CN112234356A - 天线组件及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种天线组件及电子设备部。天线组件包括：介质结构，介质结构具有沿预设方向依次连接的第一区域、第二区域及第三区域，第一区域用于对射频信号产生第一相位改变量，第二区域用于对射频信号产生第二相位改变量，第三区域用于对射频信号产生第三相位改变量，第二相位改变量与第一相位改变量、第三相位改变量相异；及至少一个天线模组，至少一个天线模组与介质结构相对设置，在预设方向上，至少一个天线模组的中心位置相对于第二区域的中心位置偏移预设距离，以使天线模组发射的射频信号的主瓣方向偏离天线模组的法向预设角度。本申请提供一种提高天线信号传输质量和数据传输速率的天线组件及电子设备。

Description

天线组件及电子设备
技术领域
本申请涉及电子技术领域，具体涉及一种天线组件及电子设备。
背景技术
随着移动通信技术的发展，人们对于数据传输速率、天线信号频宽的要求越来越高，如何将提高电子设备的天线信号传输质量和数据传输速率，成为需要解决的问题。
发明内容
本申请提供一种提高天线信号传输质量和数据传输速率的天线组件及电子设备。
一方面，本申请提供的一种天线组件，包括：介质结构，所述介质结构具有沿预设方向依次连接的第一区域、第二区域及第三区域，所述第一区域用于对射频信号产生第一相位改变量，所述第二区域用于对所述射频信号产生第二相位改变量，所述第三区域用于对所述射频信号产生第三相位改变量，所述第二相位改变量与所述第一相位改变量、所述第三相位改变量相异；及至少一个天线模组，所述至少一个天线模组与所述介质结构相对设置，在所述预设方向上，至少一个所述天线模组的中心位置相对于所述第二区域的中心位置偏移预设距离，且所述天线模组在所述介质结构上的正投影至少部分位于所述第一区域内，以使所述天线模组发射的射频信号的主瓣方向偏离所述天线模组的法向预设角度。
另一方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：壳体；设于所述壳体局部的至少一个谐振结构；及至少一个毫米波天线阵列，所述毫米波天线阵列的中心位置相对于所述谐振结构的中心位置偏移，且所述毫米波天线阵列在所述壳体上的正投影至少部分位于所述谐振结构内；所述壳体未设置所述谐振结构的区域对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第一相位改变量，所述谐振结构对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第二相位改变量，所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量，以使所述毫米波天线阵列发射的毫米波的主瓣方向偏离所述毫米波天线阵列的法向预设角度。
通过设置介质结构的局部区域对于射频信号的相位改变量不同，以使介质结构类似于聚集射频信号的“透镜”，进而使得天线模组射出的射频信号的能量集中，故而能够增加天线模组射出的射频信号的增益；通过设置天线模组的中心位置相对于所述第二区域的中心位置偏离，以使天线模组偏离于“透镜”的中轴线，进而使得天线模组经“透镜”汇聚后的波束指向偏离于天线模组的法向，进而实现天线模组的波束指向可调。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例一提供的一种电子设备的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种天线组件的结构示意图。
图3是本申请实施例提供的第一种电子设备的电池盖所在侧的俯视图。
图4是本申请实施例提供的第二种电子设备的电池盖所在侧的俯视图。
图5是图4提供的一种电子设备的沿B－B线的截面示意图。
图6是本申请实施例提供的第二种天线组件的结构示意图。
图7是本申请实施例提供的一种天线模组在自由空间内和设于介质结构下分别在28GHz和28.5GHz的频点时的波束主瓣方向图。
图8是本申请实施例提供的第三种天线组件的结构示意图。
图9是本申请实施例提供的第四种天线组件的结构示意图。
图10是本申请实施例提供的第五种天线组件的结构示意图。
图11是图3提供的一种电子设备的沿A－A线的第一种截面示意图。
图12是图3提供的一种电子设备的沿A－A线的第二种截面示意图。
图13是图3提供的一种电子设备的沿A－A线的第三种截面示意图。
图14是图3提供的一种电子设备的沿A－A线的第四种截面示意图。
图15是图3提供的一种电子设备的沿A－A线的第五种截面示意图。
图16是本申请实施例提供的第三种电子设备的电池盖所在侧的俯视图。
图17是图16提供的一种电子设备的沿C－C线的截面示意图。
图18是本申请实施例提供的第四种电子设备的电池盖所在侧的俯视图。
图19是图18提供的一种电子设备的沿D－D线的截面示意图。
图20是本申请实施例二提供的一种电子设备的俯视图。
图21是图20提供的一种电子设备的沿E－E线的截面示意图。
图22是图20提供的一种电子设备的沿G－G线的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，图1为电子设备的第一视角示意图。所述电子设备100可以为平板电脑、手机、笔记本电脑、车载设备、可穿戴设备等具有天线的产品。本申请以电子设备100为手机为例，为了便于描述，以电子设备100处于第一视角为参照进行定义，电子设备100的宽度方向定义为X轴方向，电子设备100的长度方向定义为Y轴方向，电子设备100的厚度方向定义为Z轴方向。
