CN111697323B - 天线模组及终端 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种天线模组及终端，属于射频技术领域，本申请实施例中的天线模组包括第一天线和第二天线，第一天线包括用于馈电的自由分支和包括缝隙阵列辐射段的辐射分支。由于第二天线在第一天线的辐射分支上的正投影与该辐射分支有重合区域，并且第一天线的辐射分支上设置有缝隙阵列辐射段，该缝隙阵列辐射段包括n个齿条，齿条向第二天线所在空间方向弯折。由此可见，齿条在有限的空间尽可能地延长了自身的延伸长度。因此，该天线模组能够在保证第一天线的性能的前提下，提高第二天线的增益，并改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

Description

天线模组及终端

技术领域

本申请实施例涉及射频技术领域，特别涉及一种天线模组及终端。

背景技术

随着5G新空口(new radio，NR)技术的发展，相应的天线技术也随之发展起来。其中，5G新空口主要采用的FR1频段和FR2频段。其中，FR2频段需要毫米波天线执行射频信号的收发操作。

相关技术中，金属材料能够屏蔽毫米波天线的信号。终端中的毫米波天线需要设置在没有金属材料的边框附近。

发明内容

本申请实施例提供了一种天线模组及终端。所述技术方案如下：

根据本申请的一方面内容，提供了一种天线模组，所述天线模组包括：第一天线和第二天线，所述第一天线工作的频段低于所述第二天线工作的频段；

所述第一天线包括自由分支和辐射分支，所述辐射分支中包括缝隙阵列辐射段，所述第一天线通过所述自由分支馈电；

所述第二天线在所述辐射分支上的正投影与所述缝隙阵列辐射段存在重合区域，所述第二天线与所述第一天线的馈电点设置在同一侧；

所述缝隙阵列辐射段包括n个齿条，所述齿条的下端固定在所述缝隙阵列辐射段的本体上，且所述齿条向所述第二天线所在空间方向弯折，n为正整数。

根据本申请的另一方面内容，提供了一种射频终端，所述终端包括壳体和如本申请实施例上述的天线模组；

所述第一天线的所述辐射分支设置于所述壳体表面；

所述第一天线的自由分支和所述第二天线设置于所述壳体包围内部的腔体中；

所述第一天线的所述辐射分支的齿条向所述壳体包围的腔体内弯折。

由于本申请提供的天线模组同时包括第一天线和第二天线，且第二天线在第一天线的辐射分支上的正投影与该辐射分支有重合区域，并且第一天线的辐射分支上设置有缝隙阵列辐射段，该缝隙阵列辐射段包括n个齿条，齿条向第二天线所在空间方向弯折。由此可见，齿条在有限的空间尽可能地延长了自身的延伸长度。因此，该天线模组能够在保证第一天线的性能的前提下，提高第二天线的增益，并改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地介绍本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例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它的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的天线模组的结构示意图；

图2是基于图1所示实施例示出的一种齿条的局部示意图；

图3是基于图1所示实施例示出的另一种齿条的局部示意图；

图4是基于图1所示实施例示出的另一种齿条的局部示意图；

图5是本申请实施例示出的一种天线模组的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种射频终端的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种包括缝隙阵列辐射段的天线模组的设置位置示意图；

图8是本申请实施例提供的一种金属边框断开时的天线模组的设置位置示意图；

图9是本申请实施例提供的一种金属边框不断开时的天线模组的设置位置示意图；

图10是本申请实施例提供的一种case 1的0°和45°相移下的阵列方向图；

图11是本申请实施例提供的一种case 2的0°和45°相移下的阵列方向图；

图12是本申请实施例提供的一种case 3的0°和45°相移下的阵列方向图；

图13是基于10至图12所示实施例提供的反射系数S11和透射系数S21的示意图；

图14是本申请实施例示出的一种垂直化毫米波天线辐射方向图。

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。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“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。

为了本申请实施例所示方案易于理解，下面对本申请实施例中出现的若干名词进行介绍。

3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)，是一个用于制订标准化通信规范的组织。

S₁₁：表示射频天线的反射系数。

S₂₁：表示射频天线的透射系数。

RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit，射频芯片)：是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。

