CN111180903A

CN111180903A - 天线组件和电子设备

Info

Publication number: CN111180903A
Application number: CN202010097576.XA
Authority: CN
Inventors: 雍征东
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本申请涉及一种天线组件和电子设备，所述天线组件包括：平面阵列结构，包括：多个呈阵列设置的阵列单元，多个所述阵列单元在阵列方向上具有渐变的所述阵列单元尺寸；馈源组件，设置于所述平面阵列结构对应的抛物焦点上；其中，平面阵列结构在所述馈源组件的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。在电子设备内部集成平面阵列结构，在平面阵列结构的抛物焦点上设置馈源组件，平面阵列结构在馈源的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。平面阵列结构相当于抛物面反射器，馈源组件相当于焦点位置的馈源。也即平面阵列结构和馈源组件等效于抛物面天线，平面阵列结构生成的反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，利于提高天线组件的增益。

Description

天线组件和电子设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线组件和电子设备。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

现有电子设备往往由于天线模组的增益较小，因而通信性能受限。

发明内容

本申请实施例提供一种天线组件和电子设备，利于提高天线的增益。

一种天线组件，包括：

平面阵列结构，包括：多个呈阵列设置的阵列单元，多个所述阵列单元在阵列方向上具有渐变的所述阵列单元尺寸；

馈源组件，设置于所述平面阵列结构对应的抛物焦点上；

其中，平面阵列结构在所述馈源组件的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。

一种电子设备，包括上述的天线组件。

上述天线组件和电子设备，所述天线组件包括：平面阵列结构和馈源组件，其中，平面阵列结构包括多个呈阵列设置的阵列单元，多个所述阵列单元在阵列方向上具有渐变的所述阵列单元尺寸；馈源组件，设置于所述平面阵列结构对应的抛物焦点上；其中，平面阵列结构在所述馈源组件的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。在电子设备内部集成平面阵列结构，在平面阵列结构的抛物焦点上设置馈源组件，平面阵列结构在馈源的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波，反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，进一步地利于提高天线组件的增益。另外，平面阵列结构相当于抛物面反射器，馈源组件相当于焦点位置的馈源。也即平面阵列结构和馈源组件等效于抛物面天线。利用设置的平面阵列结构能够实现抛物面效果，即将抛物面天线集成至电子设备内，利于天线组件小型化的要求，提升电子设备的天线组件的增益性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为一个实施例中电子设备的立体图；

图2为一实施例中电子设备中平面阵列结构的结构示意图；

图3为一实施例中平面阵列结构中阵列单元的结构示意图；

图4为又一实施例中平面阵列结构中阵列单元的结构示意图；

图5为再一实施例中平面阵列结构中阵列单元的结构示意图；

图6为另一实施例中平面阵列结构中阵列单元的结构示意图；

图7为新一实施例中平面阵列结构中阵列单元的结构示意图；

图8为另一实施例中电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“贴合于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

本申请一实施例的天线装置应用于电子设备，在一个实施例中，电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile Internet Device，MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置阵列天线装置的通信模块。

如图1所示，在本申请实施例中，电子设备10可包括壳体组件110、中板、显示屏组件和控制器。显示屏组件固定于壳体组件110上，与壳体组件110一起形成电子设备10的外部结构。壳体组件110可以包括中框111和后盖113。中框111可以为具有通孔的框体结构。其中，中框111可以收容在显示屏组件与后盖113形成的收容空间中。后盖113用于形成电子设备10的外部轮廓。后盖113可以一体成型。在后盖113的成型过程中，可以在后盖113上形成后置摄像头孔、指纹识别模组、天线装置安装孔等结构。其中，后盖113可以为非金属后盖113，例如，后盖113可以为塑胶后盖113、陶瓷后盖113、3D玻璃后盖113等。中板固定在壳体组件内部，中板可以为PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)或FPC(FlexiblePrinted Circuit，柔性电路板)。在该中板上可集成用于收发毫米波信号的天线模组，还可以集成能够控制电子设备10的运行的控制器等。显示屏组件可用来显示画面或字体，并能够为用户提供操作界面。