请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种天线组件10。所述天线组件10包括介质结构1及至少一个天线模组2。所述介质结构1具有沿预设方向依次连接的第一区域11、第二区域12及第三区域13。所述第一区域11用于对射频信号产生第一相位改变量。所述第二区域12用于对所述射频信号产生第二相位改变量。所述第三区域13用于对所述射频信号产生第三相位改变量。所述第二相位改变量与所述第一相位改变量、所述第三相位改变量相异。所述至少一个天线模组2与所述介质结构1相对设置，在所述预设方向上，至少一个所述天线模组2的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置偏移预设距离H。所述天线模组2在所述介质结构1上的正投影至少部分位于所述第一区域11内，以使所述天线模组2发射的射频信号的主瓣方向偏离所述天线模组2的法向预设角度θ。
通过设置介质结构1的局部区域对于射频信号的相位改变量不同，以使介质结构1类似于聚集射频信号的“透镜”，进而使得天线模组2射出的射频信号的能量集中，故而能够增加天线模组2射出的射频信号的增益；通过设置天线模组2的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置偏离，以使天线模组2偏离于“透镜”的中轴线，进而使得天线模组2经“透镜”汇聚后的波束指向偏离于天线模组2的法向F，进而实现天线模组2的波束指向可调。
具体的，所述射频信号为经过调制且拥有一定发射频率的电磁波。本实施例中，所述射频信号的发射频段包括但不限于毫米波频段、亚毫米频段或太赫兹频段。在其他实施例中，所述射频信号的发射频段还包括中频或低频频段的电磁波。相应地，所述天线模组2为任意一种能够辐射毫米波频段、亚毫米频段或太赫兹频段等电磁波的天线。所述天线模组2包括但不限于相控阵天线等。本实施例中，以射频信号为毫米波频段为例进行说明。
具体的，请参阅图2，所述介质结构1整体为能够透过射频信号的基材，以使射频信号能够经介质结构1辐射出去。所述第一区域11对所述射频信号产生第一相位改变量是指，射频信号在射入第一区域11之前的相位与射频信号在射出第一区域11之后的相位之间的差值。
在射频信号经过所述介质结构1的过程中，所述介质结构1与所述射频信号相互作用，以使射出介质结构1的射频信号的相位发生改变，而介质结构1上第一区域11和第二区域12对于射频信号的作用效果不同，所以介质结构1上第一区域11和第二区域12对射频信号的相位改变量不同，以使从第一区域11和第二区域12射出的射频信号的相位相同或相近，进而使得射频信号的能量集中，及射频信号的波束成形，故而使得介质结构1对射频信号的增益增强。
从介质结构1的材料角度而言，介质结构1局部的材质不均匀，以使介质结构1对于射频信号的相位改变量不同。当介质结构1等效为第一区域11的材质均匀、第二区域12的材质均匀及第三区域13的材质均匀的结构时，第一区域11、第二区域12及第三区域13的等效介电常数不同，以使所述第一区域11、第二区域12及第三区域13与射频信号相互作用之后，从第一区域11、第二区域12及第三区域13射出的射频信号的相位改变量不同，进而调控从第一区域11和第二区域12射出的射频信号的相位相同或相近，使得辐射的射频信号更加能量集中，及射频信号的波束成形，故而使得介质结构1对射频信号的增益增强。
从介质结构1的等效折射率角度而言，介质结构1类似于射频信号的“透镜”结构，其中，介质结构1的第一区域11、第二区域12及第三区域13对于射频信号的等效折射率不同，以使所述第一区域11、第二区域12及第三区域13与射频信号相互作用之后，从第一区域11、第二区域12及第三区域13射出的射频信号的相位改变量不同，进而调控从第一区域11和第二区域12射出的射频信号的相位相同或相近，使得辐射的射频信号更加能量集中，及射频信号的波束成形，故而使得介质结构1对射频信号的增益增强。
可以理解的，介质结构1的第一区域11、第二区域12及第三区域13对于射频信号的相位改变量不同的原因包括但不限于：传输材料的性质不同、产生的二次辐射波不同等等。
请参阅图2，以电子设备100为手机为例进行说明，预设方向为沿X轴方向。在所述预设方向上，至少一个所述天线模组2的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置偏移预设距离H。本申请对于预设距离H的具体尺寸不做限定，例如预设距离H可以小于等于第二区域12在X轴方向的长度的一半。所述天线模组2在所述介质结构1上的正投影至少部分位于所述第一区域11内，以使所述天线模组2发射的射频信号的主瓣方向偏离所述天线模组2的法向F预设角度θ。可以理解的，天线模组2发射的射频信号的主瓣方向偏离所述天线模组2的法向F的预设角度θ，该预设角度θ与所述预设距离H相关。
具体的，所述预设角度θ通过
Figure BDA0002113421830000041
计算得到，其中，所述θ为所述预设角度θ，所述
Figure BDA0002113421830000042
为所述第二相位改变量，所述
Figure BDA0002113421830000043
为所述第一相位改变量，所述λ为所述射频信号的波长，所述Lpatch为所述辐射单元21在所述预设方向上的长度。
可以理解的，当天线模组2沿X轴正向偏离所述第二区域12，所述天线模组2射出的射频信号的主瓣方向沿X轴反向偏离所述第二区域12的法向。且天线模组2沿X轴正向偏离所述第二区域12的距离越大，所述天线模组2射出的射频信号的主瓣方向沿X轴反向偏离所述第二区域12的法向的预设角度θ越大。
进一步地，所述预设距离H可以小于等于第二区域12在X轴方向的长度的一半。
本实施例中，设置所述第二相位改变量与所述第一相位改变量、所述第三相位改变量相异的具体实施方式包括但不限于以下的实施方式。
第一种可能的实施方式，请参阅图2，设置第二区域12的等效介电常数大于第一区域11和第三区域13的等效介电常数，以使所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量和所述第三相位改变量。换而言之，调控第二区域12的等效折射率小于第一区域11和第三区域13的等效折射率，介质结构1的第一区域11、第二区域12、第三区域13等效为中间厚度大，两侧厚度小的射频信号的“透镜”结构。
