CN112542701B - 一种天线装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种天线装置及电子设备，该天线装置包括：非金属介质板、天线和多个电磁带隙单元；所述天线和所述多个电磁带隙单元设置在所述非金属介质板上，且所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述天线周围；所述电磁带隙单元用于抑制所述非金属介质板的表面电磁波传输。这样，通过在天线周围设置电磁带隙单元阵列，对于所有的来波方向和天线极化方向而言，电磁带隙单元阵列能够抑制非金属介质板的表面电磁波传输，消除非金属介质板表面电磁波对天线的干扰，使到达角的检测与天线极化不相关，从而消除因天线极化不同带来的检测误差，提高到达角的检测精度。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术，尤其涉及一种天线装置及电子设备。
背景技术
现有定位技术一般基于天线之间接收信号相位差来识别电磁波的来波方向，即到达角，但由于环境加载状况会影响到达角的检测精度，因此需要根据当前环境加载状况来校正到达角，从而保证到达角检测精度。
但是这种根据环境加载状况校正到达角的方案，需要预存储各种加载环境下相位差曲线，从而根据相位差识别加载环境，但这种方式误判较大，且只能对接收天线加载环境做修正，无法修正因天线极化方向不同引起的到达角检测误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供一种天线装置及电子设备。
本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，提供了一种天线装置，包括：
非金属介质板、天线和多个电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)单元；
所述天线和所述多个电磁带隙单元设置在所述非金属介质板上，且所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述天线周围；
所述电磁带隙单元用于抑制所述非金属介质板的表面电磁波传输。
第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括第一方面的天线装置。
本申请实施例中提供了一种天线装置及电子设备，该天线装置包括：非金属介质板、天线和多个电磁带隙单元；所述天线和所述多个电磁带隙单元设置在所述非金属介质板上，且所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述天线周围；所述电磁带隙单元用于抑制所述非金属介质板的表面电磁波传输。这样，通过在天线周围设置电磁带隙单元阵列，对于所有的来波方向和天线极化方向而言，电磁带隙单元阵列能够抑制非金属介质板的表面电磁波传输，消除非金属介质板表面电磁波对天线的干扰，使到达角的检测与天线极化不相关，从而消除因天线极化不同带来的检测误差，提高到达角的检测精度。
附图说明
图1为本申请实施例中天线装置的第一组成结构示意图；
图2为本申请实施例中电磁带隙单元的第一分布方式示意图；
图3为本申请实施例中电磁带隙单元的第二分布方式示意图；
图4为本申请实施例中电磁带隙单元的第三分布方式示意图；
图5为本申请实施例中电磁带隙单元的第四分布方式示意图；
图6为本申请实施例中电磁带隙单元的第五分布方式示意图；
图7为本申请实施例中电磁带隙单元的第六分布方式示意图；
图8为本申请实施例中电磁带隙单元的结构示意图；
图9为本申请实施例中天线装置的第二组成结构示意图；
图10为本申请实施例中到达角的检测原理示意图；
图11为无EBG结构的到达角仿真结果示意图；
图12为有EBG结构的到达角仿真结果示意图；
图13为无EBG结构非金属介质表面的电磁波分布示意图；
图14为有EBG结构非金属介质表面的电磁波分布示意图；
图15为本申请实施例中电子设备的组成结构示意图；
图16为本申请实施例中手机的第一组成结构示意图；
图17为本申请实施例中手机的第二组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。
本申请实施例提供了一种天线装置，图1为本申请实施例中天线装置的第一组成结构示意图，如图1所示，该天线装置包括：非金属介质板11、天线12和多个电磁带隙单元13；
所述天线12和所述多个电磁带隙单元13设置在所述非金属介质板11上，且所述多个电磁带隙单元13按照第一阵列方式设置在所述天线12周围；
