双频双极化天线模组、天线装置和电子设备的制作方法

1.本技术属于通信技术领域，具体涉及一种双频双极化天线模组、一种天线装置和一种电子设备。


背景技术：

2.随着5g的商用，要真正的发挥5g的全部潜能，需要依靠毫米波技术。为了能够覆盖到已定义的多个毫米波频段，需要实现双频双极化天线设计。
3.目前可以采用叠层的结构，通过叠层耦合来实现双频，并基于此来实现双极化。但这一实现方式会导致双频双极化天线的厚度较厚。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种双频双极化天线模组、天线装置和电子设备，能够解决双频双极化天线的厚度较厚的问题。
5.第一方面，本技术实施例提出了一种双频双极化天线模组，包括：天线辐射片，所述天线辐射片设置有至少两条槽缝，所述天线辐射片分别关于第一对称轴和第二对称轴呈轴对称，其中，所述第一对称轴与所述第二对称轴相垂直，且所述第一对称轴在所述天线辐射片上的长度等于所述第二对称轴在所述天线辐射片上的长度；两个馈电探针，其中一个馈电探针设置在所述天线辐射片的对应第一对称轴的位置上，另一个馈电探针设置在所述天线辐射片的对应第二对称轴的位置上，且所述两个馈电探针偏离所述天线辐射片的中心位置设置，所述中心位置为对应所述第一对称轴与所述第二对称轴的交点的位置。
6.第二方面，本技术实施例提出了一种天线装置，包括：至少两个根据本技术第一方面所述的双频双极化天线模组、传输线和第一连接器；其中，相邻所述天线模组包括的地板相连；所述传输线的一端连接所述地板，另一端连接所述第一连接器；所述第一连接器用于连接外部主板包括的第二连接器。
7.第三方面，本技术实施例提出了一种电子设备，包括：根据本技术第二方面所述的天线装置，和包括第二连接器的主板；其中，所述天线装置的地板较所述天线装置的天线辐射片临近于所述主板设置，且所述地板平行于所述主板设置；所述天线装置的第一连接器与所述第二连接器相连；所述第一连接器、所述第二连接器和所述地板呈水平布置方式，被分别布置于所述主板的同一侧。
8.在本技术的实施例中，基于设置有槽缝的天线辐射片来实现双频，并基于天线辐射片的对称结构及两个馈电探针分别在天线辐射片的对称轴上的设置位置来实现双极化，使得这一天线结构设计无需采用叠层的结构即可实现双频，并可基于此来实现双极化，故而不会导致双频双极化天线的厚度较厚。
9.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
10.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
11.图1是现有的一种双频双极化天线模组的示意图；
12.图2是现有的另一种双频双极化天线模组的示意图；
13.图3是现有的一种双频双极化天线与电子设备中部件间连接关系的示意图；
14.图4是现有的一种电子设备的示意图；
15.图5是根据本实用新型实施例的一种双频双极化天线模组的示意图；
16.图6是根据本实用新型实施例的另一种双频双极化天线模组的示意图；
17.图7是根据本实用新型实施例的再一种双频双极化天线模组的示意图；
18.图8是根据本实用新型实施例的一种双频双极化天线模组的s参数的示意图；
19.图9
‑
图18是根据本实用新型实施例的双频双极化天线模组在部分频点的方向图；
20.图19是根据本实用新型实施例的又一种双频双极化天线模组的示意图；
21.图20是根据本实用新型实施例的又一种双频双极化天线模组的示意图；
22.图21是根据本实用新型实施例的另一种双频双极化天线模组的s参数的示意图；
23.图22是根据本实用新型实施例的又一种双频双极化天线模组的示意图；
24.图23是根据本实用新型实施例的又一种双频双极化天线模组的示意图；
25.图24是根据本实用新型实施例的一种天线装置的示意图；
26.图25是根据本实用新型实施例的一种天线装置的示意图；
27.图26是根据本实用新型实施例的一种电子设备的示意图。
28.附图标记：
29.1、天线辐射片；2、馈电探针；3、射频集成电路；4、集成电源管理电路；5、槽缝；6、地板；7、介质；8、传输线；9、第一连接器；10、主板。
具体实施方式
30.下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
