CN112151938A - 天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置 - Google Patents

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CN112151938A CN201910580056.1A CN201910580056A CN112151938A CN 112151938 A CN112151938 A CN 112151938A CN 201910580056 A CN201910580056 A CN 201910580056A CN 112151938 A CN112151938 A CN 112151938A
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Abstract

本发明提供一种天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置，所述天线结构应用于一具金属边框的无线通信装置，所述金属边框部分位置具有非导体材料框体，所述天线结构包括至少一天线模块，每一天线模块均包括电路板、以及设置于所述电路板的第一天线阵列与第二天线阵列，所述电路板包括相对设置的第一表面、第二表面、以及垂直连接所述第一表面与所述第二表面的侧面，所述第一天线阵列设置于所述第一表面，所述第二天线阵列设置于所述侧面，所述第一天线阵列及所述第二天线阵列均可产生第一方向极化与第二方向极化，所述第一方向与所述第二方向互相垂直，其中，所述至少一天线模块对应设置于所述非导体材料框体的位置。

Description

天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置。
背景技术
G毫米波之通信频段覆盖26.5GHz-40GHz，频段带宽非常广泛。然而，现有的5G毫米波天线结构通常为单一工作频带，例如，26.5GHz-29.5GHz，27.5GHz-28.35GHz以及37GHz-40GHz，同时，在传送与接收的方向性仅为垂直极化或者水平极化。
发明内容
针对以上问题，有必要提供一种双频带且双极化的天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置。
本发明一实施方式提供一种天线结构，应用于一具金属边框的无线通信装置，所述金属边框部分位置具有非导体材料框体，所述天线结构包括至少一天线模块，每一天线模块均包括电路板、以及设置于所述电路板的第一天线阵列与第二天线阵列，所述电路板包括相对设置的第一表面、第二表面、以及垂直连接所述第一表面与所述第二表面的侧面，所述第一天线阵列设置于所述第一表面，所述第二天线阵列设置于所述侧面，所述第一天线阵列及所述第二天线阵列均可产生第一方向极化与第二方向极化，所述第一方向与所述第二方向互相垂直，其中，所述至少一天线模块对应设置于所述非导体材料框体的位置。
本发明一实施方式提供一种无线通信装置，所述无线通信装置包括壳体及上述的天线结构，所述壳体用于容置所述天线结构。
上述天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置通过在所述电路板的侧面和表面上分别设置所述第一天线阵列和所述第二天线阵列，使得天线结构可满足毫米波天线双频带且双极化的需求。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的无线通信装置的示意图。
图2为图1所示的无线通信装置的分解图。
图3为本发明较佳实施例的天线结构的示意图。
图4为图3所示的天线结构的分解图。
图5为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元及第二天线单元的S参数(散射参数)曲线图。
图6为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元在第一工作频率，垂直极化上的辐射增益图。
图7为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元在第一工作频率，水平极化上的辐射增益图。
图8为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元在第二工作频率，垂直极化上的辐射增益图。
图9为本发明较佳实施例的天线结构的第一天线单元在第一工作频率，水平极化上的辐射增益图。
