天线装置、壳体及电子设备的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线装置、壳体及电子设备。


背景技术：

2.5g(5th generation wireless systems，第五代移动通信技术)电子设备需要支持的频段其覆盖频率范围非常宽，此类电子设备对于所使用的天线的环境和效率要求也很高。但是随着电子产品的轻薄化、功能多样化，电子设备内部空间被更多的外设模组占用，导致留给天线的内部空间越来越少。如何在这种不利条件下改进天线结构，以更好地满足天线的带宽和效率，成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例公开了一种天线装置、壳体及电子设备，其不仅能够满足5g天线所需支持的天线带宽，而且具有较高的效率。
4.为了实现上述目的，第一方面，本技术公开了一种天线装置，所述天线装置包括：
5.辐射主体，分别具有第一端和第二端；
6.第一辐射枝节，与所述辐射主体的第一端相连接，所述第一辐射枝节具有第一口径端，所述第一辐射枝节用于实现第一频段和第二频段的辐射；
7.第二辐射枝节，与所述辐射主体的第二端相连接，所述第一辐射枝节的长度大于所述第二辐射枝节的长度，所述第二辐射枝节具有第二口径端，所述第二口径端与所述第一口径端相对间隔设置且相互耦合，所述第二辐射枝节与所述第一辐射枝节共同用于实现第三频段的辐射，且所述第三频段的频率范围大于所述第一频段、所述第二频段的频率范围；
8.馈电点，与所述辐射主体的馈电区域电连接；
9.接地点，与所述辐射主体的接地区域电连接。
10.第二方面，本技术实施例公开了一种壳体，包括壳体本体以及如第一方面所述的天线装置，所述天线装置设置于所述壳体本体。
11.第三方面，本技术实施例公开一种电子设备，所述电子设备包括壳体，所述壳体包括壳体本体以及如第一方面所述的天线装置，所述天线装置设置于所述壳体本体。
12.与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
13.本技术实施例提供的天线装置、壳体及电子设备中，天线装置通过设置不同长度的第一辐射枝节、第二辐射枝节，以及使第一辐射枝节的第一口径端与第二辐射枝节的第二口径端间隔设置且相互耦合，来实现利用第一辐射枝节进行第一频段和第二频段的辐射、利用第二辐射枝节进行第三频段的辐射，既能满足天线各频段的带宽要求，又能够提高天线的辐射效率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，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。
15.图1是本技术实施例电子设备的结构示意图；
16.图2是本技术实施例中设有天线装置的壳体的结构示意图；
17.图3是本技术实施例中天线装置的结构示意图；
18.图4是本技术实施例中天线装置的回波损耗图；
19.图5是本技术实施例中天线装置的史密斯圆图；
20.图6是是本技术实施例中天线装置在第二频段下的电场分布图；
21.图7是本技术实施例中天线装置在第二频段下的表面电流分布图；
22.图8是本技术实施例中天线装置在第二频段下的远场方向辐射图；
23.图9是本技术实施例中天线装置在第二频段下的远场分布图；
24.图10是本技术实施例中天线装置在第一频段和第二频段下的天线辐射效率图；
25.图11是是本技术实施例中天线装置在第三频段下的电场分布图；
26.图12是本技术实施例中天线装置在第三频段下的表面电流分布图；
27.图13是本技术实施例中天线装置在第三频段下的远场方向辐射图；
28.图14是本技术实施例中天线装置在第三频段下的远场分布图；
29.图15是本技术实施例中天线装置在第三频段下的天线辐射效率图。
30.图标：1、天线装置；11、辐射主体；111、第一端；112、第二端；12、第一辐射枝节；121、第一口径端；13、第二辐射枝节；131、第二口径端；14、第一缝隙；15、第二缝隙；2、壳体；21、壳体本体；10、电子设备。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
32.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
