CN110854523A - 一种电子设备及其天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子设备及其天线系统，天线系统包括电路板组件和位于所述电路板组件上的至少两个天线，所述天线系统包括与所述电路板组件之间具有一定空间的空间辐射扰动结构，所述天线之间形成位于所述电路板组件上的物理耦合通路和位于空中的空间耦合通路，所述空间辐射扰动结构配置为所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路与所述空间耦合通路上的能量至少部分抵消。本发明空间辐射扰动结构对天线之间的能量传递进行干扰，减少了天线之间信号的干扰，从而增强了天线之间的隔离度。

Description

一种电子设备及其天线系统

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种电子设备及其天线系统。

背景技术

随着科技的发展，对电子设备的天线系统提出了越来越高的要求，特别是高速率的无线数据传输情况。依赖于WIFI MIMO天线系统具有良好的表现性能，MIMO是多输入多输出系统，它能有效地提升系统的数据传输率（throughput） 。最简单的MIMO天线系统包含2个天线，两个天线发射WIFI信号，同时这两个天线也负责接收WIFI信号。有的电子设备还配备一个蓝牙天线或低功耗蓝牙（BLE）天线。在电子设备的主电路板上，由于这三个天线工作在同频短2.4Ghz至2.5Ghz，因而，天线之间的隔离度是技术瓶颈，通常很难达到-20 dB 以下。为了让WIFI MIMO天线和BLE天线有好的表现，隔离度在-30 dB 以下是系统的基本要求。

现有的提高隔离度的方案是极化隔离，就是利用水平极化和垂直极化的隔离，或者调整三个天线之间的间距位置来实现，但由于电路板尺寸限制，实际极化隔离的效果有限。还有一种利用中和线方法提高天线之间的隔离度，但是这种方法仅仅适用于靠的很近的两个天线，使用范围狭窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子设备及其天线系统，解决了现有天线系统隔离度差的技术问题。

为达到解决上述技术目的，本发明提供了一种天线系统，包括电路板组件和位于所述电路板组件上的至少两个天线，所述天线系统包括与所述电路板组件之间具有一定空间的空间辐射扰动结构，所述天线之间形成位于所述电路板组件上的物理耦合通路和位于空中的空间耦合通路，所述空间辐射扰动结构配置为所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路与所述空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

如上所述的天线系统，所述空间辐射扰动结构配置为所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路与所述空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

如上所述的天线系统，所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路上的能量和为预定值或最小值，和/或，所有天线或者任意天线之间的所述空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

如上所述的天线系统，所述天线位于所述电路板组件的边缘。

如上所述的天线系统，所述物理耦合通路为所述电路板组件的接地结构。如上所述的天线系统，所述天线系统包括位于所述电路板组件边缘的第一天线、第二天线和第三天线，所述第一天线与所述第三天线所在的平面平行，所述第一天线与所述第三天线的天线设置方向呈一定角度；所述第二天线与所述第三天线所在的平面呈一定角度，所述第二天线与所述第三天线的天线设置方向平行；所述第一天线、第二天线和第三天线均包括偶极子天线辐射体部分和偶极子天线馈线部分，所述偶极子天线辐射体部分包括第一辐射臂和第二辐射臂，所述第一辐射臂连接所述电路板组件的信号端，所述第二辐射臂连接所述电路板组件的接地结构。

如上所述的天线系统，所述电路板组件包括第一电路板、第二电路板和第三电路板。

如上所述的天线系统，所述空间辐射扰动结构通过支架安装在所述电路板组件上。

如上所述的天线系统，所述空间辐射扰动结构为L形、T形、环形、I形或者矩形。

一种电子设备，所述电子设备包括上述的天线系统。

本发明的有益效果为：本发明天线系统增加空间辐射扰动结构，天线之间形成位于空中的空间耦合通路和位于电路板组件上的物理耦合通路，空间辐射扰动结构对天线之间的能量传递进行干扰，空间辐射扰动结构使得电路板组件上的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量反向叠加至少部分抵消，减少了天线之间信号的干扰，从而增强了天线之间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。

