CN110729549B - 一种电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电子设备，属于天线领域。第一天线模组，用于收发Sub‑6GHz的射频信号；第二天线模组，与第一天线模组间隔设置，用于收发毫米波信号；壳体上集成有天线增强结构；天线增强结构位于第一天线模组和所述第二天线模组在壳体上的投影区域，且天线增强结构所占区域大于或等于投影区域；天线增强结构包括阵列设置的多个透波单元，用于增强第一天线模组和第二天线模组的性能。本申请实施例中的电子设备，能够提高整机环境中Sub‑6GHz天线模组的性能，并降低壳体对毫米波天线模组的覆盖效应，提高毫米波天线模组的性能。

Description

一种电子设备

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，特别涉及一种电子设备。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)的发展，第三代合作伙伴计划(3rdGenerationPartnershipProject，3GPP)的TS38.101协议规定了全球性5G标准采用FR1和FR2两种频段，其中，FR1频段的频率范围是450MHz-6GHz，又叫sub-6GHz频段，FR2频段的频率范围是24.25GHz-52.6GHz，又叫毫米波频段。

相关技术中，针对不同频段，通常会设计不同的天线模组，目前天线模组可以应用于大部分sub-6GHz频段和毫米波频段。

然而，相关技术中的天线模组只适用于自由空间，若直接放置在整机中，由于电池盖的覆盖，会导致天线模组的方向图失真、频率偏移、辐射效率降低等问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种电子设备。所述技术方案如下：

本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

第一天线模组，用于收发Sub-6GHz的射频信号；

第二天线模组，与所述第一天线模组间隔设置，用于收发毫米波信号；

壳体，所述壳体上设置有天线增强结构；

所述天线增强结构位于所述第一天线模组和所述第二天线模组在所述壳体上的投影区域，且所述天线增强结构所占区域大于或等于所述投影区域；

所述天线增强结构包括阵列设置的多个透波单元，所述天线结构用于增强所述第一天线模组和所述第二天线模组的性能。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:

本申请实施例中电子设备的壳体上集成有天线增强结构，由于该天线增强结构位于天线模组在壳体上的投影区域，且所占区域大于等于该投影区域，因此借助该天线增强组件能够对天线模组辐射的电磁波进行增强，以此增强天线模组的性能，该电子设备不仅能够提高整机环境中Sub-6GHz天线模组的性能，还能够降低壳体对毫米波天线模组的覆盖效应，从而提高毫米波天线模组的性能。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的电子设备壳体的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的天线增强结构的原理图；

图3是本申请另一个实施例提供的天线增强结构的原理图；

图4是本申请一个实施例提供的天线增强结构的等效电路图；

图5是本申请一个实施例提供的天线增强结构的示意图；

图6是本申请另一个实施例提供的天线增强结构的示意图；

图7是本申请一个实施例提供的电子设备结构侧视图；

图8是本申请另一个实施例提供的电子设备内部结构示意图；

图9是本申请另一个实施例提供的电子设备结构侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

根据3GPP发布的TS38.101协议的规定，全球性5G标准主要使用两段频率，即FR1频段和FR2频段。其中，FR1频段的频率范围是450MHz至6GHz，又叫Sub-6GHz频段；FR2频段的频率范围是24.25GHz至52.6GHz，又叫毫米波频段。

相关技术中，毫米波天线以及无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线等部分Sub-6GHz天线适用于自由空间中，当应用于整机环境时，由于壳体材料的介电常数通常较高，会导致电磁波在传播过程中方向图失真、阻抗失配、频率偏移、增益下降等问题，从而导致天线效率较低，无法满足实际应用的需求。

本申请实施例提供的电子设备可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、移动互联网设备、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环计步器等)或其他设置有天线模组的电子设备。为了方便表述，下述各个实施例以电子设备为智能手机为例进行说明，但并不对此构成限定。

请参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的电子设备的壳体的示意图。本实施例以电子设备为智能手机进行说明。

如图1所示，壳体100上集成有天线增强结构101，天线增强结构101位于第一天线模组102和第二天线模组103在壳体100上的投影区域，且天线增强结构101所占区域大于或等于投影区域，天线增强结构101用于增强第一天线模组102和第二天线模组103的性能，其中，第一天线模组102是Sub-6GHz天线模组，用于收发Sub-6GHz的射频信号，第二天线模组103是毫米波天线模组，用于收发毫米波信号。

