CN112736492A - 基于终端外壳的5g天线及一种移动终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于终端外壳的5G天线及一种移动终端设备，基于终端外壳的5G天线包括天线阵列，所述天线阵列包括若干个天线单元，还包括LCP板，所述天线单元包括设于所述LCP板上的贴片天线以及设于终端外壳外表面上的第一金属图案，所述贴片天线位于所述LCP板靠近终端外壳内表面的一侧且对应于所述第一金属图案设置，所述LCP板远离所述贴片天线的一侧设有地层。基于终端外壳的5G天线将终端外壳作为天线的一部分介质，大大降低了终端外壳对天线的影响，有效地保证了天线的性能，而且，LCP板上地层的存在能够将天线的辐射体与终端设备内部元器件隔开，因此终端设备内部元器件对天线性能影响很小。

Description

基于终端外壳的5G天线及一种移动终端设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及基于终端外壳的5G天线及一种移动终端设备。
背景技术
毫米波通信是第五代移动通信系统的一个关键技术，极大的提升了通信系统的性能。当前的设计大多数集中在设计独立的天线模组，然而当其置于终端内部时，一个不容忽视的问题是终端外壳对于天线的影响，尤其是介电常数较高的终端外壳，例如玻璃、陶瓷等。
在sub6-GHz时，手机壳的厚度相对于波长而言很小，例如在3GHz，使用介电常数为7的玻璃，0.55mm的玻璃厚度仅相当于0.014个介质波长，其对天线性能的影响是有限的。而在毫米波段，例如在28GHz时，0.55mm玻璃的厚度相当于0.14个介质波长，对天线性能的影响很大。除此之外，天线周围元器件对于天线的性能也有不能忽视的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种性能优越的基于终端外壳的5G天线及一种移动终端设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于终端外壳的5G天线，包括天线阵列，所述天线阵列包括若干个天线单元，还包括LCP板，所述天线单元包括设于所述LCP板上的贴片天线以及设于终端外壳外表面上的第一金属图案，所述贴片天线位于所述LCP板靠近终端外壳内表面的一侧且对应于所述第一金属图案设置，所述LCP板远离所述贴片天线的一侧设有地层；所述第一金属图案的表面设有保护层。
为了解决上述技术问题，本发明还采用以下技术方案：一种移动终端设备，包括终端外壳及上述基于终端外壳的5G天线。
本发明的有益效果在于：基于终端外壳的5G天线将终端外壳作为天线的一部分介质，大大降低了终端外壳对天线的影响，有效地保证了天线的性能，而且，LCP板上地层的存在能够将天线的辐射体与终端设备内部元器件隔开，因此终端设备内部元器件对天线性能影响很小。
附图说明
图1为本发明实施例一的移动终端设备的剖面图；
图2为本发明实施例一的基于终端外壳的5G天线中的天线阵列的结构示意图；
图3为图2所示天线阵列中的天线单元的结构示意图；
图4为图3所示天线单元的俯视图；
图5为图3所示天线单元的正视图；
图6为本发明实施例一的基于终端外壳的5G天线中的天线阵列设于终端外壳弧形区域时的结构示意图；
图7为图2所述天线阵列中的天线单元的S参数图；
图8为图2所述天线阵列的3D方向图(扫描角为0°时)；
图9为图2所述天线阵列的3D方向图(扫描角为45°时)；
图10为图2所述天线阵列的3D方向图(扫描角为-45°时)；
图11为本发明实施例二的移动终端设备的部分结构的结构示意图；
图12为图11所示结构的正视图；
图13为本发明实施例二的另一种移动终端设备的部分结构的结构示意图；
图14为图13所示结构的正视图；
图15为本发明实施例二的另一种移动终端设备的部分结构的结构示意图；
图16为图15所示结构的正视图。
标号说明：
1、天线阵列；
2、LCP板；21、地层；22、第一馈电点；23、第二馈电点；