所述电磁带隙单元13用于抑制所述非金属介质板13的表面电磁波传输。
需要说明的是，电磁带隙单元设置成周期性分布结构，被称为电磁带隙结构，对于所有的入射角度和极化状态而言，它能够在一个特定的频率范围内抑制非金属介质板表面电磁波的传播。本申请实施例中，通过在天线周围设置EBG单元，来有效抑制非金属介质板表面电磁波的传播，消除天线干扰。
需要说明的是，天线装置包括至少一根天线，图1中标号12所在位置可以理解为由至少一根天线形成的整个天线区域。多个电磁带隙单元用于抑制所述非金属介质板的表面电磁波传输，保证所有天线在工作时的性能。
在一些实施例中，所述天线装置包括至少两根天线；所述至少两根天线按照第二阵列方式设置在所述非金属介质板上，所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述至少两根天线周围。
在一些实施例中，所述第一阵列方式包括沿横向和纵向周期性等间隔分布的阵列方式，或者周期性不等间隔分布的阵列方式，或者按照预设的第一图形分布的阵列方式；
所述第二阵列方式包括沿横向和/或纵向等间隔分布，或者沿横向和/或纵向不等间隔分布的阵列方式，或者按照预设的第二图形分布的阵列方式。
这里，第一阵列方式表征电磁带隙单元的阵列方式，电磁带隙单元可以按照预设的间隔方式排列，横向和纵向的间隔可以相等也可以不相等。
示例性地，第一阵列方式至少包括以下阵列方式：
(1)电磁带隙单元沿横向和纵向均以相同间隔周期性等间隔分布，如图1所示；
(2)电磁带隙单元沿横向以第一间隔等间隔分布，沿纵向以第二间隔等间隔分布，且第一间隔和第二间隔不等，第一间隔大于或者小于第二间隔，如图2所示，第一间隔大于第二间隔；
(3)电磁带隙单元沿横向和纵向均以相同阶梯性间隔分布，阶梯性间隔可以是以天线区域中心向外间隔依次增大或者依次减小，如图3所示，间隔依次增大；
(4)电磁带隙单元沿横向以第一阶梯性间隔分布，沿纵向以第二阶梯性间隔分布，第一阶梯性间隔和第二阶梯性间隔的间隔距离或间隔方式不同，这里，间隔方式是指以天线区域中心向外间隔依次增大或者依次减小；
(5)电磁带隙结构可以沿一个方向等间隔分布，沿另一个方向阶梯性间隔分布，如图4所示，沿横向等间隔分布，沿纵向阶梯分布间隔方式为依次增大，且横向的天线列数大于纵向的天线行数；
(6)电磁带隙单元也可以按照预设的第一图形分布，比如，以天线区域中心向外以“等间隔同心圆”、“非等间隔同心圆”、“八卦阵”等形式向外依次排开。
在一些实施例中，电磁带隙单元的阵列方式可以根据非金属介质表面电磁波的分布有关，若电磁波沿横向分布则沿横向设置较多且较密的电磁带隙单元(如图4所示)，以增强对横向电磁波的抑制效果，若电磁波沿纵向分布则沿纵向设置较多且较密的电磁带隙单元，以增强对纵向电磁波的抑制效果。
需要说明的是，第二阵列方式表征天线的阵列方式。
示例性地，第二阵列方式至少包括以下阵列方式：
(1)天线沿横向和/或纵向均以相同间隔周期性等间隔分布；
(2)天线沿横向以第三间隔等间隔分布，和/或沿纵向以第四间隔等间隔分布，且第三间隔和第四隔相等或不相等；
(3)天线沿横向以第一阶梯性间隔分布，和/或沿纵向以第二阶梯性间隔分布，第一阶梯性间隔和第二阶梯性间隔的间隔距离和间隔方式相同或不完全相同，这里，间隔方式是指以天线区域中心向外间隔依次增大或者依次减小；
(4)当横向和纵向分布均分布两行及以上天线时，天线可以沿一个方向等间隔分布，沿另一个方向阶梯性间隔分布；
(5)天线也可以按照预设的第二图形分布，比如，以天线区域中心向外以“长方形”、“圆形”、“十字形”、“米字形”、“E形”、“L形”等图形排布。
在一些实施例中，所述天线装置包含两根天线时，所述第二阵列方式为：两根天线按照第一间隔横向排列或纵向排列；所述天线装置包含三根天线时，所述第二阵列方式为：三根天线按照第二间隔L形排列。
如图1所示，当天线装置包括2个天线时，2个天线沿横向排列成；
如图5所示，当天线区域包括3根天线时，天线以“L形”分布，天线周围环绕了两圈电磁带隙单元阵列。
在一些实施例中，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式和预设环绕圈数设置在所述至少两根天线周围；或者，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式和预设环绕区域设置在所述至少两根天线周围。
也就是说，可以根据预设环绕圈数或预设环绕区域设置电磁带隙单元的分布方式。这里，环绕圈数大于1，环绕区域可以为规则形状，比如，长方形、正方向、圆形等，环绕区域也可以非金属介质板的除天线所在区域之外的其他区域。也就是说，非金属介质板被天线和电磁带隙单元全部覆盖。
