自解耦紧凑型空腔天线的制作方法

1.本发明的各方面大体上涉及无线通信设备，更具体地说，涉及用于移动通信设备的、天线之间的耦合减少的天线组件。


背景技术：

2.高吞吐量是第五代(fifth generation，5g)移动通信应用的特性之一。为了实现高吞吐量，除了高效的调制方案外，还需要大带宽和多输入多输出(multiple input multiple output，mimo)。5g通过新空口(new radio，nr)空中接口带来了新的工作频段，这些频段的频率大多高于当前的长期演进高级(lte-a)第三代合作伙伴计划(3
rd generation partnership project，3gpp)频段，后者在大多数区域覆盖高达2.7ghz的频率。千兆级带宽需要毫米波天线系统，但毫米波天线系统的操作距离不如6千兆赫以下无线电系统的操作距离。现有的3gpp频段b42(3.4-3.6ghz)和b43(3.6-3.8ghz)将是5g nr频段n77(3.3-4.2ghz)和n79(4.4-5.0ghz)的子集。5g nr频段n77和n79的组合带宽为1.5ghz，比典型用户设备(user equipment，ue)中的所有现有蜂窝频段的总和还要多。
3.需要频率带宽超过1ghz的宽带天线，该天线可以位于用户设备(user equipment，ue)的显示器或其它导电结构部分(即“地面”)上方。此外，由于需要至少四个多输入多输出(multiple input multiple output，mimo)天线并且在其它方向上要小得多，天线的长度在自由空间中应接近最低谐振频率的一半波长。
4.现有的长期演进天线通常位于移动通信设备等用户设备(user equipment，ue)的顶部和底部区域。因此，当添加天线时，唯一的自由体积通常在移动通信设备的长边缘或侧上或沿着移动通信设备的长边缘或侧找到。侧天线设计最具挑战性的环境是移动通信设备，如带金属框架或金属环的智能手机。原因是，金属框架通常相对于智能手机内部附近的金属部件(如电池室壁、电池、摄像头、附近印刷电路板(printed circuit board，pcb)上的屏蔽罩等)的间距非常小。这使得天线体积非常有限，天线成为窄带，辐射效率低。由于使用大型显示器(也称为全显示器(full display)或无限显示器(infinity display))，所以存在附加的限制，这往往会再一次限制移动通信设备中的可用天线体积。
5.对于mimo天线，天线之间必须有良好的隔离，以避免天线性能下降。为了实现隔离，在相同频率下工作的天线之间需要接地。
6.因此，希望能够提供用于移动通信设备的天线组件，该天线组件解决了上面所述的至少一些问题。


技术实现要素：

7.所公开实施例的目的是提供一种用于移动通信设备的天线组件。本目的通过独立权利要求的主题实现。进一步有利的修改可以在从属权利要求中找到。
8.根据第一方面，上述和进一步的目的和优点是通过用于移动通信设备的天线组件获得的，该天线组件具有带侧框架构件的框架。侧框架构件限定空腔。在一个实施例中，天
线组件包括第一天线和第二天线。第一天线和第二天线设置在空腔内。第一天线具有第一端和第二端，第一天线馈电点设置在第一端与第二端之间。第二天线具有第一端和第二端，第二天线馈电点设置在第二天线的第一端与第二天线的第二端之间。第一天线的第二端与第二天线的第一端相邻设置。第一天线的第二端与第二天线的第一端之间存在间隔。所公开实施例的各方面提供了一种用于具有金属框架的移动设备的多mimo天线方案，该方案提供宽带和高效性能以及天线之间隔离。mimo天线之间不需要接地，耦合天线的互耦减少。
9.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，移动通信设备的框架的侧框架构件包括框架的左侧构件、右侧构件、顶侧构件或底侧构件中的一个或多个。所公开实施例的各方面旨在将附加天线添加到移动通信设备的框架的自由体积中，同时减少耦合天线的互耦。
10.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线和第二天线纵向设置在由侧框架构件限定的空腔内。所公开实施例的各方面旨在将附加天线添加到移动通信设备的框架的自由体积中，通常是在长侧或边缘，例如左侧或右侧。