当天线模组2与所述第二区域12相对设置时，所述天线模组2与所述第二区域12之间的间距小于所述天线模组2与所述第一区域11之间的间距，也小于所述天线模组2与所述第三区域13之间的间距，如此，导致从天线模组2到达第二区域12表面的射频信号的相位小于到达第一区域11的表面的射频信号的相位，及到达第三区域13的表面的射频信号的相位。
通过设置所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量和所述第三相位改变量，相当于第二区域12对射频信号的相位补偿量较大，以使从第一区域11、第二区域12、第三区域13射出的射频信号的相位相同或相近，使得辐射的射频信号更加能量集中，及射频信号的波束成形，故而使得所述天线模组2的发射的射频信号经所述介质结构1后增益增加。
进一步，请参阅图2，设置第一区域11的等效介电常数和第三区域13的等效介电常数相等，以使所述第一相位改变量与所述第三相位改变量相同。换而言之，第一区域11的等效折射率和第三区域13的等效折射率，介质结构1的第一区域11、第二区域12、第三区域13等效为中间厚度大，两侧厚度小且对称的“透镜”结构。
通过设置第一相位改变量与所述第三相位改变量相同，以使从第一区域11、第三区域13射出的射频信号可以相对称地朝向第二区域12集中，进一步地，可以使得从第一区域11、第三区域13射出的射频信号主瓣方向可以沿第二区域12的法线方向或近似沿第二区域12的法线方向射出。所谓主瓣，是指射频信号中辐射强度最大的波束。
在其他实施方式中，可以设置第一区域11的等效介电常数和第三区域13的等效介电常数不相等，以使所述第一相位改变量与所述第三相位改变量不同，以使介质结构1对于射频信号的相位改变量更加灵活，从第一区域11、第三区域13射出的射频信号的能量集中方式和主瓣方向更加灵活，以适应不同的天线组件10设计。
第二种可能的实施方式，设置第二区域12的等效介电常数大于第一区域11和第三区域13的等效介电常数，以使所述第二相位改变量小于所述第一相位改变量和所述第三相位改变量。换而言之，调控第二区域12的等效折射率大于第一区域11和第三区域13的等效折射率，介质结构1的第一区域11、第二区域12、第三区域13等效为中间厚度小，两侧厚度大的射频信号的“透镜”结构。
此实施方式中，第一相位改变量与第三相位改变量可以相同或不同，在此不再赘述。
通过设置所述第二相位改变量小于所述第一相位改变量和所述第三相位改变量，相当于第二区域12对射频信号的相位补偿量较小，使得辐射的射频信号的空间覆盖范围更广、空间覆盖角度更大。
在其他实施方式中，介质结构1还可以包括设于所述第一区域11背离所述第二区域12的第四区域及设于所述第三区域13背离所述第二区域12的第五区域，该第四区域、第五区域对于射频信号的相位改变量与第一区域11、第二区域12对于射频信号的相位改变量不同，进一步地，该第四区域对于射频信号的相位改变量与第五区域对于射频信号的相位改变量相同，第四区域、第五区域对于射频信号的相位改变量小于第一区域11对于射频信号的相位改变量，进而使得介质结构1上不同区域对于射频信号的相位改变量呈梯度变化。本实施方式中的介质结构1等效为中间厚两侧逐渐减薄的“透镜”，以使天线模组2辐射的射频信号更靠近于第二区域12的法线方向，提高天线模组2辐射的射频信号的增益。
请参阅图2，所述第二区域12对于所述射频信号的透过率大于所述第一区域11对于所述射频信号的透过率和所述第三区域13对于所述射频信号的透过率。
具体的，在所述第二区域12设置超材料结构，超材料类比于物质中的分子与原子，由结构尺寸远小于波长的单元结构组成。根据等效介质理论，可以把整个具有一定周期数目单元结构的人工特异电磁介质等效为具有一定等效电磁参数的均匀介质。假设超材料为一定厚度的等效均匀介质，具有反射系数和透射系数，通过调控超材料结构，可以使得反射系数最小，且透射系数最大。举例而言，通过调控超材料结构，将射频信号在超材料结构中的透射系数调整为与射频信号在空气中的透射系数相同或相近，以使超材料结构对于射频信号具有较高的透射率。
在所述第二区域12设置超材料结构，以使第二区域12对于所述射频信号具有第二透过率。所述第一区域11对于所述射频信号的透过率为第一透过率，所述第三区域13对于所述射频信号的透过率为第三透过率，由于第二区域12设置超材料结构，可以使得第二透过率大于所述第一透过率和第三透过率，当天线模组2与第二区域12相对设置时，天线模组2的射频信号能够更多地透过第二区域12射出，减少介质结构1对于天线模组2的射频信号的损耗，提高天线模组2的辐射效率。当天线模组2设于手机等电子设备100，射频信号为毫米波频段时，可以提高毫米波频段在手机等电子设备100内的应用和辐射效果。
举例而言，请参阅图3，所述电子设备100为手机。所述介质结构1为电子设备100的电池盖143，所述天线模组2位于电子设备100内，天线模组2朝向电池盖143收发射频信号，以实现电子设备100的通信。射频信号可以为毫米波信号。本实施例通过对电子设备100的电池盖143进行改进，以使电池盖143局部设置超材料结构，设置超材料结构的区域为第二区域12，超材料结构相对两侧的电池盖143区域形成第一区域11和第三区域13。超材料结构包括但不限于一维、二维或三维的导电层结构。该超材料结构一方面使得电池盖143对毫米波频段呈现高透波特性，形成“毫米波透波电池盖143”，这种电池盖143对毫米波天线模组2的覆盖效应(阻挡信号射出)最小化，另一方面，使得电池盖143类似局部“透镜”，对毫米波频段信号的波束进行赋形，提升毫米波天线模组2的增益。通过以上的设计可以提高毫米波频段在手机等电子设备100中的应用，提高电子设备100中的通信信号速率和频段。
具体的，以第二区域12位于电子设备100的背面为例进行说明。所述第二区域12在X轴方向上的尺寸为W1，所述第二区域12在Y轴方向上的尺寸为L1。天线模组2在X轴方向上的尺寸为W2，天线模组2在Y轴方向上的尺寸为L2。其中，W1≥W2，L1≥L2。由于第二区域12对于射频信号的透过率较大，通过设置天线模组2小于第二区域12的尺寸，以使天线模组2发射的射频信号更多地从第二区域12，减少射频信号的损耗，提高天线模组2的辐射效率。
