CN109273865B - 一种终端设备的天线系统及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种终端设备的天线系统及终端设备，用于减少天线系统的占用设备外壳的面积。该天线系统包括，设备外壳，包括第一边框，通过所述第一边框形成第一天线；毫米波阵列天线，镶嵌在所述第一边框上；其中，所述第一天线的工作频段低于所述毫米波阵列天线的工作频段。

Description

一种终端设备的天线系统及终端设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种终端设备的天线系统及终端设备。

背景技术

毫米波是指频率在30GHz-300GHz范围内的电磁波，波长范围为1mm-10mm。第五代移动通信技术(the 5th generation，5G)中支持的频段为，28GHz(27.5～28.35GHz)，37GHz(37GHz～38.6GHz)和39GHz(38.6GHz～40GHz)。37GHz和39GHz恰好处于毫米波频段，因此，众多厂商利用毫米波阵列天线来满足5G终端设备的需求。

目前，毫米波阵列天线由于损耗较大，一般单独使用很难满足终端设备的需求。一般是在终端设备上同时设置毫米波阵列天线和传统天线，通过将毫米波阵列天线设置在终端设备的设备外壳的一个边框上，将传统天线设置终端设备的设备外壳的另一个边框上，传统天线和毫米波阵列天线协同工作，构成天线系统，从而满足终端设备的通信需求。但是这种情况下，天线系统占用的终端设备的边框面积较大。

发明内容

本申请实施例提供一种终端设备的天线系统及终端设备，用于减少天线系统的占用设备外壳的面积。

本申请实施例的技术方案如下：

第一方面，提供一种终端设备的天线系统，包括：

设备外壳，包括第一边框，通过所述第一边框形成第一天线；

毫米波阵列天线，镶嵌在所述第一边框上；

其中，所述第一天线的工作频段低于所述毫米波阵列天线的工作频段。

本申请实施例中，通过将毫米波阵列天线直接镶嵌在第一天线中，使得第一天线和毫米波阵列天线可以同时占用相同的设备外壳的空间，从而减少了整体占用的设备外壳的面积，满足终端设备的外壳的轻薄化发展趋势。且，毫米波阵列天线和第一天线协同工作，满足终端设备的通信需求。

可选的，所述毫米波阵列天线包括至少一个毫米波阵列天线元件，所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件包括：

基板，所述基板包括处于同一表面上的第一导体层和第二导体层，所述第一导体层与所述第二导体层之间设置有绝缘材料填充的缝隙，所述第一导体层与所述终端设备的主板上的地线连接；

至少一个辐射单元，所述至少一个辐射单元设置在所述第二导体层上，所述至少一个辐射单元镶嵌在所述第一边框上。

本申请实施例中，该毫米波阵列天线元件包括第一导体层作为天线的接地部分；绝缘材料用于激励电磁波；第二导体层上可以设置多个辐射单元，从而提高毫米波阵列天线元件收发信号的强度。且，直接将辐射单元镶嵌在第一边框上，也就是说，辐射单元是朝设备外壳外部设置的，避免了设备外壳遮挡辐射单元，影响毫米波阵列天线元件的收发信号的情况。

可选的，所述第一边框上设置有与所述至少一个辐射单元中每个辐射单元相适配的安装孔；

其中，所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件中的所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元嵌入所述安装孔，以使所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件镶嵌在所述第一边框上。

本申请实施例中，直接在第一边框上设置相应的安装孔，毫米波阵列天线元件中的每个辐射单元设置在相应的安装孔里，安装简单方便。且，安装孔同时还起到定位作用，使得镶嵌毫米波阵列天线元件的位置更加准确。

可选的，所述基板的形状为长方体、正方体或者圆柱体。

本申请实施例中，提供了多种形状的基板，可以根据第一边框的具体形状，灵活设置基板的形状，使得基板能够适应不同类型的第一边框。

可选的，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的形状为圆柱体或圆锥体。

辐射单元是用于收发信号，设置成圆柱体或者圆锥体等规则形状，方便设置在第一边框上的安装孔的形状，简化天线系统的生产工艺。

可选的，所述天线系统还包括：

第一射频电路，分别与所述第一天线和所述终端设备的处理器连接，接收所述第一天线发送的射频信号，将射频信号转换成数字信号，并向所述处理器发送数字信号，或，接收所述处理器发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，并向所述第一天线发送射频信号；

