一种天线装置及终端设备

技术领域

本发明涉及PCB印制天线技术领域，特别涉及一种天线装置及终端设备。

背景技术

WiFi6E模块工作频段在2.4GHz-2.5GHz、5.1GHz-7.2GHz，高频段带宽达到2.1GHz，对于PCB模块上的平面印制天线来说，普通的天线设计难以满足这样的带宽要求。由于WiFi6E天线的工作频段非常宽，因此一般的WiFi6E天线设计都采用外置天线的方式，但如果采用外置天线，天线价格高、占用空间大、通用性差。

发明内容

本发明公开了一种天线装置及终端设备，实现WiFi6E超宽带天线及BT双频天线的带宽要求，并且天线效率与隔离均达到使用的标准需求。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种天线装置，包括：

基板，所述基板具有第一板边；

印制于所述基板上的接地金属层，所述接地金属层形成有多个净空区域；所述净空区域包括依次连接的第一侧边、第二侧边、第三侧边、第四侧边、第五侧边、第六侧边和第七侧边，且所述净空区域的开口朝向所述第一板边；其中，所述第一侧边、所述第三侧边、所述第五侧边、所述第七侧边均与所述第一板边垂直，所述第二侧边、所述第四侧边、所述第六侧边均与所述第一板边平行；

与所述净空区域一一对应的天线本体，所述天线本体与所述接地金属层馈电连接；所述天线本体包括第一枝节和第二枝节，所述第一枝节与所述第一板边平行，所述第二枝节与所述第一板边垂直，且所述第二枝节位于所述第一枝节靠近所述第一侧边一侧；所述第一枝节与所述第四侧边之间具有第一缝隙，所述第一枝节与所述第一板边之间具有第二缝隙，所述第二枝节与所述第二侧边之间具有第三缝隙，所述第二枝节与所述第一侧边之间具有第四缝隙；所述第七侧边与所述第一侧边的距离为L

上述天线装置采用在基板如PCB板上印制天线，设计成本低，一致性高，设计所需空间小。天线本体与接地金属层之间的缝隙形成电容效应，可以有效的提高天线的工作带宽。天线本体的第一枝节与第二枝节垂直，第一枝节的电流路径与第二枝节的电流路径垂直，形成闭环的电流回路。第一缝隙的宽度影响WiFi6E频段的带宽宽度；第二缝隙的宽度对蓝牙2.4GHz和WiFi6E的工作频率都有较大的影响，与第一板边的距离越近，谐振越向低偏；第三缝隙的宽度会影响馈电和地之间的电流强度，从而影响天线的谐振深度；并且，第三缝隙内的电流回路，形成耦合电流，影响天线带宽；第四缝隙可以激发电流回路，形成强电磁场环境，对天线的性能辐射至关重要。第一枝节远离第一侧边一端即第一枝节末端与所述第一侧边的距离L

在一些实施例中，所述第四缝隙小于1.5mm。

在一些实施例中，至少两个所述天线本体对称设置，且对称轴与第一板边平行或者垂直。

在一些实施例中，所述第二侧边与所述第一板边之间的距离为D

在一些实施例中，所述天线本体还包括与所述第二枝节平行的第三枝节，所述第三枝节与所述第一枝节远离所述第二枝节一端连接，且所述第三枝节与所述第二枝节位于所述第一枝节同侧。

在一些实施例中，所述天线本体还包括与所述第一枝节平行的第四枝节，所述第四枝节与所述第二枝节远离所述第一枝节一端连接。

在一些实施例中，所述净空区域还包括位于所述第三侧边与所述第四侧边之间的第八侧边和第九侧边，且所述第八侧边远离第三侧边一端与所述第九侧边连接；所述第八侧边与所述第一板边平行，所述第九侧边与所述第一板边垂直；

所述第三侧边与所述第一侧边之间的距离为L

在一些实施例中，所述接地金属层形成的多个净空区域至少包括：第一净空区域和第二净空区域，所述第一净空区域中的第三缝隙小于所述第二净空区域中的第三缝隙。

在一些实施例中，所述净空区域还包括位于所述第二侧边与所述第三侧边之间且依次连接的第十侧边、第十一侧边、第十二侧边和第十三侧边，所述第十侧边以及所述第十二侧边均与所述第一板边垂直，所述第十一侧边以及所述第十三侧边均与所述第一板边平行；所述第二枝节与所述第十一侧边之间具有第五缝隙；

所述第十侧边与所述第一侧边之间的距离为L

第二方面，本发明还提供一种终端设备，包括如第一方面中任一项所述天线装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种天线装置的结构示意图；

