天线装置的制作方法

本发明实施例涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种天线装置。

背景技术：

在MIMO技术中有两个设计趋势，分别是实现天线的多频工作和降低多个天线间的耦合。在一种MIMO技术中，通过在天线辐射枝节上刻蚀细槽来降低天线的耦合，这种天线虽然结构简单、较易实现，但一般阻抗带宽相对较窄，天线辐射效率较低。在另一种MIMO技术中在同一个天线上引入多种形式的馈源，实现不同的方向图或极化模式来降低天线的耦合，但这种结构尺寸较大，只适合于移动设备中较大的终端。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种天线装置，能够以较小的成本在较小的面积上布置较多的天线，增加天线系统的系统容量。

第一方面，提供了一种天线装置，该装置包括多个天线单元，该天线单元包括介质板、一个两天线阵元和一个寄生元件，该两天线阵元位于该介质板的正面，该寄生元件位于该介质板的背面，且该两天线阵元所在区域位于该寄生元件区域范围之内，其中该两天线阵元中的第一天线和第二天线为关于该第一天线和该第二天线之间的中轴线(L)对称的弯曲缝隙slot天线，该第一天线由A段、B段、C段三段连接而成，A段、C段都垂直于B段且位于B段的同一侧，A段、C段都与该中轴线平行，A段的第一端点(A1)与B段的第一端点(B1)相连，C段的第一端点(C1)与B段的第二端点(B2)相连。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线的A段和C段中较长的一段的长度(t1)取值范围为20.6～22.8mm，该第一天线的A段和C段中较短的一段的长度(t3)取值范围为12.3～13.7mm，该第一天线的B段的长度(t2)取值范围为7.9～8.7mm，该第一天线和该第二天线相邻的两段之间的最短距离(d1)的取值范围为7.6～8.4mm，该第一天线和该第二天线的天线宽度(d2)取值范围为1.5～1.7mm。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线的A段和C段中较长的一段的长度(t1)取值范围为21.7mm，该第一天线的A段和C段中较短的一段的长度(t3)取值为13mm，该第一天线的B段的长度(t2)取值为8.3mm，该第一天线和该第二天线相邻的两段之间的最短距离(d1)取值为8mm，该第一天线和该第二天线的天线宽度(d2)取值为1.6mm。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线和该第二天线均为半波长slot天线结构。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第三种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线的馈电点(Q1)位于该第一天线的A段和C段中较长的一段，且靠近该第一天线的A段和C段中较长的一段的第二端点(A2)，该第二天线的馈电点(Q2)与该第一天线的馈电点(Q1)关于该中轴线(L)对称。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线的A段和C段中较长的一段的第二端点(A2)与该馈电点(Q1)之间的距离(t4)的取值范围为2.8～3.2mm。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，具体实现为：该第一天线的A段和C段中较长的一段的第二端点与该馈电点之间的距离(t4)取值为3mm。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第六种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，具体实现为：该寄生元件的形状为矩形。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，具体实现为：该寄生元件中与该中轴线(L)平行的矩形外边长(w1)的取值范围为26～28.8mm，该寄生元件中与该中轴线(L)垂直的矩形外边长(p1)的取值范围为30.4～33.6mm，该寄生元件的元件宽度(d3)的取值范围为0.9～1.1mm。

结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，具体实现为：该寄生元件中与该中轴线(L)平行的矩形外边长(w1)取值为27.4mm，该寄生元件中与该中轴线(L)垂直的矩形外边长(p1)取值为32mm，该寄生元件的元件宽度(d3)取值为1mm。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第九种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，具体实现为：该介质板为FR4，该介质板的厚度取值范围为1.5～1.7mm。

结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，具体实现为：该介质板的厚度取值为1.6mm。

结合第一方面的第十一种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，具体实现为：该介质板的介电常数为4.4。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第十二种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，具体实现为：在135mm*200mm的面积上，该天线装置包括4*5个该天线单元，其中在该天线装置135mm的边对应的方向上包括4排该天线单元，在该天线装置200mm的边对应的方向上包括5列该天线单元，4*5个该天线单元中的每一个天线单元的两天线阵元的中轴线都平行于该天线装置中长度为135mm的边。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第十二种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，具体实现为：在85*150mm的面积上，该天线装置包括2*5个该天线单元，其中在该天线装置85mm的边对应的方向上包括2排该天线单元，在该天线装置150mm的边对应的方向上包括5列该天线单元，2*5个该天线单元中的每一个天线单元的两天线阵元的中轴线都平行于该天线装置中长度为150mm的边。

基于以上技术方案，本发明实施例的天线装置，通过在较小面积上级联多个自耦度较低的天线阵元，从而能够以较小的成本在较小的面积上布置较多的天线，增加天线系统的系统容量。

附图说明

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

图1是本发明实施例天线装置的结构示意图。

图2是本发明实施例天线单元的正面结构示意图。

图3是本发明实施例天线单元的背面结构示意图。

图4是本发明实施例天线装置的另一结构示意图。

图5是本发明实施例天线装置的再一结构示意图。

图6是本发明实施例天线单元的结构示意图。

图7是本发明实施例天线装置的长度标识图。

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作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。

