CN110649366A

CN110649366A - 一种天线和电子设备

Info

Publication number: CN110649366A
Application number: CN201910894501.1A
Authority: CN
Inventors: 马荣杰; 邾志民
Original assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110649366B

Abstract

本发明提供一种天线和电子设备，涉及通信技术领域。该天线包括：介质基板，介质基板的一侧设有一地板；金属片，金属片的至少一部分裸露在介质基板的另一侧表面；馈电模组，对应于金属片设置，馈电模组为正交差分馈电模组，馈电模组的其中一部分穿过介质基板与金属片连接，其中，馈电模组为弯折结构；地墙，设置于馈电模组周围，并与地板电连接。本发明上述方案，通过设置于馈电模组周围并与地板电连接的地墙，且馈电模组为正交差分馈电模组，不仅能够对天线阻抗进行优化，提升相邻的天线之间的隔离度，还能够覆盖多个频段；馈电模组为弯折结构，可以提高馈电模组的自由度，增加可调整的馈电模组的长度、宽度等相关变量以进行阻抗匹配。

Description

一种天线和电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线和电子设备。

背景技术

目前，应用在第五代移动通信(5G)毫米波天线阵列(尤其是手机或移动终端设备上)主流的封装天线(Antenna in package，AiP)方案上的贴片天线往往无法同时覆盖毫米波的多个波段，全球漫游时用户的无线体验便会受限；现有技术的毫米波AiP模组层数较多，一般为8-12层，同时叠层结构较复杂，增加了AiP模组的量产的工艺难度与生产一致性。

发明内容

本发明实施例提供一种天线和电子设备，以解决现有的天线不能覆盖多个频段的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明的实施例提供了一种天线，包括：

介质基板，所述介质基板的一侧设有一地板；

金属片，所述金属片的至少一部分裸露在所述介质基板的另一侧表面；

馈电模组，对应于所述金属片设置，所述馈电模组为正交差分馈电模组，所述馈电模组的其中一部分穿过所述介质基板与所述金属片连接，其中，所述馈电模组为弯折结构；

地墙，设置于所述馈电模组周围，并与所述地板电连接。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括：如上所述的天线；

其中，所述天线的数量为至少一个。

这样，本发明实施例中，通过在介质基板的一侧设置地板，在所述介质基板的另一侧表面设置金属片，对应于所述金属片设置馈电模组，所述馈电模组为正交差分馈电模组，且所述馈电模组的其中一部分穿过所述介质基板与所述金属片连接，设置于所述馈电模组周围并与所述地板电连接的地墙，不仅能够对天线阻抗进行优化，提升相邻的天线之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果，并且所述馈电模组为弯折结构，可以提高馈电模组的自由度，增加可调整的馈电模组的长度、宽度等相关变量以进行阻抗匹配。

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为本发明实施例的天线矩阵的俯视图；

图2为本发明实施例的天线的结构示意图；

图3为本发明实施例的天线的结构示意图；

图4为本发明实施例的天线的反射系数图；

图5为本发明实施例的28GHz的辐射方向图；

图6为本发明实施例的39GHz的辐射方向图；

附图标记说明：

1-介质基板，11-地板，111-通孔，12-第一介质基板，13-第二介质基板，2-地墙，21-电连接部，3-馈电模组，31-第一馈电探针，32-第二馈电探针，33-馈线，4-金属片，41-第一金属片，42-第二金属片，43-第三金属片，44-第四金属片。

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。

目前，随着5G的发展，毫米波天线的设计渐渐被引入到一些小的移动终端上，如手机、平板，甚至是笔记本电脑，故而在保持系统整体有竞争力的尺寸下，各天线所分得的有效辐射空间往往因而更加减少，进而使得天线性能下降，而造成用户无线体验的劣化。或是为容纳多个分立的天线，而增加系统整体的体积尺寸，故而使产品整体竞争力下降。毫米波天线往往是一独立天线模块的形态，其与既存的天线，如蜂窝(cellular)天线，与非蜂窝(non-cellular)天线，常为分立设置，故较易造成系统整体的体积尺寸的增加，使得产品整体竞争力下降。

