CN210350084U - 一种天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种天线和电子设备，涉及通信技术领域。该天线包括：介质基板，所述介质基板包括有地板；设置于所述介质基板内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：设置于所述介质基板上的辐射馈线；馈电探针，所述馈电探针的其中一部分穿过所述介质基板与所述辐射馈线连接；设置于所述辐射馈线周围并与所述地板连接的地墙。本实用新型上述方案通过设置于所述介质基板上的辐射馈线，馈电探针的其中一部分穿过所述介质基板与所述辐射馈线连接，设置于所述辐射馈线周围并与所述地板连接的地墙，不仅能够提升相邻的天线单元之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果。

Description

一种天线和电子设备

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种天线和电子设备。

背景技术

目前，应用在5G毫米波天线阵列(尤其是手机或移动终端设备上)主流的封装天线(AiP，Antenna in package)方案上的贴片天线往往无法同时覆盖毫米波的多个波段，全球漫游时用户的无线体验便会受限；现有技术的毫米波天线AiP模组层数较多，一般为8-12层，同时叠层结构较复杂，增加了AiP模组的量产的工艺难度与生产一致性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种天线和电子设备，以解决现有的天线不能覆盖多个频段的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种天线，包括：

介质基板，所述介质基板包括有地板；

设置于所述介质基板内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：

设置于所述介质基板上的辐射馈线；

馈电探针，所述馈电探针的其中一部分穿过所述介质基板与所述辐射馈线连接；

设置于所述辐射馈线周围并与所述地板连接的地墙。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的天线。

这样，本实用新型的上述方案，通过设置于所述介质基板内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：设置于所述介质基板上的辐射馈线，馈电探针，所述馈电探针的其中一部分穿过所述介质基板与所述辐射馈线连接，设置于所述辐射馈线周围并与所述地板连接的地墙，不仅能够提升相邻的天线单元之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本实用新型的天线的俯视图；

图2表示本实用新型的天线的内部结构示意图；

图3表示本实用新型的天线单元的反射系数图；

图4表示本实用新型的26GHz的辐射方向图；

图5表示本实用新型的28GHz的辐射方向图；

图6表示本实用新型的39GHz的辐射方向图；

附图标记说明：

1-介质基板，11-地板，2-地墙，21-电连接部，22-金属框，3-辐射馈线，31-第一辐射馈线，32-第二辐射馈线，33-第三辐射馈线，34-第四辐射馈线，4-馈电探针。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

目前，随着5G(第五代移动通信)的发展，毫米波天线的设计渐渐被引入到一些小的移动终端上，如手机、平板，甚至是笔记本电脑，故而在保持系统整体有竞争力的尺寸下，各天线所分得的有效辐射空间往往因而更加减少，进而使得天线性能下降，而造成用户无线体验的劣化。或是为容纳多个分立的天线，而增加系统整体的体积尺寸，故而使产品整体竞争力下降。毫米波天线往往是一独立天线模块的形态，其与既存的天线，如蜂窝(cellular)天线，与非蜂窝(non-cellular)天线，常为分立设置，故较易造成系统整体的体积尺寸的增加，使得产品整体竞争力下降。

并且，在目前3GPP已经规划的5G毫米波段有以28GHz为主的n257(26.5-29.5GHz),n258(24.25-27.5GHz),与n261(27.5-28.35GHz)频段及以39GHz为主的n260(37.0-40.0GHz)等频段。故除了上述的无线性能的空间维度要求，尚有频率维度的漫游需求。毫米波天线模组的主要天线单元patch(贴片天线)，Yagi-Uda(八木宇田天线)，或者dipole(偶极子天线)，这些天线单元相对而言均是窄带天线，比如patch一般相对带宽基本不超过8％，而毫米波频段往往需求宽带的双频或者多频的形式，这给毫米波天线模组的设计带来了很大的挑战。为了满足宽频带、双频、甚至多频的需求，对于patch来说，往往需要在patch的辐射片上开槽或者采用叠层(stacked)的结构，这往往难以实现双极化(dual-polarization)或是会增加毫米波天线模组的厚度，故不利于毫米波天线模组的小型化及整机集成。