11.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，侧框架构件是框架的长边。所公开实施例的各方面旨在将附加天线添加到移动通信设备的框架的自由体积中，通常是在长侧或边缘，例如左侧或右侧。
12.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线和第二天线沿着框架构件的长侧纵向设置在空腔内。所公开实施例的各方面提供了以相同频率工作的mimo空腔天线，mimo空腔天线相邻间隔(例如并排或首尾相连)，同时充当解耦天线，它们之间不需要任何匹配组件或结构。
13.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线包括第一天线元件和第二天线元件。第一天线元件设置在围绕空腔的表面上。第二天线元件远离第一天线元件延伸到空腔中。两个天线元件形成天线谐振结构，其中一个天线元件位于空腔的表面上或沿着空腔的表面，另一个天线元件位于空腔内部。
14.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线元件的第一边缘构件连接到第二天线元件的第一边缘构件。两个天线元件形成天线谐振结构，其中一个天线元件位于空腔的表面上，另一个天线元件位于空腔内部。
15.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线的第一天线元件的第二边缘构件连接到限定空腔的侧框架构件的表面。两个天线元件形成天线谐振结构，其中一个天线元件位于空腔的表面上，另一个天线元件位于空腔内部。
16.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第二天线包括第一天线元件和第二天线元件。第二天线的第一天线元件设置在限定空腔的侧框架构件的表面上，第二天线的第二天线元件远离第一天线元件延伸到空腔中。这对mimo天线覆盖相同的频率，它们之间不需要匹配组件或结构。
17.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第二天线的第一天线元件的第一边缘构件连接到第二天线的第二天线元件的第一边缘构件。两个天线元件形成天线谐振结构，其中一个天线元件位于限定空腔的侧框架构件的表面上，另一个天线元件位于空腔内部。
18.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线的第二天线元件
平行于侧框架构件，并且与侧框架构件的长侧间隔一定距离。环路电流形成电感l，空腔内的天线元件与空腔的较长边缘或侧之间形成电容c。自解耦行为来自天线结构中形成的lc谐振，两个天线之间的互耦减少。
19.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，该表面包括侧框架构件的内表面或侧框架构件的外表面。环路电流形成电感l，空腔内的天线元件与空腔的较长边缘或侧之间形成电容c。自解耦行为来自天线结构中形成的lc谐振，两个天线之间的互耦减少。
20.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，侧框架构件限定的空腔的形状为矩形或圆柱形中的一种，侧框架构件限定的空腔的长度大于空腔宽度。天线谐振结构由两个天线元件形成。空腔的尺寸可以基本上小于天线所需工作频率下波长的一半。
21.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线和第二天线的形状为l形、t形、z形、s形或台阶形中的一种。空腔天线元件的最佳尺寸设计可以优化多天线系统的效率并提供隔离。通过调整空腔天线元件的形状，可以调谐空腔天线的谐振频率，其中空腔天线的宽度是有限的。
22.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线与第二天线之间的间隙限定了t形槽。通过在两个天线谐振元件之间制作t形槽，进一步增加了隔离。
23.根据第一方面，在天线组件的一种可能的实现方式中，第一天线馈电点与第二天线馈电点相邻设置。天线元件和馈电点可以相互镜像。进一步增加了隔离。
