CN114389023A - 天线结构、电子设备及天线结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请的天线结构，包括柔性介质层、辐射单元、激励单元和接地单元；柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面，柔性介质层的介电常数大于或等于4；辐射单元设置在柔性介质层的一侧表面，并通过激励单元与接地单元电连接。天线结构的制备方法，包括：提供一柔性介质层；在柔性介质层的一侧表面形成辐射单元；将辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面。本申请通过在天线结构的剖面不同高度上分别设置辐射单元和接地单元，并将辐射单元设置于高介电的柔性介质层，使得天线结构形成低剖面的信号传输系统，并能与电子设备较好地共形。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种天线结构、电子设备及天线结构的制备方法。
背景技术
外置天线因具有较高的效率和增益而广泛应用于电子系统领域。外置天线与电子设备装配时，通常将天线粘附于系统盖板内部，并通过同轴线与系统地面连接。由于粘附位置的差异和同轴线在装配时形状的随机性，使得外置天线与电子设备的装配一致性差,天线的传输性能受到较大的影响。此外，现有技术通常采用增加天线剖面高度的方案，以避免电路金属对天线辐射的影响。然而，增加天线剖面高度在垂直方向增加了天线的体积，不利于系统小型化和轻量化发展。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种天线结构、电子设备及天线结构的制备方法，可以降低天线的剖面高度，并使得天线结构能与电子设备较好地共形。
为解决上述技术问题，本申请提供一种天线结构，包括柔性介质层、辐射单元、激励单元和接地单元；所述柔性介质层与所述接地单元分别位于所述天线结构的剖面高度上的不同平面，其中，所述柔性介质层的介电常数大于或等于4；所述辐射单元设置在所述柔性介质层的一侧表面，并通过所述激励单元与所述接地单元电连接。
可选地，所述柔性介质层的厚度为1mm～3mm，所述柔性介质层的介电常数为10～50。
可选地，所述辐射单元包括辐射本体、微带线和馈电点，所述微带线连接所述辐射本体与所述馈电点，所述激励单元为导电弹簧针，所述导电弹簧针的固定端与所述接地单元电连接，所述导电弹簧针的弹性端与所述馈电点相抵接触。
可选地，所述柔性介质层包括至少两个模量不同的区域，所述馈电点所在区域的模量大于所述柔性介质层中其他区域的模量。
本申请还提供一种电子设备，包括如上所述的天线结构。
可选地，所述柔性介质层与所述电子设备的外盖贴合共形，所述激励单元与所述接地单元设置在所述电子设备的主板，所述主板与所述外盖相对设置。
本申请还提供一种天线结构的制备方法，包括以下步骤：
a.提供一柔性介质层，所述柔性介质层的介电常数大于或等于4；
b.在所述柔性介质层的一侧表面形成辐射单元；
c.将所述辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，所述柔性介质层与所述接地单元分别位于所述天线结构的剖面高度上的不同平面。
可选地，所述辐射单元包括辐射本体、微带线和馈电点，所述微带线连接所述辐射本体与所述馈电点，所述a步骤，包括：
提供第一混合物，所述第一混合物包括第一柔性高分子材料的预聚物、固化剂和无机颗粒；
将所述第一混合物置于模具中固化塑形，得到具有通孔的柔性介质层，所述通孔的位置与所述馈电点位置对应；
在所述通孔内填充第二混合物，所述第二混合物包括第二柔性高分子材料的预聚物和固化剂；
固化所述第二混合物，得到所述柔性介质层。
可选地，所述b步骤，包括：
对所述柔性介质层的一侧表面进行处理以提高表面张力；
在处理后的所述柔性介质层的一侧表面形成一金属层；
刻蚀所述金属层，得到所述辐射单元。
可选地，所述c步骤，包括：
设置连接所述接地单元的导电弹簧针作为所述激励单元，所述导电弹簧针的固定端与所述接地单元电连接；
将所述柔性介质层与所述接地单元固定在所述天线结构的剖面高度上的不同平面，使所述导电弹簧针的弹性端与所述辐射单元的馈电点相抵接触，得到所述天线结构。
本申请的天线结构，包括柔性介质层、辐射单元、激励单元和接地单元；柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面，柔性介质层的介电常数大于或等于4；辐射单元设置在柔性介质层的一侧表面，并通过激励单元与接地单元电连接。本申请的天线结构的制备方法，包括：提供一柔性介质层；在柔性介质层的一侧表面形成辐射单元；将辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面。本申请通过在天线结构的剖面不同高度上分别设置辐射单元和接地单元，并将辐射单元设置于高介电的柔性介质层，使得天线结构形成低剖面的信号传输系统，并能与电子设备较好地共形。
