CN113193331B

CN113193331B - 天线单元和电子设备

Info

Publication number: CN113193331B
Application number: CN202110474364.3A
Authority: CN
Inventors: 程胜祥; 周成昊
Original assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Current assignee: Beijing Xiaomi Mobile Software Co Ltd
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2041-04-29
Also published as: CN113193331A

Abstract

本公开提供了一种天线单元和电子设备，属于天线技术领域。所述天线单元包括PCB板和射频模组，所述射频模组固定在所述PCB板上；所述PCB板具有缝隙，所述缝隙贯穿所述PCB板的两个板面，且一端在所述PCB板的侧壁开口，另一端封闭；所述缝隙的内壁具有馈点，所述射频模组与所述馈点电性连接，且所述射频模组通过所述馈点收发至少一个频段的天线信号。当本公开提供的天线单元应用在主板中时，天线单元中的PCB板即为主板中的PCB板，且该PCB板上除了射频模组之外，还可以正常排布主板包括的其余电子元器件。主板上实际被占据的的面积即为开设的缝隙所占据的面积，主板被占据的面积大大减小。

Description

天线单元和电子设备

技术领域

本公开涉及天线技术领域，具体涉及一种天线单元和电子设备。

背景技术

板载天线是指将天线直接制作在电子设备的主板上。

相关技术中，一般会将主板角落的一部分切分出来，专门作为天线使用。并且，作为天线的这部分主板不具有任何电子元器件。

由于作为天线的部分主板不具有任何电子元器件，所以板载天线通常需要占据了主板较大的面积。

发明内容

为了解决相关技术中存在的技术问题，本公开提供了一种天线单元和电子设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种天线单元，所述天线单元包括印制电路板(Printed Circuit Board，PCB板)和射频模组，所述射频模组固定在所述PCB板上；

所述PCB板具有缝隙，所述缝隙贯穿所述PCB板的两个板面，且一端在所述PCB板的侧壁开口，另一端封闭；

所述缝隙的内壁具有馈点，所述射频模组与所述馈点电性连接，且所述射频模组通过所述馈点收发至少一个频段的天线信号。

在一种可能的实现方式中，沿着所述缝隙，所述馈点距所述缝隙封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm。

在一种可能的实现方式中，所述缝隙包括第一缝隙段和第二缝隙段；

所述第一缝隙段与所述第二缝隙段相交；

所述第一缝隙段的第一端在所述PCB板的侧壁开口，所述第一缝隙段的第二端与所述第二缝隙段的第一端连通，所述第二缝隙段的第二端封闭。

在一种可能的实现方式中，所述第一缝隙段与所述第二缝隙段垂直。

在一种可能的实现方式中，所述馈点位于所述第一缝隙段。

在一种可能的实现方式中，所述馈点距所述第一缝隙段的第二端的距离与所述第二缝隙段的长度的和大于12mm且小于18mm。

在一种可能的实现方式中，所述缝隙为直缝隙。

在一种可能的实现方式中，所述馈点距所述缝隙封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm。

在一种可能的实现方式中，所述缝隙的宽度大于0.5mm且小于2mm。

在一种可能的实现方式中，所述馈点包括信号馈点和地馈点；

所述信号馈点和所述地馈点分别位于所述缝隙相对的两个内壁。

根据本公开的第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括壳体和如第一方面任一项所述的天线单元；

所述天线单元位于所述壳体的内部。

在一种可能的实现方式中，所述天线单元的缝隙的开口朝向所述壳体的第一侧壁，所述第一侧壁为所述壳体中距所述天线单元最近的侧壁。

在一些可能的实现方式中，所述电子设备为电视，所述第一侧壁为所述电视的壳体的底壁。

本公开提供的技术方案至少包括以下有益效果：

本公开提供了一种天线单元，该天线单元能够应用在PCB板中，且该PCB板上除了射频模组之外，还可以正常排布主板包括的其余电子元器件。可见，当本公开提供的天线单元应用在主板中时，天线单元将主板包括的PCB板整体作为天线辐射体，并通过在PCB板上开设缝隙为PCB板馈电。主板上实际被占据的的面积即为开设的缝隙所占据的面积，主板被占据的面积较小。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是本公开一示例性实施例提供的一种天线单元的示意图；

