CN214378844U - 一种天线防护罩体及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种天线防护罩体及终端设备，属于通信技术领域。该天线防护罩体应用于终端设备，所述终端设备包括毫米波天线阵列；所述天线防护罩体包括：天线罩和支撑结构，所述天线罩呈球形曲面覆盖于所述毫米波天线阵列上，所述天线罩具有与球面波传播特性匹配的纹理，所述纹理为基于球面波传播特征对所述天线罩进行赋形生成；所述支撑结构盖设于所述终端设备上，用于支撑所述天线罩。本申请实施例中，采用呈球形曲面的天线罩结构，在生产天线罩时，基于球面波传播特征对天线罩进行赋形，使得生产出来的天线罩具有与球面波传播特性匹配的纹理，以保证毫米波在通过天线防护罩体时，其辐射性能受天线防护罩体的影响较小。

Description

一种天线防护罩体及终端设备

技术领域

本申请属于通信技术领域，具体涉及一种天线防护罩体及终端设备。

背景技术

随着第五代通信技术(5^th generation，5G)的发展，为达到更高的无线数据传输速率，毫米波天线被引入到终端设备上。在5G毫米波通信中，通信频率范围覆盖24-40GHz，且均采用了波束赋形技术。其中，波束赋形(Beamforming)又叫波束成型、空域滤波，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。

作为防水、防尘、防雾的必备结构，天线罩是终端设备必须的结构部分。现有的天线罩体大多针对较低频段(6GHz以下)的毫米波信号，无法满足较宽频段(如24-40GHz)范围的毫米波信号传输，现有的天线罩体会影响5G毫米波波束在远场的相位，导致容易发生波瓣分裂、波束方位偏移、副瓣电平增加的问题。

实用新型内容

鉴于此，本申请实施例在于提供一种天线防护罩体及终端设备，以改善现有天线罩会影响5G毫米波波束在远场的相位，导致容易波束发生波瓣分裂、波束方位偏移、副瓣电平增加的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种天线防护罩体，应用于终端设备，所述终端设备包括毫米波天线阵列；所述天线防护罩体包括：天线罩和支撑结构。所述天线罩呈球形曲面覆盖于所述毫米波天线阵列上，所述天线罩具有与球面波传播特性匹配的纹理，所述纹理为基于球面波传播特征对所述天线罩进行赋形生成；所述支撑结构盖设于所述终端设备上，用于支撑所述天线罩。本申请实施例中，采用呈球形曲面的天线罩结构，在生产天线罩时，基于球面波传播特征对天线罩进行赋形，使得生产出来的天线罩具有与球面波传播特性匹配的纹理，以保证毫米波在通过天线防护罩体时，其辐射性能受天线防护罩体的影响较小。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述支撑结构在对应所述毫米波天线阵列的位置开设有一与所述天线罩的主体尺寸相匹配的开口，所述天线罩固定于所述开口处。本申请实施例中，通过在支撑结构对应毫米波天线阵列的位置开设一与天线罩的主体尺寸相匹配的开口，以便于在实现固定天线罩的同时，减少天线防护罩体的厚度，特别是减少毫米波穿过该天线罩时的厚度，以提高透射性。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的等效球心与所述毫米波天线阵列的等效相位中心重叠，使得所述毫米波天线阵列中的每个天线单元至所述天线罩的表面的相位一致。本申请实施例中，选取毫米波天线阵列的等效相位中心作为天线罩的等效球心，设计基于该球心的天线罩结构，使得毫米波天线阵列中的每个天线单元至天线罩的表面的相位一致，以减少电磁波在通过天线罩后，其传播方向会发生偏移的偏移量。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩表面至所述毫米波天线阵列表面的最近距离不低于所述毫米波天线阵列的远场距离。本申请实施例中，采用天线罩表面至毫米波天线阵列表面的最近距离不低于毫米波天线阵列的远场距离的设计方式，以满足远场相位要求，避免各路电磁波到达远场(也即天线罩)时，会出现相位相消的情形。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的球形曲面为80mm×60mm的矩形在球表面上的投影曲面。本申请实施例中，采用的天线罩的球形曲面为80mm×60mm的矩形在球表面上的投影曲面，使得该天线罩的球形曲面相对较小，以免影响美观。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的厚度为2mm至3mm。本申请实施例中，采用厚度为2mm至3mm的厚度来减少天线罩对电磁波的反射，进而进一步降低毫米波在通过天线防护罩体时，其辐射性能受天线防护罩体的影响。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的厚度为2.42mm。本申请实施例中，采用厚度为2.42mm的厚度来最大化的减少天线罩对电磁波的反射。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的材料为相对介电常数小于5，耗损因子小于0.001的塑料材料。本申请实施例中，选用相对介电常数小于5，耗损因子小于0.001的塑料材料作为天线罩的材料，以减少天线罩的传输损耗，提高透射性。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述天线罩的材料为PPS塑料。本申请实施例中，选用PPS材料作为天线罩的材料，以降低成本，以便于大规模生产。