目前主流毫米波的天线设计方案主要是采用AiP的技术与工艺，即把毫米波的阵列天线，射频集成电路(RFIC，Radiao Frquency Intergarted Circuit)以及电源管理集成电路(PMIC，Power Management Intergarted Circuit)集成在一个模块内。在实际应用中，便将此模块置入手机内部，故会占据了目前其他天线的空间，导致天线性能的下降，从而影响用户的无线体验。因此，本实用新型实施例提供了一种天线和电子设备，能够覆盖上述所有毫米波频段，还能够提升相邻的天线单元之间的隔离度。

具体的，如图1和2所示，本实用新型实施例提供了一种天线，包括：

介质基板1，所述介质基板1包括有地板11；

设置于所述介质基板1内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：

设置于所述介质基板1上的辐射馈线3；

馈电探针4，所述馈电探针4的其中一部分穿过所述介质基板1与所述辐射馈线3连接；

设置于所述辐射馈线3周围并与所述地板11连接的地墙2。

其中，所述馈电探针4的数量与所述辐射馈线3的数量可以相同，并且一一对应，即一个馈电探针4对应一个辐射馈线3。

具体的，所述介质基板1的地板11上方为介电材料，介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。介电材料是通过感应而非传导的方式传递、存储或记录电场的作用和影响。其中电极化是在外电场作用下，分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象，而介电常数是表征电介质的最基本参数。其中，所述介质基板1不限定于只有一层介质，可以大于等于1层，优选层数为1层，层数少可以有利于加工，减少加工成本。

进一步的，所述天线可以为毫米波天线，天线单元为毫米波天线单元，在所述天线单元为多个的情况下，多个天线单元形成毫米波阵列天线。

本实用新型的上述方案，通过设置于所述介质基板1内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：设置于所述介质基板1上的辐射馈线3，馈电探针4，所述馈电探针4的其中一部分穿过所述介质基板1与所述辐射馈线3连接，设置于所述辐射馈线3周围并与所述地板11连接的地墙2，不仅能够提升相邻的天线单元之间的隔离度，还能够达到覆盖多个频段的效果。

进一步的，如图1和2所示，所述馈电探针4与所述辐射馈线3可以形成倒L型结构，可以使得天线的带宽大幅增加。其中，可以根据实际需要，将所述馈电探针4和所述辐射馈线3构成其他形状的结构，在此不做具体限定。

进一步的，如图1和2所示，所述辐射馈线3的第一端与所述馈电探针4连接，所述辐射馈线3的第二端的横截面积大于所述辐射馈线3的第一端的横截面积。

具体的，所述辐射馈线3远离所述馈电探针4的一端面积大于所述辐射馈线3靠近所述馈电探针4的一端，提高天线的辐射性能。

进一步的，如图1和2所示，所述辐射馈线3设置于所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面；

在每一所述天线单元中，所述辐射馈线3包括多个，多个所述辐射馈线3形成正交差分馈电的馈电结构。

具体的，通过在所述天线单元中形成正交差分馈电的辐射馈线3，具有多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)功能，以提升数据的传输速率，还可以构成双极化，增加毫米波阵列天线的无线连接能力，减少通信断线的机率，提升通信效果和用户体验。

进一步的，如图1和2所示，所述地墙2可以包括：

设置于每一组形成正交差分馈电的所述辐射馈线3四周的多个电连接部21；

设置于所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧的金属框22，且所述金属框22围绕在每一组形成正交差分馈电的所述辐射馈线3的四周；

所述电连接部21贯穿所述介质基板1以及所述金属框22，且所述电连接部21与所述地板11连接。

具体的，每一组形成正交差分馈电的所述辐射馈线3四周均设置有多个电连接部21，多个电连接部21围成所述地墙2(即围墙)，可以提高相邻的天线单元之间的隔离度，并且，每一组形成正交差分馈电的辐射馈线3可以使得天线的带宽大幅增加；并且，对同一个天线单元使用对称差分正交馈电方式，可以明显改善端口间的隔离度，减少天线单元之间的耦合，从而改善阵列天线的波束赋形特性。其中，在两个相邻的天线单元之间可以共用一部分地墙2，所述电连接部21可以为金属柱等形状。

并且，在所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧设置金属框22，且所述金属框22围绕在每一组形成正交差分馈电的所述辐射馈线3的四周，所述电连接部21贯穿所述介质基板1以及所述金属框22，即相当于在介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面上，在相邻的电连接部21之间设置有金属框22，可以增强天线单元之间的隔离度。

