CN113422202A - 天线单元和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种天线单元和电子设备，所述天线单元包括：地板、与第一频段和第二频段对应的第一天线单元、以及与第三频段对应的第二天线单元，所述第一天线单元包括天线辐射片和至少一个第一馈电探针，所述天线辐射片与地板之间填充第一介质材料，所述第一馈电探针设置在所述天线辐射片下的第一介质材料中，所述天线辐射片靠近边沿的对称位置开有槽缝，所述天线辐射片中心区域开有开孔，所述第二天线单元设置在所述开孔所对应位置。本申请通过在不增加厚度及天线面积的情况下，形成三频共口径天线单元，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。

Description

天线单元和电子设备
技术领域
本申请属于通信设备技术领域，具体涉及一种天线单元和电子设备。
背景技术
随着5G的商用，要真正的发挥5G的全部潜能，必须要依靠毫米波技术。在目前规划的5G毫米波频段有n258(24.25GHz-27.5GHz)，n257(26.5GHz-29.5GHz)、n261(27.5GHz-28.35GHz)，n260(37.0GHz-40.0GHz)，以及n259(39.5GHz-43.5GHz)频段。而随着毫米波技术的发展，3GPP会定义越来越多的毫米波频段。
相关技术的毫米波天线方案一般是采用阵列天线(Antenna in Package，AiP)，如图1所示，阵列天线10和射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuit，RFIC)20和电源管理集成电路(Power Management IC，PMIC)30封装在一个模组里面，而现有AiP的天线对于实现双频或者多频一般是采用叠层的结构，通过叠层耦合实现双频或者多频的设计，如图2所示。
承上所述，现有技术对于实现双频或者多频是采用叠层的结构，通过叠层耦合实现双频或者多频的设计，这种设计方式主要的缺点就是导致天线的厚度较厚，导致手机等移动终端的厚度增加。
发明内容
本申请旨在提供一种天线单元和电子设备，至少解决天线的厚度较厚，导致手机等移动终端的厚度增加的问题之一。
第一方面，本申请实施例提出了一种天线单元，包括：地板、与第一频段和第二频段对应的第一天线单元、以及与第三频段对应的第二天线单元，所述第一天线单元包括天线辐射片和至少一个第一馈电探针，所述天线辐射片与地板之间填充第一介质材料，所述第一馈电探针设置在所述天线辐射片下的第一介质材料中，所述天线辐射片靠近边沿的对称位置开有槽缝，所述天线辐射片中心区域开有开孔，所述第二天线单元设置在所述开孔所对应位置。
第二方面，本申请实施例提出了一种电子设备，其特征在于，包括：
相控阵模组和主板，所述相控阵模组通过板对板连接器与主板相连，所述相控阵模组包括：阵列天线和柔性电路板，所述柔性电路板一端与所述阵列天线相连，另一端设置板对板连接器，所述阵列天线包括第一数量天线和承载所述天线单元的介质载板，所述天线单元为的如权利要求1-9任一所述的天线。
在本申请的实施例中，通过在天线辐射片靠近边沿的对称位置分别开有U型槽缝，形成双频，并在中心区域开孔，设置第二天线单元，从而在不增加厚度及天线面积的情况下，形成三频共口径天线单元，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是相关技术的相控阵模组的结构示意图；
图2是相关技术的天线单元的结构示意图；
图3是根据本申请实施例的一种天线单元的俯视图；
图4是根据本申请实施例的另一种天线单元的俯视图；
图5是根据本申请实施例的一种天线单元的侧视图；
图6是根据本申请实施例的第二天线单元的俯视图；
图7是根据本申请实施例的另一种天线单元的侧视图；
图8是根据本申请实施例的另一种天线单元的俯视图；
图9是根据本申请实施例的另一种天线单元的侧视图；
图10是根据本申请实施例的一种阵列天线的示意图；
图11是根据本申请实施例的一种相控阵模组的示意图；
图12是根据本申请实施例的一种电子设备的示意图。
附图标记：
100-天线单元；110-地板；120-第一天线单元；121-天线辐射片；122-第一馈电探针；123-U型槽缝；124-开孔；130-第二天线单元；131-悬浮金属片；132-耦合金属片；133-第二馈电探针；134-第三馈电探针；140-第一介质材料；141-第二介质材料；150-切角；