第二方面，本申请实施例还提供了一种终端设备，包括：设备本体，所述设备本体包括毫米波天线阵列；如上述第一方面实施例和/或结合第一方面实施例的任意一种可能的实施方式提供的天线防护罩体，天线防护罩体设置于所述设备本体上，用于保护所述毫米波天线阵列。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1示出了本申请实施例提供的一种天线防护罩体的结构示意图。

图2示出了本申请实施例提供的一种支撑结构的结构示意图。

图3示出了本申请实施例提供的毫米波天线阵列的等效相位中心与天线罩的位置示意图。

图4示出了本申请实施例提供的一种天线罩的结构示意图。

图5a示出了本申请实施例提供的一种未加装天线防护罩体的毫米波天线阵列在斜向45°的辐射方向图。

图5b示出了本申请实施例提供的一种加装天线防护罩体的毫米波天线阵列在斜向45°的辐射方向图。

图6a示出了本申请实施例提供的一种未加装天线防护罩体的毫米波天线阵列在正向方向上的辐射方向图。

图6b示出了本申请实施例提供的一种加装天线防护罩体的毫米波天线阵列在正向方向上的辐射方向图。

图标：10-天线防护罩体；11-支撑结构；111-开口，112-固定孔；13-天线罩；131-固定孔；20-毫米波天线阵列。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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申请中的具体含义。

鉴于现有天线罩无法满足5G毫米波的信号传输，其会影响5G毫米波波束在远场的相位，导致容易发生波瓣分裂、波束方位偏移、副瓣电平增加的问题。基于此，本申请实施例提供了一种适用于5G毫米波的天线防护罩体，天线防护罩不仅可保护毫米波天线，同时还能保证毫米波在通过天线防护罩体时，其辐射性能受天线防护罩体的影响较小。

为了便于理解，下面将结合图1对本申请实施例提供的一种应用于5G频段(24-40GHz)的天线防护罩体10进行说明。该天线防护罩体10应用于终端设备，如应用于支持5G的手机、平板等设备。该终端设备包括：毫米波天线阵列20。该毫米波天线阵列20包括多个天线单元，例如包括64个天线单元，该毫米波天线阵列20可以为8×8的阵列形式。该毫米波天线阵列20的工作频率范围为24-40GHz。该天线防护罩体10覆盖于毫米波天线阵列20上，用于保护毫米波天线阵列20，该天线防护罩体10可以保证毫米波波束在通过天线防护罩体10时，其相位以及辐射方向的稳定性。

该天线防护罩体10包括：天线罩13和支撑结构11。该支撑结构11固定在终端设备上，用于支撑固定该天线罩13。天线罩13呈球形曲面覆盖于毫米波天线阵列20上，其中，该天线罩13具有与球面波传播特性匹配的纹理，该纹理为基于球面波传播特征对天线罩13进行赋形生成。为了保证毫米波波束在通过天线防护罩体10时，其相位不受天线罩13的影响，需要使该天线罩13与毫米波的球面传播特性相匹配，因此在生产天线罩13时，基于球面波传播特征对天线罩13在水平面的两个维度(X和Y维度)上分别进行赋形，使得生产出来的天线罩13具有与球面波传播特性匹配的纹理。

一种实施方式下，支撑结构11在对应毫米波天线阵列20的位置开设有一与天线罩13的主体尺寸相匹配的开口111，天线罩13固定于该开口111处，如图2所示。其中，可选地，天线罩13可以通过固定件固定于支撑结构11的开口111处，例如，该固定件可以是粘黏剂、螺钉等。当该固定件为螺钉时，该支撑结构11还开设有用于与螺钉相配合的用于固定天线罩13的固定孔112，支撑结构11通过固定孔112对天线罩13进行支撑固定。当然，天线罩13除了可以通过固定件固定于支撑结构11的开口111处，还可以通过自身物理结构与固定于支撑结构11的开口111处，如通过卡接的方式固定于开口111处。一种实施方式下，该开口111尺寸为80mm×60mm。

一种实施方式下，该支撑结构11的主体形状为矩形，其棱角经过圆角过渡处理。该支撑结构11可以作为该终端设备的前壳体，盖设于该终端设备上，其棱角处开设有便于安装在终端设备上的安装孔。

