CN112751185B - 天线单元、天线装置及电子终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线单元、天线装置及电子终端。天线单元成型于介质基板以及介质基板两侧表面的第一导电层和第二导电层。天线单元包括天线辐射体和为所述天线辐射体馈电的共面波导。天线辐射体上设有多个依次排布的第一通孔，每一第一通孔的孔壁接地。多个第一通孔将天线辐射体分为第一辐射区域和第二辐射区域，共面波导包括第一馈电端和第二馈电端，第一馈电端与第一辐射区域连接，第二馈电端与第二辐射区域连接。第一馈电端为第一辐射区域提供第一激励电流，第一辐射区域传输第一激励电流以辐射第一频段的无线信号，第二馈电端为第二辐射区域提供第二激励电流，第二辐射区域传输第二激励电流以辐射第二频段的无线信号，有利于电子终端小型化。

Description

天线单元、天线装置及电子终端

【技术领域】

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线单元、天线装置及电子终端。

【背景技术】

现有技术中，电子终端中通常设置多个天线来传输多个频段信号，多个天线需要占用电子终端大量的布局空间，从而不利于电子终端的轻薄化、小型化。

因此，有必要提供一种天线解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种天线单元、天线装置及电子终端，有利于实现电子终端对轻薄化、小型化的需求。

本发明的技术方案如下：一种天线单元，成型于介质基板以及介质基板两侧表面的第一导电层和第二导电层，所述天线单元包括天线辐射体和为所述天线辐射体馈电的共面波导，所述天线辐射体上设有多个依次排布的第一通孔，每一所述第一通孔的孔壁接地，所述多个第一通孔将所述天线辐射体分为第一辐射区域和第二辐射区域，所述共面波导包括第一馈电端和第二馈电端，所述第一馈电端与所述第一辐射区域连接，所述第二馈电端与所述第二辐射区域连接，所述第一馈电端为所述第一辐射区域提供第一激励电流，所述第一辐射区域传输所述第一激励电流以辐射第一频段的无线信号，所述第二馈电端为所述第二辐射区域提供第二激励电流，所述第二辐射区域传输所述第二激励电流以辐射第二频段的无线信号。

可选的，所述共面波导的中心导带包括第一传输段、第二传输段和第三传输段，所述第一传输段与信号源连接，所述第二传输段与所述第一传输段以及所述第一馈电端连接，所述第三传输段与所述第一传输段以及所述第二馈电端连接。

可选的，所述第二传输段与所述第一辐射区域之间形成有第一间隙，所述第三传输段与所述第二辐射区域之间形成有第二间隙。

可选的，所述第一间隙与所述第二间隙连通。

可选的，所述第一导电层和所述第二导电层上设置有系统地，所述第一导电层的系统地上设置有凹槽，所述天线辐射体和所述共面波导的中心导带设置在所述凹槽中，且与所述第一导电层的系统地之间形成有第三间隙以实现电隔离，所述第一通孔的孔壁与所述第二导电层的系统地连接。

可选的，所述第一导电层的系统地上设置有第二通孔集合，所述第二通孔集合包括多个第二通孔，所述第二通孔围绕设置在所述凹槽的周缘，每一所述第二通孔的孔壁与所述第二导电层的系统地连接。

一种天线装置，所述天线装置包括若干上述天线单元以及连接器，所述连接器与信号源以及所述天线单元连接，所述天线装置的边缘设置有多个第三通孔，每一所述第三通孔连接第一导电层的系统地和第二导电层的系统地。

一种电子终端，包括如上所述的天线装置。

本发明的有益效果在于：本发明提供的天线单元中，通过多个第一通孔将天线辐射体分为第一辐射区域和第二辐射区域，共面波导的第一馈电端给第一辐射区域提供第一激励电流，第一辐射区域传输该第一激励电流产生第一频段的信号，共面波导的第二馈电端给第二辐射区域提供第二激励电流，第二辐射区域传输该第二激励电流产生第二频段的信号。因此，该天线单元仅通过一个天线辐射体和一条共面波导，就能实现双频无线信号的传输，能够减少天线装置的元器件数量，有利于实现电子终端对轻薄化、小型化的需求。

【附图说明】

图1为本发明提供的电子终端的结构示意图；

图2为本发明提供的天线装置的俯视结构示意图；

图3为本发明提供的天线装置的叠层结构示意图；

图4为图2所示天线单元的结构示意图；

图5为本发明提供的天线装置的底层结构示意图；

图6为图5所示天线装置的A部分的局部放大图；

图7为本发明提供的天线单元的S参数曲线图；

图8为本发明提供的天线单元的隔离度曲线图；

图9为本发明提供的天线单元的效率曲线图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图1为本发明提供的电子终端的结构示意图。

