CN220774736U - 天线结构及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及通信技术领域，公开了一种天线结构及终端设备。其中的天线结构包括PCB板、介质基板与调谐单元；PCB板包括相对设置的第一表面与第二表面，第一表面设置有地平面；介质基板层叠在第二表面上，介质基板远离PCB板的一面设置有辐射单元；调谐单元印制在第一表面和/或第二表面上，并与辐射单元电连接。本申请实施例提供的天线结构及终端设备，能够便于实现对辐射部分的工作频段的调整。

Description

天线结构及终端设备

技术领域

本申请实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种天线结构及终端设备。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，终端设备的通信速率也在不断提升。而通信速率的提升，对经济社会的生产加工效率发挥着重要影响。天线作为在通信过程中传输信号的媒介，对不同终端设备之间的通信质量的好坏能够起到决定性作用。天线不仅能够向外发射信号，还能接收外界中的信号，通过信号的发射与接收，实现不同终端设备之间的信息传递。

在不同场景下，天线所需的工作频段不同。为了确保天线在特定场景下工作时具备良好的通信性能，需要确保天线的辐射部分在特定工作频段内具有良好的辐射和接收性能。而为了确保天线结构在更广泛的工作频段内的通信性能，则需要对辐射部分的工作频段进行调整。因此，如何便于实现对辐射部分的工作频段的调整，是一个重要的问题。

实用新型内容

本申请实施方式的目的在于提供一种天线结构及终端设备，能够便于实现对辐射部分的工作频段的调整。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种天线结构，天线结构包括PCB板、介质基板与调谐单元；PCB板包括相对设置的第一表面与第二表面，第一表面设置有地平面；介质基板，层叠在第二表面上，介质基板远离PCB板的一面设置有辐射单元；调谐单元，印制在第一表面和/或第二表面上，并与辐射单元电连接。

本申请的实施方式还提供了一种终端设备，终端设备包括壳体及上述的天线结构，天线结构设置在壳体内。

本申请的实施方式提供的天线结构及终端设备，将设置有辐射单元的介质基板层叠在PCB板上，同时，在PCB板印制调谐单元。调谐单元在辐射单元工作时，可以与辐射单元相互作用，从而对天线的工作频段进行调整，使得天线能够在更广泛的工作频段内具备良好的通信性能。而PCB板则为设置调谐单元提供了便利，在PCB板上，可以自由设计调谐单元的形状和长度，也可以通过串联零欧姆电阻的方式去调整调谐单元的长度，从而便于实现对天线辐射部分的工作频段的调整。

在一些实施方式中，辐射单元设置有沿预设方向延伸的第一缝隙，调谐单元包括对应第一缝隙设置的第一延长线，第一延长线与辐射单元邻近第一缝隙的位置处电连接。这样，可以通过在辐射单元上设置缝隙，实现多频谐振，而通过第一延长线可以对辐射单元的低中频部分进行调谐。

在一些实施方式中，天线结构还包括寄生贴片，寄生贴片设置在第二表面上，介质基板设置有贯穿的第一过孔，寄生贴片经由第一过孔与辐射单元电连接。这样，可以通过寄生贴片的设置，抑制辐射单元在特定频段的辐射作用。

在一些实施方式中，第一延长线设置在第一表面上，PCB板设置有第二过孔，第二过孔与第一过孔相接，第一延长线经由第二过孔、第一过孔电连接至辐射单元。这样，可以通过由第二过孔与第一过孔形成的完整导电通道，便于实现第一延长线与辐射单元的电连接。

在一些实施方式中，调谐单元还包括第二延长线，第二延长线与辐射单元远离第一缝隙的位置处电连接。这样，可以通过第二延长线的设置，对辐射单元的高频部分进行调谐，调整辐射单元在高频部分的谐振点。

在一些实施方式中，介质基板远离辐射单元的一面设置有多个焊盘，多个焊盘焊接在第二表面上。这样，可以通过采用焊接方式，将介质基板稳定地固定在PCB板上，确保介质基板设置在PCB板上时的稳定性。

在一些实施方式中，第二延长线与其中一个焊盘接合，介质基板设置有第三过孔，第三过孔的一端电连接与第二延长线接合的焊盘，第三过孔的另一端电连接辐射单元。这样，可以通过在介质基板上设置过孔形式，便于实现第二延长线与辐射单元之间的电连接。

