天线阵列和电子设备的制作方法

1.本技术涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线阵列和电子设备。


背景技术：

2.随着毫米波技术的发展，毫米波天线射频系统在终端设备中的应用也越来越广泛。目前，终端设备中集成的毫米波天线射频系统，所用的天线设计，也将面临诸多挑战。第一，由于终端设备中的各个器件之间布局紧密，留给毫米波射频系统的空间非常有限。第二，由于毫米波天线具有容易受阻碍的传播特性。因此，终端设备的壳体将会影响毫米波天线的辐射性能。


技术实现要素：

3.本技术的实施例提供一种天线阵列和电子设备。本技术实施例可以避免壳体对毫米波天线的影响，不会影响电子设备的空间布局。
4.本技术的实施例一种天线阵列，应用于电子设备中，包括天线基体、辐射介质贴片阵列和多个馈电线，所述天线基体具有相对设置的天线侧面和馈电侧面。所述辐射介质贴片阵列设置于所述天线侧面，所述辐射介质贴片阵列包括多个辐射介质贴片，所述多个辐射介质贴片一体成型，所述多个辐射介质贴片嵌入至所述电子设备的壳体内以形成一个整体。所述多个馈电线设置于所述馈电侧面，所述多个馈电线与所述多个辐射介质贴片一一对应，每一所述馈电线用于将能量耦合到对应的所述辐射介质贴片。
5.采用本技术的实施例，通过将辐射介质贴片阵列嵌入至所述电子设备的壳体内，辐射介质贴片阵列与壳体的一体化可以避免壳体对毫米波天线的影响。本技术实施例中的所述辐射介质贴片阵列可以与所述壳体一体成型，这样可以使得所述辐射介质贴片阵列不需要额外占用所述电子设备的空间，从而不会影响所述电子设备的空间布局。
6.在一种可能的设计中，所述多个辐射介质贴片与所述壳体一体成型。基于这样的设计，本技术可以实现介质辐射体与壳体的进一步结合，实现更高层次的一体化设计，从而减小毫米波模组所占用的空间。
7.在一种可能的设计中，所述多个辐射介质贴片通过注塑工艺融入到所述电子设备的所述壳体中。这样可以实现减小毫米波模组所占用的空间。
8.在一种可能的设计中，所述天线基体包括第一介质基板、接地板、半固化片和第二介质基板。所述第一介质基板的表面设有所述辐射介质贴片阵列，所述接地板设置于所述第一介质基板背离所述辐射介质贴片阵列的下表面，所述半固化片设于所述接地板背离所述第一介质基板的下表面，所述第二介质基板设置于所述半固化片背离所述接地板的下表面。
9.在一种可能的设计中，所述接地板为金属材质，所述接地板用于为所述辐射介质贴片阵列提供接地。
10.在一种可能的设计中，所述多个馈电线设置于所述第二介质基板背离所述半固化
片的下表面。
11.在一种可能的设计中，所述接地板上蚀刻多个十字缝隙以形成缺陷地结构。这样，缺陷地结构可以破坏所述接地板的完整性，进而可以有效提高单元件的隔离特性和扫描性能。
12.在一种可能的设计中，所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述半固化片和所述接地板的长度相同，所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述半固化片和所述接地板的宽度相同。
13.在一种可能的设计中，所述接地板上还蚀刻多个第二十字缝隙，所述多个第二十字缝隙与所述多个馈电线一一对应，每一个所述馈电线通过对应的所述第二十字缝隙将能量耦合到对应的所述辐射介质贴片。这样可以实现辐射介质贴片的信号辐射。
14.第二方面，本技术的实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括壳体如上述所述的天线阵列。
15.采用本技术的实施例，通过将辐射介质贴片阵列嵌入至所述电子设备的壳体内，辐射介质贴片阵列与壳体的一体化可以避免壳体对毫米波天线的影响。本技术实施例中的所述辐射介质贴片阵列可以与所述壳体一体成型，这样可以使得所述辐射介质贴片阵列不需要额外占用所述电子设备的空间，从而不会影响所述电子设备的空间布局。
附图说明
16.图1为本技术的实施例提供的电子设备的结构示意图。
17.图2为本技术的实施例提供的天线阵列的结构示意图。
18.图3为本技术的实施例提供的天线阵列的另一结构示意图。
19.图4为本技术的实施例提供的天线阵列的另一结构示意图。
20.图5为本技术的实施例提供的辐射介质贴片阵列与天线基体的结构示意图。
21.图6为本技术的实施例提供的接地板的示意图。
22.图7为本技术的实施例提供的接地板的另一示意图。
23.图8为本技术的实施例提供的馈电线的结构示意图。
24.图9为本技术实施例的天线阵列的s参数曲线图。
25.图10为本技术实施例的天线阵列的各个端口的隔离度的示意图。
26.图11为所述天线阵列在频率24.5ghz时的扫描方向图。
27.图12为所述天线阵列在频率25.5ghz时的扫描方向图。
28.图13为所述天线阵列在频率26.5ghz时的扫描方向图。
29.图14为所述天线阵列在频率27.5ghz时的扫描方向图。
