CN109786934A - 封装天线系统及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种封装天线系统及移动终端，移动终端包括主板，封装天线系统包括基板、设于基板相对两侧的金属天线和集成电路芯片以及设于基板内连接金属天线和集成电路芯片的电路，金属天线包括金属天线单元；金属天线单元包括设于基板一侧的第一贴片天线以及嵌设于基板且与第一贴片天线间隔的第二贴片天线，第一贴片天线包括呈方形的第一主体、与第一主体间隔且围绕第一主体设置的环形圈以及连接第一主体与环形圈的连接臂，第一主体设有第一馈电点；第二贴片天线包括呈方形的第二主体，第二主体设有第二馈电点；第一馈电点和第二馈电点用于激励不同频段的电磁波。本发明的封装天线系统实现了28GHz和39GHz的双频覆盖，且整体面积小。

Description

封装天线系统及移动终端

【技术领域】

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种封装天线系统及移动终端。

【背景技术】

5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术制定5G标准已经成为业界共识。国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这三个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。目前3GPP正在对5G技术进行标准化工作，第一个5G非独立组网(NSA)国际标准于2017年12月正式完成并冻结，并计划在2018年6月完成5G独立组网标准。3GPP会议期间诸多关键技术和系统架构等研究工作得到迅速聚焦，其中包含毫米波技术。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段。

毫米波频段丰富的带宽资源为高速传输速率提供了保障，但是由于该频段电磁波剧烈的空间损耗，利用毫米波频段的无线通信系统需要采用相控阵的架构。通过移相器使得各个阵元的相位按一定规律分布，从而形成高增益波束，并且通过相移的改变使得波束在一定空间范围内扫描。

天线作为射频前端系统中不可缺少的部件，在射频电路向着集成化、小型化方向发展的同时，将天线与射频前端电路进行系统集成和封装成为未来射频前端发展的必然趋势。封装天线(AiP)技术是通过封装材料与工艺将天线集成在携带芯片的封装内，很好地兼顾了天线性能、成本及体积，深受广大芯片及封装制造商的青睐。目前高通，Intel，IBM等公司都采用了封装天线技术。毋庸置疑，AiP技术也将为5G毫米波移动通信系统提供很好的天线解决方案。

相关技术中，由于28GHz和39GHz频段相距甚远，封装天线无法覆盖两个频段，因此28GHz频段和39GHz频段是两个独立的通道，在手机空间内需要占用较大的面积。

因此，实有必要提供一种新的封装天线系统及移动终端以解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种封装天线系统及移动终端，其能够实现28GHz和39GHz双频覆盖，且所述封装天线系统整体面积小。

为了达到上述目的，本发明提供一种封装天线系统，其包括基板、分别设于所述基板相对两侧的金属天线和集成电路芯片以及嵌设于所述基板内连接所述金属天线和所述集成电路芯片的电路，所述金属天线包括固定于所述基板的金属天线单元；所述金属天线单元包括设于所述基板远离所述集成电路芯片的一侧的第一贴片天线以及嵌设于所述基板内部的且与所述第一贴片天线间隔设置的第二贴片天线，所述第一贴片天线呈方形的第一主体、与所述第一主体间隔且围绕所述第一主体设置的环形圈以及连接所述第一主体与所述环形圈的连接臂，所述第一主体设有用以馈电的第一馈电点；所述第二贴片天线包括呈方形的第二主体，所述第二主体设有用以馈电的第二馈电点；所述第一馈电点和所述第二馈电点用于激励不同频段的电磁波。

优选的，所述基板包括叠设于所述集成电路芯片的第一板体以及叠设于所述第一板体远离所述集成电路芯片一侧的第二板体，所述第一贴片天线设于所述第二板体远离所述第一板体的一端，所述第二贴片天线嵌设于所述第一板体与所述第二板体之间。

优选的，所述第一馈电点用于激励28GHz频段的电磁波；所述第二馈电点用于激励39GHz频段的电磁波。

优选的，所述封装天线系统还包括固定连接于所述第一主体的第一馈电探针以及固定连接于所述第二主体的第二馈电探针，所述第二主体开设有贯穿其上的通孔，所述第一馈电探针穿过所述通孔与所述第二主体间隔设置；所述第一馈电点通过所述第一馈电探针与所述电路连接，所述第二馈电点通过所述第二馈电探针与所述电路连接。

