CN114566783B - 天线模块及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种天线模块,包括辐射体及馈入部。所述辐射体呈环状,以形成空腔,所述辐射体上开设有缝隙。所述缝隙自所述辐射体的一侧壁的顶部贯通至所述辐射体的底部,以将所述辐射体划分为间隔设置的第一部分及第二部分。所述第一部分与所述第二部分的一端通过所述缝隙间隔设置,另外的部分连接在一起。所述辐射体上设置有连接点,所述连接点连接至接地板,以为所述天线模块提供接地。所述馈入部与所述辐射体间隔设置,且所述馈入部于某一平面的投影与所述缝隙于所述平面的投影部分重叠。所述馈入部用以将馈电信号耦合至所述缝隙。显然,所述天线模块不受净空区影响且具有良好特性。本申请还提供一种具有天线模块的电子设备。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,尤其涉及天线模块及电子设备。
背景技术
随着通信技术的不断发展,需要在手机等电子设备内布局更多的天线。例如,由于EN-DC(NR eNB Dual Connection,即4G eNB(E)和5G NR(N)的双连接(DC))需求的提出,手机上至少要布置三个独立的低频(Low band,LB)天线。而目前业内的天线设计方案基本是两个低频天线的布局,多个低频天线的布局情况较少。且原有的设计中,两个LB天线通常是被安置在手机中净空最好的、最适宜高性能天线设计的底部和顶部。因此,当需要布设更多天线时,这些天线如何设置,尤其是在有限且恶劣的环境里,如何设计出具有良好特性的LB天线,是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种不受净空区影响且具有良好特性的天线模块及电子设备。
第一方面,本申请提供一种天线模块。所述天线模块包括辐射体及馈入部。所述辐射体呈环状,以形成空腔,所述辐射体上开设有缝隙。所述缝隙自所述辐射体的一侧壁的顶部贯通至所述辐射体的底部,以将所述辐射体划分为间隔设置的第一部分及第二部分。所述第一部分与所述第二部分的一端通过所述缝隙间隔设置,另外的部分连接在一起。所述辐射体上设置有连接点,所述连接点连接至接地板,以为所述天线模块提供接地。所述馈入部与所述辐射体间隔设置,且所述馈入部于某一平面的投影与所述缝隙于所述平面的投影部分重叠。所述馈入部用以将馈电信号耦合至所述缝隙。显然,所述天线模块通过在辐射体上设置一段开放的缝隙,所述缝隙将辐射体分为两个不直接连接的部分。如此,所述天线模块无需设置串行电容,其利用所述缝隙及所述空腔就可以得到良好的谐振,使其天线设计变得更加简单,使天线的效率带宽得到极大的扩展。另外,在产品实现上,馈电变得更容易实现和稳定。所述天线模块的结构简单,可在一个终端设备中布局单个或多个所述天线模块,其布局位置不限,非常灵活,且其性能不受手握影响。
在一种可能的设计中,所述辐射体构成谐振天线,所述辐射体通过所述空腔产生谐振所需的电感,并通过所述缝隙产生分布电容,所述辐射体的谐振频率与所述分布电容和电感的乘积成反比。显然,所述设计中,所述辐射体利用所述缝隙可以产生出一个较大的分布电容,并利用所述空腔产生谐振所需的电感,使得天线在相应频段激发一个良好的谐振,即把一个非谐振天线改造成谐振天线。
在一种可能的设计中,所述空腔及所述缝隙内填充有介质,所述空腔的长度,所述空腔填充的介质及所述缝隙的长度决定所述辐射体的谐振频率。显然,所述设计中,所述辐射体利用所述缝隙可以产生出一个较大的分布电容,并利用所述空腔产生谐振所需的电感,使得天线在相应频段激发一个良好的谐振,即把一个非谐振天线改造成谐振天线,且所述谐振天线的谐振频率由所述空腔的长度、所述空腔内填充的介质及所述缝隙的长度来决定。
在一种可能的设计中,所述接地板覆盖于所述空腔的一侧开口,所述辐射体上还开设有开缝,所述开缝与所述缝隙连通,且于所述开缝的两端形成所述连接点,所述连接点与所述接地板连接。显然,上述设计中,通过设置所述接地板,以实现对所述天线模块的有效接地。
在一种可能的设计中,所述接地板设置于所述空腔内,或者设置于其他位置且不覆盖所述空腔的开口,并与所述连接点连接。显然,上述设计中,通过设置所述接地板,以实现对所述天线模块的有效接地。
在一种可能的设计中,所述天线模块还包括调谐元件,所述缝隙上跨接所述调谐元件,所述馈入部,所述第一部分,所述第二部分,和/或所述连接点通过所述调谐元件接地,所述调谐元件包括开关,可变电容和/或可变电感。显然,所述设计中,通过设置所述调谐元件,可实现对频率的有效调节。
在一种可能的设计中,所述连接点通过集总器件或调谐器件连接至所述接地板;或者所述连接点直接连接至所述接地板;或者所述连接点通过连接器转接至所述接地板;或者所述连接点通过耦合电容与所述接地板进行非接触接地。显然,所述设计中,通过设置所述连接点,并利用所述连接点接地,以实现对所述辐射体的有效接地。