图10为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元在第二工作频率，垂直极化上的辐射增益图。
图11为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元在第二工作频率，水平极化上的辐射增益图。
图12为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元在第二工作频率，垂直极化上的辐射增益图。
图13为本发明较佳实施例的天线结构的第二天线单元在第二工作频率，水平极化上的辐射增益图。
主要元件符号说明
天线结构 100
天线模块 10、10a、10b、10c
电路板 11
第一表面 111
第二表面 113
侧面 115
第一天线阵列 12
第一天线单元 122、122a、122b、122c、122d
第一片体 123
第二片体 124
第一馈入部 125
第二馈入部 126
第一接地部 127
第一槽孔 128
第二槽孔 129
第一接地点 130
第二接地点 131
第二天线阵列 14
第二天线单元 142、142a、142b、142c、142d
第一辐射体 143
第二辐射体 144
第三馈入部 145
第四馈入部 146
第二接地部 147
第一主体部 148
第一弯折部 149
第二弯折部 150
第二主体部 151
第三弯折部 152
第四弯折部 153
辐射层 154
第一过孔 155
第三槽孔 157
第四槽孔 158
接地层 159
第二过孔 160
第三接地点 161
第四接地点 162
壳体 200
上盖 210
下盖 220
中框 230
收容空间 240
无线通信装置 300
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图及实施方式，对本发明中的天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置作进一步详细描述及相关说明。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式提供一种无线通信装置300，所述无线通信装置300包括天线结构100及壳体200，所述天线结构100设置于所述壳体200内。在本较佳实施例中，所述无线通信装置300具有金属边框(例如，中框230)，所述金属边框的部分位置(例如，位置a、b、c)具有非导体材料框体，所述天线结构100(例如，天线模块10a、10b、10c)对应设置于所述非导体材料框体的位置。
所述壳体200用于容置所述天线结构100，所述天线结构100用以发射、接收无线电波。显然，所述无线通信装置300还包括但不限于实现其预设功能的其他机械结构、电子组件、模组、软件。在本较佳实施方式中，所述无线通信装置300可以是手机。所述壳体200包括上盖210、下盖220及中框230。所述上盖210与所述中框230之上部相对接，所述下盖220与所述中框230之下部相对接。具体地，所述中框230环绕所述下盖220之周缘设置以与所述上盖210共同围成收容空间240，所述收容空间240用以收容所述天线结构100。
所述天线结构100包括至少一天线模块10。在本较佳实施例中，所述天线结构100包括3个天线模块10，分别为天线模块10a、10b、10c，分别设置于所述壳体200两侧及一端部。
请参阅图3及图4，每一所述天线模块10均包括电路板11、以及设置于所述电路板11的第一天线阵列12、第二天线阵列14。
所述电路板11包括相对设置的第一表面111、第二表面113、以及垂直连接所述第一表面111与所述第二表面113的侧面115。所述电路板11用于承载所述第一天线阵列12及第二天线阵列14，同时，为所述第一天线阵列12和所述第二天线阵列14提供馈入信号以及接地。在本较佳实施例中，所述电路板11可以是印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，所述电路板11可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。
所述第一天线阵列12包括呈直线排列的多个第一天线单元122。在本较佳实施例中，所述第一天线阵列12包括4个第一天线单元122，分别为第一天线单元122a、122b、122c、122d。
每一个天线单元122包括第一片体123、第二片体124、第一馈入部125、第二馈入部126以及第一接地部127。