31.本技术的说明书和权利要求书中的术语“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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.请参考图1和图2，其示出了现有的双频双极化天线模组的示意图。如图1和图2所示，为实现双频设计，天线模组可以包括两个天线辐射片1，这两个辐射片1可以采用如图1或图2所示的叠层结构。基于该叠层结构以通过叠层耦合来实现双频，并可支持双极化设计的实现。此外，天线辐射片1以图1或图2所示的方式连接垂直于天线辐射片1的馈电探针2，可实现双极化设计。但这一叠层结构会使得天线模组厚度较厚，从而使得电子设备的厚度较厚。
35.请参考图3，现有设计通常采用封装天线技术(antenna in package，aip)，由多个现有的双频双极化天线模组组成的阵列天线，将阵列天线与电子设备中部件(如图3中示出的射频集成电路3和集成电源管理电路4)封装在一个模组里面，并将封装好的模组安装在电子设备中，这一封装模组在电子设备中的安装位置及与电子设备中其他部件的连接关系请参考图4。其中，图3和图4中示出的各个天线辐射片1，均为相应叠层结构中裸露于外侧的那一天线辐射片，相应叠层结构在图3和图4中未示出。可以看出，这一设计方式同样会使得电子设备的厚度较厚。
36.与上述现有的双频双极化天线模组的设计方式不同，请参考图5至图7、图19至图20、图22至图23，本实用新型实施例提供了一种双频双极化天线模组，其包括天线辐射片1和两个馈电探针2。
37.本实施例中，所述天线辐射片1设置有至少两条槽缝5，所述天线辐射片1分别关于第一对称轴和第二对称轴呈轴对称，其中，所述第一对称轴与所述第二对称轴相垂直，且所述第一对称轴在所述天线辐射片1上的长度等于所述第二对称轴在所述天线辐射片1上的长度。
38.本实施例通过对天线辐射片1的辐射片本体开设槽缝5，使得相对于辐射片本体来说，槽缝5的存在可以再增加一条电流路径，进而可额外产生一个频段，从而实现双频的目的。
39.基于此，本实施例提供的双频双极化天线模组能够覆盖到现有的5g毫米波频段，比如可以覆盖到的5g毫米波频段有n258(24.25ghz
‑
27.5ghz)、n257(26.5ghz
‑
29.5ghz)、n261(27.5ghz
‑
28.35ghz)、n260(37.0ghz
‑
40.0ghz)、n259(39.5ghz
‑
43.5ghz)，以及3gpp(第三代合作伙伴计划)后续定义的其他毫米波频段。
40.本实施例中，第一对称轴和第二对称轴相垂直且两者在天线辐射片1上的长度相等。首先，辐射片本体分别关于第一对称轴和第二对称轴呈轴对称，使得辐射片本体的这一对称结构能够支持双极化设计。此外，所开设的槽缝5同样分别关于第一对称轴和第二对称轴呈轴对称设计，使得槽缝5的这一对称结构也能够支持双极化设计。如此，天线辐射片1分别关于第一对称轴和第二对称轴呈轴对称，使得辐射片整体均能够支持双极化设计。
41.请参考图5至图6，图5可以为一天线模组的俯视图，图6可以为该天线模组的正视图，图7可以为该天线模组的立体图。如图5及图7所示，优选地，天线辐射片1的轮廓可以呈
正方形。第一对称轴和第二对称轴可以分别为如图5中的两条虚线所示。
42.可以看出，第一对称轴和第二对称轴相垂直，且在天线辐射片1上的长度相等，正方形的天线辐射片本体分别关于这两个对称轴均呈轴对称。此外，每一对称轴与正方形的边的相交位置处的夹角为90
°
，即每一对称轴均垂直于正方形的相对应的两个边，并平行于其他两个边。
43.基于此，上述至少两条槽缝5可以为图5所示的上侧槽缝和下侧槽缝，还可以为图5所示的左侧槽缝和右侧槽缝，或者为图5所示的四条槽缝。槽缝如此布置时，可支持天线辐射片1分别关于上述两个对称轴呈轴对称以保持对称结构，从而能够支持双极化设计。
44.基于此，在本公开一个实施例中，所述天线辐射片1设置有四条所述槽缝5；四条所述槽缝5与所述天线辐射片1的4个边一一对应；所述槽缝5包括沿相应边的长度方向延伸的第一槽缝。
45.如图5及图7所示，四条槽缝5分别设置于正方形的四个边的临近位置处，使得四条槽缝5与天线辐射片1的4个边一一对应，每一槽缝5均为沿相应边的长度方向延伸而得到的槽缝(即第一槽缝)。
