CN113437505A - 多层天线结构及电子设备 - Google Patents

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CN113437505A CN202110704162.3A CN202110704162A CN113437505A CN 113437505 A CN113437505 A CN 113437505A CN 202110704162 A CN202110704162 A CN 202110704162A CN 113437505 A CN113437505 A CN 113437505A
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Abstract

本申请公开了一种多层天线结构及电子设备，属于通信设备技术领域，多层天线结构包括基板和金属层；基板的数量为L层，且L大于或等于1；金属层的数量为m+n层，且m大于或等于2，n大于或等于零，其中，m+n小于或等于L+1，m+n层金属层和L层基板交替叠置；金属层的第1层为高频辐射体，金属层的第m层为接地层，接地层设置有高频电连接器，高频辐射体与高频电连接器通过馈线结构连接，高频电连接器与高频射频模块连接；金属层的第m层为低频辐射体，金属层的第m层或第m+n层具有连接点，低频辐射体通过连接点与低频射频模块连接。上述方案能够解决电子设备内部的空间利用率较低的问题。

Description

多层天线结构及电子设备
技术领域
本申请属于通讯设备技术领域，具体涉及一种多层天线结构及电子设备。
背景技术
随着技术的进步，电子设备(例如手机、平板电脑)得到了长足的发展。作为一种功能强大的工具，电子设备较大程度地方便了用户的生活和工作。电子设备内部设置有天线，天线是电子设备实现其通信功能的重要部件之一，因此天线的结构设置对提升电子设备的使用体验十分重要。
在实现本发明创造的过程中，发明人发现相关技术存在如下问题，由于电子设备功能的增加，天线的类型也逐渐增多，电子设备内部需要预留出每一种天线的贴片空间，且不同种类的天线之间需要保持一定的距离，此种结构造成天线占用电子设备内部较大体积，致使电子设备内部的空间利用率较低。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种多层天线结构及电子设备，能够解决电子设备内部的空间利用率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种多层天线结构，包括：
基板，所述基板的数量为L层，且L大于或等于1；
金属层，所述金属层的数量为m+n层，且m大于或等于2，n大于或等于零，其中，m+n小于或等于L+1，m+n层所述金属层和L层所述基板交替叠置；
所述金属层的第1层为高频辐射体，所述金属层的第m层为接地层，所述接地层设置有高频电连接器，所述高频辐射体与所述高频电连接器通过馈线结构连接，所述高频电连接器与高频射频模块电连接；
所述金属层的第m层为低频辐射体，所述金属层的第m层或第m+n层具有连接点，所述低频辐射体通过述连接点与低频射频模块连接。
本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的多层天线结构。
在本申请实施例中，金属层的第1层为高频辐射体，金属层的第m层为接地层，接地层设置有高频电连接器，高频辐射体和高频电连接器通过馈线结构连接，此时，金属层的第1层至第m层组成了高频天线结构。金属层的第m层为低频辐射体，金属层的第m层或第m+n层具有连接点，低频辐射体通过连接点与低频射频模块连接，此时，金属层的第m层至第m+n层组成了低频辐射结构。此方案中，多层天线结构既能够实现低频天线功能，又能够实现高频天线功能，因此实现了天线结构的共用，从而能够减少电子设备内天线的设置数量，进而使得天线占用电子设备内部的体积减小，以提高电子设备内部的空间利用率。
附图说明
图1是本申请实施例公开的多层天线结构的叠层示意图；
图2是本申请实施例公开的多层天线结构的侧视图；
图3是本申请实施例公开的多层天线结构的俯视图；
图4至图9是本申请实施例公开的六种多层天线结构的结构示意图。
附图标记说明：
100-基板、
200-金属层、210-高频辐射体、220-接地层、230-馈线结构、240-低频辐射体、250-连接点、260-高频电连接器、
300-抗氧化层、
410-高频射频模块、420-低频射频模块、430-低频谐振模块、440-低频匹配模块。
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。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多层天线结构进行详细地说明。
