CN112993592A - 天线封装模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线封装模组及电子设备，属于天线技术领域。该天线封装模组，包括：射频集成电路；与所述射频集成电路连接的阵列天线层；与所述阵列天线层连接的馈线层；与所述射频集成电路连接的电源管理集成电路；其中，所述阵列天线层包括第一天线阵列和第二天线阵列，且所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的辐射方向不相同；所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的天线辐射方向均与所述阵列天线层所在面平行。通过在天线封装模组中设置具有多个辐射方向的天线阵列，且将天线阵列的天线辐射方向设置的与阵列天线层所在面平行，以此增加了天线封装模组的覆盖方向，增大了天线封装模组覆盖的空间范围。

Description

天线封装模组及电子设备

技术领域

本申请属于天线技术领域，特别涉及一种天线封装模组及电子设备。

背景技术

在全金属、高屏占比、超薄机身，与多天线通讯已成为终端的现今主流与未来趋势，且随着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移动终端上，如手机、平板，甚至是笔记本电脑，故而在保持系统整体有竞争力的尺寸下，各天线所分得的有效辐射空间往往因而更加减少，进而使得天线性能下降，造成用户无线体验的劣化。或是为容纳多个分立的天线，而增加系统整体的体积尺寸，故而使产品整体竞争力下降。

目前主流毫米波的天线设计方案主要是采用端射天线(典型形式为patch天线)制作在毫米波芯片的封装上，共同组成天线封装(Antenna in package，AIP)模组，即把毫米波的阵列天线，射频集成电路(Radio Frquency Intergarted Circuit，RFIC)以及电源管理集成电路(Power Management Intergarted Circuit，PMIC)集成在一个模块内。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1、由于采用的天线形式为端射天线，因此一个毫米波AIP模组只能覆盖与天线垂直的方向，从而导致其覆盖的空间范围较小。

2、在实际应用中，为了获得更好的空间覆盖，往往需要采用多个毫米波AIP模组，这不仅会造成手机中整体成本的增加，还会占据了目前其他天线的空间，导致天线性能的下降，从而影响用户的无线体验。

3、现有的技术的毫米波天线AIP模组一般放置在移动终端的边框或者电池后盖侧，无法对屏幕上方进行有效的毫米波覆盖。

发明内容

本申请实施例提供一种天线封装模组及电子设备，能够解决端射天线形式使得一个毫米波AIP模组只能覆盖与天线垂直的一个方向，从而导致其覆盖的空间范围较小的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种天线封装模组，包括：

射频集成电路；

与所述射频集成电路连接的阵列天线层；

与所述阵列天线层连接的馈线层；

与所述射频集成电路连接的电源管理集成电路；

其中，所述阵列天线层包括第一天线阵列和第二天线阵列，且所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的辐射方向不相同；

所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的天线辐射方向均与所述阵列天线层所在面平行。

第二方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括如第一方面所述的天线封装模组。

在本申请实施例中，通过在天线封装模组中设置具有多个辐射方向的天线阵列，且将天线阵列的天线辐射方向设置的与阵列天线层所在面平行，增加了天线封装模组的覆盖方向，增大了天线封装模组覆盖的空间范围。

附图说明

图1是本申请实施例的毫米波天线封装模组的组成结构示意图；

图2是实现方式一的毫米波天线封装模组的侧视剖面图；

图3是实现方式一的喇叭天线阵列平面示意图；

图4是实现方式一的喇叭天线单元平面分层图；

图5是是实现方式二的喇叭天线阵列平面示意图；

图6是实现方式三的喇叭天线阵列平面分层图；

图7是实现方式三的喇叭天线阵列平面示意图；

图8是实现方式三的毫米波天线封装模组的侧视剖面图；

图9是第一介质体和第二介质体的具体结构示意图；

图10是本申请实施例的天线封装模组在电子设备中的设置位置示意图；

图11是本申请实施例的毫米波天线封装模组的布局示意图之一；

图12是本申请实施例的毫米波天线封装模组的布局示意图之二。

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得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的显示控制方法、装置及电子设备进行详细地说明。

