CN112186354A - 一种天线及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种天线及终端设备，涉及天线技术领域，使得在终端设备有限的空间中实现多种天线分布的目的，以满足终端设备的通讯要求。该天线应用于终端设备，该终端设备包括非传导射频信号的结构体，该天线包括：辐射体和射频电路，射频电路包括天线馈电端、天线馈地端、信号源和匹配电路；辐射体为终端设备的结构体，结构体用于接收或发送辐射信号；天线馈电端的第一端与辐射体连接，天线馈电端的第二端与匹配电路的第一端连接，匹配电路的第二端与信号源连接，天线馈地端的第一端与辐射体连接，天线馈地端的第二端接地。

Description

一种天线及终端设备

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及终端设备。

背景技术

随着2018年全面屏的全面爆发以及2019年5G元年的到来，对于终端设备的天线而言，极致净空以及多天线的共存使得天线的设计空间进一步捉襟见肘，设计者不仅需要考虑2G/3G/4G通信天线，考虑GPS(Global Positioning System，全球定位系统)/WIFI(Wireless fidelity，无线保真)等短距天线，还要考虑诸如5G NR(New Radio，新空口)的实现，如何针对现有的全面屏ID(Industrial Design，工业设计)终端设备，在有限的空间的中实现多种天线的分布的设计成为了新的终端设计目的。

另外，在5G时代，终端设备天线数量的进一步增加，对终端天线的设计要求也越来越高，天线设计难度也进一步增大。

因此，在全面屏终端设备的设计过程中，天线设计成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种天线及终端设备，使得在终端设备有限的空间中实现多种天线分布的目的，以满足终端设备的通讯要求。

为达到上述技术目的，本申请实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种天线，应用于终端设备，该终端设备包括非传导射频信号的结构体，该天线包括：辐射体和射频电路，射频电路包括天线馈电端、天线馈地端、信号源和匹配电路；辐射体为终端设备的结构体，结构体用于接收或发送辐射信号；天线馈电端的第一端与辐射体连接，天线馈电端的第二端与匹配电路的第一端连接，匹配电路的第二端与信号源连接，天线馈地端的第一端与辐射体连接，天线馈地端的第二端接地。

上述第一方面提供的天线，采用终端设备中非传导射频信号的结构体作为天线的辐射体，在保证终端设备对天线的通讯要求的条件下，不需要在终端设备中增设天线辐射体，有效节约了终端设备的内部空间，避免了因为增设天线辐射体导致终端设备体积增大的问题。另外，将终端设备中原有的非传导射频信号的结构体复用为天线的辐射体，用于传导辐射信号，有效利用了终端设备中的每个部件，且满足了终端设备的通信传输要求。

在一种可能的实现方式中，结构体包括金属部件、金属镀层部件、透明柔性电路板、导体部件中的至少一个。通过对结构体的限定说明了可作为天线的辐射体的结构体，以便终端设备的设计人员根据结构体的位置进行天线设计。

在一种可能的实现方式中，若终端设备为全面屏终端设备，结构体位于终端设备的靠近显示屏的位置。由于全面屏的终端设备显示面局部净空小，天线的设计位置更加紧张，利用靠近显示屏的结构体，能够保证在不影响屏幕的情况下完成天线的设计，提高了终端设备中结构体的利用率。

在一种可能的实现方式中，天线馈电端的第一端通过弹片或导电软辅料与辐射体连接，或者，天线馈电端的第一端与辐射体耦合连接；天线馈地端的第一端通过弹片或导电软辅料与辐射体连接，或者，天线馈地端的第一端与辐射体耦合连接。天线馈电端、天线馈地端与辐射体的连接，有效保证了射频信号的传输，保证天线的有效工作。