并且，在目前3GPP已经规划的5G毫米波段有以28GHz为主的n257(26.5-29.5GHz),n258(24.25-27.5GHz),与n261(27.5-28.35GHz)频段及以39GHz为主的n260(37.0-40.0GHz)等频段。故除了上述的无线性能的空间维度要求，尚有频率维度的漫游需求。毫米波天线模组的主要天线单元为贴片天线(patch)，八木宇田天线(Yagi-Uda)，或者偶极子天线(dipole)，这些天线单元相对而言均是窄带天线，比如patch一般相对带宽基本不超过8％，而毫米波频段往往需求宽带的双频或者多频的形式，这给毫米波天线模组的设计带来了很大的挑战。为了满足宽频带、双频、甚至多频的需求，对于patch来说，往往需要在patch的辐射片上开槽或者采用叠层(stacked)的结构，这往往难以实现双极化(dual-polarization)或是会增加毫米波天线模组的厚度，故不利于毫米波天线模组的小型化及整机集成。

目前主流毫米波的天线设计方案主要是采用AiP的技术与工艺，即把毫米波的天线阵列，射频集成电路(Radiao Frquency Intergarted Circuit，RFIC)以及电源管理集成电路(Power Management Intergarted Circuit，PMIC)集成在一个模块内。在实际应用中，便将此模块置入手机内部，故会占据了目前其他天线的空间，导致天线性能的下降，从而影响用户的无线体验。因此，本发明实施例提供了一种天线和电子设备，能够覆盖上述所有毫米波频段，还能够对天线阻抗进行优化的同时，提升相邻的天线单元之间的隔离度。

具体的，如图1至3所示，本发明实施例提供了一种天线，包括：

介质基板1，所述介质基板1的一侧设有一地板11；

金属片4，所述金属片4的至少一部分裸露在所述介质基板1的另一侧表面；

馈电模组3，对应于所述金属片4设置，所述馈电模组3为正交差分馈电模组，所述馈电模组3的其中一部分穿过所述介质基板1与所述金属片4连接，其中，所述馈电模组3为弯折结构；

地墙2，设置于所述馈电模组3周围，并与所述地板11电连接。

其中，所述金属片4可以设置于所述介质基板1的表面，也可以将金属片4的其中一部分嵌入所述介质基板1中，另一部分裸露在所述介质基板1的表面。并且，所述馈电模组3的数量与所述金属片4的数量可以相同，并且一一对应，即一个馈电模组3对应一个金属片4。

具体的，所述介质基板1包括介电材料，介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。介电材料是通过感应而非传导的方式传递、存储或记录电场的作用和影响。其中电极化是在外电场作用下，分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象，而介电常数是表征电介质的最基本参数。

进一步的，所述天线可以为毫米波天线，在所述天线为多个的情况下，多个天线形成毫米波天线阵列。其中，所述金属片4可以为梯形金属片，所述梯形金属片中，靠近所述地墙2的一端为梯形金属片较长的下底，远离所述地墙2的一端为梯形金属片较短的上底。例如：在所述地墙2围成正方体的情况下，所述梯形金属片的上底靠近正方体的中心线，所述梯形金属片的下底靠近正方体的边缘。所述金属片4也可以为其他形状的金属片，在此不作限定。

本发明上述实施例中，通过在介质基板1的一侧设置地板11，在所述介质基板1的另一侧表面设置金属片4，对应于所述金属片4设置馈电模组3，所述馈电模组3为正交差分馈电模组，且所述馈电模组3的其中一部分穿过所述介质基板1与所述金属片4连接，设置于所述馈电模组3周围并与所述地板11电连接的地墙2，不仅能够对天线阻抗进行优化，提升相邻的天线之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果，并且，所述馈电模组3为弯折结构，可以提高馈电模组3的自由度，增加可调整的相关变量(馈电模组3的长度、宽度等)以进行阻抗匹配；并且，通过正交差分馈电模组，具有多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)功能，以提升数据的传输速率，还可以构成双极化，增加毫米波天线阵列的无线连接能力，减少通信断线的机率，提升通信效果和用户体验。

