CN110380213A - 一种天线阵列及终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种天线阵列及终端。该天线阵列包括按照预设方式排列的多个天线单元；其中，所述天线单元包括：预设形状的槽体结构；内置于槽体结构中的辐射单元；缝隙耦合馈电结构，所述缝隙耦合馈电结构包括：设置于槽体结构的槽底与辐射单元之间的金属板，辐射单元与金属板连接；设置于槽体结构的槽底与金属板之间的传输线以及设置于槽体结构的槽底上的馈电探针，馈电探针与传输线连接。本发明实施例中，由于辐射单元结构，具有较宽的工作带宽，再加上采用缝隙耦合馈电的方式来激励辐射单元，以及缝隙耦合馈电结构中的缝隙自身的辐射，从而实现了天线阵列的宽带设计。

Description

一种天线阵列及终端

技术领域

本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线阵列及终端。

背景技术

现有天线模组(如毫米波天线模组)的主要天线单元：贴片天线(patch antenna)，八木宇田天线(Yagi-Uda)或者偶极子天线(dipole antenna)，这些天线单元相对而言带宽很难实现很宽。而由此而天线的工作频段往往需求宽带多频、宽频覆盖的形式，这给天线模组的设计带来了很大的挑战，且由于不能满足宽频的设计，也会影响用户的移动漫游体验。

发明内容

本发明实施例提供了一种天线阵列及终端，以解决现有技术中终端上的天线带宽窄的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种天线阵列，包括按照预设方式排列的多个天线单元；其中，所述天线单元包括：

预设形状的槽体结构；

内置于所述槽体结构中的辐射单元，所述辐射单元包括一对辐射片，每一所述辐射片为一具有预设角度的弯折结构；

缝隙耦合馈电结构，所述缝隙耦合馈电结构包括：设置于所述槽体结构的槽底与所述辐射单元之间的金属板，所述辐射单元与所述金属板连接；其中，所述金属板上开设有一条缝隙，所述缝隙位于两个辐射片之间；设置于所述槽体结构的槽底与所述金属板之间的传输线以及设置于所述槽体结构的槽底上的馈电探针，所述馈电探针与所述传输线连接，所述传输线通过所述缝隙与所述辐射单元耦合。

第二方面，提供了一种终端，包括如上所述的天线阵列。

本发明实施例中，由于辐射单元结构，具有较宽的工作带宽，再加上采用缝隙耦合馈电的方式来激励辐射单元，以及缝隙耦合馈电结构中的缝隙自身的辐射，从而实现了天线阵列的宽带设计，满足频率维度的漫游需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例提供的天线阵列的结构示意图；

图2表示本发明实施例提供的天线单元的爆炸图；

图3表示本发明实施例提供的天线单元的剖面图；

图4表示本发明实施例提供的反射系数的曲线示意图；

图5a至图5c表示本发明实施例提供的方向图；

图6表示本发明实施例提供的终端边框的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

依据本发明实施例的一个方面，提供了一种天线阵列100。

如图1所示，该天线阵列100包括按照预设方式排列的多个天线单元101。每个天线单元101之间具有一定距离，该距离可根据天线单元101之间的隔离度以及天线阵列100的增益、扫描角度等天线性能来确定。

如图1所示，天线阵列100中的天线单元101包括：预设形状的槽体结构1011、内置于槽体结构1011中的辐射单元1021以及与辐射单元1021相耦合的缝隙耦合馈电结构。

如图2所示，该辐射单元1021包括：一对辐射片10211，两个辐射片10211背向设置，以保证天线具有较好的方向图、较宽带宽等。每一辐射片10211为一具有预设角度的弯折结构，一般呈L形。两个辐射片10211的大小可相同也可不同，优选两个辐射片10211大小、形状相同且对称设置。

如图2和图3所示，该缝隙耦合馈电结构包括：金属板1031、传输线1032以及馈电探针1033。

金属板1031设置于槽体结构1011的槽底与辐射单元1021之间，且与辐射单元1021连接。该金属板1031作为辐射单元1021的反射地板，即作为辐射单元1021的地。该金属板1031上开设有一条缝隙10311，该缝隙10311位于两个辐射片10211之间。传输线1032设置于槽体结构1011的槽底与金属板1031之间。馈电探针1033与传输线1032连接，设置于槽体结构1011的槽底上。馈电探针1033将信号源发出的能量馈送至传输线1032，传输线1032通过缝隙10311与辐射单元1021相耦合，将能量传输至辐射单元1021，激励辐射单元1021。