在一种可能的设计中,所述馈入部呈L形,且设置于所述空腔内。显然,所述设计中,通过将所述馈入部设置成L形,且设置于所述空腔内,其至少具有以下两个优势。第一,当将所述天线模块应用至电子设备时,可将馈电点从电子设备的金属边框上移到内金属壁,其实现变得容易。第二,所述馈入部的长度以及所述馈入部与所述缝隙的相对位置的调节都更加灵活,其可有效帮助输入端口的匹配。
在一种可能的设计中,所述天线模块还包括射频板,所述射频板设置于所述空腔外或所述空腔内,所述射频板与所述馈入部电连接,用以馈入电信号至所述馈入部。显然,所述设计中,通过设置所述射频板,以通过所述射频板将信号馈入至所述馈入部。所述射频板可以为柔性电路板,硬板,液晶高分子聚合物等形式。所述射频板可设置于所述空腔内,亦可设置于所述空腔外,在此不做具体限制。
在一种可能的设计中,所述辐射体由金属材料或具有导电性的材料制成。显然,所述设计中,并不限定所述辐射体的材质。所述辐射体可由金属材料制成,也可为电子设备的金属边框,还可为模内装饰天线,柔性电路板,激光直接成型,液晶高分子聚合物等其他天线形式。
在一种可能的设计中,所述辐射体为电子设备的金属边框。显然,所述设计中,并不限定所述辐射体的材质。所述辐射体可由金属材料制成,也可为电子设备的金属边框,还可为模内装饰天线,柔性电路板,激光直接成型,液晶高分子聚合物等其他天线形式。
在一种可能的设计中,所述辐射体设置于电子设备的机壳内,且通过模内注塑的方式和所述机壳做成整体。显然,所述设计中,并不限定所述辐射体的材质。所述辐射体可由金属材料制成,也可为电子设备的金属边框,还可为模内装饰天线,柔性电路板,激光直接成型,液晶高分子聚合物等其他天线形式。
在一种可能的设计中,所述天线模块还包括载体,所述载体由绝缘材料制成,所述辐射体采用柔性电路板,激光直接成型工艺,或液晶高分子聚合物形成于所述载体上。显然,所述设计中,并不限定所述辐射体的材质。所述辐射体可由金属材料制成,也可为电子设备的金属边框,还可为模内装饰天线,柔性电路板,激光直接成型,液晶高分子聚合物等其他天线形式。
第二方面,本申请提供一种电子设备,所述电子设备包括第一方面及其可能的设计中所述的天线模块。
在一种可能的设计中,所述辐射体由金属材料或具有导电性的材料制成。
在一种可能的设计中,所述电子设备包括金属边框,所述辐射体为所述电子设备的金属边框。
在一种可能的设计中,所述电子设备还包括机壳,所述辐射体设置于所述机壳内,且通过模内注塑的方式和所述机壳做成整体。
在一种可能的设计中,所述天线模块还包括载体,所述载体由绝缘材料制成,所述辐射体采用柔性电路板,激光直接成型工艺,或液晶高分子聚合物形成于所述载体上。
第二方面所带来的技术效果可参见上述第一方面涉及的天线模块相关的描述,此处不再赘述。
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,下面将对实施例或现有技术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性的前提下,还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的电子设备布设两个低频(LB)天线的示意图;
图2a,图2b及图2c为本申请实施例提供的一种天线模块的示意图;
图2d,图2e及图2f为本申请实施例提供的一种天线模块连接至接地板的示意图;
图3a,图3b及图3c为本申请实施例提供的另一种天线模块的示意图;
图4a及图4b为本申请实施例提供的另一种天线模块的示意图;
图5a,图5b及图5c为本申请实施例提供的另一种天线模块的示意图;
图6a,图6b及图6c为本申请实施例提供的天线模块应用至电子设备的示意图;
图7a,图7b及图7c为本申请实施例提供的天线模块应用至电子设备的另一示意图;
图8为图7a所示电子设备中三个天线的S参数(散射参数)及隔离度曲线图;
图9为图7a所示电子设备中天线的电流分布示意图;
图10为图7a所示电子设备中的三个天线的ECC曲线图;
图11a,图11b及图11c为图7a所示电子设备中的三个天线的3D方向示意图;
图12a,图12b及图12c为图7a所示电子设备中天线的头手性能仿真示意图;
图13为图7a所示电子设备中天线1的头手性能仿真曲线图;
图14a及图14b为本申请实施例提供的天线模块应用至电子设备的另一示意图。
主要元件符号说明
天线模块100 辐射体11 馈入部12 空腔111
缝隙113 第一部分P1 第二部分P2 连接点115
接地板117 开缝118
射频板15 调谐元件17 载体18 电子设备200
天线1,2,3,4 侧键5 壳体21 边框211 背板212
第一边框部215 第二边框部216 第三边框部217
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
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清楚、完整地描述,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。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
