CN112151940A - 天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置 Download PDF

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CN112151940A CN201910580063.1A CN201910580063A CN112151940A CN 112151940 A CN112151940 A CN 112151940A CN 201910580063 A CN201910580063 A CN 201910580063A CN 112151940 A CN112151940 A CN 112151940A
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Abstract

本发明提供一种天线结构,设置于一壳体,包括第一阵列天线、第二阵列天线及第一透镜单元,所述电路板包括相对设置的上表面和下表面,所述电路板还包括连接所述上表面与所述下表面的侧面,所述第二阵列天线设置于所述上表面或所述下表面,所述第一阵列天线包括多个第一天线单元,每一所述第一天线单元部分设置于所述侧面上,每一所述天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面和下表面上,所述第一透镜单元与所述多个第一天线单元对接,以用于集中所述多个第一天线单元的波束。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置,包括壳体和所述天线结构,所述壳体用于容置所述天线结构。

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
随着无线通信技术的不断发展,消费者在购买无线通信产品时,不仅只是功能的选择,同时还会考虑产品的外观与质感。所以电路架构经由工业产品设计使产品具有流线的外观与使用手感,将影响无线通信产品成败的重要因素之一。如何能有效地提升天线的接收能力,又可让无线通信产品拥有质感成为设计的重要课题。
发明内容
鉴于上述内容,有必要提供一种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,所述天线结构,设置于一壳体内,所述天线结构包括至少一天线模块,每一所述天线模块均包括第一阵列天线、第二阵列天线、第一透镜单元及电路板,所述电路板包括相对设置的上表面、下表面及连接所述上表面和所述下表面的侧面,所述第二阵列天线设置于所述上表面,所述第一阵列天线包括多个第一天线单元,每一所述第一天线单元部分设置于所述侧面上,每一所述第一天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面与下表面上,所述第一透镜单元与所述多个第一天线单元对接,以用于集中所述多个第一天线单元的波束。
本发明一实施方式提供一种无线通信装置,包括壳体及上述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。
上述天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置包括第一阵列天线及第二阵列天线,可以通过激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向,并且通过将所述上盖、所述下盖及所述金属边框由陶瓷材料制成,如此可使得无线通信产品的外观有质感,并且还可以提升产品性能。
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为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在一角度下的示意图。
图3为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在另一角度下的示意图。
图4为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在另一角度下的示意图。
图5为本发明较佳实施例的天线结构的示意图。
图6为本发明较佳实施例的天线结构的拆解示意图。
图7为本发明较佳实施例的天线结构的另一拆解示意图。
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
中间层 101
第一阵列天线 12
第一天线单元 122
第一折叠部 124
第二折叠部 126
主体部 128
第三馈入部 130
第四馈入部 132
第二阵列天线 14
第二天线单元 142
第一馈入部 144
第二馈入部 146
第一透镜单元 16
电路板 18
上表面 182
下表面 184
侧面 186
第二透镜单元 20
第二介质透镜 202
接地部 50
第一接地面 51
第二接地面 52
第三接地面 53
第四接地面 54
第五接地面 55
过孔 56
壳体 200
上盖 210
下盖 220
金属边框 230
末端部 232
第一侧部 234
第二侧部 236
