一种天线及电子设备的制作方法

1.本发明涉及穿戴式人机交互领域，特别是涉及一种天线及电子设备。


背景技术：

2.目前，vr(virtual reality，虚拟现实)、ar(augmented reality，增强现实)等穿戴式人机交互设备的使用越来越广泛。穿戴式人机交互设备通常包括头戴显示装置和手持控制器，在头戴显示装置和手持控制器交互过程中，由天线作为无线信号的发射与接收装置。
3.在现有的手持控制器中，天线结构通常包括介质基板、设于介质基板上的馈电贴片和接地贴片、与馈电贴片连接的同轴馈线；其中，馈电贴片用于在同轴馈线的馈电激发下，与接地贴片共同作用产生覆盖一定带宽的工作频段。目前，通常采用天线方向图衡量天线性能，天线方向图包含主瓣和副瓣，可以理解的是，主瓣辐射朝向头戴显示装置，主瓣辐射越大(副瓣辐射恒定的情况下)，越有助于头戴显示装置和手持控制器的交互；由于副瓣辐射会消耗主瓣辐射的能量，所以副瓣辐射越小越好。
4.但是，手持控制器内包含很多功能电路板(如发光功能的电路板、检测功能的电路板)，馈电贴片和功能电路板之间一般会存在电耦合，导致功能电路板会消耗馈电贴片上的部分电流辐射能量，从而降低了天线主瓣辐射，增强了天线副瓣辐射，不利于于头戴显示装置和手持控制器的交互。
5.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种天线及电子设备，设备使用较少的能量便能有效地完成高难度多变化的人机交互，且减少了用户受电磁辐射环境的影响，提升了用户的使用体验。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种天线，应用于包含功能电路板的电子设备，所述天线包括介质基板及设于所述介质基板上的馈电贴片、接地贴片及延伸贴片；所述延伸贴片与所述接地贴片连接；所述天线还包括：
8.线芯与所述馈电贴片连接、外壳与所述接地贴片连接的同轴馈线；
9.分别与所述延伸贴片和所述功能电路板连接的耦合部，用于将所述延伸贴片和所述功能电路板进行电耦合；
10.其中，所述馈电贴片用于在所述同轴馈线的馈电激发下，与所述接地贴片、所述延伸贴片及所述功能电路板共同作用产生覆盖预设目标带宽的工作频段。
11.可选地，所述延伸贴片包括：
12.与所述接地贴片连接的第一矩形贴片；
13.分别与所述第一矩形贴片和所述耦合部连接、且垂直于所述第一矩形贴片的第二矩形贴片。
14.可选地，所述馈电贴片包括：
15.第三矩形贴片；
16.短于所述第三矩形贴片、且平行于所述第三矩形贴片设置的第四矩形贴片；
17.分别与所述第三矩形贴片和所述第四矩形贴片连接、且垂直于所述第三矩形贴片和所述第四矩形贴片的第五矩形贴片。
18.可选地，所述第三矩形贴片、所述第四矩形贴片及所述第五矩形贴片构成c形结构，所述c形结构的开口朝向所述功能电路板。
19.可选地，所述介质基板为柔性介质基板。
20.可选地，所述耦合部包括：
21.上表面通过导电胶与所述功能电路板的下表面连接、下表面通过非导电胶与所述延伸贴片的上表面连接的补强板。
22.可选地，所述功能电路板为宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.2mm～0.4mm的电路板；所述补强板为宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.4mm～0.6mm的补强板。
23.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括功能电路板及上述任一种天线。
24.可选地，所述电子设备为手持控制器；
25.所述手持控制器包括：
26.手柄；
27.与所述手柄连接的支撑部；所述功能电路板和所述天线设于所述支撑部上；
28.与所述功能电路板连接的控制芯片，用于在接收到用户触发指令后，控制所述功能电路板启动。
29.可选地，所述功能电路板为led电路板；
30.所述控制芯片具体用于在接收到所述用户触发指令后，控制所述led电路板上的led灯亮。
31.本发明提供了一种天线，应用于包含功能电路板的电子设备，包括介质基板、馈电贴片、接地贴片、延伸贴片、同轴馈线及耦合部。本技术在天线原有结构上增设延伸贴片及耦合部，馈电贴片产生电流路径分布，此时接地贴片通过延伸贴片激发了新的电流路径，并因耦合部的存在，新的电流路径可通过功能电路板进行辐射，从而与馈电贴片共同辐射在所设计的工作频段，可增强天线主瓣辐射；另外，在天线原有结构上，因馈电贴片和功能电路板之间会存在电耦合，所以功能电路板会消耗馈电贴片上的部分电流辐射能量，可降低天线主瓣辐射、增强天线副瓣辐射，但在增设延伸贴片及耦合部后，接地贴片产生的电流路径会通过功能电路板反向耦合到馈电贴片，相当于减少了功能电路板消耗馈电贴片上的电流辐射能量，可增强天线主瓣辐射、降低天线副瓣辐射。基于此，设备使用较少的能量便能有效地完成高难度多变化的人机交互，且减少了用户受电磁辐射环境的影响，提升了用户的使用体验。
