CN111786096B

CN111786096B - 天线及电子设备

Info

Publication number: CN111786096B
Application number: CN201910265780.5A
Authority: CN
Inventors: 王伟; 谢万波
Original assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Current assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: CN111786096A

Abstract

本公开是关于一种天线及电子设备，所述天线包括：天线主体和馈电线路板。通过为天线主体设置陶瓷基板层，并使天线主体的各部分通过LTCC工艺组装成型，陶瓷材质的基板层具有优良的高频特性，能够适应大电流及耐高温特性要求，有助于提高天线主体性能。且LTCC工艺能够将天线主体的各个部件埋在陶瓷基片中共同烧结成型，减小了天线主体尺寸。此外，馈电线路板的液晶介质基板层有助于降低信号在传播过程中的损耗，也进一步减小了馈电线路板的尺寸，提升了馈电线路板的弯折能力。因此，将所述天线主体和馈电线路板组装配合后能够提升天线性能，同时减小天线的空间占用。

Description

天线及电子设备

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及天线及电子设备。

背景技术

在相关技术中，能够实现5G信号传输的毫米波在介质中具有高衰减的特性，而为了降低天线在使用时遇到的信号损耗对天线结构的改进通常需要增大天线的结构尺寸。上述结构增加了天线对安装有天线的手机等电子设备的内部空间占用，同时降低了天线在电子设备内部的摆放灵活性。因此，如何提升天线性能，并减小天线的结构尺寸成为当前领域的热点研究问题。

发明内容

本公开提供一种天线及电子设备，以提升天线性能，并减小天线的结构尺寸。

根据本公开的第一方面提出一种天线，所述天线包括：天线主体和馈电线路板；

所述天线主体包括依次层叠设置的天线辐射层、陶瓷基板层和天线接地层；其中，所述天线主体的各部分通过LTCC工艺组装成型；

所述馈电线路板包括馈电信号线路层、分别设置在所述馈电信号线路层两侧的液晶介质基板层、以及分别设置在两层所述液晶介质基板层外侧的上馈电接地层和下馈电接地层；

所述天线辐射层包括至少一个辐射单元，所述馈电信号线路层包括与所述辐射单元数量对应的线路组；所述天线主体与所述馈电线路板层叠的组装配合，所述天线接地层配合于所述上馈电接地层，且所述辐射单元与所述线路组一一对应的连通。

可选的，所述天线主体包括与所述辐射单元一一对应连接的第一信号连接件，所述馈电线路板包括与所述线路组一一对应连接的第二信号连接件，所述第一信号连接件配合于所述第二信号连接件。

可选的，所述第一信号连接件的一端包括第一金属焊盘，所述第二信号连接件的一端包括第二金属焊盘，所述第一金属焊盘和第二金属焊盘通过表面贴装工艺连接。

可选的，所述第一金属焊盘和第二金属焊盘的尺寸不同。

可选的，所述第一信号连接件还包括与第一金属焊盘相连的第一金属过孔，所述第一金属过孔配合于所述辐射单元；所述第二信号连接件还包括与所述第二金属焊盘相连的第二金属过孔，所述第二金属过孔配合于所述线路组。

可选的，所述上馈电接地层和下馈电接地层通过第三金属过孔连通。

可选的，所述上馈电接地层、下馈电接地层和馈电信号线路层包括覆铜膜层。

可选的，每个所述线路组呈带状结构，且相邻两组带状结构的所述线路组相互独立。

可选的，所述陶瓷基板层的厚度范围包括0.5mm-1mm，所述液晶介质基板层的厚度范围包括0.05mm-0.15mm。

根据本公开的第二方面提出一种电子设备，所述电子设备包括设备主体和所述天线，所述天线组装于所述设备主体。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开通过为天线主体设置陶瓷基板层，并使天线主体的各部分通过LTCC工艺组装成型，陶瓷材质的基板层具有优良的高频特性，能够适应大电流及耐高温特性要求，有助于提高天线主体性能。且LTCC工艺能够将天线主体的各个部件埋在陶瓷基片中共同烧结成型，减小了天线主体尺寸。此外，馈电线路板的液晶介质基板层有助于降低信号在传播过程中的损耗，也进一步减小了馈电线路板的尺寸，提升了馈电线路板的弯折能力。因此，将所述天线主体和馈电线路板组装配合后能够提升天线性能，同时减小天线的空间占用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开一示例性实施例中一种天线的剖面分解结构示意图；