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。
请参考图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。
在一较佳实施方式中,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及金属边框230。所述上盖210与所述金属边框230之上部相对接,所述下盖220与所述金属边框230之下部相对接。
具体地,所述金属边框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(图未示),所述收容空间用以收容所述天线结构100。如此一来,所述天线结构100可收容在所述壳体200内。
所述金属边框230至少包括末端部232、第一侧部234以及第二侧部236。所述第一侧部234与所述第二侧部236相对设置,两者分别设置于所述末端部232之两端,优选垂直设置。所述末端部232可以为无线通信装置300之顶端或底端。
所述天线结构100包括至少一天线模块10。在一实施方式中,所述天线结构100包括3个天线模块10,分别以10a~10d标示。
请进一步参考图3至图5,每一所述天线模块10均包括第一阵列天线12、第二阵列天线14、第一透镜单元16、电路板18、第二透镜单元20及接地部50。所述接地部50用于为所述第一阵列天线12和所述第二阵列天线14提供接地。
所述电路板18包括相对设置的上表面182和下表面184,所述电路板18还包括连接所述上表面182和所述下表面184的侧面186。所述侧面186包括两个相对的第一侧面(图未示)和两个相对的第二侧面(图未示),所述两相对的第一侧面和所述两相对的第二侧面共同构成一大致呈矩形的框体,用于承载所述第一阵列天线12及第二阵列天线14。
所述电路板18还包括一中间层101,所述中间层101设置在所述上表面182与所述下表面184之间,用于为所述第一阵列天线12和所述第二阵列天线14提供馈入信号。所述中间层101还包括电连接至所述第一阵列天线12和所述第二阵列天线14的接地面。在本实施方式中,所述中间层101和所述电路板18均为矩形结构。
在本实施方式中,所述电路板18可以是印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)。所述电路板18可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。
所述第二阵列天线14设置于所述电路板18之上表面182,所述第一阵列天线12包括多个第一天线单元122。每一所述第一天线单元122部分设置于所述电路板18之侧面186上,每一所述第一天线单元122的其他部分弯折并设置于所述电路板18之上表面182与下表面184上。所述第二阵列天线14包括多个第二天线单元142,每一所述第二天线单元142均设置在所述电路板18之上表面182上。在本实施方式中,每一所述天线模块10中的第一天线单元122的数量与第二天线单元142的数量相同。
所述第一透镜单元16与所述多个第一天线单元122对接,以用于集中所述多个第一天线单元122的波束。所述第二透镜单元20与所述多个第二天线单元142对接,以用于集中所述多个第二天线单元142的波束。
在本较佳实施方式中,所述多个第二天线单元142沿第一方向,如X轴方向,排列分布。所述多个第二天线单元142的形状大小相同,每一第二天线单元142为圆形。在一实施方式中,所述第二阵列天线14包括4个第二天线单元142,分别以142a~142d标示。
请一并参阅图6及图7,每一所述第二天线单元142包括第一馈入部144和第二馈入部146。所述第一馈入部144和所述第二馈入部146均为金属柱。所述第一馈入部144的一端连接所述第二天线单元142,所述第一馈入部144的另一端电连接至所述中间层101的第一馈入源(图未示)。所述第二馈入部146的一端连接所述第二天线单元142,所述第二馈入部146的另一端电连接至所述中间层101的第二馈入源(图未示)。所述第一馈入部144和第二馈入部146用于为每一所述第二天线单元142馈入电流信号。
在本较佳实施方式中,所述多个第一天线单元122沿所述第二方向,如Y轴方向,排列分布。每一第一天线单元122部分区域设置于Y-Z平面,即,每一第一天线单元122部分区域的两边沿Y轴和Z轴方向设置,每一第一天线单元122的其他部分区域设置于X-Y平面,即,每一第一天线单元122的其他部分区域的两边沿X轴和Y轴方向设置。所述多个第一天线单元122的形状大小相同。所述第二天线单元142可以是印制于所述电路板18上的金属片,例如铜箔片。在一实施方式中,所述第一阵列天线12包括4个第一天线单元122,分别以122a~122d标示。
每一所述第一天线单元122部分设置于所述侧面186上,每一所述第一天线单元122的其他部分弯折并设置于所述上表面182和/或下表面184上。可以理解,每一所述第一天线单元122可以部分设置于所述第一侧面和/或所述第二侧面上,每一所述第一天线单元122的其他部分相对于每一所述第一天线单元122设置于所述侧面186上的部分弯折并设置于所述上表面182和/或下表面184上。在其他实施方式中,每一所述第一天线单元122可以全部设置于所述侧面186上或全部设置于所述上表面182和/或所述下表面184上。