3、天线单元；31、贴片天线；32、第一金属图案；321、正方形图案区；
4、终端外壳；
5、主板；
61、后盖平整处；62、后盖侧边；63、屏幕保护玻璃边缘；64、中框；
7、射频芯片。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1至图16，基于终端外壳的5G天线，包括天线阵列1，所述天线阵列1包括若干个天线单元3，还包括LCP板2，所述天线单元3包括设于所述LCP板2上的贴片天线31以及设于终端外壳4外表面上的第一金属图案32，所述贴片天线31位于所述LCP板2靠近终端外壳4内表面的一侧且对应于所述第一金属图案32设置，所述LCP板2远离所述贴片天线31的一侧设有地层21；所述第一金属图案32的表面设有保护层。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：基于终端外壳的5G天线将终端外壳4作为天线的一部分介质，大大降低了终端外壳4对天线的影响，有效地保证了天线的性能，而且，LCP板2上地层21的存在能够将天线的辐射体与终端设备内部元器件隔开，因此终端设备内部元器件对天线性能影响很小。
进一步的，所述天线阵列1中所述天线单元3呈N×M阵列分布，N与M分别为大于0的正整数。
由上述描述可知，天线阵列1的具体构造多种多样，利于丰富基于终端外壳的5G天线的多样性。
进一步的，所述LCP板2上设有射频芯片7。
由上述描述可知，基于终端外壳的5G天线便于与芯片集成，且可以用同一条LCP板2，实现天线、芯片集成、传输线的作用。
进一步的，所述第一金属图案32呈正方形，所述第一金属图案32包括四个边长相等的正方形图案区321，四个所述正方形图案区321呈2×2阵列排布，任意相邻的两个所述正方形图案区321之间均具有间隙。
进一步的，所述第一金属图案32印制成型。
由上述描述可知，第一金属图案32加工简单，易于制造。
进一步的，还包括设于终端外壳4内表面的第二金属图案，所述第二金属图案对应于所述贴片天线31设置。
由上述描述可知，当存在安装误差，贴片天线31不能紧贴终端外壳4内表面时(即贴片天线31与终端外壳4内表面之间的部分或全部区域存在缝隙时)，终端外壳4内表面上与贴片天线31耦合的第二金属图案能够起到提高天线性能的作用。优选第二金属图案的轮廓形状与贴片天线31的轮廓形状相同或相似。
进一步的，所述贴片天线31呈正方形，所述LCP板2具有第一馈电点22和第二馈电点23，所述第一馈电点22及第二馈电点23分别用于给所述贴片天线31馈电。
由上述描述可知，基于终端外壳的5G天线设计为双极化天线，当仅需要单极化时，只需要移除第一馈电点22或第二馈电点23即可。
进一步的，所述第一金属图案32的一斜对角线与所述贴片天线31的一斜对角线垂直或呈45°夹角。
由上述描述可知，天线单元3具体构造可按需设置，利于丰富基于终端外壳的5G天线的多样性。
进一步的，所述贴片天线31的边长大于或等于所述LCP板2的介质波长的1/2且小于或等于其所对应的所述终端外壳4区域的介质波长的1/2；所述正方形图案区321的边长大于或等于其所在的所述终端外壳4区域的介质波长的1/4且小于或等于其所在的所述终端外壳4区域的介质波长3/10。
由上述描述可知，上述设置能够进一步保证天线性能。
一种移动终端设备，包括终端外壳4及上述基于终端外壳的5G天线。
由上述描述可知，该移动终端设备天线性能优越。
实施例一
请参照图1至图10，本发明的实施例一为：一种移动终端设备，包括但不限于手机、平板电脑、智能手表等。所述移动终端设备包括终端外壳4和基于终端外壳的5G天线。
如图2所示，所述基于终端外壳的5G天线包括天线阵列1和LCP板2，所述天线阵列1包括若干个天线单元3，所述天线阵列1中所述天线单元3呈N×M阵列分布，N与M分别为大于0的正整数，本实施例中，所述天线阵列1包括呈线性排列的4个天线单元3；所述天线单元3包括设于所述LCP板2上的贴片天线31以及设于终端外壳4外表面上的第一金属图案32，所述贴片天线31位于所述LCP板2靠近终端外壳4内表面的一侧且对应于所述第一金属图案32设置，贴片天线31用于激励所述第一金属图案32向外辐射能量，所述LCP板2远离所述贴片天线31的一侧设有地层21，该所述地层21即为天线阵列1的地。不难看出，所述基于终端外壳的5G天线有两部分的介质层，第一介质层为终端外壳4，第二介质层为贴在终端外壳4内表面上的LCP板2。可选的，所述LCP板2与移动终端设备的主板5通过板对板连接器电连接。
