CN112421220B - 天线结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种天线结构及电子设备；所述天线结构包括基板、N个辐射片、接地板及设于所述基板内的馈电件和接地件，所述馈电件连接有毫米波信号源，基板包括第一侧面与所述第一侧面相背设置的第二侧面，所述接地板设于第一侧面，所述N个辐射片设于第二侧面，所述N个辐射片依次首尾相邻设置，且相邻的两个辐射片之间形成有断缝，N为大于等于4的整数；在第一辐射片的第一端与所述馈电件连接的情况下，与第一辐射片的第一端相邻的第二辐射片的第一端或第二端与所述接地件连接，第一辐射片及第二辐射片为所述N个辐射片中任意相邻的两个辐射片。本申请提供的天线结构能够覆盖多个天线频段，节省了电子设备内部的占用空间和硬件成本。

Description

天线结构及电子设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线结构及电子设备。

背景技术

随着5G(第五代移动通信)的发展，毫米波天线的设计渐渐被引入到一些小的电子设备上，如手机、平板、笔记本电脑等。目前，毫米波天线设计方案主要是采用天线封装(Antenna in Package，AIP)的技术与工艺，即把毫米波的阵列天线，射频集成电路(RadiaoFrquency Intergarted Circuit，RFIC)以及电源管理集成电路(Power ManagementIntergarted Circuit，PMIC)集成在一个模块内。但是，这样的设计方案上的天线无法同时覆盖毫米波的多个频段，当毫米波天线需要支持多频时，往往需要较多的天线模块，造成电子设备空间、成本的增加。

发明内容

本申请实施例提供一种天线结构及电子设备，以解决现有的毫米波天线在支持多个频段覆盖时，导致电子设备内部空间和硬件成本增加的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种天线结构，包括基板、N个辐射片、接地板及设于所述基板内的馈电件和接地件，所述馈电件连接有毫米波信号源，所述基板包括第一侧面与所述第一侧面相背设置的第二侧面，所述接地板设于所述第一侧面，所述N个辐射片设于所述第二侧面，所述N个辐射片依次首尾相邻设置，且相邻的两个辐射片之间形成有断缝，N为大于等于4的整数；

每一个辐射片均包括远离设置的第一端和第二端，一个辐射片的第一端与另一个辐射片的第一端或第二端相邻以形成所述断缝，其中，在第一辐射片的第一端与所述馈电件连接的情况下，与所述第一辐射片的第一端相邻的第二辐射片的第一端或第二端与所述接地件连接，所述第一辐射片及所述第二辐射片为所述N个辐射片中任意相邻的两个辐射片。

第二方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面中所述的天线结构。

本申请实施例提供的天线结构，通过对N个辐射片的排列方式、断缝以及馈电件和接地件进行设计，使得天线结构能够形成MIMO系统，覆盖多个天线频段，无需设置多个天线模块来支持多频段覆盖，节省了电子设备的硬件成本和内部空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本申请实施例提供的天线结构的一种结构图；

图2是图1提供的天线结构不包括基板的结构图；

图2a是图2中辐射片的结构图；

图3是本申请实施例提供的天线结构中馈电孔与毫米波信号源的一种结构图；

图4是本申请实施例提供的天线结构中馈电孔与毫米波信号源的另一种结构图；

图5是本申请实施例提供的天线结构中辐射片的一种结构图；

图6是本申请实施例提供的天线结构中辐射片的另一种结构图；

图7是本申请实施例提供的天线结构中辐射片的一种工艺流程图；

图8是本申请实施例提供的一种天线结构进行S参数仿真测试的测试数据图；

图9a是本申请实施例提供的一种天线结构在第一频点的辐射方向图；

图9b是本申请实施例提供的一种天线结构在第二频点的辐射方向图；

图9c是本申请实施例提供的一种天线结构在第三频点的辐射方向图；

图9d是本申请实施例提供的一种天线结构在第四频点的辐射方向图。

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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提了一种天线结构。

