CN214378822U - 电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子设备。该电子设备包括：声音模块，包括声音通道；壳体，包括与声音模块的声音通道连通的音孔；天线芯片，产生天线信号；传输线，传输所述天线信号；馈电匹配网络，经由传输线连接到天线芯片并接收所述天线信号；以及微带缝隙天线单元，包括辐射体和辐射缝隙，其中，所述辐射体与所述馈电单元连接并通过辐射缝隙发射天线信号，所述辐射缝隙位于所述声音通道和所述音孔之间并连通所述声音通道和所述音孔。实用新型所要解决的技术问题是如何解决或减轻现有技术中天线占用空间的技术问题。实用新型的用途是用于电子设备的天线。

Description

电子设备

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，具体涉及一种电子设备。

背景技术

相关技术中，随着第五代移动通信技术的发展，毫米波天线的应用受到广泛的关注。可以采用封装天线(Antenna in Package，AiP)技术，通过封装材料与封装工艺将毫米波天线集成在携带芯片的封装内。

通常，一台终端电子设备可能需要需要安装三到四个AiP天线模组。在这种情况下，需要牺牲其他模块的空间，以便容纳这些AiP天线模组。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种电子设备，至少解决或减轻现有技术中天线占用空间的技术问题。

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出了一种电子设备，其特征在于，包括：声音模块，包括声音通道；壳体，包括与声音模块的声音通道连通的音孔；天线芯片，产生天线信号；传输线，传输所述天线信号；馈电匹配网络，经由传输线连接到天线芯片并接收所述天线信号；以及微带缝隙天线单元，包括辐射体和辐射缝隙，其中，所述辐射体与所述馈电单元连接并通过辐射缝隙发射所述天线信号，以及其中，所述辐射缝隙位于所述声音通道和所述音孔之间并连通所述声音通道和所述音孔。

在一个实施例中，所述微带缝隙天线单元是毫米波天线单元，以及所述天线信号是毫米波天线信号。

在另一个实施例中，所述辐射缝隙的尺寸与所述音孔的尺寸一致，并且多个所述辐射缝隙形成天线阵列。

在另一个实施例中，所述微带缝隙天线单元包括柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板包括位于底层的金属基板、位于中层的具有高频特性的介质材料层和位于该柔性印刷电路板的表层的辐射层，所述辐射缝隙位于所述辐射层，以及所述金属基板和介质材料层包括与所述辐射缝隙对应的中空结构。

在另一个实施例中，所述柔性印刷电路板位于所述音孔和电子设备的声音模块的音腔硅胶套之间并且被所述音腔硅胶套顶持到所述音孔。

在另一个实施例中，所述介质材料层的厚度大于等于0.25mm且小于等于0.5mm。

在另一个实施例中，所述辐射缝隙的间隔大于等于0.325mm且小于等于1.3mm。

在另一个实施例中，所述音孔的总出音面积大于等于10mm²。

在另一个实施例中，在所述音孔的数量为6的情况下，所述音孔直径D≥1.5mm，或者在所述音孔的数量为8的情况下，所述音孔直径D≥1.3mm。

在另一个实施例中，所述音孔的数量大于所述辐射缝隙的数量，以及所述音孔包括除了与所述辐射缝隙对应的音孔之外的额外音孔，其中，所述柔性印刷电路板还包括额外中空结构，所述额外中空结构与所述额外音孔对应。

在另一个实施例中，所述介质材料层的材料是特氟龙材料，以及所述辐射层是铜箔。

在另一个实施例中，所述辐射缝隙的形状是矩形或圆形。

在本实用新型的实施例中，通过将天线与电子设备的音孔相结合，可以有效节省终端电子设备的空间，提高空间利用效率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的电子设备的部分示意性剖面图；

图2是根据本实用新型实施例的示意性天线装置的侧视图；

图3是根据本实用新型实施例的示意性天线装置的微带缝隙天线单元的示意性天线方向图；

图4是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性结构图；

图5是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性天线方向图。

图6是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性天线方向图。

图7是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性天线方向图及立体方向图。

图8是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性结构图；

图9是根据本实用新型实施例的示意性微带缝隙天线单元的示意性天线方向图及立体方向图；

图10是根据本实用新型实施例的电子设备的示意图。

附图标记：

10:声音模块

11:声音通道

21:天线芯片

22:传输线/液晶聚合物材料(LCP)传输线

23：馈电匹配网络

24:微带缝隙天线单元/天线柔性印刷电路板(FPC)