需要说明的是,本申请实施例中“至少一个”是指一个或者多个,多个是指两个或两个以上。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中的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请申请。
应理解,本申请中除非另有说明,“/”表示或的意思。例如,A/B可以表示A或B。本申请中的“A和/或B”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在只存在A、只存在B以及存在A和B这三种关系。
需要说明的是,本申请实施例中,“第一”、“第二”等词汇,仅用于区分描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,也不能理解为指示或暗示顺序。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请实施例的描述中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
需要说明的是,本申请实施例中,术语“高度”是指在垂直于参考地层的方向上的投影长度。术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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,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。
请一并参阅图1,为传统的电子设备(例如手机)布设两个低频(LB)天线的示意图。其中,两个所述低频(LB)天线(例如LB天线1和LB天线2)分别设置在手机的底部和顶部,且用的也是传统的低频天线形式,例如倒F天线(inverted-F antenna,IFA),环形(LOOP)天线等。
然而,由于手机的尺寸有限,而LB天线的尺寸又比较大。当需要增加天线(例如于手机的左侧或右侧中虚线位置增加一个LB天线)时,就意味着三个LB天线之间的距离会大大缩减。而距离的缩减会使LB天线之间的隔离度、包络相关系数(envelope correlationcoefficient,ECC)和辐射效率等性能恶化。也就是说,目前的手机等电子设备通常无法支持两个以上的低频天线布局,且手握影响大,很难兼顾单手握和双手握状态。
因此,本申请实施例提供一种天线模块。所述天线模块包括辐射体及馈入部。所述辐射体呈环状,以形成空腔,所述辐射体上开设有缝隙。所述缝隙自所述辐射体的一侧壁的顶部贯通至所述辐射体的底部,以将所述辐射体划分为间隔设置的第一部分及第二部分。所述第一部分与所述第二部分的一端通过所述缝隙间隔设置,另外的部分连接在一起。所述辐射体上设置有连接点,所述连接点连接至接地板,以为所述天线模块提供接地。所述馈入部与所述辐射体间隔设置,且所述馈入部于某一平面的投影与所述缝隙于所述平面的投影部分重叠。所述馈入部用以将馈电信号耦合至所述缝隙。所述天线模块通过在辐射体上设置一段开放的缝隙,所述缝隙将辐射体分为两个不直接连接的部分。如此,所述天线模块无需设置串行电容,其利用所述缝隙及所述空腔分别产生相应的分布电容及电感就可以得到良好的谐振,使其天线设计变得更加简单,使天线的效率带宽得到极大的扩展。另外,在产品实现上,馈电变得更容易实现和稳定。所述天线模块的结构简单,可在一个终端设备中布局单个或多个所述天线模块,其布局位置不限,非常灵活,且其性能不受手握影响。
具体地,请参阅图2a,图2b及图2c,本申请实施例提供一种天线模块100。其中,图2a为所述天线模块100的立体示意图。图2b为所述天线模块100于另一角度下的示意图(例如侧面图)。图2c为所述天线模块100于另一角度下的示意图(例如俯视图)。
请参阅图2a,所述天线模块100包括辐射体11及馈入部12。在本申请实施例中,所述辐射体11由金属等导电材料制成。所述辐射体11大致呈环状,其内部形成有空腔111。所述辐射体11的侧壁上开设有缝隙113。所述缝隙113自所述辐射体11的一侧壁的顶部贯通至所述辐射体11的底部,进而将所述辐射体11划分为间隔设置的两部分,例如第一部分P1及第二部分P2。所述第一部分P1及第二部分P2的一端通过所述缝隙113间隔设置,另外的部分连接在一起。
在本申请实施例中,所述缝隙113大致开设于所述辐射体11的其中一侧壁的中间位置。所述缝隙113可大致呈曲折状。例如,请一并参阅图2b,所述缝隙113可自所述辐射体11的顶部先向所述辐射体11的底部方向(例如Z轴方向)延伸一段距离,接着弯折一直角,以沿平行所述辐射体11的底部的方向(例如Y轴方向)延伸一段较长的距离后,再次弯折一直角,以继续沿垂直且靠近所述辐射体11的底部的方向延伸,直至隔断所述辐射体11的顶部及底部。
