CN117242643A - 一种用于电子装置的天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电子装置(2)的天线装置(1)，所述天线装置包括：天线阵列(3)，所述天线阵列包括产生毫米波频率辐射的多个天线振子(4)；至少一个辐射反射面(5)，所述辐射反射面至少部分地与所述天线阵列(3)重叠，并用于在至少一个方向上反射毫米波频率辐射的至少一部分。所述反射面(5)包括以下中的至少一个：非导电反射器单元(5a)，所述非导电反射器单元包括介电常数至少为10的材料；多个平行的细长导电反射器(5b)。每对平行的细长导电反射器(5b)由填充有介电固体或空气的细长间隙(6)分隔开。所述反射面(5)可以嵌入在所述电子装置(2)的显示面板(7)、框架(8)或衬底(9)中。

Description

一种用于电子装置的天线装置

技术领域

本发明涉及一种用于电子装置的天线装置，所述天线装置包括至少一个辐射反射面和天线阵列，所述天线阵列包括多个天线振子，所述多个天线振子沿天线阵列轴线设置并用于在垂直于天线阵列轴线的方向上产生毫米波频率辐射。

背景技术

智能手机等移动装置需要全覆盖双偏振毫米波天线，以实现各个方向、各个方位的稳定通信。然而，对装置设计的要求包括提供包括光滑金属框架和以非常小的间隙设置的大显示器的弯曲设计，最好没有任何可见开口。这些设计要求与天线要求相矛盾，因此很难在同一装置中既实现当代设计又满足足够的天线覆盖要求。

毫米波天线需要显示侧辐射。对于毫米波辐射，通常使用偶极子或单极子形式的天线。这些元件提供了全向方向图，然而，这些元件可能导致能量泄漏或朝向不期望方向(例如，远离装置显示侧的方向)的辐射。因此，毫米波天线需要反射器，用于将辐射从不期望的方向反射和重定向到期望的方向。然而，这种反射器会干扰毫米波范围以外的天线组件——例如，低于6GHz的馈电柱——的性能。

在至少一个已知的方案中，使用介电棒天线来产生朝向装置显示侧的辐射。然而，介电棒天线需要大量的自由空间才能在装置内部使用，该方案通常与低于6GHz的馈电柱不兼容。此外，该方案需要具有不同电容率(即介电常数)的多个装置层以及显示器中的凹口。

在另一个已知的方案中，高阻抗表面尖峰被添加到金属框架中。能够借此修改辐射方向图，以增强朝向显示侧的方向性。然而，尖峰可以与低于6GHz的馈电柱相交，这增加了该方案的实现难度。此外，由于馈电柱的不兼容性，至少对低于6GHz的性能具有某种负面影响。

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

发明内容

本发明的目的是提供一种用于手持设备的改进的天线装置。上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。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，提供了一种用于电子装置的天线装置，所述天线装置包括：天线阵列，所述天线阵列包括多个天线振子，所述多个天线振子沿天线阵列轴线设置并用于在垂直于所述天线阵列轴线的方向上产生毫米波频率辐射；至少一个辐射反射面，所述至少一个辐射反射面至少部分地与所述天线阵列重叠并平行于所述天线阵列轴线延伸，所述反射面用于朝所述方向中的至少一个方向反射所述毫米波频率辐射的至少一部分。所述反射面包括以下中的至少一个：非导电反射器单元，其中，所述非导电反射器单元包括介电常数至少为10的材料；多个平行的细长导电反射器，其中，每对所述平行的细长导电反射器由细长间隙分隔开，所述平行反射器的纵轴和所述间隙的纵轴垂直于所述天线阵列轴线延伸，所述间隙填充有介电固体或空气。