如图2所示，本申请实施例提供一种天线组件20，天线组件20包括：平面阵列结构210和馈源组件220，其中，平面阵列结构210包括：多个呈阵列设置的阵列单元211，多个阵列单元211在阵列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸；馈源组件220，设置于平面阵列结构210对应的抛物焦点上；其中，平面阵列结构210在馈源组件220的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。

其中，平面阵列结构210可以由超表面材料制备，超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。平面阵列结构210可以是金属材质，也可以说其他导电材质，此处不做限定。平面阵列结构210能够生成具有抛物面相位的反射电磁波，在功能上等效于一个旋转抛物面或柱形抛物面，抛物焦点指的该等效抛物面的焦点。抛物面天线是指由抛物面反射器和位于其焦点上的馈源组成的面天线。平面阵列结构210相当于抛物面反射器，馈源组件220相当于焦点位置的馈源。也即平面阵列结构210和馈源组件220等效于抛物面天线。

具体的，平面阵列结构210是由超表面材料制备的平面阵列结构210，通过调控超表面的电磁波相位特性，使得平面阵列结构210能够产生抛物面相位的反射波。多个阵列单元211在阵列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸，阵列单元211的形状可以是正方形、长方形、菱形、三角形或圆形，此处不做限定。另外，数量、厚度、材质等此处不做限定。阵列单元211尺寸可以指的是作为阵列单元211的导电片的面积。馈源组件220设置于平面阵列结构210的抛物焦点处，作为空间馈源生成激励。在该激励作用下，平面阵列结构210通过反射电磁波生成相位呈抛物面分布的反射波，反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，进一步地利于提高天线组件20的增益。其中，抛物焦点可以位于电子设备10的中框上，馈源组件220为位于电子设备10中框111上的缝隙天线、端射天线或毫米波天线。抛物焦点还可以位于电子设备10内部的其他位置，此处不做限定。在抛物焦点处设置作为空间馈源的缝隙天线、端射天线或毫米波天线，即可实现将抛物面天线集成至电子设备10内部。本实施例提供的天线组件20提高了增益的同时，也能够满足天线组件20小型化的要求。

上述天线组件20包括平面阵列结构210和馈源组件220，其中，平面阵列结构210包括：多个呈阵列设置的阵列单元211，平面阵列结构210用于在激励下生成相位呈抛物面分布的反射波；馈源组件220设置于平面阵列结构210的抛物焦点上，用于产生激励。在电池仓130的边缘处设置平面阵列结构210，在平面阵列结构210的抛物焦点上设置馈源组件220，平面阵列结构210在馈源的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波，反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，进一步地利于提高天线组件20的增益。另外，设置平面阵列结构210能够实现抛物面效果，利于天线组件20小型化的要求，提升天线组件20的体积优势。

在其中一个实施例中，多个阵列单元211分布呈一维阵列。

具体的，多个阵列单元211所在平面为X轴、Y轴所构成的平面，且多个阵列单元211分布呈一维阵列。阵列单元211的形状可以是正方形、长方形、菱形、三角形或圆形，此处不做限定，另外，数量、厚度、材质等此处不做限定。阵列方向可以是X轴方向，还可以是Y轴方向，或者其他任意方向。

