度，所述λ₁表示辐射体20发射的电磁信号在第二区域12中的传播波长，m为正整数，且H₂<H₁。

其中，第二区域12的厚度H₂的取值区间可以是(0，λ₂/2)、(λ₂/2，λ₂)、(λ₂，3λ₂/2)，以此类推，直到[(m-1)*λ₂/2，m*λ₂/2]，m为正整数。

为进一步提升天线结构的辐射性能，第二区域12的厚度H₂可以以0.25λ₁作为基准厚度，并根据基准厚度进行适当的优化设计，比如将第二区域12的厚度设计为0.24λ₁或者0.26λ₁；还可以将0.25λ₁的正奇数倍作为第二区域12的基准厚度，比如将0.75λ₁或者1.25λ₁等定义为第二区域12的基准厚度，并根据基准厚度进行适当的优化设计。

比如，H₂可以取值为0.24λ₂，H₁可以取值为0.24λ₁。

需要说明的是，第二区域的介电常数还可以大于第一区域的介电常数，并使第二区域的厚度大于第一区域的厚度，从而使天线罩10在第二区域的位置形成加强结构，提升天线罩10的结构强度。

其中，第二区域12的介电常数还可以与第一区域11的介电常数相同。且由于第二区域12的厚度小于第一区域11的厚度，因此天线罩10可以在第二区域12的位置形成避让空间(比如避让凹槽，且避让凹槽可以位于天线罩的内侧，也可以位于天线罩的外侧，还可以在内侧及外侧均形成避让凹槽)，以满足其他功能器件的安装布局。

其中，第一区域11的厚度H₁的取值区间为[(n-1)*λ₁/2，n*λ₁/2]，第二区域12的厚度H₂的取值区间为[(i-1)*λ₁/2，i*λ₁/2]，i为正整数；但H₂<H₁，以使天线罩10可以在第二区域12的位置形成避让空间。

比如，H₁的取值区间可以是(λ₁/2，λ₁)，对应的H₂的取值区间可以是(0，λ₁/2)。

本发明实施例还提供一种无线电子设备，包括上述天线结构。

其中，当天线结构应用于无线电子设备时，天线罩可以是无线电子设备的壳体，比如手机的电池盖。

需要说明的是，上述天线结构实施例的实现方式同样适应于该无线电子设备的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

天线罩；

以及位于所述天线罩内侧的辐射体；

其中，(n-1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，所述H₁表示所述天线罩的厚度，所述λ₁表示所述辐射体发射的电磁波在所述天线罩中的传播波长，n为正整数；所述天线罩的厚度为0.25λ₁的正奇数倍；和/或，

L＝a*b*λ₀，所述L表示中心线从所述辐射体的辐射面到所述天线罩的内侧面的线段长度，所述中心线为垂直于所述辐射体的辐射面的直线，所述λ₀表示与所述辐射体发射的电磁波在空气中的传播波长，a表示预设参数，b为正整数；

所述天线罩包括第一区域和第二区域，所述第二区域为所述天线罩的正对所述辐射体所形成的内凹区域，且所述第一区域位于所述第二区域的外围；

所述第一区域的厚度为H1，所述第二区域的厚度为H2，且H2的取值区间为[(m-1)*λ₂/2，m*λ₂/2]，m为正整数，且所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度；

其中，λ₁＝λ₀/(ε₁ ^0.5)，λ₂＝λ₀/(ε₂ ^0.5)，ε₁表示所述第一区域的介电常数，ε₂表示所述第二区域的介电常数，且ε₂大于ε₁。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述预设参数为0.5。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构为毫米波天线阵列。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述辐射体能发射不同方向的电磁波波束，对应于每一个电磁波波束，所述天线罩设置有子单元，每一个子单元与对应的电磁波波束正交设置。

5.一种无线电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的天线结构。

6.一种天线罩，应用于天线结构，且所述天线结构的辐射体位于所述天线罩的内侧，其特征在于，(n-1)*λ₁/2<H₁<n*λ₁/2，所述H₁表示所述天线罩的厚度，所述λ₁表示所述辐射体发射的电磁波在所述天线罩中的传播波长，n为正整数；所述天线罩的厚度为0.25λ₁的正奇数倍；

所述天线罩包括第一区域和第二区域，所述第二区域为所述天线罩的正对所述辐射体所形成的内凹区域，且所述第一区域位于所述第二区域的外围；

所述第一区域的厚度为H1，所述第二区域的厚度为H2，且H2的取值区间为[(m-1)*λ₂/2，m*λ₂/2]，m为正整数，且所述第一区域的厚度大于所述第二区域的厚度；

其中，λ₁＝λ₀/(ε₁ ^0.5)，λ₂＝λ₀/(ε₂ ^0.5)，ε₁表示所述第一区域的介电常数，ε₂表示所述第二区域的介电常数，且ε₂大于ε₁。

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