200-阵列天线；210-介质载板；
300-相控阵模组；310-柔性电路板；311-板对板连接器；
400-主板；401-射频集成电路；402-其余器件；403-电池；404-玻璃盖板；405-显示屏；406-金属中框；407-玻璃后盖。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合图3-图9描述根据本申请实施例的天线单元。
如图3所示，根据本申请一些实施例的天线单元100，该天线单元100包括：地板110、与第一频段和第二频段对应的第一天线单元120、以及与第三频段对应的第二天线单元130，所述第一天线单元120包括的天线辐射片121和至少一个第一馈电探针122，所述天线辐射片121与地板110之间填充第一介质材料140，所述第一馈电探针122设置在所述天线辐射片121下的第一介质材料140中，所述天线辐射片121靠近边沿的对称位置开有槽缝123，所述天线辐射片121中心区域开有开孔124，所述第二天线单元130设置在所述开孔124所对应位置。
所述天线辐射片121可根据需要设置成各种对称的形状，在一种实施方式中，所述天线辐射片为正方形或圆形。为了简便起见在下面的实施例中，均以正方形为例进行举例说明。
在一种实施方式中，在所述天线辐射片为正方形的情况下，在所述天线辐射片的四个角开有切角150。所述切角可以使天线单元的阻抗匹配更好，并且增加带宽。
对于正方形的天线辐射片121，可以在天线辐射片121四边靠近边沿的位置开设四条相互对称的槽缝。
所述槽缝的形状可以根据实际的需要进行设定，在一种实施方式中，所述槽缝为U型槽缝。所述U型槽缝的开口可以向内也可以向外，此处不作限定。
所述第一馈电探针122设置在除中心位置外的区域，并根据位置的不同，对天线产生不同的极化。
根据所述天线单元的S参数仿真图，第一天线单元120共产生三个谐振，频率由低到高分别为：第一谐振、第二谐振和第三谐振，其中，第一谐振和谐振为有用谐振，产生与天线单元相同的方向图，第二谐振为杂波，为不可用的揩振，其天线效率很低。由于天线辐射片121以及四条U型槽缝123为对称的结构，可以产生双极化。
所述第一天线单元120中的第一馈电探针122的数量和位置可根据实际的需要进行设定。在一种实施方式中，为了产生如下所述的双极化，如图4所示，所述第一天线单元120包括两个第一馈电探针122，两个第一馈电探针122分别位于所述天线辐射片的两条相互垂直的对称线所对应的位置，所述两个第一馈电探针分别用于水平极化和垂直极化。
所述对称线可以具体表现为如图4所示的两条虚线，两个第一馈电探针122分别位于两条虚线上。其中，位于水平对称线上的第一馈电探针122可产生水平极化，位于垂直对称线上的第一馈电探针122可以产生垂直极化。另外，由于天线辐射片121的中心区域对应位置的阻抗较小，可能不满足阻抗需求，例如50欧姆，因此，在设置所述第一馈电探针122时需要除去所述天线辐射片121的中心区域。
由于在正方形的天线辐射片121上开槽，产生双频，分别为第一频段和第二频段。所述第一频段和第二频段可以覆盖3GPP定义的毫米波频段中的双频，包括：n258(24.25GHz-27.5GHz)/n261(27.5GHz-28.35GHz)/n257(26.5GHz-29.5GHz)和n259(39.5GHz-43.5GHz)/n260(37GHz-40GHz)，也可以是其它频段组合，此处不做限制。
应理解的是，U型槽缝123的长度主要控制第三谐振的频偏，即长度越长，第三谐振越往低频偏移，长度越短，第三谐振越往高频偏移。U型槽缝123的宽度可用于调整第三谐振的阻抗匹配，即调整U型槽缝123的宽度可以优化第三谐振的S参数。
应理解的是，天线辐射片121的边长可控制第一谐振的频偏，即天线辐射片121的边长越长，第一谐振越往低频偏移，减少天线辐射片121的边长，第一谐振越往高频偏移。
应理解的是，在天线辐射片121的中心位置挖的开孔124的形状可以根据实际的需要设定，例如，可以为正方向形或圆形。开孔124的中心点与天线辐射片121的中心点相同。
应理解的是，在所述天线辐射片121开孔所对应的位置设置的第二天线单元130，可用于产生另一个谐振，即对应第三频段，所述第三频段可根据需要进行设定，一般设定为高于43.5GHz，例如，可以覆盖57GHz-64GHz。所述第二天线单元130可以设置为多种形式，包括耦合金属片天线结构和介质谐振天线(Dielectric resonator Antenna，DRA)结构。所述第二天线单元130可以用做手势识别以及感知传感器(sensor)的功能，而不需要占据额外的空间，且天线辐射片121的中心区域挖开孔124对第一天线单元120产生的第一频段和第二频段的影响很小，即第一天线单元120和第二天线单元130共口径。