进一步的，如图2和3所示，所述馈电模组3可以包括：

与所述金属片4连接的第一馈电探针31；

第二馈电探针32；

馈线33，所述第一馈电探针31通过所述馈线33与所述第二馈电探针32连接，且所述第一馈电探针31与所述馈线33之间形成第一夹角，所述第二馈电探针32与所述馈线33之间形成第二夹角。

具体的，通过在介质基板1的底部(即地板11)通过第二馈电探针32馈入毫米波天线，并与所述馈线33相连接，同时经过馈线33的一段距离的传输，再次跟介质基板1中的第一馈电探针31相连，介质基板1中的第一馈电探针31直接对金属片4进行馈电。

其中，所述第一馈电探针31与所述馈线33之间并非在同一条直线或平面，两者形成第一夹角，并且，所述第二馈电探针32与所述馈线33之间并非在同一条直线或平面，两者形成第二夹角，所述第一夹角和第二夹角可以均为90度。

进一步的，所述地墙2可以包括：

设置于所述馈电模组3周围的多个电连接部21，所述电连接部21贯穿所述介质基板1并与所述地板11电连接。

具体的，在形成正交差分馈电的馈电模组3周围均设置有多个电连接部21，多个电连接部21围成所述地墙2，可以提高相邻的天线之间的隔离度，并且可以使得天线的带宽大幅增加。其中，在两个相邻的天线之间可以共用一部分地墙2，所述电连接部21可以为金属柱等形状。

其中，对同一个天线使用对称差分正交馈电方式，可以明显改善端口间的隔离度，减少天线之间的耦合，从而改善天线阵列的波束赋形特性；并且，在低频处由馈电模组3激励起金属柱围成的腔体的辐射，从而在低频处可以覆盖24.25GHz-29.5GHz，在高频处则是馈电模组3激励梯形偶极子辐射，可以覆盖37GHz-40GHz，基本可以覆盖n257、n258、n260、n261等3GPP的全球主流5G毫米波频段，从而提升了用户的移动通信体验。

进一步的，如图3所示，所述地板11可以设置有至少一个通孔111，所述馈电模组3穿过所述通孔111与所述金属片4连接，且所述馈电模组3与所述地板11绝缘。

具体的，所述第二馈电探针32的其中一部分穿过所述第二介质基板1，另一部分穿过通孔111与信号源连接。

进一步的，如图2所示，所述介质基板1可以包括：

第一介质基板12，所述金属片4的至少一部分裸露在所述第一介质基板12的表面，且所述第一馈电探针31设置于第一介质基板12中；

第二介质基板13，设置于所述地板11与所述第一介质基板12之间，所述第二馈电探针32的其中一部分设置于所述第二介质基板13中。

具体的，所述第一介质基板12和第二介质基板13均为介电材料，所述第一介质基板12和第二介质基板13可以为相同介电常数的介电材料，也可以为不同的介电常数的介电材料。其中，所述第一介质基板12和第二介质基板13可以采用印刷电路板的加工工艺、基板加工工艺或者低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)加工工艺等，可以更灵活的进行天线设计和叠层设计，并且，叠层结构比较简单，加工难度小。

进一步的，如图2所示，所述馈线33设置于所述第一介质基板12上靠近所述第二介质基板13的一侧，或者所述馈线33设置于所述第二介质基板13上靠近所述第一介质基板12的一侧。

具体的，所述馈线33设置于所述第一介质基板12上靠近所述第二介质基板13的一侧表面，或者所述馈线33设置于所述第二介质基板13上靠近所述第一介质基板12的一侧表面，即所述馈线33可以水平走线一段距离，所述第一馈电探针31和所述第二馈电探针32可以位于垂直方向上。具体可根据实际需要对馈电模组3的位置以及路径进行设置。