如图1至图3所示，本申请实施例提供一种天线封装模组，包括：

射频集成电路100；

与所述射频集成电路100连接的阵列天线层200；

与所述阵列天线层200连接的馈线层300；

与所述射频集成电路100连接的电源管理集成电路400；

其中，所述阵列天线层200包括第一天线阵列201和第二天线阵列202，且所述第一天线阵列201和所述第二天线阵列202的辐射方向不相同；

所述第一天线阵列201和所述第二天线阵列202的天线辐射方向均与所述阵列天线层200所在面平行。

需要说明的是，本申请实施例的天线封装模组的各个部件均与连接器连接，该连接器用于将天线封装模组与电子设备的主板连接。

需要说明的是，本申请实施例所说的天线封装模组为毫米波天线封装模组(毫米波AIP模组)，本申请中通过将毫米波天线封装模组中的阵列天线层200的天线辐射方向设置的与阵列天线层200所在面平行，此种天线可以称为边射天线(即天线的最大辐射方向与天线所在面平行)，且本申请实施例的阵列天线层200具有多个天线阵列，不同阵列天线的辐射方向不同，以此增加了毫米波天线封装模组的覆盖方向，增大了毫米波天线封装模组覆盖的空间范围。

下面对本申请的阵列天线层200的具体设置进行详细说明如下。

具体地，如图2至图9所示，所述阵列天线层200，包括：

第一金属层210、第二金属层220；

分别与所述第一金属层210和所述第二金属层220连接，且位于所述第一金属层210和所述第二金属层220之间的介质基板230；

所述介质基板230包括由连接体构成的至少两个第一介质体2012和至少两个第二介质体2013，所述连接体将所述第一金属层和所述第二金属层导通；

所述第一金属层210和所述第二金属层220以及至少两个第一介质体2012构成所述第一天线阵列201；

所述第一金属层210和所述第二金属层220以及至少两个第二介质体2013构成所述第二天线阵列202。

进一步如图9所示，所述连接体围成具有开口端21和封闭端22的至少两个介质区域20，所述第一介质体2012、所述第二介质体2013分别与所述至少两个介质区域20一一对应设置；

其中，所述开口端21的长度大于所述封闭端22的长度。

也就是说，介质基板230上包括多个介质区域20，多个介质区域20分为两组，一组介质区域中的每一个介质区域20中均设置一个第一介质体2012，另一组介质区域中的每一个介质区域20中均设置一个第二介质体2013；例如，连接体围成的介质区域20有4个，这四个介质区域20分为两组，其中一组中的每一个介质区域20上均对应设置一个第一介质体2012，另一组中的每一个介质区域20上均对应设置一个第二介质体2013。

需要说明的是，该连接体围成的介质区域20的形状可以看成为喇叭形，进而该第一介质体2012和第二介质体2013也为喇叭形。

还需要说明的是，该连接体可以由多个金属化过孔20121构成，更具体地说，每个介质区域20均由多个金属化过孔20121构成。连接体还可以是实心的金属柱，空心的金属柱等结构形式。

具体地，本申请实施例中的第一天线阵列201和第二天线阵列202可以看作分别由多个基片集成波导(SIW)喇叭天线单元构成，也就是说，第一介质体2012和第二介质体2013的形状均为喇叭形，可以将第一介质体2012和第二介质体2013称为SIW喇叭本体(或喇叭本体)；第一金属层210和所述第二金属层220为上下两层SIW金属地，通过在特定区域打金属化过孔连接上下层金属地从而构建一个SIW喇叭天线单元。本申请实施例中的SIW喇叭天线单元中的喇叭本体分为两个部分：头部的三面围绕均匀排列的金属化过孔，一面未设置金属化过孔，其主要目的是激励起所需频率的电磁波，其尺寸决定了SIW喇叭天线单元的谐振频率；尾部连接于未设置金属化过孔的头部体的一侧，金属化过孔在尾部的外侧按预定的张角排布，从而实现头部激励起的电磁波向外辐射，通常尾部外侧的金属化过孔的张角的大小决定了SIW喇叭天线单元的辐射性能。