该方案能够使用反射面重定向毫米波频率辐射，该反射面可以设置得更靠近毫米波天线振子，能够在反射面与其他天线的信号元件(例如，低于6GHz的馈电柱)之间保持比传统方案更大的距离。这种天线装置具有带全覆盖的高效辐射场，同时为例如电池腾出装置内的空间。此外，天线装置可以与高度弯曲的显示元件一起使用，因为无论涉及的距离如何，反射面都具有正确的辐射转向使用非导电反射器单元消除了接地的需要，而使用多个平行的细长导电反射器更容易在平面实现方式中使用。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述纵轴在所述反射面的主平面内延伸，例如，提供了尽可能薄的反射面。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述天线振子中的至少一个天线振子是端射天线振子，其中，所述端射天线振子用于产生具有主波束方向、第一偏振和第二偏振的毫米波频率辐射，所述第一偏振垂直于所述主波束方向延伸，所述反射面用于反射具有所述第一偏振的毫米波频率辐射。这能够在不影响或降低具有第二偏振的辐射的情况下改善具有第一偏振的辐射。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述天线装置包括多个反射面，所述反射面用于在不同方向上反射所述毫米波频率辐射，为所述装置提供最大的灵活性和适应性。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述反射面用于设置在距所述天线振子≤λ/2的距离处，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。通过将反射面靠近天线振子放置，减少了总体所需的体积，增加了设计自由度。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述反射面用于设置在距所述天线振子的λ/4与λ/10之间的距离处。通过将反射面靠近天线振子放置，减少了总体所需的体积，增加了设计自由度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射面设置在所述天线振子的近场区域内，其中，D是所述天线振子的最大外部尺寸，使得天线性能足够，同时仍然提供非常紧凑的天线装置。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，反射面在天线装置中形成阻抗不连续性，反射辐射，使得朝着期望的辐射方向相长地增加。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述非导电反射器单元包括陶瓷或塑料材料，能够补偿介电常数，以保证坚固性和可制造性。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述非导电反射器单元在垂直于所述反射器单元的主平面的方向上具有厚度，其中，所述厚度≤λ/4，λ是所述毫米波频率辐射的波长，具有最大的辐射反射，同时避免寄生谐振。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述厚度在λ/8与3λ/8之间，有利于最大反射率。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述非导电反射器单元在垂直于所述反射器单元的主平面的方向上具有厚度，其中，所述厚度是λ/4的奇数倍，有利于最大反射率。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，厚度≤1mm，具有尽可能薄的天线装置。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述导电反射器和分隔所述多对平行反射器的所述间隙形成在一个导电片材中，有利于简化的制造过程。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述反射面在垂直于所述天线阵列轴线的方向上的长度在λ与λ/10之间，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。这确保了端射辐射方向，并有助于避免寄生谐振。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述导电反射器和所述间隙沿所述纵轴的长度范围在λ与λ/10之间，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。这确保了端射辐射方向，并有助于避免寄生谐振。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，分隔所述多对平行反射器的所述间隙使具有所述第一偏振的毫米波频率辐射在相邻的多对平行反射器之间传播。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，具有所述第二偏振的毫米波频率辐射的传播不受所述反射面的影响。

根据第二方面，提供了一种电子装置，所述电子装置包括：显示面板；框架；衬底，其中，所述衬底至少被所述显示面板和所述框架包围；根据上述所述的天线装置，其中，所述天线装置用于发射具有朝向所述显示面板传播的第一偏振的毫米波频率辐射，并发射朝向所述框架传播的第二偏振，所述天线装置还用于反射具有所述第一偏振的所述毫米波频率辐射的至少一部分。

这有利于电子装置具有改进的天线全覆盖，因为可以使用反射面重定向毫米波频率辐射，该反射面设置得更靠近毫米波天线振子，能够在反射面与其他天线的信号元件(例如，低于6GHz的馈电柱)之间保持比传统方案更大的距离。这进而使较小的装置体积用于天线，并且不需要对现有的装置设计进行任何实质性的修改。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电子装置还包括至少一个天线，其中，所述天线用于产生毫米波频率范围之外的辐射，所述天线装置的反射面用于设置在所述电子装置的体积内，所述电子装置包括所述天线的至少一个信号馈送探针，所述反射面设置在距所述信号馈送探针一定距离处，提高了天线装置与非毫米波天线的兼容性，并增加了设计自由度。

在第二方面的另一种可能的实现方式中，衬底包括柔性印刷电路，使现有组件用作例如天线装置的部分的载体，需要对装置的框架进行较少的修改，并且在装置内占用较少的空间。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，反射面嵌入在显示面板、框架或衬底中，便于组装，并释放装置内的额外空间。

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

在本发明的以下具体实施方式中，将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释各方面、各个实施例和各种实现方式，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的示例的电子装置的侧视图；