根据本申请实施例的天线单元，所述天线单元包括地板110、与第一频段和第二频段对应的第一天线单元120、以及与第三频段对应的第二天线单元130，所述第一天线单元120包括天线辐射片121和至少一个第一馈电探针122，所述天线辐射片121与地板110之间填充第一介质材料140，所述第一馈电探针122设置在所述天线辐射片121下的第一介质材料140中，所述天线辐射片121靠近边沿的对称位置开有槽缝123，所述天线辐射片121中心区域开有开孔124，所述第二天线单元130设置在所述开孔124所对应位置。本申请实施例在不增加厚度及天线面积的情况下，形成三频共口径天线单元，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。
基于上述实施例，所述天线单元100中的第二天线单元130有很多种，在一种实施方式中，如图5所示，所述第二天线单元130由上到下依次包括设置在所述开孔124所对应位置的第一介质材料140中的悬浮金属片131、耦合金属片132和第二馈电探针133，所述悬浮金属片131位于所述开孔124中心位置。
所述第二天线单元130为耦合金属片天线结构，可以设置成双极化，也可以设置成单极化，在一种实施方式中，如图6所示，所述耦合金属片包括两片，且垂直正交放置以形成双极化，即由至少两块耦合金属片形成双极化。
所述悬浮金属片131位于所述天线辐射片1在中心区域挖出的开孔124的中心位置。在一种实施方式中，如图7所示，所述悬浮金属片131与所述天线辐射片121可以处于同一水平面，也可以不处于同一水平面，即所述悬浮金属片131高于或低于所述天线辐射片121，处此不作具体地限定。
进一步地，所述悬浮金属片的面积小于所述开孔的面积
根据本申请实施例的天线单元，所述天线单元100的第二天线单元130由包括设置在所述第一介质材料140中的悬浮金属片131、耦合金属片132和第二馈电探针133。本申请实施例在不增加厚度及天线面积的情况下，设置位于开孔124的第二天线单元130，从而形成三频共口径天线单元，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。
基于上述实施例，如图8和图9所示，在所述第二天线单元130的另一种实施方式中，所述第二天线单元130包括第二介质材料141和第三馈电探针134，所述第二介质材料141的介电常数高于所述第一介质材料140，所述第二介质材料141位于所述开孔124中心位置，并被所述第一介质材料140围绕，所述第三馈电探针134位于所述第二介质材料142内。
所述第二天线单元130为介质谐振天线结构，其对应的第三频段，可覆盖57GHz-64GHz，可用于做手势识别以及感知sensor的功能，而不需要占据额外的空间。
根据本申请实施例的天线单元，所述天线单元100的第二天线单元130包括第二介质材料141和第三馈电探针134，所述第二介质材料141的介电常数高于所述第一介质材料140，所述第二介质材料141替换所述开孔124中心位置的第一介质材料140，所述第三馈电探针134位于所述第二介质材料142内。本申请实施例在不增加厚度及天线面积的情况下，设置位于开孔124的第二天线单元，从而形成三频共口径天线单元，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。
基于上述实施例，进一步地，如图10-11所示，本申请实施例的一种电子设备包括：
相控阵模组300和主板400，所述相控阵模组300通过板对板连接器311与主板300相连，所述相控阵模组300包括阵列天线200和柔性电路板(Flexible Printed Circuits，FPC)310，所述柔性电路板310一端与所述阵列天线200相连，另一端设置板对板连接器(Board to Board，BTB)311；其中，所述阵列天线200包括第一数量天线单元100和承载所述天线单元100的介质载板210，所述天线单元100为的如上所述的天线单元100。
所述第一数量可以为4个，也可以是其余数量，在此不作具体地限定。
所述阵列天线200中天线单元100存在多种排列方式，以4个天线单元100为例，可以是如图10所示的1×4，也可以是如图11所示的2×2。