本发明实施例中，由于辐射单元结构，具有较宽的工作带宽，再加上采用宽带馈电结构中的缝隙耦合馈电耦合结构实现的缝隙耦合馈电方式，来激励辐射单元，以及缝隙耦合馈电结构中的缝隙自身的辐射，从而实现了天线阵列的宽带设计，满足频率维度的漫游需求。

可选地，本发明实施例中，该辐射单元1021可以包括两对辐射片10211。当辐射单元1021包括两对辐射片10211时，金属板1031上相应的开设两条缝隙10311，两条缝隙10311设置于四个辐射片10211之间，且相互交叉。每一条缝隙10311对应一对辐射片10211。相应的，传输线1032的数量为两条和馈电探针1033的数量为两个，每条传输线1032与一馈电探针1033连接，每条传输线1032对应一条缝隙10311。较佳地，四个辐射片10211两两对称设置。

可选地，这里所述的槽体结构的预设形状可以是长方体、圆柱体等。在本发明实施例中，该槽体结构的形状为长方体。可选地，传输线1032的长度方向与缝隙10311的长度方向的夹角大于或等于预设角度(预设角度大于0度)，即传输线1032与缝隙10311在槽底的正投影的夹角大于或等于预设角度，该预设角度为使耦合效率较高的角度，优选传输线1032的长度方向与缝隙10311的长度方向的夹角为90度。较佳的，传输线1032在槽底的正投影的中间位置与缝隙10311在槽底的正投影的中间位置重合，以达到更好的耦合效果。一般，该传输线1032为50欧姆的微波传输线。

可选地，该天线阵列100为毫米波天线阵列。

在目前规划的5G毫米波段有以28GHz为主的n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.5GHz)、n261(27.5-28.35GHz)频段以及以39GHz为主的n260(37.0-40.0GHz)与暂定的n259(40.5-43.5GHz)频段。而现有技术中的毫米波天线带宽窄，目前的双频方案仅能够覆盖n260和n261这两个频段，不能满足宽频的设计需求，影响用户的移动漫游体验。

而由于本发明实施例提供的天线阵列100的辐射单元1021产生的谐振具有宽带特性，因此将本发明实施例提供的天线阵列100的结构方案，应用到毫米波天线中，将能够提高毫米波天线的带宽。如图4所示，为本发明实施例中的天线单元101的反射系数曲线图，图中的横轴表示频率，单位为GHz；纵轴表示反射系数，单位为dB。图中右下角了标注了“1”至“6”处的频率以及对应的反射系数。从图中可以看出，该天线单元101能够23GHz～43.5GHz的频率范围，带宽可以满足n257、n258、n260、n259、n261等3GPP已经定义的全球主流5G毫米波频段，从而提升用户的移动漫游体验。

可选地，该槽体结构1011的材质为金属或非金属。当该槽体结构1011的材质为金属时，该槽体结构1011接地。当该槽体结构1011的材质为非金属时，槽体结构1011的内侧壁和槽底均设置有金属层，该金属层接地。由金属材质构成的槽体结构1011或由非金属材质构成的槽体结构1011的槽底设置的金属层作为馈电探针的地。

当然可以理解的是，当该槽体结构1011的材质为非金属时，可以仅在槽体结构1011的槽底设置金属层，并使该金属层接地，而该槽体结构1011的内侧壁可以不设置金属层，具体情况，可根据实际需求选择。

在本发明实施例中，由于槽体结构1011为金属或是内侧壁和槽底设置有金属层，因此，该槽体结构1011可以作为天线单元101的反射器，改善辐射单元1021的后向辐射，使得天线单元101能够获取较好的增益以及方向图。如图5a至图5c所示，分别为本发明实施例中的天线单元101在工作频率为28GHz，39GHZ，42GHz的方向图，由这些图可以看出，天线单元101具有较好方向图特性。