HDI(High Density Interconnect，高密度互联)：是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。

EIRP(Effective Isotropic Radiation Power，有效各向同性辐射功率)：用于指示卫星或地面站在某个指定方向上的辐射功率。

请参见图1，图1是本申请一个示例性实施例提供的天线模组的结构示意图，如图1所示，该天线模组100包括第一天线和第二天线，所述第一天线工作的频段低于所述第二天线工作的频段。下面分别就第一天线和第二天线各自的构成，以及第一天线和第二天线之间的相对设置位置进行介绍。

示意性的，在第一天线中，包括自由分支111和辐射分支112。其中，自由分支111用于为第一天线馈电。辐射分支112中包括缝隙阵列辐射段20。可选的，第一天线的工作频段是450MHz到6GHz。

示意性的，在第二天线中，该第二天线可以是毫米波天线。该第二天线是基于相控阵的方式进行布设。其中，基于能够实现毫米波天线的方式包括但不限于AoB(Antenna onBoard，天线阵列位于系统主板上)的方式、AIP(Antenna in Package，天线阵列位于芯片的封装内)的方式和AiM(Antenna in Module，天线阵列与RFIC形成一模组)的方式。在一种可能的实现方式中，第二天线可以采用贴片天线(patch antenna)和偶极子天线的形式。

在第二天线中，天线阵列121设置于缝隙阵列辐射段20的正投影下方。缝隙阵列辐射段20在辐射分支112上的投影，与，缝隙阵列辐射段20存在重合区域21。

需要说明的是，第二天线与第一天线的馈电点113设置在相对于辐射分支 112的同一侧。

在图1所示的辐射分支112中，该辐射分支112在图1中可视的部分是AB 段。其中，A端点后遮挡的端点是点C，B端点后遮挡的点是点D。

在图1所示的天线模组的主视图、俯视图和左视图中，示出了缝隙阵列辐射段20中的齿条22。一种可能的实现方式中，该齿条22中包括第一子段和第二子段。其中，缝隙阵列辐射段20中齿条22的下端固定在缝隙阵列辐射段20 的本体上，齿条向第二天线所在空间方向弯折。

可选地，缝隙阵列辐射段20中包括的第一子段和第二子段之间的角度为α，α属于(0，π)。第一子段处于第一平面，第一平面和第二平面垂直，第二平面是所述第一天线的自由分支的走线方向，和，所述第一天线的辐射分支的延展方向所在的平面。请参见图1，该第一平面所指的可以是图1所示的主视图所示的平面。在图1的主视图中，第一天线的自由分支111的走线方向与辐射分支 112的延展方向互相垂直，上述两个方向围成第二平面。

可选地，辐射分支112是金属材料制成。或者，辐射分支112是导电陶瓷材料制成。或者，辐射分支112是其它能够实现射频信号收发的材料制成，本申请实施例对此不作限定。

为了对齿条中的第一子段的实际尺寸参数进行说明，本申请实施例列举如下可能实现的示例。

示意性的，相邻的第一子段之间的间距W是1毫米。一种可能的方式中，每一个相邻的第一子段之间的间距W是均匀的，也即各个W互相相等。另一种可能的方式中，不同位置的间距数据不同。例如，不同位置的间距包括W1为1 毫米，W2是1.5毫米，W3是1.25毫米等等。需要说明的是，本申请实施例不对W的取值范围进行限定。

示意性的，第一子段的长度L为3毫米。一种可能的方式中，每一个第一子段的长度均相等，为3毫米。另一种可能的方式中，不同位置的第一子段的长度L不同。例如，不同位置的第一子段的长度包括L1为2.5毫米、L2为2 毫米、L3为3毫米，L4为3毫米等等。需要说明的是，本申请实施例不对L的取值范围进行限定。

示意性的，第一子段的宽度可以在不同的场景下进行选择。第一子段的宽度H的可选范围包括[1毫米，4毫米]。

一种可能的设计方案中，每一个相邻的第一子段之间的间距W是均匀的，且第一子段的长度L均为3毫米，第一子段的宽度H是一个相同的常数。在该场景中，一个宽度H和一个间距W之和可以是一个周期P的长度。若W的取值为1毫米，且宽度H的取值属于[1毫米，4毫米]，则周期P的取值属于[2毫米，5毫米]。