第二射频电路，分别与所述毫米波阵列天线和所述处理器连接，接收所述毫米波阵列天线发送的射频信号，将射频信号转换成数字信号，并向所述处理器发送数字信号，或，接收所述处理器发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，并向所述毫米波阵列天线发送射频信号。

本申请实施例中，天线系统还包括第一射频电路和第二射频电路，两个射频电路负责两种不同类型天线的信号处理，避免同一射频电路处理两种不同类型天线信号相互干扰的情况。

可选的，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的直径为10mm～25mm，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的高度为3mm～20mm。

本申请实施例中，辐射单元的直径和高度不宜过大，与设备外壳的直径或者高度等相适应。

可选的，所述第一边框为位于所述终端设备顶部的边框、所述终端设备底部的边框或者所述终端设备侧边的边框。

第一边框可以是终端设备的任意一个方向的边框，不同的方向设置第一天线有不同的好处。将终端设备顶部的边框设置为第一边框，在终端设备正常使用的情况下，便于第一天线以及毫米波阵列天线接收信号或者发送信号。将终端设备侧边的边框设置为第一边框，终端设备的侧边通常长度较长，从而可以设置更多的第一天线或者是镶嵌更多的毫米波阵列天线元件，提供终端设备的通信质量。将终端设备底部的边框设置为第一边框，可以在终端设备倒置的时候，便于第一天线以及毫米波阵列天线接收信号或者发送信号。

第二方面，提供一种终端设备，包括如第一方面中任一所述的天线系统。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本申请实施例提供的一种终端设备的天线系统的结构示意图；

图1b为本申请实施例提供的一种设备外壳的结构示意图；

图1c为本申请实施例提供的一种设备外壳的结构示意图；

图2a为本申请实施例提供的一种基板的结构示意图；

图2b为本申请实施例提供的一种基板的剖面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第一边框的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第一边框的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的天线系统与终端设备的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种终端设备的天线系统的结构示意图。

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。

为了减少天线系统的占用设备外壳的面积，本申请实施例提供一种终端设备的天线系统。该天线系统用于辅助终端设备的通信。终端设备包括手机、个人计算机(personalcomputer，PC)和平板电脑(portable android device，PAD)等，本文不对终端设备的具体类型进行限制。请参照图1a，该天线系统包括设备外壳110和毫米波阵列天线120，设备外壳110包括第一边框111，通过第一边框111形成第一天线130，毫米波阵列天线120镶嵌在第一边框111上。

具体来说，设备外壳110可以理解为终端设备的机身，设备外壳110可以有很多种结构，下文对设备外壳110的结构进行示例说明。

请参照图1b，该设备外壳110包括四个边框，以及容纳终端设备本体的容纳部116，四个边框包括设置在顶部的第五边框112、底部的第二边框114、侧边的第三边框113和侧边的第四边框115，终端设备的四个边框围绕容纳部116设置。第一边框111可以是顶部的第五边框112、底部的第二边框114、侧边的第三边框113和侧边的第四边框115中的任意一个边框或者多个边框。顶部是指在终端设备正常使用时，距离用户最远的一边，距离用户最近的一边可以理解为底部，与顶部相互垂直的两边为第一侧边和第二侧边。该设备外壳110的结构简单，制作成本较低。

为了使得设备外壳的外观质感较好，设备外壳的容纳部116、四个边框的材料一般均是金属，但是金属对信号有较强的屏蔽作用。因此，为了避免容纳部116屏蔽第一天线130和毫米波阵列天线120的传输的信号，请参照图1c，设备外壳110包括顶部的第五边框112、底部的第二边框114、第一侧边的第三边框113、第二侧边的第四边框115、第一纳米注塑部117和第二纳米注塑部118。第一纳米注塑部117用于连接第五边框112和容纳部116，第二纳米注塑部用于连接第二边框114和容纳部116。纳米注塑部是指通过纳米注塑工艺形成的部分，纳米注塑工艺是指在金属表面经过纳米化学构型工艺处理，从而在金属表面形成纳米级微孔，然后注入塑胶至纳米级微孔中，从而形成纳米注塑部。