在本较佳实施例中，所述第一片体123与所述第二片体124均为贴片天线。所述第一片体123与所述第二片体124平行间隔、且同轴地叠设于所述第一接地部127上。所述第一片体123与所述第二片体124的结构及形状相同，尺寸不同。在本较佳实施例中，所述第一片体123与所述第二片体124大致为圆形片体，且所述第一片体123的直径小于所述第二片体124。在本较佳实施例中，所述第一片体123的直径大约为2.4mm，所述第二片体124的直径大约3.2mm。在本较佳实施例中，所述第一片体123、所述第二片体124以及所述第一接地部127均平行间隔设置，其中，所述第二片体124位于所述第一片体123与所述第一接地部127的中间位置，所述第二片体124与所述第一接地部127之间的高度为0.5mm，所述第一片体123与所述第一接地部127之间的高度为0.5mm。
本较佳实施例中，所述第一馈入部125及所述第二馈入部126形状、结构以及大小相同，均大致为圆柱体。所述第一馈入部125与所述第二馈入部126用于为每一所述第一天线单元122馈入电流信号。所述第一馈入部125的一端穿过所述第二片体124连接至所述第一片体123，所述第一馈入部125的另一端连接至所述第一接地部127，所述第二馈入部126的一端穿过所述第二片体124连接至所述第一片体123，所述第一馈入部125的另一端连接至所述第一接地部127，所述第一馈入部125与所述第二馈入部126平行间隔设置。
在本较佳实施例，所述第二片体124开设第一槽孔128以及第二槽孔129。所述第一馈入部125及所述第二馈入部126分别穿设于所述第一槽孔128以及所述第二槽孔129，两端分别电性连接所述第一片体123及所述第一接地部127。在本较较佳实施例中，所述第一槽孔128以及所述第二槽孔129均大致呈圆形，其直径大约为0.4mm。
在本较佳实施例中，所述第一接地部127形成于所述第一表面111，所述第一接地部127上开设第一接地点130及第二接地点131。在本较佳实施例中，所述第一接地部127的尺寸大约为6m×6m。所述第一馈入部125及所述第二馈入部126分别与所述第一接地点130及第二接地点131电性相连。在本较佳实施例中，所述第一接地点130及第二接地点131大致为圆形孔，其直径大约为0.1mm。
所述第二天线阵列14包括呈直线排列的多个第二天线单元142。在本较佳实施例中，每一所述天线模块10中的第二天线单元142的数量与第一天线单元122的数量相同，所述第二天线阵列14包括4个第二天线单元142，分别为第二天线单元142a、142b、142c、142d，每一第二天线单元142对应一个第一天线单元122，所述第一天线单元122的中轴线A与对应的所述第二天线单元142的中轴线B垂直相交。
每一个第二天线单元142包括第一辐射体143、第二辐射体144、第三馈入部145、第四馈入部146以及第二接地部147。所述第一辐射体143与所述第二辐射体144依次叠设于所述第二接地部147上。所述第三馈入部145的一端穿过所述第二辐射体144连接至所述第一辐射体143，所述第三馈入部145的另一端连接至所述第二接地部147。所述第四馈入部146的一端穿过所述第二辐射体144连接至所述第一辐射体143，所述第四馈入部146的另一端连接至所述第二接地部147，所述第三馈入部145与所述第四馈入部146平行间隔设置，所述第二接地部147设置于所述侧面115。
在本较佳实施例中，所述第一辐射体143包括第一主体部148、第一弯折部149、第二弯折部150，所述第一弯折部149与所述第二弯折部150分别垂直连接于所述第一主体部148相对的两侧。在本较佳实施例中，所述第一主体部148、所述第一弯折部149、所述第二弯折部150大致为矩形片体，使得所述第一辐射体143大致呈“U”型。在本较佳实施例中，所述第一主体部148的尺寸为2.4mm×1.57mm。
所述第二辐射体144包括第二主体部151、第三弯折部152、第四弯折部153。所述第三弯折部152、第四弯折部153分别垂直连接于所述第二主体部151两侧。在本较佳实施例中，所述第二主体部151包括多个并排、平行间隔设置的辐射层154以及贯穿所述多个辐射层154的第一过孔155。在本较佳实施例中，所述辐射层154为形状、结构以及大小均相同的矩形片体，且每一辐射层154的中轴线位于同一平面内。此外，所述辐射层154与所述第三弯折部152以及所述第四弯折部153也平行、间隔设置，且位于所述第三弯折部152以及所述第四弯折部153之间。在本较佳实施例中，所述第二主体部151包括5个辐射层154。