46.本实施例中，对于上述两个馈电探针2，其中一个馈电探针2设置在所述天线辐射片1的对应第一对称轴的位置上，另一个馈电探针2设置在所述天线辐射片1的对应第二对称轴的位置上，且所述两个馈电探针2偏离所述天线辐射片1的中心位置设置，所述中心位置为对应所述第一对称轴与所述第二对称轴的交点的位置。
47.如图5及图7所示，两个馈电探针2中，一个设置在天线辐射片1的对应第一对称轴的位置上，另一个设置在天线辐射片1的对应第二对称轴的位置上。但两个设置位置均不在天线辐射片1的中心位置处，该中心位置为两个对称轴的交点位置，这是因为这个位置的阻抗不满足50欧姆。
48.通过将两个馈电探针2分别设置在两个相垂直的坐标轴上，可使得一个馈电探针2产生水平极化，而另一个馈电探针2产生垂直极化，从而实现双极化设计。
49.在本公开一个实施例中，以图5所示的天线辐射片1为例，通过对包括该天线辐射片1的天线模组进行测试，可以得到相应的s参数(如图8所示)。请参考图8可知，该天线模组共产生三个谐振，分别为图8所示出的谐振1、谐振2和谐振3。其中，谐振1和谐振3为有用的谐振，而谐振2为杂波，为不可用的谐振，其天线效率很低。
50.如图8所示，谐振1和谐振3分别对应于两个频段，即该天线模组可以覆盖双频。此外，通过按需变化正方形的边长、槽缝长度、槽缝宽度中的一个或多个，能够对双频覆盖效果作相应调整，具体调整效果如下所述。
51.经试验研究发现，通过调整槽缝5的长度，可以控制谐振3的频偏。其中，槽缝5的长度越长，谐振3越往低频偏移，而槽缝5的长度越短，谐振3越往高频偏移。
52.经试验研究发现，通过调整槽缝5的宽度，可以调整谐振3的阻抗匹配，优化谐振3的s参数。
53.经试验研究发现，通过调整天线辐射片1的边长，可以调整谐振1的频偏。其中，天线辐射片1的边长越长，谐振1越往低频偏移，而天线辐射片1的边长越短，谐振1越往高频偏移。
54.上面提到，谐振1和谐振3为有用的谐振。图9至图18示出了谐振1和谐振3部分频点
的方向图。方向图为天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形。
55.其中，图9为天线模组的对应24ghz的3d方向图，图10为天线模组的对应24ghz的2d方向图；图11为天线模组的对应25ghz的3d方向图，图12为天线模组的对应25ghz的2d方向图；图13为天线模组的对应35ghz的3d方向图，图14为天线模组的对应35ghz的2d方向图；图15为天线模组的对应40.5ghz的3d方向图，图16为天线模组的对应40.5ghz的2d方向图；图17为天线模组的对应41ghz的3d方向图，图18为天线模组的对应41ghz的2d方向图。基于这些方向图可知，谐振1和谐振3能够产生和贴片天线相同的方向图。
56.基于上述内容可以看出，通过在天线辐射片上开槽，本实施例提供的天线模组可以产生双频，且基于天线辐射片的对称结构及两个馈电探针分别在天线辐射片的对称轴上的设置位置，本实施例提供的天线模组可以产生双极化。具体地，该天线模组可以覆盖n258(24.25ghz
‑
27.5ghz)/n261(27.5ghz
‑
28.35ghz)/n257(26.5ghz
‑
29.5ghz)和n259(39.5ghz
‑
43.5ghz)/n260(37ghz
‑
40ghz)，即可以覆盖3gpp定义的毫米波频段中的双频，也可以是其它的频段组合，此处不做限制。
57.请参考图1至图4并结合上述相关说明可知，现有的双频双极化天线模组是采用叠层结构来实现双频，但通过叠层耦合实现双频设计的设计方式会导致天线的厚度较厚，进而导致电子设备如手机等移动终端的厚度较厚。
58.而本实施例是通过在天线辐射片1上开设槽缝5来实现双频，并基于天线辐射片的对称结构及两个馈电探针分别在天线辐射片的对称轴上的设置位置来实现双极化，从而无需采用叠层结构来实现双频，使得在不增加天线厚度和天线面积的情况下能够实现双频，同时能支持双极化的实现，故而能够满足电子设备尺寸更小化、轻薄化的极致外观需求。
59.由上可知，本技术的实施例提供了一种双频双极化天线模组，基于设置有槽缝的天线辐射片来实现双频，并基于天线辐射片的对称结构及两个馈电探针分别在天线辐射片的对称轴上的设置位置来实现双极化，使得这一天线结构设计无需采用叠层的结构即可实现双频，并可基于此来实现双极化，故而不会导致双频双极化天线的厚度较厚。