图2为图1中净空区域的示意图；

图3为图1中天线本体与接地金属层之间各缝隙的示意图；

图4为图1中天线装置电流路径示意图；

图5为本发明实施例提供的一种天线装置的回波损耗示意图；

图6为本发明实施例提供的一种天线装置2.45GHz天线辐射回路仿真示意图；

图7为本发明实施例提供的一种天线装置5.75GHz天线辐射回路仿真示意图；

图8为本发明实施例提供的一种天线装置7GHz天线辐射回路仿真示意图；

图9为本发明实施例提供的一种天线装置中双天线之间的隔离度示意图；

图10a-图10c为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构示意图；

图11a-图11c为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构示意图；

图12a-图12c为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构示意图；

图13a-图13c为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构示意图；

图14a-图14c为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构示意图。

图标：100-基板；200-接地金属层；300-天线本体；400-净空区域；500-馈电点；110-第一板边；120-第二板边；210-第一地枝节；220-第二地枝节；230-第三地枝节；240-金属地；250-第四地枝节；260-第五地枝节；270-第六地枝节；310-第一枝节；320-第二枝节；330-第三枝节；340-第四枝节；401-第一侧边；402-第二侧边；403-第三侧边；404-第四侧边；405-第五侧边；406-第六侧边；407-第七侧边；408-第八侧边；409-第九侧边；410-第十侧边；411-第十一侧边；412-第十二侧边；413-第十三侧边。

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，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种天线装置，包括：

基板100，基板100具有第一板边110；

印制于基板100上的接地金属层200，接地金属层200形成有多个净空区域400；净空区域400包括依次连接的第一侧边401、第二侧边402、第三侧边403、第四侧边404、第五侧边405、第六侧边406和第七侧边407，且净空区域400的开口朝向第一板边110；其中，第一侧边401、第三侧边403、第五侧边405、第七侧边407均与第一板边110垂直，第二侧边402、第四侧边404、第六侧边406均与第一板边110平行；

与净空区域400一一对应的天线本体300，天线本体300与接地金属层200馈电连接；天线本体300包括第一枝节310和第二枝节320，第一枝节310与第一板边110平行，第二枝节320与第一板边110垂直，且第二枝节320位于第一枝节310靠近第一侧边401一侧；第一枝节310与第四侧边404之间具有第一缝隙H

上述天线装置采用在基板100如PCB板上印制天线，设计成本低，一致性高，设计所需空间小。天线本体300与接地金属层200之间的缝隙形成电容效应，可以有效的提高天线的工作带宽。天线本体300的第一枝节310与第二枝节320垂直，第一枝节310的电流路径与第二枝节320的电流路径垂直，形成闭环的电流回路。第一缝隙H

一种可能实现的方式中，参照图2，基板100包括垂直连接的第一板边110和第二板边120，第二板边120沿X方向延伸，第一板边110沿Y方向延伸。接地金属层200包括第一地枝节210、第二地枝节220、第三地枝节230和金属地240，第三地枝节230为T形，且第三地枝节230中沿Y方向延伸的部分与金属地240直接连接，且第三地枝节230中沿X方向延伸的部分与第二地枝节220连接；第二地枝节220为沿X方向延伸的矩形，且第二地枝节220位于第三枝节330远离金属地240一侧；第一地枝节210为沿Y方向延伸的矩形，且第一枝节310连接于第二枝节320的两端。第一地枝节210、第二地枝节220、第三地枝节230和金属地240在靠近第一板边110一侧形成有开口朝向第一板边110的净空区域400即图2中左侧净空区域400。净空区域400内形成有天线本体300，天线本体300包括垂直连接的第一枝节310和第二枝节320，第二枝节320位于第一枝节310靠近金属地240一侧。第一枝节310与馈电点500连接，第二枝节320与馈电点500连接。示例性的，第一枝节310与第二枝节320共用一个馈电点500。第一枝节310与第三地枝节230之间形成第一缝隙H

在一些实施例中，第四缝隙H

在一些实施例中，至少两个天线本体300对称设置，且对称轴与第一板边110平行或者垂直。

一种可能实现的方式中，图2中两个天线本体300关于直线AA轴对称设计，其中直线AA与第一板边110平行。但需要说明的是，本发明实施例并不仅限于对称设计，也不局限于双天线设计即两个天线本体300，本发明实施例可以为两天线以上的多天线设计。

在一些实施例中，第一枝节310与第一地枝节210在Y方向存在交叠区域，第一枝节310末端高于第一地枝节210末端，第一枝节310末端的强电流分布，可以加强馈电和地之间的耦合，增强天线的辐射性能；第二枝节320的末端长度与第三地枝节230之间的电流回路，形成耦合电流，影响天线带宽。

一种可能实现的方式中，参照图3，第七侧边407与第一侧边401的距离为L

在一些实施例中，继续参照图3，第二侧边402与第一板边110之间的距离为D

在一些实施例中，天线本体300中第一枝节310与第二枝节320垂直，且第一枝节310上的电流路径与第二枝节320上的电流路径垂直，形成闭环的电流回路，如图4所示。