30.图15为所述天线阵列在频率28.5ghz时的扫描方向图。
31.图16为所述天线阵列在频率29.5ghz时的扫描方向图。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
33.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
34.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技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术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，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/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。
35.请参阅图1及图2，本技术的一个实施例提供一种天线阵列100，所述天线阵列100可以应用于电子设备200中，用于发射、接收无线电波。
36.可以理解，在一些可能的应用场景中，所述电子设备200可以是基站、移动设备或终端，例如移动电话、个人数字助理等。所述电子设备200可以通过设置所述天线阵列100，使得所述电子设备200可以工作于5g毫米波频率。
37.所述电子设备200可以包括壳体300。显然，所述电子设备200还可以包括但不限于实现其预设功能的其他机械结构、电子组件、模组、软件。
38.请一并参阅图3和图4，本实施例中，所述天线阵列100可以包括辐射介质贴片阵列10、天线基体20和多个馈电线30。
39.可以理解，本实施例中，所述天线基体20可以具有相对设置的天线侧面和馈电侧面。其中，所述辐射介质贴片阵列10可以设置于所述天线基体20的天线侧面，所述馈电线30可以设置于所述天线基体20的馈电侧面。
40.如图3所示，所述辐射介质贴片阵列10可以包括多个辐射介质贴片11。其中，每个所述辐射介质贴片11由上向下可以对应一个馈电线30(图4中示出)。
41.可以理解，所述辐射介质贴片11的数量可以与馈电线30的数量相同。每个辐射介质贴片11可以对应于一个馈电线30。
42.在一些可选的实现方案中，每一个所述辐射介质贴片11均可以为介质谐振器贴片。在具体实现过程中，每一个所述辐射介质贴片11可以由介质材料制成。例如，每一个所述辐射介质贴片11可以由陶瓷介质制成，其中所述陶瓷介质的介电常数可以为6.5。或者每一个所述辐射介质贴片11还可以由3d打印的塑料介质制成。
43.可以理解，以上的介质材料只是举例说明，本技术实施例中的辐射介质贴片还可以由其他的介质材料制成，对此，本技术的实施例不作具体限定。
44.由于本技术实施例中的所述辐射介质贴片11的制成材料为介质材料，相较于金属材料制成的辐射介质贴片，本技术的介质辐射介质贴片没有金属损耗，在毫米波频段应用中损耗更低；并且介质的介电常数可以有多种选择，设计维度更多，相对于金属天线而言更加灵活。
45.在一种可能的实现方式中，所述辐射介质贴片阵列10可以为一体化辐射体。换而言之，所述多个辐射介质贴片11一体成型，由此形成一体化辐射体的所述辐射介质贴片阵列10。本技术实施例采用的融合设计，可以将原本分离的介质谐振器进行合并，这样可以实现单元间部分介质的共用。
46.在一种可能的实现方式中，本技术实施例可以通过注塑工艺将所述辐射介质贴片
阵列10融入到所述电子设备200的壳体300中，可以实现介质辐射体与壳体的进一步结合，实现更高层次的一体化设计，从而减小毫米波模组所占用的空间。
47.可以理解，在本技术一些可能的实施例中，所述辐射介质贴片阵列10可以嵌入至所述壳体300内。
48.相较于传统的介质天线，本技术实施例的天线阵列可以减小在z方向(如图2所示)上的尺寸，能够实现较宽的带宽。
49.如图3所示，以16个辐射介质贴片组成的辐射介质贴片阵列10为例进行说明。本实施例中，所述辐射介质贴片11呈4
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4阵列均匀排布。可以理解，在其他实施例中，所述辐射介质贴片11的数量可以根据实际需要进行调整，本技术对此不作具体限定。
50.本实施例中，所述辐射介质贴片11的形状可以为八边形状。可以理解，在其他的一些实施例中，所述辐射介质贴片11还可以为其他的形状，例如正方形或者三角形等。本技术对此不作具体限定。
51.示例性地，16个辐射介质贴片可以完全嵌入至所述壳体300内以形成一个整体，并且所述辐射介质贴片10与所述壳体300一体成型。采用这样的设计，本技术实施例中的所述辐射介质贴片阵列10可以与所述壳体300一体成型，这样可以使得所述辐射介质贴片阵列不需要额外占用所述电子设备200的空间，从而不会影响所述电子设备200的空间布局。