图1为本发明具体实施例的结构示意图。

图2为本发明具体实施例另一个角度的结构示意图图。

图3为本发明具体实施例三个天线之间的耦合通路原理图。

1、第一电路板；2、第二电路板；3、第三电路板；4、偶极子天线辐射体部分；5、偶极子天线馈线部分；6、第一天线；7、第二天线；8、第三天线；9、第一接地；10、第二接地；11、第三接地；12、空间辐射扰动结构。

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，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1-2所示，本实施例以电路板组件上有三个天线为例进行说明，当然，本发明并不对天线的个数进行限定。

一种天线系统，包括电路板组件和位于电路板组件上的三个天线。

电路板组件可以包括一层电路板及位于电路板上的电子器件，也可以包括多层电路板及位于电路板上的电子器件。

例如，在虚拟现实或增强现实电子设备的电线系统中，电路板组件包含多层电路板，位于电路板上的电池、马达，FPC（柔性电路板）和镜头等。多层电路板之间通过FPC连接，FPC形成连接多层电路板的之间的接地结构（接地线或接地片）。

本实施例中，电路板组件包括第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3，三个电路板之间通过第一接地9、第二接地10和第三接地11连接。电路板上具有接地结构（接地线）。

本实施例的三个天线包括第一天线6、第二天线7和第三天线8，其中，两个天线是MIMO WIFI天线，一个天线是BT或BLE天线，工作在2.4Ghz-2.5Ghz之间。所有的天线均采用经典的Balun 结构，即平衡（Balance）与非平衡（unbalance）转换结构。天线为偶极子形式，包括偶极子天线辐射体部分4和偶极子天线馈线部分5，天线的信号线、地线均与电路板联通。

具体的，三个天线的位置关系如下：

第一天线6与第三天线8所在的平面平行，第一天线6与第三天线8的天线设置方向呈一定角度，优选为90度。第二天线7与第三天线8所在的平面呈一定角度设置，优选为45度，所述第二天线7与所述第三天线8的天线设置方向平行。本实施例天线的位置关系可以充分利用极化隔离的属性，最大限度的加强隔离度。

第一天线6、第二天线7和第三天线8均包括偶极子天线辐射体部分4和偶极子天线馈线部分5。

偶极子天线辐射体部分4包括第一辐射臂和第二辐射臂，第一辐射臂连接电路板组件的信号端，第二辐射臂连接电路板组件的接地结构。偶极子天线馈线部分5是一个电长度为4分之一波长的BALUN结构，即一个平衡与非平衡转换器。

为了提高隔离效果，三个天线均位于电路板组件的边缘，以获得良好的辐射特性。

天线系统包括与电路板组件之间具有一定空间的空间辐射扰动结构12。空间辐射扰动结构12位于电路板组件的上方。空间辐射扰动结构12为导电材质，具体可以是金属材质或者石墨散热片之类的良导电材质。空间辐射扰动结构12能够对天线在电路板组件与空间辐射扰动结构12之间的空间中传递的信号进行辐射扰动。

天线之间形成位于电路板组件上的物理耦合通路和位于空中的空间耦合通路。

其中，物理耦合通路为电路板组件的接地结构（接地线），具体是天线在电路板组件上传递信号的路径。

空间耦合通路为天线在电路板组件与空间辐射扰动结构12之间的空间中传递信号的路径。

空间辐射扰动结构12配置为所有天线或者任意天线之间的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

具体的，在本实施例中，三个天线之间的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量至少部分抵消，或者，任意两个天线之间的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

如图3所示，第一天线和第二天线之间具有第一物理耦合通路和第一空间耦合通路，第二天线和第三天线之间具有第二物理耦合通路和第二空间耦合通路；第三天线和第一天线之间具有第三物理耦合通路和第三空间耦合通路。

对三个天线之间的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量至少部分抵消的情况进行说明。

第一物理耦合通路、第二物理耦合通路和第三物理耦合通路上的能量与第一空间耦合通路、第二空间耦合通路和第三空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