32.本发明还提供了一种电子设备，与上述天线具有相同的有益效果。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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发明的一些实施例，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。
34.图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
35.图2为本发明实施例提供的一种天线电流加强图；
36.图3为本发明实施例提供的一种天线电流削弱图；
37.图4为本发明实施例提供的一种天线耦合部的堆叠示意图；
38.图5为本发明实施例提供的一种手持控制器的结构示意图。
具体实施方式
39.本发明的核心是提供一种天线及电子设备，设备使用较少的能量便能有效地完成高难度多变化的人机交互，且减少了用户受电磁辐射环境的影响，提升了用户的使用体验。
40.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中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
41.请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图。
42.该天线应用于包含功能电路板203的电子设备，天线包括介质基板及设于介质基板上的馈电贴片100、接地贴片101及延伸贴片102；延伸贴片102与接地贴片101连接；天线还包括：
43.线芯与馈电贴片100连接、外壳与接地贴片101连接的同轴馈线103；
44.分别与延伸贴片102和功能电路板203连接的耦合部a，用于将延伸贴片102和功能电路板203进行电耦合；
45.其中，馈电贴片100用于在同轴馈线103的馈电激发下，与接地贴片101、延伸贴片102及功能电路板203共同作用产生覆盖预设目标带宽的工作频段。
46.具体地，本技术的天线包括介质基板(图1中未示出)、馈电贴片100、接地贴片101、延伸贴片102、同轴馈线103及耦合部a，其工作原理为：
47.馈电贴片100、接地贴片101及延伸贴片102均设于介质基板上，馈电贴片100、接地贴片101及延伸贴片102均为金属贴片，一般选用铜这种导电性较好、成本较低的金属材质。延伸贴片102与接地贴片101连接，接地贴片101连接所在电子设备的设备地(gnd)。
48.天线采用同轴馈电法，即通过同轴馈线103传送射频能量。同轴馈线103采用内中外三层结构组成，最里面一层结构是线芯，一般选用铜金属材质；中间一层结构是绝缘介质层；最外边一层结构是外壳，一般选用铜金属材质，此时外壳作为金属屏蔽层，增强同轴馈线103的抗干扰能力，减小同轴馈线103的传输损耗。
49.同轴馈线103的具体连接结构为：同轴馈线103的线芯与馈电贴片100连接，同轴馈线103的外壳与接地贴片101连接。若电子设备为发送设备，则电子设备可通过同轴馈线103向馈电贴片100传送射频能量，并由馈电贴片100作为天线发射出去；若电子设备为接收设
备，则电子设备可通过馈电贴片100接收外部传送过来的射频能量，并由同轴馈线103传输至电子设备内部处理。
50.电子设备包含主电路板200和分布于主电路板200两侧的多个功能电路板(不限于图1给出的四个功能电路板201、202、203、204)，延伸贴片102与电子设备的一功能电路板203通过耦合部a连接，耦合部a将延伸贴片102和功能电路板203进行电耦合(电耦合的实质是延伸贴片102和功能电路板203之间有电荷移动)。则馈电贴片100具体在同轴馈线103的馈电激发下，与接地贴片101、延伸贴片102及功能电路板203共同作用产生覆盖预设目标带宽的工作频段，如目标是设计5g毫米波宽带天线、蓝牙频段天线。
