CN111952720B - 天线组件及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种天线组件及电子设备，该天线组件包括第一介质基板、第二介质基板；第一介质基板与第二介质基板互相平行；第一介质基板中与第二介质基板相对的表面设置有天线单元；第二介质基板中与第一介质基板相对的表面设置有超材料覆层结构。本申请实施例提供的天线组件，通过在第二介质基板中相对第一介质基板的表面设置超材料覆层结构，由于超材料覆层结构具有带阻特性且水平摆放，因此其与天线单元所产生的电场的切向分量发生谐振，从而衰落天线单元所产生的电场的切向分量，在无需降低天线单元的发射功率的前提下降低SAR，减小天线辐射对人体造成的影响。

Description

天线组件及电子设备
技术领域
本申请实施例涉及天线技术领域，特别涉及一种天线组件及电子设备。
背景技术
电子设备与人体较为接近时，电子设备配置的天线组件收发的电磁波进入人体，并在人体内转换成热能，这一过程产生的能量转换的大小可以通过电磁波吸收比率(Specific Absorption Rate，SAR)进行衡量，SAR越高，产生的热能越高，对人体影响越大。
相关技术中，电子设备通过智能回退机制降低进入人体的电磁波能量。具体地，电子设备中的传感器在检测到人体靠近时，降低天线组件的电磁波辐射功率，进而降低进入人体的电磁波能量。
发明内容
本申请实施例提供一种天线组件及电子设备。本申请实施例提供的技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供一种天线组件，所述天线组件包括第一介质基板、第二介质基板；
所述第一介质基板与所述第二介质基板互相平行；
所述第一介质基板中与所述第二介质基板相对的表面设置有天线单元；
所述第二介质基板中与所述第一介质基板相对的表面设置有超材料覆层结构，所述超材料覆层结构用于衰落所述天线单元所产生的电场的切向分量。
另一方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括天线组件；
所述天线组件包括第一介质基板、第二介质基板；
所述第一介质基板与所述第二介质基板互相平行；
所述第一介质基板中与所述第二介质基板相对的表面设置有天线单元；
所述第二介质基板中与所述第一介质基板相对的表面设置有超材料覆层结构，所述超材料覆层结构用于衰落所述天线单元所产生的电场的切向分量。
本申请实施例提供的技术方案可以带来的有益效果至少包括：
通过在第二介质基板中相对第一介质基板的表面设置超材料覆层结构，由于超材料覆层结构具有带阻特性，其枝节在所需要的频段具有谐振特性，由于超材料覆层结构是水平摆放的，因此其与天线单元所产生的电场的切向分量发生谐振，从而阻隔电场的切向分量通过它，也即衰落天线单元所产生的电场的切向分量，在无需降低天线单元的电磁波辐射功率的前提下降低SAR，既能保证信号质量，又能减小天线辐射对人体造成的影响。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的天线组件的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的天线单元的结构示意图；
图3是本申请一个实施例提供的超材料覆层结构的结构示意图；
图4是本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图；
图5是本申请一个实施例提供的对图1所示的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图6是本申请一个实施例提供的对相关技术提供的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图7是本申请另一个实施例提供的对图1所示的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图8是本申请一个实施例提供的对相关技术提供的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图9是本申请另一个实施例提供的对图1所示的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图10是本申请一个实施例提供的对相关技术提供的天线组件进行仿真的仿真示意图；
图11是本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图。
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。
下面对本申请实施例涉及的相关名词进行介绍。
超材料：也称左手材料，是一种介电常数和磁导率均为负的新型人工材料，电磁波在超材料结构中传播时，描述电磁波传播的物理量遵循左手螺旋法则，因此超材料结构具备良好的负折射、反Cerenkov以及逆多普勒效应。