优选的，第一物理耦合通路、第二物理耦合通路、第三物理耦合通路、第一空间耦合通路、第二空间耦合通路和第三空间耦合通路上的能量能量和为预定值或最小值。

第一物理耦合通路、第二物理耦合通路和第三物理耦合通路上的能量和为预定值或最小值，和/或，第一空间耦合通路、第二空间耦合通路和第三空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

对任意两个天线之间的物理耦合通路与空间耦合通路上的能量至少部分抵消的情况进行说明。

第一物理耦合通路与第一空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

第二物理耦合通路与第二空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

第三物理耦合通路与第三空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

优选的，第一物理耦合通路第一空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

第二物理耦合通路与第二空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

第三物理耦合通路与第三空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

第一物理耦合通路和第二物理耦合通路上的能量和为零、第二物理耦合通路和第三物理耦合通路上的能量和为预定值或最小值、第一物理耦合通路和第三物理耦合通路上的能量和为预定值或最小值，和/或，第一空间耦合通路和第二空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值、第二空间耦合通路和第三空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值、第一空间耦合通路和第三空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

其中，预定值为满足电子设备天线隔离度要求对应的值。最小值为零，在能量和为零时，天线之间达到最佳隔离。

当然，在天线个数大于三个的情况下，任意天线并不特指任意两个天线，也可以是任意三个或者任意多个天线。

空间辐射扰动结构12通过支架安装在电路板组件上，空间辐射扰动结构12与接地结构连通或者不连通。

空间辐射扰动结构12可以为L形、T形、环形、I形或者矩形。

本实施例采用带Balun的偶极子天线，本身是一个平衡结构，受电路板上的地电流的影响比较弱，隔离度约在-20dB 左右。进一步，通过设计和仿真，确定好连接电路板组件的接地结构的位置，在电路板组件的上方增加一个空间辐射扰动结构，对电路板组件接地结构上的高频电流进行合理干预，使得物理耦合通路和空间耦合通路上产生的能量幅度相等相位相反，叠加之后天线之间的耦合最小，三个天线之间、两两之间隔离度达到最优，隔离度至少可以在-30db以下。

本实施例还提出了一种电子设备，电子设备包括上述的天线系统。电子设备可以是虚拟现实（VR）或增强现实（AR）装置，也可以是其他具有上述天线系统的装置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线系统，包括电路板组件和位于所述电路板组件上的至少两个天线，其特征在于，所述天线系统包括与所述电路板组件之间具有一定空间的空间辐射扰动结构，所述天线之间形成位于所述电路板组件上的物理耦合通路和位于空中的空间耦合通路，所述空间辐射扰动结构配置为所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路与所述空间耦合通路上的能量至少部分抵消。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述空间辐射扰动结构配置为所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路与所述空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所有天线或者任意天线之间的所述物理耦合通路上的能量和为预定值或最小值，和/或，所有天线或者任意天线之间的所述空间耦合通路上的能量和为预定值或最小值。

4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线位于所述电路板组件的边缘。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述物理耦合通路为所述电路板组件的接地结构。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统包括位于所述电路板组件边缘的第一天线、第二天线和第三天线，所述第一天线与所述第三天线所在的平面平行，所述第一天线与所述第三天线的天线设置方向呈一定角度；所述第二天线与所述第三天线所在的平面呈一定角度，所述第二天线与所述第三天线的天线设置方向平行；所述第一天线、第二天线和第三天线均包括偶极子天线辐射体部分和偶极子天线馈线部分，所述偶极子天线辐射体部分包括第一辐射臂和第二辐射臂，所述第一辐射臂连接所述电路板组件的信号端，所述第二辐射臂连接所述电路板组件的接地结构。

7.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述电路板组件包括第一电路板、第二电路板和第三电路板。

8.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述空间辐射扰动结构通过支架安装在所述电路板组件上。

9.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述空间辐射扰动结构为L形、T形、环形、I形或者矩形。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-9任意一项所述的天线系统。

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