图2是本公开一示例性实施例提供的一种缝隙的示意图；

图3是本公开一示例性实施例提供的另一种天线单元的示意图；

图4是本公开一示例性实施例提供的另一种缝隙的示意图；

图5是本公开一示例性实施例提供的一种电子设备的示意图；

图6是本公开一示例性实施例提供的一种天线方向图；

图7是本公开一示例性实施例提供的一种天线单元的天线方向图；

图8是本公开一示例性实施例提供的另一种天线单元的天线方向图；

图9是本公开一示例性实施例提供的一种天线单元的回波损耗的示意图。

图例说明：

1、PCB板；

10、缝隙；

101、第一缝隙段；

102、第二缝隙段；

11、馈点；

111、信号馈点；

112、地馈点；

2、射频模组；

a、壳体；

b、天线单元；

c、第一侧壁。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步的详细描述。

本公开的实施方式部分使用的术语仅用于对本公开的实施例进行解释，而非旨在限定本公开。除非另作定义，本公开的实施方式使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

板载天线是指将天线直接设计在电子设备的主板上。

由于天线需要占用一定的空间，将天线设计在电子设备的主板上，一般会占用主板较大的面积，使得主板的面积增大，增加了电子设备的成本。

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种天线单元，该天线单元可以应用于电子设备的主板中，且能够减少主板被天线占据的尺寸。

其中，该天线单元可以应用在任何需要内置天线的电子设备中，例如，手机、电视、网络音箱、遥控器和游戏手柄等，本公开实施例对天线单元所应用的电子设备的具体类型不做限定。

本公开实施例提供了一种天线单元，如图1所示，天线单元包括印制电路板1(Printed Circuit Board，PCB板)和射频模组2。

PCB板1具有缝隙10，缝隙10贯穿PCB板1的两个板面，且一端在PCB板1的侧壁开口，另一端封闭。缝隙10的内壁具有馈点11，射频模组2与馈点11电性连接，且射频模组2通过馈点11收发至少一个频段的天线信号。

其中，PCB板1是电子元器件的支撑体，也是各个电子元器件之间电性连接的载体。PCB板1上具有电路等金属，因此PCB板1可以作为天线使用。

PCB板1具有缝隙10，缝隙10的一端在PCB板1的侧壁开口，另一端封闭，缝隙10的内壁具有馈点11。在PCB板1上开设缝隙10的目的是使射频模组2为PCB板1馈电。PCB板1具有一定的厚度，缝隙10贯穿的两个板面为在PCB板1厚度方向上相对设置的两个板面。PCB板1可以为主板包括的PCB板，但不限于此。

如图2所示，馈点11包括信号馈点111和地馈点112，信号馈点111和地馈点112分别位于缝隙10相对的两个内壁。并且，信号馈点111和地馈点112可以正对。另外，本公开实施例对哪一内壁具有信号馈点111，哪一内壁具有地馈点112不做限定，具体的位置可以根据实际的需求任意设置。

本公开实施例对缝隙10的尺寸以及馈点11的位置不做限定。

在一些可能的实现方式中，缝隙10的宽度大于0.5mm且小于2mm(例如，可以为1mm)。通过设置缝隙10的宽度在大于0.5mm且小于2mm这一宽度范围内，使得天线单元的阻抗较低。缝隙10的长度可以大于18mm且小于22mm，如可以为20mm。

在一些可能的实现方式中，沿着缝隙10，馈点11距缝隙10封闭的一端的距离可以大于12mm且小于18mm(例如，可以为15mm)。通过设置馈点11距缝隙10封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm，使得天线单元的工作带宽较大，且信号馈点111和地馈点112之间不会发生短路。