需要说明的是，本申请实施例中的所述阵列天线层和所述馈线层通过：过孔、微带或共面波导的方式进行馈电，优选地，本申请实施例中采用馈电过孔240对SIW喇叭天线单元进行馈电，其主要目的是便于跟毫米波AIP模组的馈线层进行集成，实际中可以根据需要灵活采用其他馈电形式。

进一步需要说明的是，当采用过孔(也可以称为馈电过孔240)的方式进行馈电时，本申请实施例中的馈电过孔240的长度可以根据阻抗匹配的需求进行调节，可以与SIW上层金属地直接接触也可以埋于介质基板中。

还需要说明的是，在所述连接体包括多个金属化过孔时，金属化过孔20121的直径(d)可根据加工工艺等要求决定，相邻金属化过孔20121间的距离优选设置在金属化过孔直径的1.5倍和金属化过孔直径的2倍之间，以减少不必要的电磁泄露。

为了保证本申请的天线封装模组的多个辐射方向，本申请采用如下几种实现方式，下面以第一介质体2012和第二介质体2013为喇叭本体为例，分别对这几种实现方式进行说明如下。

实现方式一、喇叭天线并列放置

具体地，如图3所示，所述至少两个第一介质体2012和所述至少两个第二介质体2013在所述介质基板上沿第一方向镜像分布，且相邻的两个第一介质体2012之间和相邻的两个所述第二介质体2013在第二方向均分别沿第一预设间隔分布；

其中，所述第一方向垂直于所述第二方向。

需要说明的是，此种实现方式下，所述第一方向指的是X轴方向，第二方向为Y轴方向。

需要说明的是，此种实现方式下的喇叭本体的设置情况为：将分别属于第一介质体2012和第二介质体2013的喇叭本体分别制作在毫米波天线封装模组的上下两端(沿着X轴镜像排布)实现对上下两侧的双向辐射；同时将第一介质体2012和第二介质体2013的喇叭本体沿着Y轴按照一定的间距(优选为0.5个空气波长，也可以根据需要改变间距)排列以组成阵列(优选为1×4阵列，也可以根据需要改变阵列数目)，并通过射频集成电路100进行控制，从而实现波束扫描。需要注意的是，本申请中的第一天线阵列201和第二天线阵列202共用同一射频集成电路100，并且同一时刻只有一个天线阵列工作，模组的双向辐射其实是通过切换天线阵列实现的。

进一步如图2所示，为毫米波天线封装模组侧视图，本申请的此种实现方式中的喇叭天线单元制作在阵列天线层200上，以毫米波发射为例，毫米波信号经由射频集成电路(RFIC)进入到馈线层300中的金属过孔并经由微带线与馈线过孔相连接，从而激励起SIW喇叭天线的辐射。

实现方式二、喇叭天线交错放置

具体地，如图5所示，所述至少两个第一介质体2012在第二方向上连续分布，所述至少两个第二介质体2013在第二方向上连续分布，且所述第一介质体2012和所述第二介质体2013在第二方向上交错分布。

需要说明的是，此种实现方式下，第二方向为Y轴方向。

进一步地，在进行具体设置时，所述交错分布的方式为：

相邻的所述第一介质体2012之间设置一个第二介质体2013，相邻的所述第二介质体2013之间设置一个第一介质体2012。

由图5所示，第二介质体2013的头部位于相邻的两个第一介质体2012的头部之间，第一介质体2012的头部位于相邻的两个第二介质体2013的头部之间。

需要说明的是，此种实现方式是在实现方式一的基础上，通过将SIW喇叭本体在同一天线层上交错排布来缩小毫米波天线封装模组在X轴方向的宽度，进而缩小了毫米波天线封装模组的尺寸，从而进一步缩小了毫米波天线封装模组在电子设备上的空间占用。