在一种可能的实现方式中，射频电路设置于终端设备的印刷电路板。

在一种可能的实现方式中，导体部件包括高导电率材料的部件。高导电率的材料运用得当也能够成为良好的天线辐射体，以使天线能够形成辐射回路，保证天线能够进行工作。

第二方面，提供一种终端设备，包括非传导射频信号的结构体和上述第一方面任一种可能的实现方式中的天线。

上述第二方面提供的终端设备，根据终端设备中的非传导射频信号的结构体设计天线，不需要增设专门的天线的辐射体，节约了终端设备中的空间位置，使得终端设备可以分布多种天线，满足终端设备的通讯要求。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种天线的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种无色FPC的剖面结构图；

图3为本申请实施例提供的一种以无色FPC为辐射体的天线结构图；

图4a为本申请实施例提供的一种终端设备金属结构体位置示意图；

图4b为本申请实施例提供的一种以金属结构体为辐射体的天线结构图；

图5a为本申请实施例提供的一种辐射体与PCB板连接方式剖面示意图；

图5b为本申请实施例提供的一种辐射体与PCB板连接方式俯视图；

图6a为本申请实施例提供的一种辐射体与PCB板连接方式剖面示意图；

图6b为本申请实施例提供的一种辐射体与PCB板连接方式俯视图；

图7为本申请实施例提供的一种天线辐射性能效率图；

图8为本申请实施例提供的一种天线方向性对比图；

图9为本申请实施例提供的一种天线测试效率图；

图10为本申请实施例提供的一种终端设备折叠状态下天线位置结构图；

图11为本申请实施例提供的一种终端设备折叠状态下天线位置结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请作进一步地详细描述。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

以下，对本申请实施例可能出现的术语进行解释。

天线：一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

耦合：指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

单极子天线：竖直的具有四分之一波长的天线。

右头手状态：在对天线性能进行测试的过程中，使用模型的右手握住终端设备，放置于右耳边，靠近头部位置，称为右头手状态。

左头手状态：在对天线性能进行测试的过程中，使用模型的左手握住终端设备，放置于左耳边，靠近头部位置，称为左头手状态。

通常，在终端设备中增设天线，是通过在终端设备中预留出合适的位置，将天线设置在预留的位置，需要说明的是，终端设备中一般包括通讯天线例如，4G天线、5G天线，以及短距离通讯天线例如，WIFI天线。一个具体实现中，通过复用终端设备中的听筒屏蔽网实现WIFI天线或GPS天线的设计，具体实施中，听筒的位置距离终端设备的顶端不小于5mm，出音孔与终端设备顶端的距离不小于10mm，该天线设计为单极子天线，且为对折走线的方式，进一步的，该听筒屏蔽网的材质为金属材质或LDS(Laser Direct Structuring，激光直接成型技术)。该具体实现中，听筒的位置和出音孔进行具体设定，不利于在全面屏的终端设备进行实施。另外，对终端设备中其他位置的金属防尘网也可以作为复用的结构体，以满足终端设备的天线的设计要求。

因此，本申请实施例提供一种天线，通过对终端设备中的非传导射频信号的结构体进行复用，满足终端设备的通讯要求，使得在终端设备有限的空间中进行多个天线的分布设计，同时避免因为增设天线导致终端设备体积增大的问题。

如图1中，为本申请中天线的结构图，该天线设置于终端设备10，终端设备10中包括非传导射频信号的结构体，该天线20包括：辐射体21和射频电路22，射频电路22包括天线馈电端221、天线馈地端222、信号源223和匹配电路224；辐射体21为终端设备10的结构体，结构体用于接收或发送辐射信号；天线馈电端221的第一端与辐射体21连接，天线馈电端221的第二端与匹配电路224的第一端连接，匹配电路224的第二端与信号源223连接，天线馈地端222的第一端与辐射体21连接，天线馈地端222的第二端接地。

上述实施方式中，将终端设备10中非传导射频信号的结构体作为天线20的辐射体21，使得天线20能够进行通讯工作。其中，终端设备10中的非传导射频信号的结构体是原本就设置于终端设备中的，在终端设备10设计天线20时为了避免增加器件引起终端设备10体积增大的问题，将终端设备10中原有的结构体复用为天线20的辐射体21，有效节约了终端设备10的内部空间。