射频模组2与馈点11电性连接，且能够通过馈点11向PCB板1馈电。在一些可能的实现方式中，射频模组2可以通过微带线与馈点1电性连接。

需要说明的是，射频模组2向PCB板1馈电时，可以是从左往右馈电(射频模组2在缝隙10的左面)，也可以是从右往左馈电(射频模组2在缝隙10的右面)，本公开实施例对此不做限定。示例性的，如图1所示，射频模组2位于缝隙10的左面，射频模组2从左往右向PCB板1馈电。

当本公开实施例提供的天线单元应用在主板中时，PCB板1上除了排布射频模组2之外，还可以排布其余电子元器件。这些电子元器件固定在PCB板1上，且通过PCB板1实现电性连接。本公开实施例对电子元器件的种类和数量等不做限定，具体的种类和数量可以与现有的电子设备的主板的电子元器件相同。

本公开实施例对天线单元的工作频段不做限定，示例性的，天线单元工作在2.4-2.484GHz频段，也就是蓝牙和2.4G的无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)频段。

当本公开实施例提供的天线单元应用在主板中时，天线单元将主板包括的整个PCB板1作为天线，并通过在PCB板1上开设的缝隙10为PCB板1馈电。同时，PCB板1上还可以正常支撑主板包括的各种电子元器件。因此，主板实际被占据的面积即为开设的缝隙10所占据的面积，主板被占据的面积大大减小，使得主板的尺寸和成本均可以降低。

通过应用本公开实施例提供的天线单元，能够释放板载天线专用的大部分主板面积。并且，释放了主板的面积之后，主板上电子元器件的布局更加灵活，通过合理的排布，可以使得主板减少的面积大于释放出的主板面积。

主板的面积的减小，一是可以减少主板的材料的使用，降低成本。二是有利于电子设备的小型化。例如，由于主板尺寸减小，所以当天线单元应用在手机、网络音箱、遥控器和游戏手柄等便携式产品上时，能明显减小整机尺寸，从而让用户获得更好的体验。

另外，本公开实施例提供的天线单元，在缝隙10的开口朝向的一侧辐射强度较大，利用这一特性，可以增强目标区域的辐射强度。

需要说明的是，天线单元应用在主板中仅仅是一种示例，并不构成对本公开的限定。在实际应用中，天线单元还可以应用在其余场景中，例如，PCB板1上可以仅排布有射频模组2。

本公开实施例对PCB板1上开设的缝隙10的具体形态不做限定，下面，提供几种缝隙10可能的形态：

(1)缝隙10为L形缝隙。

如图1和图2所示，缝隙10包括第一缝隙段101和第二缝隙段102。第一缝隙段101与第二缝隙段102相交。第一缝隙段101的第一端在PCB板1的侧壁开口，第一缝隙段101的第二端与第二缝隙段102的第一端连通，第二缝隙段102的第二端封闭。

其中，第一缝隙段101可以与第二缝隙段102垂直。

馈点11可以位于第一缝隙段101。

本公开实施例所示的技术方案，通过设置缝隙10为L形缝隙，使得天线单元的工作带宽较大。

在一些可能的实现方式中，馈点11距第一缝隙段101的第二端的距离与第二缝隙段102的长度的和大于12mm且小于18mm。

如图2所示，馈点11距第一缝隙段101的第二端的距离为L1，第二缝隙段102的长度为L2，则L1+L2大于12mm且小于18mm。

在一些可能的实现方式中，馈点11距第一缝隙段101的第二端的距离与第二缝隙段102的长度的和为15mm，也即，L1+L2等于15mm。

本公开实施例对L1和L2的具体数值不做限定，示例性的，L1为10mm，L2为5mm。

本公开实施例所示的技术方案，沿着缝隙10，通过设置馈点11距缝隙10封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm，使得天线单元的工作带宽较大，且信号馈点111和地馈点112之间不会发生短路。