其中，所述馈电探针4与所述辐射馈线3形成的倒L型结构在低频处主要作为耦合馈线，激励起金属柱围成的腔体的辐射，产生26GHz的谐振，带宽可以覆盖n258、n257和n261等频段；在高频处则是倒L型结构自身作为辐射天线，产生39GHz的谐振，带宽可以覆盖n260等频段，即毫米波天线的带宽可以覆盖n257、n258、n260、n261等3GPP的全球主流5G毫米波频段，从而提升了用户的移动漫游体验。

进一步的，所述地板11设置有多个通孔，所述馈电探针4穿过所述通孔以及所述介质基板1与所述辐射馈线3连接，且所述馈电探针4与所述地板11绝缘。

具体的，所述馈电探针4的其中一部分穿过所述介质基板1，另一部分穿过通孔与信号源连接。

进一步的，如图1和2所示，所述辐射馈线3包括：

处于同一直线上并且对向设置、且互相绝缘的第一辐射馈线31和第二辐射馈线32；

处于同一直线上并且对向设置、且互相绝缘的第三辐射馈线33和第四辐射馈线34；

其中，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32形成一组+45度极化的馈电结构(也可认为所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32构成一对垂直极化的馈电结构)，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34形成一组-45度极化的馈电结构(也可认为所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34构成一对水平极化的馈电结构)，且所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32形成的连线，与所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34形成的连线正交。

具体的，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32同时工作或者同时停止工作，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34同时工作或者同时停止工作。其中，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32在工作状态时，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34可以处于不工作的状态；所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34在工作状态时，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32可以处于不工作的状态；所述第一辐射馈线31、第二辐射馈线32、第三辐射馈线33和第四辐射馈线34还可以同时处于工作状态，还可以同时处于不工作状态。

其中，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32使用差分馈电方式形成第一组辐射馈线，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34使用差分馈电方式形成第二组辐射馈线，第一组辐射馈线和第二组辐射馈线使用正交馈电方式，可形成MIMO功能，以提升数据的传输速率，还可以构成双极化，增加毫米波阵列天线的无线连接能力，减少通信断线的几率，提升通信效果和用户体验。其中，所述辐射馈线3的数量并不仅限于四个。

进一步的，如图1和2所示，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32处于所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面的其中一对角直线上；

所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34处于所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面的另一对角直线上。

具体的，所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32可以对称设置在所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面的其中一个对角线上，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34可以对称设置在所述介质基板1上与所述地板11相对的一侧表面的另一个对角线上，将所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32放置在其中一个对角线上，并将所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34放置在另一个对角线上，可以缩小天线单元的体积。

其中，所述第一辐射馈线31和第二辐射馈线32需要在同一直线上，并不仅限于在所述介质基板1的对角线上；并且，所述第三辐射馈线33和第四辐射馈线34需要在同一直线上，并不仅限于在所述介质基板1的对角线上。

进一步的，所述第一辐射馈线31通过所述馈电探针4连接的信号源，与所述第二辐射馈线32通过所述馈电探针4连接的信号源幅值相同，相位相差180；所述第三辐射馈线33通过所述馈电探针4连接的信号源，与所述第四辐射馈线34通过所述馈电探针4连接的信号源幅值相同，相位相差180。

具体的，图3为其中一个毫米波天线单元的反射系数图，横坐标为频段，纵坐标为反射系数，以-10dB计算，可以覆盖24.07GHz-29.87GHz以及35.31GHz-40.22GHz，该天线基本可以覆盖n257、n258、n260和n261等3GPP的全球主流5G毫米波频段，从而提升了用户的移动漫游体验。图4为26GHz的辐射方向图，S1为各个方向上的最大增益。图5为28GHz的辐射方向图，S2为各个方向上的最大增益。图6为39GHz的辐射方向图，S3为各个方向上的最大增益。由于使用对称的差分馈电形式(即所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32形成一组+45度极化的馈电结构，所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34形成一组-45度极化的馈电结构，且所述第一辐射馈线31和所述第二辐射馈线32，与所述第三辐射馈线33和所述第四辐射馈线34形成直线正交)，可以使毫米波天线单元形成沿着垂直方向的对称辐射，便于组成毫米波阵列天线，并对毫米波阵列天线进行波束赋形。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括如上任一实施例中所述的天线。

