双极化天线模块及包括所述天线模块的电子设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于产生毫米波频率辐射的双极化天线模块。所述天线模块包括天线(2)和多个导电结构，所述天线(2)包括多个天线振子。


背景技术：

2.电子设备需要支持越来越多的无线信号技术，例如2g/3g/4g无线信号技术。对于即将到来的5g无线技术，频段扩大，不仅覆盖6ghz以下(sub-6ghz)频率，而且还覆盖42ghz等毫米波频率，因此需要在现有天线的基础上增加一些新的宽带天线。
3.在现有技术中，电子设备的天线设置在显示屏附近，使得显示屏不干扰天线的效率和频宽。但是，电子设备的屏占比尽可能大，使得天线的可用空间非常有限，导致天线大大减小，性能降低或者显示屏的大部分处于不活动状态。
4.此外，来自毫米波天线模块的辐射束经常由于外壳的导电部分产生限制和/或变形。边射毫米波天线的辐射受显示屏影响，而端射毫米波天线的辐射受导电侧架影响。反过来，这会影响智能手机等移动电子设备所需的全向覆盖。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种改进型天线模块。上述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
6.根据第一方面，提供了一种用于产生毫米波频率辐射的双极化天线模块。所述天线模块包括：天线，包括：至少一个第一天线振子，用于激励具有第一极化的第一电场，至少一个第二天线振子，用于激励具有第二极化的第二电场，其中，所述第一天线振子和所述第二天线振子在天线平面上延伸；第一导电结构和第二导电结构；由所述天线、所述第一导电结构和所述第二导电结构部分包围的各向异性介电空间，其中，所述介电空间的第一表面面向所述天线模块的外部，所述介电空间使得所述第一电场和所述第二电场在所述介电空间内从所述天线至少部分地传播到所述第一导电结构，并从所述第一表面辐射到所述外部。
7.这种天线模块非常灵活，可以很容易集成在任何移动电子设备或任何其它具有类似空间需求的设备中，同时仍然具有覆盖必要5g频段的宽带双极化波束赋形。所述天线模块的天线振子在与设备的参考接地相距很近的情况下也能工作，因此所述天线模块可以在其它现有组件的帮助下形成。所述介电空间有助于实现双极化毫米波频率辐射天线以及另一6ghz以下(sub-6ghz)频率的天线。
8.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述介电空间还包括多个接地条，所述多个接地条与所述天线平面对齐并将所述介电空间划分为第一介电空间和第二介电空间；所述第一介电空间在所述介电空间的所述第一表面和所述接地条之间延伸；所述第二介电空间在所述接地条和所述第二导电结构之间延伸。所述接地条9限定了所述介电空间7的各向异性参数，这使得所述具有第一极化的第一电场和所述具有第二极化的第二电场能
够使用不同的有效材料参数，因此能够在外壳的导电部分存在时实现双极化波束赋形。
9.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一天线振子和所述第二天线振子是端射天线振子；所述介电空间在所述端射天线振子的辐射方向上在所述天线和所述第一导电结构之间延伸，所述辐射方向与所述天线平面对齐。这样使得所述介电空间尽可能地大，因此使得所述天线的有效空间尽可能地大，从而提高了端射天线的带宽和增益。
10.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一介电空间在垂直于所述天线平面的方向上具有与所述第二介电空间不同的形状。这样使得所述天线模块适应所述天线模块待安装到的电子设备的其它现有组件。在一些实施例中，另一6ghz以下频率的天线由所述第一和第二导电结构以及所述介电空间设置。
11.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述介电空间在垂直于所述天线平面的方向上的高度h在从所述天线到所述第一导电结构的方向上逐渐减小；如果则所述第一电场和所述第二电场被限制在所述介电空间内，其中，λ是所述第一电场和所述第二电场的波长，εr是所述介电空间的有效相对介电常数；当时，所述第一电场和所述第二电场被辐射到所述介电空间和所述第一导电结构附近的空间中。通过保持所述介电空间内的电场能量，提高了效率并减少了天线边缘的衍射。此外，锥形的介电空间实现了所述天线和所述外部之间的波阻抗匹配。
