天线系统和终端设备

技术领域

本发明属于天线领域，尤其涉及一种天线系统和终端设备。

背景技术

随着移动通讯技术的发展，手机、PAD，笔记本电脑等逐渐成为生活中不可或缺的电子产品，并且该电子产品都更新为增加天线系统使其具有通讯功能的电子通讯产品，5G作为全球业界研发的焦点，其三个主要的应用场景；增强型移动宽带，大规模机器通信。

现有天线设计方案中有采用挖空分米波和厘米波天线的方式，将毫米波添置于挖空的区域，分米波和厘米波设置于终端壳体四周的侧壁，在终端壳体的四周开槽对天线系统以及终端壳体的外观有较大的限制。

发明内容

一方面本发明实施例提供了一种天线系统，包括：多天线馈电模块，包括电路板、在所述电路板上呈阵列分布的毫米波天线辐射阵子以及主天线馈电单元，所述天线辐射阵子和所述主天线馈电单元间隔分布；耦合辐射体，所述毫米波天线辐射阵子在所述耦合辐射体上形成耦合电流，所述耦合辐射体用于辐射主天线电磁波和耦合电流电磁波。

根据本发明实施例的一个方面，所述电路板具有相对的第一表面、第二表面及连接所述第一表面和第二表面的多个侧面；任意一个所述毫米波天线辐射阵子包括多个毫米波天线辐射单元，多个所述毫米波天线辐射单元在所述第一表面沿第一方向间隔分布呈一维直线阵列，或者，多个所述毫米波天线辐射单元在所述第一表面分布呈二维阵列。

根据本发明实施例的一个方面，所述主天线馈电单元在所述第一表面呈折线分布于所述天线辐射阵子周侧；或者，所述主天线馈电单元部分分布于所述第一表面，所述主天线馈电单元除了所述部分以外的其余部分分布于一个或多个所述侧面和/或第二表面。

根据本发明实施例的一个方面，任意一个所述毫米波天线辐射阵子中的任意两个相邻所述毫米波馈电辐射单元之间的距离为λ/2，λ为毫米波的波长。

根据本发明实施例的一个方面，所述电路板为陶瓷电路板、氧化铝陶瓷电路板、氮化铝陶瓷电路板、线路板以及印刷电路板。

根据本发明实施例的一个方面，所述毫米波天线辐射单元为毫米波天线贴片，所述毫米波天线贴片的形状为圆形、矩形以及多边形中的任意一种或多种；所述主天线馈电单元为主天线馈电贴片，所述主天线馈电贴片的形状为圆形、矩形以及多边形中的任意一种或多种。

另方面本发明实施例提供了一种终端设备，包括：终端电路板；天线系统，为以上任一项所述的天线系统，所述天线辐射阵子通过毫米波馈电链路与所述终端电路板通讯连接，所述主天线馈电单元通过主天线馈电链路与所述终端电路板通讯连接。

根据本发明实施例的另一个方面，所述耦合辐射体包括相连接的接地部件和耦合辐射部件，所述耦合辐射部件沿所述终端电路板的外周延伸，所述多天线馈电模块设置在所述耦合辐射体和所述终端电路板之间。

根据本发明实施例的另一个方面，所述接地部件的一端与所述终端电路板电连接，另一端与所述耦合辐射部件的端部连接；或者，所述接地部件的一端与所述耦合辐射部件连接，另一端与所述主天线馈电单元相连接。

根据本发明实施例的另一个方面，所述耦合辐射部件包括相连接的第一耦合辐射部件和第二耦合辐射部件，所述接地部件的一端与所述终端电路板电连接，所述接地部件的另一端与所述第一耦合辐射部件的一端连接，所述第一耦合辐射部件的另一端和所述第二耦合辐射部件连接，所述第二耦合辐射部件沿所述终端电路板的外周延伸。

本发明实施例提供了本申请提供了一种天线系统，天线系统包括多天线馈电模块和耦合辐射模块，毫米波天线辐射阵子和主天线馈电单元一同设置于电路板，节约了移动终端的空间，避免了在终端壳体底部的主天线上开槽以影响终端壳体的外观；毫米波天线辐射阵子在耦合辐射体上形成耦合电流，主天线馈电单元在耦合辐射体上形成耦合电流，进而保证耦合辐射体能够辐射主天线电磁波和耦合电流电磁波，耦合电流电磁波和毫米电磁波在全向空间叠加，能够提升毫米波的辐射性能；在电路板上呈阵列设置有毫米波天线辐射阵子，通过调控毫米波天线辐射阵子在电路板的阵列排布的方式进而来改变毫米电磁波的辐射方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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是本发明实施例提供的天线系统第一种实施方式的示意图；