25:壳体/电子设备中框

26:音孔

27:音腔硅胶套

28:音腔防尘网

29:主板上塑胶

30:屏幕柔性印刷电路板

31:屏幕玻璃

32:辐射缝隙

51:金属基板

52:介质材料层

53:馈电匹配网络

54:贴片铜箔

91:贴片铜箔

92:辐射缝隙

93:馈电匹配网络

110:电子设备

111:微带缝隙天线单元

112:音孔

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合图1-图10描述根据本实用新型实施例的电子设备。

如图1所示，根据本实用新型一些实施例，电子设备包括声音模块11、壳体25、天线芯片21、传输线22、馈电匹配网络23和微带缝隙天线单元24。

声音模块11包括包括声音通道12。壳体25包括与声音模块的声音通道12连通的音孔26。图1示出了壳体25的一部分，例如，电子设备中框。

天线芯片21产生天线信号。天线芯片21可以是芯片模组，并具有波束赋形能力，例如，它可以支持多天线的幅度和相位控制。

传输线22传输所述天线信号。传输线22例如可以是LCP(液晶聚合物材料)射频传输线，它可以采用CPW(共面波导)结构，以传输天线信号。

馈电匹配网络23经由传输线22连接到天线芯片21并接收天线信号。馈电匹配网络23可以是由多节四分之一阻抗变换器组成的功分网络。

微带缝隙天线单元24包括辐射体和辐射缝隙。辐射体是与馈电单元连接的导体部分，辐射体通过辐射缝隙发射天线信号。在这里，辐射缝隙与电子设备的音孔对应。辐射缝隙位于声音通道12和音孔26之间并连通声音通道12和音孔26。

匹配网络23连接微带缝隙辐射单元24和传输线22。匹配网络23还可以起到阻抗匹配和/或功率分配和/或相位调节的作用。

这样设置的天线装置可以有效利用电子设备内的空间，有效利用电子设备中不同模块的结构，将天线的辐射单元与声音模块的音孔结构结合起来，从而提高电子设备的内部空间利用效率。

此外，由于音孔是电子设备中处于外侧的结构，因此，在这种结构中，缝隙天线也处于电子设备较外侧的位置。在绝大部分情况下，这都可以避免电子设备内部的金属结构(例如，主板上的金属层)对于天线性能的影响，和/或这些金属结构与天线单元的位置冲突。

另外，相对于AiP天线模组，由于不需要考虑使得AiP天线模组中的天线部分凸出主板上的金属层的问题，因此，天线装置的天线芯片模组可以设置在更加稳固的位置，从而提高电子设备的结构强度。

通常来说，音孔的尺寸在毫米两级，因此，这里的天线装置可以是毫米波天线装置，以及上述天线信号是毫米波天线信号。在这种情况下，例如，每个辐射缝隙与一个音孔对应。辐射缝隙的形状可以是矩形或圆形。辐射缝隙的尺寸可以与所述音孔的尺寸一致，并且多个所述辐射缝隙可以形成天线阵列。同时利用多个出音孔结构组成天线阵列，可以获得较好的天线效率、带宽、增益、或波束宽度等。此外，利用天线芯片的相位控制以及馈电匹配网络，可以实现波束扫描的功能。

在某些实施例中，这里的天线装置也可以用于波长较长的射频信号，例如，厘米波、分米波等。在这种情况下，例如，可以增大音孔的尺寸。此外，也可以将每个辐射缝隙与多个音孔对应。

在图1中，天线芯片21经由LCP传输线22连接到馈电匹配网络23(参见图2)。馈电匹配网络23可以位于天线FPC 24上。天线FPC 24形成微带缝隙天线单元。如图2所示，在天线FPC 24上形成天线缝隙32。

图1示出了声音模块的声音通道12以及壳体中的音孔26。声音模块例如是电子设备中的麦克风。天线FPC 24上的天线缝隙32与音孔26对应。天线缝隙32位于音孔26和声音通道12之间，并连接音孔26和声音通道12，从而声波能够在音孔26、天线缝隙32和声音通道12所构成的通道传播。在图1、2所示的实施例中，每个天线缝隙与一个音孔对应。但是，在其他实施例中，根据需要，也可以将一个天线缝隙与多个音孔对应。

图1还示出了作为电子设备的壳体的一部分的中框25、声音模块的音腔(Box)硅胶套27、音腔防尘网28、主板上塑胶29、屏幕柔性印刷电路板30以及屏幕玻璃31.

