CN111342208B - 一种天线组件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种天线组件和电子设备，天线组件包括：天线阵列；壳体，所述壳体罩设在所述天线阵列上，且所述天线阵列与所述壳体的内表面之间设置有间隙；所述壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍；所述天线阵列的频率范围为第二频率至第三频率，所述第一波长为第一频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第一频率介于所述第二频率与所述第三频率之间。根据天线的频率范围来确定壳体的厚度，壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍，能够使得壳体的厚度与天线阵列的收发信号频段更加匹配，使得天线的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体辐射，避免天线的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化，提高天线的性能。

Description

一种天线组件和电子设备

技术领域

本发明涉及天线领域，具体涉及一种天线组件和电子设备。

背景技术

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。目前3GPP已经定义的5G毫米波段有以28GHz为主的n257(26.5GHz-29.5GHz)、n258(24.25GHz-27.5GHz)、n261(27.5-28.35GHz)频段及以39GHz为主的n260(37.0GHz-40.0GHz)，目前应用在手机或移动终端设备上主流的5G毫米波天线阵列采用的是AiP(Antenna in Package)方案，需要设置在终端内部保护起来，即是需要被终端的壳体包裹，在毫米波频带，壳体的材料往往对天线性能有较大影响，后壳的厚度设置不合理，会降低天线性能，甚至会对天线的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种天线组件和电子设备，用以解决现有的天线的壳体的厚度设计不合理，导致天线性能降低，甚至会导致天线的某一个频段或多个频段的性能严重恶化的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，根据本发明实施例的天线组件，包括：

天线阵列；

壳体，所述壳体罩设在所述天线阵列上，且所述天线阵列与所述壳体的内表面之间设置有间隙；

其中，所述壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍；

所述天线阵列的频率范围为第二频率至第三频率，所述第一波长为第一频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第一频率介于所述第二频率与所述第三频率之间。

其中，所述第一频率小于或等于所述第二频率与所述第三频率的中点频率。

其中，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的n倍，所述壳体的厚度T满足T＝(n-a)λ₂/2，T＝(n+a)λ₃/2；

其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，n为大于或等于1的整数，a为小于n的正数，所述第二波长为第二频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第三波长为第三频率的电磁波在壳体中传播时的波长。

其中，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz。

其中，所述第一频率为所述第二频率与所述第三频率的中点频率，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长。

其中，所述天线的频率范围包括：第二频率至第四频率，和，第五频率至第三频率，所述第四频率小于所述第五频率，所述第一频率小于或等于所述第二频率与所述第四频率的中点频率。

其中，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的N倍，所述壳体的厚度T满足T＝(N-b)λ₂/2，T＝(N+b)λ₄/2，且T＝(N+1-b)λ₅/2，T＝(N+1+b)λ₃/2；

其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，λ₄为第四波长，λ₅为第五波长，N为大于或等于1的整数，b为小于N的正数；

所述第二波长为第二频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第三波长为第三频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第四波长为第四频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第五波长为第五频率的电磁波在壳体中传播时的波长。

其中，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第四频率为29.5GHz，第五频率为37GHz。

其中，所述第一频率为所述第二频率与所述第四频率的中点频率，所述壳体的厚度为所述第一波长。

第二方面，根据本发明实施例的电子设备，包括上述实施例中所述的天线组件。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的天线组件，包括天线阵列和壳体，所述壳体罩设在所述天线阵列上，且所述天线阵列与所述壳体的内表面之间设置有间隙；其中，所述壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍；所述天线阵列的频率范围为第二频率至第三频率，所述第一波长为第一频率的电磁波在壳体中传播时的波长，所述第一频率介于所述第二频率与所述第三频率之间。根据天线的频率范围来确定壳体的厚度，壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍，能够使得壳体的厚度与天线阵列的收发信号频段更加匹配，使得天线的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体辐射，避免天线的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化，提高天线的性能。

