CN111129729A - 一种天线单元和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线单元和电子设备，涉及通信技术领域，所述天线单元包括：第一绝缘介质，第一绝缘介质包括有相背设置的第一表面和第二表面，第一表面设置有地板，第二表面设置有辐射片；其中，所述辐射片包括第一辐射片和第二辐射片，第二辐射片围绕第一辐射片设置，且与第一辐射片间隔设置；与第一辐射片对应设置的至少一对馈电结构；连接第一辐射片与第二辐射片的导电连接部。在本发明实施例中，通过采用单层介质结构，降低加工难度，节省加工成本；第二辐射片围绕第一辐射片设置，与第一辐射片对应设置有馈电结构，第一辐射片和第二辐射片通过缝隙耦合和导电连接部激励，可以优化天线的尺寸，增加天线带宽。

Description

一种天线单元和电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线单元和电子设备。

背景技术

通信技术的发展日新月异，每个时代所迸发出的巨大革命力量，正不断影响并改变着人类的生活方式，如今，第五代移动通信5G时代已来。如果说1G到4G都是在改善人与人之间的通信质量，那么5G，则不单是让我们获得更快的网络，它是通过超高的速率、极低的延时以及海量的连接等一系列的提升，让我们感受到翻天覆地的变化，实现真正的万物互联，手机作为互联终端中最重要的一环，其价值将更加明显，其性能要求更加严苛，尤其是天线，作为手机与外界信息交互的唯一媒介，其重要性不言而喻。

目前，现有技术的毫米波封装天线模组的带宽往往比较窄，覆盖毫米波频段范围比较窄，影响用户的移动漫游体验；并且，有的提高介质板高度以及采用叠层设计，一方面会增加毫米波天线模组的厚度，另一方面叠层结构复杂，层与层之间连接的通孔类型多样，增加了天线模组加工难度和一致性问题，同时会增加天线成本。

发明内容

本发明提供了一种天线单元和电子设备，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，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：

第一绝缘介质，所述第一绝缘介质包括有相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面设置有地板，所述第二表面设置有辐射片；

其中，所述辐射片包括第一辐射片和第二辐射片，所述第二辐射片围绕所述第一辐射片设置，且与所述第一辐射片间隔设置；

与所述第一辐射片对应设置的至少一对馈电结构；

连接所述第一辐射片与所述第二辐射片的导电连接部。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：如上所述的天线单元；

其中，所述天线单元的数量为至少一个。

在本发明实施例中，通过在第一绝缘介质的第一表面设置地板，第二表面设置有辐射片，采用单层介质结构，降低加工难度，节省加工成本；并且，所述辐射片包括第一辐射片和第二辐射片，所述第二辐射片围绕所述第一辐射片设置，且与所述第一辐射片间隔设置，与所述第一辐射片对应设置有至少一对馈电结构，且导电连接部连接在所述第一辐射片与所述第二辐射片之间，所述第一辐射片和所述第二辐射片通过缝隙耦合和导电连接部激励，可以优化天线的尺寸，增加天线带宽。

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的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表示本发明实施例的天线单元的结构示意图；

图2表示本发明实施例的天线单元的侧视图之一；

图3表示本发明实施例的天线单元的侧视图之一；

图4表示本发明实施例的天线单元的拆分示意图；

图5表示本发明实施例的多个天线单元的组合示意图之一；

图6表示本发明实施例的多个天线单元的组合示意图之二；

图7表示本发明实施例的馈线的位置示意图；

图8表示本发明实施例的天线单元的反射系数图；

图9表示本发明实施例的28GHz的辐射方向图；

图10表示本发明实施例的39GHz的辐射方向图；

图11表示本发明实施例的电子设备的结构示意图；

附图标记说明：

1-第一绝缘介质，2-地板，21-通孔，3-辐射片，31-第一辐射片，32-第二辐射片，4-导电连接部，5-馈电探针，61-第二绝缘介质，62-第二绝缘介质，7-馈线，8-电连接部，9-金属边框，91-第一边框，92-第二边框，93-第三边框，94-第四边框，10-金属外壳。

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，在目前第三代伙伴组织计划(Third Generation Partnership Projects，3GPP)已经规划的5G毫米波频段有以28GHz为主的n257(26.5-29.5GHz)，n258(24.25-27.5GHz),n261(27.5-28.35GHz)频段及以39GHz为主的n260(37.0-40.0GHz)等频段。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)，Yagi-Uda(八木宇田天线)，或者dipole(偶极子天线)，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，如常规的patch一般相对带宽基本不超过5％，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，为提升天线的带宽，往往需要使用比较厚的介质基本或者采用叠层(stacked)的结构等，这样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，可以优化天线的尺寸，增加天线带宽。