附图说明
图1是根据第一实施例示出的天线结构的示意图；
图2是根据第三实施例示出的天线结构的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
第一实施例
图1是根据第一实施例示出的天线结构的示意图。如图1所示，本实施例的天线结构包括柔性介质层10、辐射单元20、激励单元30和接地单元40；柔性介质层10与接地单元40分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面，其中，柔性介质层的介电常数大于或等于4；辐射单元20设置在柔性介质层10的一侧表面，并通过激励单元30与接地单元40电连接。
本实施例的天线结构将辐射单元20和接地单元40设置于其剖面高度上的不同平面，并将辐射单元20设置于高介电的柔性介质层10，使得天线结构形成低剖面的传输系统，并能作为外置天线与电子设备共形。
柔性介质层10的形状可以是圆形、正方形、长方形、菱形等。柔性介质层10可选用柔性较好的聚合物材料制作，如PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、TPU(Thermoplastic Urethane，热塑性聚氨酯弹性体)、ecoflex(脂肪族芳香族无规共聚酯)、PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(Polyimide，聚酰亚胺)等柔性薄膜材料，与辐射单元20具有良好的粘附性。
可选地，柔性介质层10的厚度为1mm～3mm，柔性介质层10的介电常数为10～50。
本实施例中，设置柔性介质层10的厚度为1mm～3mm之间，可减少天线回波损耗，提高天线效率。当柔性介质层10的厚度小于1mm，将影响天线阻抗匹配，使得天线回波损耗降低，降低天线效率，如柔性介质厚度10为0.5mm时，天线回波损耗小于-10dB，驻波比大于2，阻抗匹配较差，降低天线效率。当柔性介质层10厚度大于3mm，尽管可以提高天线增益，但增加了天线弯曲半径，不利于天线弯曲。
本实施例的柔性介质层10具有较高的介电常数，可以有效降低天线结构的剖面高度，降低信息传输系统的集成高度，缩小器件体积。优选的，柔性介质层10的介电常数为10～50，介质损耗小于或等于0.02，可以降低天线损耗，提高增益和效率。需要说明的是，在相同的频段，柔性介质层10的介电常数为10～50时，天线结构的剖面高度随着介电常数的增加而减小。当柔性介质层10的介电常数小于4时，不利于天线剖面高度降低，当柔性介质层10的介电常数大于50，天线的驻波比将增大，不利于天线阻抗匹配和效率的增加。制备过程中可选用钛酸锶、二氧化钛、钛酸钙等具有高介电常数的无机颗粒与有机聚合物混合后形成柔性介质层10，以提高柔性介质层10的介电常数，降低介电损耗。本实施例的无机颗粒的粒径为0.1μm～1μm，若无机颗粒的粒径较小，介电常数较低，不利于聚合物介电常数的提高，此外较小的粒径将增加界面数量，增加介质损耗。若无机颗粒的粒径较大，将增加颗粒在聚合物中的不均匀性，导致柔性介质层10的局部区域介电性能和柔性的不均匀，降低天线性能。
可选地，辐射单元20包括辐射本体21、微带线22和馈电点23，微带线22连接辐射本体21与馈电点23，激励单元30为导电弹簧针，导电弹簧针的固定端(未标示)与接地单元40电连接，导电弹簧针的弹性端(未标示)与馈电点23相抵接触。
本实施例的激励单元30为固定形状的导电弹簧针，其阻抗为50欧姆。相较于现有技术中使用同轴线连接辐射单元20和接地单元40，采用导电弹簧针能有效避免同轴线的粘附位置的差异性和在装配时形状的随机性，在接地单元40上采用固定位置的导电弹簧针馈电，可以保证天线接口在装配时的一致性，增强系统信号的稳定性。
可选地，柔性介质层10包括至少两个模量不同的区域，馈电点23所在区域的模量大于柔性介质层中其他区域的模量。例如低模量的聚合物模量为小于或等于10Mpa，高模量的聚合物模量为大于10Mpa。
由于馈电点23位置与导电弹簧针接触，导电弹簧针对馈电点23具有一定的压力，如果馈电点处的柔性介质层10模量较低，弹性较好，则容易受导电弹簧针挤压变形，使得天线性能发生变化，影响信号传输，因此需要在导电弹簧针处将柔性介质层10的模量增加，提高柔性介质层10的局部刚性，使得受力后不变形或仅少量变形。
可选地，接地单元40中可包括天线结构所需的电路和元器件等，便于实现天线结构内部以及与外部电子设备的电连接。
