CN111864343A - 电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电子设备。所述电子设备包括：主板，所述主板设置有支架；天线模组，所述天线模组设置于所述支架上，且通过信号线与所述主板电连接；和电池盖，电池盖设置在所述天线模组背离所述支架的一侧，所述电池盖至少部分位于所述天线模组收发目标频段的毫米波信号的预设方向范围内，所述电池盖用于对天线模组进行空间阻抗匹配。通过将天线模组和主板间隔设置，且将通过电池盖覆盖天线模组的辐射方向，可以使得电子设备覆盖多个频段，且可以减小天线模组在厚度方向的尺寸。

Description

电子设备
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种电子设备。
背景技术
毫米波具有高载频、大带宽的特性，是实现第五代(5th-Generation，5G)移动通信超高数据传输速率的主要手段。由于毫米波频段的电磁波剧烈的空间损耗，利用毫米波频段的无线通信系统需要采用相控阵的架构。通过移相器使得各个阵元的相位按一定规律分布，从而形成高增益波束，并且通过相移的改变使得波束在一定空间范围内扫描。为了满足带宽需求，模组的天线层部分需要较厚的介质层，由于高密度互连(High DensityInterconnector，HDI)工艺需要保证叠层的对称性，从而导致总的天线模组厚度较大。
发明内容
本申请提供一种电子设备，所述电子设备包括：主板，所述主板设置有支架；天线模组，所述天线模组设置于所述支架上，且通过信号线与所述主板电连接；和电池盖，电池盖设置在所述天线模组背离所述支架的一侧，所述电池盖至少部分位于所述天线模组收发目标频段的毫米波信号的预设方向范围内，所述电池盖用于对天线模组进行空间阻抗匹配。
本申请的电子设备包括主板、天线模组和电池盖，所述主板相对于所述天线模组背离所述电池盖，所述主板和所述天线模组通过信号线电连接，所述主板设置有支架，所述支架用于对天线模组形成支撑。通过支架将天线模组架起来，以使得天线模组和主板间隔设置，此外，将电池盖设置在天线模组的辐射范围内，以对天线模组进行空间阻抗匹配，将天线模组与电池盖以及主板结合起来，有助于拓展天线模组的带宽，且可以使得电子设备覆盖多个频段。且采用本实施例的方式，可以减小天线模组在厚度方向的尺寸。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请一些实施方式，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是本申请实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
图2是图1中电子设备的AA剖视图的结构示意图。
图3是图1中天线模组的一种结构示意图。
图4是本申请实施例提供的电子设备的另一种结构示意图。
图5是本申请实施例提供的天线模组的一种叠构图。
图6是本申请实施例提供的天线模组的另一种叠构图。
图7是图1中天线模组的另一种结构示意图。
图8是图1中天线模组的又一种结构示意图。
图9是本申请实施例提供的电子设备的又一种结构示意图。
图10是本申请中天线模组的S11曲线。
图11是本申请中1×4天线模组峰值增益随频率变化曲线。
图12是本申请中天线模组在26GHz的方向图。
图13是本申请中天线模组在28GHz的方向图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
请一并参阅图1和图2，本申请实施例提供的电子设备10包括主板100、天线模组200和电池盖300。所述主板100设置有支架500，所述天线模组200设置于所述支架500上，且通过信号线400与所述主板100电连接。所述电池盖300设置在所述天线模组200背离所述支架500的一侧，所述电池盖300至少部分位于所述天线模组200收发目标频段的毫米波信号的预设方向范围内，所述电池盖300用于对天线模组200进行空间阻抗匹配。
其中，所述电子设备10可以是任何具备通信和存储功能的设备。例如：平板电脑、手机、电子阅读器、遥控器、个人计算机(Personal Computer，PC)、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有网络功能的智能设备。
在本实施例中，主板100、天线模组200和电池盖300沿电子设备10的厚度方向依次间隔排布，所述天线模组200和所述电池盖300之间的距离为第一距离d1，所述支架500和所述主板100之间的距离为第二距离d2，所述第一距离d1为0.4mm-1.5mm，所述第二距离d2为0.4mm-1.5mm。其中，第一距离d1是指天线模组200和电池盖300之间的间隙尺寸大小，第二距离d2是指支架500和主板100之间的间隙尺寸大小。
天线模组200固定在支架500上，支架500与主板100之间具有间隙，通过支架500将天线模组200架起来，从而使得天线模组200和主板100之间间隔排布。其中，支架500可以为塑料材质制成。
