CN110649376B - 一种天线和电子设备 - Google Patents

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：绝缘介质基板，所述绝缘介质基板的一侧设置有地板；设置于所述绝缘介质基板内的多个天线单元；其中，在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板连接的隔离墙。本发明的方案通过在绝缘介质基板上设置地板，并在所述绝缘介质基板内设置多个天线单元，在所述绝缘介质基板上，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板连接的隔离墙，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，还能够达到覆盖多个频段的效果。

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(AiP，Antenna in package)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；并且，毫米波天线阵列占用的空间较大；在毫米波天线需要支持多频时，要形成高增益的天线阵列往往需要较多的天线模块和空间，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下降。

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：

绝缘介质基板，所述绝缘介质基板的一侧设置有地板；

设置于所述绝缘介质基板内的多个天线单元；

其中，在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板连接的隔离墙。

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。

这样，本发明实施例中，通过在绝缘介质基板上设置地板，并在所述绝缘介质基板内设置多个天线单元，在所述绝缘介质基板上，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板连接的隔离墙，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，还能够达到覆盖多个频段的效果。

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的结构示意图之一；

图2为本发明实施例的天线的结构示意图之二；

图3为本发明实施例的天线的俯视图；

图4为本发明实施例的天线的结构示意图之三；

图5为本发明实施例的地板的结构示意图；

图6为本发明实施例的天线单元的工作频带范围图；

附图标记说明：

1-地板，2-隔离墙，21-线路层，22-导通孔，31-第一绝缘介质基板，32-第二绝缘介质基板，41-馈电结构，411-第一馈电结构，412-第二馈电结构，413-第三馈电结构，414-第四馈电结构，415-第一馈电部分，416-第二馈电部分，42-辐射片，5-通孔。

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(第五代移动通信)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。目前，随着5G(第五代移动通信)的发展，毫米波天线的设计渐渐被引入到一些小的电子设备上，如手机、平板、笔记本电脑等，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减少，进而使得天线性能下降，造成用户无线体验的劣化。或者，为容纳多个分立的天线，而增加系统整体的体积尺寸，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。而目前的应用在5G毫米波天线阵列(尤其是手机或其他电子设备上)主流的AiP方案上的贴片或dipole(偶极子天线)天线或折合振子天线往往无法同时覆盖上述毫米波的多个波段，在全球漫游时用户的无线体验便会受限。

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，即把毫米波的阵列天线，射频集成电路(RFIC，Radiao Frquency Intergarted Circuit)以及电源管理集成电路(PMIC，Power Management Intergarted Circuit)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(即24.25-41.4GHz)，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所示，本发明实施例提供了一种天线，包括：

绝缘介质基板，所述绝缘介质基板的一侧设置有地板1；

设置于所述绝缘介质基板内的多个天线单元；

其中，在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板1连接的隔离墙2。

具体的，所述天线可以为毫米波天线。隔离墙2即地墙，在每一个毫米波天线单元周围形成隔离墙2，可以对每个毫米波天线单元的天线具有阻抗调节作用，同时还能提升相邻的毫米波天线单元之间的隔离度。其中，所述地板1为金属材质。

本发明上述实施例中，通过在绝缘介质基板上设置地板1，并在所述绝缘介质基板内设置多个天线单元，在所述绝缘介质基板上，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板1连接的隔离墙2，能够对毫米波天线阻抗进行优化的同时，提升相邻的毫米波天线单元之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果。

进一步的，如图1至3所示，每一所述天线单元可以包括：

多个馈电结构41，所述馈电结构41穿过所述地板1设置于所述绝缘介质基板中，所述馈电结构41与所述地板1绝缘；

设置于所述绝缘介质基板的辐射片42，所述辐射片42处于多个所述馈电结构41背离所述地板1一侧的上方。

具体的，馈电结构41可以为多个，可以设置为每四个馈电结构41对应一所述辐射片42；所述馈电结构41可以为L型馈电结构41。在所述馈电结构41为四个的情况下，所述辐射片42可以处于四个馈电结构41的正上方，并且不与所述辐射片42直接接触。其中，每一个天线单元中的馈电结构41不仅限于4个，且所述馈电结构41的形状并不限定，所述辐射片42与所述馈电结构41的相对位置并不限定。

进一步的，在所述地板1上，每个所述天线单元周围设置有多层线路层21；

在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围的多层线路层21设置有多个贯穿所述多层线路层的导通孔22，每一所述导通孔22内均设置有电连接部，所述电连接部与所述地板1电连接，所述多层线路层形成所述隔离墙2。

其中，所述电连接部可以为金属部件，所述绝缘介质基板内设置有多层线路层21，相邻的线路层21之间互相绝缘。

具体的，在每一个所述天线单元周围设置有多层线路层21，即地板1上方设置多层线路层21，经由所述导通孔22内的电连接部将各层线路层21与所述地板1连接，这样每个所述天线单元周围相当于形成一地墙。其中，所述导通孔22贯穿整个绝缘介质基板。

