天线结构及具有该天线结构的电子设备的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及天线结构及电子设备。


背景技术：

2.随着无线通信技术的进步，移动电话、个人数字助理等电子装置不断朝向功能多样化、轻薄化、以及资料传输更快、更有效率等趋势发展。然而其相对可容纳天线的空间也就越来越小，而且随着无线通信技术的不断发展，天线的频宽需求不断增加。因此，如何在有限的空间内设计出具有较宽频宽及较佳效率的天线，是天线设计面临的一项重要课题。


技术实现要素：

3.本技术提供一种天线结构及具有该天线结构的电子设备，能够提高提升频宽并兼具最佳天线效率。
4.一种电子设备的天线结构，包括第一辐射部、第二辐射部及天线模块，所述第一辐射部及所述第二辐射部间隔设置，且均由所述电子设备的部分金属边框构成，所述天线模块设置于所述金属边框的内侧，且与所述金属边框，所述第一辐射部及所述第二辐射部间隔设置，所述天线模块于预设方向的投影与所述第一辐射部和/或所述第二辐射部于所述预设方向的投影至少部分重叠，所述天线模块，所述第一辐射部及所述第二辐射部共同激发多个辐射模态。
5.一种电子设备，包括上述所述的天线结构。
6.上述天线结构及具有该天线结构的电子设备可激发出多个辐射模态，且可不受限于高屏占比屏幕及高金属包覆率等金属环境影响，进而可有效大幅地提升带宽及效率。
附图说明
7.图1为本技术实施例提供的天线结构应用至电子设备的示意图；
8.图2为本技术实施例提供的天线结构应用至另一电子设备的示意图；
9.图3为本技术实施例提供的天线结构应用至另一电子设备的示意图；
10.图4为本技术实施例提供的电子设备的侧面示意图；
11.图5为本技术实施例提供的电子设备的另一侧面示意图；
12.图6为图5所示电子设备于另一角度下的示意图；
13.图7为图5所示天线结构的截面示意图；
14.图8为图5所示电子设备的另一示意图；
15.图9为本技术实施例提供的天线结构的电流走向示意图；
16.图10为本技术实施例提供的天线结构中第一辐射部及第二辐射部的s参数(散射参数)曲线图；
17.图11为本技术实施例提供的天线结构中第一辐射部及第二辐射部的总效率曲线图；
18.图12为本技术实施例提供的天线结构中天线模块的s参数(散射参数)曲线图；
19.图13为本技术实施例提供的天线结构中天线模块的总效率曲线图；
20.图14为本技术实施例提供的天线结构中天线模块工作于28ghz模态时的2d辐射场型图；
21.图15为本技术实施例提供的天线结构中天线模块工作于28ghz模态时的3d辐射场型图；
22.图16为本技术实施例提供的天线结构中天线模块工作于39ghz模态时的2d辐射场型图；
23.图17为本技术实施例提供的天线结构中天线模块工作于39ghz模态时的3d辐射场型图；
24.图18为本技术实施例提供的天线结构中天线模块的实测增益(realized gain)累积分布函数(cumulative distribution function)曲线图。
25.主要元件符号说明
[0026][0027]
[0028]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。
具体实施方式
[0029]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0030]
需要说明的是，本技术实施例中“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技术中的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本技术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，不是旨在于限制本技术申请。
[0031]
应理解，本技术中除非另有说明，“/”表示或的意思。例如，a/b可以表示a或b。本技术中的“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。
[0032]
需要说明的是，本技术实施例中，“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。在本技术实施例的描述中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“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。
[0033]
需要说明的是，本技术实施例中，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技术和简化描述，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技术的限制。
[0034]
请一并参阅图1至图3，可以理解，本技术实施例提供一种天线结构100，其可应用于一电子设备200，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述电子设备200可以为手持式通信装置(例如移动电话)，折叠机，智能穿戴装置(例如手表，耳机等)，平板电脑，个人数字助理(personal digital assistant，pda)等，在此不做具体限制。