所述电池盖300为3D玻璃电池盖300，所述电池盖300的介电常数为6.8，介质损耗常数为0.03，所述电池盖300的厚度范围为0.5mm-1.2mm，电池盖300的厚度尺寸可以为0.6mm。通常，由于3D玻璃具有较高的介电常数较高，作为电子设备10的电池盖300会严重影响内部天线模组200的辐射性能，降低辐射效率，降低增益以及由于表面波的影响导致的辐射方向图失真。通常情况下相比于自由空间的天线辐射，0.7mm厚的3D玻璃会导致2.5～3.5dB的增益衰减，以及严重的辐射方向图失真。而本申请通过将天线模组200设置在3D玻璃电池盖300内侧并与电池盖300间隔第一距离d1，天线模组200的辐射方向正对所述电池盖300，采用电池盖300对天线模组200进行空间阻抗匹配，同时选用直接馈电的贴片天线作为辐射体，可在毫米波段实现较宽的阻抗带宽，并具有优异的辐射性能，且可以减小天线模组200在厚度方向的尺寸，进而减小电子设备10的厚度。
所述主板100设置地极101，以抑制所述天线模组200发射的毫米波信号朝向所述主板100背离所述支架500的一侧辐射。
具体的，在主板100上设置地极101，以将天线模组200中的元器件进行接地，有助于消除静电的产生。且由于主板100的面积较大，可以抑制天线模组200发射的毫米波信号朝向所述主板100背离支架500的一侧辐射，而主板100背离支架500的一侧通常会设置显示屏，从而避免天线模组200发射的毫米波信号对显示屏的显示功能产生干扰。
传统方式不使用电池盖300对天线模组200进行空间阻抗匹配，而仅仅使用高密度互联(High Density Interconnector，HDI)工艺制备出的天线模组200通常采用较厚的介质层来进行空间阻抗匹配，本申请的电子设备利用电子设备本身的电池盖300对天线模组200收发的目标频段的毫米波信号进行空间阻抗匹配，从而使得天线模组200可设计得较薄，从而有利于电子这边10的轻薄化设计。
本申请的电子设备10具有间隔排布的主板100、天线模组200和电池盖300，所述主板100相对于所述天线模组200背离所述电池盖300，所述主板100和所述天线模组200通过信号线400电连接，所述主板100设置有支架500，所述支架500用于对天线模组200形成支撑。通过支架500将天线模组200架起来，以使得天线模组200和主板100间隔设置，此外，将电池盖300覆盖天线模组200的辐射方向，以对天线模组200进行空间阻抗匹配，且将天线模组200与电池盖300以及主板100结合起来，有助于拓展天线模组200的带宽，且可以使得电子设备10覆盖3GPP n257，n258和n261多个波段的高增益辐射，覆盖26GHz和28GHz的频段。且采用本实施例的方式，可以减小天线模组200在厚度方向的尺寸，便于电子设备10的整机堆叠和高密度互联工艺的实现。
请参阅图3，所述天线模组200包括若干个间隔排布的天线辐射体210，所述天线辐射体210工作于毫米波波段，所述天线辐射体210内嵌于所述支架500。
其中，天线模组200的形式可以为1×4阵列天线，天线模组200的总尺寸(长宽高)可以为19mm×4.75mm×0.6m。
通常毫米波波段是指30GHz～300GHz，相应波长为1mm～10mm。天线辐射体210可以为贴片天线，若干个天线辐射体210呈阵列排布形成天线模组200，天线辐射体210为毫米波天线。其中，贴片天线是一个饼状的定向天线，由两个金属板(其中一个金属板比另一个大)叠加组成的，中间有个片状介电质。贴片天线产生半球覆盖面，从安装点传播，传播范围在30度至180度之间。
在本实施例中，将天线辐射体210内嵌于支架500，由于支架500为塑料材质制成，不会对天线辐射体210辐射毫米波信号的性能产生干扰，因此，可以将天线辐射体210内嵌于支架500，有助于节省天线模组200占用的体积，使得天线模组200的厚度不占用电子设备10的厚度，从而有助于减小电子设备10的厚度。
请参阅图4，所述支架500包括依次弯折连接的第一部分510、第二部分520和第三部分530，所述第一部分510和所述第三部分530连接于所述主板100，所述天线模组200连接于所述第二部分520。
具体的，第一部分510和第二部分520弯折形成直角，第二部分520和第三部分530弯折形成直角，第一部分510和第三部分530连接于主板100，天线模组200设置在第二部分520。由于第二部分520与主板100间隔设置，将天线模组200设置在第二部分520，可以使得天线模组200与主板100间隔，从而避免天线模组200占用主板100的表面积，有助于改善天线模组200的辐射性能。
请继续参阅图5，所述天线模组200包括天线辐射体210和基板220，所述天线辐射体210贴设于所述基板220朝向所述电池盖300的表面，所述基板220连接于所述支架500，所述天线模组200还包括设于所述基板220背离所述电池盖300的一侧的射频芯片230，所述射频芯片230通过所述信号线400与所述主板100电连接。
