CN116941126A - 用于电子装置的波束控制装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种辐射场波束控制装置(1)，包括：衬底(2)，所述衬底(2)包括反射器表面(3)；导电元件(9)，至少部分地邻接所述衬底(2)的周边延伸；以及至少一个端射天线阵子(4)。所述端射天线阵子(4)与所述衬底(2)层叠设置，并包括天线辐射体(5)，所述天线辐射体(5)用于生成具有平行于所述衬底(2)的主平面(P1)取向的主波束方向(D0)的辐射场。所述反射器表面(3)包括多个反射器(3a、3b)，每个反射器(3a、3b)具有中空轮廓，并用于朝向所述主波束方向(D0)反射生成的辐射场的至少一部分。所述反射器(3a、3b)可以提高水平极化的实现增益，而不降低垂直极化的实现增益。

Description

用于电子装置的波束控制装置

技术领域

本发明涉及一种辐射场波束控制装置，包括反射器和至少一个端射天线阵子。

背景技术

智能手机等移动装置需要全覆盖双极化毫米波天线，以实现全方位和定向的稳定通信。但是，该方案对设计有各种要求：相关装置具有弯曲设计，具有光滑的金属框架和大显示屏，两者之间的间隙要非常狭窄，而且框架最好没有任何可见开口。这些要求相互矛盾，因此难以在同一装置中实现。

一种已知方案采用中等弯曲的显示屏，端射天线模块的位置朝向装置的电介质后盖，使得装置的金属框架不会遮挡天线。这必然会限制电池尺寸，包括电池厚度和天线模块所需的位置。这种设计提供了相当优异的端射性能，但是，天线方向向后盖倾斜了大约30度。此外，为了容纳天线模块，必须增加后盖与显示屏之间的空间。

另一种已知方案中采用高度弯曲的显示屏，这种设计更具挑战性。对称的玻璃曲率迫使天线模块更靠近显示屏，这导致金属框架遮挡天线。此外，天线必须更靠近框架，以便能够使用足够大的电池。由于天线相对靠近边缘，端射方向将倾斜近90°，并具有宽波束角度。

因此，需要一种方案，为具有金属框架和弯曲显示屏的装置提供良好的端射性能和方向性。

发明内容

目的是提供一种用于手持设备的改进的波束控制装置。上述和其它目的通过独立权利要求请求保护的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

根据第一方面，提供了一种辐射场波束控制装置，包括：衬底，包括反射器表面；导电元件，至少部分地邻接所述衬底的周边延伸；至少一个端射天线阵子，与所述衬底层叠设置并包括天线辐射体，所述天线辐射体用于生成具有平行于所述衬底的主平面取向的主波束方向的辐射场。所述反射器表面包括多个反射器，每个反射器具有中空轮廓，并用于朝向所述主波束方向反射所述生成的辐射场的至少一部分。

