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CN110518337B - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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CN110518337B CN201810685494.XA CN201810685494A CN110518337B CN 110518337 B CN110518337 B CN 110518337B CN 201810685494 A CN201810685494 A CN 201810685494A CN 110518337 B CN110518337 B CN 110518337B
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Abstract

本发明提供一种天线结构，设置于一电路板，包括第一阵列天线、第二阵列天线及控制电路，所述电路板包括相对设置的上表面和下表面，所述电路板还包括连接所述上表面与所述下表面的侧壁，所述第一阵列天线设置于所述上表面或所述下表面，所述第二阵列天线包括多个天线单元，每一所述天线单元部分设置于所述侧壁上，每一所述天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面和/或下表面上，所述控制电路用于激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置，包括电路板和所述天线结构，所述电路板用于承载所述天线结构。

Description

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
背景技术
随着无线通信技术的进步，无线通信装置不断朝向轻薄趋势发展，消费者对于产品外观的要求也越来越高。随着通信产品轻薄短小的设计趋势，天线基板的面积受到了限制。为了达到阻抗匹配及避免线路间的耦合效应，于有限的面积上所能配置的辐射单元的数量也相当有限，在多输入/输出的天线系统的应用下，微带天线需要无线收发多个信号。而这些信号之间容易互相干扰，造成天线传输效率下降。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
本发明一实施方式提供一种天线结构，设置于一电路板，包括第一阵列天线、第二阵列天线及控制电路，所述电路板包括相对设置的上表面和下表面，所述电路板还包括连接所述上表面与所述下表面的侧壁，所述第一阵列天线设置于所述上表面或所述下表面，所述第二阵列天线包括多个天线单元，每一所述天线单元部分设置于所述侧壁上，每一所述天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面和/或下表面上，所述控制电路用于激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向。
本发明一实施方式提供一种无线通信装置，所述无线通信装置包括电路板和所述天线结构，所述电路板用于承载所述天线结构。
上述天线结构及具有该天线结构的无线通信装置包括第一阵列天线、第二阵列天线和控制电路，可以通过控制电路激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向，提高了天线的传输效率。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在一角度下的示意图。
图2为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置在另一角度下的示意图。
图3为本发明较佳实施例的天线结构的示意图。
图4为图3所示天线结构的第一阵列天线的水平极化方向的示意图。
图5为图3所示天线结构的第一阵列天线的垂直极化方向的示意图。
图6为图3所示天线结构的第二阵列天线的
Figure BDA0001711573260000021
极化方向的示意图。
图7为图3所示天线结构的第二阵列天线的Theta(θ)极化方向的示意图。
图8为图3所示天线结构的第一阵列天线的S参数(散射参数)曲线图。
图9为图3所示天线结构的第二阵列天线的S参数(散射参数)曲线图。
图10为本发明较佳实施例的所述天线结构的辐射效率图。
主要元件符号说明
天线结构 100
电路板 10
中间层 101
侧壁 11
第一壁 111
第二壁 112
上表面 12
下表面 13
控制电路 20
第一阵列天线 30
第二阵列天线 40
接地部 50
第一天线单元 31
第一馈入部 311
第二馈入部 312
第二天线单元 41
第一折叠部 411
第二折叠部 412
主体部 413
第三馈入部 414
第四馈入部 415
第一接地面 51
第二接地面 52
第三接地面 53
第四接地面 54
第五接地面 55
过孔 56
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1和图2，本发明较佳实施例提供一种天线结构100，其可用于无线通信装置200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述无线通信装置200可以是移动电话、个人数字助理等通信装置。所述无线通信装置200包括电路板10。显然，所述无线通信装置200还包括但不限于实现其预设功能的其他机械结构、电子元件、模组、软件。