在本较佳实施方式中,每一所述第一天线单元122包括第一折叠部124、第二折叠部126和主体部128。所述主体部128设置于所述侧面186上,所述第一折叠部124和所述第二折叠部126分别设置于所述上表面182和下表面184上,且所述第一折叠部124和所述第二折叠部126均为矩形结构,且长宽均相同。所述主体部128相对的两端分别垂直连接所述第一折叠部124和所述第二折叠部126,且所述第一折叠部124、所述第二折叠部126和所述主体部128可以分别为一矩形结构,使得所述第一天线单元122大致为一U形结构。所述第一折叠部124、所述第二折叠部126和所述主体部128的宽度相同。可以理解,在其他实施方式中,所述第一折叠部124和所述第二折叠部126的形状大小可以不同。
每一所述第一天线单元122包括第三馈入部130和第四馈入部132。所述第三馈入部130和所述第四馈入部132均为长条形结构。所述第三馈入部130和所述第四馈入部132用于为每一所述第一天线单元122馈入电流信号。
在本实施例中,所述接地部50包括第一接地面51、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54、第五接地面55及至少一过孔56。所述第一接地面51、所述第二接地面52、所述第三接地面53和所述第五接地面55为大小形状相同的矩形片体结构,所述第四接地面54的形状和大小与所述中间层101相同,且所述中间层101包括所述第四接地面54。所述第一接地面51、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54和第五接地面55依次平行间隔设置。所述过孔56为圆柱形结构,所述过孔56从所述上表面182贯穿到所述下表面184,所述过孔56依次穿过所述上表面182、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54和下表面184,并电性连接所述第一接地面51和所述第五接地面55。
在本实施方式中,所述第一接地面51设置在所述上表面182上,所述第五接地面55设置在所述下表面184上,且所述第一接地面51和所述第五接地面55上下平行间隔设置。所述第一馈入部144和所述第二馈入部146连接至所述第四接地面54。所述第三馈入部130连接至所述第四接地面54,所述第四馈入部132连接至所述第三接地面53。所述第一接地面51、所述第二接地面52、所述第三接地面53、所述第四接地面54、所述第五接地面55均位于每一所述第一天线单元122具有所述第一折叠部124和所述第二折叠部126的一侧。
当电流自每一所述第一馈入部144馈入时,电流流经每一所述第二天线单元142,并激发每一所述第二天线单元142产生第一极化方向。当电流自每一所述第二馈入部146馈入时,电流流经每一所述第二天线单元142,并激发每一所述第二天线单元142产生第二极化方向。当电流自每一所述第三馈入部130馈入时,电流将流经每一所述第一天线单元122,并激发每一所述第一天线单元122产生第三极化方向。当电流自每一所述第四馈入部132馈入时,电流流经每一所述第一天线单元122,并激发每一所述第一天线单元122产生第四极化方向。
在每一所述天线模块10中,所述第一透镜单元16可包括至少一第一介质透镜,所述第一介质透镜为包括两个表面的半圆柱体,所述第一透镜单元16可以罩住所有的第一天线单元122。所述第一透镜单元16设置于所述金属边框230的第一侧部234或第二侧部236或末端部232。在本实施方式中,所述第一透镜单元16包括两个表面,远离所述第一天线单元122的表面呈凸面状,靠近所述第一天线单元122的表面呈平面状。
所述第二透镜单元20包括若干第二介质透镜202,所述若干第二介质透镜202设置于所述下盖220,每一所述第二介质透镜202与每一所述第二天线单元142一一对应。在本实施方式中,所述第二介质透镜202呈圆形状。所述第二介质透镜202包括两个表面,远离所述第二天线单元142的表面呈平面状,靠近所述第二天线单元142的表面呈凹面状。
在本实施方式中,所述第一透镜单元16之第一介质透镜及所述第二透镜单元20之第二介质透镜202均可由陶瓷、玻璃或其他高介电系数材料制成。
作为一种优选方案,所述上盖210及所述下盖220可由金属材料制成。
图8为所述第一天线单元122之加上第一透镜单元16和未加上第一透镜单元16的在垂直极化上的增益对比图,曲线S801为第一天线单元122未加上第一透镜单元16在垂直极化上的增益辐射图,曲线S802为第一天线单元122加上第一透镜单元16在垂直极化上的的增益辐射图。可以看出,所述第一天线单元122的垂直极化的增益从8.2dB新增到9.3dB,两者之间相差1.1dB。
图9为所述第一天线单元122加上第一透镜单元16和未加上第一透镜单元16的在水平极化上的增益对比图,曲线S901为第一天线单元122未加上第一透镜单元16在水平极化上的增益辐射图,曲线S902为第一天线单元122加上第一透镜单元16在水平极化上的的增益辐射图。可以看出,所述第一天线单元122的水平极化的增益从9.0dB新增到10.4dB,两者之间相差1.4dB。