可选的，为了减弱壳体100对电磁波的屏蔽作用，壳体100的材料通常选用聚碳酸酯、陶瓷、玻璃、蓝宝石等。在一种可能的实施方式中，壳体100为电子设备的背盖。

在一种可能的实施方式中，壳体100的内表面集成有天线增强结构101，该天线增强结构101能够覆盖电子设备内的天线模组，包括Sub-6GHz天线模组和毫米波天线模组，从而减弱壳体100(主要影响毫米波天线模组的性能)以及电子设备内部其他器件(主要影响Sub-6GHz天线模组的性能)对天线模组对应频段的电磁波传播时的影响，达到增强天线辐射效率的目的。

示意性的，电子设备内配置有GPS天线模组以及工作频率在26.5GHz至29.5GHz这一频率范围内的毫米波天线模组，两种天线模组在壳体内表面的投影区域有与天线模组匹配的天线增强结构，该天线增强结构能够增强GPS天线模组的性能，提高GPS定位的准确性，同时可以减弱壳体对毫米波天线模组的覆盖效应，从而提高毫米波的辐射效率。

综上所述，本申请实施例中，本申请实施例中电子设备的壳体上设置有天线增强结构，由于该天线增强结构位于天线模组在壳体上的投影区域，且所占区域大于等于该投影区域，因此借助该天线增强组件能够对天线模组辐射的电磁波进行增强，以此增强天线模组的性能，该电子设备不仅能够提高整机环境中Sub-6GHz天线模组的性能，还能够降低壳体对毫米波天线模组的覆盖效应，从而提高毫米波天线模组的性能。

本实施例中的天线增强结构采用一种孔径型频率选择表面，天线增强结构上的透波单元相当于频率选择表面的孔径，频率选择表面通常由金属或其他导电材料制作而成，以下用金属材料为例对孔径型频率选择表面的工作原理进行说明。

频率选择表面是由金属贴片或金属屏上的孔径按照一定规律排布形成的单层或多层周期阵列结构，相当于一种“空间滤波器”，能够对不同入射频率、不同入射角、不同极化状态的电磁波产生不同的电磁散射。如图2所示，k0为照射到频率选择表面的入射波，Hi和Ht分别为入射波和透射波的磁场方向，金属屏上的孔径按照周期排布形成孔径型频率选择表面，其对谐振频率的入射波k0呈现全透射特性，对其他频率的入射波呈现不同程度的反射特性，右侧对应示出了孔径型频率选择表面对不同频率电磁波的传输系数与电磁波频率的函数关系，传输系数是透射波的磁场强度与入射波磁场强度的比值，当入射波达到谐振频率时，频率选择表面的传输系数为1，此时频率选择表面呈现全透射特性。

频率选择表面之所以具有空间滤波特性，是因为空间入射波使电子振荡产生能量消耗，并且频率选择表面会对入射波产生二次辐射。如图3所示，假设某平面内有一无限细的导线上束缚着一个电子e，当入射波按照图中所示的极化方向照射到平面上时，由于电场E的方向沿着导线方向，磁场H的方向与电场E垂直，因此电子e将在电场的作用下振荡，此时入射波的一部分能量会被电子e吸收，而剩下的部分将透过平面。如果在某一频段内，入射波的全部能量被电子e吸收转化称为维持电子振荡的动能，则此时电子e的振荡作用产生感应电流，进而向空间辐射电磁场，与入射波的场相抵消，达到谐振状态，入射波将无法透过平面。如图3所示，将导线在平面内旋转90度，此时电子依然受到电磁场的作用，但由于其活动范围被限制在导线上，无法获得动能，所以对入射波不能产生影响，入射波将全波透射。