这种波束控制装置提供了高效的辐射场，即使端射天线阵子相对靠近金属框架等导电元件布置，该辐射场也不需要端射天线阵子的方向倾斜，这种导电元件通常会遮蔽相邻天线阵子。由于端射天线阵子的方向不需要向装置的后盖倾斜，因此天线阵子的全覆盖性得到了改善。此外，波束控制装置可以与高度弯曲的显示元件一起使用，因为反射器支持正确的波束控制，而不管所涉及的小距离如何。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述中空轮廓是椭圆形、矩形或圆形中空轮廓中的一种，所述中空轮廓在垂直于所述天线辐射体的主平面的第一方向上，以及在平行于所述天线辐射体的所述主平面的第二方向上延伸，从而实现使装置的用户不可见的非常紧凑的反射器表面。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器包括包围内部中空的外缘，从而提高一个第一极化的实现增益，同时不降低另一个极化的实现增益。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述中空轮廓的中心轴线沿垂直于所述反射器表面的主平面的方向延伸，从而使生成的辐射场的至少一部分朝向所述主波束方向反射。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面置于所述天线阵子的近场区域内，使得天线性能足够，同时仍然提供非常紧凑的波束控制装置。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述天线阵子沿着所述主波束方向置于距离所述导电元件第一距离的位置处，所述反射器表面沿着所述主波束方向置于距离所述导电元件第二距离的位置处，所述第二距离与所述第一距离相同或大于所述第一距离。通过将反射表面布置成远离天线阵子，可以在不降低天线性能的情况下提高设计自由度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面邻接所述天线辐射体延伸，使得在所述反射器表面的周缘与所述天线辐射体之间在所述第一方向上形成介电间隙，所述介电间隙形成在所述近场区域中，从而支持所述反射辐射场在所述装置内朝向所述主波束方向不间断传播。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面在所述第一方向上与所述天线辐射体至少部分地重叠，从而在不降低天线性能的情况下提高设计自由度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述导电元件与所述衬底的所述周边由介电间隙隔开，从而支持反射的辐射场在组件之间朝着所述主波束方向不间断传播。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面包括与一个或多个天线阵子相距一定距离分开布置的一个或多个单独表面，从而在不降低天线性能的情况下提高设计自由度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个反射器中的至少两个被布置成在所述第二方向上延伸的反射器阵列，从而提高天线峰值方向性。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，至少一个反射器在所述第一方向和所述第二方向上与每个天线辐射体对准，从而确保每个天线阵子的辐射反射。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器中的至少一个具有至少对应于λ/2的尺寸，λ是所述辐射的波长。这确保了端射辐射方向，并有助于避免寄生共振。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述尺寸在所述第二方向上延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面包括至少一个第一反射器和至少一个第二反射器，所述至少一个第一反射器和所述至少一个第二反射器与每个天线辐射体对准，并在所述第一方向上由介电间隙隔开，所述第一反射器置于所述天线辐射体与所述第二反射器之间。介电间隙的大小可以适应装置的单独配置和所使用的制造技术。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一反射器在所述第二方向上具有与所述第二反射器不同的尺寸和/或不同的形状，从而支持将所述反射器配置成使得在不降低另一个极化的端射增益的情况下增强一个极化的端射增益。尺寸的差异扩大了反射频率范围，提高了宽带性能。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面至少部分地以与所述天线辐射体的所述主平面成90°角延伸，从而支持将所述反射器表面直接附着到衬底的表面上并紧跟衬底的表面。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述辐射场波束控制装置还包括用于可操作地将所述反射器表面连接到所述一个或多个天线阵子的导体。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面以具有第一极化的辐射方向图反射所述辐射，所述第一极化在包括所述主端射辐射方向的平面中延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一极化是水平极化。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述衬底具有曲率，所述反射器表面至少部分具有对应的曲率，从而支持所述反射器表面也用于弯曲衬底，例如弯曲显示器。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射器表面设置在所述衬底的表面上，并包括导电油墨或导电网，所述导电油墨或导电网直接附着在所述表面上或附着在所述表面的膜上。这可以实现一个简单而小的方案，只需要很少的额外组件。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述导电网包括具有肉眼看不见的条带的电阻幅材。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述衬底包围所述反射器表面，所述衬底是多层结构，所述反射器表面形成所述多层结构的一层，提供具有集成波束控制功能的显示器等衬底。

根据第二方面，提供了一种装置，包括显示元件、后盖和根据上述的辐射场波束控制装置，

所述辐射场波束控制装置的所述衬底是所述后盖和柔性印刷电路中的一个，所述辐射场波束控制装置的导电元件至少部分地置于所述显示元件与所述后盖之间，所述辐射场波束控制装置的一个或多个天线辐射体邻接所述导电元件延伸。

这种装置包括天线和波束控制装置，该波束控制装置具有全覆盖的高效辐射场。端射天线阵子可以相对靠近装置的导电元件布置，例如为电池释放装置内的空间。此外，波束控制装置可以与高度弯曲的显示元件一起使用，因为反射器支持正确的波束控制，而不管所涉及的小距离如何。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述后盖由介电材料制成，优选为玻璃或塑料，支持辐射不受抑制地通过后盖传播，例如由上述一个端射天线阵子发射的辐射以及由附加的宽射天线阵子发射的辐射。