电子终端100包括壳体4、电路板3、电池2和天线装置1。

其中，壳体4用于形成电子终端100的外部轮廓，以便于容纳电子终端100的电子器件、功能组件等，同时对电子终端100内部的电子器件和功能组件形成密封和保护作用。

电路板3安装在壳体4的内部。电路板3可以作为电子终端100的主板。电路板3上设置有接地点，以实现电路板3的接地。电路板3上可以集成有马达、麦克风、扬声器、受话器、耳机接口、通用串行总线接口(USB接口)、摄像头、距离传感器、环境光传感器、陀螺仪以及处理器等功能组件中的一个、两个或多个。

电池2安装在壳体4的内部。电池2连接电路板3，以实现电池2为电子终端100供电。其中，电路板3上可以设置有电源管理电路，电源管理电路用于将电池2提供的电压分配到电子终端100中的各个电子器件。

天线装置1安装在壳体4的内部并与电路板3电连接。天线装置1可以用于传输射频信号，以实现电子终端100的无线通信功能。

请同时参阅图2、图3、图4和图5，图2为本发明提供的天线装置的俯视结构示意图，图3为本发明提供的天线装置的叠层结构示意图，图4为图2所示天线单元的结构示意图，图5为本发明提供的天线装置的底层结构示意图。

天线装置1包括天线单元11，天线单元11传输激励电流后辐射无线信号。

天线单元11成型于介质基板12以及介质基板12两侧表面的第一导电层13和第二导电层14。天线单元11包括天线辐射体111和为天线辐射体111馈电的共面波导112。天线辐射体111上设有多个依次排布的第一通孔1111，每一第一通孔1111的孔壁接地。多个第一通孔1111将天线辐射体111分为第一辐射区域1112和第二辐射区域1113。共面波导112包括第一馈电端1121和第二馈电端1122，第一馈电端1121与第一辐射区域1112连接，第二馈电端1122与第二辐射区域1113连接。第一馈电端1121为第一辐射区域1112提供第一激励电流，第一辐射区域1112传输第一激励电流以辐射第一频段的无线信号，第二馈电端1122为第二辐射区域1113提供第二激励电流，第二辐射区域1113传输第二激励电流以辐射第二频段的无线信号。

介质基板12的材料为LCP(Liquid Crystal Polymer，液晶聚合物)或者MPI(Modified Polyimide，异质聚酰亚胺)。其中，LCP是一种新型的高分子材料，在一定的加热状态下会变成液晶形式。LCP材料介质损耗与导体损耗小，同时具备密封性，因而具有制造高频器件应用前景。MPI是非结晶性的材料，在低温下压合铜箔易于操作，也是一种广泛应用的材料。

请继续参阅图3，第一导电层13和第二导电层14的材料可以为铜、镁铝合金或者铝合金等。例如，介质基板12的两侧表面都贴有铜层，两侧铜层形成第一导电层13和第二导电层14。又例如，介质基板12的一面贴有铜层，再将两个介质基板12的没贴铜层的一面相互贴合起来，制成两侧表面都贴有铜层的双层介质基板12，两侧表面的铜层为第一导电层13和第二导电层14。

在形成天线单元11时，可以通过刻蚀等工艺手段将介质基板12表面的一部分铜层除去，剩下的即为需要的部分，需要的部分包括天线单元11。天线单元11包括天线辐射体111和共面波导112。天线辐射体111为金属材料，例如铜、镁铝合金或者铝合金等。天线辐射体111的形状可以为矩形、圆形或者异形等适用于工业应用的形状。

请参阅图4，天线辐射体111上设置有多个依次排列的第一通孔1111，每一第一通孔1111的孔壁接地。其中，第一通孔1111可以为圆孔、方孔等各种形状的通孔。多个第一通孔1111将天线辐射体111分为第一辐射区域1112和第二辐射区域1113。

其中，当向天线辐射体111馈入激励电流时，由于每一第一通孔1111的孔壁接地，所以每一第一通孔1111的孔壁的电势为0，而天线辐射体111上除第一通孔1111的孔壁以外区域的电势不为0。也就是说，根据电势分布，多个依次排列的第一通孔1111将天线辐射体111分为第一辐射区域1112和第二辐射区域1113。其中，第一辐射区域1112和第二辐射区域1113的电势不为0，所以第一辐射区域1112与第一通孔1111的孔壁之间存在第一电势差，第二辐射区域1113与第一通孔1111的孔壁之间存在第二电势差。