可以看出，电子在入射场的作用下发生振荡，若电子吸收的能量多，则同时产生的辐射场较大，由于透射波是入射波和电子振荡产生的辐射波的叠加，而辐射波对入射波起到衰减作用，因此反射系数较大。电子的振荡情况与入射波的频率有关，即金属中的电子对不同频率电磁波的响应不同。请参考图4，其示出了孔径型频率选择表面的等效电路图，频率选择表面中的孔径相当于右侧电路中的电容C，介质部分相当于右侧电路中的电感L，从而构成一个串联谐振电路，用于产生特定频率的电磁波，电容C和电感L串联，电容C的另一端接地，电容C放电时,电感L有一个逆向的反冲电流，电感L充电；当电感L的电压达到最大时，电容C放电完毕，之后电感L开始放电，电容C开始充电，这样的往复运作，称为谐振，而在此过程中电感L由于不断的充放电，产生了电磁波，振荡持续维持的现象称为谐振，电路谐振时电容C或电感L两端电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数是谐振频率，当输入信号的频率偏移谐振频率时，电路阻抗增大，相当于图2中频率选择表面对谐振频率之外的电磁波的传输系数减小。对于孔径型频率选择表面，金属屏上的电子可以在较大范围内振荡，当有较低频率的电磁波照射时，电子在入射场作用下振荡幅度大，振荡时间较长，所以屏上的感应电流较小，使得透射率较低，当入射波有较高的频率时，电子的振荡幅度减小，感应电流增大，直至入射波频率升高至某一频段时，电子振荡产生的感应电流在孔径两侧辐射能量，使得入射波的透射率达到最大值，当入射波的频率进一步升高，电子振荡幅度更小，感应电流随之减小，电子辐射产生的透射场减弱，从而导致透射率降低。

请参考图5至图7，其示出了本申请另一个示例性实施例提供的电子设备中天线增强结构的示意图。本实施例以该电子设备为智能手机进行说明。

天线增强结构是由透波单元周期性排布形成的二维周期阵列结构。

在一种可能的实施方式中，天线增强结构整体用于增强Sub6-GHz天线模组辐射的电磁波，其中的透波单元用于增强毫米波，从而使得天线增强结构能够同时增强Sub6-GHz和毫米波两种频段的电磁波。

示意性的，请参考图5，天线增强结构101由透波单元501周期性排布形成，是一种二维周期阵列结构，其中，透波单元501用于增强毫米波天线模组辐射的毫米波。

可选的，天线增强结构中的透波单元对齐排布，或者，透波单元交错排布。当然，除了上述两种排布方式外，天线增强结构中的透波单元也可以采用其他排布方式，只需要保证透波单元呈现周期性即可，本申请实施例对此不做限定。

示意性的，如图5所示，透波单元501在天线增强结构101上对齐排布，并且横向和纵向上均对齐，相邻两个透波单元501之间的间距一致。图6示出了一种交错排布方式，每一行的透波单元601对齐，且间距相同，相邻两行的透波单元601交错，行与行之间的间距相同。

针对天线增强结构的设置方式，可选的，天线增强结构通过贴片方式或印刷方式设置在壳体上。

其中，采用贴片方式设置在壳体上时，透波单元是导电贴片上周期性设置的开孔，贴片的制作可以使用聚酯基片(Polyethylene Terephthalate，PET)、柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)、印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)等材料。

采用印刷方式设置在壳体上时，透波单元是印刷图案中不包含印刷涂料的区域，印刷涂料为导电涂料，例如，利用激光直接成型技术将天线增强结构直接镭射在壳体内表面，再使用油墨印刷或金属化镀等方式在天线增强结构表面印刷一层导电涂料。考虑到电子设备整机的厚度以及其他器件的排布，天线增强结构的厚度通常小于1mm。

为了保证天线增强结构的性能增强效果，当天线模组设置在电子设备内部时(比如均设置在电子设备的主板上)，天线增强结构应当位于天线模组在壳体上的投影区域，如图7所示，天线增强结构101集成在壳体100上，且其在金属中框704上的投影对应覆盖天线模组702，金属中框704与屏幕703相连。

在另一种可能的应用场景下，图8示出了一种电子设备100去除壳体后的内部结构图，其中，毫米波天线模组803设置在电子设备100的主板810上,Sub-6GHz天线模组802设置在电子设备100的上下边框，Sub-6GHz天线模组802的位置决定了其本身辐射效率较好(辐射环境优于电子设备内部)。在该应用场景下，壳体上集成的天线增强结构位于毫米波天线模组803对应的投影区域，从而对毫米波天线模组803进行性能增强，同时，由于天线增强结构设置在Sub-6GHz天线模组802附近，因此也能够增强Sub-6GHz天线模组802的辐射效率。