其中，所述基板220为多层PCB板采用高密度互联(High Density Inverter，HDI)工艺制备而成。天线辐射体210为贴片天线，天线辐射体210贴合于基板220朝向电池盖300的表面，天线辐射体210通过基板220连接于支架500。
天线模组200还包括射频芯片230，射频芯片230位于基板220背离电池盖300的一侧，射频芯片230通过信号线400与主板100电连接。主板100上设置控制电路，控制电路产生控制信号，以控制射频芯片230工作，射频芯片230在所述控制信号的控制下产生相应射频信号，射频信号被传输至所述天线辐射体210，天线辐射体210根据所述射频信号产生毫米波信号。
请继续参阅图6，所述基板220上具有第一过孔221，所述第一过孔221用于收容射频线240，所述射频线240用于将所述天线辐射体210与所述射频芯片230电连接。
具体的，由于天线辐射体210位于基板220面对电池盖300的表面，射频芯片230位于基板220背离电池盖300的一侧，为了将射频芯片230与天线辐射体210进行电连接，需要在基板220上开设第一过孔221，通过在第一过孔221内设置射频线240，以将天线辐射体210和射频芯片230进行电连接，从而将射频芯片230上的射频信号传输至天线辐射体210，然后再由天线辐射体210根据射频信号产生毫米波信号。
请继续参阅图7，所述基板220上具有多个金属化的第二过孔222，所述第二过孔222环绕所述天线辐射体210设置。
基板220上具有若干个均匀排布的第二过孔222，第二过孔222环绕在天线辐射体210的周围。其中，金属化的第一过孔221的作用是在天线模组200中实现隔离去耦。即由于金属化的第二过孔222的存在，可以阻止相邻两个天线辐射体210之间产生辐射干扰，确保天线辐射体210处于稳定的工作状态。
请继续参阅图8，所述天线辐射体210具有第一馈电点210a和第二馈电点210b，所述第一馈电点210a用于接收第一射频信号，所述第一射频信号用于使得所述天线辐射体210产生第一频段的毫米波信号，所述第二馈电点210b用于接收第二射频信号，所述第二射频信号用于使得所述天线辐射体210产生第二频段的毫米波信号，其中，所述第一频段与所述第二频段不同。
具体的，由于第一频段和第二频段的范围不同，从而可以使得天线模组200为双频天线。第一馈电点210a用于接收第一射频信号，第一射频信号用于使得天线辐射体210产生第一频段的毫米波信号，第二馈电点210b用于接收第二射频信号，第二射频信号用于使得天线辐射体210产生第二频段的毫米波信号。第一馈电点210a和第二馈电点210b可以同时工作，也可以分时工作，从而增加天线模组200的灵活性。
进一步的，所述天线辐射体210为双极化天线，且所述天线辐射体210呈正方形，所述第一馈电点210a与所述天线辐射体210的中心之间的距离等于所述第二馈电点210b与所述天线辐射体210的中心之间的距离。
其中，天线的极化是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于毫米波信号的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。双极化天线一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此大部分采用的是±45°极化方式。双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果(其极化分集增益约为5dB，比单极化天线提高约2dB)。
具体的，在本实施例中，天线辐射体210为正方形，以天线辐射体210的几何中心为圆心画圆，第一馈电点210a和第二馈电点210b位于同一个圆周上，也就是说，第一馈电点210a和第二馈电点210b到天线辐射体210的中心的距离相等。其中，天线辐射体210的尺寸为2.9mm×2.9mm，第一馈电点210a和第二馈电点210b距离天线辐射体210的中心的距离均为1.3mm。
请继续参阅图9，所述电子设备10还包括屏幕600，所述电池盖300和所述屏幕600围设形成收容空间1000，所述主板100、所述支架500和所述天线模组200均收容于所述收容空间1000内。
具体的，屏幕600位于主板100背离天线辐射体210的一侧，主板100可以抑制天线辐射体210发射出来的毫米波信号朝向屏幕600的一侧传输，从而避免来自天线辐射体210的毫米波信号耦合到屏幕600上，避免对屏幕600的显示造成干扰。
请继续参阅图10，图10是本申请中天线模组200的S11曲线。其中，阻抗带宽(S11＜-10dB)为6GHz，覆盖23.88GHz～29.89GHz，相对带宽为22％。天线模组200覆盖n257，n258和n261波段。
具体的，图10中的横轴为毫米波信号的频率，单位为GHz；纵轴表示回波损耗S11，单位为dB。在此图中，曲线的最低点为所对应的毫米波信号的频率，表示当天线模组200工作在此频率时，所述毫米波信号的回波损耗最小，即，所述曲线中的最低点对应的频率为所述曲线的中心频率。对于曲线而言，所述曲线中小于或等于-10dB以下的频率区间为相应厚度的电池盖300所对应的所述毫米波信号的阻抗带宽。举例而言，当所述毫米波信号的频段为n261时，所述毫米波信号的中心频率为27.2GHz，S11≤-10dB的频段区间为