60.在本公开一个实施例中，如图5至图7所示，所述双频双极化天线模组还包括：地板6、被填充于所述天线辐射片1和所述地板6之间的介质7；所述地板6设置有对应所述馈电探针2的孔；所述馈电探针2贯穿所述介质7，且所述馈电探针2的一端与所述天线辐射片1相连，所述馈电探针2的另一端穿过所述地板6的对应所述馈电探针2的孔。
61.如图5及图7所示，地板6的尺寸大于天线辐射片1的尺寸，介质7位于地板6和天线辐射片1之间，且介质7的尺寸与地板6的尺寸相匹配。馈电探针2贯穿介质7，且其一端连接天线辐射片1，另一端穿过地板6的对应该馈电探针2的孔。其中，介质7在图6中未示出。
62.本实施例中，地板6用于承载天线辐射片1。
63.可选地，地板6可以为金属底板。
64.可选地，地板可以为液晶聚合物(liquid crystal polymer，lcp)，或者其它的低介电常数、低损耗的介质材料。
65.上面提到，可以通过调整正方形辐射片本体的边长、槽缝长度及槽缝宽度，能够对双频覆盖效果作相应调整。此外，本实施例还提供了另一种调整方式，即调整天线辐射片1的轮廓的形状，以期对双频覆盖效果作相应调整。
66.基于此，在本公开一个实施例中，如图19及图20所示，所述天线辐射片1的轮廓呈
四个边角处具有缺口的正方形；其中，所述缺口为具有设定边长的正方形缺口。
67.请参考图19，该正方形缺口可以如图19中的正方形虚线所示。
68.请参考图19和图20，图19可以为本实施例提供的天线模组的俯视图，图20可以为该天线模组的立体图，该天线模组的正视图可以如图6所示。
69.除了在正方形的四个边角处设置缺口，本实施例提供天线模组可以与图5所示的天线模组无其他区别。
70.在本公开一个实施例中，以图19所示的天线辐射片1为例，通过对包括该天线辐射片1的天线模组进行测试，可以得到相应的s参数(如图21中的s2对应的曲线所示)。其中，图21中还示出了对比组天线模组的s参数(如图21中的s1对应的曲线所示)。其中，除了对比组天线模组中的天线辐射片1的轮廓为正方形(即未设置上述缺口)以外，两个天线模组的其他特征保持一致。
71.请参考图21，通过对比设置缺口和未设置缺口所对应的s参数可以看出，通过在正方形的四个边角处均切除正方形缺口，可以调整天线模组的s参数中谐振3的阻抗匹配，并增加谐振3的带宽，以及可以调节谐振1的频偏。
72.除了上述设置缺口的调整方式，本实施例还提供了又一种调整方式，即调整槽缝5的形状，以期对双频覆盖效果作相应调整。
73.基于此，在本公开一个实施例中，如图22及图23所示，所述槽缝5还包括：分别从所述第一槽缝的两端沿设定方向延伸的两个第二槽缝；所述设定方向与所述长度方向相垂直。即槽缝5可以为如图22及图23所示的截面类似u形的槽缝。
74.如图22及图23所示，u形槽缝的凹口朝向天线辐射片1的中心位置，即u形槽缝的凹口朝向馈电点。如此，在本公开一个实施例中，所述槽缝5的凹口朝向所述天线辐射片1的中心位置。
75.基于不同的实际应用需求，在本公开其他实施例中，也可以限定所述槽缝5的凹口背离所述天线辐射片1的中心位置，即u形槽缝的凹口远离馈电点。
76.如图22及图23所示，本实施例提供了一种天线模组，该天线模组在设置该u形槽缝的同时，还进行了设置缺口(如图22中的虚线所示)的设计。其中，图22示出了该天线模组的俯视图，图23示出了该天线模组的立体图，该天线模组的正视图可以如图6所示。
77.在本公开其他实施例中，天线模组也可以仅设置该u形槽缝而不设置上述缺口。
78.经试验研究发现，通过将槽缝从图5所示的槽缝形状(即槽缝截面呈直线型)更改为如图22所示的槽缝形状(即槽缝截面呈类似u形)，可以进一步调整s参数中谐振3的频偏，使得谐振3往低频偏移。
79.由上可知，本实施例提供的天线模块通过设置槽缝以实现双频，基于天线辐射片的对称结构和两个天线辐射片的特定设置位置以实现双极化，从而可以在不额外增加天线厚度和天线面积的情况下实现双频双极化目的，不仅降低电子设备的厚度，还可降低投入成本，节省天线占用的空间，满足电子设备极致外观的需要，提升用户使用体验，在实际应用中具有良好的应用价值。
80.如图24及图25所示，本公开一个实施例还提供了一种天线装置，该天线装置包括：至少两个本公开上述任一实施例提供的双频双极化天线模组、传输线8和第一连接器9。其中，相邻所述天线模组包括的地板6相连；所述传输线8的一端连接所述地板6，另一端连接