图2是本公开一示例性实施例中一种天线的驻波比变化图；

图3是本公开一示例性实施例中一种天线的辐射方向图；

图4是本公开一示例性实施例中一种归一化天线方向图；

图5是本公开另一示例性实施例中一种天线的结构透视图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。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公开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、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在相关技术中，美国联邦通信委员会定义了27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz为5G毫米波频段。能够实现5G信号传输的毫米波在介质中具有高衰减的特性，而为了降低天线在使用时遇到的信号损耗对天线结构的改进通常需要增大天线的结构尺寸。上述结构增加了天线对安装有天线的手机等电子设备的内部空间占用，同时降低了天线在电子设备内部的摆放灵活性。

图1是本公开一示例性实施例中一种天线的剖面分解结构示意图。如图1所示，所述天线1包括：天线主体11和馈电线路板12。所述天线主体11包括依次层叠设置的天线辐射层111、陶瓷基板层112和天线接地层113。其中，天线主体11的各部分通过LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)工艺组装成型。所述馈电线路板12包括馈电信号线路层121、分别设置在馈电信号线路层121两侧的液晶介质基板层122、以及分别设置在两层液晶介质基板层122外侧的上馈电接地层123和下馈电接地层124。天线辐射层111包括至少一个辐射单元，馈电信号线路层121包括与辐射单元数量对应的线路组，天线主体11与馈电线路板12层叠的组装配合，天线接地层113配合于上馈电接地层123，且辐射单元与线路组一一对应的连通。

由于LTCC工艺能够将天线主体11的各个部件埋在陶瓷基片中共同烧结成型，因此有助于实现天线主体11的小型化和模块化。且位于天线主体11中的陶瓷基板层112由于采用低损耗角正切值的介质，还能够减小信号损耗，提升天线主体11性能。馈电线路板12的液晶介质基板层122有助于降低信号在传播过程中的损耗，也进一步减小了馈电线路板12的尺寸，提升了馈电线路板12的弯折能力。综上，将所述天线主体11和馈电线路板12组装配合后能够提升天线1性能，同时减小天线1的空间占用。

需要说明的是，所述天线主体11的天线辐射层111可以包括一个辐射单元也可以包括多个辐射单元，本公开并不对此进行限制。下面以四个辐射单元1111、1112、1113、1114为例，线路组对应为1212、1213、1214、1215，对天线主体11和馈电线路板12的结构及二者之间的信号传递路径进行示例性说明：

在一实施例中，天线主体11包括与辐射单元1111、1112、1113、1114一一对应连接的第一信号连接件114，馈电线路板12包括与线路组一一对应连接的第二信号连接件125，第一信号连接件114配合于第二信号连接件125，以使信号自馈电线路板12进入天线主体11。具体的，所述第一信号连接件114包括设置在其一端的第一金属焊盘1141以及与第一金属焊盘1141相连的第一金属过孔1142。其中，第一金属焊盘1141设置在天线主体11的一侧以便于与第二信号连接件125接触配合，第一金属过孔1142穿过陶瓷基板层112与天线辐射层111的辐射单元1111配合。类似的，第二信号连接件125包括设置在其一端的第二金属焊盘1251以及与第二金属焊盘1251相连的第二金属过孔1252。其中，第二金属焊盘1251设置在馈电线路板12的一侧以便于与第一金属焊盘1141接触配合，第二金属过孔1252穿过液晶介质基板层122与线路组配合。

其中，所述第一金属过孔1142和第二金属过孔1252的孔径可以是取0.1mm，本公开并不对此进行限制。所述辐射单元1111、1112、1113、1114的结构和尺寸可以依据具体的需求进行设置，当所述辐射单元1111、1112、1113、1114为矩形时，其截面尺寸可以是1.76mm×1.76mm，本公开也不对此进行限制。