所述FPC的材料可以是液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer，LCP)或者改性聚酰亚胺薄膜(Modified Polyimide Film，MPI)或者其它低损耗的材料。FPC的一端连接阵列天线，另一端设置BTB连接器311。所述BTB连接器311可通过表面贴装技术(SurfaceMount Technology，SMT)安装在FPC上。
相关技术中将阵列天线、RFIC和PMIC封装在一个模组里面。而本申请实施例中的相控阵模组300则不包括RFIC和PMIC。在将该相控阵模组300置入手机等移动终端内部时，该相控阵模组300上的BTB连接器311与主板上的BTB连接，主板上设置毫米波RFIC。
所述电子设备可以为移动终端，在将该相控阵模组300置入手机等移动终端内部时，该相控阵模组300上的BTB连接器311与主板上的BTB连接，主板上设置毫米波RFIC。该RFIC靠近主板上的BTB放置，以降低路径损耗，主板上设置其余元器件402，整机内部放置电池403等其余部件，如图12所示，所述电子设备还可以包括：玻璃盖板404；显示屏405；金属中框406；玻璃后盖407。毫米波信号透过玻璃后盖407向外辐射，由于该毫米波天线单元没有采用叠层的结构，降低了天线的厚度，且能实现三频双极化，且没有额外增加天线的面积。根据本申请实施例的电子设备的其他构成例如主板4和显示屏等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
根据本申请实施例的电子设备，由于该毫米波天线单元没有采用叠层的结构，降低了天线的厚度，满足手机等移动终端外观的需求，且满足毫米波多频段的漫游需求或者感知一体化的需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：地板、与第一频段和第二频段对应的第一天线单元、以及与第三频段对应的第二天线单元，所述第一天线单元包括天线辐射片和至少一个第一馈电探针，所述天线辐射片与地板之间填充第一介质材料，所述第一馈电探针设置在所述天线辐射片下的第一介质材料中，所述天线辐射片靠近边沿的对称位置开有槽缝，所述天线辐射片中心区域开有开孔，所述第二天线单元设置在所述开孔所对应位置。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一天线单元包括两个第一馈电探针，两个第一馈电探针分别位于所述天线辐射片的两条相互垂直的对称线所对应的位置。
3.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述第二天线单元包括设置在所述开孔所对应位置的第一介质材料中的悬浮金属片、耦合金属片和第二馈电探针，所述悬浮金属片位于所述开孔中心位置。
4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述耦合金属片包括两片，且垂直正交放置以形成双极化。
5.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于的，所述悬浮金属片与所述天线辐射片处于同一水平面。
6.根据权利要求1或2所述的天线单元，其特征在于，所述第二天线单元包括第二介质材料和第三馈电探针，所述第二介质材料的介电常数高于所述第一介质材料，所述第二介质材料位于所述开孔中心位置，并被所述第一介质材料围绕，所述第三馈电探针位于所述第二介质材料内。
7.根据权利要求1或2所述的天线单元，所述槽缝为U型槽缝。
8.根据权利要求1或2所述的天线单元，所述天线辐射片为正方形或圆形。
9.根据权利要求8所述的天线单元，在所述天线辐射片为正方形的情况下，在所述天线辐射片的四个角开有切角。
10.根据权利要求3所述的天线单元，所述悬浮金属片的面积小于所述开孔的面积。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
相控阵模组和主板，所述相控阵模组通过板对板连接器与主板相连，所述相控阵模组包括阵列天线和柔性电路板，所述柔性电路板一端与所述阵列天线相连，另一端设置板对板连接器，所述阵列天线包括第一数量天线和承载所述天线单元的介质载板，所述天线单元为的如权利要求1-10任一所述的天线。
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