请参阅图4，当电子设备100为手机，介质结构1为壳体基材14及设于壳体基材14上的超材料结构时，天线模组2中辐射单元21在X轴方向上的尺寸为Lpatch,其中W2＞Lpatch,天线模组2与局部超材料结构在X轴方向上存在错位，使得辐射单元21的一侧正对壳体基材14，另一侧正对超材料结构，进而使得辐射单元21辐射的射频信号的主瓣方向偏离于所述超材料结构的法向。
本申请对于第二区域12的改进包括但不限于，对于第二区域12的材质进行改进，或在第二区域12上设置超材料结构，以实现第二区域12对于射频信号的相位改变量大于第一区域11、第三区域13对于射频信号的相位改变量，以使介质结构1对于天线模组2的射频信号起到提高增益的效果，为天线组件10设于手机等电子设备100内的高效应用提高了可能。本申请对于第二区域12的改进包括但不限于以下的实施方式。
本实施例中，以所述第一相位改变量等于所述第三相位改变量，且所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量为例进行说明。
请参阅图4，所述天线模组2包括沿第一方向排布的多个辐射单元21。所述第一方向与所述预设方向相交。
具体的，所述预设方向为所述第一方向为X轴方向。可以理解的，多个辐射单元21沿Y轴方向延伸。
本实施例中，多个辐射单元21为直线阵列，在其他的实施方式中，多个辐射单元21还可以为二维矩阵或三维矩阵。
请参阅图5，所述天线模组2还包括射频芯片22及绝缘基板23。多个辐射单元21设于绝缘基板23上，且位于朝向壳体组件的一侧。所述射频芯片22用于产生激励信号(也称为射频信号)。所述射频芯片22可以设于电子设备100的主板20上，所述射频芯片22位于绝缘基板23背离所述辐射单元21的一侧。所述射频芯片22通过内嵌于所述绝缘基板23中的传输线与多个辐射单元21电连接。
进一步地，请参阅图5，每一个辐射单元21包括至少一个馈电点24，每一个所述馈电点24均通过所述传输线与所述射频芯片22电连接，每一个所述馈电点24与所述馈电点24对应的辐射单元21的中心之间的距离大于预设距离H。调整所述馈电点24的位置可以改变辐射单元21的输入阻抗，本实施方式中通过设置每一个所述馈电点24与对应的辐射单元21的中心之间的距离大于预设距离H，从而调整辐射单元21的输入阻抗。调整辐射单元21的输入阻抗以使得辐射单元21的输入阻抗与所述射频芯片22的输出阻抗匹配，当辐射单元21与所述射频芯片22的输出阻抗匹配时，所述射频信号产生的激励信号的反射量最小。
可以理解地，所述天线模组2可以为贴片天线。多个辐射单元21可以为辐射单元。
请参阅图6，所述至少一个天线模组2包括第一天线模组41。所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第一区域11偏离，以使所述第一天线模组41发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第三区域13所在侧偏离。
具体的，请参阅图6，所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第一区域11的偏离距离越大，所述第一天线模组41发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第三区域13所在侧偏离的角度越大。具体的，所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第一区域11的偏离距离可以为0～(W1/2)，此时，第一天线模组41发射的射频信号的增益大、频偏较小，且所述第一天线模组41发射的射频信号的主瓣方向偏离所述第一天线模组41的法线角度较大，以使第一天线模组41实现波束偏转。
进一步地，所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置正对所述第一区域11与所述第二区域12的分界线。
当所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第一区域11的偏离距离可以为(W1/2)时，此时，沿X轴方向上，所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置正对所述第一区域11与所述第二区域12的分界线。
通过设置所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置正对所述第一区域11与所述第二区域12的分界线，以使所述第一天线模组41发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第三区域13所在侧偏离的角度较大。请参照图7中(a)和(b)，在自由空间中，天线模组在28GHz频点时的主瓣方向偏离天线模组2法向3°，天线模组2的射频信号在28.5GHz频点时的主瓣方向偏离天线模组2法向3°。请参照图7中(c)和(d)而本申请提供的具有谐振结构15的“透镜”，将所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置正对所述第一区域11与所述第二区域12的分界线，天线模组2的射频信号在28GHz频点时的主瓣方向偏离天线模组2法向47°，天线模组2的射频信号在28.5GHz频点时的主瓣方向偏离天线模组2法向48°。
当然，在其他实施方式中，所述第一天线模组41的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第一区域11的偏离距离可以大于(W1/2)，以使第一天线模组41实现波束偏转。
请参阅图8，所述至少一个天线模组2还包括第二天线模组42。所述第二天线模组42的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第三区域13偏离，以使所述第二天线模组42发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第一区域11所在侧偏离。