相关技术中，降低天线组件的电磁波辐射功率会导通信距离缩短，信号质量下降。基于此，本申请实施例提供一种天线组件，通过在第二介质基板中相对第一介质基板的表面设置超材料覆层结构，由于超材料覆层结构具有带阻特性，其枝节在所需要的频段具有谐振特性，由于超材料覆层结构是水平摆放的，因此其与天线单元所产生的电场的切向分量发生谐振，从而阻隔电场的切向分量通过它，也即衰落天线单元所产生的电场的切向分量，在无需降低天线单元的电磁波辐射功率的前提下降低SAR，既能保证信号质量，又能减小天线辐射对人体造成的影响。
请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的天线组件100的结构示意图。该天线组件100包括第一介质基板101、第二介质基板102。
第一介质基板101用于承载天线组件100所包括的天线单元103。第一介质基板101的尺寸(比如长度、宽度、厚度等)根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。示例性地，第一介质基板101的尺寸为150mm×70mm×0.8mm。第一介质基板101的介电常数、材质也根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。第一介质基板101容纳于天线组件100所属的电子设备的腔体内。
第二介质基板102用于承载天线组件100所包括的超材料覆层结构105。第二介质基板102的尺寸根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。示例性地，第二介质基板102的尺寸为20mm×20mm×0.508mm。第二介质基板102的介电常数、材质也根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。第二介质基板102设置于天线组件100所属的电子设备的外壳的内表面上。
第一介质基板101与第二介质基板102互相平行。第一介质基板101与第二介质基板102之间的距离根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。
第一介质基板101中与第二介质基板102相对的表面设置有天线单元103。天线单元103用于收发通讯信号。在本申请实施例中，天线单元103为倒F(Inverted-F，IFA)天线。
可选地，结合参考图2，天线单元103包括主辐射贴片1031、接地贴片1032、馈电贴片1033。可选地，上述主辐射贴片1031、接地贴片1032、馈电贴片1033均为金属贴片。
主辐射贴片1031用于收发通讯信号。可选地，主辐射贴片1031的形状为圆形、矩形、椭圆形等，在本申请实施例中，仅以主辐射贴片1031为矩形为例进行说明。主辐射贴片1031的尺寸根据其工作频段、其所属的电子设备的工艺要求实际设定。示例性地，主辐射贴片1031的尺寸为10.8mm×1mm。
馈电贴片1033与主辐射贴片1031连接，用于向主辐射贴片1031馈入激励电流，以激励主辐射贴片1031谐振于其对应的工作频段。可选地，馈电贴片1033的形状为圆形、矩形、椭圆形等，在本申请实施例中，仅以馈电贴片1033为矩形为例进行说明。馈电贴片1033的尺寸根据主辐射贴片1031的尺寸、天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定。示例性地，馈电贴片1033的尺寸为2mm×1mm。
在一种可能的实现方式中，馈电贴片1033与外部电源电连接，以实现向主辐射贴片1031馈入激励电流。上述外部电源设置在天线组件100所属的电子设备的电路板上。
在另一种可能的实现方式中，天线组件100还包括馈电层(图中未示出)，馈电层与第一介质基板101互相平行，馈电贴片设置在馈电层与第一介质基板101之间且分别连接上述馈电层与第一介质基板101。
接地贴片1032与主辐射贴片1031连接，用于供主辐射贴片1031接地。可选地，接地贴片1032的形状为圆形、矩形、椭圆形等，在本申请实施例中，仅以接地贴片1032为矩形为例进行说明。接地贴片1032的尺寸根据主辐射贴片1031的尺寸、天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定。示例性地，接地贴片1032的尺寸为2mm×1mm。
可选地，天线组件100包括接地层104，接地层104通过接地贴片1032平行设置于第一介质基板101。也即，接地层104与第一介质基板101互相平行，接地贴片1032设置在接地层104与第一介质基板101之间且分别连接上述接地层104与第一介质基板101。接地层104的尺寸根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。示例性地，接地层104的尺寸为150mm×67mm。