请参考图1～图9，本申请实施例公开一种多层天线结构，应用于电子设备，所公开的多层天线结构包括基板100和金属层200。
基板100为金属层200提供了承载面，基板100用于承载金属层200。基板100的数量为L层，且L大于或等于1，L层基板100依次叠置。可选地，L可以为大于1的任何数字，或者，L也可以等于1，基板100的数量可以根据实际需求灵活选择，本文不作限制。附图2至9中的结构仅显示金属层200，未表示出基板100。
可选地，L层基板100至少包括PI(Polyimide，聚酰亚胺)、MPI(Modify Polyimide，异质聚酰亚胺)、LCP(Liquid Crystal Polymer，液晶聚合物)或FR4等板材中的至少一者。此时，多层天线结构的L层基板100可以采用PI、MPI、LCP或FR4等板材的一种，或者，可以采用PI、MPI、LCP或FR4等板材的组合形式。此时，由于PI、MPI、LCP或FR4等板材的性能不同，因此采用不同的板材能够实现不同的性能。
金属层200用作多层天线结构的辐射体和接地层。金属层200的数量为m+n层，且m大于或等于2，n大于或等于零。其中，m+n小于或等于L+1，m+n层金属层200和L层基板100交替叠置。此时，每一层基板100的表面贴设金属层200的一层，相邻的两个基板100之间设置有金属层200的一层。例如，第1层基板100的下表面与第2层基板100的上表面之间设置有金属层200的一层。第1层基板100的下表面与第2层基板100的上表面共用金属层200的一层。可选地，金属层200可以为铜层，当然，金属层200也可以采用其他材料制作本文不作限制。
金属层200的第1层为高频辐射体210，高频辐射体210用于辐射或接受高频信号。金属层200的第m层为接地层220。接地层220设置有高频电连接器260，高频辐射体与高频电连接器通过馈线结构连接，馈线结构用于反馈天线信号。高频电连接器260与高频射频模块410连接。此时，金属层200的第1层至第m层组成了高频天线结构。可选地，高频电连接器260可以为板对板连接器，当然还可以为其他信号传输结构，本文不作限制。高频辐射体210可以为贴片天线、缝隙天线或八木天线中的至少一者。如图6所示，高频辐射体210为缝隙天线。如图7和图8所示，高频辐射体210为贴片天线。如图9所示，高频辐射体210为八木天线。本申请中可以根据高频天线结构的使用需求，具体选择高频辐射体210的类型，从而提高用户体验。
当然，高频天线结构不限于上述的几种，还可以为偶极子天线和其他类型的高频天线结构，对此本文不作限制。
当高频天线结构接收高频信号时，高频辐射体210接收高频信号，通过馈线结构230传递至高频连接器，再由高频连接器传输至高频射频模块410。当高频天线结构发射高频信号时，高频射频模块410将高频信号传输至高频连接器，高频连接器通过馈线结构230传递至高频辐射体210，由高频辐射体210辐射出。可选地，高频射频模块410可以设置于电子设备的主板上。
金属层200的第m层为低频辐射体240，金属层200的第m层或第m+n层具有连接点250，低频辐射体240通过连接点250与低频射频模块420连接。此时，金属层200的第m层至第m+n层组成了低频天线结构。可选地，低频天线结构可以为IFA(Inverted-F Antenna，倒F天线)、PIFA(planar inverted-F antenna，平面倒F天线)或LOOP天线等类型，当然也可以为其他类型的低频天线，本文不作限制。低频连接为可以为金手指、螺钉、垫片或弹片等结构，当然低频连接为还可以为其他结构，本文不作限制。
当低频天线结构接收低频信号时，低频辐射体240接收低频信号，通过连接点250传递至低频射频模块420。当低频天线结构发射低频信号时，低频射频模块420将低频信号通过连接点250传递至低频辐射体240，由低频辐射体240辐射出。可选地，低频射频模块420可以设置于电子设备的主板上。
本申请公开的实施例中，多层天线结构既能够实现低频天线功能，又能够实现高频天线功能，因此实现了天线结构的共用，从而能够减少电子设备内天线的设置数量，进而使得天线占用电子设备内部的体积减小，以提高电子设备内部的空间利用率。
另外，由于多层天线结构既可以实现高频功能，又可以实现低频功能，从而提高了多层天线结构的使用功能。
如图2和图3所示，金属层200的第1层为高频辐射体210，金属层200的第2层为接地层，此时，金属层200的第1层和第2层组成了高频天线结构。第2层为低频辐射体240，第2层组成了低频天线结构。根据金属层200层数的不同，组成高频天线结构和低频天线结构的层数不同，因此可以根据实际需求灵活选择金属层200的层数。