12.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述天线振子的中心线与所述第一导电结构的边缘对齐。因此，最大程度地减少了所述第一导电结构对辐射方向的遮挡。由于所述天线振子相对于所述第一导电结构和所述第二导电结构设置得尽可能高，因此使得所述介电空间的高度h最大。因此，通过将所述第一和第二电场耦接到所述介电空间提高了天线效率，同时减少了天线边缘的衍射。
13.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述接地条的形状是导电图形，所述导电图形从所述天线向所述第一导电结构延伸。所述介电空间内的所述接地条的所述导电图像被配置为用于所述第一和第二电场的各向异性介电波导。因此，所述天线与所述第一导电结构和自由空间耦接，从而高效地朝与所述天线平面对齐的端射方向辐射。
14.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述导电图形包括至少两个由容性间隙隔开的线条、轨道和轨迹。因此，避免了所述接地条的所述导电图形和所述第一导电结构之间的电连接。此外，减小了天线接地(即所述第二导电结构)和所述第一导电结构之间的互电容。此时，部分由所述天线、所述第一导电结构和所述第二导电结构包围的所述介电空间被配置为以另一个6ghz以下频段工作的另一天线。
15.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一电场具有水平极化，所述第二电场具有垂直极化；所述第一电场垂直于所述接地条的导电表面延伸，使得所述第一天线振子利用所述第一介电空间和第二介电空间；所述第二电场平行于所述接地条的所述导电表面延伸，激励所述导电表面上的电流并使得所述第二天线振子只利用所述第一介电空间。通过利用整个介电空间7，最大程度地提高了水平极化的效率和增益。通过将所述第二电场与所述第二介电空间隔离，最大程度地提高了垂直极化的效率和增益。
16.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述导电图形包括在所述天线平面上对齐的线条、轨道和轨迹中的至少一个。所述接地条的所述导电图形的拓扑结构用于实现
所述天线振子和所述外部之间的阻抗匹配，这提高了双极化端射天线的带宽和增益。通过在平行于天线边缘的方向上减少线条的长度，最大程度地减少所述第一天线振子在所述导电图形上产生的电流，因此，所述接地条的所述导电图形下的所述介电空间作为所述第一电场的波导的一部分高效利用。通过在垂直于天线边缘的方向上增加线条的长度，最大程度地增加所述第二天线振子在所述导电图形上产生的电流，因此，所述接地条的所述导电图形下的所述介电空间有效地与所述第二电场的波导隔离。
17.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述介电空间还包括将所述介电空间耦接到所述天线的多个导体，所述导体至少部分平行于所述天线平面和所述辐射方向延伸。所述导体的拓扑结构用于将所述第二天线电场耦接到所述介电空间，从而减少天线模块边缘的衍射。因此，提高了所述第二端射天线的带宽和增益。
18.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述介电空间还包括将所述介电空间耦接到所述天线的多个导体，所述导体平行于所述天线平面且垂直于所述辐射方向延伸。所述导体的拓扑结构用于将所述第一天线电场耦接到所述介电空间，从而减少天线模块边缘的衍射并提高所述第一端射天线的带宽和增益。
19.根据第二方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括显示屏、后盖、在所述显示屏和所述后盖之间延伸的框架以及根据上文提供的至少一个天线模块；所述框架包括所述天线模块的所述第一导电结构；所述显示屏包括所述天线模块的所述第二导电结构；间隙在所述天线模块的所述天线振子、所述框架和所述显示屏之间延伸，至少容纳所述天线模块的所述介电空间；
20.所述天线模块设置为邻近所述后盖，从而所述介电空间的所述第一表面邻近所述后盖延伸，所述导体位于所述第一表面和所述后盖之间。所述电子设备可以具有大的显示屏，同时仍然具有覆盖必要5g频段的宽带。所述天线模块提供宽带操作所需的谐振频率。
21.在所述第二方面的一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括至少一个断层，所述断层形成于所述后盖和所述框架之间、形成于所述导体之间并沿所述介电空间的所述第一表面形成，所述断层使得所述第一电场和所述第二电场从所述天线模块辐射到所述天线模块的外部。
22.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括至少一个基板，所述基板支撑所述天线振子和所述接地条中的至少一个。由于所述天线模块部分使用其它现有组件形成，因此所述天线模块不仅具有足够空间，而且还可以与显示屏非常接近，即接地。
