CN111029713A - 一种电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种电子设备，属于天线领域。电子设备包括：天线辐射体，用于收发Sub‑6GHz的射频信号；主板，用于与天线辐射体构成回路；天线固定结构，用于固定天线辐射体并增强天线辐射体的辐射性能，天线固定结构采用磁电材料。本申请实施例中的电子设备，设置有天线辐射体、主板和天线固定结构，其中，天线辐射体与主板构成回路，收发Sub‑6GHz的射频信号，天线固定结构用于固定天线辐射体，由于天线固定结构采用了特殊的磁电材料，因此可以在固定天线辐射体的同时，提高天线辐射体的辐射性能，降低天线和电子设备整机设计的难度。

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TS 38.101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。
相关技术中，对于增加的Sub-6GHz频段，通常增加对应工作频段的天线，从而增大电子设备的天线工作范围。
然而，相关技术中，由于Sub-6GHz频段增加，天线数量不断增多，并且电子设备逐渐轻薄化，导致了Sub-6GHz天线的净空减小，即天线与接地板的距离减小，从而使得天线辐射效率降低，阻抗带宽变窄。
发明内容
本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
天线辐射体，所述天线辐射体用于收发Sub-6GHz的射频信号；
主板，用于与所述天线辐射体构成回路；
天线固定结构，用于固定所述天线辐射体并增强所述天线辐射体的辐射性能，所述天线固定结构采用磁电材料。
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设置有天线辐射体、主板和天线固定结构，其中，天线辐射体与主板构成回路，收发Sub-6GHz的射频信号，天线固定结构用于固定天线辐射体，由于天线固定结构采用了特殊的磁电材料，因此可以在固定天线辐射体的同时，提高天线辐射体的辐射性能，降低天线和电子设备整机设计的难度。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的电子设备的内部结构侧视图；
图2是本申请一个实施例提供的采用普通材料天线固定结构的回波损耗曲线图；
图3是本申请一个实施例提供的采用磁电材料天线固定结构的回波损耗曲线图；
图4是本申请一个实施例提供的采用普通材料天线固定结构的天线辐射效率和系统效率曲线图；
图5是本申请一个实施例提供的采用磁电材料天线固定结构的天线辐射效率和系统效率曲线图；
图6是本申请一个实施例提供的支架型天线辐射体的结构示意图；
图7是本申请一个实施例提供的支架型天线辐射体的结构示意图；
图8是本申请另一个实施例提供的支架型天线辐射体的结构示意图；
图9是本申请一个实施例提供的中框型天线辐射体的结构示意图；
图10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
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请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TS 38.101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。天线工作频段的增加导致了天线数量增长，同时，随着全面屏、曲面屏电子设备的发展，以及设备整机轻薄化的趋势，导致天线的净空越来越少，而电子设备内部的天线为全向天线，需要留有足够的空间发射功率，因此天线净空减少会使得天线的辐射效率降低。
相关技术中，通常采用切除电子设备背部金属、改变天线位置、设计电路等方式增强天线的辐射性能，然而这些方式会造成电子设备的制造成本增加，且设计难度较大。
为了解决上述技术问题，在一种可能的实施方式中，本申请提供了一种电子设备，设置有天线固定结构，该天线固定结构采用磁电材料，通过控制该磁电材料的介电常数、磁导率、介电损耗角正切和磁损耗角，可以增强天线辐射体的辐射性能。相关技术中，天线固定结构通常使用塑胶制成，用于支撑天线辐射体，使天线辐射体与电子设备的主板之间有一定距离，但其介电常数大且磁导率低，并不能提升天线的辐射效率和带宽。
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结构侧视图。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覆盖整个电子设备，主板102位于屏幕101和壳体100之间，天线固定结构104支撑固定天线103，天线固定结构104由天线辐射体103的类型决定，本实施例和图1以支架型天线辐射体为例进行说明，天线固定结构104是天线支架，天线支架104位于主板102上，且天线辐射体103在主板102的投影区域内不设置其他元件，该投影区域作为天线辐射体103的接地区域，主板102上设置有馈电点和接地点，天线辐射体103上设置有馈电部和接地部，分别与主板102上的馈电点和接地点连接，构成回路，使得天线辐射体103收发Sub-6GHz的射频信号。