所述馈入部12可以由铁件、金属铜箔、激光直接成型技术(Laser Directstructuring,LDS)制程中的导体等材质制成。请一并参阅图2a及图2c,所述馈入部12大致呈L形且设置于所述空腔111内。所述馈入部12与所述辐射体11的内壁均间隔设置,且所述馈入部12在某一平面的投影与所述缝隙113在所述平面上的投影至少部分重叠。例如,如图2a及图2c所示,所述馈入部12于Y轴平面内的投影与所述缝隙113在所述Y轴平面内的投影至少部分重叠。
在本申请实施例中,所述辐射体11还可设置至少一个连接点。例如,在本申请实施例中,所述辐射体11可在其两端的位置分别设置连接点115。通过将所述连接点115接地,例如通过将所述连接点115连接至一接地板117(参图2d至图2f),以为所述辐射体11提供接地。
可以理解,请一并参阅图2d及图2f,其中图2d为本申请实施例中天线模块100连接至接地板117的整体示意图。图2e为图2d所示天线模块100填充有介质的截面示意图。图2f为图2d所示天线模块100未填充介质的另一示意图。在其中一个实施例中,所述接地板117整体覆盖于所述空腔111的一侧开口,例如覆盖于所述空腔111的底部开口。所述辐射体11上还开设有开缝118。在本申请实施例中,所述开缝118沿所述辐射体11的长度方向开设,且所述开缝118与所述缝隙113连通。如此,通过所述开缝118的设置,可于所述开缝118的两端分别形成所述连接点115,所述连接点115与所述接地板117连接。
可以理解,在本申请实施例中,通过设置所述接地板117,可实现对所述天线模块100的有效接地。当然,在本申请实施例中,并不对所述接地板117的形状、尺寸及其与所述辐射体11的位置关系等进行具体限制。例如,在另外的实施例中,所述接地板117也可直接设置于所述空腔111内,或者也可不设置所述接地板117(即所述接地板117不存在于上述位置而设置于其他位置,例如设置于所述空腔111外),或者所述接地板117并不覆盖所述空腔111的开口,所述天线模块100亦能获得较好的性能,甚至天线性能更好。
可以理解,请再次参阅图2d及图2e,在本申请实施例中,所述空腔111,所述缝隙113,所述开缝118内均填充有介质材料,例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等,但不以此为限。
可以理解,在本申请实施例中,所述辐射体11与地(例如接地板117)之间的连接点115可通过集总器件,调谐器件(例如开关,可变电容等)连接,或者直接连接(即所述辐射体11通过所述连接点115直接接地),或者通过连接器(例如弹片,引脚等)转接,又或者通过耦合电容与所述接地板117进行非接触连接等,在此不对其与地的连接方式进行具体限定。
可以理解,请一并参阅图3a,图3b及图3c,所述馈入部12的一端电连接至射频板15上的信号馈入点(图未示),并通过耦合的方式对所述缝隙113进行馈电。即所述天线模块100的馈电枝节(即馈入部12)与射频板15的连接位置在射频板15上。所述射频板15将射频信号从射频板15上的射频电路(图未示)输入至所述馈入部12。所述射频板15可以为柔性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC),硬板,液晶高分子聚合物(Liquid CrystalPolymer,LCP)等形式。所述射频板15可设置于所述空腔111内,亦可设置于所述空腔111外,在此不做具体限制。
在本申请实施例中,所述辐射体11通过设置所述缝隙113,使得所述辐射体11相当于构成一侧开口的C形结构,即一侧断开,其他部分连接在一起。如此,在工作时,所述天线模块100构成感性耦合元件(Inductive Coupling Element,ICE)天线。所述天线模块100的辐射体11构成谐振天线,且通过所述空腔111产生谐振所需的电感,并利用所述缝隙113产生一个较强的分布电容。依靠这个电容及电感,所述辐射体11可产生良好的谐振,即工作于谐振模式,所述辐射体11的谐振频率与所述分布电容和电感的乘积成反比。
另外,所述空腔111的长度,所述空腔111填充的介质及所述缝隙113的长度决定所述辐射体11的谐振频率。
可以理解,在本申请实施例中,通过使所述馈入部12在某一平面的投影与所述缝隙113在所述平面上的投影至少部分重叠,可有效保证所述馈入部12与所述缝隙113的准确耦合。
可以理解,在本申请实施例中,通过将所述馈入部12设置成L形,且设置于所述空腔111内。如此,其至少具有以下优势。第一,当将所述天线模块100应用至电子设备时,可将馈电点从电子设备的金属边框上移到内金属壁,其实现变得容易。第二,所述馈入部12的长度以及所述馈入部12与所述缝隙113的相对位置的调节都更加灵活,其可有效帮助输入端口的匹配。即所述馈入部12采用耦合馈入的方式,与直馈(直接馈入)相比,其调节自由度更高。再者,通过将所述馈入部12设置成L形,且设置于所述空腔111内,可将馈电点从环外侧转移到环内侧,并使得馈电点和匹配元件等都设置于所述射频板15上。如此,就不需要用延长的LCP实现馈电和匹配,能够减少插损和加工组装的成本,并解决产品可靠性的问题。