所述第一连接器9；所述第一连接器9用于连接外部主板10包括的第二连接器。
81.本实施例中，两个及以上的天线模组组成天线阵列(如图24及图25中虚线框内的天线模组所示)，比如天线模组的个数可以为3个、4个、5个等任意可实现的个数。这些天线模组可以如图24所示依次首尾连接，也可以如图25所示呈矩阵排列。
82.本实施例中，相邻天线模组包括的地板6相连，且该地板6通过传输线8与第一连接器相连。
83.可选地，该传输线8可以为柔性电路(flexible printed circuit，fpc)，fpc的材料可以是液晶聚合物(liquid crystal polymer，lcp)、mpi或其它低损耗的材料。其中，mpi即modified pi，为改进配方的聚酰亚胺天线，mpi是非结晶性的材料。
84.可选地，第一连接器可以为btb(板对板)连接器。第一连接器可以通过表面贴装技术(surface mounted technology，smt)设置在传输线8上。该第一连接器用于连接主板上的相应连接器。
85.本实施例提供的天线装置可被置入电子设备如手机等移动终端的内部，天线装置的第一连接器连接电子设备中主板的相应连接器。
86.基于上述内容，如图26所示，本公开一个实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：本公开上述任一实施例提供的天线装置，和包括第二连接器的主板10。
87.如图26所示，该电子设备包括一天线装置，该天线装置中包括4个天线模组，且该天线模组的排列方式如图24所示。
88.本实施例中，所述天线装置的第一连接器9与所述第二连接器相连。如此，可以实现天线装置与主板10的连接。
89.本实施例中，所述天线装置的地板6较所述天线装置的天线辐射片1临近于所述主板10设置，且所述地板6平行于所述主板10设置。
90.由于天线辐射片1需要向外发射毫米波信号，则地板6比天线辐射片1更临近于主板10。为了避免增加电子设备的厚度，地板6可以平行于主板10设置。
91.本实施例中，所述第一连接器9、所述第二连接器和所述地板6呈水平布置方式，被分别布置于所述主板10的同一侧。
92.天线装置的第一连接器9与主板10的第二连接器(在图26中未示出)相连，为便于两者间的连接，两个连接器优选位于主板10的同一侧且呈水平方式布置。
93.为了避免增加电子设备的厚度，两个连接器和地板6优选位于主板10的同一侧且呈水平方式布置。
94.在本公开一个实施例中，所述电子设备还包括射频集成电路3和集成电源管理电路4。其中，所述射频集成电路3、所述集成电源管理电路4和所述地板6呈水平布置方式，被分别布置于所述主板10的同一侧。
95.请参考图1至图4并结合上述相关说明可知，现有的电子设备是采用封装天线技术将多个双频双极化天线模组与射频集成电路3和集成电源管理电路4封装在一个模组里面，再将封装好的模组安装在电子设备中，使得射频集成电路3、集成电源管理电路4和地板6在主板10的两侧，从而呈垂直方式布置，这一设置方式会导致电子设备厚度较厚。比如会增加整机厚度大概1mm，从而影响电子设备轻薄的外观效果，降低用户使用体验。
96.与这一设置方式不同，如图26所示，本实施例为了避免增加电子设备的厚度，将射
频集成电路3、集成电源管理电路4(在图26中未示出)和地板6设置于于主板10的同一侧且呈水平方式布置。
97.优选地，射频集成电路3优选临近于第二连接器设置，以降低路径损耗。
98.在本公开一个实施例中，如图26所示，所述电子设备为智能手机。
99.如图26所示，双频双极化天线模组可以透过玻璃后盖向外辐射毫米波信号。
100.如图26所示视角为例，电子设备为智能手机，其最上端为玻璃盖板，最下端为玻璃后盖，玻璃盖板下侧部件为显示屏，显示屏位于玻璃盖板和金属中框之间。主板10及本实施例提供的天线装置位于金属中框和玻璃后盖之间。
101.本实施例提供的智能手机的厚度较薄，能够满足用户对智能手机的极致外观需求，用户使用体验好。
102.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
103.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。