在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述柔性印刷电路邻接所述后盖延伸，从而提高了波束控制装置的灵活性，同时仍然占用装置内尽可能少的空间。

这些和其它方面将从下面描述的一个或多个实施例中显而易见。

附图说明

在本发明的以下详述部分中，参考附图中示出的示例性实施例详细解释各方面、实施例和实现方式，在附图中：

图1示出了本发明的实施例的示例提供的辐射场波束控制装置的部分透视图；

图2示出了本发明的实施例的示例提供的包括辐射场波束控制装置的装置的截面视图；

图3示出了本发明的实施例的示例提供的包括辐射场波束控制装置的装置的截面视图；

图4示出了本发明的实施例的示例提供的包括辐射场波束控制装置的装置的截面视图，指示辐射场波束；

图5a示出了现有技术提供的装置的截面视图，指示辐射场波束的方向；

图5b示出了现有技术提供的装置的截面视图，该装置包括本发明的实施例的示例提供的辐射场波束控制装置，指示辐射场波束的方向；

图6示出了本发明的实施例的示例提供的辐射场波束控制装置的部分俯视图；

图7a至图7c示出了本发明的实施例提供的辐射场波束控制装置的反射器表面的俯视图。

具体实施方式

图2示出了装置6，优选是手持设备，例如智能手机或平板电脑，包括显示元件7、后盖8和辐射场波束控制装置1，下文将详细描述。

装置6的后盖8和柔性印刷电路(未示出)中的一个包括辐射场波束控制装置1的衬底2，如图2、图3和图4中所示。柔性印刷电路由后盖8、显示元件7和如金属框架等导电元件9包围。柔性印刷电路可以邻接后盖8延伸，但是柔性印刷电路可以布置在装置6内的任何合适位置处。

后盖8可以由介电材料制成，优选为玻璃或塑料。

辐射场波束控制装置1的导电元件9至少部分地置于显示元件7与后盖8之间，如图2和图3所示。辐射场波束控制装置1的天线辐射体5邻接导电元件9延伸，如图1所示。

图1和图2示出了上述辐射场波束控制装置1。辐射场波束控制装置1包括：衬底2，该衬底2包括反射器表面3；导电元件9，至少部分地邻接衬底2的周边延伸；以及至少一个端射天线阵子4，与衬底2层叠设置并包括天线辐射体5，该天线辐射体5用于生成具有平行于衬底2的主平面P1取向的主波束方向D0的辐射场；反射器表面3，包括多个反射器3a、3b，每个反射器3a、3b具有中空轮廓，并且用于朝向主波束方向D0反射所生成的辐射场的至少一部分。

如上所述，辐射场波束控制装置1包括衬底2，并且衬底2又包括反射器表面3。衬底2可以具有曲率，并且反射器表面3可以至少部分具有对应的曲率。反射器表面3可以设置在衬底2的表面2a上，例如面对柔性印刷电路的表面。反射器表面3可以包括导电油墨(例如银漆)或导电网，该导电油墨或导电网直接附着在表面2a上或附着在表面2a的膜上。如果后盖8由透明材料制成，反射器表面3可以附着在装饰膜上，使得它从外部看不见。导电网可以包括具有肉眼看不见的条带的电阻幅材。此外，衬底2可以包围反射器表面3(未示出)，衬底2是多层结构，反射器表面3形成多层结构的一层。反射器表面3也可以附着到柔性印刷电路上。

导电元件9被布置成使得它至少部分地邻接衬底2的周边延伸。导电元件9可以通过介电间隙10与衬底2的周边分开。

至少一个端射天线阵子4与衬底2层叠设置，并包括天线辐射体5。天线辐射体5用于生成具有平行于衬底2的主平面P1取向的主波束方向D0的辐射场，如图1和图5b中所示。天线阵子4可以沿着主波束方向D0置于距离导电元件9第一距离的位置处。相应地，反射器表面3可以沿着主波束方向D0置于距离导电元件9第二距离的位置处。第二距离可以与第一距离相同或大于第一距离。第一距离和第二距离可以适应单独装置的特定配置，但是，当将反射器表面3移动到更靠近天线阵子4时，介电间隙的尺寸减小，并且24-26GHz下的效率带宽受到限制。优选地，第二距离永远不小于第一距离，使得反射器表面3不被设置得比天线阵子4更靠近装置的外部。此外，反射器表面3也不应该设置得太靠近装置的内部，即第一距离与第二距离之间的差值不应该太大。