33.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
34.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域
普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
36.此外，为了清楚呈现本技术的技术特征，附图中的元件(例如层、膜、基板以及区域等)的尺寸(例如长度、宽度、厚度与深度)会以不等比例的方式放大。因此，本技术实施例的说明与解释，不受限于附图中的元件所呈现的尺寸与形状，而应涵盖如实际制程及/或公差所导致的尺寸、形状以及两者的偏差。例如附图所示的平坦层可以具有粗糙及/或非线性的特征，又如附图所示的锐角可以是圆的。所以，本技术附图所呈现的元件主要是用于示意，并非旨在精准地描绘元件的实际形状，也非限制本案的专利申请范围。
37.此外，本案中出现的“约”、“近似”或“近似”等这类用字不仅涵盖明确记载的数值及数值范围，而且也涵盖申请所属技术领域中具有通常知识者所能理解的可允许偏差范围。其中，此偏差范围可由测量时产生的误差决定，而此误差例如起因于测量系统或制程条件两者的限制。本案中出现的“约”、“近似”或“近似”等这类用字可依光学性质、蚀刻性质、机械性质或其他性质来选择可以接受的偏差范围或标准偏差。
38.下面将结合实施例和附图对本技术的技术方案作进一步的说明。
39.在使用5g移动通信技术的电子设备中，对于天线设计的要求很高。一方面，5g电子设备需要支持sub
‑
6g nr频段n77(3300mhz～4200mhz)、78(3300mhz～3800mhz)和n79(4800mhz～5000mhz)，这个三个频段覆盖频率范围非常宽，也即对天线的带宽要求较高；另一方面，为减少天线周围器件对于天线性能的影响，对天线周边的净空环境要求也较高。然而随着电子设备(如智能电话、智能穿戴设备等)朝向轻薄化、全面屏化、多功能化的趋势发展，电子设备内部能够留给天线的空间已经越来越少，难以满足相关技术中天线设计及布局的要求。
40.对此，本技术实施例提出一种天线装置、壳体及电子设备，通过对天线装置进行结构改进，在天线装置周围的电子元器件较多、净空环境较差的情况下，仍然可满足5g天线的带宽要求，同时还可以提高天线效率，从而适用于5g电子设备。需要说明的是，本技术的天线装置所应用的电子设备包括但不限于智能手机、智能穿戴设备、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、照相机、车载设备。在本技术实施例中，以电子设备为智能手机为例进行解释说明。
41.请参阅图1和图2，图1为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图，图2是本技术实施例中设有天线装置的壳体的结构示意图，也即图2示出的是图1中电子设备的壳体以及设于该壳体上的天线装置的结构示意图。
42.本技术实施例的电子设备10包括壳体2，该壳体2包括壳体本体21以及天线装置1，天线装置1设于壳体本体21上。该壳体2可以为电子设备10的后盖壳体2，电子设备10还可以包括与该后盖壳体2相互盖合连接的显示屏，显示屏与后盖壳体2之间形成收容空间，天线装置1设于壳体2的壳体本体21上且位于收容空间中。
43.其中，天线装置1设于壳体本体21可以通过多种方式实现，例如可以采用制作fpc的工艺制作天线装置1，然后以粘贴或螺接等方式将天线装置1固定于壳体本体21上，采用这种方式时天线装置1的拆装较方便、加工也较容易；还可以采用lds技术将天线装置1成型
到壳体本体21上，采用这种方式时天线装置1的稳定性高。
44.电子设备10还可以包括设置在收容空间中或者壳体2上的光线传感器、受话器、麦克风等器件。本技术实施例中的天线装置1可以设置在周围其他器件较多的较差天线环境中，例如天线装置1在沿垂直于显示屏所在平面的方向上与光线传感器位置相对，天线装置1的左右两侧分别与受话器、麦克风相邻。即便在这种较差的天线环境中，本技术实施例的天线装置1仍然可以满足天线带宽和效率的需求。进一步地，电子设备10还可以包括pcb板，后文将在介绍天线装置1的结构设计时，对天线装置1与pcb板之间的位置关系做更详细的解释说明。