在一些实施方式中，辐射单元还设置有第二缝隙，第二缝隙的一端与第一缝隙相接，第二缝隙的另一端沿预设方向的垂直方向延伸。这样，第二缝隙可以与第一缝隙结合形成T形缝隙，便于通过调整第二缝隙与第一缝隙的宽度以及长度，实现辐射单元的多频谐振的调整。

在一些实施方式中，天线结构还包括馈电微带，馈电微带设置在第二表面上，馈电微带与辐射单元电连接。这样，可以通过馈电微带，对介质基板的辐射单元起到馈电作用，使辐射单元起到辐射和接收信号的作用。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请一些实施例提供的天线结构的立体结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的天线结构的透视结构示意图；

图3是本申请一些实施例提供的天线结构中介质基板的透视结构示意图；

图4是本申请一些实施例提供的天线结构中PCB板的结构示意图；

图5是本申请一些实施例提供的天线结构的仿真驻波图；

图6是本申请一些实施例提供的天线结构的实测驻波图；

图7是本申请一些实施例提供的天线结构中具有不同线长的高频延长线时的仿真驻波图；

图8是本申请一些实施例提供的天线结构中具有不同线长的低中频延长线时的仿真驻波图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

天线，作为通信终端产品必不可少的一部分，起着传播不同介质间电磁波能量的作用。近年来，随着无线通信产业在国内外的蓬勃发展，业界对天线创新设计的需求也与日俱增。由于天线的调试不仅要考虑到基板的尺寸大小，还要考虑到对整机的天线环境有很高的净空要求，并且天线的类型多，不同种类的天线有不同的特点、适用范围，因此市面上大多数通信产品都需要根据实际情况去研发设计产品的天线。

而在特定情况下设计的天线，工作时仅能够在所需的有限频段内具备良好的辐射和接收性能。如果要使天线在更广泛的工作频段内具备良好的通信性能，则需要对辐射部分的工作频段进行调整，也称为调谐。

为了便于实现对天线辐射部分的工作频段的调整，本申请一些实施例提供了一种天线结构，该天线结构可以应用于PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板载蜂窝天线。该天线结构在频率上覆盖了市场上大部分频段，同时，天线效率与同类产品不相上下。其中，该天线结构最大的特点是，可以利用PCB底板上自由延伸的走线或者贴片形成调谐单元，进行谐振点的微调，从而实现在不同产品上的适用。

下面结合图1至图4，说明本申请一些实施例提供的天线结构。

如图1至图4所示，本申请一些实施例提供的天线结构包括PCB板11、介质基板12及调谐单元13；PCB板11包括相对设置的第一表面111与第二表面112，第一表面111设置有地平面113；介质基板12层叠在第二表面112上，介质基板12远离PCB板11的一面设置有辐射单元121；调谐单元13印制在第一表面111和/或第二表面112上，并与辐射单元121电连接。

PCB板11为天线结构的底层基板，可以为介质基板12提供固定基础。第一表面111与第二表面112为PCB板11的两个面积较大的表面，如图1中所示情形，第一表面111为背面时，第二表面112即为正面。PCB板11可以选用介电常数合适的板材制成，以适应天线的工作条件。

介质基板12为天线辐射部分的承载基板，介质基板12上可以设置相应的辐射结构，用来实现天线的辐射和接收。介质基板12同样可以选用PCB板11，利用PCB板11表面的铺铜部分形成辐射贴片，即辐射单元121。这样，可以便于实现辐射部分的制作。实际情形中，也可以通过在介质基板12表面单独设置辐射贴片或者辐射枝节。其中，枝节可以设置成多枝节，以分别实现高频辐射和低频辐射。

调谐单元13与辐射单元121电连接，可以作为天线结构中新的辐射体，能够改变辐射单元121本身的谐振点，使其发生偏移，从而实现天线更宽的工作带宽。调谐单元13可以采用贴片或者延伸枝节，贴片或者延伸枝节的形状和大小可以依据实际的调谐需求进行调整。例如，实际情形中，延伸枝节的形状可以为长条形、L形或者U形。