具体的，如图1至4所示，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：

第一绝缘介质1，所述第一绝缘介质1包括有相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面设置有地板2，所述第二表面设置有辐射片3；

其中，所述辐射片包括第一辐射片31和第二辐射片32，所述第二辐射片32围绕所述第一辐射片31设置四周，且与所述第一辐射片31间隔设置；

与所述第一辐射片31对应设置的至少一对馈电结构；

连接所述第一辐射片31与所述第二辐射片32的导电连接部4。

具体的，所述第一辐射片31可以为矩形辐射片，所述第二辐射片32为围绕在矩形辐射片四周的“口”字型辐射片。所述第一辐射片31和所述第二辐射片32的形状并不仅限于上述形状，在此不做限定。

具体的，所述第一绝缘介质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。

其中，所述导电连接部4可以为金属部件，所述导电连接部4可以为一个或者多个，例如：在所述导电连接部4为两个的情况下，两个所述导电连接部4设置在所述第一辐射片31的对称中心的等间距的位置。

其中，所述辐射片3可以设置于所述第一绝缘介质1的表面，也可以将所述辐射片3的其中一部分嵌入所述第一绝缘介质1中，另一部分裸露在所述第一绝缘介质1的表面。

进一步的，如图5和6所示，所述天线单元可以为毫米波天线单元。在所述天线单元为多个的情况下，多个天线单元可以形成毫米波天线阵列。

在本发明实施例中，通过在第一绝缘介质1的第一表面设置地板2，第二表面设置有辐射片3，采用单层介质结构，降低加工难度，节省加工成本；并且，所述辐射片3包括第一辐射片31和第二辐射片32，所述第二辐射片32围绕所述第一辐射片31设置，且与所述第一辐射片31间隔设置，且与所述第一辐射片31对应设置有至少一对馈电结构，且导电连接部4连接在所述第一辐射片31与所述第二辐射片32之间，所述第一辐射片31和所述第二辐射片32通过缝隙耦合和导电连接部4激励，可以优化毫米波天线的尺寸，增加毫米波天线带宽；并且，所述天线单元采用第一绝缘介质1的单层基材结构，有效降低了加工难度，节省加工成本，提高了一致性。

进一步的，如图1、5和6所示，每一所述馈电结构包括：

馈电探针5，所述馈电探针5的其中一部分穿过所述地板2和所述第一绝缘介质1，与所述第一辐射片31连接，所述馈电探针5的另一部分与射频芯片连接，且所述馈电探针5与所述地板2绝缘。

具体的，所述射频芯片位于所述地板2远离所述第一绝缘介质1的一侧，且所述射频芯片与所述地板2不连接。

进一步的，如图1、5和6所示，每一对所述馈电探针5分别位于所述第一辐射片31的对称线上，且与所述对称线的对称中心等间距设置。

具体的，所述馈电探针5可以为一对或多对(如两个、四个等)的情况下，两个馈电探针5分别位于所述第一辐射片31的对称线上，且与所述对称线的对称中心等间距设置，形成差分馈电的结构，即两个馈电探针5等幅反向，即幅度相等，相位相差180度；并且，所述第二辐射片32由所述第一辐射片31通过缝隙耦合(即所述第二辐射片32和所述第一辐射片31之间的间隙)和所述导电连接部4激励，由于激励电流路径丰富多样，毫米波天线单元的横磁模01(Transverse magnetic Mode 01，TM01)和横磁模02(Transverse magnetic Mode02，TM02)被同时激励，通过优化毫米波天线的尺寸，可以使得毫米波天线带宽得到大幅度提升。

其中，在所述馈电探针5为两个的情况下，两个所述馈电探针5之间的间距可以根据所述第一绝缘介质1的材料和高度的差异设定，调节两个馈电探针5的位置主要是为了调节输入阻抗，使毫米波天线的匹配良好。