第一边框111可以是第五边框112、第二边框114、第三边框113和第四边框115中的任意一个边框或者多个边框。第一边框111一般设置两个，分别为设备外壳110的第五边框112以及第二边框114。由于第一纳米注塑部117和第二纳米注塑部118是塑料材质，对信号屏蔽作用相对金属较小，与第五边框112以及第二边框114接触的均是塑料材质，从而避免了金属的屏蔽，提高了天线的传输信号的质量。

通过第一边框111形成第一天线130，可以理解为第一边框111集成了第一天线130的功能，也可以理解为第一边框111就是第一天线130。但是为了便于在图中区分第一边框111和第一天线130两个名称，第一边框111和第一天线130用不同的标号表示。第一天线130的类型可以是倒F(Inverted-F，IFA)天线、陶瓷天线、单极子(Monopole)天线或环形(loop)天线等，本文不对第一天线130的类型进行具体限制。形成第一天线130的方式例如可以是，通过注塑方式形成第一天线130，或者可以是刻蚀的方式形成第一天线130。注塑方式具体为，在基板上注塑形成辐射单元。该方法适用形成多种类型的第一天线130。刻蚀的方式具体为，第一边框采用陶瓷，在第一边框上形成油漆层，在油漆层上刻蚀凹陷区，在凹陷区成型天线，成型的方式可以是化学镀或者机械镀的方式。该方法适用于形成陶瓷天线，该方法制作的第一天线130以及第一边框111的结构稳定性较好，不宜弯折或者变形等。

第一天线130与毫米波阵列天线120均是天线，但是第一天线130是指工作频段低于毫米波阵列天线120的工作频段的天线。低于是指第一天线130工作的最大频率小于毫米波阵列天线120工作的最小频率。毫米波阵列天线120的工作频段是20GHz-60GHz。也就是说，第一天线130的工作的最大频率小于30GHz。例如，第一天线130为Sub-6G天线，该天线的工作频率小于6GHz。

具体来说，毫米波阵列天线120包括一个或者多个毫米波阵列天线元件，图1a中是以毫米波阵列天线120包括第一毫米波阵列天线元件121和第二毫米波阵列天线元件122为例，但是实际上不限制毫米波阵列天线元件的个数。当毫米波阵列天线120包括多个毫米波阵列天线元件时，毫米波阵列天线120所包括的毫米波阵列天线元件的结构均相同，下面以第一毫米波阵列天线元件121为例，对毫米波阵列天线120所包括的毫米波阵列天线元件的结构进行说明。请参照图2a，第一毫米波阵列天线元件121包括基板210和设置在基板210上的辐射单元220。本申请实施例中的辐射单元220可以用于接收信号，也可以用于发射信号。

基板210的形状可以是长方体、正方体或者圆柱体等，本文不对基板210的具体形状进行限制。在实际生产过程中，为了保证终端设备的美观程度，可以将基板210的形状设置成与第一边框111的形状相似的形状。例如，当第一边框111为矩形时，基板210的形状可以设置成长方体。基板210的结构有很多种形式，下面对基板210的结构进行示例说明。

例如，请参照图2b，图2b为基板210的剖面图，该基板210包括第一导体层211和第二导体层213，第一导体层211和第二导体层213处于同一水平面上。第一导体层211和第二导体层213之间设置有绝缘材料212填充的缝隙，绝缘材料212作为毫米波阵列天线120的介质，用于激励电磁波。第二导体层上还设置有至少一个辐射单元220和馈电点214。第一导体层211与终端设备主板上的地线连接，第二导体层213上的馈电点214与辐射单元220之间通信连接。馈电点214一般设置在第二导体层213的角落的任意一个角的位置上，方便与其它电路连接。例如，第二导体层213的横截面为矩形时，馈电点214可以设置在矩形的四个角的位置上。