需要说明的是，由于终端设备10本身集合了导体、半导体和绝缘体等多种材质的结构体，以及包括装饰性结构体和非装饰性结构体，理论上，一切终端上的金属体在合适的环境中均能够作为辐射体21使用，现有的终端产品伴随着5G时代的到来，终端设备10的天线20数量进一步增加，为了避免因为天线20数量增加影响终端设备10外形的改变，合理利用终端设备10中的装饰性的结构体有助于实现终端设备10的通讯要求。

图1所示的天线20中，辐射体21分别与天线馈电端221和天线馈地端222连接，天线馈电端221通过匹配电路224与信号源223连接，形成辐射回路，使得辐射体21在信号源223的控制下接收或发送射频信号。其中，根据结构体设计的天线20可以是GPS天线、WIFI天线、4G天线或5G天线，此处不做具体限制。需要说明的是，设计的天线的类型不同，则天线20的匹配电路224和信号源223也不同，另外，在某些情况下匹配电路224可以删除。

在一种可能的结构中，结构体包括金属部件、金属镀层部件、透明柔性电路板、导体部件中的至少一个。其中，上述的结构体均可以作为辐射体21，具体来说，上述的结构体均是可导电的，因此，可以作为天线20的辐射体21。

例如，将一种高透光率低反射率的无色FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)作为天线20的辐射体21，该辐射体21的剖面结构如图2所示，透光材料的上表面设置TP(TouchPad，触摸屏)，下表面与LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)紧密接触，在LCD的下表面设置PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)此处仅是示例，具体可根据实际调整，其中，透光材料可以作为天线20的辐射体21，将射频线路设置于PCB板即可，通过PCB上的射频电路22控制辐射体21工作状态。使用该透光材料作为天线20辐射体21的电路结构如图3所示，其中，辐射体21为透光材料，天线馈电端221和天线馈地端222为导电软辅料，便于与透光材料进行电路信号传输。图示中，匹配电路具体设置为π型的匹配电路，天线馈地端与接地点之间设置电感元件、电阻元件或电容元件，例如，天线馈地端与接地点之间设置电阻元件，电阻元件可以当做天线馈地端的匹配电路，图示仅是示例，并不具体限定。

另外，若终端设备10选择金属部件作为天线的辐射体21，如图4a所示位置的装饰性金属结构体，将该金属结构体作为天线辐射体21，具体连接电路如图4b所示，通过金属弹片或导电软辅料与射频电路22连接，其中，天线馈电端221的第一端与天线馈地端222的第一端均连接至所述金属弹片，天线馈电端221的第二端与匹配电路224的第一端连接，匹配电路224的第二端与信号源223连接，天线馈地端222的第二端与电阻元件R的第一端连接，电阻元件R的第二端接地。

其中，电阻元件R可以理解为天线馈地端222的匹配电路，可根据需要设置，此处仅是示例，不做具体限定。

在一种可能的结构中，天线馈电端221的第一端通过弹片或导电软辅料与辐射体21连接，或者，天线馈电端221的第一端与辐射体21耦合连接；天线馈地端222的第一端通过弹片或导电软辅料与辐射体21连接，或者，天线馈地端222的第一端与辐射体21耦合连接。

需要说明的是，如上述金属部件作为辐射体21的具体实现中，金属结构体与射频电路22之间通过金属弹片连接，仅是示例，由于射频电路22设置于PCB板上，为了方便辐射体21与射频电路22连接，可设置破板弹片或导电软辅料，辐射体21与PCB板之间的位置关系不同，具体设置情况可做适应性调整。具体地说，可作为辐射体21的结构体位于PCB板的侧面位置，PCB板与结构体的连接方式剖面示意如图5a所示，其俯视图如图5b所示；若结构体为T型的结构体，则PCB板与结构体的连接方式剖面示意如图6a所示，其俯视图如图6b所示。