本申请一些实施例提供的天线结构，将设置有辐射单元121的介质基板12层叠在PCB板11上，同时，在PCB板11上印制调谐单元13。调谐单元13在辐射单元121工作时，可以与辐射单元121相互作用，从而对天线的工作频段进行调整，使得天线能够在更广泛的工作频段内具备良好的通信性能。而PCB板11则为设置调谐单元13提供了便利，在PCB板11上，可以自由设计调谐单元13的形状和长度，也可以通过串联零欧姆电阻的方式去调整调谐单元13的长度，从而便于实现对天线辐射部分的工作频段的调整。

如图2和图3所示，在一些实施例中，辐射单元121设置有沿预设方向延伸的第一缝隙122，调谐单元13包括对应第一缝隙122设置的第一延长线131，第一延长线131与辐射单元121邻近第一缝隙122的位置处电连接。

也就是说，在辐射单元121上形成有缝隙，缝隙可以通过在辐射单元121上开槽形成。实际情形中，为了得到所需的多频段天线，通常会对辐射贴片进行开槽处理，开槽可以增加辐射单元121上的电流路径，从而激发多频谐振。由开槽形成的缝隙可以为多种形状，如长条形、U形或者T形，缝隙的数量可以为一个或者多个。第一缝隙122的延伸方向，即预设方向可以为介质基板12的长度方向或者宽度方向。

即可以通过第一缝隙122在辐射单元121中引入多频谐振，使得辐射单元121可以在高频、低频等不同频段中具有良好的通信性能。而相应地，可以在PCB板11上设置与高频、低频等不同频段对应的调谐单元13，来调整天线辐射部分的多个工作频段。辐射单元121开有缝隙的位置处增加了电流路径，对应低中频辐射部分。第一延长线131即PCB板11上设置的调谐线，与辐射单元121邻近第一缝隙122的位置处电连接，可以对辐射单元121的低中频辐射部分进行调谐。第一延长线131在PCB板11上的走线长度可以根据实际需要进行设计。

在一些实施例中，天线结构还可以包括寄生贴片14，寄生贴片14设置在第二表面112上，介质基板12设置有贯穿的第一过孔124，寄生贴片14经由第一过孔124与辐射单元121电连接。

寄生贴片14可以通过在介质基板12底面设置铜箔来形成，寄生贴片14可以起到耦合抑制GPS(Global Positioning System，全球定位系统)频段的作用。作为蜂窝天线，不只是要求蜂窝频段驻波比在3以下，也要求在其它无线领域如GPS频段驻波比在5以下。如果驻波比很高又布局摆放较近，此时两者的天线隔离度较差，实际的天线性能会大打折扣。图5与图6分别示出了本申请一些实施例提供的天线结构的仿真驻波图与实测驻波图。可以看出，通过添加寄生贴片14，借助寄生贴片14的耦合作用可以抑制对应GPS低中频段的辐射作用，使驻波比保持在合理范围内，以增大隔离度。而第一过孔124则为寄生贴片14与辐射单元121之间的电连接提供了便利。

另外，在介质基板12的底面设置铜箔的情况下，为了便于设置第一延长线131，可以将第一延长线131设置在PCB板11的背面。如图2和图4所示，第一延长线131可以设置在PCB板11的第一表面111上，PCB板11设置有第二过孔114，第二过孔114与第一过孔124相接，第一延长线131经由第二过孔114、第一过孔124电连接至辐射单元121。

PCB板11上的第二过孔114与介质基板12上的第一过孔124相接，即二者整体形成一个完整的电连接通道。这样，第一延长线131可以与寄生贴片14共用一个电连接通道，方便实现第一延长线131与辐射单元121之间的电连接。实际情形中，也可以通过铜箔走线或者电缆线的形式实现调谐线与辐射单元121之间的电连接。

如图2所示，在一些实施例中，调谐单元13还可以包括第二延长线132，第二延长线132与辐射单元121远离第一缝隙122的位置处电连接。

这样，可以通过第二延长线132实现对辐射单元121高频部分的调谐。第二延长线132与第一延长线131一致，均为印制在PCB板11上的走线。通过采用走线的形式，可以有效利用PCB板11的表面空间，同时，有利于通过调谐线长度的调整对天线结构的谐振频率进行仿真。如图7所示的仿真结果，在仿真过程中，随着第二延长线132，即对应高频部分进行调谐的高频延长线的长度自11毫米至13毫米加长时，会使得天线结构的高频谐振点左偏，即降低。其中，图7中箭头所指位置处由图面上方至下方分别代表高频延长线的长度为13毫米、12.6毫米、12.2毫米、12毫米、11.8毫米、11.5毫米、11.4毫米与11毫米时的仿真结果。如图8所示的仿真结果，在仿真过程中，随着第一延长线131，即对应低中频部分进行调谐的低中频延长线的长度自28毫米至32毫米加长时，会使得天线结构的低中频谐振点左偏，即降低。其中，图8中箭头位置处由图面右方至左方分别代表低中频延长线的长度为28毫米、29毫米、30毫米、31毫米与32毫米时的仿真结果。实际情形中，第二延长线132的长度可以为12毫米，第一延长线131的长度可以为30毫米。