45.请参阅图3，图3是本技术实施例中天线装置1的结构示意图，该天线装置1包括：
46.辐射主体11，具有第一端111和第二端112；
47.第一辐射枝节12，与辐射主体11的第一端111相连接，第一辐射枝节12具有第一口径端121，第一辐射枝节12用于实现第一频段和第二频段的辐射；
48.第二辐射枝节13，与辐射主体11的第二端112相连接，第二辐射枝节13具有第二口径端131，第二口径端131与第一口径端121相对间隔设置且相互耦合，第二辐射枝节13与第一辐射枝节12共同用于实现第三频段的辐射，且第三频段的频率范围分别大于所述第一频段的频率范围、所述第二频段的频率范围；其中，第一辐射枝节12的长度大于第二辐射枝节13的长度；
49.馈电点(图未示出)，与辐射主体11的馈电区域电连接；
50.接地点(图未示出)，与辐射主体11的接地区域电连接。
51.其中，馈电点可以通过馈线与辐射主体11的馈电区域电连接，从而向辐射主体11馈入激励电流，使辐射主体11能够收发指定频段的信号。
52.在本技术实施例中，通过对天线装置1的结构进行改进，使天线装置1除了辐射主体11、馈电点和接地点之外，还包括具有不同长度的第一辐射枝节12和第二辐射枝节13，通过二者具有不同长度的差异可分别实现不同频段波长的辐射。同时，通过将第一辐射枝节12的第一口径端121与第二辐射枝节13的第二口径端131进行间隔设置且相互耦合，来达到提高频宽带宽至满足天线使用要求的目的。具体是，由于第一口径端121与第二口径端131相互耦合，故第一辐射枝节12进行收发电磁波信号的同时，还可以利用第二辐射枝节13进行收发电磁波信号，通过这样的耦合作用来提高第一辐射枝节12可满足的频段带宽。同理，第二辐射枝节13也通过类似的作用来满足较宽的频段带宽。
53.进一步地，在本技术实施例中，第一频段为n77频段，该频段的频率范围是3300mhz～4200mhz；第二频段为n78频段，该频段的频率范围是3300mhz～3800mhz；第三频段为n79频段，该频段的频率范围是4400mhz～5000mhz。上述三个频段是5g移动通信技术中需要满足的几个主要频段。本技术实施例的天线装置1通过第一辐射枝节12实现n77和n78频段的辐射(即实现这两个频段的电磁波信号收发)、通过第一辐射枝节12和第二辐射枝节13的共同作用来实现n79频段的辐射(即实现该频段的电磁波信号收发)。
54.进一步地，在本技术实施例中，天线装置1具有多种不同的工作模态，第二频段的工作模态是第一辐射枝节12的1/4波长，第三频段的工作模态是第二辐射枝节13的1/4波长与第一辐射枝节12的1/2波长的共同加载。对于天线装置1而言，不同频段的频率与天线的辐射枝节波长密切相关，频率越低、需要的波长越长，频率越高、需要的波长越短。n78频段
所需要的工作频率范围在3300～3800mhz内，其需要较长的波长才能满足，故在本技术实施例中通过第一辐射枝节12的1/4波长来满足该频段(也即第二频段)的工作模态。n79频段所需要的工作频率范围在4400～5000mhz内，比n78频段的工作频率更高，其需要较短的波长来满足，故在本技术实施例中一方面通过第二辐射枝节13的1/4波长来满足该频段(也即第三频段)的部分频率范围，另一方面利用第一辐射枝节12与第二辐射枝节13的耦合、通过第一辐射枝节12的1/2波长来满足该频段的另一部分频率范围。由此，通过上述辐射枝节的波长限定，保证天线装置1具有多种不同的工作模态。
55.进一步地，第一辐射枝节12靠近第一端111的一侧与辐射主体11之间形成有第一缝隙14。结合图3所示，辐射主体11的第一端111大致位于整个辐射主体11的右半部分的上端，第一辐射枝节12与第一端111相连接、并且第一辐射枝节12从第一端111向左弯折延伸形成。在第一辐射枝节12靠近第一端111的一侧(即第一辐射枝节12的左半部分)与辐射主体11之间形成狭长的第一缝隙14。通过开设这条缝隙，能够使经过第一辐射枝节12的电流形成差模，从而增加第一辐射枝节12的谐振。也就是说，对于第二频段和第三频段的工作模态而言，由于在第一辐射枝节12上开设有第一缝隙14，从而使第一辐射枝节12可以增加谐振，有利于拓宽天线装置1的工作带宽，更好地满足上述频段的工作模态要求。
