CN109728413A - 天线结构及终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线结构及终端，该天线结构包括：金属板，所述金属板具有相背设置的第一表面和第二表面，所述金属板上开设有容置槽，所述容置槽邻近所述第一表面；螺旋辐射体，所述螺旋辐射体安装在所述容置槽内，所述螺旋辐射体与所述金属板绝缘设置，所述螺旋辐射体上设置有用于与馈源连接的馈电端。因此，本发明的方案，解决了现有技术中的为实现多频段、大带宽及高增益，在终端上所布置的毫米波天线占据较多空间而不利于小型化及整机集成的设计挑战。

Description

天线结构及终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线结构及终端。

背景技术

目前毫米波天线多采用封装天线(Antenna in package，简称AiP)技术，把毫米波的阵列天线，射频集成电路(RFIC)以及电源管理集成电路(PMIC)集成在一个模块里面。其中，组成毫米波阵列的天线单元主要为贴片天线(patch)、八木宇田天线(Yagi-Uda)或者偶极子天线(dipole)等。这些天线单元相对而言皆是窄带天线，比如常规的patch一般相对带宽百分比基本不超过8％，但毫米波频段往往需求双频或者多频且大带宽，此便对天线的设计带来很大的挑战。

其中，现有技术中为了满足双频，多频，与多宽频的需求，对于patch来说，往往需要在patch的辐射片上开槽或者采用叠层的结构。然而，此种方式往往不是难以实现两性能相近的双极化(dual-polarization)或便是会增加毫米波阵列天线的厚度，从而占据使手机上较多的布置空间，不利于手机小型化或薄型化及的整机设计与集成。

另外，毫米波段因空间损耗较高，故毫米波段的天线设计需要采用阵列形式以提高天线的增益，以补偿高路损而使得无线覆盖范围得以扩大，故高增益也是毫米波天线阵列的重要性能指标之一，而高增益的阵列除了增加天线单元数量外，便是设计阵列中的高增益的天线单元。

发明内容

本发明的实施例提供了一种天线结构及终端，以解决现有技术中的为实现多频段、大带宽，及高增益，在终端上所布置的毫米波天线占据较多空间而不利于小型化及整机集成的设计挑战。

第一方面，本发明的实施例提供了一种天线结构，包括：

金属板，所述金属板具有相背设置的第一表面和第二表面，所述金属板上开设有容置槽，所述容置槽邻近所述第一表面；

螺旋辐射体，所述螺旋辐射体安装在所述容置槽内，所述螺旋辐射体与所述金属板绝缘设置，所述螺旋辐射体上设置有用于与馈源连接的馈电端。

第二方面，本发明的实施例提供了一种终端，包括：

天线结构，所述天线结构为上述的天线结构，所述金属板接地；

射频模块，所述射频模块位于所述金属板的第二表面，所述射频模块与所述螺旋辐射体的馈电端电连接或耦接。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例的天线结构采用了螺旋辐射体，使得采用该种天线结构终端实现了圆极化，可以接收任意极化的来波，减少了断线的机率，故保证了无线通信的稳定性，且实现了宽带覆盖，及高天线增益。并且，将螺旋辐射体集成到金属板上，还减小了天线结构在终端上所占用的空间。因此，本发明的实施例，解决了现有技术中的为实现多频段、大带宽，及高增益，在终端上所布置的毫米波天线占据较多空间而不利于小型化及整机集成的设计挑战。