图2是本发明实施例提供的天线系统第二种实施方式的示意图；

图3是本发明实施例提供的天线系统第三种实施方式的示意图；

图4是本发明实施例提供的天线系统第四种实施方式的示意图；

图5是本发明实施例提供的天线系统第五种实施方式的示意图；

图6是本发明实施例提供的天线系统第一种仿真效果图；

图7是本发明实施例提供的天线系统第二种仿真效果图。

附图标记：1-天线系统；11-多天线馈电模块；111-电路板；112-毫米波天线辐射阵子；1121-毫米波天线辐射单元；12-毫米波馈电链路；113- 主天线馈电单元；13-主天线馈电链路；14-耦合辐射体；141-接地部件；142-耦合辐射部件；1421-第一耦合辐射部件；1422-第二耦合辐射部件；2- 终端电路板。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种终端设备，终端设备包括：天线系统1和终端电路板2，天线系统1包括多天线馈电模块11和耦合辐射体14，多天线馈电模块11包括电路板111；多天线馈电模块11还包括在电路板111上设置的毫米波天线辐射阵子112，毫米波天线辐射阵子112在电路板111上呈阵列分布，通过调控毫米波天线辐射阵子112在电路板111的阵列排布的方式进而来改变毫米电磁波的辐射方向，多天线馈电模块11还包括在电路板111上设置的主天线馈电单元113，毫米波天线辐射阵子112和主天线馈电单元13间隔分布，毫米波天线辐射阵子112 和主天线馈电单元113一同设置于电路板111，节约了移动终端的空间，避免了在终端壳体底部的主天线上开槽以影响终端壳体的外观；多天线馈电模块11还包括耦合辐射体14，毫米波天线辐射阵子112在耦合辐射体 14上形成耦合电流，耦合辐射体14用于辐射主天线电磁波和耦合电流电磁波，耦合电流电磁波和毫米电磁波在全向空间叠加，能够提升毫米波的辐射性能。毫米波天线辐射阵子112通过毫米波馈电链路12与终端电路板2通讯连接，主天线馈电单元113通过主天线馈电链路13与终端电路板2通讯连接，进而保证毫米波天线和主天线分别与终端基板传递信号。

具体的，终端电路板2安装在终端设备的壳体内部，终端电路板2的材质为陶瓷电路板、氮化铝电路板、线路板、PCB板、铝基板、高频板、厚铜板、阻抗板以及印刷电路板等，可选的，终端电路板2是以聚酰亚胺或聚脂薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性以及可挠性的电路板111。

在一些可选的实施例中，耦合辐射体14包括相连接的接地部件141 和耦合辐射部件142，耦合辐射部件142沿终端电路板2的外周延伸，多天线馈电模块11设置在耦合辐射体14和终端电路板2之间。

具体的，耦合辐射体14包括接地部件141和耦合辐射部件142，接地部件的一端和终端电路板2相连接，可选的，接地部件141和终端电路2 板的周侧边缘位置连接，接地部件141的另一端和耦合辐射部件142的一端相连接的，耦合辐射部件142沿终端电路板2的外周延伸，多天线馈电模块11设置在耦合辐射体14和终端电路板2之间。

在一些可选的实施例中，如图5所示，接地部件141的一端与终端电路板2电连接，另一端与耦合辐射部件142的端部连接；或者，接地部件 141的一端与耦合辐射部件142连接，另一端与主天线馈电单元113相连接。耦合辐射部件142包括相连接的第一耦合辐射部件1421和第二耦合辐射部件1422，接地部件141的一端与终端电路板2电连接，接地部件141的另一端与第一耦合辐射部件1421的一端连接，第一耦合辐射部件 1421的另一端和第二耦合辐射部件1422连接，第二耦合辐射部件1422沿终端电路板2的外周延伸。毫米波天线辐射阵子112在耦合辐射体14上形成耦合电流，主天线馈电单元113在第二耦合辐射部件1422上形成耦合电流，第二耦合辐射部件1422用于辐射耦合电流电磁波和主天线电磁波，耦合电流电磁波和毫米电磁波在全向空间叠加，能重新利用毫米波天线辐射阵子112在耦合辐射体14上形成的二次电流辐射的电磁波，进一步提升毫米波的辐射性能。