56.进一步地，该第一缝隙14的长度方向平行于第一辐射枝节12的长度延伸方向(也即图3中的左右方向)、第一缝隙14的宽度方向垂直于第一缝隙14的长度方向。该第一缝隙14沿垂直于第一辐射枝节12的长度方向的宽度为d，0.1mm≤d≤0.3mm。当第一缝隙14的开缝宽度在此范围内时，能够更好地满足所需要增加的谐振，进而满足所需要拓宽的工作带宽。尤其是d＝0.25mm，效果更佳。
57.进一步地，除了第一辐射枝节12上形成有第一缝隙14，在第二辐射枝节13靠近第二端112的一侧与辐射主体11之间形成有第二缝隙15。结合图3所示，辐射主体11的第二端112大致位于整个辐射主体11的左半部分的下端，第二辐射枝节13与第二端112相连接、并且第二辐射枝节13从第二端112依次向左、再向上、再向右弯折延伸形成。在第二辐射枝节13靠近第二端112的一侧(即第二辐射枝节13靠右、靠下的位置处)与辐射主体11之间形成第二缝隙15，并且该第二缝隙15延伸到第二缝隙15的第二口径端131(即第二缝隙15的末端)。比起直接在辐射主体11的左端开缝的方式，本技术实施例通过在特定位置开设第二缝隙15，能够在保证天线装置1占用空间较小的情况下，有效增长第二辐射枝节13的长度。由于天线的谐振频率与波长成反比，在传播速度一定的情况下，谐振频率越高，则波长越短；反之，谐振频率越低，则波长越长。当在第二辐射枝节13与辐射主体11之间形成第二缝隙15时，相当于通过开缝来增加第二辐射枝节13的长度，有利于使第二辐射枝节13的谐振频率处于n79频段上。也就是说，通过将第二辐射枝节13弯折设置且设有第二缝隙15，能够使整个天线装置1占用面积较小的同时，更容易通过第二辐射枝节13的1/4波长与第一辐射枝节12的1/2波长共同作用来满足第三频段的工作模态要求，既不过多占用电子设备的内部空间、又更容易满足第三频段所需工作频率。
58.另外，本技术实施例的天线装置1在3.3g～4.2g的带宽范围内为双谐振，天线装置1在4.8g～5g的带宽范围内为双谐振。可见，本技术实施例的天线装置1不仅可以满足天线对工作频段的带宽要求，而且还能够提高天线工作效率。
59.如前文所述，本技术实施例的天线装置1即便安装在具有较差天线环境的电子设
备10中也能够满足相应频段的带宽要求和天线工作效率。下面结合回图1和图2对天线装置1在电子设备10中的位置进行进一步说明。
60.本技术实施例的天线装置1中，第一辐射枝节12的第一口径端121位于壳体本体21的顶部且位于壳体本体21的净空区域内，第二辐射枝节13的第二口径端131位于壳体本体21的背面且壳体本体10的净空区域中。壳体本体21的顶部空间具有较好的信号收发能力，将第一辐射枝节12的第一口径端121设置在壳体本体10顶部的净空区域中，可以充分利用电子设备10的顶部空间较好的信号收发能力，进一步提高n77频段和n78频段的工作效率。将第二辐射枝节13的第二口径端131设置在壳体本体21的背面的净空区域中，不仅能够避免第二辐射枝节13与第一辐射枝节12之间发生干扰，还能够避免电子设备10的其他元器件对第二辐射枝节13造成信号屏蔽等问题。具体是，第二辐射枝节13的第二口径端131设置在壳体本体21的背面时，能够避免第二辐射枝节13与第一辐射枝节12都设置在壳体本体21的顶部的情况，也就避免了在有限的顶部空间设置两个辐射枝节可能会出现的相互干扰信号的问题；此外，还能够避免第二辐射枝节13设置在壳体本体21的侧面时，同样位于壳体本体21侧面的其他电子元器件可能对其造成屏蔽的问题。由此可见，天线装置1在电子设备10中的设置位置，既能够充分利用有限的电子设备内部空间，又能够保证良好的天线性能，减少不同天线装置自身的辐射枝节之间或者天线装置与其他元器件之间的相互干扰。
61.进一步地，在本技术实施例中，第二辐射枝节13所在平面与pcb板的平面之间具有第一夹角α，0
°
≤α≤30
°
，第二辐射枝节13所在平面与第一辐射枝节12所在平面之间具有第二夹角β，0
°
＜β＜180
°
。也就是说，第二辐射枝节13与pcb板可以平行设置、或者二者之间以较小的倾斜夹角设置；第二辐射枝节13与第一辐射枝节12非平行设置，而是相互倾斜呈一定角度设置。作为一种优选的实施方式，第一夹角α为0
°
，也就是第二辐射枝节13所在平面平行于pcb板的平面；第二夹角β为90