可选地，在本申请所示的天线模组中，齿条22为L型片状长方体，第一子段和第二子段之间的夹角α为π/2。在本申请实施例中，第一子段和第二子段之间的夹角α还可以取其它角度，该角度满足齿条向第二天线所在空间方向弯折即可，本申请实施例对此不作限定。

可选地，第一子段的长度L1大于等于第二子段的长度L2。在本申请实施例中，请参见图2，图2是基于图1所示实施例示出的一种齿条的局部示意图。在图2中第一子段210的长度L1长于第二子段220的长度L2，图2所示的视图与图1中的左视图的视角相同。其中，第一子段210与缝隙阵列辐射段的本体230相连，也即，齿条22中的第一子段210的下端与缝隙阵列辐射段的本体 230相固定。

可选地，第一子段的宽度H1大于等于第二子段的宽度H2。在本申请实施例中，请参见图3，图3是基于图1所示实施例示出的另一种齿条的局部示意图。在图3中，第一子段210的宽度H1长于第二子段220的宽度H2，

可选地，请参见图4，图4是基于图1所示实施例示出的另一种齿条的局部示意图。在图4中，齿条22还包括第三子段240，该第三子段240与第二子段 220互相垂直，第三子段240平行于第一平面。

可选地，在本申请实施例中的示出的天线模组，能够在第一子段中使用金属材料，在第二子段中使用相变材料。需要说明的是，相变材料包括导电状态和绝缘状态。相比材料能够在指定的通电条件、温度条件、光照条件或其它诱变条件中至少一种条件满足时完成从状态的改变。需要说明的是，状态的改变包括从导电状态变为绝缘状态，以及，从绝缘状态变为导电状态。

在一种可能的实现方式中，当天线模组处于外部信号质量良好的环境或需要发送的信号强度不高的环境中时，天线模组可以通过较短的齿条长度与外部进行通信。此时，终端可以通过改变诱变条件使得第二子段中的相变材料转为绝缘状态，从而改善终端内部的辐射环境。

在另一方面，当天线模组处于外部信号质量不佳的环境或者需要发送的信号强度较强的环境中时，天线模组可以通过较长的齿条长度与外部进行通信。此时，终端可以通过该表诱变条件使得第二子段中的相变材料转变导电状态，从而增强天线模组的增益，并改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

综上所述，在本申请实施例提供的天线模组中，由于本申请提供的天线模组同时包括第一天线和第二天线，且第二天线在第一天线的辐射分支上的正投影与该辐射分支有重合区域，并且第一天线的辐射分支上设置有缝隙阵列辐射段，该缝隙阵列辐射段包括n个齿条，齿条向第二天线所在空间方向弯折。由此可见，齿条在有限的空间尽可能地延长了自身的延伸长度。因此，该天线模组能够在保证第一天线的性能的前提下，提高第二天线的增益，并改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

在本申请实施例中，为了提高第二天线的天线性能，还可以将第二天线设置于缝隙阵列辐射段20的正下方，也即第二天线在所述辐射分支上的正投影包含于所述缝隙阵列辐射段所在的区域。请参见图5，图5是本申请实施例示出的一种天线模组的结构示意图。在图5中，第二天线在辐射分支112上的正投影完全落入缝隙阵列辐射段20中，在该设计方案中，第二天线将获得相较于第二天线部分处于缝隙阵列辐射段20的正下方的方案更好的性能。

在本申请实施例中，天线模组能够兼容设置低频天线(应用于sub-6GHz频段)和毫米波天线(应用于24.25GHz～52.6GHz)，从而提高了终端收发不同频段的性能。基于该天线模组，本申请实施例还提供一种射频终端。

请参见图6，图6是本申请实施例提供的一种射频终端的结构示意图。在图 6中，射频终端400包括壳体410和天线模组420。其中，第一天线的辐射分支设置于壳体410的表面。第一天线的自由分支和第二天线设置于壳体410包围的腔体中。其中，第一天线的辐射分支的齿条向壳体包围的腔体内弯折。