具体地说，天线馈电端221的第一端与辐射体21可通过直接连接，也可以通过耦合馈电的方式连接，其中，直接连接的方式需要设置连接载体，如弹片或导电软辅料，导电软辅料不限于导电硅胶、导电泡棉等。耦合馈电的方式与直接连接的方式相比较，不需中间的连接载体，通过耦合的方式将天线馈电端221或天线馈地端222连接至辐射体21，以便进行信号传输。

在一种可能的结构中，若终端设备10为全面屏终端设备10，结构体位于终端设备10的靠近显示屏的位置。

对于全面屏的终端设备，由于其显示屏面积大，导致局部净空小，为了保证终端设备中天线的设计要求，对靠近显示屏的结构体进行复用，提高了终端设备中结构体的利用率。具体地说，靠近显示屏的位置包括终端边框，终端背板和金属中框等位置。

例如，终端设备10中的天线20用于传输射频信号，一般设置于终端设备10的边框位置，以免对终端设备10中的其他元件形成干扰。需要说明的是，天线20的位置并不局限于终端设备10的金属边框位置，具体可根据天线20的设计结构等特征设置于合适的位置。

在一种可能的结构中，导体部件包括高导电率材料的部件。需要说明的是，天线20的辐射体21并不局限于金属导体，特别是具有高导电率的材料组成的结构体也可以作为天线20辐射体21。

值得一提的是，终端设备10中的触感类传感器的接触部分也可以作为天线20的辐射体21，例如，折叠屏的终端设备10中引入触感类的传感器，该感类传感可实现去除实体按键的功能，或者实现某种状态检测的功能，一个具体实施中，可对终端设备10中的触感类传感器进行复用。

本实施方式中的天线20可以是通信天线也可以是短距离通讯天线，例如，GPS天线、WIFI天线，具体可根据天线辐射体21的长度设置合适类型的天线，辐射体21的长度与天线20的工作频段相关。如，天线20形式包括：单极子(MONOPOLE)天线、IFA(Inverted–F，倒F)天线、LOOP(环形)天线、左手(CRLH)天线等，上述天线均是本领域的技术人员能够明白的天线的形式，此处不再具体说明。

一个具体实现中，根据终端设备10中的结构体得到WIFI天线，与终端设备10中设置的铜皮样的天线辐射体21相比，选择终端设备10中的结构体作为天线的辐射性能效率如图7所示。其中，曲线一表示铜皮样的天线的辐射性能，曲线二表示处于自由放置状态时的以结构体作为天线辐射体的辐射性能，曲线三表示该终端处于右头手状态的天线辐射性能。图示中，以终端设备10中的结构体作为天线的辐射体21与在终端设备10中增设铜皮样作为天线辐射体21的天线辐射性能基本相同，说明使用终端设备10中原有结构体作为天线辐射体21也能满足天线的通讯要求。关于上述两种状态下的天线方向性的对比如图8所示，其中，曲线一表示铜皮样作为天线辐射体21的方向性的变化，曲线二表示以终端设备10中原有结构体作为辐射体21的方向性的变化。由于方向性测试中，方向性值越低说明天线的方向性越好，说明以终端设备10中的结构体作为天线辐射体21的天线方向性更好。

具体地说，终端设备10中后壳设置金属贴片作为天线辐射体21的天线与前壳中的结构体作为天线辐射性能对比，TRP(Total Radiated Power，总辐射功率)如表1所示：

表1：金属贴片作为辐射体与终端设备10中的结构体作为辐射体的天线辐射功率对比表

其中，表1中的自由状态表示终端设备10静置，未与人体近距离接触。

SAR(Specific Absorption Rate，电磁波吸收比值)如表2所示：

表2：金属贴片作为辐射体与终端设备10中的结构体作为辐射体的电磁波吸收比值表

单位质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率，由表1和表2可确定，将终端设备10中的前壳结构体作为辐射体的SAR相较后壳金属贴片作为辐射体的SAR值小，表1中的手摸状态下的降幅均处于正常范围内，使得某些终端设备10在横屏状态(Landscape)下的使用前壳结构体辐射体的用户体验状态更好。