本实施例的天线结构，包括柔性介质层、辐射单元、激励单元和接地单元；柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面，柔性介质层的介电常数大于或等于4；辐射单元设置在柔性介质层的一侧表面，并通过激励单元与接地单元电连接。本实施例通过在天线结构的剖面不同高度上分别设置辐射单元和接地单元，并将辐射单元设置于高介电的柔性介质层，使得天线结构形成低剖面的信号传输系统，并能与电子设备较好地粘附共形。
第二实施例
本申请还提供一种电子设备，包括如第一实施例所述的天线结构。
可选地，柔性介质层与电子设备的外盖贴合共形，激励单元与接地单元设置在电子设备的主板，主板与外盖相对设置。
本实施例中，天线结构通过柔性介质层可以贴附于电子设备的盖板内部的任意位置，不受粘附位置影响。天线结构安装在电子设备的外盖的内侧时，与电子设备形成共形的结构。在电子设备的主板相应的位置焊接导电弹簧针作为激励单元，将电子设备的外盖与主板装配后，天线结构的馈电点与导电弹簧针接触，形成低剖面无线传输系统，系统的集成高度为2mm～10mm。这样将柔性介质层粘附于电子设备的外壳，接地单元与电子设备的主板连接，避免了电子设备对天线结构的信号干扰，保证天线结构信号传输的稳定性。
第三实施例
图2是根据第三实施例示出的天线结构的制备方法的流程示意图。如图2所示，本实施例的天线结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤a，提供一柔性介质层，柔性介质层的介电常数大于或等于4。
可选地，辐射单元包括辐射本体、微带线和馈电点，微带线连接辐射本体与馈电点，a步骤，包括：
提供第一混合物，第一混合物包括第一柔性高分子材料的预聚物、固化剂和无机颗粒；
将第一混合物置于模具中固化塑形，得到具有通孔的柔性介质层，通孔的位置与馈电点位置对应；
在通孔内填充第二混合物，第二混合物包括第二柔性高分子材料的预聚物和固化剂；
固化第二混合物，得到柔性介质层。
本实施例中，将介电常数大于100的无机颗粒与柔性介质层溶液按照一定的比例混合干燥成膜，形成柔性介质层。柔性介质层的厚度1～3mm，介电常数10～50，介电损耗小于或等于0.02。无机颗粒可为钛酸锶、二氧化钛、钛酸钙等，粒径为0.1μm～1μm，介电常数大于100。柔性介质层为PDMS、TPU、ecoflex等。无机颗粒与柔性介质层的质量比为10％～50％。
具体地，用模具法制备柔性介质层时，在模具中放置一定高度的圆柱体、正方体或长方体的放置物，在模具中倒入低模量的聚合物预聚体与固化剂的混合溶液，在真空干燥箱中进行半固化预成型，去掉放置物，形成一定形状的通孔，通孔的位置为用于形成辐射单元的馈电点的位置。在通孔内加入高模量的聚合物预聚体与固化剂的混合溶液，在一定温度进行固化，形成所需的柔性介质层。低模量聚合物的预聚体与固化剂的质量比例为10～20，如10:1，15:1和20:1等。半固化的温度为60～100℃，时间为0.5～2小时；高模量聚合物预聚体与固化剂的质量比为小于10，如1:1、2:1、3:1等。固化的温度为60～100℃，时间为1～4小时。低模量的聚合物模量为小于或等于10Mpa，高模量的聚合物模量为大于10Mpa。
步骤b，在柔性介质层的一侧表面形成辐射单元。
可选地，b步骤，包括：
对柔性介质层的一侧表面进行处理以提高表面张力；
在处理后的柔性介质层的一侧表面形成一金属层；
刻蚀金属层，得到辐射单元。
本实施例中，为了提高金属层与柔性介质层的结合力，先通过等离子体或电晕处理聚合物表面，使其表面产生羟基，再通过等离子体沉积，如磁控溅射、热蒸发、原子层沉积等方式在其表面沉积一定厚度金属。若选用等离子体处理方式，工艺参数为：电压500～2000V，电流为1～5A，处理气体为Ar、O2、N2等一种或多种混合，处理时间为2～10min，处理后的膜表面的表面张力大于60达因。若选用电晕处理，工艺参数为：电压：1～5kV,电流为0.1～1A,在空气中处理，处理时间为2～10min，处理后的膜表面的表面张力大于60达因。
在柔性介质层表面形成一定厚度的金属层，金属层材料可为铜Cu、银Ag、铂Pt、金Au、铝Al、镍Ni等一种或两种以上的合金，厚度为9～18μm。可在柔性介质层表面通过金属层沉积的方式形成金属层，金属层沉积的方式包括磁控溅射、化学镀、电镀等方式，实际实现时，也可以直接在柔性介质层表面贴合金属箔以形成金属层。金属层与柔性介质层的结合力为5B。接着采用光刻工艺使得金属层形成所需的天线图案，也即形成辐射单元的辐射本体、微带线和馈电点，得到辐射单元。
步骤c，将辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面。
可选地，c步骤，包括：
设置连接接地单元的导电弹簧针作为激励单元，导电弹簧针的固定端与接地单元电连接；
