一种全向天线和电子设备的制作方法

1.本技术实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种全向天线和电子设备。


背景技术：

2.超宽带(ultra-wideband，uwb)技术通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，uwb技术通过飞行时间(time of flight，tof)技术中的测距天线测量三维空间内待测物体的距离及方位，然而，将测距天线集成在电子设备中面临着诸多问题，如辐射范围减小，安装过程中必须在金属边框上设置断点才能保证天线的工作性能。
3.目前，可集成在电子设备印制电路板(printed circuit boards，pcb)板端的天线通常包括单极天线、偶极天线、八木天线、缝隙天线、贴片天线等，其中，八木天线、贴片天线等为单向天线，相对宽度较窄；缝隙天线和偶极天线在自由空间是全向的，然而，当缝隙天线集成在板端的时候由于受到介质和接地板的影响，天线辐射范围受到影响。
4.现有的集成在板端的天线在设置过程中既要保证天线辐射能力强、辐射范围广，又要保证电子设备整机质量，能够做到无外框断点的设计是目前电子设备中天线设置的难点问题。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种全向天线和电子设备，将贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接形成辐射体，使天线可以全向辐射，同时，对贴片天线、缝隙天线以及耦合馈线的设置方式，能够保证全向天线所在的电子设备无外框断点，进而提高整机质量。
6.第一方面，本技术示出了一种全向天线，全向天线包括：贴片天线、耦合馈线以及缝隙天线形成的辐射体；贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接；耦合馈线与馈点连接，馈点设置于电子设备的基板上；缝隙天线为l型天线，馈点贴近于l型天线的转角附近。
7.贴片天线具有强方向性，缝隙天线辐射效率不高，将贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接，可以综合辐射效率以及天线的全向性，使天线可以全向辐射，同时，本技术对贴片天线、缝隙天线以及耦合馈线的设置方式，能够保证全向天线所在的电子设备无外框断点，进而提高整机质量。
8.同时，将缝隙天线设置成l型天线，使缝隙天线便于设置于电子设备基板的转角处，由于电子设备中不仅仅包括全向天线用于测距，还包括很多通信天线如2g、3g、4g、gps、wifi天线，采用本实现方式的l型缝隙天线，不会过多的占用移动通信天线的面积。
9.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，全向天线用于uwb频段辐射。
10.uwb技术通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有ghz量级的带宽，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低解惑能力、系统复杂度低、能够提供数厘米的定位精度等优点，本技术示出的全向天线适用于uwb频段辐射。
11.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，耦合馈线为微带馈线或共
面波导馈线。微带馈线与共面波导馈线均为馈电方式的一种，不同的馈电方式对天线交叉极化影响不同，本技术实施例可根据实际需求设置不同的馈电方式。
12.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，耦合馈线为u型馈线。采用本实现方式示出的耦合馈线能够增大激励面积，能够使贴片天线以及缝隙天线获得更好的电性连接效果。
13.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，耦合馈线的投影叠加于缝隙天线上。采用本实现方式，能够增强耦合馈线耦合电磁波的能力。
14.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实现方式中，贴片天线至少包括以下任意一种：矩形贴片天线、圆形贴片天线、六边形贴片天线、梯形贴片天线或五角星形贴片天线。
15.贴片天线的形状可以根据实际情况需要设定，能够根据不同的电子设备设置不同规格不同形状的贴片天线。
16.第二方面，本技术实施例示出一种电子设备，包括：如上述第一方面及第一方面的各种可能的实现方式示出的全向天线，电子设备包括基板和背板，背板扣合于基板之上，基板与背板之间具有间隙，全向天线设置于所述基板与背板之间；贴片天线设置于背板上，缝隙天线设置于基板上，贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接；缝隙天线包括在基板上设置的l型凹槽；基板设置有馈点，耦合馈线与馈点连接。