24.从结合附图考虑的本文描述的实施例中，示例性实施例的这些和其它方面、实现方式和优点将变得明显。但是，应理解，说明书和附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是为了限制本发明，本发明的范围由所附权利要求限定。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来得知。此外，本发明的各方面和优点可以通过所附权利要求中特别指出的工具和组合来实现和获得。
附图说明
25.在本发明的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例实施例详细解释本发明。
26.图1示出了结合所公开实施例的各方面的示例性天线组件的透视图。
27.图2示出了结合所公开实施例的各方面的具有天线组件的移动通信设备的侧框架构件的横截面示意图。
28.图3示出了结合了所公开实施例的各方面的示例性天线组件的截面图。
29.图4示出了结合了所公开实施例的各方面的示例性天线组件的截面示意图。
30.图5示出了结合了所公开实施例的各方面的示例性天线组件的透视图。
31.图6示出了结合了所公开实施例的各方面的示例性天线组件的透视图。
32.图7示出了结合了所公开实施例的各方面的包括示例性天线组件的移动通信设备的框架构件的截面图。
33.图8示出了在结合了所公开实施例的各方面的天线组件的空腔天线中形成电感的示例性环路表面电流。
34.图9示出了结合了所公开实施例的各方面的天线组件的空腔天线中的电容行为。
35.图10示出了结合了所公开实施例的各方面的天线组件的s参数效率结果的曲线图。
36.图11示出了结合了所公开实施例的各方面的两个自去耦天线组件的效率的曲线图。
具体实施方式
37.图1示出了在移动通信设备20等示例性装置中实现的天线组件10的一部分的透视图。所公开实施例的各方面涉及用于具有导电或金属框架22的用户设备20的天线组件，例如多mimo天线组件。例如，mimo天线组件可以包括4
×
4mimo天线或8
×
8mimo天线。在本示例中，用户设备20包括移动通信设备，例如智能手机。在替代实施例中，移动通信设备20可以包括任何合适的通信设备，而不仅仅是包括智能手机。尽管所公开实施例的天线组件10设置在移动通信设备20的金属框架22中，但也能提供宽带和高效的性能，天线之间具有良好的隔离，且天线之间不需要接地。降低耦合天线之间的互耦。
38.如图1所示，移动通信设备20具有带至少一个侧构件14的框架22，本文也将其称为侧框架构件。虽然本文仅参考一个侧框架构件14，但所公开实施例的各方面不限于一个侧框架构件14。如一般应理解的，移动通信设备20的典型框架22具有四个侧框架构件，即顶侧构件、底侧构件、左侧构件和右侧构件。根据尺寸要求和空间限制，所公开实施例的天线组件10可以实现四个侧框架构件中的任何一个或多个侧框架构件。然而，由于现有的长期演进(lte)天线通常在移动通信设备的顶部和底部区域中，因此所公开实施例的各方面将关于将附加天线添加到侧区域或侧框架构件进行描述。
39.所公开实施例的各方面旨在将两个天线相邻地设置在移动通信设备20的框架22的侧框架构件14的自由体积中。虽然本文参考了两个天线，但所公开实施例的各方面不限于两个天线。在替代实施例中，天线组件10可以包括任何适当数量的天线，而不仅仅包括两个天线。在一个实施例中，天线组件10是具有至少两个天线的组。
40.在一个实施例中，天线组件10设置在框架22的长侧框架构件中。移动通信设备20的左侧构件和右侧构件往往比顶部构件和底部构件长。更长的侧框架构件通常将呈现更大的空间，其中可以放置多个天线，本文将进一步描述。
41.如图1所示，天线组件10至少包括第一天线100和第二天线200。第一天线100和第二天线200可以单独称为“空腔天线”或统称为“空腔天线”。如图2的截面图所示，框架22的侧框架构件14限定了空腔26。第一天线100和第二天线200设置在空腔26内。虽然本文的描述通常是关于第一天线100和/或第二天线200的，但本文的描述也适用于可以包括天线组件10的任何天线。
42.在图1的示例中，第一天线100具有第一端102和第二端104。天线馈电点106，本文称为第一天线馈电点106，设置在第一天线100的第一端102与第二端104之间。