具体的，所述第二天线模组42的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第三区域13的偏离距离越大，所述第二天线模组42发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第一区域11所在侧偏离的角度越大。具体的，所述第二天线模组42的辐射单元21的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置朝向所述第三区域13的偏离距离可以为0～(W1/2)，此时，第二天线模组42发射的射频信号的增益大、频偏较小，且所述第二天线模组42发射的射频信号的主瓣方向偏离所述第二天线模组42的法线角度较大，以使第二天线模组42实现波束偏转。
通过设置第一天线模组41和第二天线模组42，以使第一天线模组41和第二天线模组42辐射的射频信号分别朝向相反的方向偏转。以第一区域11的法线为0°为例，例如，第一天线模组41辐射的射频信号覆盖范围可以为0°～90°，第二天线模组42辐射的射频信号覆盖范围可以为-90°～0°。这样第一天线模组41和第二天线模组42的射频信号覆盖范围相叠加为180°，提高了天线组件10辐射的射频信号覆盖范围，提高电子设备100的通信能力。
进一步地，请参阅图8，所述第二天线模组42的辐射单元21的中心位置正对所述第二区域12与所述第三区域13的分界线。
通过设置所述第二天线模组42的辐射单元21的中心位置正对所述第三区域13与所述第二区域12的分界线，以使所述第二天线模组42发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第一区域11所在侧偏离的角度较大，此时，天线组件10的辐射性能较好。
请参阅图9，所述至少一个天线模组2还包括第三天线模组43。所述第三天线模组43位于所述第一天线模组41与所述第二天线模组42之间。
具体的，所述第一天线模组41、所述第二天线模组42、第三天线模组43辐射的射频信号的主瓣方向各不相同，相互错开，以使第一天线模组41、所述第二天线模组42、第三天线模组43辐射的射频信号的空间覆盖范围相互叠加后的空间覆盖度较大，进一步地提高天线组件10的辐射性能，提高电子设备100的通信能力。
进一步地，请参阅图9，所述第三天线模组43的辐射单元21的中心位置正对所述第二区域12的中心位置。
当第三天线模组43的辐射单元21的中心位置正对所述第二区域12的中心位置时，的第三天线模组43的辐射单元21辐射的射频信号的主瓣方向沿所述第三天线模组43的法线方向，而第一天线模组41和第二天线模组42分别沿相反的方向偏离所述第三天线模组43的主瓣方向，以使第一天线模组41、所述第二天线模组42、第三天线模组43辐射的射频信号的空间覆盖范围可以相互交叠，且第一天线模组41、所述第二天线模组42、第三天线模组43辐射的射频信号的空间覆盖范围相互叠加后的空间覆盖度较大，进一步地提高天线组件10的辐射性能，提高电子设备100的通信能力。
在其他实施方式中，所述天线模组2的数量还可以为大于3个，本申请对于天线模组2的数量不做限定，本领域技术人员根据实际情况设定天线模组2的数量及偏离于第一区域11中心位置的具体距离，都属于本申请的保护范围。
请参阅图10，所述介质结构1包括壳体基材14及设于所述壳体基材14的谐振结构15。所述壳体基材14上设有所述谐振结构15的区域形成所述第二区域12。设于所述谐振结构15一侧的壳体基材14为所述第一区域11。设于所述谐振结构15另一侧的壳体基材14为所述第三区域13。可以理解的，所述谐振结构15为上述的超材料结构。
具体的，以电子设备100为手机为例进行说明，介质结构1可以为手机的电池盖143。所述谐振结构15用于在射频信号的作用下，产生第二辐射波，该第二辐射波与射入的射频信号相互作用后，以改变射频信号的相位，以使介质结构1的第二区域12对于射频信号的相位改变量较大。壳体基材14为电子设备100的外壳的一部分，该壳体基材14本身由于材料损耗、表面波等作用能够改变射频信号的相位。当然，该壳体基材14对于射频信号的相位改变量小于设有谐振结构15对于射频信号的相位改变量。
本实施例中，通过在壳体基材14的局部设置谐振结构15，利用壳体基材14本身对于射频信号的相位改变量较小，即可使得介质结构1形成小相位改变量、大相位改变量、小相位改变量的结构，该结构类似于中间厚两侧薄的“透镜”，进而实现对于天线模组2的射频信号进行波束赋形，提高天线模组2的增益，进一步地，提高毫米波频段在手机等电子设备100内的应用。
本申请对于谐振结构15如何设于壳体基材14的局部并不做限定，具体的包括但不限于以下的实施方式。
在第一种可能的实施方式中，请参阅图11，所述壳体基材14包括相背设置的第一表面141和第二表面142。所述第二表面142朝向所述天线模组2。所述谐振结构15设于所述第一表面141。
具体的，以壳体基材14为电子设备100的电池盖143为例进行说明。第一表面141为壳体基材14的外表面，第二表面142为壳体基材14的内表面。将谐振结构15设于第一表面141可以是将谐振结构15设于柔性衬底上，将柔性衬底固定于第一表面141上，以使谐振结构15固定于壳体基材14上。可以理解的，本实施方式中，谐振结构15设于壳体基材14之外，天线模组2设于电子设备100内，且正对谐振结构15。谐振结构15不会占据电子设备100内的空间，另外，当谐振结构15与天线模组2需要设置一定的间距时，通过将谐振结构15设于壳体基材14之外，以使天线模组2与壳体基材14的内表面之间的间距不会太大，进而可以减小电子设备100的厚度。可以理解的，谐振结构15的表面可以经过处理，以使谐振结构15的表面与第一表面141外观一致。
在第二种可能的实施方式中，请参阅图12，与第一种可能的实施方式不同的是，所述谐振结构15设于所述第二表面142。