波束控制装置1还可以包括用于可操作地将反射器表面3连接到天线阵子4(未示出)的导体。

反射器表面3可以至少部分地以90°角α延伸到天线辐射体5的主平面P2，如图2中所建议的。反射器表面3可以包括与天线阵子4相距一定距离分开布置的单独表面。反射器表面3可以包括多个反射器3a、3b，如图7a至图7c所示。每个反射器3a、3b具有中空轮廓，并用于朝向主波束方向D0反射所生成的辐射场的至少一部分。反射器3a、3b可以包括包围内部中空的外缘。中空轮廓的中心轴线A1可以在垂直于反射器表面3的主平面的方向上延伸。反射器表面3的主平面可以与衬底2的主平面P1重合。

中空轮廓可以是椭圆形中空轮廓(如图6和图7a中所示)、矩形中空轮廓(如图7c所示)以及圆形中空轮廓(如图7b所示)中的一个。此外，几个不同的中空轮廓可以组合在一个反射器表面内。

中空轮廓在垂直于天线辐射体5的主平面P2的第一方向D1上，以及在平行于天线辐射体5的主平面P2的第二方向D2上延伸，如图1和图6至图7c中所示。对于椭圆形中空轮廓，外部尺寸优选在第二方向D2上比在第一方向D1上大。

反射器表面3可以置于端射天线阵子4的近场区域内，如图1至图3中所示。反射器表面3可以邻接天线辐射体5延伸，使得介电间隙11在第一方向D1上形成在反射器表面3的周缘与天线辐射体之间，介电间隙11形成在近场区域中，如图2和图3中所示。反射器表面3可以在第一方向D1上至少部分地重叠天线辐射体5，如图2和图3中所示。

多个反射器3a、3b中的至少两个可以布置成在第二方向D2上延伸的反射器3a、3b阵列，如图6至图7c中所示。至少一个反射器3a、3b可以在第一方向D1和第二方向D2上与每个天线辐射体5对准。

反射器表面3可以包括至少一个第一反射器3a和至少一个第二反射器3b，它们与每个天线辐射体5对准，并在第一方向D1上由介电间隙隔开，第一反射器3a置于天线辐射体5与第二反射器3b之间。介电间隙可以是0.1mm至1mm，优选是0.1mm至0.2mm宽。

多个第一反射器3a可以形成第一反射器阵列或行，并且多个第二反射器3b可以形成第二反射器阵列或行。第一反射器3a在第二方向D2上彼此对准，相应地，第二反射器3b在第二方向D2上彼此对准。其它反射器行可以与第一行和第二行平行延伸。

第一反射器3a在第二方向D2上可以具有与第二反射器3b不同的尺寸和/或不同的形状。反射器3a、3b中的至少一个可以具有至少对应于λ/2的尺寸，λ是例如在辐射的最低频率下的波长。该尺寸优选在第二方向D2上延伸。通过具有在第二方向D2上具有不同尺寸的反射器3a、3b，反射频率范围被拓宽，宽带性能得到改善，因为不同的反射器对应于不同的波长λ1、λ2等。

反射器表面3用于以具有第一极化的辐射方向图反射辐射，第一极化在包括主端射辐射方向D1的平面中延伸。第一极化可以是水平极化。换句话说，反射器表面3被配置成使得能够实现具有水平极化的辐射场。反射器表面3可以将辐射场的方向性平均值提高2.7dB，并提高峰值方向性。图5a示出了一种没有反射器表面的现有技术方案，在26GHz处产生宽辐射场。图5b示出了本发明，也在26GHz处生成更聚焦的辐射场。

本文已经结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但是，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所要求保护的主题时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。