本发明实施例提出了一种高密度天线装置。

图1是本发明实施例天线装置100的结构示意图。如图1所示，天线装置可包括多个天线单元，天线装置由多个天线单元级联而成。在一个天线单元中，可包括介质板、一个两天线阵元和一个寄生元件，其中，两天线阵元位于介质板的正面，寄生元件位于介质板的背面，且两天线阵元所在区域位于该寄生元件区域范围之内。该两天线阵元中的第一天线和第二天线为关于该第一天线和该第二天线之间的中轴线对称的弯曲缝隙天线，其中缝隙英文可以简称但不限于为slot，该第一天线由A段、B段、C段三段连接而成，A段、C段都垂直于B段且位于B段的同一侧，A段、C段都与该中轴线平行，A段的第一端点(A1)与B段的第一端点(B1)相连，C段的第一端点(C1)与B段的第二端点(B2)相连。

天线装置中的天线单元的具体结构如图2和图3所示。

图2是本发明实施例天线单元的正面结构示意图。其中，灰色部分为介质板，两天线阵元中的第一天线和第二天线都位于介质板的正面。

图3是本发明实施例天线单元的背面结构示意图。其中，灰色部分为介质板，寄生元件位于介质板的背面。

结合图2、图3可以看出，两天线阵元所在区域位于该寄生元件区域范围之内。另外，虽然图3中示出的天线单元的介质板与寄生元件大小一致，但实际上，由于寄生元件需要寄生在介质板上，介质板的长和宽通常会比寄生元件长，寄生元件的区域都落入介质板的范围之内。

另外，应理解，第一天线和第二天线关于中轴线对称，是指两个天线的各个组成部分都对称，包括天线形状、天线宽度、馈电点等等。

另外，天线阵元的第一天线和第二天线采用如图1所示的弯曲的slot天线结构，能够使得天线的互耦度较低，并且使得天线阵元的整体面积较小。另外，第一天线和第二天线都关于中轴线对称，也能够降低天线阵元的整体互耦度。

通过设计将天线阵元包围的寄生元件，可以降低相邻的两个天线阵元之间的信号干扰。

应理解，天线装置的每个天线单元之间是解耦合的，也就是说天线装置可根据天线的需要，增加或删除若干个天线单元。

应理解，虽然图1中的天线装置示出了多排多列(M*N)的天线单元布置方式，但根据实际情况的需要(例如，形状的限制)，天线装置可布置成一排多列(M*1)或一列多排(1*N)的形式。

应理解，图1的天线装置中的天线单元，还可以旋转一定角度放置，例如旋转±90°或180°。具体地，旋转-90°可得到图4所示的天线布置方式，旋转180°可得到图5所示的天线布置方式。

应理解，本发明实施例所提到的垂直，应理解为近似垂直，两条线的夹角在87°～93°之间(90°±3°)都可以认为是垂直，例如88°、89°、89.5°、90°、90.5°、91°、91.5°，等等。类似地，本发明实施例所提到的平行，应理解为近似平行，两条线的夹角在-3°～3°之间(0°±3°)都可以认为是平行，例如-2°、-1°、-0.5°、0°、0.5°、1°、1.5°，等等。

本发明实施例中，通过将多个上述天线单元级联形成天线装置，在保证回程损耗、天线间隔离度等基本指标要求的同时，能够减少天线装置内部的耦合度，并在较小的尺寸上布置较多的天线，从而使得大规模天线在移动终端上的应用成为可能。

图6是本发明实施例天线单元的结构示意图。在具体的应用中，天线单元可以有2种布置方式，如图6的6-1和6-2所示。其中，图6的6-1所示的天线单元和图6的6-2所示的天线单元关于纵坐标轴对称。当然，还可对图6的6-1或图6的6-2所示的天线单元旋转一定角度得到新的天线结构，但其实质与图6的6-1或图6的6-2所示的天线单元的天线结构相同。本发明实施例中，以图6的6-1的结构为例，对本发明实施例的天线单元及天线装置进行描述。

图7是本发明实施例天线装置的长度标识图。如图7所示，天线单元的两天线阵元中，第一天线的A段和C段中较长的一段的长度记为t1，B段长度记为t2，第一天线的A段和C段中较短的一段的长度记为t3，第一天线的馈电点位于第一天线的A段和C段中较长的一段，第一天线的馈电点与该段的第二端点之间的距离记为t4，第一天线的天线宽度记为d2；第一天线与第二天线之间的距离记为d1。

可选地，在天线单元的两天线阵元中，t1的取值范围为20.6～22.8mm，t2的取值范围为7.9～8.7mm，t3的取值范围为12.3～13.7mm，d1的取值范围为7.6～8.4mm，d2的取值范围为1.5～1.7mm。第二天线与第一天线对称，其长度取值与第一天线的对应位置的取值相同。此时，天线阵元的互耦度较低，占用的面积也较小，使得天线单元或最终的天线装置互耦度低，占用面积小。