附图说明

图1表示本发明实施例中平面螺旋辐射体的结构示意图；

图2表示本发明实施例中平面螺旋辐射体的最大辐射方向；

图3表示本发明实施例中容置槽作为螺旋辐射体的反射器时的结构示意图；

图4表示本发明实施例中带有反射器的平面螺旋辐射体的最大辐射方向；

图5表示本发明实施例的天线结构的结构示意图之一；

图6表示本发明实施例中在容置槽上开设馈电孔的结构示意图；

图7表示本发明实施例中射频模块上设置馈电顶针的结构示意图；

图8表示本发明实施例中射频集成电路和电源管理集成电路在射频模块上的设置示意图；

图9表示本发明实施例中的射频模块与金属框的装配示意图；

图10表示本发明实施例的天线结构的结构示意图之二；

图11表示本发明实施例中在金属板开设容置槽的结构示意图之一；

图12表示本发明实施例中螺旋辐射体固定在射频模块上的结构示意图之一；

图13表示本发明实施例中在金属板开设容置槽的结构示意图之二；

图14表示本发明实施例中螺旋辐射体固定在射频模块上的结构示意图之二；

图15表示本发明实施例中的天线结构在终端上的设置位置示意图。

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。

本发明的实施例提供了一种天线结构，如图5所述，该天线结构包括：

金属板1，金属板1具有相背设置的第一表面和第二表面，金属板1上开设有容置槽3，容置槽3邻近第一表面；

螺旋辐射体2，螺旋辐射体2安装在容置槽3内，螺旋辐射体2与金属板1绝缘设置，螺旋辐射体2上设置有用于与馈源连接的馈电端。

根据本发明实施例的天线结构，通过在金属板1上开设容置槽3，并将螺旋辐射体2安装在容置槽3内，可以利用螺旋辐射体2的方向图、天线增益、输入阻抗等电特性参数在相当宽的频率范围内电特性变化不大的特性，实现圆极化，接收任意极化的来波，减少无线通信断线的机率，在一定程度上解决了多频段、大带宽与高增益的设计难题，并提高无线通信的稳定性，而且可以在一定程度上减小天线结构所占用的空间，利于小型化及整机集成。

可选地，螺旋辐射体2为平面螺旋辐射体，即构成螺旋辐射体2的结构位于同一平面内。例如，螺旋辐射体2可以是阿基米德螺旋辐射体。由于平面螺旋辐射体2为自对称的渐变结构，其方向图、天线增益、输入阻抗等电特性参数在相当宽的频率范围内电特性变化不大，故较为容易实现宽带覆盖。

可选地，螺旋辐射体2在金属板1上的正投影呈大体圆形或者大体方形，容置槽3与螺旋辐射体2适配，由此，可以方便加工制造螺旋辐射体2，而且利于将螺旋辐射体2安装在容置槽3内。

当螺旋辐射体2为平面螺旋辐射体，且在金属板1上的正投影呈大体圆形时，该螺旋辐射体2的结构如图1所示。其中，圆形的平面螺旋辐射体包括第一辐射臂00和第二辐射臂01，在第一辐射臂01和第二辐射臂02上分别设置有馈电位置03。其中，平面螺旋辐射体2的两个螺旋之间的间距Sa，可以相等，也可不等。优选地，平面螺旋辐射体2的两个螺旋之间的间距Sa相等，使得平面螺旋辐射体2的天线效率更高。

可以理解的是，如图2所示，圆形的平面螺旋辐射体2的最大辐射方向在垂直于螺旋平面的法向方向的两端(即图2中所示的A箭头和B箭头所指的方向)，由于平面螺旋辐射体2为自对称的渐变结构，其方向图、天线增益、输入阻抗等电特性参数在相当宽的频率范围内电特性变化不大，故较为容易实现宽带覆盖，因此，可有效解决了多频段与大带宽的设计难题，并且实现了圆极化，可以接收任意极化的来波，以减少断线的机率，保证无线通信的稳定性。

另外，将螺旋辐射体2集成到金属板1上，还减小了天线结构在终端上所占用的空间。因此，本发明的实施例，解决了现有技术中的为实现多频段、大带宽，及高增益，在终端上所布置的毫米波天线占据较多空间而不利于小型化及整机集成的设计挑战。

可选地，平面螺旋辐射体2还可为金属板1的一部分，即利用金属板1的一部分加工为平面螺旋形式，构成辐射体。利用部分金属板1作为螺旋辐射体2，可以提升天线的带宽，覆盖多个频段。进一步地，当金属板1作为移动终端的金属壳的一部分时，利用部分金属壳作为螺旋辐射体2，可以在不影响终端的金属质感的前提下，减小天线的占用空间。

在一些实施例中，螺旋辐射体2与金属板1之间设有绝缘介质件。即容置槽3内填充有绝缘介质，螺旋辐射体2固定在绝缘介质上。进一步地，螺旋辐射体2固定在绝缘介质件内部或者表面。其中，绝缘介质件优选低介电常数和低损耗的介质材料。