在一种可能的设计方案中，壳体410包括前面板、后背板和金属边框。其中，第一天线的辐射分支是金属边框的一部分。需要说明的是，由于金属边框可以采用缝隙阵列辐射段的方式为第二天线提供良好的性能，相对于在第二天线上方完全令金属边框断开的构造，本申请提供的射频终端将更加稳固。

可选地，缝隙阵列辐射段的本体贴靠前面板设置。或者，缝隙阵列辐射段的本体贴靠后背板设置。

综上所述，本申请实施例提供的一种射频终端，能够在壳体表面设置天线模组，天线模组的第一天线的辐射分支设置于壳体的表面，第一天线的自由分支和第二天线设置于壳体包围的腔体中，第一天线的辐射分支上设置有缝隙阵列辐射段，该缝隙阵列辐射段包括n个齿条，齿条向壳体包围的腔体内部弯折。使得射频终端能够同时令工作在不同频率下的第一天线和第二天线均获取良好的性能，且通过缝隙阵列辐射段的本体保持可以结构强度。因此，本申请实施例在保持终端壳体的结构强度的前提下，提升了其中的支持不同频段的天线的性能，并通过折叠设置齿条的方式，提升了第二天线的增益，并改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

可选地，当第一天线是低频天线，而第二天线是毫米波天线时，本申请能够在提升第二天线0°方向增益的前提下，同时提升了第二天线的45°扫描增益。

可选地，当终端的金属边框小于3毫米时，由于本申请的终端能够有效降低对垂直极化下第二天线的阻挡效应。

示意性的，下面将通过仿真数据来比较本申请实施例提供的天线模组中的毫米波天线(也即第二天线)，和完全封闭的金属边框的毫米波天线，以及断开金属边框的毫米波天线的性能。

请参见图7至图9，图7是本申请实施例提供的一种包括缝隙阵列辐射段的天线模组的设置位置示意图。在图7中，金属边框510上包括缝隙阵列辐射段 511，缝隙阵列辐射段511后设置有第二天线520。其中，第二天线520可以是贴片天线组成的阵列。

请参见图8，图8是本申请实施例提供的一种金属边框断开时的天线模组的设置位置示意图。

请参见图9，图9是本申请实施例提供的一种金属边框不断开时的天线模组的设置位置示意图。需要说明的是，图9所示的天线模组已对第二天线520产生屏蔽效应。

为了便于介绍，本申请实施例将图7所示场景命名为案例1(case 1)，将图 9所示场景命名为案例2(case 2)，将本申请实施例所示的提供齿条向第二天线所在空间位置弯折的所示场景命名为案例3(case 3)。

在本申请实施例中，以天线模组在0°和45°相移下的阵列方向图进行说明。

请参见图10至图12，图10是本申请实施例提供的一种case 1的0°和45°相移下的阵列方向图。

图11是本申请实施例提供的一种case 2的0°和45°相移下的阵列方向图。

图12是本申请实施例提供的一种case 3的0°和45°相移下的阵列方向图。

示意性的，通过图10至图12提供的0°和45°相移下的阵列方向图可知，能够反映毫米波天线性能的参数主要为主瓣增益(Main lobe magnitude)和主瓣方向(Main lobedirection)。

在方向为0°时，图10至图12所示的主瓣增益数据比较如表一所示。

在上述性能的判断中，主瓣增益的数值越大，毫米波天线的性能越好。由表一所示数据可知，case3所示的天线模组的主瓣增益数值相对于case1所示方案提升了0°的方向增益。由此可知，在相同毫米波频率下，相较于金属边框完全封闭或者金属边框断开的案例，本申请实施例提供的天线模组的毫米波性能最好。