优选的，所述电路包括与所述第一馈电探针连接的第一点、与所述第二馈电探针连接的第二点以及贯穿所述电路设置且位于所述第一点和所述第二点之间的通槽。

优选的，所述封装天线系统为毫米波相控阵天线系统。

优选的，所述金属天线为一维直线阵，其包括多个所述金属天线单元，多个所述金属天线单元依次间隔排布。

优选的，所述基板为多层高频低损耗板材。

优选的，所述封装天线系统通过PCB工艺或LTCC工艺层叠而成。

本发明还提供一种移动终端，其包括主板；所述移动终端还包括本发明所述的封装天线系统，所述封装天线系统与所述主板连接；所述金属天线位于所述基板远离所述主板的一侧，所述集成电路芯片位于所述基板靠近所述主板的一侧，所述电路与所述主板连接。

与相关技术相比，本发明提供的封装天线系统及移动终端具有如下有益效果：所述第一贴片天线由所述第一馈电点馈电和所述第二贴片天线由所述第二馈电点馈电，且所述第一馈电点和所述第二馈电点激励不同频段的信号，实现了所述封装天线系统的双频覆盖；同时，所述封装天线系统采用PCB工艺或者LTCC工艺层叠而成，减小了所述封装天线系统的整体面积；所述毫米波相控阵天线系统采用线阵而非平面阵，在手机中占用的空间变窄，只需扫描一个角度，简化了设计难度、测试难度、以及波束管理的复杂度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明提供的移动终端的立体结构示意图；

图2为图1所示的封装天线系统与主板的连接结构示意图；

图3为金属天线单元、馈电探针和电路的连接结构的示意图；

图4为图1所示的封装天线系统的部分立体结构的分解示意图；

图5(a)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为45°的辐射方向图；

图5(b)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为0°的辐射方向图；

图5(c)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为-45°的辐射方向图；

图6(a)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为45°的辐射方向图；

图6(b)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为0°的辐射方向图；

图6(c)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为-45°的辐射方向图；

图7为本发明提供的封装天线系统的第一贴片天线和第二贴片天线的反射系数曲线图；

图8(a)为本发明提供的封装天线系统的第一贴片天线的覆盖效率曲线图；

图8(b)为本发明提供的封装天线系统的第二贴片天线的覆盖效率曲线图。

【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种移动终端100，该移动终端100可以是手机、ipad以及POS机等，本发明对此不作限定，所述移动终端100包括屏幕1、盖合于所述屏幕1并与所述屏幕1配合形成收容空间的后盖2、收容于所述收容空间内的主板3以及与所述主板3连接的封装天线系统4。所述主板3和所述封装天线系统4均收容于所述收容空间内。

所述后盖2为3D玻璃后盖，能提供更好的保护、美观度、热扩散、色彩度以及用户体验。具体的，所述后盖2包括与所述屏幕1相对间隔设置的底壁21及自所述底壁21的外周缘向靠近所述屏幕1方向弯折延伸的侧壁22，所述侧壁22与所述屏幕1连接，所述底壁21和所述侧壁22一体成型。

所述封装天线系统4临近所述侧壁22设置并与所述底壁21垂直，所述封装天线系统4用于接收和发送电磁波信号，进而实现所述移动终端100的通信功能。具体地，所述封装天线系统4可以通过焊球阵列封装(Ball Grid Array，BGA)技术与所述主板3连接。

所述封装天线系统4包括设于基板41、分别设于所述基板41相对两侧的集成电路芯片42和金属天线43以及嵌设于所述基板41内且连接所述集成电路芯片42和所述金属天线43的电路44。

具体的，所述金属天线43位于所述基板41远离所述主板3的一侧，所述集成电路芯片42位于所述基41板靠近所述主板3的一侧，所述电路44与所述主板3连接。

所述基板41用于承载所述金属天线43和所述电路44，所述基板41可以一体成型，也可以分层设置，比如本实施方式中，所述基板41为分层设置，所述基板41包括叠设于所述集成电路芯片42的第一板体411以及叠设于所述第一板体411远离所述集成电路芯片42一侧的第二板体412；优选的，所述基板41为多层高频低损耗板材。所述集成电路芯片42通过倒桩焊工艺与所述第一板体411固定连接。