进一步的，如图2所示，所述绝缘介质基板可以包括：

设置于所述地板1上的第一绝缘介质基板31，所述辐射片42处于所述第一绝缘介质基板31中；

设置于所述第一绝缘介质基板31与所述地板1之间的第二绝缘介质基板32，所述馈电结构41的其中一部分处于所述第二绝缘介质基板32中；

其中，所述第一绝缘介质基板31的介电常数大于所述第二绝缘介质基板32的介电常数。

具体的，所述辐射片42可以设置于所述第一绝缘介质基板31远离所述第二绝缘介质基板32的一侧表面，或者所述辐射片42还可以全部嵌入所述第一绝缘介质基板31远离所述第二绝缘介质基板32的一侧等多种情况。

其中，所述第一绝缘介质基板31和/或所述第二绝缘介质基板32为多层结构，可以类似于印刷电路板的工艺。所述第一绝缘介质基板31和所述第二绝缘介质基板32均为介电材料，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，所述多层线路层的高度等于或者低于所述辐射片42所处的所述绝缘介质基板的高度。

具体的，多层所述线路层21的水平高度可以等于或者低于所述辐射片42所处的所述第一绝缘介质基板31的水平高度，即所述线路层21等于或者低于所述辐射片42所处的所述第一绝缘介质基板31的叠层。

具体的，所述多层线路层还可以设置于所述辐射片42所处的第一绝缘介质基板31的表面，且所述线路层21的水平高度可以等于或者低于所述辐射片42的水平高度，即所述线路层21等于或者低于所述辐射片42所在的第一绝缘介质基板31的叠层。

进一步的，如图1至3所示，多个所述馈电结构41包括：

处于所述第二绝缘介质基板32的同一对角直线上且对向设置、互相绝缘的第一馈电结构411和第二馈电结构412；

处于所述第二绝缘介质基板32的同一对角直线上且对向设置、互相绝缘的第三馈电结构413和第四馈电结构414；

其中，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412形成的连线，与所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414形成的连线正交。

具体的，在多个所述毫米波天线单元形成阵列的线性排布的情况下，所述第一馈电结构411、第二馈电结构412、第三馈电结构413和第四馈电结构414相当于在毫米波天线单元线性排布的方向上旋转45度，可以减小毫米波天线单元之间的间隔，减少毫米波阵列天线的体积，同时提升毫米波阵列天线的波束扫描范围，提升通信效果和用户体验。

具体的，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412形成一组第一极化的馈电结构，所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414形成一组第二极化的馈电结构。所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412同时工作或者同时停止工作，所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414同时工作或者同时停止工作。其中，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412在工作状态时，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412上接入的毫米波信号相位相差180度，所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414可以处于不工作的状态；所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414在工作状态时，所述第三馈电结构413和所述第四馈电结构414上接入的毫米波信号相位相差180度，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412可以处于不工作的状态；所述第一馈电结构411、第二馈电结构412、第三馈电结构413和第四馈电结构414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，所述第一馈电结构411和所述第二馈电结构412使用差分馈电方式形成第一组馈电结构，所述第三馈电结构413和第四馈电结构414使用差分馈电方式形成第二组馈电结构，所述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，增加毫米波阵列天线的无线连接能力，减少通信断线的几率，提升通信效果和用户体验。其中，所述馈电结构41的数量并不仅限于四个。

进一步的，如图4和图5所示，每一所述馈电结构41包括：

平行于所述辐射片42的第一馈电部分415；

与所述第一馈电部分415连接的第二馈电部分416，所述第二馈电部分416垂直于所述辐射片42，即所述馈电结构41可以为倒L型结构，所述馈电结构41的具体结构并不限定。

进一步的，所述天线还可以包括：

设置于所述地板1背离所述辐射片42一侧的射频集成电路RFIC；

所述地板1上设置有多个通孔5，所述馈电结构41穿过所述通孔5与所述RFIC连接。

具体的，所述馈电结构41的第二馈电部分416穿过所述地板1上的通孔5与所述RFIC连接。每一所述馈电结构41均可与所述RFIC内的毫米波信号连接。

其中，所述天线还可以包括：

设置于所述地板1背离所述辐射片42一侧的电源管理芯片PMIC。

进一步的，所述天线还可以包括：

设置于所述地板1与所述RFIC之间的第三绝缘介质基板；

所述馈电结构通过微带传输线穿过所述第三绝缘介质基板与所述RFIC连接。

具体的，所述馈电结构41的第二馈电部分416通过所述微带传输线与所述RFIC连接，可以将毫米波信号馈送于每一所述天线单元。

如图6所示，为毫米波阵列天线其中的一个天线单元的工作频带范围，可以覆盖24.25-41.4GHz，该天线基本可以覆盖n257、n258、n260、n261等5G毫米波频段，从而提升了用户的移动漫游体验。其中S11是其中一对馈电结构41馈入毫米波信号，且两个馈电结构41中馈入的毫米波信号相位相差180度，同理S22是另一对馈电结构41馈入毫米波信号后形成的工作频带。其中，S11上的低频谐振为一对馈电结构41与辐射片42形成的电流路径产生，高频谐振为馈电结构41上的电流路径产生。