如图5所示，天线“L形”分布，L形天线周围环绕了两圈电磁带隙单元阵列。
如图6所示，天线以“L形”分布，电磁带隙单元围绕天线后形成“长方形区域”。
在一些实施例中，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式设置在整个天线区域的周围；或者，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式分别设置在每一根天线的周围。
也就是说，电磁带隙单元可以布局在整个天线区域周围，如图1至图6所示，标号12所在位置是由至少一根天线形成的整个天线区域，电磁带隙单元分布在天线区域外围，天线区域内部天线按照第二阵列方式设置，天线之间无需设置电磁带隙单元。
或者，电磁带隙单元可以布局在每根天线周围，不仅能够有效抑制非金属介质板表面电磁波的传播，还能够减少天线之间的耦合，提高天线辐射性能。
如图7所示，天线装置包括第一天线121和第二天线122，第一天线121和第二天线122周围都设置有电磁带隙单元。
需要说明的是，每根天线周围电磁带隙单元也可以以第一阵列方式排布，具体的阵列方式可以参照上述整个天线区域周围的电磁带隙单元的阵列方式。
在一些实施例中，所述天线装置还包括柔性电路板；所述天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述柔性电路板上，所述柔性电路板设置在所述非金属介质板上。具体地，所述至少两根天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述柔性电路板上，所述柔性电路板设置在所述非金属介质板上。
在一些实施例中，所述天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述非金属介质板上。具体地，所述至少两根天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述非金属介质板上。
需要说明的是，天线、电磁带隙单元和非金属介质板的结构关系可以是：(1)天线和电磁带隙单元可以直接印制在非金属介质板上，(2)天线和电磁带隙单元中的一个印制在柔性电路板上，另一个印制在非金属介质板上，柔性电路板再贴在非金属介质板上，(3)天线和电磁带隙单元都印制在柔性电路板上，柔性电路板再贴在非金属介质板上。
需要说明的是，天线、电磁带隙单元和柔性电路板具体可以设置在非金属介质板的内表面或者外表面，设置在表面时，可以直接与非金属介质的表面贴合，或者在非金属介质板表面开设凹槽，天线、电磁带隙单元或柔性电路板设置在凹槽中。
还可以设置在非金属介质板的内部，比如，非金属介质板内部镂空设计，天线、电磁带隙单元或柔性电路板设置在镂空空间中。
需要说明的是，天线可以为线极化天线，也可以是同方向圆极化天线，即同为左旋或右旋圆极化天线。非金属介质板可以是陶瓷、玻璃、塑胶等介质材料。天线可以为：超宽带(Ultra Wide Band，UWB)天线、柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)天线、激光直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)天线或印刷直接成型(Print DirectStructuring，PDS)天线。
需要说明的是，EBG结构由亚波长EBG单元按照一定的阵列方式构成，EBG单元为正方向结构，正方形边长小于或等于1/2波长，比如，边长为1/2波长、1/5波长、1/10波长。
在一些实施例中，所述电磁带隙单元包括：层叠设置的第一金属层、第二介质层和第三金属层；所述第一金属层靠近所述非金属介质板，所述第三金属层远离所述非金属介质板；所述第一金属层包括间隔分布的多个金属贴片，所述第三金属层为完整的一个金属贴片；所述第二介质层设置由导电孔，用于连接所述第一层金属层和第三层金属层的金属贴片。
图8为本申请实施例中电磁带隙单元的结构示意图，如图8所示，第一金属层包括金属第一金属贴片81，第二介质层包括导电孔82，第三金属层包括第二金属贴片83，第一金属贴片81的中心通过导电孔82与第二金属贴片83相连。这里，第一金属贴片81可以为正多边形金属贴片，第二金属贴片82形状可以与介质层形状相同。
在一些实施例中，所述天线装置还包括检测电路；所述检测电路分别与每根天线相连；所述检测电路用于获取每根天线接收到待定位电子设备发送的定位信号，确定天线之间定位信号的相位差；基于所述相位差确定所述待定位电子设备的角度信息。