可以理解,请一并参阅图4a及图4b,在本申请实施例中,所述天线模块100还可包括调谐元件17,用以进行频率的调谐。在本申请实施例中,并不对所述调谐元件17的数量及位置等进行限定。例如,所述调谐元件17可以设置于所述馈入部12上(参图4a),即与所述馈入部12电连接,并接地。所述调谐元件17可设置于所述辐射体11上,并接地(参图4b)。所述调谐元件17还可设置于所述缝隙113的一侧或两侧(例如设置于所述缝隙113的右侧),或者直接跨接在所述缝隙113上,或者所述调谐元件17也可设置于所述连接点115上(即,所述调谐元件17的一端连接至所述连接点115,另一端接地)。也就是说,所述连接点115通过所述调谐元件17接地。如图4a及图4b所示,上述位置均仅示出一个调谐元件17。当然,在其他实施例中,所述位置可以设置一个或多个调谐元件17,且每个位置的调谐元件17可单独存在也可同时存在,在此并不做限定。
可以理解,所述调谐元件17均可以为,但不局限于,开关,可变电容或者可变电感等可调器件,用以实现频率调节。
可以理解,在上述实施例中,所述缝隙113均呈曲折状。然而,在本申请实施例中,并不对所述缝隙113的具体形状及尺寸进行限定,其具体形状及尺寸可根据具体需求(例如根据所需的频段)进行调整。例如,可通过调节所述缝隙113的整体长度和/或宽度,使得所述辐射体11产生一个较强的分布电容,依靠这个电容,使得所述辐射体11可在低频段产生良好的谐振。
可以理解,在上述实施例中,所述缝隙113大致开设于所述辐射体11的其中一侧壁的中间位置。然而,在本申请实施例中,亦不对所述缝隙113的开设位置进行具体限制。例如,请一并参阅图3a至图3c,图5a至图5c,在另外一个实施例中,所述缝隙113开设于所述辐射体11靠近其中一个连接点115的位置。
可以理解,在上述实施例中,所述馈入部12设置于所述空腔111内,且大致呈L形。然而,在本申请实施例中,并不对所述馈入部12的布设位置和/或形状进行具体限制,其还可根据具体设计需求进行调整。例如,所述馈入部12也可设置于所述空腔111的外部。又如,所述馈入部12可以为直条状或其他形式。
可以理解,请一并参阅图6a,图6b及图6c,上述实施例所述的天线模块100可应用至移动电话、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、客户前置设备(Customer Premise Equipment,CPE)、电视等需要设置天线的电子设备200中,用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。
可以理解,所述电子设备200可以采用以下一种或多种通信技术:蓝牙(bluetooth,BT)通信技术、全球定位***(global positioning system,GPS)通信技术、无线保真(wireless fidelity,Wi-Fi)通信技术、全球移动通信***(global system formobile communications,GSM)通信技术、宽频码分多址(wideband code divisionmultiple access,WCDMA)通信技术、长期演进(long term evolution,LTE)通信技术、5G通信技术、SUB-6G通信技术以及未来其他通信技术等。
可以理解,当所述天线模块100应用至所述电子设备200时,并不对所述天线模块100的数量进行限制。例如,所述天线模块100的数量可根据所述电子设备200的尺寸及具体需求进行调整。同样,在本申请实施例中,亦不对所述天线模块100在所述电子设备200上的位置进行限制。例如,所述天线模块100的布设位置可根据所述电子设备200的高度等进行调整。
具体地,请一并参阅图6a,在第一种情况下,示出所述电子设备200包括三个天线。其中,天线1和天线2设置于所述电子设备200的两侧。天线3设置于所述电子设备200的底部。所述天线1和天线2为上述实施例中描述的天线模块100。所述天线3可为传统的天线,例如IFA天线,回路(loop)天线等,或者所述天线3也可为上述实施例中描述的天线模块100,在此不做特别限定。
请一并参阅图6b,在第二种情况下,示出所述电子设备200包括四个天线。其中天线1,天线2,天线3为上述实施例中描述的天线模块100。天线4亦可为传统的天线或上述实施例中描述的天线模块100,在此不做特别限定。所述天线1,天线4间隔设置于所述电子设备200的右侧。所述天线2,天线3间隔设置于所述电子设备200的左侧,且位于所述电子设备200的侧键5的两侧。
请一并参阅图6c,在第三种情况下,示出所述电子设备200包括四个天线。其中天线1,天线2为上述实施例中描述的天线模块100。天线3,天线4亦可为传统的天线或上述实施例中描述的天线模块100,在此不做特别限定。天线1,天线2设置于所述电子设备200的左侧,且位于侧键5的两侧。天线3设置于所述电子设备200的右下角。所述天线4设置于所述电子设备200的底部,且靠近所述天线3设置。