具体的，终端电路板2包括具有相对的第一平面、第二平面以及连接第一平面和第二平面相连接的侧面，可选的，第一平面和第二平面为矩形，且第一平面和第二平面均有四个侧边，第一平面的各个侧边均和第二平面的一个侧边相对应且通过一个侧面相连接。接地部件141的一端连接第一平面靠近任意一个侧面的边缘位置，或，接地部件141的一端连接第二平面靠近任意一个侧面的边缘位置，接地部件141的另一端和耦合辐射部件142连接，耦合辐射部件142沿平行于和其最接近的一个侧面延伸，耦合辐射部件142延伸的长度小于等于与其平行的侧面，多天线馈电模块 11可以和终端电路板2的第一平面或第二平面的任意周侧的边缘位置相连接，可选的，多天线馈电模块11设置在耦合辐射体14和终端电路板2之间，有效的利用了手机内部的空间，提高了手机内部空间的利用率。

在一些可选的实施例中，接地部件141的一端与终端电路板2相连接，另一端与耦合辐射部件142的端部连接；或者，接地部件141的一端与耦合辐射部件142连接，另一端与主天线馈电单元113相连接。耦合辐射部件142沿终端基板的任意周侧延伸，接地部件141的一端可以和耦合辐射部件142的任意位置连接，不限于和耦合辐射部件142的端部连接。毫米波天线辐射阵子112在耦合辐射体14上形成耦合电流，主天线馈电单元113在耦合辐射体14上形成耦合电流，耦合辐射体14用于辐射耦合电流电磁波和主天线电磁波，耦合电流电磁波和毫米电磁波在全向空间叠加，能重新利用毫米波天线辐射阵子112在耦合辐射体14上形成的二次电流辐射的电磁波，进一步提升毫米波的辐射性能。

在一些可选的实施例中，耦合辐射部件142包括相连接的第一耦合辐射部件1421和第二耦合辐射部件1422，接地部件141的一端与终端电路板2电连接，接地部件141的另一端与第一耦合辐射部件1421的一端连接，第一耦合辐射部件1421的另一端和第二耦合辐射部件1422连接，第二耦合辐射部件1422沿所述终端电路板2的外周延伸。

具体的，接地部件141的一端连接第一平面靠近任意一个侧面的边缘位置，或，接地部件141的一端连接第二平面靠近任意一个侧面的边缘位置，接地部件141的另一端和第二耦合辐射部件1422连接，第二耦合辐射部件1422沿平行于和其最接近的一个侧面延伸，第二耦合辐射部件 1422延伸的长度小于等于与其平行的侧面，多天线馈电模块11可以和终端电路板2的第一平面或第二平面的任意周侧的边缘位置相连接，可选的，多天线馈电模块11设置在第二耦合辐射部件1422和终端电路板2之间，有效的利用了手机内部的空间，提高了手机内部空间的利用率。

进一步地，耦合辐射体14也可以一体成型，耦合辐射体14可以呈折线延伸，可以呈曲线延伸，可以呈直线延伸等多种方式，耦合辐射体14 任意一端连接终端电路板2，用于和终端电路板2接地，耦合辐射体14可以沿任意方向延伸，可选的，耦合辐射体14沿终端电路板2的任意周侧延伸，提高手机的空间利用率，有效的利用了手机内部的空间，提高了手机内部空间的利用率。

在一些可选的实施例中，电路板111具有相对的第一表面、第二表面及连接第一表面和第二表面的多个侧面；任意一个毫米波天线辐射阵子 112包括多个毫米波天线辐射单元1121，多个毫米波天线辐射单元1121 在所述第一表面沿第一方向间隔分布呈一维直线阵列，或者，多个毫米波天线辐射单元1121在第一表面分布呈二维阵列。

具体的，电路板111包括具有相对的第一平面、第二平面以及连接第一平面和第二平面相连接的侧面，第一平面和第二平面可以为任意形状，可选的，第一平面和第二平面为矩形，且第一平面和第二平面均有四个侧边，第一平面的各个侧边均和第二平面的一个侧边相对应且通过一个侧面相连接。如图1和图2所示，电路板111设置在终端电路板2和耦合辐射体14之间，电路板111的第一平面和第二平面分别和终端电路板2的第一平面和第二平面平行，电路板111的多个侧面和终端电路板2的第一平面和第二平面垂直，电路板2具有面向终端电路板2、且具有垂直于终端电路板2的第一平面和第二平面的一个侧面，电路板111具有背向终端电路板2、且具有垂直于终端电路板2的第一平面和第二平面的一个侧面，电路板111具有垂直于耦合辐射体14和终端电路板2的两个相对的侧面，电路板111的第一表面和第二表面上设置有至少一个毫米波天线辐射阵子 112，任意一个毫米波天线辐射阵子112包括多个毫米波天线辐射单元 1121，任意相邻的两个毫米波天线辐射单元1121之间的距离是λ/2，λ为毫米波的波长。多个毫米波天线辐射阵子112呈阵列分布于第一平面或第二平面，任意相邻的两个毫米波天线辐射阵子112之间的距离为λ/2，λ为毫米波的波长。