所述电路板10可以是印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)。所述电路板10可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。所述电路板10包括侧壁11、上表面12及与所述上表面12相对设置的下表面13。所述侧壁11连接所述上表面12与所述下表面13。所述侧壁11包括两个相对的第一壁111和两个相对的第二壁112，所述两相对的第一壁111和所述两相对的第二壁112共同构成一大致呈矩形的框体，用于承载所述天线结构100。所述天线结构100包括控制电路20、第一阵列天线30、第二阵列天线40及接地部50。所述接地部50用于为所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40提供接地。
所述电路板10包括一中间层101，所述中间层101电连接至所述控制电路20。所述中间层101设置在所述上表面12与所述下表面13之间，用于为所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40提供馈入信号。所述中间层101还包括电连接至所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40的接地面。在本实施方式中，所述中间层101和所述电路板10均为矩形结构。为便于说明，将所述中间层101和所述电路板10在Y轴方向上的长度定义为宽度，将所述中间层101和所述电路板10在X轴方向上的长度定义为长度，所述中间层101与所述电路板10的宽度相同，所述中间层101的长度略短于所述电路板10的长度。如图1所示，所述中间层101与所述电路板10的底壁对齐。在图1中，所述电路板10的底壁定义为远离坐标原点的一第一壁111，所述电路板10的顶壁定义为靠近坐标原点的另一第一壁111，所述第二阵列天线40临近所述电路板10的顶壁设置。
所述控制电路20设置于所述上表面12和所述下表面13之一。较佳的，所述上表面12或所述下表面13具有一凹槽(图未标)，用于收容所述控制电路20，如此可以不增加天线结构100的厚度。在本实施例中，所述控制电路20大致为矩形。
在本较佳实施例中，所述控制电路20可以是系统芯片(System on Chip，SOC)，用于为所述天线结构100馈入信号并可以通过控制所述馈入信号的相位以控制所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40的波束方向。所述控制电路20用于激发所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40产生多个极化方向。
在本较佳实施方式中，所述第一阵列天线30设置于所述上表面12和所述下表面13中未设置所述控制电路20的表面，即所述控制电路20设置在所述上表面12和所述下表面13其中之一，所述第一阵列天线30设置在所述上表面12和所述下表面13其中另一个上，所述第一阵列天线30和所述控制电路20不共面且上下相对设置。其他实施方式中，所述第一阵列天线30还可以设置于所述侧壁11上，可以理解，所述第一阵列天线30可以设置于所述第一壁111和/或所述第二壁112上。所述第一阵列天线30可由金属材料制成，例如，可为铜箔片。
在本较佳实施方式中，所述第一阵列天线30可以包括N*M个第一天线单元31，其中，N和M均为大于或等于1的正整数。所述N行的第一天线单元31沿第一方向，如X轴方向，排列分布，所述M列的第一天线单元31沿第二方向，如Y轴方向，排列分布。所述第一阵列天线30为半波长阵列天线，即，所述N*M个第一天线单元31的形状大小相同，每一第一天线单元31为矩形，其长宽均为半波长。每一第一天线单元31相邻的两边分别沿X轴和Y轴方向设置，为便于说明，将所述第一天线单元31在X轴方向上的长度定义为长度，将所述第一天线单元31在Y轴方向上的长度定义为宽度，所述第一天线单元31的长宽相同。且所述N*M个第一天线单元31之间的边缘间距均为半波长，所述边缘间距为每两个第一天线单元31分别沿X轴或沿Y轴方向相邻的两边的间距。所述波长为所述天线结构100发射或接收的无线电波的波长，在本实施例中，所述波长为一较稳定值。
在一实施方式中，如图3所示，所述N为2，M为2，所述第一阵列天线30包括2*2个第一天线单元31，2*2个第一天线单元31分别以31a～31d标示。
在另一实施方式中，当所述N为1，M为4时，所述第一阵列天线30包括1*4个第一天线单元31。此时，因所述第一阵列天线30仅为一行，当电路板10的厚度充足时，所述第一阵列天线30可以设置于所述侧壁11上。
请一并参阅图3，每一所述第一天线单元31包括第一馈入部311和第二馈入部312。所述第一馈入部311和所述第二馈入部312均为金属柱。所述第一馈入部311的一端连接所述第一天线单元31，所述第一馈入部311的另一端电连接至所述中间层101的第一馈入源(图未示)；所述第二馈入部312的一端连接所述第一天线单元31，所述第二馈入部312的另一端电连接至所述中间层101的第二馈入源(图未示)。所述第一馈入部311和第二馈入部312用于为每一所述第一天线单元31馈入电流信号。