23.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述基板是印制电路板。这样使得所述天线模块的大部分被制成一个整体部件，大大方便了所述电子设备的组装。
24.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述介电空间的高度在所述后盖和所述显示屏之间测量。这样使得所述介电空间尽可能地大，因此使得所述天线的有效空间尽可能地大，从而提高了端射天线的带宽和增益。此外，这样有助于在同一空间中提供另一天线。
25.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述基板至少部分平行于所述显示屏延伸。
26.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述电子设备包括至少部分位于所
述间隙中的另一天线模块。这样提高了所述电子设备的带宽。
27.在所述第二方面的另一种可能的实现方式中，所述另一天线模块包括6ghz以下频率的天线。
28.这一方面和其它方面在下文描述的实施例中是显而易见的。
附图说明
29.在本发明的以下具体实施方式中，将参考附图中示出的示例性实施例详细地解释各方面、各个实施例和各种实现方式，在附图中：
30.图1为本发明一个实施例提供的电子设备的侧视示意图；
31.图2为本发明一个实施例提供的电子设备的俯视示意图；
32.图3为本发明一个实施例提供的天线模块的截面视图；
33.图4为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
34.图5为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
35.图6为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
36.图7和图8为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
37.图9至图11为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
38.图12至图17为本发明另一个实施例提供的天线模块的局部透视图；
39.图18a和图18b为本发明一个实施例提供的天线模块的局部透视图。
具体实施方式
40.图3和图4示出了用于产生毫米波频率辐射的双极化天线模块1的一个实施例。天线模块1包括天线2、第一导电结构5和第二导电结构6。各向异性介电空间7由天线2、第一导电结构5和第二导电结构6部分地包围。
41.如图5和图10所示，天线2包括在天线平面上延伸的至少一个第一天线振子3和至少一个第二天线振子4。第一天线振子3用于激励具有第一极化的第一电场f1。第二天线振子4用于激励具有第二极化的第二电场f2。
42.第一天线振子3和第二天线振子4可以是端射天线振子，在这种情况下，介电空间7在端射天线振子3,4的辐射方向d1上在天线2和第一导电结构5之间延伸，辐射方向d1与天线平面对齐。端射天线振子在耦接到介电空间7的边缘处产生双极化电场f1和f2。在该边缘处，双极化电场f1和f2被限制在介电空间7内。
43.介电空间7的第一表面8面向天线模块1的外部，即面向设置有天线模块1的电子设备12的外部。第一表面8最好设置为邻近后盖14延伸。
44.介电空间7使得第一电场f1和第二电场f2在介电空间7内从天线2至少部分地传播到第一导电结构5，并随后在与端射天线振子相对的边缘处从第一表面8辐射到外部。
45.图1和图2示出的电子设备12包括显示屏13、后盖14、在显示屏13和后盖14之间延伸的框架15以及至少一个天线模块1。框架15包括第一导电结构5。优选地，框架15是实心的且不包括任何通口，这些通口会降低框架强度且不耐用。这些通口通常填充有介电材料，并放置在天线振子附近，以使得辐射穿过通口辐射并进入电子设备的外部。介电空间7形成行波结构。天线模块1设置为邻近后盖14，并与框架15平行。后盖14可以由塑料、玻璃或陶瓷等
非导电材料制成，并且最好部分弯曲。
46.天线振子3,4的中心线(center line，cl)可以与第一导电结构5的边缘(即框架15的面对后盖14的对应边缘的那一边缘)对齐，如图3和图4所示。
47.显示屏13包括第二导电结构6。在一个实施例中，显示屏13覆盖电子设备12的整个前表面。显示屏13最好部分弯曲，例如与显示屏13的主平面相距90
°
和135
°
之间。