请参照图1至图4，所述天线结构包括基板11、N个辐射片12、接地板13及设于所述基板11内的馈电件14和接地件15，所述馈电件14连接有毫米波信号源17，所述基板11包括第一侧面与所述第一侧面相背设置的第二侧面，所述接地板13设于所述第一侧面，所述N个辐射片12设于所述第二侧面，所述N个辐射片12依次首尾相邻设置，且相邻的两个辐射片12之间形成有断缝16，N为大于等于4的整数。每一个辐射片12均包括远离设置的第一端和第二端，一个辐射片12的第一端与另一个辐射片12的第一端或第二端相邻以形成所述断缝16；其中，在第一辐射片的第一端与所述馈电件14连接的情况下，与第一辐射片的第一端相邻的第二辐射片的第一端或第二端与所述接地件15连接，所述第一辐射片及所述第二辐射片为所述N个辐射片中任意相邻的两个辐射片。

可以理解地，任意相邻的两个辐射片12之间形成有断缝16，N个辐射片12依次首尾相邻设置也就会形成N个断缝16，所述N个辐射片12与N个断缝16围合形成如图5所示的环形结构，或如图6所示的矩形结构，或如图1所示的不规则形状结构。需要说明的是，本申请实施例提供的天线结构中，辐射片12的数量大于等于4，那么多个辐射片12还可以是围合形成其他形状，此处不做过多赘述。

本申请实施例中，辐射片12包括相互远离的第一端和第二端，一个辐射片12的第一端与另一个辐射片12的第一端或第二端相邻，在一个辐射片的第一端与馈电件14连接的情况下，与该第一端相邻的另一个辐射片12的第一端或第二端与接地件15连接。也就是说，任意两个相邻的辐射片12形成断缝16的端部，这两个相邻的辐射片12中的一者通过馈电件14连接毫米波信号源17，另一者通过接地件15连接至接地板13。

请具体参照图2，对于同一个断缝16来说，位于该断缝16一侧的第一端或第二端若是与馈电件14连接，那么位于该断缝16另一侧的第一端或第二端则是与接地件15连接。其中，馈电件14连接有毫米波信号源17，以对辐射片12馈入毫米波信号，形成天线辐射；接地件15实现辐射片12的接地。

需要说明的是，同一个辐射片12的第一端和第二端可以是分别与馈电件14和接地件15连接，或者，同一个辐射片12的第一端和第二端均与馈电件14连接，或者是均与接地件15连接。本实施例中，N个辐射片12能够形成N个断缝16，一个断缝16两侧的辐射片12分别连接一个馈电件14和一个接地件15，那么所述天线结构也就包括N个馈电件14和N个接地件15，N个馈电件14也就能够连接N个毫米波信号源17，这样的设计也就使得通过N个毫米波信号源17能够组合形成多种辐射天线。例如，当N为4时，其中相对设置的两个馈电件14连接的毫米波信号源17同时作用时，能够形成天线其中的一个极化辐射，当另外相对设置的两个馈电件14连接的毫米波信号源17同时作用时，能够形成天线的另一个极化辐射，进而也就使得所述天线结构具备双极化性能，形成多输入多输出(Multi Input Multi Output，MIMO)天线，提升了数据的传输速率。

本申请实施例提供的天线结构，通过对N个辐射片12的排列方式、断缝16以及馈电件14和接地件15进行设计，使得天线结构能够形成MIMO系统，覆盖多个天线频段，无需设置多个天线模块来支持多频段覆盖，节省了电子设备的硬件成本；并且，由于N个辐射片12是依次首尾相邻设置的，在空间布局上更为合理，进一步节省了天线结构在电子设备内部的占用空间，使得天线结构能够适用于较小的电子设备，提高了天线结构的应用范围。

请结合图1和图2，馈电件14贯穿基板11，馈电件14的两端分别朝向辐射片12和接地板13。其中，接地板13上设有第一通孔，毫米波信号源17通过第一通孔与馈电件14连接，以方便将毫米波信号源17布局在接地板13一侧。

或者，也可以是将毫米波信号源17布局在基板11中，也就无需占用接地板13上的空间，进一步节省了天线结构整体在电子设备中的占用空间，更有利于天线结构在电子设备内的布局。