辐射单元220的数量可以是一个或者多个。辐射单元220的数量过多，收发信号的强度越大，但是辐射单元220的数量过多，可能无法适应设备外壳110的尺寸。图2a中是以辐射单元220的数量为四个(如图4中的第一辐射单元221、第二辐射单元222、第三辐射单元223和第四辐射单元224)为例，辐射单元220为4个的毫米波阵列天线元件相对于辐射单元220为1个的毫米波阵列天线元件，毫米波阵列天线元件收发信号的质量更好，当然不限制辐射单元220的数量。辐射单元220的形状可以有很多种，例如圆柱体或者圆锥体。将辐射单元220设置成对称结构的形状，从而可以方便设置第一边框111的安装孔300的形状。图2a中是以辐射单元220为圆柱体为例，但是实际上不限制辐射单元220的形状。当辐射单元220的数量为多个时，所有辐射单元220的形状和大小都相同。

辐射单元220的直径为10mm～25mm，辐射单元220的高度为3mm～20mm。由于第一边框111的长度较长，因此，辐射单元220的最大直径更大。而第一边框111的厚度较小，因此辐射单元220的高度的最大值相对更小。但是，通常辐射单元220的高度越大，辐射单元220的收发效果更好。另外，在相同参数下，一般平面阵列的增益比共形阵列的增益大。因此，辐射单元220为圆锥体的时候，辐射单元220直径一般取25mm。因为辐射单元220的直径越大，圆锥体的曲面曲率越小，锥面就越接近平面，因此，辐射单元220的增益就越大。天线增益是指，在输入功率相等的条件下，实际辐射单元与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，用于定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。但是辐射单元220的直径取值受限于基板210的大小，因此，辐射单元220的直径不宜设置得过大。

毫米波阵列天线120可以是直接粘在第一边框111上。或者为了固定毫米波阵列天线120的位置，毫米波阵列天线120可以是镶嵌在第一边框111上。具体来说，第一边框111上设置有安装孔300，一个安装孔300与一个毫米波阵列天线元件相适配，一个毫米波阵列天线元件嵌入安装孔300中。下面对毫米波阵列天线120镶嵌在第一边框111进行具体说明。

例如，请参照图3，一个安装孔300与一个毫米波阵列天线元件中的所有辐射单元220整体相适配，将每个毫米波阵列天线元件121嵌入至每个安装孔300中。例如，直接将第一毫米波阵列天线元件121的所有辐射单元220卡设在安装孔300中，从而实现毫米波阵列天线120镶嵌在第一边框111上。图3中是以安装孔300的形状为正方体为例，本文不限制安装孔300的形状。该镶嵌方式可以相对减少开设的安装孔300的数量，从而节省生产天线系统的步骤，有利于提高生产天线系统的效率。

或者例如，请参照图4，第一边框111上设置有与辐射单元220的数量相同的安装孔300，每个毫米波阵列天线元件中的每个辐射单元220嵌入每个安装孔300。可以理解为，每个安装孔300与第一毫米波阵列天线元件121的每个辐射单元220相适配。相适配可以理解为，每个安装孔300的尺寸与每个辐射单元220的尺寸相适配，每个安装孔300的形状与每个辐射单元220的形状相适配。例如，第一毫米波阵列天线元件121的四个辐射单元220分别嵌入在四个安装孔300中，第一毫米波阵列天线元件121就镶嵌在了第一边框111上。图4是安装孔300的数量为4个、安装孔300的形状为圆形为例，但是实际上不限制安装孔300的数量和形状。该镶嵌方式可以相对减少安装孔300的面积，避免安装孔300占用面积过大。且，该镶嵌方式的安装孔300可以起到定位作用，从而方便后期生产操作。