如图5和图6所示，容置槽3为多个，多个容置槽3间隔设置，螺旋辐射体2为与容置槽3对应的多个，多个螺旋辐射体2一一对应安装在多个容置槽3内，例如图5和图10所示。其中，一个容置槽3内安装一个螺旋辐射体2，从而使得各个螺旋辐射体2之间相互隔离，增大了辐射体之间的隔离度，从而减小了螺旋辐射体2之间的耦合。

可选地，容置槽3的深度小于或等于金属板1的厚度。即容置槽3可以为穿通金属板1或者未穿通金属板1。其中，当容置槽3的深度小于金属板1的厚度，即容置槽3为未穿通金属板1的槽时，容置槽3在接地时(即金属板1接地)时，可以形成螺旋辐射体2的反射器11，如图3所示。其中，由图2与图4的对比可以看出，螺旋辐射体2增加反射器11后，最大辐射方向为垂直于螺旋平面朝上(即图4中A箭头所指的方向)，亦即垂直于螺旋平面并远离反射器11的方向。

需要说明的是，当金属板1形成螺旋辐射体2的反射器11时，若将本发明实施例的天线结构安装于终端上，螺旋辐射体2对于金属板1后的系统内的环境可较不敏感，故可集成更多的器件，实现更多的功能，从而提升终端的竞争力。

本发明的实施例还提供了一种终端，该终端包括：

天线结构，天线结构为上述的天线结构，

射频模块，射频模块位于金属板1的第二表面，射频模块与螺旋辐射体2的馈电端电连接或耦接。其中射频模块用于提供射频信号，而射频模块与螺旋辐射体2的馈电端电连接或耦接后，则可以将射频模块输出的射频信号传输到螺旋辐射体2上。其中，可以理解的是，射频模块还可以设置在终端的系统内部。

其中，在金属板1上设置的容置槽3的深度小于或等于金属板1的厚度。即容置槽3可以为穿通金属板1或者未穿通金属板1。其中，当容置槽3的深度小于金属板1的厚度，即容置槽3为未穿通金属板1的槽时，此槽可以形成螺旋辐射体2的反射器11，如图3所示。其中，由图2与图4的对比可以看出，螺旋辐射体2增加反射器11后，最大辐射方向为垂直于螺旋平面朝上(即图4中A箭头所指的方向)，亦即垂直于螺旋平面并远离反射器11的方向。

由此可知，当金属板1接地时，容置槽3可以形成螺旋辐射体2的反射器11，则螺旋辐射体2对于金属板1后的系统内的环境可较不敏感，故可集成更多的器件，实现更多的功能，从而提升产品的竞争力。

优选地，如图7所示，射频模块上设置有馈电顶针6，馈电顶针6与馈电端电连接。进一步地，容置槽3上设置有馈电孔7，馈电顶针6穿过馈电孔7与馈电端电连接。其中，馈电孔7的设置具体如图6所示。即将射频模块紧贴在金属板1上，使得馈电顶针6穿过馈电孔7馈入到螺旋辐射体2上，使得信号的路径最短，有效降低了路径损耗，从而提升了无线通信的质量。

具体地，当容置槽3的深度等于金属板1的厚度(即容置槽3穿通金属板1)，且螺旋辐射体2与金属板1之间设有绝缘介质件时，馈电孔位于容置槽3内的绝缘介质件上；当容置槽3的深度小于金属板1的厚度(即容置槽3未穿通金属板1)，且螺旋辐射体2与金属板1之间设有绝缘介质件时，馈电孔包括位于容置槽3的底部的第一馈电孔和位于绝缘介质件上的第二馈电孔，则馈电顶针6依次穿过第二馈电孔和第一馈电孔，与螺旋辐射体2电连接。

其中，若绝缘介质件是通过绝缘材料注塑在容置槽3内中，则由于在注塑时容置槽3内存在馈电顶针，而在绝缘介质件上形成馈电孔。

优选地，容置槽3为多个，多个容置槽3间隔设置，螺旋辐射体2为与容置槽3对应的多个，多个螺旋辐射体2一一对应安装在多个容置槽3内，且相邻的两个螺旋辐射体2之间的距离等于天线结构的工作频率的半波长。

