CN115084839A - 天线耦合结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线耦合结构和电子设备，涉及终端领域，天线耦合结构包括：金属体；电路板上靠近金属体的一侧具有金属层，金属层与金属体间隔设置，金属层与金属体相对的表面具有平行的耦合面金属层与金属体构成耦合电容，匹配电路与金属层电连接。金属层与金属体构成耦合电容，在应用过程中，匹配电路的一端可以与金属层电连接，匹配电路的另一端可以与接地端连接，金属结构通过耦合电容结构到终端参考地的回地路径长度小于金属结构通过弹性体到终端参考地的回地路径长度，通过耦合电容结构连接能除去弹性体物理回路长度映入的电感量，有利于高频回地，天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接。

Description

天线耦合结构和电子设备

技术领域

本申请属于终端技术领域，具体涉及一种天线耦合结构和电子设备。

背景技术

移动终端快速更新换代，天线工作频段越来越多，对天线设计提出更多的需求，比如：位置、尺寸、空间、性能等。天线耦合结构馈电后需要通过弹性体实现电连接，不利于高频信号回地，结构比较复杂，存在制程可靠性问题，例如，弹性体受到撞击变形失效；另外，弹性体电连接占用空间，增加天线和地之间的耦合电容导致性能降低或增加电连接设计复杂度。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种天线耦合结构和电子设备，用以解决天线耦合结构馈电后需要通过弹性体实现电连接，不利于高频信号回地，弹性体受到撞击容易变形失效的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种天线耦合结构，包括：

金属体；

电路板，所述电路板上靠近所述金属体的一侧具有金属层，所述金属层与所述金属体间隔设置，所述金属层的靠近所述金属体的一侧的表面具有第一耦合面，所述金属体的靠近所述金属层的一侧的表面具有第二耦合面，所述第一耦合面与所述第二耦合面平行，所述第一耦合面在所述第二耦合面所在平面上的正投影至少部分位于所述第二耦合面上，所述金属层与所述金属体构成耦合电容；

匹配电路，所述匹配电路与所述金属层电连接。

其中，所述匹配电路的一端与所述金属层电连接，所述匹配电路的另一端与接地端连接。其中，还包括：

馈电结构，所述匹配电路的一端与所述金属层电连接，所述馈电结构的一端与所述匹配电路的另一端电连接，所述馈电结构的另一端与接地端连接。

其中，所述金属体作为辐射体；或者

所述天线耦合结构还包括：辐射体，所述辐射体与所述金属体连接。

其中，所述金属层与所述金属体之间设有绝缘层。

其中，所述第一耦合面与所述第二耦合面之间的间隔距离为0.02mm-0.06mm。

其中，所述电路板上靠近所述金属体的一侧具有绝缘区域，所述金属层设置于所述绝缘区域。

其中，所述匹配电路包括：

至少一个电容，所述电容的一端与所述金属层电连接，所述电容的另一端与所述接地端连接。

其中，所述匹配电路包括：

第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与所述金属层电连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端电连接，所述第二电容的另一端与所述接地端连接。

其中，所述电路板上靠近所述金属体的一侧设有凹槽，所述金属层设置在所述凹槽中。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括上述实施例中所述的天线耦合结构。

其中，所述电子设备还包括：

框体，所述金属体作为辐射体，所述金属体构成所述框体的至少部分；或者

框体，所述金属体与所述框体连接，所述框体作为辐射体。根据本申请实施例的天线耦合结构，包括：金属体；电路板，所述电路板上靠近所述金属体的一侧具有金属层，所述金属层与所述金属体间隔设置，所述金属层的靠近所述金属体的一侧的表面具有第一耦合面，所述金属体的靠近所述金属层的一侧的表面具有第二耦合面，所述第一耦合面与所述第二耦合面平行，所述第一耦合面在所述第二耦合面所在平面上的正投影至少部分位于所述第二耦合面上，所述金属层与所述金属体构成耦合电容；匹配电路，所述匹配电路与所述金属层电连接。在本申请的天线耦合结构中，所述金属层与所述金属体构成耦合电容，在应用过程中，所述匹配电路的一端可以与所述金属层电连接，所述匹配电路的另一端可以与接地端连接，金属结构通过耦合电容结构到终端参考地的回地路径长度小于金属结构通过弹性体到终端参考地的回地路径长度，通过耦合电容结构连接能除去弹性体物理回路长度映入的电感量，有利于高频回地，天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接，通过耦合电容结构连接，降低电连接复杂度，减小占用空间，避免在终端装配过程中由于弹性体连接存在受撞击变形失效的问题。