图2示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的部分顶视图；

图3示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的截面图；

图4示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的截面图；

图5示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的截面图；

图6示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的截面图；

图7示出了根据本发明实施例的示例的包括天线装置的电子装置的部分透视图；

图8示出了根据本发明实施例的示例的天线装置的截面图；

图9示出了根据本发明实施例的示例的天线装置的部分透视图。

具体实施方式

图3至图8示出了用于电子装置2的天线装置1，该天线装置包括：天线阵列3，该天线阵列包括多个天线振子4，多个天线振子沿天线阵列轴线A1设置并用于在垂直于天线阵列轴线A1的方向上产生毫米波频率辐射；至少一个辐射反射面5，至少一个辐射反射面至少部分地与天线阵列3重叠并平行于天线阵列轴线A1延伸，反射面5用于朝方向中的至少一个方向反射毫米波频率辐射的至少一部分，反射面5包括以下中的至少一个：非导电反射器单元5a，非导电反射器单元包括介电常数至少为10的材料，见图3至图7；多个平行的细长导电反射器5b，每对平行的细长导电反射器5b由细长间隙6分隔开，平行反射器5b的纵轴A2和间隙6的纵轴A3垂直于天线阵列轴线A1延伸，间隙6填充有介电固体或空气，见图8和图9。

图1和图2示出了包括电子装置2，该电子装置包括：显示面板7；框架8；衬底9，衬底至少被显示面板7和框架8包围；下文将更详细地描述的天线装置1。

框架8可以包括导电材料。衬底9可以包括柔性印刷电路，例如，弯曲的LCP板(液晶聚合物)，如图8和9所示。切掉塑料材料的一小部分，例如，crastin，足以将反射面放置在距天线振子的最佳位置。

天线装置1用于发射具有朝向显示面板7传播的第一偏振的毫米波频率辐射，并发射朝向框架8传播的第二偏振。天线装置1还用于反射具有第一偏振的毫米波频率辐射的至少一部分。

如图2所示，电子装置2还可以包括至少一个天线10，至少一个天线用于产生毫米波频率范围之外的辐射，例如，低于6GHz的频率范围内的辐射。

天线装置1的反射面5用于设置在包括天线10的至少一个信号馈送探针11的电子装置2的体积内。反射面5设置在距信号馈送探针11一定距离处，

使得天线装置1不受馈电探针11的信号的影响。

反射面5可以嵌入在显示面板7、框架8或衬底9中，或者可以是施加在显示面板7、框架8或衬底9的表面上的单独组件。反射面5可以放置在天线振子4与装置的其他内部部件之间，使得防止辐射泄漏到期望的方向以外的任何其他方向。反射面5可以放置在例如低于6GHz的天线的金属之间和/或LCP板下面，天线振子4位于反射面5的上方。

天线装置1包括天线阵列3和至少一个辐射反射面5。天线装置1可以包括多个反射面5，反射面用于在不同方向上反射毫米波频率辐射。每个反射面5可以在天线装置1中形成阻抗不连续性，从而引起反射。

天线阵列3包括沿天线阵列轴线A1设置的多个天线振子4，如图2所示，每个天线振子4至少包括辐射体。天线阵列3用于在垂直于天线阵列轴线A1的方向上产生毫米波频率辐射。

天线振子4中的至少一个天线振子可以是端射天线振子4。端射天线阵列是线性阵列，其中，辐射方向沿着天线的线，即主波束方向D0，如图中所示。端射天线振子4用于产生具有主波束方向D0、第一偏振和第二偏振的毫米波频率辐射。第一偏振垂直于主波束方向D0延伸，反射面5用于反射具有第一偏振的毫米波频率辐射。第一偏振可以是垂直偏振，第二偏振可以是水平偏振。V-pol单极子可用于产生垂直偏振辐射，H-pol偶极子可用于产生水平偏振辐射。

反射面5至少部分地与天线阵列3重叠并平行于天线阵列轴线A1延伸。反射面5用于朝垂直于天线阵列轴线A1的方向中的至少一个方向反射毫米波频率辐射的至少一部分。

反射面5可以用于设置在距天线振子4的≤λ/2的距离处，其中，λ是毫米波频率辐射的波长。更具体地，反射面5可以用于设置在距天线振子4的λ/4与λ/10之间的距离处。反射面5可以设置在天线振子4的近场区域内， D是天线振子的最大外部尺寸。最大外部尺寸是天线振子的最大尺寸，例如，具有矩形表面积的辐射体的长度或具有圆形表面积的辐射体的直径。