由于终端的外壳、电池盖等非金属材质的介电常数不同，以及设置在终端内部的天线模组周围存在诸多的器件(金属或磁性材料)，使得天线模组周围环境的等效介电常数不同，因而造成天线模组的谐振频率发生偏移，导致无法满足最初的谐振需求。且天线模组极易受到周边金属器件的影响，如金属框、金属背盖、喇叭、扬声器等金属器件的影响，导致天线性能急剧下降。而金属材质的槽体结构1011或是内侧壁和槽底设置有金属层的槽体结构1011，还可以作为天线的屏蔽器件，降低周围器件对天线本体的干扰，提升天线自身的稳定性。

可选地，当槽体结构1011为金属材质或槽体结构1011的内侧壁设置有金属层时，可以使金属板1031的外边缘与槽体结构1011的内侧壁贴合连接，这样可以使金属板1031与槽体结构1011之间形成屏蔽腔，降低外界干扰，提高抗干扰能力。

可选地，如图2所示，该辐射片10211包括：与槽体结构1011的槽底相平行的第一辐射部102111和与该第一辐射部102111连接的第二辐射部102112。第一辐射部102111与第二辐射部102112构成弯折结构。两个辐射片10211中的第一辐射部102111向相反方向延伸。两个辐射片10211中的第二辐射部102112之间间隔预设距离。

可选地，金属板1031上的缝隙10311的长度方向与第二辐射部102112平行，以达到更好的耦合效果。

可选地，金属板1031上的缝隙10311设置与两个辐射片之间的中间位置，缝隙到两个第二辐射部的垂直距离相等，以达到更好的耦合效果。

较佳地，第一辐射部102111的一端与第二辐射部102112的一端垂直连接，第二辐射部102112与槽体结构1011的槽底相垂直，以达到更好的耦合效果。

较佳地，第一辐射部102111与第二辐射部102112一体成型，成型工艺简单，生产成本低，且由于是一体成型，结构更加稳定，辐射性能更好。

可选地，如图2所示，槽体结构1011内还设置有作为辐射单元1021载体的第一绝缘介质1041，辐射单元1021嵌入于该第一绝缘介质1041内。较佳的，该第一绝缘介质1041优选低损耗材料，如介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009的介质材料。其中，损耗正切角越小，介质材料的损耗越低，越有利于减小天线损耗。

可选地，如图2和图3所示，槽体结构1011内还设置有作为传输线1032载体的第二绝缘介质1051，传输线1032嵌入于第二绝缘介质1051内，具体为嵌入到第二绝缘介质1051的厚度方向的中间位置。较佳的，该第二绝缘介质1051优选低损耗材料，如介电常数为2.2，损耗正切角为0.0009的介质材料。其中，损耗正切角越小，介质材料的损耗越低，越有利于减小天线损耗。

本发明实施例中，第一绝缘介质1041与第二绝缘介质1051可以是相同的材质也可以是不同的材质，具体情况可根据实际需求选择。

可选地，本发明实施例提供的天线阵列100，还可应用于无线城际网路(WMAN)、无线广域网路(WWAN)、无线区域网路(WLAN)、无线个人网路(WPAN)、多输入多输出(MIMO)、射频识别(RFID)，甚至是近场通信(NFC)、无线充电(WPC)，或FM等无线通信设计与应用上。

综上所述，由于本发明实施例中的辐射单元1021结构，具有较宽的工作带宽，再加上采用宽带馈电结构中的缝隙耦合馈电结构实现的缝隙10311耦合馈电方式，来激励辐射单元1021，以及缝隙耦合馈电结构中的缝隙10311自身的辐射，从而实现了天线阵列100的宽带设计，满足频率维度的漫游需求。

依据本发明实施例的另一个方面，提供了一种终端，包括如上所述的天线阵列100。

可选地，槽体结构1011为在终端的边框200的外表面上开设形成的，即槽体结构1011开设于终端的边框200上，槽体结构1011的槽口朝向终端外部。

对于终端而言，轻薄化、高频占比、小型化已经成为发展趋势，受限于空间尺寸，在如此狭小的空间内放置诸如摄像头、麦克风、电池、USB等诸多电子器件。这些元器件不仅占据了终端的内部空间，而且对天线的性能产生较大的影响，进而影响用户的无线体验。或是为了保证天线的空间二牺牲终端设备的整体尺寸，故而影响产品的整体市场竞争力。尤其是目前主流毫米波的天线设计方案主要是采用AIP(Antenna in package，天线封装)的技术与工艺，将天线结构集成在一个模块内。在实际应用中，便将此天线模块置入终端内部，故会占据了其他天线的空间，导致天线性能的下降，从而影响用户的无线体验。