所述金属天线43包括固定于所述基板41的金属天线单元431，所述金属天线单元431包括两个馈电点10，且所述金属天线单元431同时由两个所述馈电点10馈电，两个所述馈电点10用于激励不同频段的电磁波。

具体的，所述金属天线单元431包括设于所述基板41远离所述集成电路芯片42的一侧的第一贴片天线4311以及嵌设于所述基板41内部的且与所述第一贴片天线4311间隔设置的第二贴片天线4312；所述第一贴片天线4311包括呈方形的第一主体43111、与所述第一主体43111间隔且围绕所述第一主体43111设置的环形圈43112以及连接所述第一主体43111与所述环形圈43112的连接臂43113，即所述第一主体43111、所述环形圈43112与所述连接臂43113共同形成呈“回”形的所述第一贴片天线4311；所述第二贴片天线4312包括呈方形的第二主体43121。

在本实施方式中，所述第一贴片天线4311设于所述基板41的所述第二板体412远离所述第一板体411的一端，所述第二贴片天线4312嵌设于所述第一板体411与所述第二板体412之间。

所述馈电点10包括设于所述第一主体43111的第一馈电点101以及设于所述第二主体43121的第二馈电点102，所述第一贴片天线4311由所述第一馈电点101 42馈电，所述第二贴片天线4312由所述第二馈电点102馈电，其中，所述第一馈电点101用于激励28GHz的电磁波；所述第二馈电点102用于激励39GHz的电磁波。

所述馈电点10通过馈电探针20与所述电路44连接，为所述金属天线43馈电。具体的，所述馈电探针20固定于所述第一主体43111的第一馈电探针201以及固定于所述第二主体43121的第二馈电探针202，所述第二主体43121开设有贯穿其上的通孔430，所述第一馈电探针201穿过所述通孔340并与所述第二主体43121间隔设置；所述第一馈电点101通过所述第一馈电探针201与所述电路44连接，所述第二馈电点102通过所述第二馈电探针202与所述电路44连接。

值得一提的是，所述电路44包括与所述第一馈电探针201连接的第一点441、与所述第二馈电探针202连接的第二点442以及贯穿所述电路44设置且位于所述第一点441和所述第二点442之间的通槽440，该通槽440将所述第一点441与所述第二点442间隔，避免了所述第一点441和所述第二点442发生干涉，保证了所述第一馈电探针201与所述第二馈电探针202分别与所述电路44的单独连接，提高所述馈电探针20与所述电路44的连接稳定性，从而使得所述第一馈电点101和所述第二馈电点102单独地且更加稳定地激励不同频段的电磁波，实现高稳定性的所述封装天线系统4。

进一步的，所述封装天线系统4为毫米波相控阵系统，在手机中占用的空间变窄；并只需扫描一个角度，简化了设计难度、测试难度、以及波束管理的复杂度。具体的，所述金属天线43为一维直线阵，其包括多个所述金属天线单元431，多个所述金属天线单元431依次间隔排布。优选的，所述金属天线43为1*4的直线阵，即所述金属天线43包括四个所述金属天线单元431，每个所述金属天线单元431均包括所述第一馈电点101和所述第二馈电点102。

相比于相关技术中的封装天线，本实施方式中的封装天线系统4中，所述第一贴片天线4311包括所述第一馈电点101和所述第二贴片天线4312包括所述第二馈电点102，且所述第一馈电点101和所述第二馈电点102激励不同频段的信号，实现了所述封装天线系统4的双频覆盖，同时，所述封装天线系统4通过PCB工艺或者LTCC工艺层叠而成，相比于相关技术中的双频天线系统，使得所述封装天线系统4的尺寸减小，从而减小整体所占面积。