17.通过将贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接，使天线可以全向辐射，同时，本技术对贴片天线、缝隙天线以及耦合馈线的设置方式，能够保证全向天线所在的电子设备无外框断点，进而提高整机质量。
18.将缝隙天线设置成l型凹槽使得缝隙天线便于设置于电子设备基板的转角处，由于电子设备中不仅仅包括全向天线用于测距，还包括很多通信天线如2g、3g、4g、gps、wifi天线，采用本实现方式的缝隙天线，不会过多的占用移动通信天线的面积。
19.结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，基板为矩形基板，l型凹槽设置在矩形基板其中一个顶点处。采用本实现方式能够避免占用其他通信天线的面积。
20.结合第二方面，在第二方面的一种可能的实现方式中，耦合馈线的投影叠加于缝隙天线上。采用本实现方式，能够在电子设备中增强耦合馈线耦合电磁波的能力。
21.结合第二方面及第二方面所有可能的实现方式中，电子设备还包括：边框；
22.边框围绕基板的边缘设置，全向天线设置于边框内侧。
23.由于电子设备采用本技术示出的全向天线，电子设备的边框可以采用无外框断点的设计，提高电子设备工艺水平，提高整机质量。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
25.图1为本技术实施例中示出的一种全向天线结构示意图；
26.图2为本技术实施例中示出的贴片天线并列分布设置方式示意图；
27.图3为本技术实施例中示出的贴片天线垂直分布设置方式示意图；
28.图4为本技术实施例中示出的贴片天线混合分布设置方式示意图；
29.图5是本技术实施例中示出的贴片天线1设置方式示意图；
30.图6是本技术实施例中示出的缝隙天线3设置方式示意图；
31.图7为本技术实施例中示出的馈点4设置方式示意图；
32.图8为本技术实施例中示出的耦合馈线2形状示意图；
33.图9为本技术实施例中示出的耦合馈线2连接示意图；
34.图10为本技术实施例中示出的另一种耦合馈线2示意图；
35.图11为本技术实施例中示出的另一种耦合馈线2连接示意图；
36.图12为本技术实施例中示出的另一种耦合馈线2连接剖面图；
37.图13为本技术实施例中示出的全向天线在自由空间的的回波损耗图；
38.图14为本技术实施例中示出的全向天线在6.5ghz的增益方向图；
39.图15为本技术实施例中示出的全向天线在6.5ghz的xoz面的增益图；
40.图16为本技术实施例中示出的全向天线在8ghz的增益方向图；
41.图17为本技术实施例中示出的全向天线在8ghz的xoz面的增益图；
42.图18为单个贴片天线在自由空间的回波损耗图；
43.图19为单个贴片天线在6.5ghz的增益方向图；
44.图20为单个贴片天线在6.5ghz的xoz面的增益图；
45.图21为单个贴片天线在8ghz的增益方向图；
46.图22为单个贴片天线在8ghz的xoz面的增益图；
47.图23为单个缝隙天线在自由空间的回波损耗图；
48.图24为单个缝隙天线在6.5ghz的增益方向图；
49.图25为单个缝隙天线在6.5ghz的xoz面的增益图；
50.图26为单个缝隙天线在8ghz的增益方向图；
51.图27为单个缝隙天线在8ghz的xoz面的增益图；
52.图28为本技术实施例中示出的一种电子设备结构示意图；
53.图29为本技术实施例中示出的基板5形状示意图；
54.图30为本技术实施例中示出的边框7形状示意图。
具体实施方式
55.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术实施例中的技术方案，下面结合附图对本技术实施例中的技术方案作详细的说明。
56.本技术以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术实施例的限制。如在本技术实施例的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。此外，术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a、b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
57.在对本技术实施例的技术方案说明之前，首先对本技术实施例的应用场景进行说
明。
58.uwb技术通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，uwb技术通过tof技术中的测距天线测量三维空间内待测物体的距离及方位，然而，将测距天线集成在电子设备中面临着诸多问题，如辐射范围减小，安装过程中必须在金属边框上设置断点才能保证天线的工作性能。