基于上述结构设置，当外部信源通过板对板连接器给馈电信号线路层121的引脚1211馈电时，多路信号通过引脚1211进入各个线路组1212、1213、1214、1215，并经第二金属过孔1252传导第二金属焊盘1251。由于第二金属焊盘1251与第一金属焊盘1141在天线主体11与馈电线路板12组装后相连，信号自馈电线路板12进入天线主体11后，经第一金属过孔1142给天线辐射层111馈电，进而从各个辐射单元1111、1112、1113、1114辐射出去。

进一步的，所述第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251的尺寸相同或不同。天线主体11与馈电线路板12在组装配合时，尺寸不同的第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251能够便于对准配合，降低组装难度。此外，第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251的截面可以呈圆形以提升二者之间的连接效果，本公开并不对第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251的具体形状进行限制。例如，当第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251为圆形时，第一金属焊盘1141的直径可以是0.3mm，第二金属焊盘1251的直径可以是0.5mm，以使二者在配合时能够便于对准。

需要说明的是，第一金属焊盘1141和第二金属焊盘1251可以通过表面贴装工艺(SMT，Surface Mount Technology)连接，以提升天线主体11与馈电线路板12的连接可靠性和加工便利性。或者，第一信号连接件114和第二信号连接件125也可以采用普通焊接等其他方式实现连接，本公开并不对此进行限制。

在上述实施例中，天线辐射层111、陶瓷基板层112和天线接地层113采用LTCC工艺组装成型。其中天线辐射层111和天线接地层113可以是印刷银层，采用LTCC工艺得到的天线主体11的工艺精度高，因此有助于提升天线主体11的可靠性和良品率、降低天线主体11的整体厚度。所述陶瓷基板层112能够有效降低天线1尺寸、减小损耗、同时在高温情况下提升整体性能，陶瓷基板层112的厚度范围可以包括：0.5mm-1mm。当采用0.56mm厚度的Dupont9k7材料，其介电常数在28GHz时为6.97，能够提升天线主体11的整体性能。或者，陶瓷基板层112的材质还可以采用玻璃陶瓷体系Dupont 951或晶化玻璃体系Dupont 943等，本公开并不对此进行限制。

在上述实施例中，所述上馈电接地层123、下馈电接地层124和馈电信号线路层121包括覆铜膜层。液晶介质基板层122采用LCP(Liquid Crystal Polyester，液晶聚合物)材质，LCP是一种新型高性能工程塑料，其在热、电、机械、化学方面具备优良的综合性能。传统天线1软板PI基材对2.4G的射频信号产生3dB损耗，对应1000倍的信号损失，且频率越高损耗越大。LCP基材的损耗值仅为2％—4％，可以有效降低损耗，同时具备较好的弯折能力。上馈电接地层123、馈电信号线路层121、下馈电接地层124的覆铜膜层与液晶介质基板层122通过LCP的压合工艺组装在一起，上述LCP压合工艺的工艺精度高，因此有助于提升馈电线路板12的可靠性和良品率、降低馈电线路板12的整体厚度。且液晶介质基板层122的设置还增加了馈电线路板12的弯折性能，使得天线1在电子设备内部的摆放灵活性得到提升。

需要说明的是，所述液晶介质基板层122的厚度范围包括0.05mm-0.15mm，当液晶介质基板层122的厚度为0.1mm时，介电常数为3.3，有助于提升天线1的整体性能，同时保证馈电线路板12的轻薄性。

将本公开的所述天线1应用于频段为28GHz的5G毫米波的天线1方案，以陶瓷基板层112为厚度是0.56mm、介电常数是6.97的Dupont 9k7材料，且液晶介质基板层122为厚度是0.1mm、介电常数是3.3的液晶聚合物为例，对所述天线1的参数进行仿真分析，得到了如图2所示的驻波比图以及如图3所示的辐射方向图。本公开的天线1的四个辐射单元1111、1112、1113、1114的驻波比通过图2中的线条P1111、P1112、P1113、P1114表达，从图2中可以得到四个辐射单元在28GHz处的驻波比均小于-15dB，具备较好的信号辐射性能。从图3中可以得到，当四个馈电端口同相馈电时，天线波束指向为0°，天线3dB波束宽度分别为28.2°(实线)和89.6°(虚线)，所以，天线具备较好的辐射性能。