为了实现对Sub-6GHz天线模组的辐射性能增强，在一种可能的实现方式中，天线增强结构呈矩形，且天线增强结构的长度为二分之一介质波长的整数倍，其中，介质波长是Sub-6GHz天线模组辐射的电磁波在天线增强结构和壳体中传播时的波长，且介质波长根据电磁波的频率和等效介电常数确定，等效介电常数是天线增强结构与壳体所形成等效介质的介电常数。

可选的，在确保能够覆盖天线模组的前提下，天线增强结构还可以是非矩形，如三角形、五边形或其他不规则形状，但其长度为二分之一介质波长的整数倍。

当Sub-6GHz天线模组辐射的电磁波到达天线增强结构时，天线增强结构上的电子被激励并振动，产生感应电流，感应电流作为新的辐射源在空间中产生散射场，因此天线增强结构的频率响应就是电子被激励产生的散射场与原来入射场的线性叠加，而天线增强结构感应电流的大小取决于入射场耦合到天线增强结构时的能量大小，当天线增强结构单元尺寸等于谐振尺寸时，感应电流最大，即天线增强结构的透射率最大。

本申请实施例中，天线增强结构对于Sub-6GHz天线模组的增强作用体现在天线增强结构整体形状和尺寸的设计。在一种可能的实施方式中，天线增强结构为矩形，长度为二分之一介质波长的整数倍，其中介质波长是Sub-6GHz天线模组辐射的电磁波在天线增强结构和壳体中传播时的波长，为了尽量减小天线增强结构的尺寸，且考虑到要抑制高次谐波分量，在保证天线增强结构的面积能够覆盖天线模组的情况下，通常使天线增强结构的长度为二分之一介质波长。介质波长根据电磁波的频率和等效介电常数确定，介质波长公式为：

其中，λ为介质波长，c为电磁波的传播速度，f为电磁波的频率，Dk为等效介电常数，即天线增强结构与壳体所形成等效介质的介电常数。当天线增强结构采用贴片方式设置在壳体上时，介电常数为天线增强结构所用的导电材料与壳体材料的等效介电常数，当天线增强结构采用印刷方式设置在壳体上时，由于印刷涂料厚度可以忽略不计，对电磁波的传播影响很小，因此介电常数约等于壳体的介电常数。

为了实现对毫米波天线模组的辐射性能增强，在一种可能的实施方式中，透波单元的尺寸小于四分之一毫米波波长，且天线增强结构在宽度方向上包含至少四个透波单元，毫米波波长是毫米波天线模组辐射的毫米波的波长。

在一种可能的实施方式中，天线增强结构对于毫米波天线模组的增强作用体现在透波单元的形状、尺寸和排布方式。当透波单元的尺寸过大时，其捕捉到的毫米波波长较长，若大于毫米波半个波长的长度，则无法体现毫米波的周期性，因此，为了保证天线增强结构在毫米波入射后也能体现其周期性，设置透波单元的尺寸小于四分之一毫米波波长，且天线增强结构在宽度方向上包含至少四个透波单元，相邻两个透波单元之间的距离大于透波单元的尺寸，毫米波波长是电子设备内毫米波天线模组辐射的毫米波的波长。

可选的，考虑到电子设备内其他器件的排布以及材料成本等因素，在天线增强结构的设计阶段应使其尺寸尽可能小，在确保能够覆盖天线模组的前提下，天线增强结构宽度方向上通常包含5至8个透波单元。

示意性的，如图5所示，毫米波天线模组辐射的毫米波的频率为28GHz，则正方形透波单元501的边长a为1.5mm，且天线增强结构101在宽度W方向上包含5个透波单元501。