43.第二天线200具有第一端202和第二端204。在本示例中，天线馈电点206，本文称为第二天线馈电点206，设置在第二天线200的第一端202与第二端204之间。
44.天线馈电点106、206可以包括任何合适的天线馈电结构。天线馈电结构及其匹配电路可以优化天线谐振和效率。在一个实施例中，天线馈电点106、206可以由印刷多层柔性印刷电路(flexible printed circuit，fpc)形成，并连接到对应的馈电片/柱。天线馈电点
106、206可以具有电容性耦合或电感性耦合。
45.如图1的示例所示，第一天线100与第二天线200相邻设置在空腔26中。第一天线100的第二端104与第二天线200的第一端202相邻设置。在本示例中，第一天线100和第二天线200纵向首尾相连地设置。间隙或空间12将第一天线100的第二端104与第二天线200的第一端202分开。在一个实施例中，间隔或间隙12的大小或尺寸在5毫米到7毫米(包括7毫米)的范围内。在替代实施例中，天线100、200和间隔12的尺寸是适合于特定应用(例如移动通信设备)的任何尺寸。由于第一天线100和第二天线220的独特布置和配置，第一天线100与第二天线200之间不需要接地连接、去耦网络、匹配组件或其它结构和耦合。
46.第一天线100和第二天线200作为空腔天线结构配置，长度小于半波长。在一个实施例中，例如，第一天线100和第二天线200覆盖5g新空口(new radio，nr)频率范围(frequency range，fr)频段n77和n79。在替代实施例中，所公开实施例的天线组件10可以覆盖任何合适的频率范围。
47.图2示出了空腔26中天线组件10的示例性侧框架构件14和第一天线100的横截面视图。虽然本文仅参考第一天线100，但下面的描述也适用于第二天线200和天线组件10的任何其它空腔天线。在这个示例中，空腔26具有基本上椭圆形或长方形的形状。空腔26一侧上的壁24可以代表移动通信设备的另一个组件或设备，例如电池、电池室或印刷电路板。在替代实施例中，空腔26的形状可以是任何合适的形状，例如矩形或圆柱形的空腔。
48.由侧框架构件14形成的空腔26的表面包括内表面32和外表面34。侧框架构件14的长度大于空腔26的宽度。空腔26的尺寸可以基本上小于天线组件10的期望工作频率下波长的一半。
49.如图2所示，第一天线100具有第一天线元件110和第二天线元件120。第一天线元件110具有第一侧或边缘112和第二侧或边缘114。第二天线元件120具有第一侧或边缘122和第二侧或边缘124。第一侧112、122和第二侧114、124形成相应天线元件110、120的较长边缘。图2中所示的天线元件110、120的长度大于它们的高度和宽度。
50.在图2的示例中，第一天线元件110设置在限定空腔26的侧框架构件14的内表面32或侧框架构件14的外表面34上或与其连接。连接到第一天线元件110的第二天线元件120设置在空腔26内。在一个实施例中，第二天线元件120基本上平行于侧框架构件14的长度定向，但与侧框架构件14分开一定距离。在本示例中，用于第一天线100的馈电点106连接到第二天线元件120。
51.在一个实施例中，根据应用，第一天线元件120设置在侧框架构件14的内表面32或外表面34上和/或符合其形状。例如，在一个实施例中，第一天线100和第二天线200中的一个或多个可以由印刷多层柔性印刷电路(flexible printed circuit，fpc)、箔带、铜带或导电涂料(例如银漆)形成。这些材料可以被施加以符合适用表面32、34。
52.图3示出了结合了所公开实施例的天线组件10的示例性侧框架构件14的横截面视图。在本示例中，移动通信设备10包括玻璃后盖40。第一天线元件110设置在玻璃后盖40和/或侧框架构件14的内表面32上和/或与其连接。第二天线元件120设置在空腔26内。如图3所示，第一天线元件110符合玻璃后盖40的形状或侧框架构件14的内表面32。
53.在图3的示例中，空腔26填充有介电材料310。介电材料310可以具有不同的介电常数，并且提供良好的结构强度以支撑天线组件10，特别是支撑第二天线元件120。空腔26还
可以填充或包括玻璃、陶瓷、碳纤维、复合材料或其它电介质层。