59.目前，可集成在电子设备pcb板端的天线通常包括单极天线、偶极天线、八木天线、缝隙天线、贴片天线等。其中，八木天线、贴片天线等为单向天线，相对宽度较窄；缝隙天线和偶极天线在自由空间是全向的。然而，当缝隙天线集成在pcb板端的时候，由于受到介质和接地板的影响，天线辐射范围会受到影响，无法做到全向辐射。
60.本技术实施例提供了一种全向天线，能够在电子设备中进行全向辐射同时保证所在的电子设备无外框断点。
61.图1是本技术实施例示出的一种全向天线结构示意图。在该实施例中，全向天线包括：贴片天线1、耦合馈线2以及缝隙天线3形成的辐射体；贴片天线1和缝隙天线3通过耦合馈线2电性连接。
62.贴片天线是一种饼状的定向天线，是由两个金属板叠加组成的，其中一个金属板比另一个大，中间有片状电介质，其特点为平、薄且重量轻。双频段贴片天线能够保证收/发信道的分离和匹配，馈电方法有单馈和双馈两类，馈电结构灵活，有同轴探针馈电、微带线馈电、耦合馈电等。
63.贴片天线可以是一个或者多个，当贴片天线为多个时，包括但不限于并列分布、垂直分布以及混合分布方式。例如：图2是本技术实施例示出的贴片天线并列分布设置方式示意图。当贴片天线为两个时，两个贴片天线可以沿背板顶边并列分布设置。图3是本技术实施示出的贴片天线垂直分布示意图。当贴片天线为两个时，两个贴片天线还可以沿背板顶边垂直分布设置。图4是本技术实施例示出的贴片天线混合分布设置方式示意图。当贴片天线为三个时，贴片天线可以采用沿顶边并列分布设置以及垂直分布设置相结合的混合分布设置方式。贴片天线在背板上的设置位置不做限定，如图4所示的贴片天线，贴片天线可设置于背板的其中一个顶点处；也可以沿背板顶边或侧边设置。其中，背板为电子设备的背板，是支撑其他电路板、器件和器件之间的相互连接，并为所支撑的器件提供电源和数据信号的电路板或框架。背板常规为矩形背板。
64.缝隙天线是在导体面上开缝形成的天线，可用跨接在它窄边的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电，此时缝隙上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。
65.耦合馈电是指在通信等领域内的不接触但有一定的小的距离的两个电路元件或电路网络之间通过耦合的方式进行电能量的传导，使得其中一个元件不与电能量传导系统有直接接触的情况下获得能量。耦合馈线是指以耦合馈形式传输射频能量的连接线。
66.贴片天线1、耦合馈线2以及缝隙天线3形成的辐射体可用于uwb频段辐射；其中贴片天线与缝隙天线均属于uwb技术中的测距天线，uwb技术通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有ghz量级的带宽，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低解惑能力、系统复杂度低、能够提供数厘米的定位精度等优点，本技术示出的全向天线适用于uwb频段辐射。
67.图5是本技术实施例示出的贴片天线1设置方式示意图。在一种实现方式中，贴片
天线1可以设置于电子设备背板6上。贴片天线1可以为矩形贴片天线，也可以为其他形状的贴片天线，例如：圆形贴片天线、六边形贴片天线，梯形贴片天线或五角星形贴片天线等，本技术实施例对贴片天线的形状不做具体限定。贴片天线的形状可以根据实际情况需要设定，能够根据不同的电子设备设置不同规格不同形状的贴片天线。贴片天线的尺寸可以根据其工作频率、信号收发功率、网络制式等因素确定，本技术实施例对此不做具体限定。例如，当贴片天线用于实现手机终端的第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology,5g)的测距功能时，当贴片天线为矩形时，贴片天线尺寸可以设置为13.5毫米
×
10.5毫米。
68.图6是本技术实施例示出的缝隙天线3设置方式示意图。缝隙天线3设置于电子设备基板5上；缝隙天线3为在基板5上开槽形成的天线。在一种实现方式中，缝隙天线3为在基板5上开l型凹槽形成的l型天线，以保证缝隙天线3的隐蔽性和稳固性。在一种实现方式中，凹槽槽宽设置为1毫米，该实现方式适用于5g终端设备所需规格。其中，优化调整槽宽大小以及相关参数可以灵活控制每个频段的带宽。
69.图7是本技术实施例示出的馈点4设置方式示意图。馈点4设置于基板5上，馈点4贴近于l型凹槽的转角处。馈点4设置于l型凹槽转角处能够连接耦合馈线2，通过耦合馈线2激励基板5上的缝隙天线3以及背板6上的贴片天线1。
70.本技术实施例中，缝隙天线与贴片天线优选为相同网络制式的天线，例如当贴片天线为5g天线时，缝隙天线也为5g天线。l型凹槽优选设置在基板的其中一个顶点处，这样可以使缝隙天线位于电子设备边缘，不仅有利于提高缝隙天线的信号收发能力，还可以避免缝隙天线作为测距天线占用2g、3g、4g、gps、wifi天线等通信天线的空间。
71.在一种实现方式中，耦合馈线2为u型馈线。