在一些实施例中，介质基板12远离辐射单元121的一面可以设置有多个焊盘125，多个焊盘125焊接在PCB板11的第二表面112上。

如图2和图3所示，多个焊盘125分别靠近介质基板12的表面边缘设置，且相互之间可以留有一定间隔。通过焊盘125的设置，可以确保介质基板12固定在PCB板11上时的稳固性，避免介质基板12在PCB板11上轻易出现位置变动的现象。

另外，焊盘125还可以起到电连接的作用。如图2所示，第二延长线132可以设计在PCB板11的第二表面112未被介质基板12覆盖的区域，并借助介质基板12表面的焊盘125实现与辐射单元121之间的电连接。这样一来，为了实现第二延长线132与辐射单元121之间的电连接，可以使第二延长线132与其中一个焊盘125接合，并在介质基板12上设置第三过孔126，第三过孔126的一端电连接与第二延长线132接合的焊盘125，第三过孔126的另一端电连接辐射单元121。

另外，辐射单元121还可以设置有第二缝隙123，第二缝隙123的一端与第一缝隙122相接，第二缝隙123的另一端沿预设方向的垂直方向延伸。

也就是说，辐射单元121上的第二缝隙123与第一缝隙122结合，可以在辐射单元121中形成T形缝隙。这样，可以通过调整第一缝隙122、第二缝隙123的宽度以及长度，来使辐射单元121所需频段上达到良好的多频辐射特性。实际情形中，第一缝隙122的尺寸可以为长度29.7毫米，宽度0.8毫米。第二缝隙123的尺寸可以为长度7毫米，宽度1毫米。

如图2所示，天线结构还可以包括馈电微带15，馈电微带15设置在PCB板11的第二表面112上，馈电微带15与辐射单元121电连接。

馈电微带15与辐射单元121之间的电连接同样可以采用过孔形式。即可以在介质基板12上设置第四过孔127，通过第四过孔127实现馈电微带15与辐射单元121之间的电连接。而第四过孔127的数量可以依据实际需要选择一个或者多个，图中所示情形为在介质基板12上设置有三个第四过孔127。

另外，因为天线类型采用单极天线的方式，所以对净空区要求严格，如图2中介质基板12下方的第一表面111即为天线的净空区。即第一表面111上设置的地平面113仅覆盖第一表面111非净空区的部分区域。如图2和图4所示，线条S示出了PCB板11的第一表面111的净空区与非净空区的分界线。介质基板12及调谐单元13在PCB板11上的正投影均位于净空区内。这样，可以防止因与其他金属发生互耦作用而影响天线结构的辐射性能。

本申请一些实施例还提供了一种终端设备，终端设备包括壳体及上述实施例中的天线结构，天线结构设置在壳体内。

终端设备可以为移动通信产品，或者终端网络设备，采用具有调谐单元的板载天线。该方案设计的天线相较于市面上的FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)贴片天线、普通的PCB板载天线等，在天线效率和实测的有源OTA(Over The Air，整机辐射性能测试)测试中，要优于这些天线产品。下面的表一即记录了实际测试中本申请一些实施例提供的天线结构与同类普通的不包含调谐部分的板载开槽天线结构的对比效率测试数据，下面的表二即记录了实际测试中本申请一些实施例提供的天线结构与同类普通的不包含调谐部分的板材开槽天线结构的对比OTA测试数据。其中，本申请一些实施例提供的天线结构记为天线一，同类普通的不包含调谐部分的板载开槽天线结构记为天线二。

表一、本申请一些实施例提供的天线结构与同类普通的不包含调谐部分的板载开槽天线结构的对比效率测试数据记录表

表二、本申请一些实施例提供的天线结构与同类普通的不包含调谐部分的板载开槽天线结构的对比OTA数据测试数据记录表(其中，TRP为Total Radiated Power的缩写，指全向辐射功率；TIS为Total Isotropic Sensitivity的缩写，指全向辐射灵敏度)