在一种可能的实施方式中，天线固定结构104采用磁电材料，由于天线固定结构104与天线辐射体103固定且二者表面贴合紧密，并且天线辐射体103发出的电磁波为空间上的全向电磁波，部分电磁波在天线固定结构104的介质中传播后会减弱，因此通过控制天线固定结构104使用的材料的成分，优化其与电磁波辐射相关的参数，可以减少电磁波的辐射损耗，从而增强天线辐射体103的辐射性能。
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。
示意性的，电子设备内配置有全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线模组，该天线模组的天线辐射体固定在采用了磁电材料的天线固定结构上，该天线固定结构能够增强GPS天线辐射体的辐射性能，从而提高GPS定位的准确性。
综上所述，本申请实施例中，电子设备设置有天线辐射体、主板和天线固定结构，其中，天线辐射体与主板构成回路，收发Sub-6GHz的射频信号，天线固定结构用于固定天线辐射体，由于天线固定结构采用了特殊的磁电材料，因此可以在固定天线辐射体的同时，提高天线辐射体的辐射性能，降低天线和电子设备整机设计的难度。
在一种可能的实施方式中，由于天线辐射体发出的电磁波会透过天线固定结构，因此通过控制天线固定结构的介电常数和磁导率，提升天线辐射体的辐射功率，从而提高天线的辐射效率。
示意性的，磁电材料的介电常数(Dk)≤3、磁导率(u)≥3、介电损耗角正切(Df)≤0.02且磁损耗角(uf)≤0.02。图2和图3分别示出了采用普通塑胶的天线固定结构和磁电材料的天线固定结构的天线辐射体回波损耗曲线图，其中，图2对应的天线固定结构的Dk为3，u为1，Df为0.04，天线辐射体长17.6mm，宽5mm，工作频率为2.4GHz；图3对应的天线固定结构的Dk为2，u为4，Df为0.02，天线辐射体长11.6mm，宽5mm，工作频率为2.4GHz。图中横坐标是频率，纵坐标是dB，曲线表示随着频率的增长天线的回波损耗S11的大小，从两张图的对比中可以看出，将天线固定结构从普通塑胶材质换成磁电材料后，天线辐射体的S11明显减小，以2.4GHz的工作频率为例，天线带宽为2.4～2.485GHz，2.4GHz处的S11从-4.5656dB降至-6.326dB，2.485GHz处的S11从-5.8019dB降至-8.9392dB。并且天线损耗减小的同时，天线辐射体的尺寸比原来缩小了33％。
天线带宽的计算公式为：
Figure BDA0002296607440000051
其中，BW是天线带宽，u是磁导率，Dk是介电常数，t是电磁波周期，λ0是电磁波波长。
因此，由公式可以看出，天线辐射体的带宽与介电常数呈负相关关系，而天线尺寸与
Figure BDA0002296607440000052
成反比，即天线辐射体的尺寸与介电常数和磁导率的乘积呈负相关关系，其中，ur是相对磁导率，Dkr是相对介电常数。
另外，天线辐射体辐射的电磁波在传播过程中，在天线辐射体和天线固定结构的接触面会产生一种表面波，该表面波不产生辐射，因此会造成损耗，导致天线辐射效率降低。本申请实施例中，天线固定结构采用的磁电材料的u比通常材料大，对电磁波的束缚力强，使得表面波减弱，从而能够提升天线辐射体的辐射效率。
示意性的，对比图4和图5，图中上方的曲线是天线的辐射效率，下方曲线是天线的系统效率，由图中可以看出，天线的辐射效率和系统效率都明显提升，从而使得天线在2.4GHz工作频率下的带宽从2.4～2.485GHz扩展为2.39～2.5GHz。
在一种可能的实施方式中，为了满足以上对天线固定结构的需求，使得磁电材料的Dk≤3、u≥3、Df≤0.02且uf≤0.02，磁电材料包括稀土磁性材料、铁氧体、镍铁锌氧化物、磁性陶瓷材料中的至少一种。
本申请实施例中，使用Dk≤3、u≥3、Df≤0.02且uf≤0.02的磁电材料制作天线固定结构，既能固定天线辐射体，也能增强天线辐射体的辐射效率、扩大工作带宽，从而使天线的效率一定的情况下缩小了天线辐射体的尺寸，节约生产成本，降低了电子设备内置天线的设计难度。
可选的，天线辐射体为支架型天线辐射体，天线固定结构为用于支撑并固定支架型天线辐射体的天线支架。
在一种可能的实施方式中，支架型天线辐射体为无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)天线或GPS天线中的至少一种，其结构采用倒F型天线(InvertedFAntenna，IFA)结构、平面倒F型天线(PlanarInvertedFAntenna，PIFA)结构、单极天线(Monopole)结构中的至少一种。
如图6所示，天线支架602位于支架型天线辐射体603与主板601之间，天线支架602上设置有第一连接孔604和第二连接孔605，支架型天线辐射体603的馈电部透过第一连接孔604与主板601的馈电点相连(例如Monopole天线)，支架型天线辐射体603的接地部透过第二连接孔605与主板601的接地点相连，天线支架602与支架型天线辐射体603之间通过热熔方式固定，天线支架602与主板601之间通过热熔方式固定。
由于采用上述磁电材料制成的天线支架后，天线的辐射性能提高，因此可以适当减少天线辐射体的净空，即降低天线辐射体的高度，从而为电子设备内部其他器件的排布以及整机的设计提供便利。