在本较佳实施例中，所述第一过孔155为圆柱形结构，每一个所述第一过孔155穿过所述多个辐射层154，两端垂直连接至所述第三弯折部152与第四弯折部153，从而使得所述多个辐射层154夹设于所述第三弯折部152与第四弯折部153之间。在本较佳实施例中，每一个所述第一过孔155均平行、均匀间隔地设置，每一个所述第一过孔155的中轴线位于同一平面内，且与每一个所述辐射层154的中轴线共同。
在本较佳实施例中，所述第三弯折部152、所述第四弯折部153大致为矩形片体，使得所述第二辐射体144大致呈“U”型。在本较佳实施例中，所述第二主体部151的宽度与所述第一主体部148的宽度相同，所述第二主体部151的长度大于所述第一主体部148的长度，所述第二主体部151的尺寸为3mm×1.57mm。
在本较佳实施例中，所述第三馈入部145与所述第四馈入部146形状、结构以及大小相同，均大致为矩形片体。所述第三馈入部145与所述第四馈入部146用于为每一所述第二天线单元142馈入电流信号。所述第三馈入部145的一端穿过所述第二辐射体144连接至所述第一辐射体143，所述第四馈入部146的另一端连接至所述第二接地部147，所述第四馈入部146的一端穿过所述第二辐射体144连接至所述第一辐射体143，所述第四馈入部146的另一端连接至所述第二接地部147，所述第三馈入部145与所述第四馈入部146平行间隔设置。
在本较佳实施例，所述第二主体部151开设第三槽孔157以及第四槽孔158，所述第三馈入部145及所述第四馈入部146均穿设于所述第三槽孔157以及所述第四槽孔158，以连接至所述第一辐射体143。在本较佳实施例中，所述第三槽孔157以及第四槽孔158大致呈矩形，其尺寸大约为0.46mm×0.46mm。
所述第二接地部147包括多个平行间隔设置的接地层159以及穿设于所述多个接地层159的第二过孔160。在本较佳实施例中，所述第二接地部147包括6个接地层159，所述6个接地层159对称分布在所述电路板11的两侧，即所述电路板11的每一侧分别设有3个接地层159。所述接地层159为形状、结构以及大小均相同的矩形片体，且每一接地层159的中轴线位于同一平面内。
在本较佳实施例中，所述第二过孔160为圆柱形结构，每一个所述第二过孔160依次穿过位于中间的多个接地层159，两端分别电性连接至位于两侧的接地层159。在本较佳实施例中，每一个所述第二过孔160平行、且均匀间隔地设置，每一个所述第二过孔160的中轴线位于同一平面内，且与每一个所述接地层159的中轴线共面。
在本较佳实施例中，所述第二接地部147上开设第三接地点161及第四接地点162。在本较佳实施例中，所述第二接地部147的尺寸大约为5m×1.57m。所述第三馈入部145及所述第四馈入部146分别与所述第三接地点161及第四接地点162电性相连。在本较佳实施例中，所述第三接地点161及第四接地点162大致为矩形，其尺寸大约为0.7mm×0.46mm。
当电流自每一所述第一馈入部125及第二馈入部126馈入时，电流流经每一所述第一天线单元122，所述第一片体123共振于第一工作频率，所述第一片体123与所述第二片体124耦合产生第二工作频率。同时，所述第一馈入部125及第二馈入部126激发每一所述第二天线单元142分别产生第一方向极化及第二方向极化。当电流自每一所述第三馈入部145及第四馈入部146馈入时，电流流经每一所述第二天线单元142，所述第一辐射体143共振于第一工作频率，所述第一辐射体143与所述第二辐射体144耦合产生第二工作频率。同时，所述第三馈入部145及第四馈入部146激发每一所述第二天线单元142分别产生第一极化方向及第二极化方向。在本较佳实施例中，所述第一方向及所述第二方向为垂直方向及水平方向。
图5为所述天线结构100的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S501为第一天线阵列12的S参数(散射参数)曲线图，曲线S501为第二天线阵列14的S参数(散射参数)曲线图。从图5中可看出，所述天线结构100可获得第一工作频率(大约为27.5GHz-28.35GHz)以及第二工作频率(大约为37GHz-40GHz)。另外，请参阅图6、图7，所述第一天线阵列12在第一工作频率(例如，28GHz)的垂直极化增益为11.5dB，水平极化增益为11dB，请参阅图8、图9，所述第一天线阵列12在第二工作频率(例如，39GHz)的垂直极化增益为11dB，水平极化增益为12.4dB。请参阅图10、图11，所述第二天线阵列14在第一工作频率(例如，28GHz)的垂直极化增益为9.1dB，水平极化增益为10.2dB，请参阅图12、图13，所述第二天线阵列14在第二工作频率(例如，39GHz)的垂直极化增益为9.9dB，水平极化增益为11.1dB，均可满足5G毫米波天线双频带且双极化的需求，因此，所述天线结构100在第一工作频率以及第二工作频率发送和接收信号时都可以使用垂直极化、水平极化或者垂直与水平极化。