请继续参阅图2，共面波导112与天线辐射体111连接，共面波导112还与信号源电连接，向天线辐射体111传输信号源提供的激励电流。共面波导112由于具备小体积，轻重量和平面结构的优点，在通信领域中得到广泛的应用。

请继续参阅图2、图4和图5，共面波导112由中心导带1123、中心导带两侧的接地带和背面接地板组成。在本实施例中，中心导带两侧的接地带为第一导电层的系统地131，背面接地板为第二导电层的系统地141。

共面波导112包括第一馈电端1121和第二馈电端1122。

其中，第一馈电端1121与第一辐射区域1112连接，第一辐射区域1112包括第一连接点，可以理解的是，第一连接点根据实际频段等性能需求，可以设置在第一辐射区域1112的任意位置，第一馈电端1121与第一连接点连接。

其中，第二馈电端1122与第二辐射区域1113连接，第二辐射区域1113包括第二连接点，可以理解的是，第二连接点根据实际频段等性能需求，可以设置在第二辐射区域1113的任意位置，第二馈电端1122与第二连接点连接。

其中，第一馈电端1121为第一辐射区域1112提供第一激励电流，以使得第一辐射区域1112传输第一激励电流以辐射第一频段的无线信号，例如，第一频段的无线信号包括6.5GHz频段的射频信号。

其中，第二馈电端1122为第二辐射区域1113提供第二激励电流，以使得第二辐射区域1113传输第二激励电流以辐射第二频段的无线信号，例如，第二频段的无线信号包括8GHz频段的射频信号。

在本发明的描述中，需要理解的是，诸如“第一”、“第二”等术语仅用于区分类似的对象，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。

本发明提供的天线单元11中，通过多个第一通孔1111将天线辐射体111分为第一辐射区域1112和第二辐射区域1113。共面波导112的第一馈电端1121给第一辐射区域1112提供第一激励电流，第一辐射区域1112传输该第一激励电流产生第一频段的信号。共面波导112的第二馈电端1122给第二辐射区域1113提供第二激励电流，第二辐射区域1113传输该第二激励电流产生第二频段的信号。因此，该天线单元11仅通过一个天线辐射体111和一条共面波导112，就能实现双频无线信号的传输，能够减少天线装置1的元器件数量，有利于实现电子终端对轻薄化、小型化的需求。

请继续参阅图4，在本发明可选的一些实施例里，共面波导112的中心导带1123包括第一传输段1123a、第二传输段1123b和第三传输段1123c。第一传输段1123a与信号源连接，第二传输段1123b与第一传输段1123a以及第一馈电端1121连接，第三传输段1123c与第一传输段1123a以及第二馈电端1122连接。

其中，第一传输段1123a与信号源连接，共面波导112的中心导带1123一分为二形成第二传输段1123b和第三传输段1123c，第二传输段1123b与第一馈电端1121连接，给第一辐射区域1112提供第一激励电流；第三传输段1123c与第二馈电端1122连接，给第二辐射区域1113提供第二激励电流。

在本发明可选的一些实施例里，为了使天线装置1的排布有序，布局合理，第二传输段1123b与第一辐射区域1112之间可以形成有第一间隙114，第三传输段1123c与第二辐射区域1113之间可以形成有第二间隙115。也就是说，第二传输段1123b与第一辐射区域1112、第三传输段1123c与第二辐射区域1113之间的距离较接近，有利于节约空间，更加有利于天线单元11的小型化。

为了使结构更加简单，第一间隙114和第二间隙115连通，使得第一间隙114和第二间隙115形成一个狭长的间隙。

其中，请继续参阅图2、图4和图5。第一导电层13和第二导电层14上设置有系统地，第一导电层的系统地131上设置有凹槽1312，天线辐射体111和共面波导的中心导带1123设置在凹槽1312中，天线辐射体111和共面波导的中心导带1123与第一导电层的系统地131之间形成有第三间隙116以实现电隔离，第一通孔1111的孔壁与第二导电层的系统地141连接。

其中，第一通孔1111的孔壁通过第一导体与第二导电层的系统地141连接。可以理解的是，第一通孔1111的孔壁电势为0。其中，第一导体可以为金属条、金属管等。

请继续参阅图2，为了接地充分，电势一致，防止信号泄露，在第一导电层的系统地131上设置多个第二通孔集合1311，第二通孔集合1311包括多个第二通孔1311a，第二通孔1311a围绕设置在一个凹槽1312的周缘，每一第二通孔1311a的孔壁与第二导电层的系统地141连接。其中，第二通孔1311a可以为圆孔、方孔等各种形状的通孔。