可以理解,请一并参阅图7a,图7b及图7c,在本申请实施例中,当所述天线模块100应用至电子设备200时,以所述电子设备200为一手机,且包括三个天线,即天线1,天线2,天线3为例,说明所述天线模块100于所述电子设备200的位置及工作原理。
其中,所述电子设备200包括壳体21。所述壳体21至少包括边框211及背板212。所述边框211大致呈环状结构,其由金属或其他导电材料制成,且设置于所述背板212上。所述背板212可由金属或其他导电材料制成。当然,所述背板212也可以由绝缘材料,例如玻璃、塑料等材料制成,在此不做限定。
所述边框211至少包括第一边框部215、第二边框部216以及第三边框部217。在本申请实施例中,所述第一边框部215为所述电子设备200的底端,即所述第一边框部215为所述电子设备200的底部金属边框。所述第二边框部216与所述第三边框部217相对设置,两者分别设置于所述第一边框部215的两端。在本申请实施例中,所述第二边框部216或所述第三边框部217的长度大于所述第一边框部215的长度。即所述第二边框部216及第三边框部217均为所述电子设备200的侧边金属边框。
所述天线1与天线2分别设置于所述电子设备200的两侧。所述天线3设置于所述电子设备200的底部。所述天线1,天线2为上述实施例中描述的天线模块100。在本实施实例中,并不对天线3的结构进行限制。例如所述天线3的结构可与所述天线模块100的结构相同,也可为传统的天线,例如IFA天线,环形天线等。在本申请实施例中,以所述天线3为传统的天线,且所述天线1,天线2,及天线3均为LB天线为例加以说明。当然,在其他实施例中,所述天线模块100亦不局限于为LB天线,其还可通过调节所述缝隙113,和/或馈入部12,进而使得所述天线模块100构成其他类型天线,例如中频天线,高频天线等。
可以理解,本申请实施例示意的结构并不构成对电子设备200的具体限定。在本申请另一些实施例中,电子设备200可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者拆分某些部件,或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件,软件或软件和硬件的组合实现。
可以理解,在上述实施例中,所述天线模块100中的辐射体11由金属等导电材料制成。请一并参阅图7a,在其他实施例中,当所述天线模块100应用至所述电子设备200时,所述辐射体11也可直接由所述电子设备200的边框211构成。即可通过将所述边框211(例如第二边框部216或第三边框部217)的部分设置成封闭的环状,并于所述边框211的一侧开设相应的缝隙113,进而形成所述辐射体11。
可以理解,请一并参阅图7b,在本申请实施例中,当所述天线模块100应用至所述电子设备200时,所述辐射体11的缝隙113开设于所述电子设备200中所述边框211朝向外侧的表面。所述馈入部12设置于所述空腔111内,且与内部的射频板(图未示)电连接,以将信号耦合馈入至所述缝隙113。
可以理解,请一并参阅图7c,在本申请实施例中,所述空腔111及所述缝隙113内均填充有介质材料,例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等,但不以此为限。
图8为图7a所示电子设备200中的三个天线的S参数(散射参数)及隔离度曲线图。其中,曲线S81为天线1的S参数曲线。曲线S 82为天线2的S参数曲线。曲线S83为天线3的S参数曲线。曲线S84为天线1与天线2之间的隔离度曲线。曲线S85为天线1与天线3之间的隔离度曲线。曲线S86为天线2与天线3之间的隔离度曲线。显然,当所述电子设备200设置有所述天线模块100(例如天线1,天线2)时,所述电子设备200具有良好的辐射性能,且天线1与天线2分别与天线3之间的隔离度基本在-13dB以下,满足天线的设计需求。
图9为图7a所示电子设备200中天线1和天线2的电流分布示意图。其中,所述天线1与天线2的谐振模式取决于槽的长度(例如空腔111的长度)、槽内填充介质、及缝隙(例如缝隙113)的长度,可激励起很强的地板纵向电流(例如I1及I2)。
图10为图7a所示电子设备200中的三个天线的ECC曲线图。其中,曲线S 101为天线1与天线2之间的ECC曲线。曲线S 102为天线1与天线3之间的ECC曲线。曲线S 103为天线2与天线3之间的ECC曲线。显然,当所述电子设备200设置有所述天线模块100(例如天线1,天线2)时,三个低频(LB)天线可以共存。另外,三个天线之间可以得到较好的隔离度,天线对之间的最差隔离度约为-14dB。再者,天线1和天线2,以及天线1和天线3的ECC在B28频段的平均值约为0.6,从B20频段开始,ECC迅速下降,其平均值小于0.3。在整个低频段,天线2和天线3的ECC会高于0.5。