°
，也就是第一辐射枝节12所在平面垂直于pcb板的平面。通过这样的设置方式，可以充分利用电子设备10的接地部(即pcb板)的横向波和纵向波，确保用户无论以怎样的方向使用电子设备，都可以保证天线装置1顺利收发信号。例如，当用户竖向握持电子设备时，至少第二辐射枝节13不会被遮挡，能够顺利收发信号；当用户横向握持电子设备时，至少第一辐射枝节12不会被遮挡，能够顺利收发信号。
62.下面对本技术实施例的天线装置1中第一辐射枝节12与第二辐射枝节13的性能指标进行进一步解释说明。
63.请参阅图4，图4是本技术实施例中天线装置1的回波损耗图。从该图可以看出，天线装置1具有多个工作模态，在3.3ghz～4.2ghz的带宽内为双谐振，其满足n77频段和n78频段的带宽要求，在4.4ghz～5ghz的带宽内也为双谐振，满足n79频段的带宽要求。
64.请参阅图5，图5是本技术实施例中天线装置1的史密斯圆图，从该图可以看出天线装置1在四个谐振频点的阻抗匹配良好。
65.请参阅图6至图10，图6是本技术实施例中天线装置1在第二频段下的电场分布图，图7是本技术实施例中天线装置1在第二频段下的表面电流分布图，图8是本技术实施例中天线装置1在第二频段下的远场方向辐射图，图9是本技术实施例中天线装置1在第二频段下的远场分布图，图10是本技术实施例中天线装置1在第一频段和第二频段下的天线辐射效率图。图6中虚线方框内的区域为电场较强的区域，由图6可知，天线装置1谐振于第二频段时，电场主要分布在第一辐射枝节12上，说明在该频段下，第一辐射枝节12具有向空间辐
射电磁波信号的能力。同时进一步结合图7，由图7中的曲线箭头可知，天线装置1工作于第二频段时，电流主要分布在第一辐射枝节12。另外，由图8和图9可知，天线装置1在第二频段下的方向性较好。在图8中，实线表示为与电场平行方向的e面的远场方向图，虚线表示为与磁场平行方向的h面的远场方向图。图10示出了在第二频段下工作时，不同谐振点的天线装置1的效率，可以看出该图中各谐振点上的天线效率均比较高，约为
‑
4.6db(即对应的天线效率为35％)，满足对天线效率的要求。
66.请参阅图11至图15，图11是本技术实施例中天线装置1在第三频段下的电场分布图，图12是本技术实施例中天线装置1在第三频段下的表面电流分布图，图13是本技术实施例中天线装置1在第三频段下的远场方向辐射图，图14是本技术实施例中天线装置1在第三频段下的远场分布图，图15是本技术实施例中天线装置1在第三频段下的天线辐射效率图。图11中虚线方框内的区域为电场较强的区域，由图11可知，天线装置1谐振于第三频段时，电场主要分布在第二辐射枝节13上，尤其是第二辐射枝节13的第二口径端131，说明在该频段下，第二辐射枝节13具有向空间辐射电磁波信号的能力。同时进一步结合图12，由图7中的曲线箭头可知，天线装置1工作于第三频段时，电流主要分布在第二辐射枝节13以及第一辐射枝节12上。另外，由图13和图14可知，天线装置1在第三频段下的方向性较好。在图1中，实线表示为与电场平行方向的e面的远场方向图，虚线表示为与磁场平行方向的h面的远场方向图。图15示出了在第三频段下工作时，不同谐振点的天线装置1的效率，可以看出该图中各谐振点上的天线效率均比较高，约为
‑
3.0db(即对应的天线效率为49.4％)，满足对天线效率的要求。
67.其中，第二频段为n78频段，第三频段为n79频段。可以理解的是，由于n77频段与n78频段的部分频率范围重合，故也可以将n77频段与n78频段理解一个频段，或者说，n78频段下天线装置1的特性也能够反映出n77频段下天线装置1的特性，故本技术实施例未进一步提供n77频段下天线装置1的性能测试结果。
68.本技术实施例通过对天线装置进行结构改进，使其即便安装在周围器件较多的电子设备中，仍然可以满足n77、n78、n79这些5g移动通信支持的频段的带宽，不仅如此，该天线装置还能够满足较高的天线工作效率，实用性更强。
69.以上对本技术实施例公开的天线装置及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的天线装置及电子设备及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。