进一步的，如图1所示，所述金属片4可以包括：

处于同一直线上并且对向设置、且相互绝缘的第一金属片41和第二金属片42；

处于同一直线上并且对向设置、且相互绝缘的第三金属片43和第四金属片44；

其中，与所述第一金属片41连接的馈电模组3以及与所述第二金属片42连接的馈电模组3形成一组垂直极化的馈电结构，与所述第三金属片43连接的馈电模组3以及与所述第四金属片44连接的馈电模组3形成一组水平极化的馈电结构，且所述第一金属片41和所述第二金属片42形成的连线，与所述第三金属片43和所述第四金属片44形成的连线正交。

具体的，所述第一金属片41和所述第二金属片42同时工作或者同时停止工作，所述第三金属片43和所述第四金属片44同时工作或者同时停止工作。其中，所述第一金属片41和所述第二金属片42在工作状态时，所述第三金属片43和所述第四金属片44可以处于不工作的状态；所述第三金属片43和所述第四金属片44在工作状态时，所述第一金属片41和所述第二金属片42可以处于不工作的状态；所述第一金属片41、第二金属片42、第三金属片43和第四金属片44还可以同时处于工作状态，还可以同时处于不工作状态。

其中，与所述第一金属片41连接的馈电模组3以及与所述第二金属片42连接的馈电模组3使用差分馈电方式形成第一组馈电结构，与所述第三金属片43连接的馈电模组3以及与所述第四金属片44连接的馈电模组3使用差分馈电方式形成第二组馈电结构，第一组馈电结构和第二组馈电结构使用正交馈电方式，可形成MIMO功能，以提升数据的传输速率，还可以构成双极化，增加毫米波天线阵列的无线连接能力，减少通信断线的几率，提升通信效果和用户体验。其中，所述金属片4的数量并不仅限于四个。

进一步的，所述第一金属片41和所述第二金属片42处于所述第一介质基板12的其中一对角直线上；

所述第三金属片43和所述第四金属片44处于所述第一介质基板12的另一对角直线上。

具体的，所述第一金属片41和所述第二金属片42可以对称设置在第一介质基板12的其中一个对角线上，所述第三金属片43和所述第四金属片44可以对称设置在第一介质基板12的另一个对角线上，将所述第一金属片41和所述第二金属片42放置在其中一个对角线上，并将所述第三金属片43和所述第四金属片44放置在另一个对角线上，可以缩小天线的体积。

其中，所述第一金属片41和第二金属片42需要在同一直线上，并不仅限于在所述第一介质基板12的对角线上；并且，所述第三金属片43和第四金属片44需要在同一直线上，并不仅限于在所述第一介质基板12的对角线上。

进一步的，所述第一金属片41通过所述馈电模组3连接的信号源，与所述第二金属片42通过所述馈电模组3连接的信号源幅值相同，相位相差180；所述第三金属片43通过所述馈电模组3连接的信号源，与所述第四金属片44通过所述馈电模组3连接的信号源幅值相同，相位相差180。

具体的，图4为其中一个毫米波天线的反射系数图，横坐标为频段，纵坐标为反射系数，以-6dB计算，可以覆盖24.2GHz-45GHz，该天线基本可以覆盖n257,n258,n260和n261等3GPP的全球主流5G毫米波频段，从而提升了用户的移动漫游体验。图5为28GHz的辐射方向图，S1为辐射范围。图6为39GHz的辐射方向图，S2为辐射范围。由于使用对称的差分馈电形式(即与所述第一金属片41连接的馈电模组3以及与所述第二金属片42连接的馈电模组3形成一组垂直极化的馈电结构，与所述第三金属片43连接的馈电模组3以及与所述第四金属片44连接的馈电模组3形成一组水平极化的馈电结构，且所述第一金属片41和所述第二金属片42形成的连线，与所述第三金属片43和所述第四金属片44形成的连线正交)，可以使毫米波天线形成沿着垂直方向的对称辐射，便于组成毫米波天线阵列，并对毫米波天线阵列进行波束赋形。