图11a,图11b及图11c为图7a所示电子设备200中的三个天线的3D方向示意图。其中,图11a为天线1在频率为0.84GHz时的3D方向示意图。图11b为天线2在频率为0.84GHz时的3D方向示意图。图11c为天线3在频率为0.84GHz时的3D方向示意图。显然,天线3会在水平面上出现深零点,而天线1和天线2在水平面上的方向图圆度比较好,更趋于omnidirectional(全方位,全向)分布。也就是说,所述电子设备200可设置多个天线模块100。多个天线模块100可彼此共存,且天线对之间既能取得良好的隔离度和ECC,同时保持良好的辐射效率和均匀的水平面辐射方向图。
图12a,图12b及图12c为图7a所示电子设备200中天线的头手性能仿真示意图。图12a为所述电子设备200被握持时的状态示意图。其中,当所述电子设备200被握持时,所述天线2包在手掌中,天线3的辐射端也包在手掌中。图12b为所述电子设备200处于左手和头旁边(Beside Head and Hand at Left,BHHL)模式下(即手机在美国无线通信和互联网协会(Cellular Telecommunication Industry Association,CITA)规范的头以及左边宽手(Wide Hand)握持下的天线性能)的示意图。图12c为所述电子设备200处于右手和头旁边(Beside Head and Hand at Right,BHHR)模式下(即手机在CITA规范的头以及右边宽手(Wide Hand)握持下天线性能)的示意图。
图13为图7a所示电子设备200中天线1的头手性能仿真曲线图。其中,曲线S 131为图7a所示电子设备200中天线1在自由空间(Free Space,FS)模式下的辐射效率与频率的关系曲线。曲线S 132为图7a所示电子设备200中天线1在BHHR模式下的辐射效率与频率的关系曲线。曲线S 133为图7a所示电子设备200中天线1在BHHL模式下的辐射效率与频率的关系曲线。参图13可知,本申请实施例中的天线1在BHHR模式及BHHL模式下的性能均衡,与在FS模式下的效率对比,降幅均在7dB左右,而且手握状态下的S参数没有频偏。
可以理解,如上所述,在本申请实施例中,所述天线模块100的辐射体11可直接由金属材料或其他具有导电性的材料制成,或者直接由电子设备200的金属边框构成。例如所述电子设备200的机壳(边框)为金属材质,所述天线模块100为金属边框天线(例如,参图7a至图7c)。当然,在本申请实施例中,并不对所述天线模块100中辐射体11的具体实现形式进行限制。例如,所述天线模块100中辐射体11还可以为,但不局限于,模内装饰天线(Modedecoration antenna,MDA),柔性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC),激光直接成型(Laser-Direct-structuring,LDS),液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer,LCP)等其他天线形式。
例如,当所述天线模块100为MDA天线时,其是利用电子设备200机壳内的金属件作为辐射体,以实现辐射功能。而所述电子设备200的机壳由塑料等绝缘材质制成,所述金属件采用模内注塑的方式和机壳做成一个整体。
又如,请一并参阅图14a及图14b,其中,图14a为本申请实施例提供的天线模块应用至电子设备的示意图。图14b为图14a中所述天线模块的示意图。在其中一个实施例中,所述天线模块100可包括载体18。所述载体18可由塑料等绝缘材料制成。所述载体18上设置有辐射体11。所述辐射体11为FPC,LDS,LCP的天线形式。通过于所述辐射体11上设置相应的缝隙113,并利用所述馈入部12将信号耦合馈入至所述缝隙113,以使得所述辐射体11工作于相应的频段。
可以理解,在图14b所示的实施例中,所述辐射体11的两端在连接点115的位置均接地。当然,请再次参阅图14a,当所述天线模块100应用至电子设备200时,所述电子设备200还使得所述辐射体11与其金属边框(例如边框211)电连接,并于所述边框211靠近所述辐射体11的位置接地,从而使得所述辐射体11通过金属的边框211大面积接地,进而有效提升所述天线模块100的辐射性能。
综上,所述天线模块100及具有所述天线模块100的电子设备200至少具有以下优点:
(1)在原有的环型激励结构(共面的环型激励,桥式环型激励等)的基础上,针对手机等电子设备结构的特点,提出侧槽式激励结构。
(2)所有的激励结构都是在外环开缝,传统的馈电方式是在缝隙的两端加载信号。而本申请实施例中的耦合馈电结构是在外环上开长缝(例如缝隙113)。如此,利用所述长缝可以产生出一个较大的分布电容,并利用所述空腔111产生谐振所需的电感,使得天线在低频段激发一个良好的谐振,即把一个非谐振天线改造成谐振天线。
(3)在本申请实施例中,采用L形的馈电枝节(即馈入部12),并将馈电点从环外侧转移到环内侧。如此,可使得馈电点和匹配器件都可以直接安置在射频板上,而不需要用延长的LCP实现馈电和匹配。上述方式能够有效减少插损和加工组装的成本,以及解决产品可靠性的问题。