在其他可能的实现方式中，接地贴片1032与外部地电连接，以实现供主辐射贴片1031接地。上述外部地设置在天线组件100所属的电子设备的电路板上。
第二介质基板102中与第一介质基板101相对的表面设置有超材料覆层结构105。
超材料覆层结构105是使用超材料制备而成且覆盖于第二介质基板102中与第一介质基板101相对的表面的结构。超材料覆层结构105用于衰落天线单元103所产生的电场的切向分量。
超材料是一种介电常数和磁导率均为负的新型人工材料，电磁波在超材料结构中传播时，描述电磁波传播的物理量遵循左手螺旋法则，因此超材料结构具备良好的负折射、反Cerenkov以及逆多普勒效应。超材料覆层结构的具体实现方式将在下文实施例进行讲解。
天线单元103所产生的电场包括法向分量与切向分量，法向分量通常在人体表面大量衰减，而切向分量能进入人体造成SAR较大。
在本申请实施例中，通过在第二介质基板102中与第一介质基板101相对的表面设置超材料覆层结构105，由于超材料覆层结构105具有带阻特性，其枝节在所需要的频段(比如天线单元103的工作频段)具有谐振特性，由于枝节的位置是水平摆放的，其会与天线单元103所产生的电场的切向分量发生谐振，从而阻隔切向分量通过它，也即衰落天线单元103所产生的电场的切向分量，进而降低SAR，此外，由于天线单元103所产生的电场的法向分量不会受到超材料覆层结构105的影响，也即本申请实施例能实现在不降低天线单元103的发射功率的前提下，降低SAR。
可选地，超材料覆层结构包括第一工结构和第二工结构(图1未示出)。
结合参考图3，第一工结构包括第一贴片31、第二贴片32、第三贴片33。第一贴片31与第二贴片32相同且互相平行。其中，第一贴片31与第二贴片32相同是指第一贴片31与第二贴片32的材质、尺寸均相同。第三贴片33的第一端与第一贴片31垂直连接，第三贴片33的第二端与第二贴片32垂直连接。可选地，第三贴片33的材质也与第一贴片31的材质相同。
第一贴片31的尺寸以及第三贴片33的尺寸根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。示例性地，第一贴片31的尺寸为7mm×0.5mm，第三贴片33的尺寸为13.5mm×0.5mm。
结合参考图3，第二工结构包括第四贴片34、第五贴片35、第六贴片36。第四贴片34与第五贴片35相同且互相平行，其中，第四贴片34与第五贴片35相同是指第四贴片34与第五贴片35的材质、尺寸均相同。第六贴片36的第一端与第四贴片34垂直连接，第六贴片36的第二端与第五贴片35垂直连接。可选地，第六贴片36的材质也与第四贴片34的材质相同。
第四贴片34尺寸以及第六贴片36的尺寸根据天线组件100所属的电子设备的工艺要求实际设定，本申请实施例对此不作限定。示例性地，第四贴片34的尺寸为7mm×0.5mm，第六贴片36的尺寸为13.5mm×0.5mm。
可选地，第三贴片33与第六贴片36互相垂直。
可选地，第一贴片31与第四贴片34相同，第三贴片33与第六贴片36相同。上述相同是指材质、尺寸均相同。也即，超材料覆层结构105由两个完全相同的工结构组成。
可选地，超材料覆层结构105谐振于二分之一波长。可选地，超材料覆层结构105的工作频段包含所述天线单元103的工作频段。
综上所述，本申请实施例提供的天线组件，通过在第二介质基板中相对第一介质基板的表面设置超材料覆层结构，由于超材料覆层结构具有带阻特性，其枝节在所需要的频段具有谐振特性，由于超材料覆层结构是水平摆放的，因此其与天线单元所产生的电场的切向分量发生谐振，从而阻隔电场的切向分量通过它，也即衰落天线单元所产生的电场的切向分量，在无需降低天线单元的电磁波辐射功率的前提下降低SAR，既能保证信号质量，又能减小天线辐射对人体造成的影响。
图4示出了本申请一个实施例提供的电子设备400的界面示意图。
电子设备400包括天线组件100。电子设备400还包括金属中框和外壳(图4未示出)。金属中框和外壳形成封闭腔体，天线组件100位于上述封闭腔体内。示例性地，天线组件100的第一介质基板101位于上述封闭腔体内，第二介质基板102被设置在外壳的内表面上。
该天线组件100包括第一介质基板101、第二介质基板102。第一介质基板101与第二介质基板102互相平行。
第一介质基板101中与第二介质基板102相对的表面设置有天线单元103。
可选地，天线单元103包括主辐射贴片、接地贴片1032、馈电贴片1033。馈电贴片1033与主辐射贴片连接，用于向主辐射贴片馈入激励电流。接地贴片1032与主辐射贴片连接，用于供主辐射贴片接地。
可选地，天线组件100包括接地层104，接地层104通过接地贴片1032平行设置于第一介质基板101。
第二介质基板102中与第一介质基板101相对的表面设置有超材料覆层结构105。超材料覆层结构105用于衰落天线单元103所产生的电场的切向分量。
可选地，超材料覆层结构105包括第一工结构和第二工结构(图4未示出)。