图9为本申请实施例中天线装置的第二组成结构示意图，如图9所示，天先装置包括第一天线和第二天线，两根天线横向分布，两根天线周围环绕两圈电磁带隙单元，检测电路分别与每根天线相连，获取天线接收信号的幅度和相位信息，确定天线的接收信号的相位差，再根据相位差、波长、每根天线与发射天线(即待定位电子设备的天线)之间的距离，经过三角函数运算得到待定位电子设备的角度信息，这里的角度信息包括方位角和/或俯仰角。
需要说明的是，图9并不是限定检测电路和天线位于同一平面，只是为了体现天线装置包含检测电路，检测电路可以位于天线装置的主板上，主板位于非金属介质板的下方，检测电路也可以位于柔性电路板上。
图10为本申请实施例中到达角的检测原理示意图，如图10所示，待定位电子设备的1个发射天线(TX)发射定位信号，天线装置的2个接收天线(RX1和RX2)接受定位信号。需要说明的是，当发射天线位于不同方位时，2个接收天线会产生相对应的相位差(Phase-Difference-of-Arrival，PDOA)，根据相位差可判定发射天线位置，即测角原理。
但实际应用中，若天线周围没有电磁带隙单元阵列，当天线极化角度改变时，PDOA有差异，到达角(Angle of Arrival，AOA)也有差异，特别是到AOA较大时，PDOA差异明显，AOA检测出现较大误差。
图11为无EBG结构的到达角仿真结果示意图，如图11所示，横轴为到达角，纵轴为接收PDOA，图11中的不同曲线对应不同的极化角度，可以看出，不同极化角度对应的PDOA不同，AOA也不同。
图12为有EBG结构的到达角仿真结果示意图，如图12所示，与图11相比可看出加入EBG后，消除了表面电磁波的影响，入射电磁波极化时，PDOA基本不变，给出了一种与极化不相关的到达角检测方案。
图13为无EBG结构非金属介质表面的电磁波分布示意图，如图13所示，没有EBG结构时，来波激发沿着电子设备介质板传输的表面波，对接收天线来说，引入额外的来波路径，其接收相位发生变化。
图14为有EBG结构非金属介质表面的电磁波分布示意图，如图14所示，有EBG结构时，该介质板的表面波传输被阻断，接收信号仅来自来波的直视方向。
实际应用中，天线装置还包括实现阻抗匹配的匹配电路，提供激励信号的馈源，以及其他部件，这里不再赘述。
实际应用中，上述天线装置可以应用于具备无线通信功能的电子设备中，比如，可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、可穿戴设备、智能手环等。
采用上述天线装置，通过在天线周围设置电磁带隙单元阵列，对于所有的来波方向和天线极化方向而言，电磁带隙单元阵列能够抑制非金属介质板的表面电磁波传输，消除非金属介质板表面电磁波对天线的干扰，使到达角的检测与天线极化不相关，从而消除因天线极化不同带来的检测误差，提高到达角的检测精度。
本申请实施例中还提供了一种电子设备，图15为本申请实施例中电子设备的组成结构示意图，如图15所示，该电子设备150包括：本申请实施例中任一种天线装置1501。
在一些实施例中，所述电子设备150包括背板；所述背板为非金属板，所述背板的至少部分区域为所述天线装置中的非金属介质板。
也就是说，背板为非金属板时，背板的部分区域或全部区域为非金属介质板。若背板的部分区域为非金属介质板时，背板的其他区域与非金属介质板是相同的非金属材料或不同的非金属材料，比如其他区域为陶瓷，非金属介质板为塑料。
在另一些实施例中，所述电子设备150包括背板；所述背板为金属板，所述背板上设有开槽，所述天线装置中的非金属介质板设置在所述背板的开槽中。
实际应用中，天线装置的非金属介质板位于背板的开槽内，与背板共同形成电子设备的外壳，开槽形状可以为矩形。
这里，电子设备具备通信功能，电子设备可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、可穿戴设备、智能手环等。
电子设备为手机时，背板是与显示屏相对的手机后盖，图16为本申请实施例中手机的第一组成结构示意图，如图16所示，手机正面为显示屏，手机背面为后盖，手机后盖上设置上述天线装置，该天线装置包括两根天线，基于二维到达角检测原理检测信号的到达角，两根天线周围设置EBG单元，用于抑制手机后盖的表面电磁波传输。
图17为本申请实施例中手机的第二组成结构示意图，如图17所示，手机正面为显示屏，手机背面为后盖，手机后盖上设置上述天线装置，该天线装置包括三根天线，三根天线呈L形分布，基于三维到达角检测原理检测信号的到达角，三根天线周围设置EBG单元，用于抑制手机后盖的表面电磁波传输。