48.间隙16在天线振子3,4、框架15和显示屏13之间延伸，至少容纳介电空间7。也就是说，天线振子3,4、框架15和显示屏13形成介电空间7的边界。间隙16填充有介电材料，从而形成介电空间7并增大天线的有效空间。
49.至少一个断层17可以形成于后盖14和框架15之间、形成于导体11之间并沿介电空间7的第一表面8形成。断层17使得第一电场f1和第二电场f2从天线模块1辐射到天线模块1的外部。
50.介电空间7可以包括多个接地条9，如图5、图9至图11、图13、图14和图16清晰所示。接地条9的形状可以是导电图形，该导电图形从天线2向第一导电结构5延伸。该导电图形可以包括在天线平面上对齐的线条、轨道和轨迹中的至少一个。此外，导电图形可以包括至少两个由容性间隙10隔开的线条、轨道和轨迹。接地条9/导电图形最好与天线2和框架15的边缘垂直对齐。
51.电子设备12可以包括至少一个基板18，基板18支撑天线振子3,4以及接地条9中的至少一个。基板18可以是一个印刷电路板(printed circuit board，pcb)，也可以是几个堆叠的pcb。在一个实施例中，基板18至少部分平行于显示屏13延伸。
52.天线模块1设置为而临近后盖14，从而介电空间7的第一表面8邻近后盖14延伸。
53.介电空间7还可以包括多个导体11，这些导体将介电空间7耦接到天线2，更确切地说，耦接到第一天线振子3和第二天线振子4。导体11可以位于第一表面8和后盖14之间，如图7和图8所示。在一个实施例中，导体11至少部分平行于天线平面和辐射方向d1延伸，如图18a和图18b所示。在另一个实施例中，导体11平行于天线平面且垂直于辐射方向d1延伸，如图7和图8所示。
54.多个接地条9与天线平面对齐并将介电空间7划分为第一介电空间7a和第二介电空间7b。第一介电空间7a在介电空间7的第一表面8和接地条9之间延伸，第二介电空间7b在接地条9和第二导电结构6之间延伸。接地条9限定了介电空间7的各向异性参数，这使得具有两个不同的极化。
55.接地条9可以设置在第一介电空间7a的表面上，该表面基本上与第一表面8反向延伸，如图3、图4和图11所示。如果基板18延伸到第一介电空间7a之下，接地条9也可以设置在基板18之上，如图5所示。如果基板18延伸到第一介电空间7a之下，接地条9也可以设置在基板18之下，如图12至图17所示。这样使得天线模块1是一个整体件。
56.第一介电空间7a可以在垂直于天线平面和垂直于方向d1的方向d2上具有与第二介电空间7b不同的形状，使得整个介电空间7是不对称的。
57.在一个实施例中，第一电场f1具有水平极化，第二电场f2具有垂直极化。第一电场f1垂直于接地条9的导电表面9a延伸，使得第一天线振子3利用第一介电空间7a和第二介电空间7b，即整个介电空间7，因此最大限度地提高了水平极化的效率和增益。第二电场f2平行于接地条9的导电表面9a延伸，激励导电表面9a上的电流、使得第二天线振子4只利用第
一介电空间7a并将电场f2与第二介电空间7b隔离，因此最大限度地提高了垂直极化的效率和增益。
58.介电空间7在垂直于天线平面的方向d2上的高度可以在从天线2到第一导电结构5的方向上逐渐减小，从而使介电空间7(特别是第一介电空间7a)呈锥形。优选地，锥形基本上采用后盖14的内部形状。在一个实施例中，介电空间7的高度在后盖14和显示屏13之间测量。当介电空间7和7a逐渐变细时，表面阻抗不断变化。如果高度第一电场f1和第二电场f2被限制在介电空间7内，其中，λ是第一电场f1和第二电场f2的波长，εr是介电空间7的有效相对介电常数。当高度时，第一电场f1和第二电场f2不再被限制，而是被辐射到介电空间7和第一导电结构5附近的空间中，即辐射到设置有天线模块1的电子设备12的外部。换句话说，介电空间7保持并引导电场f1和电场f2面向框架15，即电子设备12的边缘，电场f1和电场f2然后主要在端射方向上从框架15的表面辐射出去。通过保持介电空间7内的电场能量，提高了效率并减少了天线2边缘的衍射。此外，锥形可以实现天线2和外部之间的匹配。
59.电子设备12可以包括至少部分位于间隙16中的另一天线模块19，如图6所示。另一天线模块19可以包括部分由框架15形成的6ghz以下(sub-6ghz)频率的天线。
60.本文已经结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但是，本领域技术人员在实践所请求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，能够理解和实现所公开实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举一些措施并不表示这些措施的结合不能被用于获取优势。
61.权利要求书中使用的附图标记不应当被解释为限制范围。