其中，当电磁波通过不同介质时，会同时发生反射和折射。换句话说，当电磁波在通过天线罩13后，由于发生折射，其传播方向会发生偏移。偏移量参考斯涅尔定律，可知：

其中，n₂₁是两种介质的相对介电常数，θ₁为入射角，θ₂为折射角。而由于毫米波天线阵列20由多个天线单元构成，每一个天线单元都会产生一路电磁波。当各路的电磁波的偏移量不一致，到达远场时，便会出现相位相消，降低辐射性能。因此为降低天线罩13的影响，应当保持每个天线单元至天线罩13表面的相位一致。因此，为了保持每个天线单元至天线罩13表面的相位一致，在本申请的设计过程中，选取毫米波天线阵列20的等效相位中心作为天线罩13的等效球心，设计基于该球心的天线罩13结构，该结构是该球心在一定半径(半径根据需求进行选择)下的球面。该相位中心在平面上位于毫米波天线阵列20中心，在竖直平面上(Z轴平面上)位于毫米波天线阵列20的正下方，其示意图如图3所示。

其中，为了避免各路电磁波到达远场时，会出现相位相消的情形，该天线罩13的半径，应使毫米波天线阵列20满足远场相位要求，可选地，天线罩13表面至毫米波天线阵列20表面的最近距离不低于毫米波天线阵列20的远场距离，以避免各路电磁波到达天线罩13时，会出现相位相消的情形。该远场距离为

其中，D为天线单元的直径，λ为波长。也即该天线罩13的等效球心与毫米波天线阵列20的等效相位中心重叠，天线罩13表面至毫米波天线阵列20表面的最近距离不低于毫米波天线阵列20的远场距离，使得毫米波天线阵列20中的每个天线单元至天线罩13的表面的相位一致。

同时，电磁波通过天线罩13时，会在罩体结构上发生反射叠加，反射能量和入射能量叠加后可能会降低入射总功率，因此为了减少天线罩13的传输损耗，为了满足5G毫米波的宽频段要求，提高天线罩13的穿透性。本申请实施例中，采用与空气接近的低介电常数材料，降低传输过程中的阻抗不匹配问题。例如，在本申请实施例中，天线罩13的材料为相对介电常数小于5，耗损因子小于0.001的塑料材料。例如选择相对介电常数仅为3.78，耗损因子为0.0008的PPS(Phenylenesulfide，属聚醚类塑料)材料。

此外，为了减少罩体的反射，本申请实施例中，还通过减少天线罩13的厚度来减少罩体的反射，以降低毫米波在通过天线防护罩体时，其辐射性能受天线防护罩体的影响。一种可选实施方式下，天线罩13的厚度为2mm至3mm。其中，需要说明的是，该厚度为发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，在这一厚度范围内，天线罩13的性能达到最佳状态，且也能起到保护毫米波天线阵列20的作用。其中，该厚度可以是2mm至3mm这一数值范围内的任意值，如可以是2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3。一种优选实施方式下，该天线罩13的厚度为2.42mm，在该厚度下，线罩的性能达到最佳状态。

一种可选实施方式，该天线罩13的结构示意图，如图4所示。其主体平面结构为矩形，其边角采用时圆弧渐变的方式处理。可选地，该天线罩13的球形曲面为80mm×60mm的矩形在球表面上的投影曲面。可选地，该天线罩13通过诸如螺钉的固定件固定于支撑结构11上，该天线罩13的相对侧开设有便于固定的固定孔131。其中，需要说明的是，不能将图4中所示的尺寸理解成是对本申请天线罩13的限制，其尺寸可以根据毫米波天线阵列20的尺寸变化而变化，以便于将毫米波天线阵列20覆盖住。

为了验证毫米波在通过本申请实施例提供的天线防护罩体10时，其辐射性能受天线防护罩体10的影响较小，参见图5a、图5b，本申请实施例对加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在斜向45°的辐射方向图进行了仿真测试。从图5a和图5b可以看出，加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在斜向45°的辐射方向图无明显差异，进一步地，加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在斜向45°方向上的波束peak方向角度完全一致，peak的等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiation Power，EIRP)，加载天线防护罩体10前为44.02dBm(如图5a)，加装天线防护罩体10后为43.74dBm(如图5b)，差异在0.5dBm以内；辐射总功率(Total Radiated Power，TRP)，加装天线防护罩体10前为24.80dBm(如图5a)，加装天线防护罩体10后24.55dBm(如图5b)，差异在0.5dBm以内，可见本申请实施例的天线防护罩体10对毫米波波束赋形影响较小。参见图6a、图6b，本申请实施例还对加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在正向方向上的辐射方向图进行了仿真测试。从图6a和图6b可以看出，加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在正向方向上的辐射方向图无明显差异，进一步地，加装天线防护罩体10前后的毫米波天线阵列20在正向方向上的波束peak方向角度完全一致，peak的等效全向辐射功率(EIRP)，加载天线防护罩体10前为45.33dBm(如图6a)，加装天线防护罩体10后为45.59dBm(如图6b)，差异在0.5dBm以内，可见本申请实施例的天线防护罩体10对毫米波波束赋形影响较小。