附图说明

图1为壳体与天线阵列的一个配合示意图；

图2为壳体与天线阵列的另一个配合示意图；

图3为现有壳体与天线配合时天线的反射系数曲线示意图及本发明实施例中的壳体与天线阵列配合时天线阵列的反射系数曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面具体描述根据本发明实施例的天线组件。

如图1所示，根据本发明实施例的天线组件包括：壳体1和天线阵列2，壳体1罩设在天线阵列2上，且天线阵列2与壳体1的内表面之间设置有间隙；其中，壳体1的厚度为第一波长的半波长的数倍；天线阵列2的频率范围为第二频率至第三频率，第一波长为第一频率的电磁波在壳体1中传播时的波长，第一频率介于第二频率与第三频率之间。

也就是说，天线组件主要由壳体1和天线阵列2构成，壳体1罩设在天线阵列2上，天线阵列2与壳体1的内表面之间设置有间隙，天线阵列2辐射的电磁波可以穿过壳体1向外部辐射，天线阵列2辐射电磁波的频率范围可以为第二频率至第三频率，壳体1的厚度可以为第一波长的半波长的数倍，第一波长为第一频率的电磁波在壳体1中传播时的波长，第一频率介于第二频率与第三频率之间，比如，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第一频率可以为32GHz，根据第二频率与第三频率来确定壳体1的厚度，能够使得壳体1的厚度与天线阵列2辐射的电磁波的频段更加匹配，使得天线阵列的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体1进行辐射，避免天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化，提高天线的性能。

在本发明的一些实施例中，第一频率小于或等于第二频率与第三频率的中点频率，中点频率也即是第二频率与第三频率的平均值，比如，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第一频率可以为32.125GHz，第一频率可以取为32GHz。

在本发明的另一些实施例中，壳体的厚度为第一波长的半波长的n倍，壳体的厚度T满足T＝(n-a)λ₂/2，T＝(n+a)λ₃/2；其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，n为大于或等于1的整数，a为小于n的正数，a小于1，第二波长为第二频率的电磁波在壳体中传播时的波长，第三波长为第三频率的电磁波在壳体中传播时的波长。

在实际过程中，壳体的厚度T与(n-a)λ₂/2、(n+a)λ₃/2之间可以存在一定的偏差范围，不一定完全相等。比如，当第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz时，第一频率f可以为32GHz，根据第一频率f可以获取第一波长，n可以为1，T可以为第一波长的半波长，存在a可以满足上述关系式，a可以取0.2附近的数值，壳体的厚度T可以为第一波长的半波长，能够使得壳体的厚度与天线阵列的辐射电磁波的频段更加匹配，使得天线阵列的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体辐射，避免天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化。

当第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第一频率等于第二频率与第三频率的中点频率时，壳体的厚度可以为第一波长的半波长，使得天线阵列的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体辐射。

如图1所示，电子设备中包含壳体1、天线阵列2和地板3，天线阵列2设置在地板3之上，壳体1设置在天线阵列2上，壳体1的厚度可以是壳体1在天线阵列2正上方的区域的厚度，壳体的介电常数为ε₁，空气的介电常数为ε₀，第二频率f₂为24.25GHz，第三频率f₃为40GHz时，第一频率f可以取32GHz，第一频率f的电磁波在壳体内传播的波长为λ₁，电磁波在自由空间的传播速度为v₀，电磁波在空气中传播的波长为λ₀，根据关系式：

可以计算波长为λ₁。

上述天线阵列能同时覆盖n257、n258、n260和n261，即该天线阵列能覆盖24.25GHz-29.5GHz和37GHz-40GHz，第一频率f取32GHz时，计算出第一频率f的电磁波在壳体内的波长λ₁，取T＝λ₁/2；这样可以得到如下效果：

取f₂＝24.25GHz，f₃＝40GHz，则，λ₂＝fλ₁/f₂，λ₃＝fλ₁/f₃，进而计算出波长λ₂和波长λ₃，壳体的厚度满足T＝(n-a)λ₂/2，T＝(n+a)λ₃/2。当ε₁在1.5-36之间时(目前塑胶、玻璃、陶瓷的介电常数均在这个范围内)，均可找到合适的厚度T和数值a满足上述关系式，比如，n为1，a为0.2附近的数值；此时，在整个毫米波频段内，可有效降低壳体对毫米波天线阵列的影响，均衡高低频段的天线阵列性能，防止由于壳体厚度设计不合理导致的天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化。