反射面5在垂直于天线阵列轴线A1的方向上的长度可以在λ与λ/10之间，其中，λ是毫米波频率辐射的波长。

反射面5包括非导电反射器单元5a和多个平行的细长导电反射器5b中的至少一个。

在图3至图7中所示的非导电反射器单元5a包括具有高介电常数的材料，即，介电常数至少为10，例如，15、20或40，从而实现在20-50GHz的频率范围内工作的宽带方案。非导电反射器单元5a可以包括陶瓷或高电容率塑料材料。高电容率塑料材料的介电常数通常高达25，并且通常是比陶瓷更灵活的材料，因此不易碎。另一方面，陶瓷材料通常非常坚硬，因此更易碎。陶瓷的介电常数可以从15-20到数千。

由于两种材料之间的边界不连续性而发生辐射的反射和透射，导致其中一种材料中产生反射波，而另一种材料中产生透射波。如果反射器单元5a的厚度是半波长λ/2的倍数(即，正整数)，则边界处的反射在特定频率下将为零。这说明反射器单元5a对平面波看起来是透明的，这是不期望的，因此，为了实现最大反射率，反射器单元5a的厚度必须≠nλ/2，其中，n是正整数。

因此，非导电反射器单元5a可以在垂直于反射器单元5a的主平面的方向上具有厚度，该厚度≤λ/4，λ是毫米波频率辐射的波长。厚度可以在λ/8与3λ/8之间。非导电反射器单元5a还可以在垂直于反射器单元5a的主平面的方向上具有厚度，该厚度是λ/4的奇数倍，例如，3λ/8，以避免上述λ/2的倍数。此外，反射器带宽受波阻抗(即有效介电常数和寄生谐振)的限制。寄生谐振发生在nλ/2以上，限制了可用的最高频率。因此，为了反射辐射，反射器单元5a的厚度优选地低于λ/4。

厚度可以≤1mm，例如，在介电常数为40时为0.2mm。当介电常数为40时，反射器单元5a太薄，并且可能容易断裂或难以制造。由于当介电常数为20时使用的电容率较低，因此反射器单元5a的厚度必须增加到约0.5mm(λ/8)，从实际的角度来看，这是优选的。在介电常数为20的情况下，可以使用陶瓷以外的材料，例如，高电容率塑料，这些材料可以更坚固并且更容易放置在装置内部。

在辐射的频率为30GHZ并且非导电反射器单元5a的厚度为λ/8的示例中，如果反射器单元5a与天线振子4之间的距离在λ/10与λ/5之间，则方向性可以在8dBi左右，覆盖24-29.5和37-43GHz频带。

多个平行的细长导电反射器5b设置成使得每对平行的细长导电反射器5b由细长间隙6分隔开。平行反射器5b的纵轴A2和间隙6的纵轴A3垂直于天线阵列轴线A1延伸，如图9所示。纵轴A2、A3可以在反射面5的主平面内延伸。导电反射器5b和分隔多对平行反射器5b的间隙6可以形成在一个导电片材中，如图9所示。导电片材可以是铜片。导电反射器5b/导电片材可以接地到框架8或衬底9。

间隙6填充有介电固体或空气。空气的介电常数为1，而介电固体可以是介电常数通常在2-5范围内(通常为3)的任何合适的材料。介电固体可以由传统印刷电路板或液晶聚合物板的主介电材料组成，例如，当反射面5(即反射器5b)嵌入在该板中时。

导电反射器5b和间隙6沿纵轴A2、A3的长度范围可以在λ与λ/10之间，其中，λ是毫米波频率辐射的波长。

分隔多对平行反射器5b的间隙6可以使具有第一偏振(例如，垂直偏振)的毫米波频率辐射在相邻的多对平行反射器5b之间传播。具有第二偏振(例如，水平偏振)的毫米波频率辐射的传播可以保持不受反射面5的影响。

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，本领域技术人员在实践所请求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，能够理解和实现所公开实施例的其它变型。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利地使用。

权利要求书中使用的附图标记不应当被解释为限制范围。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。本文中使用的术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”和“下”以及其形容词和状语衍生词(例如，“水平地”、“向右”、“向上”等)在特定附图面向读者时，只是指所示结构的方向。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(视情况而定)的方向。

Claims (17)

1.一种用于电子装置(2)的天线装置(1)，其特征在于，所述天线装置包括：

天线阵列(3)，其中，所述天线阵列包括多个天线振子(4)，所述多个天线振子沿天线阵列轴线(A1)设置并用于在垂直于所述天线阵列轴线(A1)的方向上产生毫米波频率辐射；