实现方式三、喇叭天线在不同层放置

具体地，如图6至图8所示，所述介质基板230包括：

第一基板231、第二基板232；

设置在所述第一基板231和所述第二基板232之间、连接所述第一基板231和所述第二基板232的第三金属层233；

所述至少两个第一介质体2012设置在所述第一基板231上；

所述至少两个第二介质体2013设置在所述第二基板232上。

需要说明的是，此种实现方式是在实现方式二的基础上，通过将不同辐射方向的喇叭本体制作在不同天线层(分别为上层天线层和下层天线层)上来进一步缩小毫米波天线封装模组在X轴方向的宽度，进而缩小了毫米波天线封装模组的尺寸，从而进一步缩小了毫米波天线封装模组在电子设备上的空间占用。

需要说明的是，本申请可以达到如下有益效果：

1、本申请不同于现有技术通常采用端射天线制作AIP，而是引入一种边射天线，如实施例中所说的采用的SIW喇叭天线单元，从而实现天线的辐射方向与毫米波AIP模组平行；

2、本申请通过将两个天线阵列的喇叭天线单元的开口设置的方向不同，以此实现毫米波AIP模组的向两个不同方向的辐射；

3、本申请通过切换不同的天线阵列来实现毫米波AIP模组向两个不同方向的覆盖，相比于现有技术的毫米波AIP模组有效的提高了空间覆盖(理论上提高了3dB)；

4、相比于现有技术，本申请上的毫米波AIP模组的两个天线阵列共用一个毫米波芯片(即两个天线阵列共用RFIC)，也就是说在实现相同空间覆盖时，现有技术需要两个毫米波芯片，而本申请只需一个毫米波芯片，因毫米波芯片价格往往很高，本申请有效的降低所需的毫米波芯片的数量，从而大大节约了成本。

还需要说明的是，本申请可应用于无线城际网路(WMAN)、无线广域网路(WWAN)、无线区域网路(WLAN)、无线个人网路(WPAN)、多输入多输出(MIMO)、射频识别(RFID)，甚至是近场通信(NFC)、无线充电(WPC)，或FM等无线通信设计与应用上；本申请尚可应用于电磁波吸收比值(SAR)与助听器兼容性(HAC)等对人体安全、健康，与佩戴的电子器件(如助听器或心率调整器等)相容性的法规测试与实际设计及应用上。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述的天线封装模组。

进一步地，如图10所示，所述天线封装模组位于屏幕91与电池盖92之间，且所述天线封装模组的阵列天线层正对所述屏幕91上未设置纳米铟锡金属氧化物(ITO)层的位置；由于屏幕中ITO层的存在，毫米波信号无法穿透，因此需要将本申请中的天线封装模组放置在屏幕黑边处(黑边处没有ITO层)以实现对屏幕上方的毫米波信号覆盖。

还需要说明的是，所述天线封装模组的辐射方向为所述电子设备的屏幕的上方或电池盖的下方。

需要说明的是，现有技术中毫米波天线模组在移动终端中放置的方案，为了避免金属对毫米波天线性能的影响，目前的解决方案有在金属边框上开窗，以及缩短金属边框；现有技术中无论采用哪种方案，都需要破坏金属边框，从而破坏了外观的完整性以及给结构强度带来不稳定性；而本申请中由于采用了端射天线，从而实现了天线辐射方向与天线面平行(如图3中沿着X方向)，从而不需要破坏金属边框；同时本申请中的天线封装模组通过切换不同的天线阵列来实现对显示屏幕上方以及电池后盖下方的毫米波信号覆盖，从而实现更大空间的毫米波信号覆盖。