通过将谐振结构15设于所述第二表面142，以使谐振结构15设于电子设备100的壳体基材14内，以使谐振结构15不易受到磨损或损伤，提高天线组件10的寿命，还能确保壳体基材14的外观一致性。
在第三种可能的实施方式中，请参阅图13，与第一种可能的实施方式不同的是，所述谐振结构15至少部分嵌设于所述第一表面141与所述第二表面142之间。
具体的，第一表面141或第二表面142上可以设于凹槽143，所述谐振结构15设于所述凹槽143内。
通过将谐振结构15至少部分嵌设于所述第一表面141与所述第二表面142之间，以使谐振结构15的部分厚度与壳体基材14的部分厚度相重合，进而减小电子设备100的厚度，同时，凹槽143对谐振结构15提供了一个定位结构，提高天线组件10的组装效率。
进一步地，请参阅图14，谐振结构15可以全部嵌设于所述第一表面141与所述第二表面142之间。谐振结构15与壳体基材14为一体结构，避免谐振结构15和壳体基材14在Z轴方向上叠加，减小电子设备100的厚度。
在第四种可能的实施方式中，请参阅图15，与第一种可能的实施方式不同的是，所述壳体基材14具有贯穿第一表面141和第二表面142的通孔143，所述谐振结构15嵌设于所述通孔143内，避免谐振结构15和壳体基材14在Z轴方向上叠加，减小电子设备100的厚度。
请参阅图2，所述天线模组2与所述谐振结构15相间隔预设间距，以使所述天线模组2所辐射的较强的射频信号能够充分辐射到谐振结构15的每个区域，提高谐振结构15的利用率。
具体的，所述第一区域11、所述第二区域12及所述第三区域13沿预设方向排列，所述预设间距随着所述谐振结构15在所述预设方向上的尺寸的增大而增大，以使所述天线模组2所辐射的较强的射频信号能够充分辐射到谐振结构15上的每个区域，提高谐振结构15的利用率。
请参阅图16，所述谐振结构15包括多个呈阵列排布且相互绝缘的谐振单元16。所述谐振单元16包括至少一层导电贴片161。
请参阅图16及图17，当所述至少一层导电贴片161为单层时，所述谐振结构15由一层导电层及设于所述导电层上且周期性排布的通孔143形成。该通孔143包括但不限于，十字形、矩形、矩形环、十字形环、圆环、三角形、圆形、多边形等。通孔143等效于谐振结构15的电容，相邻的两个通孔143之间的导电部分等效于谐振结构15的电感。谐振结构15在谐振频点时对入射的射频信号呈现全透射特性，而在其他频点对入射的射频信号则呈现不同程度的反射特性。当射频信号的频段为谐振频段时，射入谐振结构15的射频信号在谐振结构15上产生二次辐射，以使谐振结构15对于射频信号具有较高的透射性能。
此外，所述谐振结构15上的通孔143还可以呈非周期性排列。所述谐振结构15上的通孔143的形状可以相同或不同。
请参阅图18及图19，当所述至少一层导电贴片161为多层且相间隔时，所述谐振结构15包括相间隔的多层导电层，每层所述导电层包括阵列排布的导电贴片161，不同所述导电层之间的所述导电贴片161的形状相同或相异。
具体的，谐振结构15为多层相间隔设置的导电层形成，每层所述导电层可以为贴片型结构单元或孔洞型结构单元。具体的，贴片型结构单元包括多个阵列排布且相互绝缘的导电贴片161，所述导电贴片161的形状包括但不限于，十字形、矩形、矩形环、十字形环、圆环、三角形、圆形、多边形等。导电贴片161等效于谐振结构15的电感，相邻的两个导电贴片161之间的间隙等效于谐振结构15的电容，其在谐振频率对入射的射频信号呈全反射特性，而在其他频点处对入射的射频信号呈现不同程度的透射特性。栅格型结构单元包括导电层及设于所述导电层上且周期性排布的通孔143。该通孔143包括但不限于十字形、矩形、矩形环、十字形环、圆环、三角形、圆形、多边形等。
具体的，每一层的导电层的导电贴片161可以相同或不同，相邻层的导电层类型可以相同或不同。举例而言，当导电层为两层时，两层导电层可以采用贴片型结构单元+孔洞型结构单元；采用贴片型结构单元+贴片型结构单元；采用孔洞型结构单元+孔洞型结构单元；采用孔洞型结构单元+贴片型结构单元。
通过在壳体基材14上设置谐振结构15，以降低介质结构1对于射频信号的反射，提高介质结构1的透射能力，当天线组件10应用于手机时，可以改善电池盖143对于射频信号的透射率，及由于谐振结构15设于壳体基材14的局部，以使壳体基材14及谐振结构15类似于“透镜”，以使射频信号的能量集中，提高天线模组2的增益。
可以理解的，所述导电贴片161为金属材质。当然，在其他实施方式中，所述导电贴片161还可以为非金属导电材质。
所述壳体基材14的材料为塑料、玻璃、蓝宝石、陶瓷的至少一种或者多种组合。
可以理解地，本申请实施例一提供的一种电子设备100，包括上述任意一种实施方式所述的天线组件10。当电子设备100为手机时，天线组件10的介质结构1可以为壳体结构，包括壳体基材14及设于壳体基材14上的谐振结构15。
本申请实施例二还提供的一种电子设备100。本实施例提供的电子设备100与实施例一提供的电子设备100结构大致相同，不同之处在于，电子设备100包括壳体、设于所述壳体局部的至少一个谐振结构15及至少一个毫米波天线阵列。所述毫米波天线阵列的中心位置相对于所述谐振结构15的中心位置偏移。所述毫米波天线阵列在所述壳体上的正投影至少部分位于所述谐振结构15内。所述壳体未设置所述谐振结构15的区域对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第一相位改变量。所述谐振结构15对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第二相位改变量。所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量，以使所述毫米波天线阵列发射的毫米波的主瓣方向偏离所述毫米波天线阵列的法向预设角度θ。
其中，壳体请参阅实施例一中的壳体基材14的具体描述，谐振结构15请参阅实施例一中的具体描述，毫米波天线阵列可以参考实施例一中的天线模组2的具体描述，在此不再赘述。