一个具体实现中，根据终端设备10中的结构体将天线20设置为SUB-6对该天线20的性能进行测试，该天线20的频率范围如图9所示。曲线一表示该天线20的辐射效率，曲线二表示该天线20的系统效率，在3GHz-4.8GHz之间，天线20宽频带可覆盖的频段包括：N77、N78和N79。

相对于现有技术而言，本申请中的天线采用终端设备中非传导射频信号的结构体作为天线的辐射体，在保证终端设备对天线的通讯要求的条件下，不需要在终端设备中增设天线辐射体，有效节约了终端设备的内部空间，避免了因为增设天线辐射体导致终端设备体积增大的问题。另外，将终端设备中原有的非传导射频信号的结构体复用为天线的辐射体，用于传导辐射信号，有效利用了终端设备中的每个部件，且满足了终端设备的通信传输要求。

需要说明的是，本申请中的天线馈电端221和天线馈地端222可以是任意结构或形状的馈电装置，此处不做具体限制。另外，本申请中的射频电路22可以设置于PCB板也可以设置于其他介质的介质板，对此，本申请不做具体限定。

本申请的实施方式还提供了一种终端设备10，包括非传导射频信号的结构体和上述实施方式中任一种可能的实现方式中的天线20。

需要说明的是，本申请中的终端设备10可以为全面屏终端也可以为折叠屏终端，对于终端设备10的具体结构不做限定。

一个具体实现中，若终端设备10为折叠屏设备，将终端设备10中的结构体作为天线的辐射体21，其结构体示意如图10和图11所示，图10表示折叠状态下的天线的设置位置结构图，图11表示竖向折叠状态下的天线设置结构图。

可以明白的是，该终端设备10中还应当包括处理器、存储器等硬件，其中，存储器和处理器采用总线的方式连接，总线可以包括任意数量的互联网总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步的描述。总线接口在总线和相控阵天线之间提供接口，经处理器处理的数据通过数据传送给处理器。处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时、外围接口、电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器还可以被用于存储处理器操作试所使用的数据。

上述实施方式中提供的终端设备，根据终端设备中的非传导射频信号的结构体设计天线，不需要增设专门的天线的辐射体，节约了终端设备中的空间位置，使得终端设备可以分布多种天线，满足终端设备的通讯要求。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种天线，其特征在于，应用于终端设备，所述终端设备包括非传导射频信号的结构体，所述天线包括，辐射体和射频电路，所述射频电路包括天线馈电端、天线馈地端、信号源和匹配电路；

所述辐射体为所述终端设备的所述结构体，所述结构体用于接收或发送辐射信号；

所述天线馈电端的第一端与所述辐射体连接，所述天线馈电端的第二端与所述匹配电路的第一端连接，所述匹配电路的第二端与所述信号源连接，所述天线馈地端的第一端与所述辐射体连接，所述天线馈地端的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述结构体包括金属部件、金属镀层部件、透明柔性电路板、导体部件中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，若所述终端设备为全面屏终端设备，所述结构体位于所述终端设备的靠近显示屏的位置。

4.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述天线馈电端的第一端通过弹片或导电软辅料与所述辐射体连接，或者，所述天线馈电端的第一端与所述辐射体耦合连接；

所述天线馈地端的第一端通过弹片或导电软辅料与所述辐射体连接，或者，所述天线馈地端的第一端与所述辐射体耦合连接。

5.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述射频电路设置于所述终端设备的印刷电路板。

6.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述导体部件包括高导电率材料的部件。

7.一种终端设备，其特征在于，包括非传导射频信号的结构体和如权利要求1-6任一项所述的天线。

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