可选的，天线支架602的尺寸大于支架型天线辐射体603的尺寸，支架型天线辐射体603的高度小于高度阈值，即天线支架602的厚度小于高度阈值，高度阈值为射频信号的自由空间波长的0.01倍。
图7示出了一种支架型天线去掉天线支架后的结构示意图，主板701与支架型天线辐射体702的接地部703和馈电部704通过热熔方式固定，支架型天线辐射体702与主板701之间的垂直距离小于等于射频信号的自由空间波长的0.01倍。其中，支架型天线辐射体702的长小于17mm，宽小于等于5mm，由于支架型天线的谐振频率主要与其长度有关，因此本申请实施例中主要通过减小长度缩小支架型天线辐射体702的尺寸。
可选的，支架型天线辐射体通过延长的金属片沿天线支架的边缘弯折，并与主板接触的方式接地和馈电(例如PIFA天线)，如图8所示，其示出了一种PIFA天线去掉天线支架后的结构示意图，支架型天线辐射体802设置有两处延长的接地部803和馈电部804，与主板801接触构成回路。
可选的，天线辐射体为中框型天线辐射体，天线固定结构为中框注塑结构，中框型天线辐射体与中框注塑结构形成电子设备的中框。如图9所示，中框注塑结构901与中框型天线辐射体902构成电子设备的中框，中框型天线辐射体902为金属片，中框注塑结构901采用上述磁电材料制成。
请参考图10，本申请实施例以支架型天线辐射体为例，提供了一种电子设备1000，该电子设备1000设置有壳体1001，屏幕1002与壳体1001固定在电子设备边框1007的两侧，电子设备1000内部的主板1003上排布有电子设备1000工作需要的器件，例如电池1004、支架型天线辐射体1005和天线支架1006，支架型天线辐射体1005为Wi-Fi天线辐射体或GPS天线辐射体中的至少一种，天线支架1006位于支架型天线辐射体1005和主板1003之间。
需要说明的一点是，在本申请实施例中，对支架型天线辐射体1005在电子设备1000内部的设置位置不作限定，例如在图10中，支架型天线辐射体1005设置在电池1004上方，在其它示例性实施例中，支架型天线辐射体1005还可以设置在电子设备1000的底部区域或其它位置，技术人员可以结合电子设备1000的整机设计需求，为支架型天线辐射体1005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 (10)

1.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
天线辐射体，所述天线辐射体用于收发Sub-6GHz的射频信号；
主板，用于与所述天线辐射体构成回路；
天线固定结构，用于固定所述天线辐射体并增强所述天线辐射体的辐射性能，所述天线固定结构采用磁电材料。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述磁电材料的介电常数≤3、磁导率≥3、介电损耗角正切≤0.02且磁损耗角≤0.02。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述天线辐射体的带宽与所述介电常数呈负相关关系，且所述天线辐射体的尺寸与所述介电常数和所述磁导率的乘积呈负相关关系。
4.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述磁电材料包括稀土磁性材料、铁氧体、镍铁锌氧化物、磁性陶瓷材料中的至少一种。
5.根据权利要求1至4任一所述的电子设备，其特征在于，所述天线辐射体为支架型天线辐射体，所述天线固定结构为用于支撑并固定所述支架型天线辐射体的天线支架。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述天线支架位于所述支架型天线辐射体与所述主板之间；
所述天线支架与所述支架型天线辐射体之间通过热熔方式固定，所述天线支架与所述主板之间通过热熔方式固定。
7.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述天线支架的尺寸大于所述支架型天线辐射体的尺寸；
所述天线支架设置有第一连接孔和第二连接孔；
所述支架型天线辐射体的馈电部透过所述第一连接孔与所述主板的馈电点相连，所述支架型天线辐射体的接地部透过所述第二连接孔与所述主板的接地点相连。
8.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述支架型天线辐射体的高度小于高度阈值，所述高度阈值为所述射频信号的自由空间波长的0.01倍。
9.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述支架型天线辐射体为无线保真Wi-Fi天线或全球定位系统GPS天线中的至少一种；
所述支架型天线辐射体采用倒F型天线IFA结构、平面倒F型天线PIFA结构、单极天线Monopole结构中的至少一种。
10.根据权利要求1至4任一所述的电子设备，其特征在于，所述天线辐射体为中框型天线辐射体，所述天线固定结构为中框注塑结构，所述中框型天线辐射体与所述中框注塑结构形成所述电子设备的中框。
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