附图说明

图1为本申请实施例中天线耦合结构的一个结构示意图；

图2为金属层与金属体配合的一个结构示意图；

图3为本申请实施例中天线耦合结构的另一个结构示意图；

图4为金属层与金属体配合设置的一个结构示意图；

图5为金属层与金属体配合设置的另一个结构示意图；

图6为金属层与金属体之间设置绝缘层时的一个结构示意图。

附图标记

金属体10；

电路板20；金属层21；绝缘层22；

匹配电路30；

馈电结构40。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

下面结合附图1至图6，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的天线耦合结构进行详细地说明。

如图1至图6所示，本申请实施例中的天线耦合结构，包括金属体10、电路板20和匹配电路30，其中，电路板20上靠近金属体10的一侧具有金属层21，金属层21可以为铜层，金属层21与金属体10间隔设置，金属层21与金属体10之间可以填充绝缘介质层或空气，金属层21与金属体10的具体间隔可以根据需要选择，金属层21与金属体10之间的相对位置可以固定。金属层21的靠近金属体10的一侧的表面具有第一耦合面，金属体10的靠近金属层21的一侧的表面具有第二耦合面，第一耦合面与第二耦合面平行，有利于形成集中参数电容。其中，金属层21分布在电路板20上，金属层21可以与电路板20的主地或终端的参考地之间绝缘，绝缘是指直流不导通。第一耦合面在第二耦合面所在平面上的正投影至少部分位于第二耦合面上，比如，第一耦合面在第二耦合面所在平面上的正投影可以大部分位于第二耦合面上，金属层21与金属体10构成耦合电容，金属层21与其下方的金属体10构成的耦合电容的电容值可以为数个pF，因为电容为高通特性，在天线覆盖频段范围内相对高频部分也能通过此耦合电容，通过耦合电容有利于高频信号的通过。

在本申请的天线耦合结构中，在应用过程中，金属层21与金属体10构成耦合电容，匹配电路30的一端可以与金属层21电连接，匹配电路30的另一端可以与接地端连接，通过耦合电容结构回地更有利于高频率信号回地。天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接，通过耦合电容结构连接能除去弹性体物理回路长度映入的电感量，有利于高频回地，降低电连接复杂度，加工成本低，减小占用空间，避免在终端装配过程中由于弹性体连接存在受撞击变形失效的问题。电容有利于高频信号通过，电感不利于高频信号通过，金属结构通过耦合电容结构到终端参考地的回地路径长度小于金属结构通过弹性体到终端参考地的回地路径长度，由于弹性体电连接实际是电感性电连接，通过耦合电容结构回地更有利于高频率信号回地。此耦合结构可以应用于各种天线，能大幅度去除移动终端天线系统内的弹性电连接，例如，此天线耦合结构可以应用于中高频天线、SAR sensor-ANT兼容设计、低中高频天线等各种天线，其中，中高频可以为：1.71GHz-2.69GHz；中频可以为：1.71GHz-2.17GHz；高频可以为：2.3GHz-2.69GHz。

如图1所示，在应用过程中，匹配电路30的一端可以与金属层21电连接，匹配电路30的另一端可以与接地端连接，通过匹配电路30可以进行调谐信号。金属结构通过耦合电容到终端参考地的回地路径长度小于金属结构通过弹性体到终端参考地的回地路径长度，通过耦合电容结构回地更有利于高频率信号回地。耦合电容可以作为天线所需匹配电容的一部分，耦合电容可以与匹配电路30构成天线的调谐电路。其中，匹配电路30可以包括集中参数电感、电容或电感与电容的组合以及受开关控制的电感、电容或电感与电容的组合，具体可以根据实际情况选择。

在一些实施例中，如图3所示，天线耦合结构还可以包括：馈电结构40，匹配电路30的一端与金属层21电连接，馈电结构40可以包括馈源，馈电结构40的一端与匹配电路30的另一端电连接，馈电结构40的另一端与接地端连接，通过馈电结构40可以馈入信号，馈入的信号经过匹配电路30的调谐后可以辐射。金属体10可以为电子设备的框体的一部分，框体可以作为辐射体，增强辐射性能。金属体10可以连接于天线分支，天线分支可以由金属开缝形成，天线分支可以具有辐射作用。在天线应用中，金属体10可以作为辐射体或者金属体10与辐射体连接，馈入的信号经过辐射体辐射，天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接，降低电连接复杂度，减小占用空间，避免在终端装配过程中由于弹性体连接存在受撞击变形失效的问题，提高天线性能。传统的耦合方式中，耦合分部具有谐振和明显的辐射作用，通过分布式电容的原理实现馈源到辐射体的控制，本申请中的馈源可以直接耦合辐射体，使用的原理是集中参数电容，在辐射体去除的情况下，可以降低谐振特性。