请参阅图5(a)～图8(b)，其中：

图5(a)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为45°的辐射方向图；

图5(b)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为0°的辐射方向图；

图5(c)为本发明提供的封装天线系统在28GHz频段时，第一贴片天线的扫描角为-45°的辐射方向图；

图6(a)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为45°的辐射方向图；

图6(b)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为0°的辐射方向图；

图6(c)为本发明提供的封装天线系统在39GHz频段时，第二贴片天线的扫描角为-45°的辐射方向图；

图7为本发明提供的封装天线系统的第一贴片天线和第二贴片天线的反射系数曲线图；

图8(a)为本发明提供的封装天线系统的第一贴片天线的覆盖效率曲线图；

图8(b)为本发明提供的封装天线系统的第二贴片天线的覆盖效率曲线图。

结合图8(a)和图8(b)可知，所述第一贴片天线4311通过第一馈电点101激励28GHz频段的电磁波时，所述封装天线系统4的增益阈值为10.4dBi，在覆盖效率为50％的情况下，所述封装天线系统4的增益阈值下降10dBi，而在3GPP讨论中，对于50％覆盖效率，该增益阈值下降为10.9dB；所述第二贴片天线4312通过第二馈电点102激励39GHz频段的电磁波时，所述封装天线系统4的增益阈值为12.4dBi，在覆盖效率为50％的情况下，所述封装天线系统4的增益阈值下降11dBi，而在3GPP讨论中，对于50％覆盖效率，该增益阈值下降为12.6dBi，说明本发明的封装天线系统4具有更优的覆盖效率。

与相关技术相比，本发明提供的封装天线系统及移动终端具有如下有益效果：所述第一贴片天线由所述第一馈电点馈电和所述第二贴片天线由所述第二馈电点馈电，且所述第一馈电点和所述第二馈电点激励不同频段的信号，实现了所述封装天线系统的双频覆盖；同时，所述封装天线系统采用PCB工艺或者LTCC工艺层叠而成，减小了所述封装天线系统的整体面积；所述毫米波相控阵天线系统采用线阵而非平面阵，在手机中占用的空间变窄，只需扫描一个角度，简化了设计难度、测试难度、以及波束管理的复杂度。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种封装天线系统，其特征在于，所述封装天线系统包括基板、分别设于所述基板相对两侧的金属天线和集成电路芯片以及嵌设于所述基板内连接所述金属天线和所述集成电路芯片的电路，所述金属天线包括固定于所述基板的金属天线单元；所述金属天线单元包括设于所述基板远离所述集成电路芯片的一侧的第一贴片天线以及嵌设于所述基板内部的且与所述第一贴片天线间隔设置的第二贴片天线；所述第一贴片天线包括呈方形的第一主体、与所述第一主体间隔且围绕所述第一主体设置的环形圈以及连接所述第一主体与所述环形圈的连接臂，所述第一主体设有用以馈电的第一馈电点；所述第二贴片天线包括呈方形的第二主体，所述第二主体设有用以馈电的第二馈电点；所述第一馈电点和所述第二馈电点用于激励不同频段的电磁波。

2.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述基板包括叠设于所述集成电路芯片的第一板体以及叠设于所述第一板体远离所述集成电路芯片一侧的第二板体，所述第一贴片天线设于所述第二板体远离所述第一板体的一端，所述第二贴片天线嵌设于所述第一板体与所述第二板体之间。

3.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述第一馈电点用于激励28GHz频段的电磁波；所述第二馈电点用于激励39GHz频段的电磁波。

4.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述封装天线系统还包括固定连接于所述第一主体的第一馈电探针以及固定连接于所述第二主体的第二馈电探针，所述第二主体开设有贯穿其上的通孔，所述第一馈电探针穿过所述通孔与所述第二主体间隔设置；所述第一馈电点通过所述第一馈电探针与所述电路连接，所述第二馈电点通过所述第二馈电探针与所述电路连接。

5.根据权利要求4述的封装天线系统，其特征在于，所述电路包括与所述第一馈电探针连接的第一点、与所述第二馈电探针连接的第二点以及贯穿所述电路设置且位于所述第一点和所述第二点之间的通槽。

6.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述封装天线系统为毫米波相控阵天线系统。

7.根据权利要求6所述的封装天线系统，其特征在于，所述金属天线为一维直线阵，其包括多个所述金属天线单元，多个所述金属天线单元依次间隔排布。

8.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述基板为多层高频低损耗板材。

9.根据权利要求1所述的封装天线系统，其特征在于，所述封装天线系统通过PCB工艺或LTCC工艺层叠而成。

10.一种移动终端，其包括主板，其特征在于，所述移动终端还包括权利要求1-9任一项所述的封装天线系统，所述封装天线系统与所述主板连接；所述金属天线位于所述基板远离所述主板的一侧，所述集成电路芯片位于所述基板靠近所述主板的一侧，所述电路与所述主板连接。