在本较佳实施方式中，所述第二阵列天线40可以包括1*n个第二天线单元41，其中，n为大于或等于1的正整数，所述n列的第二天线单元41沿所述第二方向，如Y轴方向，排列分布。每一第二天线单元41部分区域设置于Y-Z平面，即，每一第二天线单元41部分区域的两边沿Y轴和Z轴方向设置；每一第二天线单元41的其他部分区域设置于X-Y平面，即，每一第二天线单元41的其他部分区域的两边沿X轴和Y轴方向设置。为便于说明，将所述第二天线单元41在X轴方向上的长度定义为长度，将所述第二天线单元41在Y轴方向上的长度定义为宽度，将所述第二天线单元41在Z轴方向上的长度定义为高度，所述第二天线单元41的总长度为第二天线单元41在X轴方向上的长度和在Z轴方向上的长度之和，所述第二天线单元41的总宽度为第二天线单元41在Y轴方向上的长度。所述第二阵列天线40为半波长阵列天线，即，所述1*n个第一天线单元31的形状大小相同，每一第二天线单元41的总长度和总宽度均为半波长，且所述1*n个第二天线单元41之间的边缘间距均为半波长，即每两个第二天线单元41沿Y轴方向相邻两边的间距均为半波长。所述第二天线单元41可以是印制于所述电路板10上的金属片，例如铜箔片。
在本较佳实施方式中，侧壁11的厚度小于第二阵列天线40的半波长，而第二天线单元41的总长度为半波长，因此，每一所述第二天线单元41部分设置于所述侧壁11上，每一所述第二天线单元41的其他部分弯折并设置于所述上表面12和/或下表面13上。可以理解，每一所述第二天线单元41可以部分设置于所述第一壁111和/或所述第二壁112上，每一所述第二天线单元41的其他部分相对于每一所述第二天线单元41设置于侧壁11上的部分弯折并设置于所述上表面12和/或下表面13上。在其他实施方式中，每一所述第二天线单元41可以全部设置于所述侧壁11上或全部设置于所述上表面12和/或所述下表面13上。
在一实施方式中，如图3所示，所述n为4，所述第二阵列天线40包括1*4个第二天线单元41，1*4个第二天线单元41分别以41a～41d标示。
在本较佳实施方式中，每一所述第二天线单元41包括第一折叠部411、第二折叠部412和主体部413，所述主体部413设置于所述侧壁11上，所述第一折叠部411和所述第二折叠部412分别设置于所述上表面12和下表面13上，且所述第一折叠部411和所述第二折叠部412均为矩形结构，且长宽均相同。所述主体部413相对的两端分别垂直连接所述第一折叠部411和所述第二折叠部412，且所述第一折叠部411、所述第二折叠部412和所述主体部413可以分别为一矩形结构，使得所述第二天线单元41大致为一U形结构。所述第一折叠部411、所述第二折叠部412和所述主体部413的宽度相同均为半波长，所述第一折叠部411、所述第二折叠部412和所述主体部413的长度之和也为半波长。可以理解，在其他实施方式中，所述第一折叠部411和所述第二折叠部412的形状大小可以不同。
每一所述第二天线单元41包括第三馈入部414和第四馈入部415。所述第三馈入部414和所述第四馈入部415均为长条形结构。所述第三馈入部414的一端连接所述第二天线单元41，所述第三馈入部414的另一端电连接至所述控制电路20；所述第四馈入部415的一端连接所述第二天线单元41，所述第四馈入部415的另一端电连接至所述控制电路20。所述第三馈入部414和所述第四馈入部415用于为每一所述第二天线单元41馈入电流信号。
在本实施例中，所述接地部50包括第一接地面51、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54、第五接地面55及至少一过孔56。所述第一接地面51、所述第三接地面53、所述第四接地面54和所述第五接地面55为大小形状相同的矩形片体结构，所述第二接地面52的形状和大小与所述中间层101相同，且所述中间层101包括所述第二接地面52。所述第一接地面51、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54和第五接地面55依次平行间隔设置。所述过孔56为圆柱形结构，所述过孔56从所述上表面12贯穿到所述下表面13，所述过孔56依次穿过所述上表面12、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54和下表面13，并电性连接所述第一接地面51和所述第五接地面55。
在本实施例中，所述第一接地面51设置在所述上表面12上；所述第五接地面55设置在所述下表面13上，且所述第一接地面51和所述第五接地面55上下平行间隔设置；所述第一馈入部311和所述第二馈入部312连接至所述第二接地面52；所述第三馈入部414穿过所述第四接地面54连接至所述控制电路20，所述第四馈入部415穿过所述第三接地面53连接至所述控制电路20。所述第一接地面51、第二接地面52、第三接地面53、第四接地面54、第五接地面55均位于每一所述第二天线单元41具有所述第一折叠部411和所述第二折叠部412的一侧。
请一并参阅图4和图5，当电流自每一所述第一馈入部311馈入时，电流流经每一所述第一天线单元31，并激发每一所述第一天线单元31产生第一极化方向。当电流自每一所述第二馈入部312馈入时，电流流经每一所述第一天线单元31，并激发每一所述第一天线单元31产生第二极化方向。在本实施例中，所述第一极化方向为水平方向极化，所述第二极化方向为垂直方向极化。所述水平方向极化可以是X-Y平面方向极化，所述垂直方向极化可以是Z方向极化。可以理解，在其他实施方式中，所述第一极化方向和所述第二极化方向可以是其他方向极化。