其中，多个螺旋辐射体2形成阵列天线，而可达到多频段的覆盖性能。并且，由螺旋辐射体2组成的阵列天线在波束扫描时在空间的对称或映射方向上性能可保持相同或接近。另外，相邻两个螺旋辐射体2之间的距离等于天线结构的工作频率的半波长。具体地，当螺旋辐射体2沿金属板1的长度方向间隔设置时，该距离具体为相邻螺旋辐射体2在金属板1的长度方向上的距离；当螺旋辐射2沿金属板1的宽度方向间隔设置时，该距离具体为相邻螺旋辐射体2在金属板1的宽度方向上的距离。

优选地，射频模块包括射频集成电路504和电源管理集成电路505，射频集成电路504分别与馈电端和电源集成电路电连接。其中，射频模块上还可设置BTB连接器506，用于射频模块与终端主板间的中频信号连接。

进一步地，如图8所示，射频模块还包括第一地层501、第二地层502和绝缘介质层503，绝缘介质层503位于第一地层501和第二地层502之间，射频集成电路504和电源管理集成电路505设置于第二地层502，射频集成电路504通过第一走线与螺旋辐射体2的馈电端电连接，射频集成电路504通过第二走线与电源管理集成电路505电连接，第一走线和第二走线分布于绝缘介质层503内。其中，将射频集成电路504置于射频模块的地层上，可最大降低天线信号在通路上的损耗。

其中，需要注意的是，将上述射频模块设置于金属板1朝向终端内部的一侧后，射频模块的第一地层501可以形成螺旋辐射体2的反射器。

另外，当射频模块通过馈电顶针与螺旋辐射体2的馈电端电连接时，如图7所示，馈电顶针设置于第一地层501上。具体地，馈电顶针位于绝缘介质层503内，并通过绝缘介质层503内的走线，与位于第二地层502上的射频接触电路电连接，且第一地层501上设置有第一过孔，第一过孔的直径大于馈电顶针的直径，即馈电顶针位于第一过孔内，但不与第一地层501相接触。

由上述可知，将图8所示的射频模块放置于金属板1的第二表面上，使得馈电顶针穿过容置槽3上的馈电孔后，与螺旋辐射体2电连接。其中，图8所示的射频模块安装到图6所示的金属板1上后的效果，如图9所示。

此外，螺旋辐射体2还可设置在射频模块上，即如图12和图14所示，在射频模块的第一地层501上间隔设置多个绝缘部件8，并在一个绝缘部件8上固定一个螺旋辐射体2，在金属框上设置多个穿通金属框的容置槽3(如图11和图13所示)，从而将绝缘部件8嵌入在容置槽3内。即将前述方案中位于容置槽3内的螺旋辐射体2和绝缘介质件4作为凸出的部件集成在射频模块上，并在金属板1上掏相应形状的孔洞，使得射频模块凸出来的部分刚好嵌入这些孔洞中，达到定位限位的目的。

具体地，当螺旋辐射体2在金属板1上的正投影呈大体圆形时，容置槽3的形状为圆形，在射频模块的第一地层501上设置的绝缘部件8为圆形，如图11和12所示；当螺旋辐射体2在金属板1上的正投影呈大体正方形时，容置槽3的形状为正方形，在射频模块的第一地层501上设置的绝缘部件8为正方形，如图13和14所示。

优选地，终端具有壳体，至少部分壳体为金属壳，金属板1为金属壳的第一部分。例如图15所示，金属壳包括第一边框101、第二边框102、第三边框103、第四边框104和金属中壳，第一至第四边框104包围一系统地9，该系统的地可以由PCB板，和/或金属中壳，和/或屏上的铁框等组成。其中，螺旋辐射体2可以集成在图15中虚线所圈定的金属框上。