容易理解的，所述基于终端外壳的5G天线可采用多组天线阵列1以提升增益和覆盖范围。请结合图1，移动终端设备主要部件为屏幕、屏幕保护玻璃、后盖和中框64，天线阵列1可位于后盖平整处61、后盖侧边62或者屏幕保护玻璃边缘63等位置。在某些情况下，如果中框64为非金属材料，中框64部分同样可以作为天线阵列1的分布位置。为了方便描述，将屏幕保护玻璃、后盖以及非金属材质的中框64统称为终端外壳4。
所述第一金属图案32可采用印制的方式成型，具体可采用普通金属材料(如铜等)、透明材料(如氧化铟锡、纳米银)或金属网格等。为保护第一金属图案32，所述第一金属图案32的表面还可以设置保护层，如油漆层等。
请结合图3至图5，本实施例中，所述第一金属图案32呈正方形，所述第一金属图案32包括四个边长相等的正方形图案区321，四个所述正方形图案区321呈2×2阵列排布，任意相邻的两个所述正方形图案区321之间均具有间隙。所述贴片天线31呈正方形，所述LCP板2具有第一馈电点22和第二馈电点23，所述第一馈电点22及第二馈电点23分别用于给所述贴片天线31馈电，所述贴片天线31可采取多种馈电方式，如直馈、耦合馈，当采用耦合馈时，所述LCP板2上设有耦合枝节。详细的，第一馈电点22与所述贴片天线31的中心点的连线和第二馈电点23与所述贴片天线31的中心点的连线垂直。容易理解的，在其他实施例中，所述第一金属图案32和贴片天线31还可以是呈其他形状的。
优选的，所述贴片天线31的边长大于或等于所述LCP板2的介质波长的1/2且小于或等于其所对应的所述终端外壳4区域的介质波长的1/2；所述正方形图案区321的边长大于或等于其所在的所述终端外壳4区域的介质波长的1/4且小于或等于其所在的所述终端外壳4区域的介质波长3/10；相邻的两个所述正方形图案区321之间的间隙宽度约为其所在的所述终端外壳4区域的介质波长的1/20。容易理解的，由于终端外壳4包括屏幕保护玻璃、后盖以及非金属材质的中框64，因此，终端外壳4的不同区域的介质波长可能会存在不同。
当天线单元3设于终端外壳4的平整区域(即非弧形区域)时，所述第一金属图案32的一斜对角线与所述贴片天线31的一斜对角线垂直或呈45°夹角。进一步的，基于图4的放置方式，在其他实施例中，所述第一金属图案32、贴片天线31和第一/二馈电点三者中的至少一者可旋转45°设置，也就是说，所述第一金属图案32、贴片天线31和第一/二馈电点三者的放置方式可按需设置。如图6所示，当天线单元3设于终端外壳4的弧形区域时，由于LCP板2为柔性材料，且厚度薄，因此，该LCP板2亦可以良好的贴合终端外壳4内表面，从而发挥出优异的天线性能。
仿真测试
图7为图2所示天线阵列中的天线单元的S参数图，从图中可以看到，在25GHz-30.5GHz频带内，反射系数(|s11|、|s22|)小于-10dB，隔离(|s12|)优于-20dB。
图8至图10为图2所示天线阵列的3D方向图，其中，图8对应于扫描角为0°时；图9对应于扫描角为45°时；图10对应于扫描角为-45°时。从图8至图10可以看到，通过改变天线单元间的相位，天线阵列可实现不同的波束指向。也就是说，该天线阵列具有波束扫描的能力。
需要说明的是，这里给出的仿真结果基于贴片天线31厚度为0.15mm，采用直接馈电方式，天线单元间距5mm，采用厚度为0.55mm的介电常数为7的玻璃作为终端外壳。
实施例二