在其中一个实施例中，多个阵列单元211在阵列方向的阵列单元211尺寸由一维阵列的中心向阵列边缘减小。

具体的，平面阵列结构210包括一个呈1*M(一维阵列)设置的阵列单元211，且阵列单元211为矩形导电片。多个阵列单元211在阵列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。参考图3，当M为3、5、7或大于7的奇数时，位于每个平面阵列结构210的阵列中心O(中心位置)的矩形导电片的尺寸最大，从中心位置向两侧的矩形导电片的尺寸逐渐减小，阵列中心O两侧的阵列单元211尺寸可以是对称的，也可以是不对称。参考图4，其中，当M为4、6、8或大于8的偶数时，距离每个平面阵列结构210的阵列中心O(中心位置)最近的矩形导电片的尺寸最大，从中心位置向两侧的矩形导电片的尺寸逐渐减小，即越远离该阵列中心O的阵列单元211的尺寸越小。进一步的，多个阵列单元211的尺寸由阵列中心O向阵列边缘减小。需要说明的是，本申请各实施例中的减小可以为梯度减小或随机减小，例如，梯度减小可以理解为按等比数列、等差数列的梯度或根据特定规律进行减小。

在其中一个实施例中，各个阵列单元211在一维阵列中的坐标位置与生成反射波的相位呈第一映射关系。

具体的，在预设列表中，已知各个阵列单元211需生成的反射波的相位，可以通过查表得到各个阵列单元211的尺寸。各个阵列单元211产生的反射波的相位需覆盖[0，2π]范围。各个阵列单元211产生的反射波的相位按照抛物面分布，已知预设列表和第一映射关系，可以设计一维阵列中各个阵列单元211的尺寸和位置，得到能够对垂直入射平面波实现聚焦的一维反射相位超表面。在笛卡尔坐标系中，一维阵列的阵列方向设置为X轴方向，一维阵列中各个阵列单元211的坐标位置用x标识，

标识x位置处的阵列单元211反射波的相位，

与x呈第一映射关系，第一映射关系用公示标识如下：

其中，

为阵列中心O阵列单元211生成反射波的相位，d为焦距即等效抛物面到馈源组件220的垂直距离，λ为电磁波在中框注塑材料中的波长。

在其中一个实施例中，多个阵列单元211分布呈二维阵列，二维阵列包括行方向和列方向，至少两个阵列单元211在行方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。

具体的，在其中一个实施例中，如图5-6所示，平面阵列结构210中的多个阵列单元211呈二维阵列，例如，可呈N*M(3*9)的二维阵列，即包括N行M列(3行9列)阵列单元211。其中，二维阵列包括行方向和列方向，至少两个阵列单元211P在行方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。

在其中一个实施例中，至少两个阵列单元211在列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。

具体的，参考图5，在二维阵列中，阵列单元211为正方形导电片，多个阵列单元211的尺寸由二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘减小。参考图6，第一阵列结构中的多个阵列单元211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*9)的二维阵列，即包括N行M列(5行9列)阵列单元211。其中，二维阵列包括行方向和列方向，至少两个阵列单元211P在行方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。同时，至少两个阵列单元211P也可以在列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸。在本实施例中，在预设列表中，已知各个阵列单元211需生成的反射波的相位，可以通过查表得到各个阵列单元211的尺寸。参考图7所示，各个阵列单元211的形状可以不一致，且各个阵列单元211的在行方向和列方向上均存在渐变的阵列单元尺寸。换言之，通过对行方向和或列方向上对各个位置的阵列单元211的尺寸进行调控即可使平面阵列结构210生成的具备抛物面分布相位的反射波相位，进而实现对电磁波波束的汇聚作用。

在其中一个实施例中，各个阵列单元211在二维阵列中的坐标位置与生成反射波的相位呈第二映射关系。

具体的，在预设列表中，已知各个阵列单元211需生成的反射波的相位，可以通过查表得到各个阵列单元211的尺寸。各个阵列单元211产生的反射波的相位需覆盖[0，2π]范围。已知预设列表和第二映射关系，可以设计二维阵列中各个阵列单元211的尺寸和位置，得到能够对垂直入射平面波实现聚焦的二维反射相位超表面。在笛卡尔坐标系中，将二维阵列的行方向作为X轴方向，列方向作为Y轴方向。二维阵列中各个阵列单元211的坐标位置可以用(x,y)标识，