其中，第二通孔1311a的孔壁通过第二导体与第二导电层的系统地141连接。可以理解的是，第二通孔1311a的孔壁电势为0。其中，第二导体可以为金属条、金属管等。

请继续参阅图5和图6，图6为图5所示天线装置的A部分的局部放大图。

天线装置1包括若干天线单元11以及连接器15，连接器15与信号源以及天线单元11连接，天线装置1的边缘设置有多个第三通孔16，每一第三通孔16连接第一导电层的系统地131和第二导电层的系统地141。

其中，天线单元11可以为一个或者多个，当只有一个天线单元11时，连接器15存在一个端口151，将信号源提供的馈源信号提供给一个天线单元11。当存在多个天线单元11时，连接器15存在多个端口151，端口151的数量可以与天线单元11的数量相同，每一端口151将信号源提供的馈源信号提供给一个天线单元11。

其中，连接器15可以设置在第二导电层的系统地141上。

请继续参阅图5，同样为了使第一导电层的系统地131和第二导电层的系统地141接地充分，电势一致，防止信号泄露，天线装置1的边缘设置有多个第三通孔16。第三通孔16可以为圆孔、方孔等各种形状的通孔。每一第三通孔16中存在一个第三导体，第三导体连接第一导电层的系统地131和第二导电层的系统地141。其中，第三导体可以为金属条、金属管等。

请参阅图7，图7为本发明提供的天线单元的S参数曲线图。

当天线装置1包括三个天线单元11时，L1、L2、L3为三个天线单元11的回波损耗曲线。

可以得出，当天线单元11在工作时，可以辐射两个频段的无线信号，例如其中一个频段包括6GHz频段的无线信号，另一个频段包括8GHz频段的无线信号。

请参阅图8，图8为本发明提供的天线单元的隔离度曲线图。

当天线装置1包括三个天线单元11时，L4、L5和L6为三个天线单元11相互之间的隔离度曲线。可以得出，三个天线单元11之间具有出色的隔离度，相互之间的影响很小。

请参阅图9，图9为本发明提供的天线单元的效率曲线图。

当天线装置1包括三个天线单元11时，L7、L9和L11为每一天线单元11的辐射效率，L8、L10和L12为每一天线单元11的总效率。可以得出，天线单元11具有较好的辐射效率和总效率。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种天线单元，其特征在于，成型于介质基板以及介质基板两侧表面的第一导电层和第二导电层，所述天线单元包括天线辐射体和为所述天线辐射体馈电的共面波导，所述天线辐射体上设有多个依次排布的第一通孔，每一所述第一通孔的孔壁接地，所述多个第一通孔将所述天线辐射体分为第一辐射区域和第二辐射区域，所述共面波导包括第一馈电端和第二馈电端，所述第一馈电端与所述第一辐射区域连接，所述第二馈电端与所述第二辐射区域连接，所述共面波导的中心导带包括第一传输段、第二传输段和第三传输段，所述第一传输段与信号源连接，所述第二传输段与所述第一传输段以及所述第一馈电端连接，所述第三传输段与所述第一传输段以及所述第二馈电端连接，所述第一馈电端为所述第一辐射区域提供第一激励电流，所述第一辐射区域传输所述第一激励电流以辐射第一频段的无线信号，所述第二馈电端为所述第二辐射区域提供第二激励电流，所述第二辐射区域传输所述第二激励电流以辐射第二频段的无线信号。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：所述第二传输段与所述第一辐射区域之间形成有第一间隙，所述第三传输段与所述第二辐射区域之间形成有第二间隙。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于：所述第一间隙与所述第二间隙连通。

4.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于：所述第一导电层和所述第二导电层上设置有系统地，所述第一导电层的系统地上设置有凹槽，所述天线辐射体和所述共面波导的中心导带设置在所述凹槽中，且与所述第一导电层的系统地之间形成有第三间隙以实现电隔离，所述第一通孔的孔壁与所述第二导电层的系统地连接。

5.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于：所述第一导电层的系统地上设置有第二通孔集合，所述第二通孔集合包括多个第二通孔，所述第二通孔围绕设置在所述凹槽的周缘，每一所述第二通孔的孔壁与所述第二导电层的系统地连接。

6.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置包括若干如权利要求1至5任一项所述的天线单元以及连接器，所述连接器与信号源以及所述天线单元连接，所述天线装置的边缘设置有多个第三通孔，每一所述第三通孔连接第一导电层的系统地和第二导电层的系统地。

7.一种电子终端，其特征在于，包括天线装置，所述天线装置为权利要求6所述天线装置。

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