进一步的，如图3所示，所述天线单元还可以包括：

第二绝缘介质61，所述第二绝缘介质61设置在所述地板2背离所述第一绝缘介质1的一侧表面；

所述馈电探针5通过馈线7穿过所述第二绝缘介质61与所述射频芯片连接。

具体的，所述馈电探针5可以直接与所述射频芯片连接，也可以通过馈线7穿过所述第二绝缘介质61与所述射频芯片连接。其中，所述馈线7为微带线或者巴伦等。

其中，所述第二绝缘介质61包括介电材料，所述第二绝缘介质61与所述第一绝缘介质1可以是相同介电常数的介电材料，也可以为不同介电常数的介电材料。

进一步的，如图4所示，每一所述馈电结构包括：

设置于所述地板2上的通孔21，每一对所述通孔21分别相对于所述第一辐射片31的对称线对称设置。

其中，所述通孔21可以为H型缝隙，但不仅限于H型。

进一步的，如图4所示，所述天线单元还可以包括：

第三绝缘介质62，所述第三绝缘介质62设置在所述地板2背离所述第一绝缘介质1的一侧表面；

所述第三绝缘介质62中的馈线7，其中一端与射频芯片连接，另一端对应于所述通孔21设置。

具体的，所述第三绝缘介质62包括介电材料，所述第三绝缘介质62与所述第一绝缘介质1、第二绝缘介质61可以是相同介电常数的介电材料，也可以为不同介电常数的介电材料。

具体的，如图4和7所示，所述天线单元还可以不设置形成差分馈电的馈电探针5，也可以在所述地板2上设置有多个通孔21；所述第三绝缘介质62中的馈线7，一端与所述射频芯片连接，一端对应于所述通孔21设置从而通过通孔21与所述第一辐射片31形成差分耦合馈电，可以使得毫米波天线带宽大幅度增加，可以覆盖n257、n258、n258、n260和n261等3GPP已经定义的全球主流5G毫米波频段，从而极大提升了用户的移动漫游体验。

进一步的，如图5所示，所述天线单元还可以包括：

多个电连接部8，多个所述电连接部8围绕所述第二辐射片32设置四周，且所述电连接部8贯穿所述第一绝缘介质1并与所述地板2连接。

具体的，在所述第一绝缘介质1的四周边缘设置多个电连接部8，所述电连接部贯穿所述第一绝缘介质1并与所述地板2连接，所述多个电连接部8形成地墙，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；其中，相邻天线单元之间的间隔，可以根据天线单元之间的隔离度以及阵列天线的扫描角度性能来决定。

其中，在两个相邻的天线单元之间可以共用一部分地墙，所述电连接部8可以为金属柱等形状。

进一步的，如图6所述，所述天线单元还可以包括：

围绕所述第一绝缘介质1设置的金属框，所述金属框和所述地板2共同形成具有一开口的金属外壳10。

具体的，在所述第一绝缘介质1没有设置多个电连接部8的情况下，可以在所述第一绝缘介质1的四周设置金属框，即所述金属框包围在所述第一绝缘介质1的外围，所述金属框与所述地板2的四周连接，形成具有一开口的金属外壳10，即天线单元包括一金属外壳10，所述金属外壳10具有一开口，所述金属外壳10内部设置有第一绝缘介质1。

其中，在两个相邻的天线单元之间可以共用一部分金属外壳10，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。

进一步的，如图6所示，所述金属外壳10可以为电子设备的金属边框9或金属外壳10的至少一部分。

进一步的，所述第一绝缘介质1的厚度为0.1mm～0.5mm。

具体的，在毫米波天线领域，一般以电长度(如多少个波长)来表示尺寸的大小，由于30GHz位于20GHz和40GHz中心，故可以采用30GHz介质波长λd来表示板材厚度，考虑加工以及天线性能，板材的厚度范围在0.013λd-0.064λd，即0.1mm-0.5mm之间，优选的所述第一绝缘介质1的厚度约为0.02λd，即约为0.157mm，可以使得整个毫米波天线模组厚度得到极大的改善，在堆叠空间非常紧张的电子设备中，具有极大的实用性。

具体的，图8为一个毫米波天线单元的反射系数图，横坐标为频段，纵坐标为反射系数，该天线单元基本可以覆盖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9为28GHz的辐射方向图，S1为辐射范围。图10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，天线单元的交叉极化电流得到了很好的抑制，天天的交叉极化电平低于40dB。并且由于天线单元的地板2是一层金属反射板，可以有效提高天线增益。

在本发明实施例中，通过在第一绝缘介质1的第一表面设置地板2，第二表面设置有辐射片3，采用单层介质结构，降低加工难度，节省加工成本；并且，所述辐射片3包括第一辐射片31和第二辐射片32，所述第二辐射片32设置在所述第一辐射片31四周，且与所述第一辐射片31间隔设置，且与所述第一辐射片31对应设置有至少一对馈电结构，且导电连接部4连接在所述第一辐射片31与所述第二辐射片32之间，所述第一辐射片31和所述第二辐射片32通过缝隙耦合和导电连接部4激励，可以优化毫米波天线的尺寸，增加毫米波天线带宽；并且，所述天线单元采用第一绝缘介质1的单层基材结构，有效降低了加工难度，节省加工成本，提高了一致性。