本发明所述天线结构100及应用所述天线结构100的无线通信装置300通过在所述电路板11的侧面和表面上分别设置所述第一天线阵列12和所述第二天线阵列14，所述第一天线阵列12和所述第二天线阵列14在第一工作频率以及第二工作频率上均产生第一方向极化及第二方向极化，可满足5G毫米波天线双频带且双极化的需求。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种天线结构，应用于一具金属边框的无线通信装置，所述金属边框部分位置具有非导体材料框体，其特征在于，所述天线结构包括至少一天线模块，每一天线模块均包括电路板、以及设置于所述电路板的第一天线阵列与第二天线阵列，所述电路板包括相对设置的第一表面、第二表面、以及垂直连接所述第一表面与所述第二表面的侧面，所述第一天线阵列设置于所述第一表面，所述第二天线阵列设置于所述侧面，所述第一天线阵列及所述第二天线阵列在第一工作频率以及第二工作频率上均产生第一方向极化与第二方向极化，所述第一方向与所述第二方向互相垂直，其中，所述至少一天线模块对应设置于所述非导体材料框体的位置。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一天线阵列包括呈直线排列的多个第一天线单元，每一个天线单元包括第一片体、第二片体、第一馈入部、第二馈入部以及第一接地部，所述第一片体与所述第二片体平行间隔、且同轴堆叠地设置于所述第一接地部上，所述第一馈入部的一端穿过所述第二片体连接至所述第一片体，所述第一馈入部的另一端连接至所述第一接地部，所述第二馈入部的一端穿过所述第二片体连接至所述第一片体，所述第一馈入部的另一端连接至所述第一接地部，所述第一馈入部与所述第二馈入部平行间隔设置，所述第一接地部设置于所述第一表面。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第一片体与所述第二片体结构大致相同，所述第一片体的尺寸小于所述第二片体。
4.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第二天线阵列包括呈直线排列的多个第二天线单元，每一个第二天线单元包括第一辐射体、第二辐射体、第三馈入部、第四馈入部以及第二接地部，所述第一辐射体与所述第二辐射体依次堆叠设置于所述第二接地部上，所述第三馈入部的一端穿过所述第二辐射体连接至所述第一辐射体，所述第三馈入部的另一端连接至所述第二接地部，所述第四馈入部的一端穿过所述第二辐射体连接至所述第一辐射体，所述第四馈入部的另一端连接至所述第二接地部，所述第三馈入部与所述第四馈入部平行间隔设置，所述第二接地部设置于所述侧面。
5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于，所述第一辐射体包括第一主体部、第一弯折部、第二弯折部，所述第一弯折部与所述第二弯折分别垂直连接于所述第一主体部相对的两侧。
6.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述第二辐射体包括第二主体部、第三弯折部、第四弯折部，所述第三弯折部、第四弯折部分别垂直连接于所述第二主体部两侧。
7.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述第二主体部包括多个平行间隔设置的辐射层，所述多个辐射层通过贯穿所述多个辐射层的第一过孔相连。
8.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述第二接地部包括多个平行间隔设置的接地层以及穿设于所述多个接地层的第二过孔。
9.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于，每一所述天线模块中的第二天线单元的数量与第一天线单元的数量相同，每一第二天线单元对应一个第一天线单元。
10.一种无线通信装置，其特征在于，所述无线通信装置包括壳体及如权利要求1-9中任一项所述的天线结构，所述壳体用于容置所述天线结构。
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