请一并参阅图6和图7，当电流自每一所述第三馈入部414馈入时，电流将流经每一所述第二天线单元41，并激发每一所述第二天线单元41产生第三极化方向。当电流自每一所述第四馈入部415馈入时，电流流经每一所述第二天线单元41，并激发每一所述第二天线单元41产生第四极化方向。在本实施例中，所述第三极化方向为
Figure BDA0001711573260000091
方向极化，所述第四极化方向为Theta(θ)方向极化。所述phi就是X-Y平面上的夹角，theta就是Z-X平面上的夹角。可以理解，在其他实施方式中，所述第三极化方向和所述第四极化方向可以是其他方向极化。
图8为所述第一阵列天线30的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S811为第一天线单元31的第一馈入部311的S参数(散射参数)曲线图，曲线S822为第一天线单元31的第二馈入部312的S参数(散射参数)曲线图，曲线S821为第一天线单元31的第一馈入部311与第二馈入部312之间的输入损耗(Injection Loss)曲线图。
图9为所述第二阵列天线40的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S911为第二天线单元41的第三馈入部414的S参数(散射参数)曲线图，曲线S922为第二天线单元41的第四馈入部415的S参数(散射参数)曲线图，曲线S912为第二天线单元41的第三馈入部414与第四馈入部415之间的输入损耗曲线图。
图10为所述天线结构100的辐射效率图。其中，曲线S1001为包括所述第一阵列天线30和所述第二阵列天线40在内的辐射效率曲线图。
所述天线结构100通过在电路板10的表面和侧壁上分别设置所述第一阵列天线和折叠的所述第二阵列天线，并通过控制电路激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向，提高了天线的传输效率。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种无线通信装置，包括电路板及天线结构，所述电路板用于承载所述天线结构，其特征在于，所述天线结构包括第一阵列天线、第二阵列天线及控制电路，所述电路板包括相对设置的上表面和下表面，所述电路板还包括连接所述上表面与所述下表面的侧壁，所述第一阵列天线设置于所述上表面或所述下表面，所述第一阵列天线包括多个第一天线单元，每一所述第一天线单元包括第一馈入部和第二馈入部，所述第二阵列天线包括多个第二天线单元，每一所述第二天线单元部分设置于所述侧壁上，每一所述第二天线单元的其他部分弯折并设置于所述上表面和/或下表面上，每一所述第二天线单元包括第三馈入部和第四馈入部，所述控制电路用于激发所述第一阵列天线和所述第二阵列天线产生多个极化方向；
所述天线结构还包括接地部，所述接地部包括第一接地面、第二接地面、第三接地面、第四接地面、第五接地面及至少一过孔，所述过孔从所述上表面贯穿到所述下表面并电连接所述第一接地面和所述第五接地面，所述第一接地面设置在所述上表面上，所述第五接地面设置在所述下表面上，所述第一馈入部和所述第二馈入部连接至所述第二接地面，所述第三馈入部穿过所述第四接地面连接至所述控制电路，所述第四馈入部穿过所述第三接地面连接至所述控制电路。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：所述第一阵列天线的多个第一天线单元为N*M个第一天线单元，所述第二阵列天线的多个第二天线单元为1*n个第二天线单元，所述N*M个第一天线单元的形状大小相同，所述1*n个第二天线单元的形状大小相同，且n、N和M均为大于或等于1的正整数。
3.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：所述第一馈入部和所述第二馈入部，分别用于馈入电流以激发每一所述第一天线单元产生第一极化方向和第二极化方向，所述第三馈入部和所述第四馈入部，分别用于馈入电流以激发每一所述第二天线单元产生第三极化方向和第四极化方向。
4.如权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于：所述第一极化方向为垂直方向极化，所述第二极化方向为水平方向极化，所述第三极化方向为Phi方向极化，所述第四极化方向为Theta方向极化。
5.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：每一所述第二天线单元包括第一折叠部、第二折叠部和主体部，所述主体部设置于所述侧壁上，所述第一折叠部和所述第二折叠部分别相对所述主体部弯折并设置于所述上表面和下表面上，且所述第一折叠部和所述第二折叠部均为矩形结构，且长宽均相同。
6.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：每一所述第一天线单元和每一所述第二天线单元的长宽均为半波长。
7.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于：所述N*M个第一天线单元之间的边缘间距为半波长，所述1*n个第二天线单元之间的边缘间距为半波长。
8.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：所述控制电路还用于控制所述第一阵列天线和所述第二阵列天线的波束方向。
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