第一工结构包括第一贴片、第二贴片、第三贴片。第一贴片与第二贴片相同且互相平行。第三贴片的第一端与第一贴片垂直连接，第三贴片的第二端与第二贴片垂直连接。
第二工结构包括第四贴片、第五贴片、第六贴片。第四贴片与第五贴片相同且互相平行。第六贴片的第一端与第四贴片垂直连接，第六贴片的第二端与第五贴片垂直连接。
可选地，第三贴片与第六贴片互相垂直。
可选地，第一贴片与第四贴片相同，第三贴片与第六贴片相同。
可选地，超材料覆层结构105谐振于二分之一波长。
综上所述，本申请实施例提供的电子设备，通过在第二介质基板中相对第一介质基板的表面设置超材料覆层结构，由于超材料覆层结构具有带阻特性，其枝节在所需要的频段具有谐振特性，由于超材料覆层结构是水平摆放的，因此其与天线单元所产生的电场的切向分量发生谐振，从而阻隔电场的切向分量通过它，也即衰落天线单元所产生的电场的切向分量，在无需降低天线单元的电磁波辐射功率的前提下降低SAR，既能保证信号质量，又能减小天线辐射对人体造成的影响。
本申请实施例以设置有超材料覆层结构的天线组件，以及未设置有超材料覆层结构的天线组件作为对照组，分别对反射系数、SAR值、辐射效率等参数进行仿真。本申请实施例对仿真软件不作限定，比如商业仿真软件CST。仿真条件为天线组件谐振于5GHz-6GHz。
图5示出了对本申请一个实施例提供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图5可知，以反射系数S11小于-6dB为标准，本申请实施例提供的天线组件在5GHz-6GHz内匹配良好。
图6示出了对相关技术提供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图6可知，以反射系数S11小于-6dB为标准，相关技术提供的天线组件在5GHz-6GHz内匹配良好。
图7示出了对本申请一个实施例提供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图7可知，本申请实施例提供的天线组件在5.5GHz的SAR值为4.41W/kg。
图8示出了对相关技术供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图8可知，本申请实施例提供的天线组件在5.5GHz的SAR值为7.85W/kg。
图9示出了对本申请一个实施例提供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图9可知，本申请实施例提供的天线组件在5GHz-6GHz的辐射效率在30％-40％，其中心频率5.5GHz下的辐射效率为36.6％。
图10示出了对相关技术供的天线组件进行仿真的仿真示意图。参见图10可知，相关技术提供的天线组件在5GHz-6GHz的辐射效率在30％-38％，其中心频率5.5GHz下的辐射效率为34％。
根据上述仿真结果可以得知，本申请实施例提供的天线组件具有明显的降SAR效果，且对终端天线的阻抗匹配和辐射效率没有任何影响，完全满足当前终端天线设计的要求。
参考图11，其示出了本申请一个示例性实施例提供的电子设备的结构方框图。电子设备可以为但不仅限于为任何具有通信功能的设备。例如：平板电脑、手机、电子阅读器、遥控器、个人计算机、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有通信功能的智能设备。
本申请中的电子设备可以包括一个或多个如下部件：处理器1110和存储器1120。
处理器1110可以包括一个或者多个处理核心。处理器1110利用各种接口和线路连接整个电子设备内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1120内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器1120内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据。可选地，处理器1110可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1110可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统和应用程序等；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器1110中，单独通过一块芯片进行实现。
存储器1120可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。可选地，该存储器1120包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器1120可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器1120可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储根据电子设备的使用所创建的数据等。