由图10至图12所示的仿真实验结果图可知，本方案中提供的天线模组的方案，能够比case1所示的天线模组提升0°方向增益和45°扫描增益。

示意性的，在获得图10至图12提供的天线方向图后，本申请实施例通过反射系数S11和透射系数S21来分析上述各种场景下的天线模组的性能。

请参见图13，图13是基于10至图12所示实施例提供的反射系数S11和透射系数S21的示意图。

针对反射系数S11，在图13中，曲线1301表示图10场景下的反射系数，曲线1302表示图11场景下的反射系数，曲线1303表示图12场景下的反射系数。

根据图13所示的反射系数示意图可知，图10所示的天线模组和图12所示的天线模组上均存在低于性能参数-10dB的工作频段。其中，图12所示的天线模组性能最佳。

针对透射系数S21，在图13中，曲线1304表示图10场景下的透射系数，曲线1305表示图11场景下的透射系数，曲线1306表示图12场景下的透射系数。

根据图13所示的透射系数示意图可知，图10所示的天线模组和图12所示的天线模组均存在低于性能参数-15dB的工作频段。其中，图12所示的天线模组性能最佳，改善了第二天线的驻波和第二天线之间的隔离度。

在本申请所示的一种可能的实现方式中，当天线模组应用到窄金属边框的终端中时，天线模组能够满足双极化天线的需求。其中，窄金属边框的边框宽带小于等于3毫米。请参考图14，图14是本申请实施例示出的一种垂直化毫米波天线辐射方向图。其中，图14包括0°的情况和45°的情况。

基于图14所示的仿真数据可知，本申请所提供的天线模组应用窄金属边框的终端中时，天线模组及终端能够满足双极化天线要求。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的能够实现的示例性的实施例，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 (11)

1.一种天线模组，其特征在于，所述天线模组包括，第一天线和第二天线，所述第一天线工作的频段低于所述第二天线工作的频段；

所述第一天线包括自由分支和辐射分支，所述辐射分支中包括缝隙阵列辐射段，所述第一天线通过所述自由分支馈电；

所述第二天线在所述辐射分支上的正投影与所述缝隙阵列辐射段存在重合区域，所述第二天线与所述第一天线的馈电点设置在同一侧；

所述缝隙阵列辐射段包括n个齿条，所述齿条的下端固定在所述缝隙阵列辐射段的本体上，且所述齿条向所述第二天线所在空间方向弯折，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述齿条包括第一子段和第二子段，所述第一子段与所述第二子段之间构成角度为α的夹角，α属于(0，π)；

所述第一子段处于第一平面，所述第一平面和第二平面垂直，所述第二平面是所述第一天线的自由分支的走线方向，和，所述第一天线的辐射分支的延展方向所在的平面。

3.根据权利要求2所述的天线模组，其特征在于，所述齿条为L型片状长方体，所述第一子段与所述第二子段之间的夹角α为π/2。

4.根据权利要求3所述的天线模组，其特征在于，所述第一子段的长度L1大于等于所述第二子段的长度L2。

5.根据权利要求3所述的天线模组，其特征在于，所述第一子段的宽度H1大于等于所述第二子段的宽度H2。

6.根据权利要求3所述的天线模组，其特征在于，所述齿条还包括第三子段，所述第三子段与所述第二子段垂直，且所述第三子段平行于所述第一平面。

7.根据权利要求2至6任一所述的天线模组，其特征在于，所述第一子段为金属材料，所述第二子段为相变材料，所述相变材料包括导电状态和绝缘状态。

8.根据权利要求1至6任一所述的天线模组，其特征在于，所述第二天线在所述辐射分支上的正投影包含于所述缝隙阵列辐射段所在的区域。

9.根据权利要求1至6任一所述的天线模组，其特征在于，所述第一天线的工作频段是450MHz到6GHz，所述第二天线是毫米波天线。

10.一种射频终端，其特征在于，所述终端包括：壳体和如权利要求1所述的天线模组；

所述第一天线的所述辐射分支设置于所述壳体的表面；

所述第一天线的自由分支和所述第二天线设置于所述壳体包围的腔体中；

所述第一天线的所述辐射分支的齿条向所述壳体包围的腔体内弯折。

11.根据权利要求10所述的终端，其特征在于，所述壳体包括前面板、后背板和金属边框；

所述第一天线的所述辐射分支是所述金属边框的一部分。

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