将柔性介质层与接地单元固定在天线结构的剖面高度上的不同平面，使导电弹簧针的弹性端与辐射单元的馈电点相抵接触，得到天线结构。
本实施例中，将导电弹簧针的固定端与接地单元电连接，导电弹簧针的弹性端与辐射单元的馈电点相抵触，以连接接地单元和辐射单元，实现天线结构的电连通。由于馈电点位置与导电弹簧针接触，导电弹簧针对馈电点具有一定的压力，而在a步骤中制备的柔性介质层中，馈电点对应位置的模量大于其他位置的模量，使得馈电点所在区域的柔性介质层受挤压后不易变形，提升天线结构信号传输的稳定性。
本申请的天线结构的制备方法，包括以下步骤：提供一柔性介质层，柔性介质层的介电常数大于或等于4；在柔性介质层的一侧表面形成辐射单元；将辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，柔性介质层与接地单元分别位于天线结构的剖面高度上的不同平面。本实施例通过在天线结构的剖面不同高度上分别设置辐射单元和接地单元，并将辐射单元设置于高介电的柔性介质层，使得天线结构形成低剖面的信号传输系统，并能与电子设备较好地粘附共形。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种天线结构，其特征在于，包括柔性介质层、辐射单元、激励单元和接地单元；所述柔性介质层与所述接地单元分别位于所述天线结构的剖面高度上的不同平面，其中，所述柔性介质层的介电常数大于或等于4；所述辐射单元设置在所述柔性介质层的一侧表面，并通过所述激励单元与所述接地单元电连接。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述柔性介质层的厚度为1mm～3mm，所述柔性介质层的介电常数为10～50。
3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述辐射单元包括辐射本体、微带线和馈电点，所述微带线连接所述辐射本体与所述馈电点，所述激励单元为导电弹簧针，所述导电弹簧针的固定端与所述接地单元电连接，所述导电弹簧针的弹性端与所述馈电点相抵接触。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述柔性介质层包括至少两个模量不同的区域，所述馈电点所在区域的模量大于所述柔性介质层中其他区域的模量。
5.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的天线结构。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述柔性介质层与所述电子设备的外盖贴合共形，所述激励单元与所述接地单元设置在所述电子设备的主板，所述主板与所述外盖相对设置。
7.一种天线结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.提供一柔性介质层，所述柔性介质层的介电常数大于或等于4；
b.在所述柔性介质层的一侧表面形成辐射单元；
c.将所述辐射单元与连接接地单元的激励单元电连接，得到天线结构，其中，所述柔性介质层与所述接地单元分别位于所述天线结构的剖面高度上的不同平面。
8.根据权利要求7所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述辐射单元包括辐射本体、微带线和馈电点，所述微带线连接所述辐射本体与所述馈电点，所述a步骤，包括：
提供第一混合物，所述第一混合物包括第一柔性高分子材料的预聚物、固化剂和无机颗粒；
将所述第一混合物置于模具中固化塑形，得到具有通孔的柔性介质层，所述通孔的位置与所述馈电点位置对应；
在所述通孔内填充第二混合物，所述第二混合物包括第二柔性高分子材料的预聚物和固化剂；
固化所述第二混合物，得到所述柔性介质层。
9.根据权利要求7所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述b步骤，包括：
对所述柔性介质层的一侧表面进行处理以提高表面张力；
在处理后的所述柔性介质层的一侧表面形成一金属层；
刻蚀所述金属层，得到所述辐射单元。
10.根据权利要求7所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述c步骤，包括：
设置连接所述接地单元的导电弹簧针作为所述激励单元，所述导电弹簧针的固定端与所述接地单元电连接；
将所述柔性介质层与所述接地单元固定在所述天线结构的剖面高度上的不同平面，使所述导电弹簧针的弹性端与所述辐射单元的馈电点相抵接触，得到所述天线结构。
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