具体的，多个毫米波天线辐射阵子112辐射的电磁波在空中产生矢量叠加，叠加的结果不仅和各列电磁波的振幅大小有关，而且于他们在相遇区间内相互之间的相位差有关，电磁波的相位组成包含三个部分：时间相位、空间相位、初相位。当发射天线和工作频率确定之后，其初相位就确定了，而在几列电磁波相遇的时刻，时间相位也确定的，只有空间相位可能发生变化，组成天线阵列的各单元天线位置不同，各自发出的电磁波传到同一接收区域时所走的空间路径不同，这样就会造成空间相位数值大小不相同。正是由于不同位置上发射天线所发出的电磁波传到同一接收区域造成的空间相位出现差别，会引起几列电磁波在相遇区域形成同相位叠加，总场强增强，反相位叠加，总场强削弱。总场强的增强和削弱区域在空间保持相对固定，就相当于天线阵改变了单个天线的辐射场结构。

在一些可选的实施例中，电路板111具有相对的第一表面、第二表面及连接第一表面和第二表面的多个侧面；任意一个所述毫米波天线辐射阵子112包括多个毫米波天线辐射单元1121，多个毫米波天线辐射单元在第一表面沿第一方向间隔分布呈一维直线阵列，或者，多个毫米波天线辐射单元1121在第一表面分布呈二维阵列。

进一步地，如图1所示，毫米波天线辐射阵子112设置在电路板111 的第一平面，毫米波天线阵列可以为直排阵列，也就是说，毫米波天线辐射阵子112在所述第一表面沿第一方向间隔分布呈一维直线阵列，当然，毫米波天线阵列也可以设置在电路板111的第二平面和任意侧面，一个毫米波天线辐射阵子112包括多个毫米波天线辐射单元1121，多个毫米波天线辐射单元1121的轴沿同一条直线放置，以半波偶极直排阵列为例，毫米波天线辐射阵子112一侧的所有的毫米波天线单元都有能量辐射。可选的，电路板111的第一表面和第二平面为矩形，第一表面有两条中心线，第一方向为沿任意一条中心线延伸的方向，当然，第一方向也可以为在第一表面上的任意方向，通过调控多个毫米波天线辐射单元1121排布的方式进而来改变毫米波天线辐射阵子112在空间的辐射方向。部分主天线馈电单元113设置在毫米波天线辐射阵子112的周侧，除了部分以外的其他部分主天线辐射单元设置在电路板111面向耦合辐射体14的侧面，主天线馈电单元113能够在耦合辐射体14上形成耦合电流，主天线馈电单元 113形成的耦合电流在耦合辐射体14上辐射主天线电磁波。毫米波天线辐射阵子112也能够在耦合辐射体14上形成耦合电流，毫米波天线辐射阵子112形成的耦合电流在耦合辐射体14上辐射电磁波，毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波和耦合电流辐射的电磁波在全向空间叠加，通过改变毫米波天线辐射阵子112在电路板111上的排列方式，进而改变毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波的方向，将耦合电流辐射的电磁波和毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波在有利的方向叠加。

在一些可选的实施例中，如图2所示，毫米波天线阵列设置在电路板 111平行于终端电路板2的第一平面或第二平面，毫米波天线辐射阵子包括N列沿第三方向设置的毫米波天线辐射阵子112，第三方向为沿耦合辐射体14延伸的方向，任一列毫米波天线辐射阵子112均包括多个毫米波天线辐射单元1121，相邻两列毫米波天线辐射阵子112的距离为λ/2，λ为毫米波的波长，N大于等于2，一个毫米波天线辐射阵子112之间的毫米波天线辐射单元1121之间的距离为半个波长。也就是说，多个所述毫米波天线辐射单元1121在所述第一表面或者第二平面分布呈二维阵列。也就是说，多个毫米波天线辐射单元1121按多列同向排列，毫米波天线辐射阵子112的主轴与毫米波天线辐射单元1121的主轴垂直，也能组成一个垂射阵列，多个毫米波天线辐射阵子112可以实现在辐射的电磁波在全向空间覆盖，使得终端设备在任意方向均能接收和发送信号，提高了移动终端的信号收发效率，相控阵天线具有较高的增益特性，能够用于补偿采用毫米波所带来的传输损耗，使得本发明的实施例所提供的相控阵毫米波天线能够应用于5G移动通信网络中移动终端的毫米波通信，在补偿毫米波带来的传输损耗的同时能够实现在全向空间的覆盖。