综上，本申请实施例提供了一种适用于5G毫米波的天线防护罩体10，该天线防护罩体10包括：天线罩13和支撑结构11。支撑结构11作为终端设备的前壳体，盖设于终端设备上，用于支撑天线罩13。为了保持每个天线单元至天线罩13表面的相位一致，在本申请的设计过程中，选取毫米波天线阵列20的等效相位中心作为天线罩13的等效球心，设计基于该球心的天线罩13结构，并将天线罩13表面至毫米波天线阵列20表面的最近距离设计为不低于毫米波天线阵列20的远场距离，以避免各路电磁波到达远场(也即达到天线罩13)时，会出现相位相消的情形。并在生产天线罩13时，基于球面波传播特征对天线罩13进行赋形，使得生产出来的天线罩13具有与球面波传播特性匹配的纹理，呈球形曲面。同时，为了减少天线罩13的传输损耗，以及减少罩体的反射，本申请实施例中，选用相对介电常数小于5，耗损因子小于0.001的塑料材料，如PPS材料，并将天线罩13的厚度控制在2mm至3mm，以保证毫米波在通过天线防护罩体10时，其辐射性能受天线防护罩体10的影响较小。

本申请实施例还提供了一种终端设备，该终端设备包括设备本体和上述的天线防护罩体10。其中，设备本体包括毫米波天线阵列20，该天线防护罩体10设置于设备本体上，用于保护毫米波天线阵列20。其中，该天线防护罩体10包括天线罩13和支撑结构11。天线罩13呈球形曲面覆盖于毫米波天线阵列20上，天线罩13具有与球面波传播特性匹配的纹理，纹理为基于球面波传播特征对天线罩13进行赋形生成。支撑结构11固定于终端设备上，用于支撑天线罩13。

其中，该设备本体上除了有毫米波天线阵列20外，还可以包括其他器件，如毫米波通信模组等，该毫米波通信模组负责控制毫米波天线和处理毫米波信号。该部分内容已经为本领域技术人员所熟知，在此不再介绍。

其中，上述的终端设备包括但不限于支持5G的手机、平板等设备。

本申请实施例所提供的终端设备，其实现原理及产生的技术效果和前述天线防护罩体10实施例相同，为简要描述，终端设备实施例部分未提及之处，可参考前述天线防护罩体10实施例中相应内容。

需要说明的是，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。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线防护罩体，其特征在于，应用于终端设备，所述终端设备包括毫米波天线阵列；所述天线防护罩体包括：

天线罩，所述天线罩呈球形曲面覆盖于所述毫米波天线阵列上，所述天线罩具有与球面波传播特性匹配的纹理，所述纹理为基于球面波传播特征对所述天线罩进行赋形生成；

支撑结构，所述支撑结构盖设于所述终端设备上，用于支撑所述天线罩。

2.根据权利要求1所述的天线防护罩体，其特征在于，所述支撑结构在对应所述毫米波天线阵列的位置开设有一与所述天线罩的主体尺寸相匹配的开口，所述天线罩固定于所述开口处。

3.根据权利要求1所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的等效球心与所述毫米波天线阵列的等效相位中心重叠，使得所述毫米波天线阵列中的每个天线单元至所述天线罩的表面的相位一致。

4.根据权利要求3所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩表面至所述毫米波天线阵列表面的最近距离不低于所述毫米波天线阵列的远场距离。

5.根据权利要求1所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的球形曲面为80mm×60mm的矩形在球表面上的投影曲面。

6.根据权利要求1所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的厚度为2mm至3mm。

7.根据权利要求6所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的厚度为2.42mm。

8.根据权利要求1所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的材料为相对介电常数小于5，耗损因子小于0.001的塑料材料。

9.根据权利要求8所述的天线防护罩体，其特征在于，所述天线罩的材料为PPS塑料。

10.一种终端设备，其特征在于，包括：

设备本体，所述设备本体包括毫米波天线阵列；

如权利要求1-9任一项所述的天线防护罩体，天线防护罩体设置于所述设备本体上，用于保护所述毫米波天线阵列。

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