[0035]
例如，如图1，所述天线结构100可应用至电子设备200中，所述电子设备200为手机。如图2，所述天线结构100可应用至电子设备200中，所述电子设备200为手表。如图3，所述天线结构100可应用至电子设备200中，所述电子设备200为平板电脑。如图1至图3，所述天线结构100可设置于图中所示区域200a。所述区域200a为所述电子设备200设置有缝隙200b的位置或区域。
[0036]
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、全球定位系统(global positioning system，gps)通信技术、无线保真(wireless fidelity，wi-fi)通信技术、全球移动通信系统(global system for mobile communications，gsm)通信技术、宽频码分多址(wideband code division multiple 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。
[0037]
在本技术实施例中，以所述电子设备200为手机为例加以说明。
[0038]
请一并参阅图4，在其中一实施例中，所述电子设备200至少包括壳体201及显示单元202。所述壳体201至少包括边框203及背板204(参图5)。所述边框203由金属或其他导电材料制成。所述边框203上开设有缺口205。
[0039]
请一并参阅图5，所述背板204可由金属或其他导电材料制成。所述边框203设置于所述背板204的边缘，并与所述背板204共同形成一容置空间206(参图6)。所述边框203相对所述背板204的一侧设置有一开口(图未标)，用于容置所述显示单元202。所述显示单元202具有一显示平面，该显示平面裸露于该开口。可以理解，所述显示单元202可结合触摸传感器组合成触控屏。触摸传感器又可称为触控面板或触敏面板。
[0040]
可以理解，在本技术实施例中，所述显示单元202具有高屏占比。即所述显示单元202的显示平面的面积大于70％的电子设备的正面面积，甚至可以做到正面全屏幕。具体的，在本技术实施例中，所述全屏幕是指除了所述天线结构100上开设的必要的槽孔以外，所述显示单元202的左侧、右侧、下侧均可无缝隙地连接至所述边框203。
[0041]
请再次参阅图4，在其中一个实施例中，所述天线结构100包括天线模块11。所述天线模块11设置于所述壳体201内，且对应所述缺口205设置。
[0042]
可以理解，在其中一个实施例中，所述天线模块11可以为5g毫米波(mmwave)天线，其可激发28ghz模态的28ghz频段(频率范围27.5-28.35ghz)及39ghz模态的39ghz频段(频率范围37-40ghz)。
[0043]
可以理解，在其中一个实施例中，所述天线模块11与所述边框203间隔设置。例如，在其中一个实施例中，所述天线模块11可与所述边框203平行且间隔设置。又如，在另外一个实施例中，所述天线模块11可与所述边框203不平行且间隔设置。可以理解，所述天线模块11与所述边框203之间的距离可以依照所属的频率进行调整。
[0044]
可以理解，在其中一个实施例中，所述天线模块11对应所述缺口205设置，所述缺口205内可填充绝缘材料，例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限。另外，所述缺口205可遮蔽或部分遮蔽所述天线模块11。例如，在其中一个实施例中，所述缺口205的尺寸大于或等于所述天线模块11的尺寸，且所述缺口205于第一方向(例如图中所示z轴方向)的投影完全遮蔽所述天线模块11于所述第一方向的投影。此时，所述边框203的金属部分(例如第一部分207和/或第二部分208)不遮蔽所述天线模块11。在另外一个实施例中，所述缺口205的尺寸小于所述天线模块11的尺寸，且所述缺口205于所述第一方向的投影部分遮蔽所述天线模块11于所述第一方向的投影。此时，所述边框203的金属部分(例如第一部分207和/或第二部分208)亦遮蔽部分所述天线模块11。或者，于另外的实施例中，虽然所述缺口205的尺寸大于或等于所述天线模块11的尺寸，但所述缺口205于所述第一方向的投影仅部分遮蔽所述天线模块11于所述第一方向的投影。此时，所述边框203的金属部分(例如第一部分207和/或第二部分208)亦遮蔽部分所述天线模块11。
[0045]
可以理解，请再次参阅图5，在本技术实施例中，所述边框203上还开设有所述缝隙200b。所述缝隙200b隔断所述边框203，以将所述边框203划分为间隔设置的第一部分207及第二部分208。在其中一个实施例中，所述缝隙200b可与所述缺口205连通，并填充有绝缘材料，例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限。可以理解，在其中一个实施例中，所
述缝隙200b的宽度大致为1mm-2mm。
[0046]