本公开实施例对第一缝隙段101的长度不做限定，示例性的，第一缝隙段101的长度为15mm。馈点11距第一缝隙段101的第一端(即开口端)的距离可以为5mm。

(2)缝隙10为一字型缝隙。

如图3和图4所示，缝隙10为直缝隙。

在一些可能的实现方式中，馈点11距缝隙10封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm。

如图4所示，馈点11距缝隙10封闭的一端的距离L3大于12mm且小于18mm。

在一些可能的实现方式中，馈点11距缝隙10封闭的一端的距离可以为15mm。也即，L3等于15mm

本公开实施例所示的技术方案，通过设置馈点11距缝隙10封闭的一端的距离大于12mm且小于18mm，使得天线单元的工作带宽较大，且信号馈点111和地馈点112之间不会发生短路。

在一些可能的实现方式中，缝隙10的总长度为20mm。

在一些可能的实现方式中，馈点11距缝隙10开口的一端的距离为5mm。

需要说明的是，以上两种缝隙10的形态仅仅是示例性的，在实际应用中，可以根据PCB板1上的电子元器件的实际排布方式，灵活的确定缝隙10的具体形态。

这样，PCB板1上的电子元器件的布局以及布线更加灵活，可以进一步提高PCB板1的面积的利用率。

下面，以一个具体的实例，对本公开实施例提供的天线单元与相关技术中的板载天线进行对比：

相关技术中的板载天线，会在主板的左下角分隔出一面积为30mm×15mm的长方形PCB板，作为天线。则相关技术中的板载天线占据的主板的面积为450mm²。

本公开实施例提供的天线单元，将主板的整个PCB板1作为天线辐射体，除了开设的缝隙10之外，PCB板1上的其余部分可以正常排布电子元器件。因此，主板上实际被占据的面积，为缝隙10所占据的面积。假设缝隙10的总长度为20mm，宽为1mm，则缝隙10占据的面积为20mm²。

可见，本公开实施例提供的技术方案，将板载天线占据的主板的450mm²中的430mm²的面积释放给主板，从而，节约了主板的面积，降低了成本。

并且，由于释放了430mm²的面积，使得主板中电子元器件的布局能够更加合理，可以使得主板减少大于430mm²的面积(如1100mm²)。

本公开实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，电子设备包括壳体a和上述天线单元b，天线单元b位于壳体a的内部。

其中，本公开实施例对电子设备的具体类型不做限定，示例性的，该电子设备可以为手机、电视、网络音箱、遥控器和游戏手柄等。

电子设备除了包括壳体a和天线单元b之外，还包括其余必备的部件。例如，对于手机和电视来说，还包括显示部件等；对于遥控器和游戏手柄来说，还包括按键部件等；对于网络音箱来说，还包括声效部件等。

本公开实施例提供的技术方案，当将天线单元b应用在电子设备中的主板上时，可以降低主板的尺寸和成本，从而可以降低电子设备的尺寸和成本。

当应用到便携式电子设备中时，有利于电子设备的小型化设计，能够使得用户获得更好的使用体验。

另外，本公开实施例提供的天线单元在缝隙10的开口朝向的一侧辐射强度最强，基于这一特性，能够提高电子设备在目标区域的辐射强度。

在一些可能的实现方式中，如图5所示，天线单元b的缝隙10的开口朝向壳体a的第一侧壁c，且第一侧壁c为壳体a中距天线单元b最近的侧壁。

本公开实施例所示的技术方案，通过这一设计，能够使得天线单元b辐射的信号通过第一侧壁c辐射到电子设备的外部。并且，由于第一侧壁c为距天线单元b最近的侧壁，且天线单元b向着第一侧壁c辐射的强度最大，所以天线单元b辐射到电子设备外部的信号的强度较大。