而本发明实施例中，为了克服上述问题，则选择将天线阵列100设置在终端的边框上，这样则可以不占用终端的内部空间，有利于终端的小型化发展。如图6所示，天线阵列100可以设置在201至204所指示的任一边框上。

可选地，开设有槽体结构1011的边框为金属边框，且该金属边框为终端中的其他天线的辐射单元。

由于金属边框已作为一个天线的辐射单元300，在其上再设置其他天线的天线阵列，则可以进一步地降低对空间的占用。

如图6中矩形虚线内包含的部分所示，边框201、部分边框202和部分边框204组成其他天线(如2G/3G/4G天线)的辐射单元300。而本申请中的天线阵列100则可以设置边框201的外表面上，以减少对终端空间的占用。

当然可以理解的是，本发明实施例中的天线阵列100也可以设置在终端内部，如主板上、中框上等。

本发明实施例中，由于辐射单元1021结构，具有较宽的工作带宽，再加上采用宽带馈电结构中的缝隙耦合馈电结构实现的缝隙10311耦合馈电方式，来激励辐射单元1021，以及缝隙10311耦合馈电耦合结构中的缝隙10311自身的辐射，从而实现了天线阵列100的宽带设计，满足频率维度的漫游需求。另外，本发明实施例中的天线阵列100设置在终端的边框上，这样还可以减少天线结构对终端内部空间的占用，有利于终端的小型化发展。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种天线阵列，其特征在于，包括按照预设方式排列的多个天线单元；其中，所述天线单元包括：

预设形状的槽体结构；

内置于所述槽体结构中的辐射单元，所述辐射单元包括一对辐射片，每一所述辐射片为一具有预设角度的弯折结构；

缝隙耦合馈电结构，所述缝隙耦合馈电结构包括：设置于所述槽体结构的槽底与所述辐射单元之间的金属板，所述辐射单元与所述金属板连接；其中，所述金属板上开设有一条缝隙，所述缝隙位于两个辐射片之间；设置于所述槽体结构的槽底与所述金属板之间的传输线以及设置于所述槽体结构的槽底上的馈电探针，所述馈电探针与所述传输线连接，所述传输线通过所述缝隙与所述辐射单元耦合。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述传输线的长度方向与所述缝隙的长度方向的夹角大于或等于预设角度，所述预设角度大于0°。

3.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述辐射片包括：

与所述槽体结构的槽底相平行的第一辐射部；

与所述第一辐射部连接的第二辐射部；

其中，所述第一辐射部与所述第二辐射部构成弯折结构，两个所述第二辐射部之间间隔预设距离。

4.根据权利要求3所述的天线阵列，其特征在于，所述缝隙的长度方向与所述第二辐射部平行。

5.根据权利要求4所述的天线阵列，其特征在于，所述缝隙到两个所述第二辐射部的垂直距离相等。

6.根据权利要求3所述的天线阵列，其特征在于，两个所述辐射片中的第一辐射部向相反方向延伸。

7.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述槽体结构内还设置有第一绝缘介质，所述辐射单元嵌入于所述第一绝缘介质内。

8.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述槽体结构内还设置有第二绝缘介质，所述传输线嵌入于所述第二绝缘介质内。

9.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述槽体结构的材质为金属，所述槽体结构接地。

10.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述槽体结构的材质为非金属，所述槽体结构的内侧壁和底部均设置有金属层，所述金属层接地。

11.根据权利要求9或10所述的天线阵列，其特征在于，所述金属板的外边缘与所述槽体结构的内侧壁贴合连接。

12.一种终端，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的天线阵列。

13.根据权利要求12所述的终端，其特征在于，所述槽体结构开设于所述终端的边框上，所述槽体结构的槽口朝向终端外部。

14.根据权利要求13所述的终端，其特征在于，开设有所述槽体结构的边框为金属边框，且所述金属边框为所述终端中的其他天线的辐射单元。