图4示出了天线FPC的示意性结构。如图4所示，天线FPC包括位于底层的金属基板51、位于中层的具有高频特性的介质材料层52和位于该柔性印刷电路板的表层的辐射层54。辐射缝隙55位于辐射层54中。金属基板51和介质材料层52包括与辐射缝隙55对应的中空结构。介质材料层52的材料可以是特氟龙材料，辐射层54可以是铜箔。

采用中空结构的金属基板51和介质材料层52不会影响音孔26与声音模块之间的声波传递，并且可以实现与完整结构的金属基板51和介质材料层52相当的天线性能。图3示出了相应的仿真结果。

图3中的(A)是在金属基板51和介质材料层52完整的情况下的天线方向图，图3中的(B)是在金属基板51和介质材料层52采用中空结构的情况下的天线方向图。将图3中的(A)和(B)相比较可以知道，在这两种结构下，天线的性能相当。在图3、5-7、9中，phi表示方位角，theta表示仰角。

在图4中，馈电匹配网络53连接到辐射层54，以馈送天线信号。

如图1所示，作为微带缝隙天线单元的天线FPC 24位于音孔26和电子设备的声音模块的音腔硅胶套27之间。音腔硅胶套27将天线FPC 24顶持到音孔26。由于音孔26周围壳体(中框25)的限定作用，这样可以形成稳固的结构。

此外，可以使用双面胶将天线FPC 24安装在中框25的音孔26处。这样可以方便电子设备的安装。此外，这样还可以方便在安装过程将天线FPC24中的辐射缝隙32与音孔26保持对准。

此外，这种结构有利于保证声音模块的音腔密封效果。

可以通过调整辐射缝隙的直径D、辐射缝隙的单元间距L、介质材料层的材料和厚度H，来设置所需频率。此外，可以计算天线单元的阻抗Zo。通过馈电匹配网络的四分之一阻抗变换器与50Ω微带线进行阻抗匹配，从而进行功率分配和相位控制。

此外，通过调整辐射缝隙的直径D、介质材料层的厚度H和介电常数ε、相邻辐射缝隙的单元间距L等参数，可优化阵列天线的谐振频率、波束宽度、增益、主瓣方向、旁瓣电平、前后抑制比等中的至少一个。因此，这样设置的天线单元可以具有较大的调整范围和/或较多的调整方式。

例如，介质材料层的厚度大于等于0.25mm且小于等于0.5mm。这可以保证在实际工程中，天线的性能指标在一定程度上较容易达到平衡。

此外，例如，辐射缝隙的间隔大于等于0.325mm且小于等于1.3mm。这也可以保证在实际工程中，天线的性能指标在一定程度上较容易达到平衡。

图5(A)示出了辐射缝隙的单元间距L＝1.3mm时的天线性能；图5(B)示出了辐射缝隙的单元间距L＝0.9mm时的天线性能；以及图5(C)示出了辐射缝隙的单元间距L＝0.6mm时的天线性能。

如图5中的(A)～(C)所示，在保持其他参数相同的情况下，在单元间距L从1.3mm向0.6mm变化时，谐振频率f向高频偏移，半功率(3dB)的波束角宽度略有增加，主瓣增益(幅度)呈降低趋势，旁瓣电平升高。

图6(A)示出了介质材料层的厚度H＝0.5mm时的天线性能；图7(B)示出了介质材料层的厚度H＝0.25mm时的天线性能。

图6中的(A)和(B)所示，当介质材料层的厚度从H＝0.5mm降低至H＝0.25mm，天线阵列的谐振频率基本不受影响，主瓣增益(幅度)和半功率(3dB)波束角宽度增加，旁瓣电平有所升高。

图7示出了采用音孔结构作为天线单元的辐射缝隙时的天线性能。通过采用音孔结构作为天线单元的辐射缝隙，可以形成天线阵列，并且可以进行空间复用，从而节省电子设备的整体空间。此外，这种结构的天线单元也可以达到较好的天线性能。

图7的(A)示出了仿真的天线方向图以及图7的(B)示出了仿真的立体方向图。

如图8中的方向图以及立体方向图所示，这种结构的天线单元的可以实现较好的增益以及效率。此外，这种天线单元的主瓣(3dB)波束角宽度比较宽，可达101°左右。另外，这种天线单元的旁瓣数量较少，且旁瓣电平较低，前后抑制比较好。