优选地，优选地，t1取值为21.7mm，t2取值为8.3mm，t3取值为13mm，d1取值为8mm，d2取值为1.6mm。此时，天线阵元的互耦度和面积能够取得较好的仿真效果。另外，在实际的应用中，该组长度还可在一定范围内上下波动，例如，±0.5％，±1％，±1.5％，±2％，±2.5％，±3％，±3.5％，等等。

可选地，天线单元的两天线阵元中，第一天线和第二天线均为半波长slot天线结构。通过采用半波长slot天线结构，天线阵元能够取得较好的天线发射性能，使得天线单元或最终的天线装置能够取得较好的天线发射性能。

可选地，第一天线的馈电点可位于第一天线中的任意一段。优选地，第一天线的馈电点(图1中，为Q1)位于A、C两段中最长的一段(图1中，为A段)，且靠近该段的第二端点(与B段不相连的端点，图1中，为A2)，第二天线的馈电点(图1中，为Q2)与第一天线的馈电点(图1中，为Q1)关于中轴线L对称。第一天线的馈电点与A段的第二端点(图1中，为A2)的距离t4的取值范围为2.8～3.2mm，优选地，t4可取值2.9mm、3mm或3.1mm。

另外，在介质板的背面采用寄生元件将两天线阵元所在区域圈起来，可增大天线单元之间的隔离度。可选地，寄生元件可以存在多种形状，例如，圆形、矩形、正六边形，等等。当然，也可以采用圆形、正六边形或其它形状。如图7所示，当寄生元件为矩形时，寄生元件中与中轴线L平行的矩形外边长记为w1，寄生元件中与中轴线L平行的矩形内边长记为w2，寄生元件中与中轴线L垂直的矩形外边长记为p1，寄生元件中与中轴线L垂直的矩形内边长记为p2，寄生元件的元件宽度记为d3。其中，w1＝w2+2*d3，p1＝p2+2*d3。

可选地，作为一个实施例，当寄生元件为矩形，w1的取值范围为26～28.8mm，p1的取值范围为30.4～33.6mm，d3的取值范围为0.9～1.1mm。优选地，w1取值为27.4mm，p1的取值范围为32mm，d3的取值范围为1mm。

另外，介质板可采用多种材质。例如，天线单元的介质板可以是FR4，其厚度取值范围为1.5～1.7mm。优选地，其厚度取值为1.6mm，介电常数为4.4。

另外，在对天线单元进行级联的过程中，任意两个天线单元之间应保持一定的间隔距离。如图7所示，相邻的两个天线单元中，与两天线阵元的中轴线(L)平行的寄生元件的边之间的距离可记为d4，与两天线阵元的中轴线(L)垂直的寄生元件的边之间的距离可记为d5。d4和d5的取值可根据天线装置的实际面积确定。

本发明实施例的天线装置，由多个上面所述的天线单元级联而成。以天线单元长为32mm、宽为27.4mm(寄生元件的外围长宽)为例，对天线装置的几种布局进行介绍。

在iPad Mini大小(即200mm*135mm)的面积上，本发明的天线装置可包括4*5个天线单元，其中在天线装置的135mm的边对应的方向上包括4排天线单元，在天线装置的200mm的边对应的方向上包括5列天线单元，且该4*5个天线单元中每一个天线单元的两天线阵元的中轴线都平行于天线装置中长度为135mm的边。也就是说，本发明的天线装置可在200mm*135mm的面积上布置5*4*2＝40个天线。此时d4最大取值为(200-32*5)/(5-1)＝10mm；d5最大取值为(135-27.4*4)/(4-1)＝8.4mm。如果考虑到天线装置边缘也应预留一定的空间，d4最大取值为(200-32*5)/5＝8mm；d5最大取值为(135-27.4*4)/4＝6.3mm。

在实验环境中，测基于该天线设计的40×40MIMO系统容量相对于传统的4×4MIMO系统容量有7倍的提升。

在Samsung Note大小(即150mm*85mm)的面积上，本发明的天线装置可包括2*5个天线单元，其中在天线装置的85mm的边对应的方向上包括2排天线单元，在天线装置的150mm的边对应的方向上包括5列天线单元，且该2*5个天线单元中每一个天线单元的两天线阵元的中轴线都平行于天线装置中长度为150mm的边。也就是说，本发明的天线装置可在150mm*85mm布置5*2*2＝20个天线。此时d4最大取值为(85-32*2)/(2-1)＝21mm；d5最大取值为(150-27.4*5)/(5-1)＝3.2mm。如果考虑到天线装置边缘也应预留一定的空间，d4最大取值为(85-32*2)/2＝10.5mm；d5最大取值为(150-27.4*5)/5＝2.6mm。

在实验环境中，测基于该天线设计的20×20MIMO系统容量相对于传统的4×4MIMO系统容量有4倍的提升。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。