图10为所述第二天线单元142加上第二透镜单元20和未加上第二透镜单元20在垂直极化上的增益对比图,曲线S1001为第二天线单元142未加上第二透镜单元20在垂直极化上的增益辐射图,曲线S1002为第二天线单元142加上第二透镜单元20在垂直极化上的的增益辐射图。可以看出,所述第二天线单元142的垂直极化的增益从10.3dB新增到11.6dB,两者之间相差1.3dB。
图11为所述第二天线单元142之水平极化在加上第二透镜单元20和未加上第二透镜单元20的增益对比图,曲线S1101为第二天线单元142未加上第二透镜单元20在水平极化上的增益辐射图,曲线S1102为第二天线单元142加上第二透镜单元20在水平极化上的的增益辐射图。可以看出,所述第二天线单元142的水平极化的增益从9.8dB新增到12.79dB,两者之间相差2.9dB。
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通过在电路板18的侧面和表面上分别设置所述第一阵列天线12和折叠的所述第二阵列天线14,并将介质透镜分别放置在第一天线单元122之前方与第二天线单元142之上方,结合介质透镜来增加天线的性能以提升无线通信产品的通信速率,如此可以使得无线通信产品的外观有质感且提升产品性能。
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,设置于一壳体内,其特征在于,所述天线结构包括至少一天线模块,每一所述天线模块均包括第一阵列天线、第二阵列天线、第一透镜单元及电路板,所述电路板包括相对设置的上表面、下表面及连接所述上表面和所述下表面的侧面,所述第二阵列天线设置于所述上表面,所述第一阵列天线包括多个第一天线单元,每一所述第一天线单元部分设置于所述侧面上,每一所述第一天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面与下表面上,所述第一透镜单元与所述多个第一天线单元对接,以用于集中所述多个第一天线单元的波束。
2.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,每一所述天线模块还包括第二透镜单元,所述第二阵列天线包括多个第二天线单元,每一所述第二天线单元均设置在所述上表面,所述第二透镜单元与所述多个第二天线单元对接,以用于集中所述多个第二天线单元的波束。
3.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,每一所述天线模块中的第一天线单元的数量与第二天线单元的数量相同。
4.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,每一所述第一天线单元包括第一馈入部和第二馈入部,分别用于馈入电流以激发每一所述第一天线单元产生第一极化方向和第二极化方向,每一所述第二天线单元包括第三馈入部及第四馈入部,分别用于馈入电流以激发每一所述第二天线单元产生第三极化方向及第四极化方向。
5.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,每一所述第二天线单元包括第一折叠部、第二折叠部和主体部,所述主体部设置于所述侧面上,所述第一折叠部和所述第二折叠部分别相对所述主体部弯折并设置于所述上表面和下表面上,且所述第一折叠部和所述第二折叠部均为矩形结构,且长宽均相同。
6.如权利要求4所述的天线结构,其特征在于,每一所述天线模块还包括接地部,所述接地部包括第一接地面、第二接地面、第三接地面、第四接地面、第五接地面及至少一过孔,所述过孔从所述上表面贯穿到所述下表面并电连接所述第一接地面和所述第五接地面,所述第一接地面设置在所述上表面上,所述第五接地面设置在所述下表面上,所述第一馈入部和所述第二馈入部连接至所述第四接地面,所述第三馈入部连接至所述第四接地面,所述第四馈入部连接至所述第三接地面。
7.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,所述第一透镜单元包括至少一第一介质透镜,所述第一介质透镜为包括两个表面的半圆柱体,远离所述第一天线单元的表面呈凸面状,靠近所述第一天线单元的表面呈平面状,所述第二透镜单元包括若干第二介质透镜,每一所述第二介质透镜均包括两个表面,远离所述第二天线单元的表面呈平面状,靠近所述第二天线单元的表面呈凹面状。
8.一种无线通信装置,包括壳体及如权利要求1-7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。
9.如权利要求8所述的无线通信装置,其特征在于,所述壳体包括上盖、下盖及金属边框,所述上盖与所述金属边框的上部相对接,所述下盖与所述金属边框的下部相对接。
10.如权利要求9所述的无线通信装置,其特征在于,所述金属边框的侧部设有与所述多个第一天线单元对接的第一透镜单元,所述下盖设有与所述多个第二天线单元对接的第二透镜单元。
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