23.88GHz～29.89GHz，阻抗带宽为6GHz。
请继续参阅图11，图11是本申请中1×4天线模组200峰值增益随频率变化曲线。
其中，横轴为毫米波信号的频率，单位为GHz；纵轴表示增益值。在节点1处，频率为24.25GHz，增益值为10.965。在节点2处，频率为29.5GHz，增益值为10.163。在节点3处，频率为28GHz，增益值为10.196。在节点4处，频率为26GHz，增益值为10.878。
请继续参阅图12，图12是本申请中天线模组200在26GHz的方向图。
请继续参阅图13，图13是本申请中天线模组200在28GHz的方向图。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (13)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
主板，所述主板设置有支架；
天线模组，所述天线模组设置于所述支架上，且通过信号线与所述主板电连接；和
电池盖，所述电池盖设置在所述天线模组背离所述支架的一侧，所述电池盖至少部分位于所述天线模组收发目标频段的毫米波信号的预设方向范围内，所述电池盖用于对天线模组进行空间阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线模组包括若干个间隔排布的天线辐射体，所述天线辐射体工作于毫米波波段，所述天线辐射体内嵌于所述支架。
3.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述支架包括依次弯折连接的第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分和所述第三部分连接于所述主板，所述天线模组连接于所述第二部分。
4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线模组包括天线辐射体和基板，所述天线辐射体贴设于所述基板朝向所述电池盖的表面，所述基板连接于所述支架，所述天线模组还包括设于所述基板背离所述电池盖的一侧的射频芯片，所述射频芯片通过所述信号线与所述主板电连接。
5.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述基板上具有第一过孔，所述第一过孔用于收容射频线，所述射频线用于将所述天线辐射体与所述射频芯片电连接。
6.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述基板上具有多个金属化的第二过孔，所述第二过孔环绕所述天线辐射体设置。
7.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述天线辐射体具有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点用于接收第一射频信号，所述第一射频信号用于使得所述天线辐射体产生第一频段的毫米波信号，所述第二馈电点用于接收第二射频信号，所述第二射频信号用于使得所述天线辐射体产生第二频段的毫米波信号，其中，所述第一频段与所述第二频段不同。
8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述天线辐射体为双极化天线，且所述天线辐射体呈正方形，所述第一馈电点与所述天线辐射体的中心之间的距离等于所述第二馈电点与所述天线辐射体的中心之间的距离。
9.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括屏幕，所述电池盖和所述屏幕围设形成收容空间，所述主板、所述支架和所述天线模组均收容于所述收容空间内。
10.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述主板设置地极，以抑制所述天线模组发射的毫米波信号朝向所述主板背离所述支架的一侧辐射。
11.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线模组和所述电池盖间隔设置。
12.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线模组和所述电池盖之间的距离为第一距离，所述支架和所述主板之间的距离为第二距离，所述第一距离为0.4mm-1.5mm，所述第二距离为0.4mm-1.5mm。
13.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电池盖为3D玻璃电池盖，所述电池盖的介电常数为6.8，介质损耗常数为0.03，所述电池盖的厚度为0.5mm-1.2mm。
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