本实施例中以电子设备100为手机为例进行说明。其中，壳体为电池盖143。该电子设备100为至少包括毫米波进行通信的手机。
通过在壳体的局部区域设置谐振结构15，以使谐振结构15对于射频信号的相位改变量与其他壳体区域对于射频信号的相位改变量不同，以使壳体类似于聚集射频信号的“透镜”，进而使得毫米波天线阵列射出的射频信号的能量集中，故而能够增加毫米波天线阵列射出的射频信号的增益；通过设置毫米波天线阵列的中心位置相对于所述第二区域12的中心位置偏离，以使天线模组2偏离于“透镜”的中轴线，进而使得毫米波天线阵列经“透镜”汇聚后的波束指向偏离于毫米波天线阵列的法向，进而实现毫米波天线阵列的波束指向可调。
在一实施方式中，请参阅图19及图20，所述至少一个谐振结构15包括相间隔设置的第一谐振结构151和第二谐振结构152。所述至少一个毫米波天线阵列包括第一毫米波天线阵列25和第二毫米波天线阵列26。所述第一毫米波天线阵列25对应于所述第一谐振结构151。所述第二毫米波天线阵列26对应于所述第二谐振结构152。所述第一毫米波天线阵列25相对于所述第一谐振结构151偏离的方向与所述第二毫米波天线阵列26相对于所述第二谐振结构152偏离的方向相反。
请参阅图20及图21，以毫米波天线阵列为直线阵列为例进行说明。第一毫米波天线阵列25和第二毫米波天线阵列26可以沿X轴方向延伸。此时，第一毫米波天线阵列25和第二毫米波天线阵列26的波束沿X轴方向扫描。相应地，第一谐振结构151和第二谐振结构152相对设置且沿X轴方向延伸。其中，第一谐振结构151靠近于所述壳体的顶边，第二谐振结构152靠近于所述壳体的底边(以图20为参考)。其中，第一毫米波天线阵列25相对于第一谐振结构151沿所述第二谐振结构152所在的方向偏移。第二毫米波天线阵列26相对于第二谐振结构152沿所述第一谐振结构151所在的方向偏移。以使第一毫米波天线阵列25辐射的射频信号的主瓣方向朝向电子设备100的斜上方(以图20为参考)，及第二毫米波天线阵列26辐射的射频信号的主瓣方向朝向电子设备100的斜下方(以图21为参考)，进而使得第一毫米波天线阵列25和第二毫米波天线阵列26的覆盖范围相叠加之后的范围较大，提高电子设备100的毫米波通信质量。
在其他实施方式中，可以设置一对毫米波天线阵列可以沿Y轴方向延伸，且一对毫米波天线阵列的主瓣方向沿相反的方向偏离。
进一步地，请参阅图20及图22，所述至少一个谐振结构15还包括第三谐振结构153。所述至少一个毫米波天线阵列还包括第三毫米波天线阵列27。所述第三毫米波天线阵列27与所述第三谐振结构153相对应。所述第三毫米波天线阵列27中的辐射单元21的排列方向与所述第二毫米波天线阵列26中的辐射单元21的排列方向相交。
具体的，所述第二毫米波天线阵列26中的辐射单元21的排列方向沿X轴方向，所述第二毫米波天线阵列26沿X轴方向进行波束扫描，且所述第二毫米波天线阵列26在沿X轴方向上的增益增加。所述第三毫米波天线阵列27中的辐射单元21的排列方向沿Y轴方向，所述第三毫米波天线阵列27沿Y轴方向进行波束扫描，且所述第三毫米波天线阵列27在沿Y轴方向上的增益增加，以使所述第三毫米波天线阵列27和第二毫米波天线阵列26分别沿不同的方向进行高增益的波束扫描，进而提高电子设备100的波束空间覆盖度和增益。
进一步地，请参阅图20及图22，所述至少一个谐振结构15还包括第四谐振结构44。所述至少一个毫米波天线阵列还包括第四毫米波天线阵列28。第四毫米波天线阵列28对应第四谐振结构44。第四毫米波天线阵列28的辐射单元21的排列方向沿Y轴方向。所述第三毫米波天线阵列27相对于所述第三谐振结构153偏离的方向与所述第四毫米波天线阵列28相对于所述第四谐振结构44偏离的方向相反。
所述第三毫米波天线阵列27和第四毫米波天线阵列28沿Y轴方向进行波束扫描，且所述第三毫米波天线阵列27和第四毫米波天线阵列28在沿Y轴方向上的增益增加。
具体的，所述壳体包括电池盖143，第一毫米波天线阵列25、第二毫米波天线阵列26及第三毫米波天线阵列27设于电池盖143上。
结合所述第一、二、三、四毫米波天线阵列，本实施方式提供的电子设备100能够在电子设备100的背面的竖直方向和水平方向上进行高增益的波束扫描，及天线阵列能够朝向电子设备100的背面的斜上方、斜下方、斜向左侧、斜向右侧(以图21、图22为参考)等方向辐射波束，进而电子设备100的波束空间覆盖度和增益。
具体的，请参阅图20，所述壳体还包括围接于所述电池盖143周侧的中框144。所述至少一个谐振结构15还包括第五谐振结构155、第六谐振结构156。所述第五谐振结构155、第六谐振结构156相对设置于所述中框144上。所述至少一个毫米波天线阵列还包括第五毫米天线阵列29及第六毫米天线阵列3。第五毫米天线阵列29及第六毫米天线阵列3分别对应于第五谐振结构155、第六谐振结构156。所述第五毫米天线阵列29中的辐射单元21的排列方向与所述第五谐振结构155于所述中框144上的所在侧边的延伸方向一致。所述第五毫米波天线阵列相对于所述第五谐振结构155偏离的方向与所述第六毫米波天线阵列相对于所述第六谐振结构156偏离的方向相反。
结合所述第一、二、三、四、五、六毫米波天线阵列，本实施方式提供的电子设备100能够在电子设备100的竖直方向和水平方向上进行高增益的波束扫描，及天线阵列能够朝向电子设备100的背面的斜上方、斜下方、斜向左侧、斜向右侧、左上方、左下方(以图20为参考)等方向辐射波束，进而电子设备100的波束空间覆盖度和增益。
当然，本申请包括但不限以上的天线阵列的数量和这三个天线阵列的排布方式。
以上所述是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (20)

1.一种天线组件，其特征在于，包括：
介质结构，所述介质结构具有沿预设方向依次连接的第一区域、第二区域及第三区域，所述第一区域用于对射频信号产生第一相位改变量，所述第二区域用于对所述射频信号产生第二相位改变量，所述第三区域用于对所述射频信号产生第三相位改变量，所述第二相位改变量与所述第一相位改变量、所述第三相位改变量相异；及