本申请实施例中，所述N个辐射片12形成中心对称的辐射结构。也就是说，至少4个辐射片12形成的辐射结构为中心对称的结构，例如所述辐射结构由4个辐射片12形成矩形。对称性的设计，使得辐射片12是两两相对的，相对的两个辐射片12连接的馈电件14也是相对设置的，当相对的两个馈电件14连接的毫米波信号源17同时作用时，也就能够形成天线的极化辐射，至少4个辐射片12也就能够实现天线的双极化辐射，形成MIMO天线，增加了天线的无线连接能力，提升数据的传输速率。

如图5所示，天线结构包括4个辐射片12，4个辐射片12形成的辐射结构为圆形；或者，如图6所示，4个辐射片12形成的辐射结构为矩形；或者，4个辐射片12形成的辐射结构为图1所示的不规则形状。

请具体参照图1、图2及图2a，4个辐射片12围合形成辐射结构，且该辐射结构中部形成有十字形的第二通孔18；4个辐射片12形状一致，每一个辐射片12形成有依次连接的第一弯折部121、第二弯折部122和第三弯折部123，第二弯折部122向靠近第二通孔18中心的方向弯折，第一弯折部121和第三弯折部123向远离第二通孔18中心的方向弯折。这样，4个形状一致的辐射片12也就能够围合形成中心对称的辐射结构，具有高度对称性。并且，4个辐射片12通过形成4个断缝16，并通过与馈电件14和接地件15的连接，进而使得天线结构能够具备双极化性能，可形成MIMO功能，增加天线的无线连接能力。

进一步地，每一个辐射片12的背对所述第二通孔18的一侧形成缺口101；或者说，第一弯折部121和第三弯折部123之间形成缺口101。请进一步参照图1和图7，该辐射结构可以是通过如下方式形成：取一张完整的方形金属片，在该金属片的四个角落切除一方形缺口101，在该金属片的中间部分开设一个十字形通孔，形成一个闭合的环状结构，在该环状结构上开设断缝16，形成相等且对称的四个辐射片12，每两个相邻的辐射片12之间有一个断缝16，进而也就形成了图1和图2所示的呈中心对称的辐射结构。

进一步参照图2，根据所述断缝16的位置，在基板11的靠近断缝16的位置设置馈电件14和接地件15，形成同一个断缝16的两个辐射片12，其中一个辐射片12的靠近断缝16的一端与馈电件14连接，另一个辐射片12的靠近该断缝16的一端与接地件15连接。这样，通过对辐射片12的形状结构的设计，以及与馈电件14及毫米波信号源17的共同作用，使得天线结构能够实现天线的双极化辐射，形成MIMO天线。并且，这样的设计，辐射片12的制作过程简单，便于工艺人员的操作。

需要说明的是，图1和图2中所示辐射结构的设计，使得天线能够具有较好的方向性。请进一步参照图9a至图9d，图9a至图9d为图1和图2中所示辐射结构形成其中一极化辐射时在不同频点的辐射方向图(Realized Gain)，图9a对应的第一频点为26GHz；图9b对应的第二频点为28GHz；图9c对应的第三频点为39GHz；图9d对应的第四频点为42GHz。图中可以看出在不同的频段内，天线结构都具有较好的方向性，即是具有较好的增益，能够将天线结构形成阵列，获得较好的波束赋形效果。

请进一步参照图3，辐射片12的数量为4个的情况下，馈电件14的数量也是4个。所述馈电件14包括第一馈电件141、第二馈电件142、第三馈电件143和第四馈电件144，且第一馈电件141和第二馈电件142所处的平面与第三馈电件143和第四馈电件144所处的平面垂直。如图1所示，第一馈电件141与第二馈电件142相对设置，第三馈电件143与第四馈电件144相对设置。

其中，辐射片12在第一馈电件141连接的毫米波信号源17和第二馈电件142连接的毫米波信号源17同时作用时形成第一极化辐射，辐射片12在第三馈电件143连接的毫米波信号源17和第四馈电件144连接的毫米波信号源17同时作用时形成第二极化辐射，所述第一极化辐射和所述第二极化辐射覆盖的工作带宽为24.25GHz-43.5GHz。