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，在所述天线为毫米波天线的情况下，所述毫米波天线可以设置在所述金属框或者金属壳等部件上，可以消除金属框或金属壳等部件对天线的影响。所述毫米波天线的位置并不限定。

本发明上述实施例中，将毫米波天线的辐射体全部设计在绝缘介质基板的内部，可以缩小毫米波天线的体积；并且，对同一个毫米波天线单元使用对称差分的正交馈电方式，不仅可形成MIMO功能，以提升数据的传输速率好，还可以构成双极化，增加毫米波天线的无线连接能力，减少通信断线的机率，并改善毫米波阵列天线的波束赋形特性，提升通信效果和用户体验；并且，将毫米波天线的馈电结构41部分在阵列的线性排布方向上旋转45度设置，可以减小毫米波天线单元之间的间隔，减小阵列天线的体积，同时提升阵列天线的波束扫描范围，提升通信效果和用户体验；并且，在每一个毫米波天线单元的四周形成隔离墙2，对天线阻抗性能进行优化的同时，也能提升相邻毫米波单元天线之间的隔离度；还可以使得天线的带宽大幅增加，可以覆盖24.25-41.4GHz，可以覆盖n257，n258，n260，n261等5G毫米波频段，从而提升了用户的移动漫游体验。

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、MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3，Moving Picture ExpertsGroup Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准音频层面4，Moving PictureExperts Group Audio Layer IV)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。

本发明上述实施例，可应用于无线城际网路(WMAN，Wireless Metropolitan AreaNetworks)、无线广域网路(WWAN，Wireless Wide Area Network)、无线区域网路(WLAN，Wireless Local Area Network)、无线个人网路(WPAN，Wireless Personal AreaNetwork)、MIMO、射频识别(RFID，Radio Frequency IDentification)，甚至是近场通信(NFC，Near Field Communication)、无线充电(WPC，Wireless Power Consortium)，或调频(FM，Frequency Modulation)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 (7)

1.一种天线，其特征在于，包括：

绝缘介质基板，所述绝缘介质基板的一侧设置有地板；

设置于所述绝缘介质基板内的多个天线单元；

其中，在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围均设置有与所述地板连接的隔离墙，相邻天线单元之间复用一个隔离墙；

每一所述天线单元包括：

多个馈电结构，所述馈电结构穿过所述地板设置于所述绝缘介质基板中，所述馈电结构与所述地板绝缘；

设置于所述绝缘介质基板的辐射片，所述辐射片处于多个所述馈电结构背离所述地板一侧的上方，所述馈电结构在所述绝缘介质基板上的正投影区域与所述辐射片不重叠；

所述绝缘介质基板包括：

设置于所述地板上的第一绝缘介质基板，所述辐射片处于所述第一绝缘介质基板中；

设置于所述第一绝缘介质基板与所述地板之间的第二绝缘介质基板，所述馈电结构的其中一部分处于所述第二绝缘介质基板中；

多个所述馈电结构包括：

处于所述第二绝缘介质基板的同一对角直线上且对向设置、互相绝缘的第一馈电结构和第二馈电结构；

处于所述第二绝缘介质基板的同一对角直线上且对向设置、互相绝缘的第三馈电结构和第四馈电结构；

其中，所述第一馈电结构和所述第二馈电结构形成的连线，与所述第三馈电结构和所述第四馈电结构形成的连线正交；

每一所述馈电结构包括：

平行于所述辐射片的第一馈电部分；

与所述第一馈电部分连接的第二馈电部分，所述第二馈电部分垂直于所述辐射片；

所述天线还包括：

设置于所述地板上背离所述辐射片一侧的射频集成电路RFIC；

所述地板上设置有多个通孔，所述馈电结构的所述第二馈电部分穿过所述地板上的通孔与所述RFIC连接，每一所述馈电结构均与所述RFIC内的毫米波信号连接；

其中，低频谐振为所述馈电结构与所述辐射片形成的电流路径产生，高频谐振为所述馈电结构上的电流路径产生。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在所述地板上，每个所述天线单元周围设置有多层线路层；

在所述绝缘介质基板中，每一所述天线单元周围的多层线路层设置有多个贯穿所述多层线路层的导通孔，每一所述导通孔内均设置有电连接部，所述电连接部与所述地板电连接，所述多层线路层形成所述隔离墙。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述多层线路层的高度等于或者低于所述辐射片所处的所述绝缘介质基板的高度。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一绝缘介质基板的介电常数大于所述第二绝缘介质基板的介电常数。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括：

设置于所述地板与所述RFIC之间的第三绝缘介质基板；

所述馈电结构通过微带传输线穿过所述第三绝缘介质基板与所述RFIC连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的天线，其特征在于，所述天线为毫米波天线。

7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的天线。

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