如图11和图12所示，为本申请的天线封装模组的两种可能的布局示意图，图11中的第一天线模组10为本申请实施例中的毫米波天线封装模组，第二天线模组20和第三天线模组30为现有技术的端射patch毫米波天线模组。图11中采用本申请的天线封装模组用来实现电子设备屏幕上方和电池盖下方的毫米波覆盖，同时在电子设备的侧边放置现有技术的端射patch毫米波的第二天线模组20和第三天线模组30用来实现横屏状态下的毫米波信号覆盖，通过本申请与现有技术相结合的形式可以获得更好的空间覆盖；需要说明的是，本申请通过合理放置毫米波AIP模组，可以实现对电子设备屏幕上侧的辐射，同时在进行毫米波天线布局时，可以将本申请的毫米波AIP模组与现有技术的毫米波AIP相结合，从而更进一步提高毫米波的空间覆盖。图12中则是仅采用本申请的毫米波天线模组用来实现电子设备屏幕上方(上半球覆盖)和电池盖下方的毫米波覆盖(下半球覆盖)，该种布局仅需要1个毫米波天线模组(即1个毫米波RFIC)则可实现自由状态下近似全空间的覆盖，大大降低了毫米波天线模组对电子设备的空间占用，同时也有效的降低了电子设备的成本。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (12)

1.一种天线封装模组，其特征在于，包括：

射频集成电路；

与所述射频集成电路连接的阵列天线层；

与所述阵列天线层连接的馈线层；

与所述射频集成电路连接的电源管理集成电路；

其中，所述阵列天线层包括第一天线阵列和第二天线阵列，且所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的辐射方向不相同；

所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的天线辐射方向均与所述阵列天线层所在面平行。

2.根据权利要求1所述的天线封装模组，其特征在于，所述阵列天线层，包括：

第一金属层、第二金属层；

分别与所述第一金属层和所述第二金属层连接，且位于所述第一金属层和所述第二金属层之间的介质基板；

所述介质基板包括由连接体构成的至少两个第一介质体和至少两个第二介质体，所述连接体将所述第一金属层和所述第二金属层导通；

所述第一金属层和所述第二金属层以及至少两个第一介质体构成所述第一天线阵列；

所述第一金属层和所述第二金属层以及至少两个第二介质体构成所述第二天线阵列。

3.根据权利要求2所述的天线封装模组，其特征在于，所述连接体围成具有开口端和封闭端的至少两个介质区域，所述第一介质体、所述第二介质体分别与所述至少两个介质区域一一对应设置；

其中，所述开口端的长度大于所述封闭端的长度。

4.根据权利要求2所述的天线封装模组，其特征在于，所述至少两个第一介质体和所述至少两个第二介质体在所述介质基板上沿第一方向镜像分布，且相邻的两个第一介质体之间和相邻的两个所述第二介质体在第二方向均分别沿第一预设间隔分布；

其中，所述第一方向垂直于所述第二方向。

5.根据权利要求2所述的天线封装模组，其特征在于，所述至少两个第一介质体在第二方向上连续分布，所述至少两个第二介质体在第二方向上连续分布，且所述第一介质体和所述第二介质体在第二方向上交错分布。

6.根据权利要求5所述的天线封装模组，其特征在于，所述交错分布的方式为：

相邻的所述第一介质体之间设置一个第二介质体，相邻的所述第二介质体之间设置一个第一介质体。

7.根据权利要求2所述的天线封装模组，其特征在于，所述介质基板包括：

第一基板、第二基板；

设置在所述第一基板和所述第二基板之间、连接所述第一基板和所述第二基板的第三金属层；

所述至少两个第一介质体设置在所述第一基板上；

所述至少两个第二介质体设置在所述第二基板上。

8.根据权利要求2或7所述的天线封装模组，其特征在于，所述连接体包括多个金属化过孔，且相邻的所述金属化过孔之间的间距位于金属化过孔直径的1.5倍和金属化过孔直径的2倍之间。

9.根据权利要求1所述的天线封装模组，其特征在于，所述阵列天线层和所述馈线层通过：过孔、微带或共面波导的方式进行馈电。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线封装模组。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述天线封装模组位于屏幕与电池盖之间，且所述天线封装模组的阵列天线层正对所述屏幕上未设置纳米铟锡金属氧化物ITO层的位置。

12.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述天线封装模组的辐射方向为所述电子设备的屏幕的上方或电池盖的下方。

Images