至少一个辐射反射面(5)，其中，所述至少一个辐射反射面至少部分地与所述天线阵列(3)重叠并平行于所述天线阵列轴线(A1)延伸，所述反射面(5)用于朝所述方向中的至少一个方向反射所述毫米波频率辐射的至少一部分，

所述反射面(5)包括以下中的至少一个：

非导电反射器单元(5a)，其中，所述非导电反射器单元包括介电常数至少为10的材料；

多个平行的细长导电反射器(5b)，其中，每对所述平行的细长导电反射器(5b)由细长间隙(6)分隔开，所述平行反射器(5b)的纵轴(A2)和所述间隙(6)的纵轴(A3)垂直于所述天线阵列轴线(A1)延伸，

所述间隙(6)填充有介电固体或空气。

2.根据权利要求1所述的天线装置(1)，其特征在于，所述天线振子(4)中的至少一个天线振子是端射天线振子(4)，其中，所述端射天线振子用于产生具有主波束方向(D0)、第一偏振和第二偏振的毫米波频率辐射，所述第一偏振垂直于所述主波束方向(D0)延伸，所述反射面(5)用于反射具有所述第一偏振的毫米波频率辐射。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置(1)，其特征在于，所述反射面(5)用于设置在距所述天线振子(4)≤λ/2的距离处，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。

4.根据权利要求3所述的天线装置(1)，其特征在于，所述反射面(5)用于设置在距所述天线振子(4)的λ/4与λ/10之间的距离处。

5.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述反射面(5)设置在所述天线振子(4)的近场区域内，其中，所述近场区域是位于距所述天线振子(4)<的距离处的区域，D是所述天线振子的最大外部尺寸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述非导电反射器单元(5a)包括陶瓷或塑料材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述非导电反射器单元(5a)在垂直于所述反射器单元(5a)的主平面的方向上具有厚度，其中，所述厚度≤λ/4，λ是所述毫米波频率辐射的波长。

8.根据权利要求7所述的天线装置(1)，其特征在于，所述厚度在λ/8与3λ/8之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述非导电反射器单元(5a)在垂直于所述反射器单元(5a)的主平面的方向上具有厚度，其中，所述厚度是λ/4的奇数倍。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述导电反射器(5b)和分隔所述多对平行反射器(5b)的所述间隙(6)形成在一个导电片材中。

11.根据权利要求1至5或10中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，所述反射面(5)在垂直于所述天线阵列轴线(A1)的方向上的长度在λ与λ/10之间，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。

12.根据权利要求11所述的天线装置(1)，其特征在于，所述导电反射器(5b)和所述间隙(6)沿所述纵轴(A2、A3)的长度范围在λ与λ/10之间，其中，λ是所述毫米波频率辐射的波长。

13.根据权利要求2至5或10至12中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，分隔所述多对平行反射器(5b)的所述间隙(6)使具有所述第一偏振的毫米波频率辐射在相邻的多对平行反射器(5b)之间传播。

14.根据权利要求2至13中任一项所述的天线装置(1)，其特征在于，具有所述第二偏振的毫米波频率辐射的传播不受所述反射面(5)的影响。

15.一种电子装置(2)，其特征在于，所述电子装置包括：显示面板(7)；框架(8)；衬底(9)，其中，所述衬底至少被所述显示面板(7)和所述框架(8)包围；根据权利要求1至14中任一项所述的天线装置(1)，

其中，所述天线装置(1)用于发射具有朝向所述显示面板(7)传播的第一偏振的毫米波频率辐射，并发射朝向所述框架(8)传播的第二偏振，

所述天线装置(1)还用于反射具有所述第一偏振的所述毫米波频率辐射的至少一部分。

16.根据权利要求15所述的电子装置(2)，其特征在于，所述电子装置还包括至少一个天线(10)，其中，所述天线用于产生毫米波频率范围之外的辐射，所述天线装置(1)的反射面(5)用于设置在所述电子装置(2)的体积内，所述电子装置包括所述天线(10)的至少一个信号馈送探针(11)，所述反射面(5)设置在距所述信号馈送探针(11)一定距离处。

17.根据权利要求15或16所述的电子装置(2)，其特征在于，所述衬底(9)包括柔性印刷电路。