请参照图8，图8是如图1和图2所示天线结构进行S参数仿真测试的测试数据图，可以看出，天线结构形成的一个极化辐射对应的工作带宽(图中曲线S1，1)覆盖24.25GHz-43.5GHz，天线结构形成的另一个极化辐射对应的工作带宽(图中曲线S2，2)也覆盖24.25GHz-43.5GHz，两曲线几乎重合；也就是说，天线结构形成的两个极化辐射对应的工作带宽可以覆盖3GPP定义的n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.5GHz)、n260(37.0-40.0GHz)、n261(27.5-28.35GHz)及n259(40.5-43.5GHz)频段。这样，也就通过一个天线结构，能够覆盖多个天线频段，使得天线结构具有较广的带宽。

本申请实施例中，每一个馈电件14可以是分别连接一个毫米波信号源17；请进一步请参照图4，第一馈电件141和第二馈电件142之间连接有第一功分器191，第一功分器191连接第一毫米波信号源171；第三馈电件143和所述第四馈电件144之间连接有第二功分器192，第二功分器192连接第二毫米波信号源172。也就是说，第一馈电件141和第二馈电件142通过功分器连接同一个毫米波信号源171，第三馈电件143和第四馈电件144也通过功分器连接同一个毫米波信号源172。这样，可以减少毫米波信号源17的数量，降低天线结构的功耗。其中，第一功分器191和第二功分器192可以是是在基板11上通过传输走线设计而成。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的天线结构的全部技术特征，并能达到相同的技术效果，为避免重复，此处不再赘述。

可选的，电子设备是：手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3播放器、MP4播放器、数码相机、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等。

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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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 (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括基板、N个辐射片、接地板及设于所述基板内的馈电件和接地件，所述馈电件连接有毫米波信号源，所述基板包括第一侧面和与所述第一侧面相背设置的第二侧面，所述接地板设于所述第一侧面，所述N个辐射片设于所述第二侧面，所述N个辐射片依次首尾相邻设置，且相邻的两个辐射片之间形成有断缝，N为大于等于4的整数；

每一个辐射片均包括远离设置的第一端和第二端，一个辐射片的第一端与另一个辐射片的第一端或第二端相邻以形成所述断缝，其中，在第一辐射片的第一端与所述馈电件连接的情况下，与所述第一辐射片的第一端相邻的第二辐射片的第一端或第二端与所述接地件连接，所述第一辐射片及所述第二辐射片为所述N个辐射片中任意相邻的两个辐射片。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述接地板上设有第一通孔，所述毫米波信号源通过所述第一通孔与所述馈电件连接。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述N个辐射片形成中心对称的辐射结构。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述辐射结构为圆形或矩形。

5.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述N为4。

6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，4个所述辐射片围合形成所述辐射结构，且所述辐射结构中部形成有第二通孔；4个所述辐射片形状一致，每一个所述辐射片形成有依次连接的第一弯折部、第二弯折部和第三弯折部，所述第二弯折部向靠近所述第二通孔中心的方向弯折，所述第一弯折部和所述第三弯折部向远离所述第二通孔中心的方向弯折。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，每一个所述辐射片的背对所述第二通孔的一侧形成缺口。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述馈电件包括第一馈电件、第二馈电件、第三馈电件和第四馈电件，所述第一馈电件和所述第二馈电件所处的平面与所述第三馈电件和所述第四馈电件所处的平面垂直；

其中，所述辐射片在所述第一馈电件连接的毫米波信号源和所述第二馈电件连接的毫米波信号源同时作用时形成第一极化辐射，所述辐射片在所述第三馈电件连接的毫米波信号源和所述第四馈电件连接的毫米波信号源同时作用时形成第二极化辐射，所述第一极化辐射和所述第二极化辐射覆盖的工作带宽为24.25GHz-43.5GHz。

9.根据权利要求5-7中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述馈电件包括第一馈电件、第二馈电件、第三馈电件和第四馈电件，所述第一馈电件和所述第二馈电件所处的平面与所述第三馈电件和所述第四馈电件所处的平面垂直；

所述第一馈电件和所述第二馈电件之间连接有第一功分器，所述第一功分器连接第一毫米波信号源；所述第三馈电件和所述第四馈电件之间连接有第二功分器，所述第二功分器连接第二毫米波信号源。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的天线结构。

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