即将螺旋辐射体2集成在终端的金属壳上，减小了螺旋辐射体2在终端上所占据的空间。

其中，可以理解的是，该金属板1并不局限于为金属壳的一部分，还可为终端上的目标天线辐射体的一部分，该目标天线辐射体的工作频段与螺旋辐射体2的工作频段不同。即螺旋辐射体2还可集成在终端上其他的天线辐射体上。

优选地，上述的第一部分为金属壳的侧面部分和/或背面部分。其中，当上述第一部分为金属壳的侧面部分时，可以避免当终端正置(即屏幕朝上时)于金属桌时，其背部受金属桌遮挡，也可以避免手握等情况下使螺旋辐射体2的天线性能大幅下降。

优选地，射频模块为毫米波射频模块。

综上所述，本发明的实施例，将毫米波天线融入到金属边框中，部分金属边框作为毫米波天线的辐射片，可以提升毫米波天线的带宽，可以覆盖5G毫米波多个频段，同时不影响移动终端的金属质感，从而可提升跨国甚至全球漫游时用户的多个毫米波频段的宽频无线体验。

此外，本发明中螺旋辐射体的数量、位置、形状、尺寸、角度、间距、排列方式、通信频段、实现方式等皆不限于实施例中所述。其他基于本专利发明的基础思维精神上的应用与设计皆在本专利保护涵盖的范围内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

金属板，所述金属板具有相背设置的第一表面和第二表面，所述金属板上开设有容置槽，所述容置槽邻近所述第一表面；

螺旋辐射体，所述螺旋辐射体安装在所述容置槽内，所述螺旋辐射体与所述金属板绝缘设置，所述螺旋辐射体上设置有用于与馈源连接的馈电端。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述螺旋辐射体与所述金属板之间设有绝缘介质件。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述螺旋辐射体固定在所述绝缘介质件内部或者表面。

4.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述螺旋辐射体为平面螺旋辐射体。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述螺旋辐射体在所述金属板上的正投影呈大体圆形或者大体方形，所述容置槽与所述螺旋辐射体适配。

6.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述容置槽为多个，多个所述容置槽间隔设置，所述螺旋辐射体为与所述容置槽对应的多个，多个所述螺旋辐射体一一对应安装在多个所述容置槽内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的天线结构，其特征在于，所述容置槽的深度小于或等于所述金属板的厚度。

8.一种终端，其特征在于，包括：

天线结构，所述天线结构为如权利要求1至7任一项所述的天线结构；

射频模块，所述射频模块位于所述金属板的第二表面，所述射频模块与所述螺旋辐射体的馈电端电连接或耦接。

9.根据权利要求8所述的终端，其特征在于，所述射频模块上设置有馈电顶针，所述馈电顶针与所述馈电端电连接。

10.根据权利要求9所述的终端，其特征在于，所述容置槽上设置有馈电孔，所述馈电顶针穿过所述馈电孔与所述馈电端电连接。

11.根据权利要求8所述的终端，其特征在于，所述容置槽为多个，多个所述容置槽间隔设置，所述螺旋辐射体为与所述容置槽对应的多个，多个所述螺旋辐射体一一对应安装在多个所述容置槽内，且相邻的两个所述螺旋辐射体之间的距离等于所述天线结构的工作频率的半波长。

12.根据权利要求8所述的终端，其特征在于，所述，所述射频模块包括射频集成电路和电源管理集成电路，所述射频集成电路分别与所述馈电端和所述电源集成电路电连接。

13.根据权利要求12所述的终端，其特征在于，所述射频模块还包括第一地层、第二地层和绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述第一地层和所述第二地层之间，所述射频集成电路和所述电源管理集成电路设置于所述第二地层，所述射频集成电路通过第一走线与所述螺旋辐射体的馈电端电连接，所述射频集成电路通过第二走线与所述电源管理集成电路电连接，所述第一走线和所述第二走线分布于所述绝缘介质层内。

14.根据权利要求8所述的终端，其特征在于，所述终端具有壳体，至少部分所述壳体为金属壳，所述金属板为所述金属壳的第一部分。

15.根据权利要求14所述的终端，其特征在于，所述第一部分为所述金属壳的侧面部分和/或背面部分。

16.根据权利要求8-15中任一项所述的终端，其特征在于，射频模块为毫米波射频模块。