下面，以天线单元b应用在电视的主板中为例，对天线单元b提升辐射强度的效果进行说明：

在电视中，电视的主板位于液晶显示屏的金属背板的后面，而金属背板会遮挡天线的信号，所以主板的板载天线对电视正前方及邻近区域的辐射都较弱。

然而，在电视正前方及邻近区域，通常会有蓝牙遥控器的操作，以及蓝牙耳机的实际体验，所以提高电视正前方及邻近区域天线辐射强度，对电视的性能尤为重要。

本公开实施例提供的电子设备，通过设置天线单元b的缝隙10的开口朝向壳体a的第一侧壁c，使得天线单元b向着第一侧壁c辐射的信号的强度最大，且由于第一侧壁c为壳体a中距天线单元b最近的侧壁，所以辐射出的信号可以很容易的穿过第一侧壁c绕到电视的前方区域，从而能够有效的提高电视正前方及邻近区域的辐射强度。

举例来说，请参照图6示出的相关技术中的板载天线的天线方向图(以天线的工作频点为2.4GHz为例)，根据实验可得，相关技术中的板载天线在电视的正前方(0°方向)的辐射强度为-8.008dBi(m1)，在正前方邻近区域的三个点的辐射强度分别大约为-20dBi(m2)、-15dBi(m3)和-17dBi(m4)。

请参照图7示出的具有L形缝隙10的天线单元的天线方向图(以天线的工作频点为2.4GHz为例)，根据实验可得，具有L形缝隙10的天线单元在电视正前方(0°方向)的辐射强度为-4.66dBi(m1)，在正前方邻近区域的三个点的辐射强度分别大约为-7.8dBi(m2)、-7.7dBi(m3)和-9.8dBi(m4)。

请参照图8示出的具有一字形缝隙10的天线单元的天线方向图(以天线的工作频点为2.4GHz为例)，根据实验可得，具有一字形缝隙10的天线单元在电视正前方(0°方向)的辐射强度为-5.0321dBi(m1)，在正前方邻近区域的辐射强度分别大约为-7.5dBi(m2)、-7.5dBi(m3)、-8.9dBi(m4)。

可见，通过应用本公开实施例提供的天线单元b，在电视正前方及邻近区域，辐射强度均获得了明显的增强。

另外，本公开实施例提供的天线单元b的回波损耗也较好。请参照图9示出的天线单元的回波损耗的示意图，根据实验测得，在2.4GHz～2.49GHz的工作频段内，本公开实施例提供的天线单元b的回波损耗为-22.3dB～-23dB(天线的驻波比小于1.2)。而在家用设备和手持设备上，天线的驻波比不超过3、对应回波损耗优于-6.02dB就算合格，因此本公开实施例提供的天线单元b完全符合现有要求且优于现有要求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围由权利要求指出。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种天线单元，其特征在于，所述天线单元包括印制电路板PCB板和射频模组，所述射频模组固定在所述PCB板上；

所述PCB板具有缝隙，所述缝隙贯穿所述PCB板的两个板面，且一端在所述PCB板的侧壁开口，另一端封闭，所述缝隙的开口朝向目标区域，以增强所述目标区域的辐射强度；

所述缝隙包括第一缝隙段和第二缝隙段；所述第一缝隙段与所述第二缝隙段相交；所述第一缝隙段的第一端在所述PCB板的侧壁开口，所述第一缝隙段的第二端与所述第二缝隙段的第一端连通，所述第二缝隙段的第二端封闭；

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一缝隙段与所述第二缝隙段垂直。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述馈点位于所述第一缝隙段。

4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述馈点距所述第一缝隙段的第二端的距离与所述第二缝隙段的长度的和大于12mm且小于18mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述缝隙的宽度大于0.5mm且小于2mm。

6.根据权利要求1-4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述馈点包括信号馈点和地馈点；

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和、如权利要求1-6任一项所述的天线单元；

所述天线单元位于所述壳体的内部。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述天线单元的缝隙的开口朝向所述壳体的第一侧壁，所述第一侧壁为所述壳体中距所述天线单元最近的侧壁。