一种可能实现的方式中，天线装置的回波损耗如图5所示，其中，横轴坐标表示频率，单位为GHz，纵轴表示S参数，单位为dB。可以看出天线在2.4GHz-2.5GHz及5.1GHz-7.2GHz均有谐振，并且在5.1GHz-7.2GHz频段天线满足2.1GHz的带宽，并且超过了这个带宽的要求。

如图6所示，第二枝节320与第三地枝节230之间形成了2.45GHz即2.4GHz-2.5GHz之间的天线辐射回路。如图7-图8所示，本发明实施例在5GHz以上形成多个天线辐射回路，因而拉宽了天线带宽。具体地，图7为5.75GHz的天线辐射回路，图8为7GHz的天线辐射回路。

如图9所示为双天线之间的隔离度，其中，横轴坐标表示频率，单位为GHz，纵轴表示隔离度，单位为dB。同时可见两天线也有较好的隔离度，隔离度小于-20dB，其性能不低于外置天线的性能。示例性的，两天线在7.3GHz的隔离度S2,1大约为-53dB。

因此，本发明实施例通过PCB上印制天线设计，设计成本低，设计所需空间小，实现2.1GHz天线带宽的需求，并且天线效率与隔离均达到使用的标准需求。

在一些实施例中，天线本体300还包括与第二枝节320平行的第三枝节330，第三枝节330与第一枝节310远离第二枝节320一端连接，且第三枝节330与第二枝节320位于第一枝节310同侧。

一种可能实现的方式中，参照图10a，第一枝节310末端即第一枝节310远离第二枝节320一端连接有第三枝节330，第三枝节330与第二枝节320平行，且第三枝节330位于第一枝节310远离第一板边110一侧，即图10a中第一枝节310的右侧。第三枝节330沿X方向的长度小于第二枝节320沿X方向的长度，第三枝节330沿Y方向的长度小于第二枝节320沿Y方向的长度。第三枝节330与第四侧边404之间形成的缝隙标记为H

在一些实施例中，天线本体300还包括与第一枝节310平行的第四枝节340，第四枝节340与第二枝节320远离第一枝节310一端连接。

一种可能实现的方式中，参照图11a，第二枝节320的末端即第二枝节320远离第一枝节310一端连接有第四枝节340，第三枝节330与第一枝节310平行，且第四枝节340和第一枝节310分别位于第二枝节320两侧，即图11a中，第四枝节340和第一枝节310分别位于第二枝节320的左右两侧，但第四枝节340的沿Y方向的长度小于第一枝节310沿Y方向的长度。第四枝节340与第二侧边402之间形成第三缝隙H

在一些实施例中，净空区域400还包括位于第三侧边403与第四侧边404之间的第八侧边408和第九侧边409，且第八侧边408远离第三侧边403一端与第九侧边409连接；第八侧边408与第一板边110平行，第九侧边409与第一板边110垂直；第三侧边403与第一侧边401之间的距离为L

一种可能实现的方式中，参照图12a，第一缝隙H

在一些实施例中，参照图13a，第三地枝节230连接沿Y方向延伸的第五地枝节260，第五地枝节260沿X方向延伸的两条侧边中，一条侧边与金属地240作为第一侧边401的侧边部分重合，另一条侧边与第三地枝节230作为第三侧边403的侧边重合，第五地枝节260靠近第一板边110的侧边作为第二侧边402。第一缝隙H

在一些实施例中，接地金属层200形成的多个净空区域400至少包括：第一净空区域400和第二净空区域400，第一净空区域400中的第三缝隙小于第二净空区域400中的第三缝隙。

一种可能实现的方式中，参照图13a，接地金属层200形成有第一净空区域400和第二净空区域400，第一净空区域400中的第三缝隙小于第二净空区域400中的第三缝隙。参照图13b，第七侧边407与第一侧边401的距离为L

在一些实施例中，净空区域400还包括位于第二侧边402与第三侧边403之间且依次连接的第十侧边410、第十一侧边411、第十二侧边412和第十三侧边413，第十侧边410以及第十二侧边412均与第一板边110垂直，第十一侧边411以及第十三侧边413均与第一板边110平行；第二枝节320与第十一侧边411之间具有第五缝隙H

一种可能实现的方式中，参照图14a，第一缝隙H

需要说明的是，结合图12c、图13c和图14c，低频的辐射性能受接地金属层200的影响较大，通过地板即接地金属层200和基板100的结构优化和设计，地板边缘场改变，表面波路径同时发生变化，可以根据需求，通过优化地结构即接地金属层200，调整天线的枝节和地枝节之间的缝隙尺寸，优化天线的谐振位置及方向图特性。

第二方面，本发明实施例还提供一种终端设备，包括如第一方面实施例中任一种天线装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。