可选的，透波单元采用对称图案，对称图案包括圆形、等腰三角形或正n边形中的至少一种，n为大于或等于4的整数。

由于毫米波具有双极化特性，且考虑到天线增强结构双频设计的方便性，因此，在一种可能的实施方式中，透波单元采用对称图案，对称图案包括圆形、等腰三角形或正n边形(例如正六边形)中的至少一种，n为大于或等于4的整数，同时保证透波单元的尺寸满足要求，例如，当透波单元为正方形时，透波单元的边长小于四分之一毫米波波长，当透波单元为圆形时，透波单元的直径小于四分之一毫米波波长。

本申请实施例中，透波单元周期性排布形成天线增强结构，且天线增强结构通过贴片方式或印刷方式设置在壳体上天线模组的投影区域，可以提升天线模组的辐射效率；并且天线增强结构的长度为二分之一介质波长的整数倍，透波单元的尺寸小于四分之一毫米波波长，天线增强结构在宽度方向上包含至少四个透波单元的设计，既能增强Sub-6GHz天线模组，也能增强毫米波天线模组，采用本实施例提供的电子设备可以解决电磁波在整机环境中方向图失真、频率偏移、辐射效率降低等问题，满足实际应用的需求。

请参考图9，本申请实施例提供了一种电子设备900，该电子设备900设置有上述图1和图7所示实施例的壳体901，屏幕902与壳体901固定在电子设备边框908的两侧，电子设备900内部的金属中框903上排布有电子设备900工作需要的器件，例如电池904、毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906，Sub-6GHz天线模组906为Wi-Fi天线模组或GPS天线模组中的至少一种，天线增强结构907位于壳体901的内表面，且位于毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906在壳体901上的投影区域。

需要说明的一点是，在本申请实施例中，对毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906在电子设备900内部的设置位置不作限定，例如在图9中，毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906设置在电池904上方，在其它示例性实施例中，毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906还可以设置在电子设备900的底部区域或其它位置，技术人员可以结合电子设备900的整机设计需求，为毫米波天线模组905和Sub-6GHz天线模组906选择合适的位置。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

第一天线模组，用于收发Sub-6GHz的射频信号；

第二天线模组，与所述第一天线模组间隔设置，用于收发毫米波信号；

壳体，所述壳体的内表面上设置有天线增强结构；

所述天线增强结构位于所述第一天线模组和所述第二天线模组在所述壳体上的投影区域，且所述天线增强结构所占区域大于或等于所述投影区域；

所述天线增强结构包括阵列设置的多个透波单元，所述天线增强结构整体用于增强所述第一天线模组辐射的电磁波，所述透波单元用于增强所述第二天线模组辐射的电磁波；

所述天线增强结构呈矩形；所述天线增强结构的长度为二分之一介质波长的整数倍；所述介质波长是所述第一天线模组辐射的所述射频信号在所述天线增强结构和所述壳体中传播时的波长，且所述介质波长根据所述射频信号的频率和等效介电常数确定，所述等效介电常数是所述天线增强结构与所述壳体所形成等效介质的介电常数；

所述透波单元的尺寸小于四分之一毫米波波长，且所述天线增强结构在宽度方向上包含至少四个所述透波单元，所述毫米波波长是所述第二天线模组辐射的所述毫米波信号的波长。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线增强结构是由所述透波单元周期性排布形成的二维周期阵列结构。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述天线增强结构中的所述透波单元对齐排布，或者，所述透波单元交错排布。

4.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述天线增强结构通过贴片方式或印刷方式设置在所述壳体上；

其中，采用所述贴片方式设置在所述壳体时，所述透波单元是导电贴片上周期性设置的开孔；

采用所述印刷方式设置在所述壳体时，所述透波单元是印刷图案中不包含印刷涂料的区域，所述印刷涂料为导电涂料。

5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第二天线模组辐射的所述毫米波信号的频率为28GHz，所述透波单元的尺寸为1.5mm，且所述天线增强结构在宽度方向上包含5至8个所述透波单元。

6.根据权利要求1至4任一所述的电子设备，其特征在于，所述透波单元采用对称图案，所述对称图案包括圆形、等腰三角形或正n边形中的至少一种，n为大于或等于4的整数。

7.根据权利要求1至4任一所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线模组为无线保真Wi-Fi天线模组或全球定位系统GPS天线模组中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述壳体为所述电子设备的背盖，且所述背盖的材料为玻璃、陶瓷或蓝宝石中的至少一种。

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