51.需要说明的是，天线在工作频段内的辐射包括主瓣辐射和副瓣辐射，主瓣辐射越大越好，副瓣辐射越小越好。如图2所示，在天线工作时，馈电贴片100产生电流路径分布11，此时接地贴片101通过延伸贴片102激发了新的电流路径12，并因耦合部a的存在，新的电流路径12可通过功能电路板203进行辐射，从而与馈电贴片100共同辐射在所设计的工作频段，可增强天线主瓣辐射。另外，在天线原有结构(介质基板 馈电贴片 接地贴片 同轴馈线)上，因馈电贴片100和功能电路板203之间会存在电耦合，所以功能电路板203会消耗馈电贴片100上的部分电流辐射能量，可降低天线主瓣辐射、增强天线副瓣辐射，但在增设延伸贴片102及耦合部a后，接地贴片101产生的电流路径会通过功能电路板203反向耦合到馈电贴片100，产生如图3所示的反向电流路径13、14，增加了馈电贴片100上的电流辐射能量，相当于减少了功能电路板203消耗馈电贴片100上的电流辐射能量，可增强天线主瓣辐射、降低天线副瓣辐射。
52.基于此，相比于天线原有结构，本技术的天线结构的主瓣辐射较大、副瓣辐射较小，存在如下有益效果：
53.1)电子设备(手持控制器)使用较少的能量便能有效地完成高难度多变化的人机交互；2)减少了用户受电磁辐射环境的影响；3)提高了头戴显示装置与手持控制器的交互速率，减小了二者交互延时，从而提升了用户的使用体验。
54.在上述实施例的基础上：
55.作为一种可选的实施例，延伸贴片102包括：
56.与接地贴片101连接的第一矩形贴片；
57.分别与第一矩形贴片和耦合部a连接、且垂直于第一矩形贴片的第二矩形贴片。
58.具体地，本技术的延伸贴片102包括第一矩形贴片和第二矩形贴片，其工作原理为：
59.第一矩形贴片与接地贴片101连接，第二矩形贴片分别与第一矩形贴片和耦合部a连接、且第二矩形贴片垂直于第一矩形贴片，即第一矩形贴片和第二矩形贴片构成l形结构，以便于延伸贴片102与功能电路板203形成电耦合结构。
60.需要说明的是，通过对延伸贴片102的宽度进行调节，可使天线达到合适的电流路径长度，目的是增强天线主瓣辐射。
61.作为一种可选的实施例，馈电贴片100包括：
62.第三矩形贴片；
63.短于第三矩形贴片、且平行于第三矩形贴片设置的第四矩形贴片；
64.分别与第三矩形贴片和第四矩形贴片连接、且垂直于第三矩形贴片和第四矩形贴
片的第五矩形贴片。
65.具体地，本技术的馈电贴片100包括第三矩形贴片、第四矩形贴片及第五矩形贴片，其工作原理为：
66.第三矩形贴片与第四矩形贴片平行设于介质基板上，第三矩形贴片的长度大于第四矩形贴片的长度，第五矩形贴片分别与第三矩形贴片和第四矩形贴片连接，且第五矩形贴片垂直于第三矩形贴片和第四矩形贴片。馈电贴片100在这种结构设计下，辐射性能较好。
67.作为一种可选的实施例，第三矩形贴片、第四矩形贴片及第五矩形贴片构成c形结构，c形结构的开口朝向功能电路板203。
68.具体地，本技术的馈电贴片100上第三矩形贴片、第四矩形贴片及第五矩形贴片构成c形结构，如图1所示，馈电贴片100位于功能电路板202和功能电路板203之间，c形结构的开口部分朝向功能电路板203(与延伸贴片102有电耦合的功能电路板)，c形结构的折弯部分靠近功能电路板202，即第五矩形贴片靠近功能电路板202。
69.相比于馈电贴片100在功能电路板202和功能电路板203之间的其它设计位置，馈电贴片100在这种位置设计下，可降低功能电路板203消耗馈电贴片100上的电流辐射能量，有助于增强天线主瓣辐射、降低天线副瓣辐射。
70.还需要说明的是，通过调整功能电路板202、功能电路板203与馈电贴片100之间的距离以及馈电贴片100的宽度，可对如图3所示的反向电流路径长度进行调节，目的是降低天线副瓣辐射。
71.作为一种可选的实施例，介质基板为柔性介质基板。
72.具体地，本技术的介质基板为柔性介质基板，具体可选用成本较低的fr4(耐燃材料等级的代号)、pi(polyimide，聚酰亚胺)等介质构成介质基板，即本技术的天线为fpc(flexible printed circuit，柔性电路板)天线，具有重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。
73.另外，本技术的主电路板200和分布于主电路板200两侧的多个功能电路板均可为fpc电路板。
74.作为一种可选的实施例，耦合部a包括：
75.上表面通过导电胶与功能电路板203的下表面连接、下表面通过非导电胶与延伸贴片102的上表面连接的补强板。
76.具体地，本技术的耦合部a分为三层：第一层是导电胶；第二层是补强板；第三层是非导电胶。其中，导电胶的一个作用是将补强板粘在功能电路板203的下表面，另一个作用是具有导电属性，可参与延伸贴片102与功能电路板203的电耦合，以缩短延伸贴片102与功能电路板203之间的电耦合距离，电耦合效果更好；补强板的作用是保护功能电路板203上器件不易破碎；非导电胶的作用是将延伸贴片102粘在补强板的下表面，以实现延伸贴片102与功能电路板203的强耦合，之所以选用非导电胶，是因为延伸贴片102为导电贴片，非导电胶不会影响延伸贴片102原有的导电性。