为了使得该天线系统中的毫米波阵列天线120和第一天线130可以协同工作而不相互干扰。请参照图5，该天线系统还包括第一射频电路510和第二射频电路520。第一射频电路510可以接收第一天线130发送的射频信号，或者向第一天线130发送射频信号；第二射频电路520可以接收毫米波阵列天线120发送的射频信号，或者向毫米波阵列天线120发送射频信号。第一射频电路510和第二射频电路520可以是集成在一个印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)上，或者分别设置在两个PCB上。处理器530一般是设置在终端设备的主板上。

具体来说，第一射频电路510上设置有馈电线，馈电线通过金属走线与第一天线130的馈电点的连接，第一射频电路510还与终端设备的处理器530连接。同样的，第二射频电路520上设置有馈电线，通过金属走线与毫米波阵列天线120的馈电点214连接，第二射频电路520，还与终端设备的处理器530连接。第一射频电路510，接收第一天线130发送的射频信号之后，将射频信号转换成数字信号，并向处理器530发送数字信号。或者，接收处理器530发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，将该射频信号发送给第一天线130。第二射频电路520，接收毫米波阵列天线120发送的射频信号，将射频信号转换成数字信号，并向处理器530发送数字信号。或者，接收处理器530发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，并向毫米波阵列天线120发送射频信号。

由于第一边框111是直接暴露在外的，因此为了保护第一边框111。请参照图6，该天线系统还包括非金属保护单元600，该非金属保护单元600用于保护第一边框111。

具体来说，例如，非金属保护单元600的材料是聚碳酸酯、合成树脂或者二氧化硅等。非金属保护单元600可以是直接喷涂在第一边框111上的，或者非金属保护单元600可以是经过成型处理之后，直接嵌套在第一边框111上的。

在前文描述的天线系统的基础上，本申请实施例还提供一种终端设备，该终端设备包括前文描述的天线系统。天线系统的相关内容可以参照前文论述的内容，此处不再赘述。

作为一种实施例，该天线系统中的第一射频电路510和第二射频电路520可以是集成在终端设备的主板上。

以上所述，以上实施例仅用以对本申请的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请实施例的方法，不应理解为对本申请实施例的限制。本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种终端设备的天线系统，其特征在于，包括：

设备外壳，包括第一边框，通过所述第一边框形成第一天线；

毫米波阵列天线，镶嵌在所述第一边框上；

其中，所述第一天线的工作频段低于所述毫米波阵列天线的工作频段；

其中，所述毫米波阵列天线包括至少一个毫米波阵列天线元件，所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件包括：

基板，所述基板包括处于同一表面上的第一导体层和第二导体层，所述第一导体层与所述第二导体层之间设置有绝缘材料填充的缝隙，所述第一导体层与所述终端设备的主板上的地线连接，所述第二导体层上设置有馈电点；

至少一个辐射单元，所述至少一个辐射单元设置在所述第二导体层上，所述至少一个辐射单元镶嵌在所述第一边框上，所述馈电点与所述辐射单元之间通信连接。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一边框上设置有与所述至少一个辐射单元中每个辐射单元相适配的安装孔；

其中，所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件中的所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元嵌入所述安装孔，以使所述至少一个毫米波阵列天线元件中的一个毫米波阵列天线元件镶嵌在所述第一边框上。

3.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述基板的形状为长方体或者圆柱体。

4.如权利要求1-3任一所述的天线系统，其特征在于，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的形状为圆柱体或圆锥体。

5.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括：

第一射频电路，分别与所述第一天线和所述终端设备的处理器连接，接收所述第一天线发送的射频信号，将射频信号转换成数字信号，并向所述处理器发送数字信号，或，接收所述处理器发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，并向所述第一天线发送射频信号；

第二射频电路，分别与所述毫米波阵列天线和所述处理器连接，接收所述毫米波阵列天线发送的射频信号，将射频信号转换成数字信号，并向所述处理器发送数字信号，或，接收所述处理器发送的数字信号，将数字信号转换为射频信号，并向所述毫米波阵列天线发送射频信号。

6.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的直径为10mm～25mm，所述至少一个辐射单元中的每个辐射单元的高度为3mm～20mm。

7.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一边框为位于所述终端设备顶部的边框、所述终端设备底部的边框或者所述终端设备侧边的边框。

8.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一所述的天线系统。

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