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。

如图11所示，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单元；

其中，所述天线单元的数量为至少一个。

其中，在所述天线单元为多个的情况下，多个所述天线单元形成天线阵列。所述天线单元可以设置于所述电子设备的金属壳体、金属框等。

具体的，如果将所述天线单元设置于所述金属边框9中，则可以在所述金属边框9上设置有至少一个容置槽，可以将一个带有金属外壳10的天线单元设置于所述容置槽中，或者金属外壳10可以为金属边框9的其中一部分，不仅克服金属对毫米波天线遮挡，还可以提升毫米波信号的空间覆盖，增强通信效果。

具体的，所述金属边框9可以包括第一金属边框91、第二金属边框92、第三金属边框93以及第四金属边框94，所述第一金属边框91、所述第二金属边框92、所述第三金属边框93以及所述第四金属边框94可以收尾相连形成金属边框9，所述第一金属边框91、所述第二金属边框92、所述第三金属边框93以及所述第四金属边框94也可以不首尾相连形成金属边框9。所述第二金属边框92和第四金属边框94上的间隙，为金属边框9上为设置所述毫米波天线单元所开的容置槽，每一容置槽中设置有一个或多个毫米波天线单元。所述容置槽的数量由实际需求设定，在此并不进行限定。

其中，可以将毫米波天线融入到2G～6G之间的通信天线(图11中第三金属边框93处的虚线处)中，可与金属边框9或金属壳作为天线的非毫米波天线整合为一体，即让毫米天线兼容在金属边框9或金属壳作为天线的非毫米波天线内，而不影响通信天线的通信质量。并且，毫米波阵列天线也可以不融入通信天线中，可以单独设置。

其中，毫米波天线由于结构相对简单，加工制作难度较小，其制作方式除了板级加工之外，也可以采用数控机床铣削加工方式，在此不做具体限定。

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 (11)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：

第一绝缘介质(1)，所述第一绝缘介质(1)包括有相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面设置有地板(2)，所述第二表面设置有辐射片(3)；

其中，所述辐射片(3)包括第一辐射片(31)和第二辐射片(32)，所述第二辐射片(32)围绕所述第一辐射片(31)设置，且与所述第一辐射片(31)间隔设置；

与所述第一辐射片(31)对应设置的至少一对馈电结构；

连接所述第一辐射片(31)与所述第二辐射片(32)的导电连接部(4)。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，每一所述馈电结构包括：

馈电探针(5)，所述馈电探针(5)的其中一部分穿过所述地板(2)和所述第一绝缘介质(1)，与所述第一辐射片(31)连接，所述馈电探针(5)的另一部分与射频芯片连接，且所述馈电探针(5)与所述地板(2)绝缘。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，每一对所述馈电探针(5)分别位于所述第一辐射片(31)的对称线上，且与所述对称线的对称中心等间距设置。

4.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

第二绝缘介质(61)，所述第二绝缘介质(61)设置在所述地板(2)背离所述第一绝缘介质(1)的一侧表面；

所述馈电探针(5)通过馈线(7)穿过所述第二绝缘介质(61)与所述射频芯片连接。

5.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，每一所述馈电结构包括：

设置于所述地板(2)上的通孔(21)，每一对所述通孔(21)分别相对于所述第一辐射片(31)的对称线对称设置。

6.根据权利要求5所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

第三绝缘介质(62)，所述第三绝缘介质(62)设置在所述地板(2)背离所述第一绝缘介质(1)的一侧表面；

所述第三绝缘介质(62)中的馈线(7)，其中一端与射频芯片连接，另一端对应于所述通孔(21)设置。

7.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

多个电连接部(8)，多个所述电连接部(8)围绕所述第二辐射片(32)设置，且所述电连接部(8)贯穿所述第一绝缘介质(1)并与所述地板(2)连接。

8.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

围绕所述第一绝缘介质(1)设置的金属框，所述金属框和所述地板(2)共同形成具有一开口的金属外壳(10)。

9.根据权利要求8所述的天线单元，其特征在于，所述金属外壳(10)为电子设备的金属边框(9)。

10.根据权利要求1至9任一项所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元为毫米波天线单元。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至10任一项所述的天线单元；

其中，所述天线单元的数量为至少一个。

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