请参照图11至图16，本发明的实施例二是在实施例一的基础上做出的进一步改进，与实施例一的不同之处在于：请参照图11至图14，所述LCP板2上设有射频芯片7，详细的，所述射频芯片7设于所述LCP板2远离所述贴片天线31的一侧，优选射频芯片7设于LCP板2的地层21远离贴片天线31的一侧。也就是说，本实施例的基于终端外壳的5G天线能够实现与射频芯片7的集成，使得LCP板2既能够作为第一金属图案32的激励源，又能够作为连接主板5的传输线，还能够作为芯片载体，丰富了LCP板2的功能，同时，可令移动终端设备设计更加灵活。
如图15和图16所示，容易理解的，在其他实施例中，将射频芯片7设置在主板5上也是可行的，即不限定射频芯片7必须设置在LCP板2上。
实施例三
本发明的实施例三是在实施例一的基础上做出的进一步改进，与实施例一的不同之处在于：所述天线单元还包括设于终端外壳内表面的第二金属图案，所述第二金属图案对应于所述贴片天线设置。在终端外壳内表面对应于贴片天线的位置设置与贴片天线形状相同或相似的第二金属图案能够降低安装误差等对天线性能的影响，从而进一步保证天线性能。
综上所述，本发明提供的基于终端外壳的5G天线及一种移动终端设备，隔离好，天线性能优良。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.基于终端外壳的5G天线，包括天线阵列，所述天线阵列包括若干个天线单元，其特征在于：还包括LCP板，所述天线单元包括设于所述LCP板上的贴片天线以及设于终端外壳外表面上的第一金属图案，所述贴片天线位于所述LCP板靠近终端外壳内表面的一侧且对应于所述第一金属图案设置，所述LCP板远离所述贴片天线的一侧设有地层；所述第一金属图案的表面设有保护层。
2.根据权利要求1所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述LCP板上设有射频芯片。
3.根据权利要求1所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述天线阵列中所述天线单元呈N×M阵列分布，N与M分别为大于0的正整数。
4.根据权利要求1所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述第一金属图案印制成型。
5.根据权利要求1所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：还包括设于终端外壳内表面的第二金属图案，所述第二金属图案对应于所述贴片天线设置。
6.根据权利要求1所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述第一金属图案呈正方形，所述第一金属图案包括四个边长相等的正方形图案区，四个所述正方形图案区呈2×2阵列排布，任意相邻的两个所述正方形图案区之间均具有间隙。
7.根据权利要求6所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述贴片天线呈正方形，所述LCP板具有第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点及第二馈电点分别用于给所述贴片天线馈电。
8.根据权利要求7所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述第一金属图案的一斜对角线与所述贴片天线的一斜对角线垂直或呈45°夹角。
9.根据权利要求7所述的基于终端外壳的5G天线，其特征在于：所述贴片天线的边长大于或等于所述LCP板的介质波长的1/2且小于或等于其所对应的所述终端外壳区域的介质波长的1/2；所述正方形图案区的边长大于或等于其所在的所述终端外壳区域的介质波长的1/4且小于或等于其所在的所述终端外壳区域的介质波长3/10。
10.一种移动终端设备，其特征在于：包括终端外壳及权利要求1-9中任意一项所述的基于终端外壳的5G天线。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210430

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