例如，所述音孔的总出音面积大于等于10mm²。在这种情况下，在音孔的数量为6的情况下，音孔直径D≥1.5mm，或者在音孔的数量为8的情况下，音孔直径D≥1.3mm。

在一个实施例中，音孔直径D＝1.5mm，音孔数量为6个。可以选取6个音孔中间的4个音孔作为天线的辐射缝隙。例如，这样的毫米波天线装置的谐振频率是26GHz。

在这里，音孔的数量大于辐射缝隙的数量，因此，音孔还包括除了与辐射缝隙对应的音孔之外的额外音孔。在这种情况下，可以柔性印刷电路板还包括额外中空结构，所述额外中空结构与所述额外音孔对应。这样，音孔的设置与辐射缝隙的设置可以相对独立，从而为天线和音孔的设计提供更高的设计自由度。

在另一个实施例中，将音孔直径缩小为D＝1.3mm，音孔数量增加至8个，辐射缝隙的单元间距L＝0.325mm，介质材料层的厚度H＝0.5mm，从而形成1*8天线阵列。如图8所示，馈电匹配网络93将射频天线信号馈送到微带缝隙天线单元91，以通过与音孔对应的辐射缝隙92，发射射频天线信号。相对于6个音孔的结构，这样的天线单元的谐振特性发生改变。图9示出了这种天线的性能。

图9的(A)示出了仿真的天线方向图以及图9的(B)示出了仿真的立体方向图。

如图9中的方向图以及立体方向图所示，天线单元的谐振频率是23GHz，主瓣增益(幅度)是8.97dBi，半功率(3dB)波束角宽度是90.3°，旁瓣电平是-11.5dB，因此，天线辐射效率是-2.2dB。

因此，在满足音孔总面积的基础上，通过调整音孔尺寸和音孔数量(例如，增加天线阵列的辐射单元)，可调整天线(例如，毫米波天线)的谐振频率和增益。

图10是根据本实用新型实施例的电子设备110的示意图。电子设备110例如可以是智能手机、平板电脑、可穿戴设备等。电子设备110包括壳体111、声音模块112和天线装置113。天线装置113例如是上面描述的天线装置。

壳体111包括用于声音模块112的音孔114。天线装置113的微带缝隙天线单元115的辐射缝隙被布置成与音孔114对应并位于音孔114和声音模块之间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：

声音模块，包括声音通道；

壳体，包括与声音模块的声音通道连通的音孔；

天线芯片，产生天线信号；

传输线，传输所述天线信号；

馈电匹配网络，经由传输线连接到天线芯片并接收所述天线信号；以及

微带缝隙天线单元，包括辐射体和辐射缝隙，

其中，所述辐射体与所述馈电单元连接并通过所述辐射缝隙发射所述天线信号，以及

其中，所述辐射缝隙位于所述声音通道和所述音孔之间并连通所述声音通道和所述音孔。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述微带缝隙天线单元是毫米波天线单元，以及所述天线信号是毫米波天线信号。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述辐射缝隙的尺寸与所述音孔的尺寸一致，并且多个所述辐射缝隙形成天线阵列。

4.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述微带缝隙天线单元包括柔性印刷电路板，该柔性印刷电路板包括位于底层的金属基板、位于中层的具有高频特性的介质材料层和位于该柔性印刷电路板的表层的辐射层，所述辐射缝隙位于所述辐射层，以及所述金属基板和介质材料层包括与所述辐射缝隙对应的中空结构。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述柔性印刷电路板位于所述音孔和所述声音模块的音腔硅胶套之间并且被所述音腔硅胶套顶持到所述音孔。

6.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述介质材料层的厚度大于等于0.25mm且小于等于0.5mm。

7.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述辐射缝隙的间隔大于等于0.325mm且小于等于1.3mm。

8.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述音孔的总出音面积大于等于10mm²。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，在所述音孔的数量为6的情况下，所述音孔直径D≥1.5mm，或者在所述音孔的数量为8的情况下，所述音孔直径D≥1.3mm。

10.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述音孔的数量大于所述辐射缝隙的数量，以及所述音孔包括除了与所述辐射缝隙对应的音孔之外的额外音孔，

其中，所述柔性印刷电路板还包括额外中空结构，所述额外中空结构与所述额外音孔对应。

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