在一些可选的实施例中，主天线馈电单元113在第一表面呈折线分布于天线辐射阵子周侧；或者，主天线馈电单元113部分分布于第一表面，主天线馈电单元113除了部分以外的其余部分分布于一个或多个侧面和/或第二表面。任意一个毫米波天线辐射阵子112中的任意两个相邻毫米波馈电辐射单元之间的距离为λ/2，λ为毫米波的波长。

进一步地，如图2所示，部分主天线馈电单元113设置在毫米波天线辐射阵子112的周侧，除了部分以外的其他部分主天线辐射单元设置在电路板111面向耦合辐射体14的侧面，主天线馈电单元113能够在耦合辐射体14形成耦合电流，主天线馈电单元113形成的耦合电流在耦合辐射体 14辐射主天线电磁波。毫米波天线辐射阵子112也能够在耦合辐射体14 形成耦合电流，毫米波天线辐射阵子112形成的耦合电流在耦合辐射体14 辐射电磁波，毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波和耦合电流辐射的电磁波在全向空间叠加，通过改变毫米波天线辐射阵子112在电路板 111任意表面的排列方式，进而改变毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波的方向，将耦合电流辐射的电磁波和毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波在有利的方向叠加。

如图3所示，毫米波天线辐射阵子112位于电路板111面向耦合辐射体14的侧面，毫米波天线辐射阵子112包括4列沿第三方向设置的毫米波天线辐射阵子112，当然毫米波天线辐射阵子112也可以是2、3……7、 8……17……等多列，第三方向为沿毫米波辐射体延伸的方向，任一列毫米波天线辐射阵子112均包括多个毫米波天线辐射单元1121，相邻两列毫米波天线辐射阵子112的距离为λ/2，λ为毫米波的波长，N大于等于2，多个毫米波天线辐射阵子112可以实现在辐射的电磁波在全向空间覆盖，提高了移动终端的信号收发效率。部分主天线馈电单元113设置在毫米波天线辐射阵子112的周侧，除了部分以外的其他部分主天线馈电单元113 设置在电路板111的第一平面或者第二平面。

进一步地，当终端壳体为金属材质时，耦合辐射部件142可以为终端壳体的任意沿其周向的侧壁，例如手机壳体的侧壁，当终端壳体的材质是塑料材质时，耦合辐射体14设置在手机的内部，耦合辐射体14为金属材质。

如图3所示，毫米波天线辐射阵子112位于电路板111面向耦合辐射体14的侧面，部分主天线馈电单元113设置在毫米波天线辐射单元112的周侧，其余部分设置在终端电路板2面向耦合辐射体14的侧面，和，垂直耦合辐射体14以及终端电路111板的侧面。如图6和图7所示，通过电磁仿真结果可知，整个天线系统1可以在有限的空间中实现预期的各个频段的性能，尤其是毫米电磁波和主天线电磁波并不会因为结构共存导致性能降低。

进一步地，主天线包括：分米波天线和厘米波天线。由波长和频率之间的公式可以知道，λ＝c/f，λ为波长，c为电磁波声速，f为频率，通过波声速和波频率就能计算波长，半波阵子辐射单元能够辐射的波长为λ/2，在一些可选的实施例中，毫米波天线辐射单元1121为毫米波天线贴片，毫米波天线贴片的形状为圆形、矩形以及多边形中的任意一种或多种；主天线馈电单元113为主天线馈电贴片，主天线馈电贴片的形状为圆形、矩形以及多边形中的任意一种或多种。通过调整毫米波天线辐射单元1121 的形状、大小和排列方式进而来调整毫米波天线辐射单元1121辐射波束的方向。

如图4所示，耦合辐射体14包括：接地部件141和耦合辐射部件 142，耦合辐射部件142沿终端电路板的任意侧壁延伸142，多天线馈电模块11设置在耦合辐射部件142和终端电路板2之间，毫米波天线辐射阵子 112位于电路板111的第一平面或者第二平面，接地部件141的一端与耦合辐射部件142连接，另一端与主天线馈电单元113相连接，通过改变毫米波天线辐射阵子112在电路板111任意表面的排列方式，进而改变毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波的方向，将耦合电流辐射的电磁波和毫米波天线辐射阵子112自身辐射的电磁波在有利的方向叠加。

在一些可选的实施例中，电路板111为陶瓷电路板、氧化铝陶瓷电路板、氮化铝陶瓷电路板、线路板以及印刷电路板。

以上，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块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。应理解，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。