如图4所示，金属层200的第1层为高频辐射体210，第2层为部分的馈线结构，第3层为接地层220，也为低频辐射体240，第4层上设置有连接点。第1层、第2层和第3层组成高频天线结构，第3层和第4层组成低频天线结构，第3层和第4层相互耦合连接，第3层和第4层均设置有连接点。
如图5所示，金属层200的第1层为高频辐射体210，第2层为部分的馈线结构，第3层为接地层220，也为低频辐射体240。第1层、第2层以及第3层组成高频天线结构。
上述实施例中，由于低频天线结构和高频天线结构的工作模式不同，因此高频天线和低频天线之间具有很高的隔离度，进而相互影响较小。
上述实施例中的馈线结构230可以为微带线、带状线或带地共面波导形式，当然还可以采用其他形式，本文不作限制。
为了防止金属层200氧化，在另一种可选的实施例中，本申请公开的多层天线结构还可以包括抗氧化层300，抗氧化层300可以覆盖金属层200。此方案中，抗氧化层300能够防止环境中的氧气和水汽与金属层200接触，从而有效防止金属层200氧化，提高多层天线结构的使用寿命。可选地，抗氧化层300可以采用石墨、金属氧化物等材料制作。
上述实施例中，由于相邻的两个基板100之间的金属层200位于两个基板100之间，其不容易与氧气和水汽接触，因此可以不用设置抗氧化层300。第1层基板100的上表面和第L层基板100的下表面上的金属层200外露，因此抗氧化层300主要是对第1层基板100的上表面和第L层基板100的下表面上的金属层200进行防护。
在另一种可选的实施例中，L层基板100的总厚度可以小于等于2mm。此时，由于金属层200的厚度较薄，因此多层天线的厚度基本等于L层基板100的总厚度。L层基板100的总厚度可以小于等于2mm，使得多层天线结构的厚度较小，从而使得多层天线结构占用电子设备的空间进一步减小。
为了提高多层天线结构的高频辐射性能，在一种可选的实施例中，如图2至图9所示，高频辐射体210可以包括多个子辐射体，多个子辐射体可以间隔设置。此方案增大了高频信号的辐射范围和辐射性能。
子辐射体的数量可以根据实际需求进行选择，例如，如图7所示，子辐射体可以为2个。再例如，如图8所示，子辐射体的数量也可以为3个，当然还可以为其他数量，本文不作限制。
在另一种可选的实施例中，金属层200的第1层至第m-1层中至少2层为高频辐射体210，且至少2层高频辐射体210相互耦合。此方案能够实现高频天线结构的带宽扩展，从而提高多层天线结构的使用性能。
如图7所示，高频辐射体210为两层，分别为金属层的第1层和第2层，第1层和第2层可以互相耦合连接。
在另一种可选的实施例中，金属层200的第m层至第m+n层均可以为接地层220。此方案中，接地层220的数量增加，相当于增大了接地层220的面积，从而使得谐振频率越低。另外接地层220的面积增大，也使得多层天线结构的回波损耗越小。
在另一种可选的实施例中，连接点250可以包括第一低频馈点、第二低频馈点和第三低频馈点，第一低频馈点可以为接地馈点，从而实现低频天线结构接地。第二低频馈点可以与低频谐振模块430连接，低频谐振模块430可以起到驻波谐振的作用，使得低频天线结构能够覆盖更多的工作频段。第三低频馈点可以与低频射频模块420连接，第三低频馈点可以与低频射频模块420构成低频射频通路。此方案中，连接点250可以包括多个馈点位置，从而能够实现连接点250与不同的结构连接，进一步提高多层天线结构的使用性能。
为了进一步提高多层天线结构的集成度，在另一种可选的实施例中，高频射频模块410可以设置于金属层200的第m层至第m+n层中的任意一层或多层中，此时高频射频模块410集成于多层天线结构上，从而提高了多层天线结构的集成度。另外，高频射频模块410集成在多层天线结构上，从而使得电子设备的主板上无需预留高频射频模块410的安装位置。
在另一种可选的实施例中，低频射频模块420可以设置于金属层200的第m层至第m+n层中的任意一层或多层中。此时，低频射频模块420集成于多层天线结构上，从而提高了多层天线结构的集成度。另外，低频射频模块420集成在多层天线结构上，从而使得电子设备的主板上无需预留低频射频模块420的安装位置。
在另一种可选的实施例中，连接点250可以通过低频匹配模块440与低频射频模块420电连接。此时，能够进一步提高多层天线结构的低频性能。
进一步地，连接点250可以位于金属层200的边缘。此时，连接点250不容易与多层天线结构的其他结构发生干涉，因此提高了多层天线结构的可靠性。
当然，连接点250可以根据实际应用灵活选择，不同位置的连接点250可以为低频天线结构提供灵活的馈地点布局，从而实现更高效的天线辐射性能。