72.图8是本技术实施例示出的耦合馈线2形状示意图，如图8所示，耦合馈线2包括l型馈面21，第一方形馈面22以及第二方形馈面23；其中，l型馈面21与基板5平行设置；l型馈面21侧边与第一方形馈面22侧边垂直连接，第一方形馈面22另一侧边与第二方形馈面23侧边垂直连接；l型馈面21与第二方形馈面23相对于第一方形馈面22向同一方向延伸。
73.图9是本技术实施例示出的耦合馈线2连接示意图，如图9所示，l型馈面21底端与馈点4连接，第一方形馈面22一侧与l型馈面21一侧垂直连接，第一方形馈面垂直于基板5设置，第二方形馈面23一侧与第一方形馈面22另一侧垂直连接，第二方形馈面23平行于基板5设置；l型馈面21与第二方形馈面23相对于第一方形馈面22向同一方向延伸。第二方形馈面23与贴片天线1之间具有间隙，耦合馈线2与贴片天线1为电性连接。
74.l型馈面21用于与馈点4连接，l型馈面21采用l型的设计能够避免遮挡缝隙天线3，使缝隙天线3有更强的信号辐射能力；第一方形馈面22以及与第一方形馈面22连接的第二方形馈面23采用方形的设计结构能够增大激励效果。
75.图10是本技术实施例示出的另一种耦合馈线2形状示意图，如图10所示，耦合馈线2包括第三方形馈面24、第四方形馈面25以及第五方形馈面26；其中，第三方形馈面24与基板5平行设置；以与基板5顶边所在方向作为第三方形馈面24顶边所在方向；第三方形馈面24顶边与第四方形馈面25侧边垂直连接，第四方形馈面25与基板5垂直设置，第四方形馈面25另一侧边与第五方形馈26顶边垂直连接，第三方形馈面24与第五方形馈面26相对于第四方形馈面25向同一方向延伸。
76.图11是本技术实施例示出的另一种耦合馈线2连接示意图。其中，第三方形馈面24底端与馈点4连接(图11中所示馈点4位于基板5上，被耦合馈线2遮盖，虚线表示馈点4所在位置)。耦合馈线2在缝隙天线上的投影与l型凹槽部分重合，用于辐射电磁波。图12示出了另一种耦合馈线2连接剖面图；其中，第三方形馈面24与基板5平行设置；以与基板5顶边所在方向作为第三方形馈面24顶边所在方向；第三方形馈面24顶边与第四方形馈面25侧边垂直连接，第四方形馈面25与基板5垂直设置，第四方形馈面25另一侧边与第五方形馈26顶边垂直连接，第三方形馈面24与第五方形馈面26相对于第四方形馈面25向同一方向延伸。第五方形馈面26与贴片天线1之间具有间隙，耦合馈线2与贴片天线1为电性连接。
77.在一种实现方式中，耦合馈线2为微带馈线或共面波导馈线。微带馈线与共面波导馈线均为馈电方式的一种，不同的馈电方式对天线交叉极化影响不同，本技术实施例可根据实际需求设置不同的馈电方式。
78.图13为本技术实施例的全向天线在自由空间的的回波损耗图。回波损耗(return loss，rl)是表示入射功率的一部分被反射回信号源的性能的参数，其定义为入射功率与反射功率之比，用db表示，数值的绝对值越大越好，s11为输入反射系数，即输入回波损耗。s11＝-rl，因此s11数值越小越好。参阅图13，图13示出了本技术实施例的全向天线在自由空间的输入回波损耗，辐射效率以及总效率；其中，6.5ghz的输入回波损耗为-6db；总效率为-4.3db；辐射效率为-3.4db。
79.图14为本技术实施例示出的全向天线在6.5ghz的增益方向图。图15为本技术实施例1示出的全向天线在6.5ghz的xoz面的增益图。如图14和图15所示，其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为3.2/0.1/3.1；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为-1.6/-8.5/-6.9。
80.需要说明的是，图14～图27中示出的theta为θ；表示垂直方向上与z轴的夹角；phi为φ，表示xoy平面上的夹角。
81.图16为本技术实施例示出的全向天线在8ghz的增益方向图。图17为本技术实施例示出的全向天线在8ghz的xoz面的增益图。如图16和图17所示，其中，8ghz的输入回波损耗为-5db；总效率为-3.5db；辐射效率为-2.5db；其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为3.1/2.5/0.6；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为0.1/-6.1/6.2。
82.图18为单个贴片天线在自由空间的回波损耗图。图18示出了单个贴片天线在自由空间的输入回波损耗，辐射效率以及总效率；其中，6.5ghz的单个贴片天线输入回波损耗为-20db；总效率为-1.7db；辐射效率为-1.6db。
83.图19为单个贴片天线在6.5ghz的增益方向图。图20为单个贴片天线在6.5ghz的xoz面的增益图。如图19和图20所示，其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为5.3/-7.9/13.4；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为3.1/-16.7/19.8。