77.比如，功能电路板203可为设有led(light-emitting diode，发光二极管)的发光电路板(不限于led灯功能，也可为设有传感器的检测电路板)，如图4所示，301为led灯；302为灯fpc；303为导电胶，厚度为0.1mm；304为补强板；104为非导电胶，厚度为0.1mm；102为延伸贴片。
78.需要说明的是，延伸贴片102与功能电路板203的电耦合程度可通过调整非导电胶层的厚度及延伸贴片102与功能电路板203的重叠面积来调节，具体是非导电胶层的厚度越厚，延伸贴片102与功能电路板203的电耦合程度越低；延伸贴片102与功能电路板203的重叠面积越大，延伸贴片102与功能电路板203的电耦合程度越高。
79.作为一种可选的实施例，功能电路板203为宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.2mm～0.4mm的电路板；补强板为宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.4mm～0.6mm的补强板。
80.具体地，本技术的功能电路板203的宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.2mm～0.4mm，如可选择宽度范围为8mm、长度范围为10mm、厚度范围为0.3mm的功能电路板。在此情况下，补强板的宽度范围为7.9mm～8.1mm、长度范围为9.9mm～10.1mm、厚度范围为0.4mm～0.6mm，如可选择宽度范围为8mm、长度范围为10mm、厚度范围为0.5mm的补强板。而延伸贴片102的长度可等于功能电路板203的长度，延伸贴片203的宽度可等于功能电路板203的宽度，以使延伸贴片102与功能电路板203基本完全重叠，延伸贴片102与功能电路板203的电耦合程度较高。
81.另外，本技术可对天线原有结构和增设延伸贴片及耦合部后的天线改进结构进行天线辐射方向图仿真，得到仿真对比结果：天线原有结构的方向性系数为2.88，副瓣辐射较明显；天线改进结构的方向性系数提高到3.4，同时副瓣辐射明显减弱，天线性能较优。
82.本技术还提供了一种电子设备，包括功能电路板及上述任一种天线。
83.本技术提供的电子设备的介绍请参考上述天线的实施例，本技术在此不再赘述。
84.作为一种可选的实施例，电子设备为手持控制器。
85.具体地，本技术的电子设备为手持控制器，与头戴显示装置配合组成vr、ar等穿戴式人机交互设备。
86.请参照图5，图5为本发明实施例提供的一种手持控制器的结构示意图。
87.作为一种可选的实施例，手持控制器包括：
88.手柄400；
89.与手柄400连接的支撑部401；功能电路板和天线设于支撑部401上；
90.与功能电路板连接的控制芯片，用于在接收到用户触发指令后，控制功能电路板启动。
91.具体地，本技术的手持控制器包括手柄400、支撑部401及控制芯片(图5中未示出)，还可包括触发按键402，其工作原理为：
92.手柄400供用户操控手持控制器的位置，手柄400具有抗冲击和耐磨特性，手柄400的材料可表现出耐热性、机械强度或刚性。手柄400的形状可以设计为圆柱形状，或手柄400的形状可以设计为弯曲形状以平衡手持控制器的重量，使其自然地搁置在用户的手掌顶部或用户的手指弯曲处，用户可以舒适地握住手持控制器而不会掉落它。
93.触发按键402位于手柄400的底面上，触发按键402可以被用户的手的食指或中指按压，触发按键402可以由橡胶或塑料制成。支撑部401附接到手柄400的端部并且具有环形表面(也可为其它形状)，功能电路板和天线均设于支撑部401上。控制芯片可设于手柄400内或其它位置，控制芯片分别与触发按键402和功能电路板连接。触发按键402被用户按压时，控制芯片可接收到用户触发指令，控制芯片在接收到用户触发指令后，会控制功能电路
板启动，以实现相应功能。
94.作为一种可选的实施例，功能电路板为led电路板；
95.控制芯片具体用于在接收到用户触发指令后，控制led电路板上的led灯亮。
96.具体地，本技术的功能电路板为led电路板，控制芯片在接收到用户触发指令后，会控制led电路板上的led灯403亮，头戴显示装置便可通过检测led灯403的灯光位置跟踪手持控制器的位置，比如手持控制器与头戴显示装置组成的人机交互设备为游戏设备，头戴显示装置可根据手持控制器的位置操纵游戏人物的动作，从而实现vr游戏体验。
97.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
98.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。