标识(x,y)位置处的阵列单元211反射波的相位，

与(x,y)呈第二映射关系，第二映射关系用公示标识如下：

其中，

为阵列中心处阵列单元211生成反射波的相位，d为焦距即等效抛物面到金属中框的垂直距离，λ为电磁波在中框注塑材料中的波长。

在其中一个实施例中，馈源组件包括缝隙天线、毫米波天线和端射天线中的至少一种。

具体的，电子设备包括多个天线组件，即包括多个馈源组件。各个馈源组件可以相同，也可以不完全相同，此处不做限定。馈源组件可以为缝隙天线、毫米波天线和端射天线中的至少一种或多种。缝隙天线可以由中框上的通孔设置而成，在中框上设置作为空间馈源的缝隙天线，能够减小天线组件的体积，使其在保证高增益的情况下，满足小体型化的要求。毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波，其频率大约在GHz～0GHz之间。3GP已指定5GNR支持的频段列表，5G NR频谱范围可达0GHz，指定了两大频率范围：Frequency rnge 1(FR1)，即6GHz以下频段和Frequency rnge 2(FR2)，即毫米波频段。Frequency rnge 1的频率范围：450MHz-6.0GHz，其中，最大信道带宽0MHz。Frequency rnge2的频率范围为24.25GHz-52.6GHz，最大信道带宽400MHz。用于5G移动宽带的近11GHz频谱包括：3.85GHz许可频谱，例如：28GHz(24.25-29.5GHz)、37GHz(37.0-38.6GHz)、39GHz(38.6-40GHz)和14GHz未许可频谱(57-71GHz)。5G通信系统的工作频段有28GHz，39GHz，60GHz三个频段。端射天线是一种线性的连续系统或天线阵，端射指的就是天线方向图最大增益方向与天线结构所指的方向一致。端射天线有一个或多个最大辐射或接受方向。因此能量集中，增益较高，抗干扰能力比较强。

本申请实施例提供一种电子设备10，如图8所示，电子设备10包括的天线组件20。天线组件20包括：平面阵列结构210和馈源组件220，其中，平面阵列结构210包括：多个呈阵列设置的阵列单元211，多个阵列单元211在阵列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸；馈源组件220，设置于平面阵列结构210对应的抛物焦点上；其中，平面阵列结构210在馈源组件220的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波。

其中，平面阵列结构210由超表面材料制备，超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。平面阵列结构210可以是金属材质，也可以说其他导电材质，此处不做限定。平面阵列结构210能够生成具有抛物面相位的反射电磁波，在功能上等效于一个旋转抛物面或柱形抛物面，抛物焦点指的该等效抛物面的焦点。抛物面天线是指由抛物面反射器和位于其焦点上的馈源组成的面天线。平面阵列结构210相当于抛物面反射器，馈源组件220相当于焦点位置的馈源。也即平面阵列结构210和馈源组件220等效于抛物面天线。

具体的，平面阵列结构210是由超表面材料制备的平面阵列结构210，通过调控超表面的电磁波相位特性，使得平面阵列结构210能够产生抛物面相位的反射波。多个阵列单元211在阵列方向上具有渐变的阵列单元211尺寸，阵列单元211的形状可以是正方形、长方形、菱形、三角形或圆形，此处不做限定。另外，数量、厚度、材质等此处不做限定。阵列单元211尺寸可以指的是作为阵列单元211的导电片的面积。馈源组件220设置于平面阵列结构210的抛物焦点处，作为空间馈源生成激励，在该激励作用下，平面阵列结构210通过反射电磁波生成相位呈抛物面分布的反射波，反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，进一步地利于提高天线组件20的增益。其中，抛物焦点可以位于电子设备10的中框111上，馈源组件220为位于电子设备10中框111上的缝隙天线、端射天线或毫米波天线。抛物焦点还可以位于电子设备10其他位置，此处不做限定。在抛物焦点处设置作为空间馈源的缝隙天线、端射天线或毫米波天线，即可实现将抛物面天线集成至电子设备10内部。本实施例提供的天线组件20提高了天线组件20增益的同时，也能够满足天线组件20小型化的要求。