在另一种可选地实施例中，金属层200中位于高频辐射体210与接地层220之间的金属层200可以为馈线结构。此方案中，增大了馈线结构的面积，从而提高了多层天线结构的信号反馈性能。
可选地，金属层200相邻的两层之间可以通过基板100上开设的过孔连接。也就是说，高频辐射体210与下一层的馈线结构230通过其贴附基板100上的过孔连接。当然，上一层的馈线结构230与下一次的馈线结构230之间也通过其对应基板100上的过孔连接，过孔也是馈线结构的组成部分。
上述实施例中，高频辐射体210的结构不限于附图中的几种结构，还可以为其他形状。高频辐射体210和低频辐射体240可以包括金属层200的多层，采用多层耦合的方式实现多频扩展。
基于本申请实施例公开的多层天线结构，本申请实施例还公开一种电子设备，所公开的电子设备包括上文任一实施例所述的天线结构。
本申请实施例公开的电子设备可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、可穿戴设备(例如智能手表)、电子游戏机等设备，本申请实施例不限制电子设备的具体种类。
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)

1.一种多层天线结构，其特征在于，包括：
基板(100)，所述基板(100)的数量为L层，且L大于或等于1；
金属层(200)，所述金属层(200)的数量为m+n层，且m大于或等于2，n大于或等于零，其中，m+n小于或等于L+1，m+n层所述金属层(200)和L层所述基板(100)交替叠置；
所述金属层(200)的第1层为高频辐射体(210)，所述金属层(200)的第m层为接地层(220)，所述接地层(220)设置有高频电连接器(260)，所述高频辐射体(210)与所述高频电连接器(260)通过馈线结构连接，所述高频电连接器(260)与高频射频模块(410)连接；
所述金属层(200)的第m层为低频辐射体(240)，所述金属层(200)的第m层或第m+n层具有连接点(250)，所述低频辐射体(240)通过所述连接点(250)与低频射频模块(420)连接。
2.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述多层天线结构还包括抗氧化层(300)，所述抗氧化层(300)覆盖所述金属层(200)。
3.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述高频辐射体(210)为贴片天线、缝隙天线或八木天线中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述高频辐射体(210)包括多个子辐射体，所述多个子辐射体间隔设置。
5.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述金属层(200)的第1层至第m-1层中至少2层为所述高频辐射体(210)，且所述至少2层所述高频辐射体(210)相互耦合。
6.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述金属层(200)的第m层至第m+n层均为接地层(220)。
7.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述连接点(250)包括第一低频馈点、第二低频馈点和第三低频馈点，所述第一低频馈点为接地馈点，所述第二低频馈点与低频谐振模块(430)电连接，所述第三低频馈点与所述低频射频模块(420)电连接。
8.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述高频射频模块(410)设置于所述金属层(200)的第m层至第m+n层中的任意一层或多层中；
所述低频射频模块(420)设置于所述金属层(200)的所述第m层至第m+n层中的任意一层或多层中。
9.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述连接点(250)通过低频匹配模块(440)与所述低频射频模块(420)连接。
10.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述连接点(250)位于所述金属层的边缘。
11.根据权利要求1所述的多层天线结构，其特征在于，所述金属层(200)中位于所述高频辐射体(210)与所述接地层(220)之间的所述金属层(200)为所述馈线结构。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的多层天线结构。
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