通过表一和表二中所示出的天线实物的具体测试数据，可以看出，本申请一些实施例提供的天线结构的天线性能是不差于同类普通竞品天线的。同时，也可以证明设计该天线结构时的仿真过程是真实有效的，仿真结果与最终天线实物的测试数据基本吻合。

最后，需要说明的是，如前所述，不同产品天线所处的环境是不一样的，为了实现普适性，要设计一个方法可以让天线有可调谐的范围。而PCB板载形式的天线，无法轻易改变其辐射部分的走线，因此可以考虑在PCB底板上做修短、加长走线的处理。实际情形中，可以在PCB底板上根据情况自由设计走线长度大小，也可以通过串联零欧姆电阻这种方式去调整延长线的长度，这样就能微调天线结构的谐振点频率，从而加强天线的普适性。

也就是说，本申请一些实施例提供的天线结构可以适用于大部分物联网终端产品的蜂窝天线，这样不仅可以节约研发成本，更是可以缩短产品研发周期，提高产品市场竞争力。

另外，从天线设计角度来讲，因为物联网产品不同于手机，通常来说产品尺寸大，天线净空环境好，而且对SAR(Specific Absorption Ratio，电磁波吸收比值)没有要求，所以相较于其它形式的天线，PCB板载形式的单极天线是成本较低、性能较优的选择。实际情形中，此方案设计的PCB板载天线的介质基板的长宽厚尺寸可以是36*9*3.2mm(毫米)，一般的PCB底板都有足够空间可以放下。

此外，本方案天线采取T型开槽技术实现双频、多频谐振，可覆盖的频率范围是600M-960MHz(赫兹)、1.7G-2.7GHz，所以频段上可以适用于全球绝大部分地区。较为重要的是，该天线方便快捷、简洁省事，一般的物联网产品在预留好足够的净空环境时，便可以直接使用该天线。由于仿真过程完全按照50欧姆的特征阻抗进行的，因此天线匹配基本不需要过多调试，直接连接射频传导微带线即可。如此一来可以省下大量的人力物力等研发成本，提高了工作效率缩短了产品的研发周期。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

PCB板，包括相对设置的第一表面与第二表面，所述第一表面设置有地平面；

介质基板，层叠在所述第二表面上，所述介质基板远离所述PCB板的一面设置有辐射单元；

调谐单元，印制在所述第一表面和/或所述第二表面上，并与所述辐射单元电连接。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于：

所述辐射单元设置有沿预设方向延伸的第一缝隙，所述调谐单元包括对应所述第一缝隙设置的第一延长线，所述第一延长线与所述辐射单元邻近所述第一缝隙的位置处电连接。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于：

还包括寄生贴片，所述寄生贴片设置在所述第二表面上，所述介质基板设置有贯穿的第一过孔，所述寄生贴片经由所述第一过孔与所述辐射单元电连接。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于：

所述第一延长线设置在所述第一表面上，所述PCB板设置有第二过孔，所述第二过孔与所述第一过孔相接，所述第一延长线经由所述第二过孔、所述第一过孔电连接至所述辐射单元。

5.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于：

所述调谐单元还包括第二延长线，所述第二延长线与所述辐射单元远离所述第一缝隙的位置处电连接。

6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于：

所述介质基板远离所述辐射单元的一面设置有多个焊盘，所述多个焊盘焊接在所述第二表面上。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于：

所述第二延长线与其中一个所述焊盘接合，所述介质基板设置有第三过孔，所述第三过孔的一端电连接与所述第二延长线接合的所述焊盘，所述第三过孔的另一端电连接所述辐射单元。

8.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于：

所述辐射单元还设置有第二缝隙，所述第二缝隙的一端与所述第一缝隙相接，所述第二缝隙的另一端沿所述预设方向的垂直方向延伸。

9.根据权利要求1至8任一项所述的天线结构，其特征在于：

还包括馈电微带，所述馈电微带设置在所述第二表面上，所述馈电微带与所述辐射单元电连接。

10.一种终端设备，其特征在于，包括：

壳体；

权利要求1至9任一项所述的天线结构，所述天线结构设置在所述壳体内。