54.图4示出了结合了所公开实施例的各方面的天线组件10的另一个示例。在本示例中，示例性天线100的形状被配置成包括附加的天线元件410。这种特定的配置可以被称为z形、反向z形或台阶形。在本示例中，天线元件410连接到天线元件120的端部。在替代实施例中，天线元件410可以连接到天线元件110和120的任何适当或期望部分。通过调整天线100的形状，可以调谐天线100的自谐振频率。这在空腔26的宽度受到限制的情况下特别有益。图5示出了第二天线200的附加天线元件510。
55.天线100的形状可以包括任何合适的形状，例如l形、z形、s形或t形。这些配置也可以是倒置或反向的，例如图4中所示的倒置z形状。天线100的天线元件的最佳尺寸的设计可以优化天线组件10的效率并提供隔离。
56.在图4的示例中，天线100具有z型形状。图4中所示的天线100的形状的示例性尺寸包括x方向上的约1.9毫米、y方向上的约1.6毫米和z方向上的约1.4毫米。在替代实施例中，天线100的x、y和z尺寸可以是任何合适的尺寸。
57.参考图5，在本示例中，第一天线100与第二天线200之间的间隙或槽12的形状为t形槽。通过在两个天线100、200之间成形槽12，可以进一步改善第一天线100与第二天线200之间的隔离。
58.图6示出了另一个示例性天线组件10。在这个示例中，相应的天线馈电点106、206的位置相对于图1所示的实施例移动。在图6的示例中，天线馈电点106、206彼此更靠近地设置。如图6所示，第一天线100的天线馈电点106位于第二天线的天线馈电点206附近。在一个实施例中，天线馈电点106、206可以并排设置。在本示例中，槽12是t形槽，但可以使用任何适当形状的槽。在本示例中，天线100和200分别包括附加的天线元件410和510。
59.图7示出了天线组件10的截面图，该天线组件10结合了在移动通信设备20中实现的所公开实施例的各方面。在本示例中，天线组件10包括设置在长侧框架构件14中的第一天线元件110和第二天线元件120。电池设备240设置在侧框架构件14的一侧或壁24上。图7的示例示出了天线组件100的天线馈电点106及其对应的连接点706。在这个示例中，天线馈电点106，也被称为天线馈电结构，由具有匹配集总组件的印刷多层fpc形成。
60.参考图8和图9，天线组件10的自解耦行为来自形成在天线结构中的lc谐振，使得第一天线100和第二天线200之间的互耦减少。如图8所示，电感由环路电流形成，通常如箭头80所示。在图9的示例中，侧框架构件14是金属的，并且电容c形成在第二天线元件120的内表面310与侧框架构件14的内表面32之间。
61.图10示出了结合了所公开实施例的各方面、在相同频段下工作的两个自解耦空腔天线的s参数(s2,1)的曲线图。在本示例中，4.3ghz时的隔离s2,1为-16db，而回波损耗为-18db。
62.图11示出了结合了所公开实施例的各方面的两个自解耦空腔天线的效率的曲线图。如图11的示例性图所示，实现了良好的宽带辐射性能。
63.所公开实施例的天线组件10是两个空腔天线(例如天线100、200)的最小组，这将减少互耦，并在不同空腔天线之间提供良好的隔离，不需要接地、电路或空腔天线之间用于连接空腔天线的附加结构。与天线之间的中间接地的普通天线相比，天线组件10提供了改进的宽带宽和效率。
64.天线组件10的空腔天线通常被配置为以相同频率工作的mimo天线，并且充当自解耦天线。所公开实施例的天线组件不需要连接在不同空腔天线之间的任何匹配组件或结构，例如接地连接或lc谐振器网络。
65.因此，虽然已经示出、描述和指出了应用于本发明的示例性实施例的的基本新颖特征，但应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对所示设备和方法的形式和细节以及它们的操作进行各种省略、替换和改变。此外，明确表示以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同的结果的那些元件的所有组合都在本发明的范围内。此外，应认识到，结合本发明的任何公开形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件可以作为设计选择的一般事项结合在任何其它公开或描述或建议的形式或实施例中。因此，其意图仅如所附权利要求的范围所表明的那样加以限制。