可以理解，在本技术实施例中，所述第一部分207及第二部分208可不作为独立的天线辐射体。当所述第一部分207及第二部分208不作为独立的天线辐射体时，所述天线模块11可将信号耦合至所述第一部分207及第二部分208，即所述第一部分207及第二部分208以耦合方式达到辐射。即所述第一部分207及第二部分208作为耦合辐射体。当然，在本技术实施例中，所述第一部分207及第二部分208与所述天线模块11的耦合距离可以根据需要的阻抗进行调整，以达到最大频宽与最佳效率。
[0047]
可以理解，在其他实施例中，所述第一部分207及第二部分208可设置相应的馈入源，以作为独立的辐射体(参下详述)，进而工作于相应的频段。
[0048]
当然，在其他实施例中，所述第一部分207及第二部分208也可直接不作为辐射体，即不参与信号的耦合及辐射。
[0049]
请一并参阅图6及图7，其中，图6为所述电子设备200于另一角度下的示意图。图7为所述电子设备200的截面示意图。在本技术实施例中，所述电子设备200中的壳体201还包括接地面209及中框210。
[0050]
所述接地面209可由金属或其他导电材料制成。所述接地面209可设置于所述边框203与所述背板204共同围成的所述容置空间206内，且连接至所述背板204。
[0051]
所述中框210由金属或其他导电材料制成。所述中框210的形状及尺寸可略小于所述接地面209。所述中框210叠设于所述接地面209上。在本实施例中，所述中框210为设置于所述显示单元202与所述接地面209之间的金属片。所述中框210用于支撑所述显示单元202、提供电磁屏蔽、及提高所述电子设备200的机构强度。
[0052]
可以理解，在本实施例中，所述边框203、所述背板204、所述接地面209及所述中框210可以构成一体成型的金属框体。所述背板204、所述接地面209及所述中框210为大面积金属，因此可共同构成所述天线结构100的系统接地面(图未标)。
[0053]
可以理解，在其他实施例中，所述电子设备200还可以包括以下一个或多个组件，例如处理器、电路板、存储器、电源组件、输入输出电路、音频组件(例如麦克风及扬声器等)、多媒体组件(例如前置摄像头和/后置摄像头)、传感器组件(例如接近传感器、距离传感器、环境光传感器、加速度传感器、陀螺仪、磁传感器、压力传感器及/或温度传感器等)等，在此不再赘述。
[0054]
请一并参阅图8，在本技术实施例中，所述天线结构100还至少包括第一馈入源12、连接部13、切换单元14、第二馈入源15及接地部16。
[0055]
可以理解，在本技术实施例中，所述第一馈入源12为单极天线馈入源。所述第一馈入源12设置于所述第一部分207的内侧。所述第一馈入源12的一端可通过弹片、微带线、条状线、同轴电缆等方式电连接至所述第一部分207，以馈入电流信号至所述第一部分207，即使得所述第一部分207构成相应的天线辐射体。所述第一馈入源12的另一端电连接至所述系统接地面，即接地。
[0056]
所述连接部13设置于所述第一部分207的内侧。所述连接部13可以为接地部或者高频调节器(middle band conditioner，mbc)。所述mbc可以为电感和/或电容。所述连接部13设置于所述第一部分207靠近所述缝隙200b的位置。所述连接部13的一端电连接至所述第一部分207，另一端电连接至所述系统接地面，即接地。当所述连接部13为mbc时，其用以
n77模态及5g n78模态。所述第三辐射频段的频率包括3400-3800mhz，3300-4200mhz，3300-3800mhz，即为3300-4200mhz。所述第四工作模态包括5g n79模态。所述第四辐射频段的频率包括4400-5000mhz。
[0067]
即，在本技术实施例中，路径p1为lte-a低频模态的辐射电流路径。路径p2为lte-a中，高频模态的辐射电流路径。路径p3为超高频模态，5gn77模态及5g n78模态的辐射电流路径。路径p4为5g n79模态的辐射电流路径。
[0068]
可以理解，请再次参阅图8，所述第二部分208构成所述天线结构100的第二辐射部，所述第二辐射部为回路(loop)天线。当电流自所述第二馈入源15馈入时，所述电流将经一第二匹配电路(图未示)馈入所述第二部分208，且馈入电流经所述第二部分208的末端(例如图中右侧末端)流至所述缝隙200b(参路径p5)，进而激发一第五工作模态以产生第五辐射频段的辐射信号。
[0069]
当电流自所述第二馈入源15馈入时，所述电流将经所述第二匹配电路馈入所述第二部分208，所述第二部分208流经所述接地部16且流至所述缝隙200b(参路径p6)，进而激发一第六工作模态以产生第六辐射频段的辐射信号。
[0070]
当电流自所述第二馈入源15馈入时，所述电流将经所述第二匹配电路馈入所述第二部分208，且经所述第二部分208流至所述第二部分208的末端(例如图中右侧末端，参路径p7)，进而激发一第七工作模态以产生第七辐射频段的辐射信号。
[0071]
在本技术实施例中，所述第五工作模态包括全球定位系统(global positioning system，gps)模态。所述第五辐射频段的频率为1575mhz。所述第六工作模态为wifi 2.4ghz模态。所述第六辐射频段的频率为2400-2484mhz。所述第七工作模态为wifi 5ghz模态。所述第七辐射频段的频率均为5150-5850mhz。即路径p5为gps模态的辐射电流路径。路径p6为wifi 2.4ghz模态的辐射电流路径。路径p7为wifi 5ghz模态的辐射电流路径。