电子设备为其他设备时，背板也可以是与显示屏相对的后盖，背板还可以是设备的侧边盖，其他设置天线的表面都可以采用本申请实施例这种天线装置。
采用上述电子设备，通过在天线周围设置电磁带隙单元阵列，对于所有的来波方向和天线极化方向而言，电磁带隙单元阵列能够抑制非金属介质板的表面电磁波传输，消除非金属介质板表面电磁波对天线的干扰，使到达角的检测与天线极化不相关，从而消除因天线极化不同带来的检测误差，提高到达角的检测精度。
需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请所提供的几个天线装置实施例中所揭露的天线结构，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的天线装置实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置包括：
非金属介质板、天线和多个电磁带隙单元；
所述天线和所述多个电磁带隙单元设置在所述非金属介质板上，且所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述天线周围；
所述电磁带隙单元用于抑制所述非金属介质板的表面电磁波传输；
其中，所述天线装置包括至少两根天线；
所述天线装置还包括检测电路；
所述检测电路分别与每根天线相连；
所述检测电路用于获取每根天线接收到待定位电子设备发送的定位信号，确定天线之间定位信号的相位差；基于所述相位差确定所述待定位电子设备的角度信息。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述至少两根天线按照第二阵列方式设置在所述非金属介质板上，所述多个电磁带隙单元按照第一阵列方式设置在所述至少两根天线周围。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式设置在整个天线区域的周围；
或者，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式分别设置在每一根天线的周围。
4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，
所述第一阵列方式包括沿横向和纵向周期性等间隔分布的阵列方式，或者周期性不等间隔分布的阵列方式，或者按照预设的第一图形分布的阵列方式；
所述第二阵列方式包括沿横向和/或纵向等间隔分布，或者沿横向和/或纵向不等间隔分布的阵列方式，或者按照预设的第二图形分布的阵列方式。
5.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式和预设环绕圈数设置在所述至少两根天线周围；
或者，所述多个电磁带隙单元按照所述第一阵列方式和预设环绕区域设置在所述至少两根天线周围。
6.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括柔性电路板；
所述至少两根天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述柔性电路板上，所述柔性电路板设置在所述非金属介质板的上。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述至少两根天线和/或所述多个电磁带隙单元印制在所述非金属介质板上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的天线装置，其特征在于，所述电磁带隙单元包括：层叠设置的第一金属层、第二介质层和第三金属层；所述第一金属层靠近所述非金属介质板，所述第三金属层远离所述非金属介质板；
所述第一金属层包括间隔分布的多个金属贴片，所述第三金属层为完整的一个金属贴片；
所述第二介质层设置由导电孔，用于连接所述第一层金属层和第三层金属层的金属贴片。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至8任一项所述天线装置。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括背板；
所述背板为非金属板，所述背板的至少部分区域为所述天线装置中的非金属介质板。
11.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括背板；
所述背板为金属板，所述背板上设有开槽，所述天线装置中的非金属介质板设置在所述背板的开槽中。
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