至少一个天线模组，所述至少一个天线模组与所述介质结构相对设置，在所述预设方向上，至少一个所述天线模组的中心位置相对于所述第二区域的中心位置偏移预设距离，且所述天线模组在所述介质结构上的正投影至少部分位于所述第一区域内，以使所述天线模组发射的射频信号的主瓣方向偏离所述天线模组的法向预设角度。
2.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述第一相位改变量等于所述第三相位改变量，所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量。
3.如权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述天线模组包括沿第一方向排布的多个辐射单元，所述第一方向与所述预设方向相交。
4.如权利要求3所述的天线组件，其特征在于，所述至少一个天线模组包括第一天线模组，所述第一天线模组的辐射单元的中心位置相对于所述第二区域的中心位置朝向所述第一区域偏离，以使所述第一天线模组发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第三区域所在侧偏离。
5.如权利要求4所述的天线组件，其特征在于，所述第一天线模组的辐射单元的中心位置正对所述第一区域与所述第二区域的分界线。
6.如权利要求4所述的天线组件，其特征在于，所述至少一个天线模组还包括第二天线模组，所述第二天线模组的辐射单元的中心位置相对于所述第二区域的中心位置朝向所述第三区域偏离，以使所述第二天线模组发射的射频信号的主瓣方向朝向所述第一区域所在侧偏离。
7.如权利要求6所述的天线组件，其特征在于，所述第二天线模组的辐射单元的中心位置正对所述第二区域与所述第三区域的分界线。
8.如权利要求6所述的天线组件，其特征在于，所述至少一个天线模组还包括第三天线模组，所述第三天线模组位于所述第一天线模组与所述第二天线模组之间。
9.如权利要求8所述的天线组件，其特征在于，所述第三天线模组的辐射单元的中心位置正对所述第二区域的中心位置。
10.如权利要求3所述的天线组件，其特征在于，所述预设角度通过
Figure FDA0002113421820000021
计算得到，其中，所述θ为所述预设角度，所述
Figure FDA0002113421820000022
为所述第二相位改变量，所述
Figure FDA0002113421820000023
为所述第一相位改变量，所述λ为所述射频信号的波长，所述Lpatch为所述辐射单元在所述预设方向上的长度。
11.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述第二区域对于所述射频信号的透过率大于所述第一区域对于所述射频信号的透过率和所述第三区域对于所述射频信号的透过率。
12.如权利要求1～11任意一项所述的天线组件，其特征在于，所述介质结构包括壳体基材及设于所述壳体基材的谐振结构，所述壳体基材上设有所述谐振结构的区域形成所述第二区域；设于所述谐振结构一侧的壳体基材为所述第一区域，设于所述谐振结构另一侧的壳体基材为所述第三区域。
13.如权利要求12所述的天线组件，其特征在于，所述壳体基材包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第二表面朝向所述天线模组，所述谐振结构设于所述第一表面；或者所述谐振结构设于所述第二表面；或者所述谐振结构至少部分嵌设于所述第一表面与所述第二表面之间。
14.如权利要求12所述的天线组件，其特征在于，所述谐振结构包括多个呈阵列排布的谐振单元，所述谐振单元包括至少一层导电贴片。
15.如权利要求14所述的天线组件，其特征在于，当所述至少一层导电贴片为单层时，所述谐振结构由一层导电层及设于所述导电层上且周期性排布的通孔形成。
16.如权利要求14所述的天线组件，其特征在于，当所述至少一层导电贴片为多层且相间隔时，所述谐振结构包括相间隔的多层导电层，每层所述导电层包括阵列排布的导电贴片，不同所述导电层之间的所述导电贴片的形状相同或相异。
17.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-16任意一项所述的天线组件。
18.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；
设于所述壳体局部的至少一个谐振结构；及
至少一个毫米波天线阵列，所述毫米波天线阵列的中心位置相对于所述谐振结构的中心位置偏移，且所述毫米波天线阵列在所述壳体上的正投影至少部分位于所述谐振结构内；所述壳体未设置所述谐振结构的区域对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第一相位改变量，所述谐振结构对所述毫米波天线阵列所辐射的毫米波产生第二相位改变量，所述第二相位改变量大于所述第一相位改变量，以使所述毫米波天线阵列发射的毫米波的主瓣方向偏离所述毫米波天线阵列的法向预设角度。
19.如权利要求18所述的电子设备，其特征在于，所述至少一个谐振结构包括相间隔设置的第一谐振结构和第二谐振结构，所述至少一个毫米波天线阵列包括第一毫米波天线阵列和第二毫米波天线阵列，所述第一毫米波天线阵列对应于所述第一谐振结构，所述第二毫米波天线阵列对应于所述第二谐振结构，所述第一毫米波天线阵列相对于所述第一谐振结构偏离的方向与所述第二毫米波天线阵列相对于所述第二谐振结构偏离的方向相反。
20.如权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述至少一个谐振结构还包括第三谐振结构，所述至少一个毫米波天线阵列还包括第三毫米波天线阵列，所述第三毫米波天线阵列与所述第三谐振结构相对应，所述第三毫米波天线阵列中的辐射单元的排列方向与所述第二毫米波天线阵列中的辐射单元的排列方向相交。
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