52.可以理解，本技术实施例将辐射介质贴片阵列嵌入至所述电子设备200的壳体300内，换而言之，辐射介质贴片阵列与壳体的一体化可以避免壳体对毫米波天线的影响。
53.本技术实施例中的天线阵列，将介质谐振辐射体嵌入电子设备的外壳中以形成一个整体，在绝对加工误差一致的情况下，更大的介质谐振器受到加工误差引起的性能损失越小，这样可以减小安装误差。
54.本技术实施例的天线阵列还可以通过注塑工艺来实现辐射介质贴片阵列与壳体的结合，进而可以实现更高层次的一体化设计。
55.本实施例中，所述天线基体20可以包括第一介质基板21、接地板22、半固化片23和第二介质基板24。
56.其中，所述第二介质基板24的下表面可以设有多个馈电线30，所述半固化片23可以设置于所述第二介质基板24背向所述多个馈电线30的上表面。
57.可以理解，在本技术的具体实现过程中，所述接地板22可以设置于所述半固化片23背向所述第二介质基板24的上表面。所述第一介质基板21可以设置于所述接地板22背向所述半固化片23的表面。所述辐射介质贴片阵列10可以设置于所述第一介质基板21背向所述接地板22的上表面。
58.所述第一介质基板21、所述接地板22、所述半固化片23和第二介质基板24由上而下依次层叠设置。
59.示例性地，所述多个馈电线30可以粘结在第二介质基板24的下表面，也可以通过刻蚀等其他任意合适的方法设置在所述第二介质基板24的下表面。
60.本技术的实施例中，所述第一介质基板21远离所述接地板22的一侧即为所述天线基体20的天线侧面。所述第二介质基板24远离所述半固化片23的一侧即为所述天线基体20的馈电侧面。
61.在一些实施例中，所述第一介质基板21的介电常数可以为2.2，且所述第一介质基
板21的厚度可以为0.13mm。本技术的实施例中，所述第一介质基板21可以设置在所述壳体300下，例如，所述第一介质基板21可以贴合在所述壳体300的下表面。所述第一介质基板21可以为所述壳体300或者所述辐射介质贴片阵列10提供介质，改善所述辐射介质贴片阵列的阻抗特性，进而可以提升天线阵列的带宽。
62.在一些实施例中，所述第二介质基板24的介电常数可以为2.2，且所述第二介质基板24的厚度可以为0.13mm。本技术的实施例中，所述第二介质基板24还可以用于承载所述多个馈电线30。
63.如图5所示，本实施例中，相邻的两个所述辐射介质贴片11之间的切角距离可以为3.2mm。每个所述辐射介质贴片11呈八边形状。可以理解，在一些实现方式中，所述辐射介质贴片11可以由正方形贴片切去四个角，从而形成八边形状的辐射介质贴片，且正方形的边长可以为5.5mm辐射介质贴片。
64.为便于说明，将所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22在y轴方向上的大小定义为宽度，将所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22在x轴方向上的大小定义为长度。所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22的长度相同，且所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22的长度均为26.5mm。所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22的宽度相同，且所述第一介质基板21、所述第二介质基板24、所述半固化片23和所述接地板22的宽度均为26.5mm。
65.在一种可能的实现方式中，所述第一介质基板21和所述第二介质基板24可以采用ro4003c或rt/duroid 5880等板材制成。
66.所述多个馈电线30可以用于向所述辐射介质贴片阵列馈入信号，所述多个馈电线30可以分别与多个辐射介质贴片11耦合。
67.本技术的实施例中，为了实现信号的完整性，所述接地板22可以为所述多个馈电线30提供地。
68.更进一步，在一些可能的实施例中，所述接地板22可以由金属材料制成，所述接地板22为金属材质，例如铜箔、铝箔、银箔等。即本技术实施例中的所述接地板22可以为金属接地板。所述接地板22可以用于为所述辐射介质贴片阵列10提供接地。
69.请参阅图6，在一些实施例中，所述接地板22上可以通过周期性蚀刻多个十字缝隙221，来形成缺陷地结构222。本实施例中的所述缺陷地结构222可以破坏所述接地板22的完整性，进而可以有效提高单元件的隔离特性和扫描性能。
70.所述多个十字缝隙221在第一方向上可以等间距排布，其中，所述第一方向可以为如图6所示的x方向。所述多个十字缝隙221在第二方向上可以等间距排布，其中，所述第二方向可以为如图6所示的y方向。可以理解，本技术实施例中还可以在所述接地板22上还可以蚀刻多个十字缝隙223。其中，多个十字缝隙223的数量与所述多个馈电线30的数量相同且一一对应。例如，一个所述十字缝隙223可以对应一个所述馈电线30和一个所述辐射介质贴片11。所述多个十字缝隙223可以进行耦合馈电。在具体的实现过程中，每一个所述馈电线30可以通过所述十字缝隙223将能量耦合到对应的辐射介质贴片11，即所述馈电线30可以将电磁波信号的电磁能量通过十字缝隙223传输到对应的辐射介质贴片11。