其中，所述天线可以设置于所述电子设备的内部、金属壳体、金属框等。

为了便于说明，上述实施例是将手机作为本实用新型电子设备的具体实例进行说明，本领域技术人员可以理解，除了手机作为电子设备之外，亦可适用于其它具备显示屏的电子设备，如平板电脑、电子书阅读器、MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3，MovingPicture Experts Group Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准音频层面4，Moving Picture Experts Group Audio Layer IV)播放器、膝上型便携计算机、车载电脑、台式计算机、机顶盒、智能电视机、可穿戴设备等等均在本实用新型实施例的保护范围之内。

本实用新型上述实施例，可应用于无线城际网路(WMAN，Wireless MetropolitanArea Networks)、无线广域网路(WWAN，Wireless Wide Area Network)、无线区域网路(WLAN，Wireless Local Area Network)、无线个人网路(WPAN，Wireless Personal AreaNetwork)、MIMO、射频识别(RFID，Radio Frequency IDentification)，甚至是近场通信(NFC，Near Field Communication)、无线充电(WPC，Wireless Power Consortium)，或调频(FM，Frequency Modulation)等无线通信设计与应用上；并且，可应用于对人体安全、健康，与佩戴的电子器件(如助听器或心率调整器等)相容性的法规测试与实际设计及应用上。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

介质基板(1)，所述介质基板(1)包括第一侧表面以及与所述第一侧表面相背的第二侧表面，所述第一侧表面设置有地板(11)；

设置于所述介质基板(1)内部的至少一个天线单元，所述天线单元包括：

辐射馈线(3)，所述辐射馈线(3)的至少一部分裸露在所述介质基板(1)的第二侧表面；

馈电探针(4)，对应于所述辐射馈线(3)设置，所述馈电探针(4)为正交差分馈电结构，所述馈电探针(4)的其中一部分穿过所述介质基板(1)与所述辐射馈线(3)连接；

设置于所述辐射馈线(3)周围的多个电连接部(21)，所述电连接部(21)贯穿所述介质基板(1)，并与所述地板(11)电连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射馈线(3)的第一端与所述馈电探针(4)连接，所述辐射馈线(3)的第二端的横截面积大于所述辐射馈线(3)的第一端的横截面积。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线单元还包括：

金属框(22)，所述金属框(22)的至少一部分裸露在所述介质基板(1)的第二侧表面，且所述金属框(22)围绕在所述辐射馈线(3)的四周，并与所述电连接部(21)连接。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射馈线(3)包括：

处于同一直线上并且对向设置、且互相绝缘的第一辐射馈线(31)和第二辐射馈线(32)；

处于同一直线上并且对向设置、且互相绝缘的第三辐射馈线(33)和第四辐射馈线(34)；

其中，与所述第一辐射馈线(31)连接的馈电探针(4)以及与所述第二辐射馈线(32)连接的馈电探针(4)形成一组垂直极化的馈电结构，与所述第三辐射馈线(33)连接的馈电探针(4)以及与所述第四辐射馈线(34)连接的馈电探针(4)形成一组水平极化的馈电结构，且所述第一辐射馈线(31)和所述第二辐射馈线(32)形成的连线，与所述第三辐射馈线(33)和所述第四辐射馈线(34)形成的连线正交。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一辐射馈线(31)和所述第二辐射馈线(32)处于所述介质基板(1)的第二侧表面的其中一对角直线上；

所述第三辐射馈线(33)和所述第四辐射馈线(34)处于所述介质基板(1)的第二侧表面的另一对角直线上。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述地板(11)设置有多个通孔，所述馈电探针(4)穿过所述通孔以及所述介质基板(1)与所述辐射馈线(3)连接，且所述馈电探针(4)与所述地板(11)绝缘。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在所述天线单元的数量为多个，且多个天线单元形成天线阵列的情况下，相邻的天线单元之间设置有一排电连接部(21)。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每相邻的两个所述电连接部(21)之间具有间隙。

9.根据权利要求1至8任一项所述的天线，其特征在于，所述天线为毫米波天线。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线。

Images