本申请实施例的所述天线模块100中的辐射体11上设置有一段开放的缝隙113,所述缝隙113将辐射体11分为两个不直接连接的部分。所述辐射体11上还设置有连接点115,以为所述辐射体11提供接地。所述天线模块100无需设置串行电容,其利用所述缝隙113就可以得到良好的谐振,使其天线设计变得更加简单,使天线的效率带宽得到极大的扩展,且在产品实现上,馈电变得更容易实现和稳定。另外,所述天线模块100可应用至手机中,也可应用至CPE、E5、电视等任意需要天线的终端上,应用十分广泛。再者,可在一个终端设备中布局单个或多个所述天线模块,其布局位置不限,非常灵活。所述电子设备200可支持两个以上的天线模块100的布局,所述天线模块100可实现小型化,且其性能不受手握影响。
对于本领域的技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他具体形式实现本申请。因此,只要在本申请的实质精神范围之内,对以上实施例所作的适当改变和变化都应该落在本申请要求保护的范围之内。
Claims (16)
1.一种天线模块,其特征在于,所述天线模块包括辐射体及馈入部,所述辐射体呈环状,以形成空腔,所述辐射体上开设有缝隙,所述缝隙自所述辐射体的一侧壁的顶部贯通至所述辐射体的底部,以将所述辐射体划分为间隔设置的第一部分及第二部分,所述第一部分与所述第二部分的一端通过所述缝隙间隔设置,另外的部分连接在一起,所述辐射体上设置有连接点,所述连接点连接至接地板,以为所述天线模块提供接地,所述馈入部与所述辐射体间隔设置,且所述馈入部于某一平面的投影与所述缝隙于所述平面的投影部分重叠,所述馈入部用以将馈电信号耦合至所述缝隙,所述接地板覆盖于所述空腔的一侧开口,所述辐射体上还开设有开缝,所述开缝与所述缝隙连通,且于所述开缝的两端形成所述连接点,所述连接点与所述接地板连接。
2.如权利要求1所述的天线模块,其特征在于:所述辐射体构成谐振天线,所述辐射体通过所述空腔产生谐振所需的电感,并通过所述缝隙产生分布电容,所述辐射体的谐振频率与所述分布电容和电感的乘积成反比。
3.如权利要求2所述的天线模块,其特征在于:所述空腔及所述缝隙内填充有介质,所述空腔的长度,所述空腔填充的介质及所述缝隙的长度决定所述辐射体的谐振频率。
4.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述天线模块还包括调谐元件,所述缝隙上跨接所述调谐元件,所述馈入部,所述第一部分,所述第二部分,和/或所述连接点通过所述调谐元件接地,所述调谐元件包括开关,可变电容和/或可变电感。
5.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述连接点通过集总器件或调谐器件连接至所述接地板;或者
所述连接点直接连接至所述接地板;或者
所述连接点通过连接器转接至所述接地板;或者
所述连接点通过耦合电容与所述接地板进行非接触接地。
6.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述馈入部呈L形,且设置于所述空腔内。
7.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述天线模块还包括射频板,所述射频板设置于所述空腔外或所述空腔内,所述射频板与所述馈入部电连接,用以馈入电信号至所述馈入部。
8.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述辐射体由金属材料或具有导电性的材料制成。
9.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述辐射体为电子设备的金属边框。
10.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述辐射体设置于电子设备的机壳内,且通过模内注塑的方式和所述机壳做成整体。
11.如权利要求1-3任意一项所述的天线模块,其特征在于:所述天线模块还包括载体,所述载体由绝缘材料制成,所述辐射体采用柔性电路板,激光直接成型工艺,或液晶高分子聚合物形成于所述载体上。
12.一种电子设备,其特征在于:所述电子设备包括如权利要求1-7任意一项所述的天线模块。
13.如权利要求12所述的电子设备,其特征在于:所述辐射体由金属材料或具有导电性的材料制成。
14.如权利要求12所述的电子设备,其特征在于:所述电子设备包括金属边框,所述辐射体为所述电子设备的金属边框。
15.如权利要求12所述的电子设备,其特征在于:所述电子设备还包括机壳,所述辐射体设置于所述机壳内,且通过模内注塑的方式和所述机壳做成整体。
16.如权利要求12所述的电子设备,其特征在于:所述天线模块还包括载体,所述载体由绝缘材料制成,所述辐射体采用柔性电路板,激光直接成型工艺,或液晶高分子聚合物形成于所述载体上。
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