上述电子设备的结构仅是示意性的，在实际实现时，电子设备可以包括更多或更少的组件，本实施例对此不作限定。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构并不构成对电子设备1100的限定，可以包括比图示更多或更少的，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
应当理解的是，在本文中提及的“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。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
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。
以上所述仅为本申请的示例性实施例，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 (6)

1.一种天线组件，其特征在于，所述天线组件包括第一介质基板、第二介质基板；
所述第一介质基板与所述第二介质基板互相平行；
所述第一介质基板中与所述第二介质基板相对的表面设置有天线单元；
所述第二介质基板中与所述第一介质基板相对的表面设置有超材料覆层结构，所述超材料覆层结构是使用超材料制备而成，所述超材料是一种介电常数和磁导率均为负的新型人工材料，所述超材料覆层结构的工作频段包括所述天线单元的工作频段，所述超材料覆层结构谐振于二分之一波长，所述超材料覆层结构用于在所述天线单元的工作频段上与所述天线单元所产生电场的切向分量发生谐振，以衰落所述天线单元所产生的电场的切向分量；
其中，所述超材料覆层结构包括第一工结构和第二工结构；
所述第一工结构包括第一贴片、第二贴片、第三贴片；所述第一贴片与所述第二贴片相同且互相平行，所述第三贴片的第一端与第一贴片垂直连接，第三贴片的第二端与所述第二贴片垂直连接；
所述第二工结构包括第四贴片、第五贴片、第六贴片；所述第四贴片与所述第五贴片相同且互相平行，所述第六贴片的第一端与第四贴片垂直连接，第六贴片的第二端与所述第五贴片垂直连接；
所述第三贴片与所述第六贴片互相垂直；所述第一贴片与所述第四贴片相同，所述第三贴片与所述第六贴片相同。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述天线单元包括主辐射贴片、馈电贴片和接地贴片；
所述馈电贴片与所述主辐射贴片连接，用于向所述主辐射贴片馈入激励电流；
所述接地贴片与所述主辐射贴片连接，用于供所述主辐射贴片接地。
3.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述天线组件还包括接地层，所述接地层通过所述接地贴片平行设置于所述第一介质基板。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括天线组件；
所述天线组件包括第一介质基板、第二介质基板；
所述第一介质基板与所述第二介质基板互相平行；
所述第一介质基板中与所述第二介质基板相对的表面设置有天线单元；
所述第二介质基板中与所述第一介质基板相对的表面设置有超材料覆层结构，所述超材料覆层结构是使用超材料制备而成，所述超材料是一种介电常数和磁导率均为负的新型人工材料，所述超材料覆层结构的工作频段包括所述天线单元的工作频段，所述超材料覆层结构谐振于二分之一波长，所述超材料覆层结构用于在所述天线单元的工作频段上与所述天线单元所产生电场的切向分量发生谐振，以衰落所述天线单元所产生的电场的切向分量；
其中，所述超材料覆层结构包括第一工结构和第二工结构；
所述第一工结构包括第一贴片、第二贴片、第三贴片；所述第一贴片与所述第二贴片相同且互相平行，所述第三贴片的第一端与第一贴片垂直连接，第三贴片的第二端与所述第二贴片垂直连接；
所述第二工结构包括第四贴片、第五贴片、第六贴片；所述第四贴片与所述第五贴片相同且互相平行，所述第六贴片的第一端与第四贴片垂直连接，第六贴片的第二端与所述第五贴片垂直连接；
所述第三贴片与所述第六贴片互相垂直；所述第一贴片与所述第四贴片相同，所述第三贴片与所述第六贴片相同。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述天线单元包括主辐射贴片、馈电贴片和接地贴片；
所述馈电贴片与所述主辐射贴片连接，用于向所述主辐射贴片馈入激励电流；
所述接地贴片与所述主辐射贴片连接，用于供所述主辐射贴片接地。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述天线组件还包括接地层，所述接地层通过所述接地贴片平行设置于所述第一介质基板。
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