权利要求书中使用的附图标记不应被解释为限制范围。除非另有说明，否则附图(例如，交叉阴影、部件设置、比例、度数等)应结合说明书一起阅读，并应被视为本发明的整个书面描述的一部分。如在描述中使用的，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“向上”和“向下”，以及其形容词和状语衍生物，例如“水平”、“向右”，“向上”等，仅指特定的附图面向读者时所示结构的取向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的取向，这视情况而定。

Claims (15)

1.一种辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，包括：

衬底(2)，包括反射器表面(3)；

导电元件(9)，至少部分地邻接所述衬底(2)的周边延伸；

至少一个端射天线阵子(4)，与所述衬底(2)层叠设置并包括天线辐射体(5)，所述天线辐射体(5)用于生成具有平行于所述衬底(2)的主平面(P1)取向的主波束方向(D0)的辐射场，

所述反射器表面(3)包括多个反射器(3a、3b)，每个反射器(3a、3b)具有中空轮廓，并用于朝向所述主波束方向(D0)反射所述生成的辐射场的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述中空轮廓是椭圆形、矩形或圆形中空轮廓中的一种，

所述中空轮廓在垂直于所述天线辐射体(5)的主平面(P2)的第一方向(D1)上，以及在平行于所述天线辐射体(5)的所述主平面(P2)的第二方向(D2)上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器表面(3)置于所述天线阵子(4)的近场区域内。

4.根据上述权利要求中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述天线阵子(4)沿着所述主波束方向(D0)置于距离所述导电元件(9)第一距离的位置处，

所述反射器表面(3)沿着所述主波束方向(D0)置于距离所述导电元件(9)第二距离的位置处，

所述第二距离与所述第一距离相同或大于所述第一距离。

5.根据权利要求3或4所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器表面(3)邻接所述天线辐射体(5)延伸，使得在所述反射器表面(3)的周缘与所述天线辐射体之间在所述第一方向(D1)上形成介电间隙(11)，所述介电间隙(11)形成在所述近场区域中。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述反射器表面(3)在所述第一方向(D1)上与所述天线辐射体(5)至少部分地重叠。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述多个反射器(3a、3b)中的至少两个被布置成在所述第二方向(D2)上延伸的反射器(3a、3b)阵列。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，至少一个反射器(3a、3b)在所述第一方向(D1)和所述第二方向(D2)上与每个天线辐射体(5)对准。

9.根据上述权利要求中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器(3a、3b)中的至少一个具有至少对应于λ/2的尺寸，λ是所述辐射的波长。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器表面(3)包括至少一个第一反射器(3a)和至少一个第二反射器(3b)，所述至少一个第一反射器(3a)和所述至少一个第二反射器(3b)与每个天线辐射体(5)对准，并在所述第一方向(D1)上由介电间隙隔开，所述第一反射器(3a)置于所述天线辐射体(5)与所述第二反射器(3b)之间。

11.根据权利要求10所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述第一反射器(3a)在所述第二方向(D2)上具有与所述第二反射器(3b)不同的尺寸和/或不同的形状。

12.根据上述权利要求中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器表面(3)以具有第一极化的辐射方向图反射所述辐射，所述第一极化在包括所述主端射辐射方向(D1)的平面中延伸。

13.根据上述权利要求中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述反射器表面(3)设置在所述衬底(2)的表面(2a)上，并包括导电油墨或导电网，所述导电油墨或导电网直接附着在所述表面(2a)上或附着在所述表面(2a)的膜上。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，其特征在于，所述衬底(2)包围所述反射器表面(3)，所述衬底(2)是多层结构，所述反射器表面(3)形成所述多层结构的一层。

15.一种装置(6)，其特征在于，包括显示元件(7)、后盖(8)和根据权利要求1至14中任一项所述的辐射场波束控制装置(1)，

所述辐射场波束控制装置(1)的衬底(2)是所述后盖(8)和柔性印刷电路中的一个，

所述辐射场波束控制装置(1)的导电元件(9)至少部分地置于所述显示元件(7)与所述后盖(8)之间，

所述辐射场波束控制装置(1)的天线辐射体(5)邻接所述导电元件(9)延伸。