84.图21为单个贴片天线在8ghz的增益方向图。图22为单个贴片天线在8ghz的xoz面的增益图。如图21和图22所示，其中，8ghz的输入回波损耗为-9db；总效率为-1.2db；辐射效率为-0.8db；其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为6.1/-11.6/-17.7；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为3.3/-16.7/20。
85.图23为单个缝隙天线在自由空间的回波损耗图。图23示出了单个缝隙天线在自由空间的输入回波损耗，辐射效率以及总效率；其中，6.5ghz的输入回波损耗为-5.5db；总效
率为-6.4db；辐射效率为-5db。
86.图24为单个缝隙天线在6.5ghz的增益方向图。图24为单个缝隙天线在6.5ghz的xoz面的增益图。如图24和图25所示；其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为1.1/1.9/-0.7；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为-8.8/-7.1/1.7。
87.图26为单个缝隙天线在8ghz的增益方向图。图27为单个缝隙天线在8ghz的xoz面的增益图。如图26和图27所示，其中，8ghz的输入回波损耗为-4.7db；总效率为-4.9db；辐射效率为-3.1db；其h面最大增益点dbi(背面/正面/差值)为3.8/4/-0.2；其h面最小增益点dbi(背面/正面/差值)为-6.5/-3.7/-2.8。
88.将上述数据进行归纳总结，结果参阅如下表1：
89.表1：
[0090][0091]
根据上述表1示出的数据，可以看出，从辐射效率的角度进行评价，本技术实施例示出的全向天线效率介于单个贴片天线以及单个缝隙天线之间；从正反面的最大增益差别的角度进行评价，本技术实施例示出的全向天线介于单个贴片天线以及单个缝隙天线之间；从正反面的方向图凹坑的角度进行评价，本技术实施例示出的全向天线介于单个贴片天线以及单个缝隙天线之间。
[0092]
本技术示出的全向天线，将贴片天线和缝隙天线通过耦合馈线电性连接形成辐射体，综合了贴片天线的效率以及缝隙天线的全向性，能够保证天线在进行全向辐射的同时，使全向天线所在的电子设备无外框断点，进而提高整机质量。
[0093]
以下实施例介绍了电子设备，需要说明的是，电子设备可以是还包含其它功能诸如个人数字助理(personal digital assistant,pda)和/或音乐播放器功能的便携式电子设备，诸如手机、平板电脑、具备无线通讯功能的可穿戴电子设备(如智能手表)等。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载或者其它操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其它便携式电子设备，诸如具有触敏表面或触控面板的膝上型计算机(laptop)等。
[0094]
图28是本技术提供的一种电子设备一实施例的结构示意图，在该实施例中，电子设备包括：全向天线、基板5和背板6，背板6扣合于基板5之上，基板5与背板6之间具有间隙，全向天线设置于所述基板5与背板6之间；贴片天线1设置于背板6上，缝隙天线3设置于基板5上，贴片天线1和缝隙天线3通过耦合馈线2电性连接；基板5设置有馈点4，耦合馈线2与馈点4连接。
[0095]
图29示出了基板5形状示意图，在一种实现方式中，缝隙天线3为在基板5上开槽形成的天线。
[0096]
在一种实现方式中，缝隙天线3为在基板5上开l型凹槽形成的l型天线。
[0097]
在一种实现方式中，基板5为矩形基板，l型天线设置在矩形基板其中一个顶点处。
[0098]
在一种实现方式中，耦合馈线2的投影叠加于缝隙天线上。
[0099]
在一种实现方式中，电子设备还包括：边框7；图30是本技术实施例示出的边框7形状示意图。边框7围绕基板5的边缘设置，全向天线设置于边框内侧，在全向天线附近的边框为连续不间断结构。
[0100]
应理解，在本技术实施例的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对实施例的实施过程构成任何限定。
[0101]
本说明书的各个部分均采用递进的方式进行描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点介绍的都是与其他实施例不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
[0102]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。