71.在一种可选地实现方案中，如图6所示，所述十字缝隙223的长度l1为3.6mm，所述
十字缝隙223的宽度w1为0.4mm。
72.在一种可选地实现方案中，如图6所示，所述十字缝隙221的长度l2为5mm，所述十字缝隙221的宽度w2为0.5mm。
73.本实施例中，每一所述十字缝隙221呈水平垂直放置。每一所述十字缝隙223呈正负45度放置。本实施例中，相邻的两个水平垂直的十字间隙221之间的间距为中心频率(例如27g赫兹)的半个波长。相邻的两个正负45度的十字缝隙223之间的间距为中心频率(例如27g赫兹)的半个波长。
74.所述半固化片23可以粘接或者连接在所述第一介质基板21和所述第二介质基板24之间。可以理解，在一些可能的应用场景中，所述半固化片23可以属于多层印刷电路板(printed circuit board，pcb)生产中的主要材料之一。所述半固化片23的材质为高频低损耗材料(如rogers 4450f等)。
75.在一些实施例中，所述半固化片23的介电常数可以为3.52，所述半固化片23的厚度可以为0.1mm。
76.在一些实施例中，所述多个馈电线30可以与所述接地板22耦合。如图7所示，每一个所述馈电线30分别对应一个十字缝隙223。
77.图8所示为本技术的一个实施例中的所述馈电线30的结构示意图。
78.可以理解，本实施例中，每一个所述馈电线30可以进行差分馈电。具体地，所述馈电线30可以为十字差分馈电线。
79.在一种可选地实现方案中，如图8所示，所述馈电线30的长度l3为4mm，所述馈电线30的宽度w3为0.75mm。
80.本实施例中，所述馈电线30包括第一端口31、第二端口32、第三端口33和第四端口34，其中，所述第一端口31和所述第三端口33为第一对差分端口，所述第二端口32和第四端口34为第二对差分端口。可以理解，所述第一端口31、第二端口32、第三端口33和第四端口34均连接至毫米波波束成型芯片(图未示)。换而言之，一个所述馈电线30可以对应两对差分端口。
81.以下将以一个所述馈电线30和一个所述辐射介质贴片11为例对本技术的信号传输过程进行介绍。
82.在一种场景下，所述毫米波波束成型芯片输出第一信号给所述馈电线30，所述馈电线30将该第一信号通过十字缝隙223耦合到对应的辐射介质贴片11，所述辐射介质贴片11可以将该第一信号辐射出去。
83.在另外一种场景下，所述辐射介质贴片11接收外部设备的第二信号，并通过十字缝隙223将第二信号耦合到所述馈电线30。这样，所述馈电线30可以将该第二信号反馈给所述毫米波波束成型芯片。
84.图9为所述天线阵列100的s参数(反射系数)曲线图。图10为各个差分端口的隔离度。从图9中可以看出，所述天线阵列100在工作频率23ghz-32ghz的反射系数均小于-10db，天线的带宽能够覆盖5g毫米波天线的带宽。从图10可以看出，所述天线阵列100在工作频率24.25-30ghz的隔离度小于-15db。
85.图11为所述天线阵列在频率24.5ghz时的扫描方向图。图12为所述天线阵列在频率25.5ghz时的扫描方向图。图13为所述天线阵列在频率26.5ghz时的扫描方向图。图14为
所述天线阵列在频率27.5ghz时的扫描方向图。图15为所述天线阵列在频率28.5ghz时的扫描方向图。图16为所述天线阵列在频率29.5ghz时的扫描方向图。
86.可以理解，图11-图16示出本技术实施例的天线阵列100在各个频率点的扫描性能。从图11-图16可以看出，所述天线阵列100在各个频率点可以满足
±
30
°
扫描范围。如下表1所示。
87.表1
88.ꢀ‑
45deg0deg45deg频率(ghz) 增益(db) 24.512.915.7512.8625.513.3716.2513.3426.513.5816.7313.5627.513.7317.0813.7228.513.5917.2813.5829.512.9217.3612.91
89.上述表1示出了各个频率点的固定扫描角度增益，从表1可以看出，在
±
45
°
扫描范围内的增益均可以大于12.86db。
90.本技术实施例的天线阵列100和电子设备200，可以在实现双极化辐射功能的同时，还可以通过将辐射介质贴片阵列嵌入到电子设备的壳体中，这样可以避免设备壳体介质对天线辐射性能的影响，还可以大大减小设计模组的占用空间，并且不需要额外进行匹配结构的设计。
91.本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本技术，而并非用作为对本技术的限定，只要在本技术的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本技术要求保护的范围之内。