进一步的，图4是本公开一示例性实施例中一种归一化天线方向图。如图4所示，当四个端口馈电相位差从-123.75deg到123.75deg时，天线通过波束扫描能够覆盖±45°的波束方向，天线因此具有较大的空间覆盖范围。

此外，如图5所示，每个所述线路组1212、1213、1214、1215呈带状结构，且相邻两组带状结构的线路组1212、1213、1214、1215相互独立。上馈电接地层123和下馈电接地层124通过第三金属过孔126连通，第三金属过孔126设置在带状结构的线路组1212、1213、1214、1215周围，以防止各个线路组1212、1213、1214、1215之间的串扰，提升天线1的整体性能。需要说明的是，所述线路组1212、1213、1214、1215的宽度可以是0.12mm，本公开并不对此进行限制。

本公开进一步提出一种电子设备，所述电子设备包括设备主体和天线1，所述天线1组装于设备主体。由于所述天线1具备整体尺寸小、剖面低、损耗小、易于摆放等优点，因此不仅提升了天线1在设备主体内部的设置灵活性、减小了其对设备主体内部空间的占用、提升了电子设备的整体轻薄性，还加强了电子设备的利用天线1收发信号的稳定性和可靠性。

所述电子设备可以是手机、平板电脑、车载终端、医疗终端等，本公开并不对此进行限制。即本公开的天线1可以用于手机、平板电脑、车载终端、医疗终端等电子设备的5G毫米波天线方案。

通过为天线主体设置陶瓷基板层，并使天线主体的各部分通过LTCC工艺组装成型，陶瓷基板层能够减小信号损耗，提升天线主体性能。且LTCC工艺能够将天线主体的各个部件埋在陶瓷基片中共同烧结成型，减小了天线主体尺寸。此外，天线的馈电线路板包括液晶介质基板层，进一步降低了信号损耗，减小了馈电线路板的尺寸。因此，将所述天线主体和馈电线路板组装配合后能够提升天线性能，同时减小天线对电子设备的内部空间占用，使电子设备更加轻薄。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的技术方案后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种天线，其特征在于，包括：天线主体和馈电线路板；

所述天线辐射层包括至少一个辐射单元，所述馈电信号线路层包括与所述辐射单元数量对应的线路组；所述天线主体与所述馈电线路板层叠的组装配合，所述天线接地层配合于所述上馈电接地层，且所述辐射单元与所述线路组一一对应的连通；所述天线主体包括与所述辐射单元一一对应连接的第一信号连接件，所述馈电线路板包括与所述线路组一一对应连接的第二信号连接件，所述第一信号连接件配合于所述第二信号连接件；

所述上馈电接地层、下馈电接地层和馈电信号线路层包括覆铜膜层，所述液晶介质基板层采用LCP材质；所述上馈电接地层、所述馈电信号线路层、所述下馈电接地层的所述覆铜膜层与所述液晶介质基板层通过LCP的压合工艺组装在一起。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一信号连接件的一端包括第一金属焊盘，所述第二信号连接件的一端包括第二金属焊盘，所述第一金属焊盘和第二金属焊盘通过表面贴装工艺连接。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一金属焊盘和第二金属焊盘的尺寸不同。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一信号连接件还包括与第一金属焊盘相连的第一金属过孔，所述第一金属过孔配合于所述辐射单元；所述第二信号连接件还包括与所述第二金属焊盘相连的第二金属过孔，所述第二金属过孔配合于所述线路组。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上馈电接地层和下馈电接地层通过第三金属过孔连通。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个所述线路组呈带状结构，且相邻两组带状结构的所述线路组相互独立。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述陶瓷基板层的厚度范围包括0.5mm-1mm，所述液晶介质基板层的厚度范围包括0.05mm-0.15mm。

8.一种电子设备，其特征在于，包括设备主体和如权利要求1-7任一项所述的天线，所述天线组装于所述设备主体。