本发明上述实施例中，通过在所述天线中形成正交差分馈电的馈电模组3，具有MIMO功能，以提升数据的传输速率，还可以构成双极化，增加毫米波天线阵列的无线连接能力，减少通信断线的机率，提升通信效果和用户体验；并且，通过设置于所述馈电模组3周围并与所述地板11电连接的地墙2，能够对天线阻抗进行优化的同时，提升相邻的天线之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果，并且，所述馈电模组3为弯折结构，可以提高馈电模组3的自由度，增加可调整的相关变量(第一馈电探针31的横截面积、第二馈电探针32的横截面积、馈线33的长度等)以进行阻抗匹配。

本发明上述实施例，可应用于无线城际网路(Wireless Metropolitan AreaNetworks，WMAN)、无线广域网路(Wireless Wide Area Network，WWAN)、无线区域网路(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线个人网路(Wireless Personal AreaNetwork，WPAN)、MIMO、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，甚至是近场通信(Near Field Communication，NFC)、无线充电(Wireless Power Consortium，WPC)，或调频(Frequency Modulation，FM)等无线通信设计与应用上；并且，可应用于对人体安全、健康，与佩戴的电子器件(如助听器或心率调整器等)相容性的法规测试与实际设计及应用上。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如上任一实施例中所述的天线，其中，所述天线的数量为至少一个。

其中，在所述天线为多个的情况下，多个所述天线形成天线阵列。所述天线可以设置于所述电子设备的内部、金属壳体、金属框等。

为了便于说明，上述实施例是将手机作为本发明电子设备的具体实例进行说明，本领域技术人员可以理解，除了手机作为电子设备之外，亦可适用于其它电子设备，如平板电脑、电子书阅读器、动态影像专家压缩标准音频层面3(Moving Picture Experts GroupAudio Layer III，MP3)播放器、动态影像专家压缩标准音频层面4(Moving PictureExperts Group Audio Layer IV，MP4)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等均在本发明实施例的保护范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的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人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种天线，其特征在于，包括：

介质基板，所述介质基板的一侧设有一地板；

地墙，设置于所述馈电模组周围，并与所述地板电连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电模组包括：

第一馈电探针，与所述金属片连接；

第二馈电探针；

馈线，所述第一馈电探针通过所述馈线与所述第二馈电探针连接，且所述第一馈电探针与所述馈线之间形成第一夹角，所述第二馈电探针与所述馈线之间形成第二夹角。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地墙包括：

设置于所述馈电模组周围的多个电连接部，所述电连接部贯穿所述介质基板并与所述地板电连接。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地板设置有通孔，所述馈电模组穿过所述通孔与所述金属片连接，且所述馈电模组与所述地板绝缘。

5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述介质基板包括：

第一介质基板，所述金属片的至少一部分裸露在所述第一介质基板的表面，且所述第一馈电探针设置于第一介质基板中；

第二介质基板，设置于所述地板与所述第一介质基板之间，所述第二馈电探针的其中一部分设置于所述第二介质基板中。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述馈线设置于所述第一介质基板上靠近所述第二介质基板的一侧，或者所述馈线设置于所述第二介质基板上靠近所述第一介质基板的一侧。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属片为梯形金属片。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属片包括：

处于同一直线上并且对向设置、且相互绝缘的第一金属片和第二金属片；

处于同一直线上并且对向设置、且相互绝缘的第三金属片和第四金属片；

其中，与所述第一金属片连接的馈电模组以及与所述第二金属片连接的馈电模组形成一组垂直极化的馈电结构，与所述第三金属片连接的馈电模组以及与所述第四金属片连接的馈电模组形成一组水平极化的馈电结构，且所述第一金属片和所述第二金属片形成的连线，与所述第三金属片和所述第四金属片形成的连线正交。

9.根据权利要求1至8任一项所述的天线，其特征在于，所述天线为毫米波天线。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线；

其中，所述天线的数量为至少一个。