壳体的介质常数可以根据壳体的材料确定，壳体可以为同一种材料，也可以为多层材料的复合成型，多层材料复合时，可以获取壳体的等效介质常数。

对于壳体的厚度有限定的场景应用，针对复合材料层的壳体，如图2所示，在壳体1的内侧壁且位于毫米波天线阵列2的正上方，增加一层非导电介质层4，壳体1的介电常数为ε₁，新增的非导电介质层4的介电常数为ε₂，壳体1的厚度T₁，新增非导电介质层4的厚度T₂，上述壳体1和新增的非导电介质层4的等效介电常数为ε_eq，可以通过下述关系式计算等效介电常数ε_eq，增加非导电介质层后壳体的厚度为T，具体关系式如下：

T＝T₁+T₂；

根据等效介电常数能够计算第一频率f的电磁波在壳体1内传播的波长为λ₁。

在本发明的一些实施例中，第一频率可以为第二频率与第三频率的中点频率，也即是，第一频率为第二频率与第三频率之和的平均值，壳体1的厚度可以为第一波长的半波长，使得壳体1的厚度与天线阵列2的频段更加匹配，使得天线阵列2的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体1辐射，避免天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化。

在本发明的实施例中，所述天线阵列的频率范围可以包括：第二频率至第四频率，和，第五频率至第三频率，第四频率小于第五频率，其中，第二频率可以为24.25GHz，第三频率可以为40GHz，第四频率可以为29.5GHz，第五频率可以为37GHz，第一频率小于或等于第二频率与第四频率的中点频率，也即是，第一频率小于或等于第二频率与第四频率之和的平均值，有利于低频段的电磁波穿过壳体，使得天线阵列的整个频段的电磁波都能够较好地经过壳体辐射。

在本发明的一些实施例中，壳体的厚度为第一波长的半波长的N倍，壳体的厚度T满足T＝(N-b)λ₂/2，T＝(N+b)λ₄/2，且T＝(N+1-b)λ₅/2，T＝(N+1+b)λ₃/2；其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，λ₄为第四波长，λ₅为第五波长，N为大于或等于1的整数，b为小于N的正数；第二波长为第二频率的电磁波在壳体中传播时的波长，第三波长为第三频率的电磁波在壳体中传播时的波长，第四波长为第四频率的电磁波在壳体中传播时的波长，第五波长为第五频率的电磁波在壳体中传播时的波长。比如，N可以为2，壳体的厚度T为第一波长的半波长的2倍，T与(N-b)λ₂/2、(N+b)λ₄/2、(N+1-b)λ₅/2、(N+1+b)λ₃/2之间可以相等，也可以不完全相等，可以存在一定的偏差，只要在一定的偏差范围就可以，偏差范围越小，壳体的厚度选择越合理，可以存在数值b满足上述关系式，b可以取0.2左右的数值。根据所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长以及所述第四波长和所述第五波长确定壳体的厚度，能够减少天线阵列的低频段的电磁波遭受的影响，提高天线阵列的性能。

在本发明的一些实施例中，第一频率为第二频率与第四频率的中点频率，壳体的厚度为第一波长。比如，当第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第四频率为29.5GHz，第五频率为37GHz时，第一频率为26.875GHz，可以取为27GHz，壳体的厚度可以为第一波长，使得壳体的厚度与天线阵列的频段更加匹配，避免天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化，提高天线阵列的性能。

在本发明的一些实施例中，对于壳体的厚度可随着其材质做特定厚度设计的场景，第二频率f₂为24.25GHz，第三频率f₃为40GHz，第四频率f₄为29.5GHz，第五频率f₅为37GHz时，取f＝27GHz时，计算出第一频率f在壳体内的第一波长λ₁，壳体的厚度T＝λ₁时，可以得到：