上述天线组件20包括平面阵列结构210和馈源组件220，其中，平面阵列结构210包括：多个呈阵列设置的阵列单元211，平面阵列结构210用于在激励下生成相位呈抛物面分布的反射波；馈源组件220设置于平面阵列结构210的抛物焦点上，用于产生激励。在电池仓130的边缘处设置平面阵列结构210，在平面阵列结构210的抛物焦点上设置馈源组件220，平面阵列结构210在馈源的激励下生成相位呈抛物面分布的反射波，反射波能够实现对电磁波波束的汇聚作用，进一步地利于提高天线组件20的增益。另外，利用在电池仓130内设置平面阵列结构210能够实现抛物面效果，利于天线组件20小型化的要求，提升天线组件20的体积优势。

在其中一个实施例中，平面阵列结构210设置于电子设备10的电池仓130内。

具体的，平面阵列结构210可以设置于电池仓130内，可以设置在电池仓130的边缘一侧或两侧靠近中框111的位置。在电子设备10内可以设置多个天线组件20，每个天线组件20均包括对应设置的平面阵列结构210和馈源组件220。多个天线组件20包括的多个平面阵列结构210分布于电池仓130的两侧。举例来说，可以电池仓130的两侧可以各设置至少一个平面阵列结构210，两侧设置的平面阵列结构210数量可以相等，也可以不等。当两侧设置平面阵列结构210的数目相等时，两侧设置的平面阵列结构210位置可以对称，也可以不对称，此处均不做限定。

在其中一个实施例中，电子设备10包括多个天线组件20，如图8所示，多个天线组件20包括的多个平面阵列结构210分布于电池仓130的两侧。

具体的，电子设备10可以包括多个天线组件20，每个天线组件20的每个平面阵列结构210均能够产生具备抛物面相位的反射波，在功能上等效于一个金属抛物面。每个平面阵列结构210的等效抛物面的焦点上设置一个馈源组件220，馈源组价作为空间馈源产生激励，以使对应的平面阵列结构210产生具备抛物面相位的反射波。

在其中一个实施例中，平面阵列结构的抛物焦点位于电子设备的中框所在处，馈源组件设置于中框上。

具体的，电子设备中框可以收容在显示屏组件与后盖形成的收容空间中。将馈源组件设置于电子设备的中框上，能够增加电子设备的体积小型化的优势。其中，中框可以为具有通孔的框体结构，可以利用通孔来设置缝隙天线作为馈源组件。

本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。合适的非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种天线组件，其特征在于，包括：

馈源组件，设置于所述平面阵列结构对应的抛物焦点上；

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，多个所述阵列单元分布呈一维阵列。

3.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，多个所述阵列单元在所述阵列方向的阵列单元尺寸由所述一维阵列的中心向阵列边缘减小。

4.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，各个所述阵列单元在所述一维阵列中的坐标位置与生成反射波的相位呈第一映射关系。

5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，多个阵列单元分布呈二维阵列，所述二维阵列包括行方向和列方向，至少两个所述阵列单元在所述行方向上具有渐变的阵列单元尺寸。

6.根据权利要求5所述的天线组件，其特征在于，至少两个所述阵列单元在所述列方向上具有渐变的阵列单元尺寸。

7.根据权利要求5所述的天线组件，其特征在于，各个所述阵列单元在所述二维阵列中的坐标位置与生成反射波的相位呈第二映射关系。

8.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述馈源组件包括缝隙天线、毫米波天线和端射天线中的至少一种。

9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的天线组件。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备开设有电池仓，所述平面阵列结构设置于所述电子设备的电池仓内。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括多个所述天线组件，其中，至少两个所述平面阵列结构分布于所述电池仓的相背设置的两侧。

12.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括中框，所述馈源组件设置于所述中框上。