[0072]
图10为所述天线结构100中第一辐射部及第二辐射部的s参数(散射参数)曲线图。其中，曲线s101为所述第一辐射部的s11值。曲线s102为所述第二辐射部的s11值。
[0073]
图11为所述天线结构100中第一辐射部及第二辐射部的总效率曲线图。其中，曲线s111为所述第一辐射部的总效率值。曲线s112为所述第二辐射部的总效率值。
[0074]
图12为所述天线结构100中天线模块11的s参数(散射参数)曲线图。其中，曲线s121为所述天线模块11工作于28ghz模态时的s11值。曲线s122为所述天线模块11工作于39ghz模态时的s11值。
[0075]
图13为所述天线结构100中天线模块11的总效率曲线图。其中，曲线s131为所述天线模块11工作于28ghz模态时的总效率值。曲线s132为所述天线模块11工作于39ghz模态时的总效率值。
[0076]
请一并参阅图14及图15，分别为所述天线结构100中天线模块11工作于28ghz模态时的2d辐射场型图及3d辐射场型图。
[0077]
请一并参阅图16及图17，分别为所述天线结构100中天线模块11工作于39ghz模态时的2d辐射场型图及3d辐射场型图。
[0078]
请一并参阅图18，为所述天线结构100中天线模块11的实测增益(realized gain)累积分布函数(cumulative distribution function，cdf)曲线图。其中，曲线s181为所述天线结构100中天线模块11工作于28ghz模态时的实测增益(realized gain)累积分布函数
(cumulative distribution function)曲线图。曲线s182为所述天线结构100中天线模块11工作于39ghz模态时的实测增益(realized gain)累积分布函数(cumulative distribution function)曲线图。
[0079]
表1实测增益累积分布函数对应表
[0080][0081]
显然，所述天线结构100可有效提升频宽并兼具最佳天线效率。所述天线结构100可涵盖低、中、高频、超高频、5g n77、5g n78、5g n79、gps、wi-fi 2.4g、wi-fi 5g、5g 28ghz和5g 39ghz频段，并大幅提升其频宽与天线效率，亦可涵盖全球频段之应用，以及支援lte-a的载波聚合应用(carrier aggregation，ca)要求。
[0082]
也就是说，所述天线结构100可产生各种不同的工作模态，例如低频模态、中频模态、高频模态、超高频模态、5g n77、5g n78、5g n79、gps、wi-fi 2.4g、wi-fi 5g、5g 28ghz和5g 39ghz模态，涵盖全球常用的通信频段。具体而言，所述天线结构100在低频可涵盖gsm850/900/wcdma band5/band8/band13/band17/band20，中频可涵盖gsm 1800/1900/wcdma 2090(1710-2170mhz)，高频涵盖lte-a band7、band40、band41(2300-2690mhz)，超高频涵盖3400-3800mhz、以及5g的新频谱范围包括n77(3300-4200mhz)、n78(3300-3800mhz)与n79(4400-5000mhz)。另可涵盖gps(1575mhz)、wi-fi 2.4g(2400-2484mhz)及wi-fi 5g(5150-5850mhz)。所述天线结构100的设计频段可应用于gsm qual-band、umts band i/ii/v/viii频段以及全球常用lte 850/900/1800/1900/2090/2300/2500频段的操作。所述天线结构100还结合毫米波(mmwave)的天线模块11，将5g mmwave的天线模块11放置于两天线辐射体(即第一部分207及第二部分208)之间的断点(即缝隙200b)内侧区域，并使得所述天线模块11于某一方向的投影与所述第一部分207和/或第二部分208于所述方向的投影至少部分重叠，即所述第一部分207和/或第二部分208遮蔽所述天线模块11。所述天线模块11可涵盖28ghz频段与39ghz频段(频率范围27.5-28.35ghz与37-40ghz)，且可不受限于高屏占比屏幕及高金属包覆率等金属环境影响，进而可有效大幅地提升带宽及效率。
[0083]
当然，在本技术实施例中，所述天线结构100不局限于上述所述频段。具体地，所述天线结构100的外形，长度和/或宽度等，可依据所需的频率做调整。即所述天线结构100的工作频段可根据具体需求，通过调节其外形，长度和/或宽度等参数来实现。
[0084]
以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案
进行修改或等同替换都不应脱离本技术技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本技术精神内做其它变化等用在本技术的设计，只要其不偏离本技术的技术效果均可。这些依据本技术精神所做的变化，都应包含在本技术所要求保护的范围之内。