取f₂＝24.25GHz，f₄＝29.5GHz时，则，λ₂＝fλ₁/f₂，λ₄＝fλ₁/f₄，进而计算出波长λ₂和波长λ₄，壳体的厚度满足T＝(N-b)λ₂/2，T＝(N+b)λ₄/2；取f₅＝37GHz，f₃＝40GHz时，则，λ₅＝fλ₁/f₅，λ₃＝fλ₁/f₃，进而计算出波长λ₅和波长λ₃，壳体的厚度满足T＝(N+1-b)λ₅/2，T＝(N+1+b)λ₃/2。对于如塑胶、玻璃、陶瓷等材料的壳体，均可找到合适的数值b满足上述关系式，比如，N为2，b可取0.2附近的数值，此时，在整个毫米波频带内，可有效降低玻璃后盖对毫米波天线阵列的影响，均衡高低频段的天线阵列性能，防止由于壳体厚度设计不合理导致的天线阵列的某一个频段或多个频段的性能造成毁灭性恶化。

如图3所示，横坐标表示频率，纵坐标表示反射系数，图3中的曲线表示现有壳体与天线配合时天线的反射系数以及本发明实施例中的壳体与天线阵列配合时天线阵列在不同频率下的反射系数，H₁和H₂为表示现有壳体与天线配合时天线的反射系数，由于壳体的厚度不合理，均使得毫米波的高频或者低频性能遭受毁灭性恶化，H₃和H₄表示本发明实施例中的壳体与天线阵列配合时天线阵列在不同频率下的反射系数，使得高频和低频的天线阵列性能可以得到均衡，以降低壳体的对天线阵列的高低频的影响。

本发明实施例提供一种电子设备，电子设备包括上述实施例中所述的天线组件。将上述实施例中的天线组件应用于电子设备中，壳体的厚度与天线阵列的频段更加匹配，减小壳体对宽频段毫米波天线的影响，均衡宽频段毫米波天线的低频与高频的性能，以防止天线的某一个频段或多个频段的性能严重恶化，提高天线的性能。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种天线组件，其特征在于，包括：

天线阵列；

壳体，所述壳体罩设在所述天线阵列上，且所述天线阵列与所述壳体的内表面之间设置有间隙；

其中，所述壳体的厚度为第一波长的半波长的数倍；

所述天线阵列的频率范围为第二频率至第三频率，所述第一波长为第一频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长，所述第一频率介于所述第二频率与所述第三频率之间；

所述第一频率小于或等于所述第二频率与所述第三频率的中点频率；

所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的n倍，所述壳体的厚度T满足T＝(n-a)λ₂/2，T＝(n+a)λ₃/2；

其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，n为大于或等于1的整数，a为小于n的正数，a小于1，所述第二波长为第二频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长，所述第三波长为第三频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长；或者

所述天线的频率范围包括：第二频率至第四频率，和，第五频率至第三频率，所述第四频率小于所述第五频率，所述第一频率小于或等于所述第二频率与所述第四频率的中点频率；

所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的N倍，所述壳体的厚度T满足T＝(N-b)λ₂/2，T＝(N+b)λ₄/2，且T＝(N+1-b)λ₅/2，T＝(N+1+b)λ₃/2；

其中，λ₂为第二波长，λ₃为第三波长，λ₄为第四波长，λ₅为第五波长，N为大于或等于1的整数，b为小于N的正数；

所述第二波长为第二频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长，所述第三波长为第三频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长，所述第四波长为第四频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长，所述第五波长为第五频率的电磁波在所述壳体中传播时的波长。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的n倍，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz。

3.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述第一频率为所述第二频率与所述第三频率的中点频率，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长。

4.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述壳体的厚度为所述第一波长的半波长的N倍，第二频率为24.25GHz，第三频率为40GHz，第四频率为29.5GHz，第五频率为37GHz。

5.根据权利要求4所述的天线组件，其特征在于，所述第一频率为所述第二频率与所述第四频率的中点频率，所述壳体的厚度为所述第一波长。

6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的天线组件。

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