在一些实施例中，金属体10可以作为辐射体；或者，天线耦合结构还可以包括辐射体，辐射体与金属体10连接，馈电结构40可以馈入信号，馈入的信号经过匹配电路30的调谐后可以通过辐射体进行辐射，天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接，减小占用空间，提高天线性能。

在另一些实施例中，如图6所示，金属层21与金属体10之间可以设有绝缘层22，绝缘层22可以为绝缘树脂，比如，绝缘层22可以为涤纶树脂(Polyethylene terephthalate，PET)，绝缘层22可以填充在金属层21与金属体10之间以产生支撑作用，使得金属层21与金属体10之间的间距保持稳定。

在本申请的实施例中，金属层21的靠近金属体10的一侧的表面具有第一耦合面，比如金属层21的靠近金属体10的一侧的表面全部为第一耦合面，金属体10的靠近金属层21的一侧的表面具有第二耦合面，所述第一耦合面与所述第二耦合面平行且间隔开，第一耦合面在第二耦合面所在平面上的正投影至少部分位于第二耦合面上，以使得金属层21与金属体10可以构成耦合电容，可以形成平行板结构电容。

其中，所述第一耦合面与所述第二耦合面之间的间隔距离可以为0.02mm-0.06mm，比如，第一耦合面与第二耦合面之间的间隔距离可以为0.04mm，这样可以在耦合面积较小时获得合适的耦合电容值，有利于形成集中参数电容，有利电路板20上元器件的布局。

在一些实施例中，电路板20上靠近金属体10的一侧具有绝缘区域，金属层21设置于绝缘区域。比如，金属层21周边可以设置电路板20禁止铺铜区，金属层21可以通过走线与天线的匹配电路相连接。

在本申请的实施例中，匹配电路30可以包括至少一个电容，电容的一端与金属层21电连接，电容的另一端与接地端连接，通过电容与耦合电容的配合可以构成调谐电路以对天线进行调谐。匹配电路30可以包括一个电容，一个电容的一端可以与金属层21电连接，另一端可以与接地端连接，通过该电容与耦合电容的配合可以构成调谐电路以对信号进行调谐。匹配电路30可以包括多个电容，多个电容可以串联构成串联电容，串联电容的一端与金属层21电连接，串联电容的另一端与接地端连接，通过串联电容与耦合电容的配合可以构成调谐电路以对信号进行调谐。

在一些实施例中，匹配电路30可以包括第一电容与第二电容，第一电容的一端与金属层21电连接，第一电容的另一端与第二电容的一端电连接，第二电容的另一端与所述接地端连接，比如，第一电容与第二电容的电容值可以为3.5pF，通过设置第一电容与第二电容可以与耦合电容配合以对信号进行调谐。

在本申请的实施例中，电路板20上靠近金属体10的一侧可以设有凹槽，金属层21可以设置在凹槽中，比如金属层21可以全部置于凹槽中，减少空间的占用，同时又可以减少金属层21的磨损，减少金属层21与其他元器件或走线之间的干涉。

在应用过程中，可以设计适当物理尺寸的天线谐振臂结构，使其天线覆盖频段范围的低频段所需匹配为串联电容，既常规倒F型天线，耦合电容既天线所需匹配电容的一部分，因为电容为高通特性，在天线覆盖频段范围内相对高频部分也能通过此耦合结构。弹性体在终端微振动过程中会产滑动形变，其作用力会造成金属表面磨损，不耐磨的附着性金属表面不适合用弹性体设计电连接，通过本申请中的天线耦合结构既可解决不耐磨金属面的馈电问题，避免金属表面的磨损。弹性体电连接结构需求空间大于耦合结构电容所需空间，可以降低天线的设计空间。

耦合电容的电容量大小可以根据平行板电容计算公式C＝ξr*S/(4*л*K*d)设计，其中，K为玻尔兹曼常数，ξr为填充介质的介电常数，л为圆周率常数，d为平面耦合间距，S为耦合面积，由此可见，通过耦合面积与耦合间距的比值可以影响耦合电容的大小；金属层21与金属体10之间的填充介质的介电常数ξr也可影响耦合电容的大小，C正比于S、ξr的乘积；C与d成反比例关系。可以根据调节耦合面积、耦合间距与改变填充介质来控制耦合电容的电容量。

在实际应用中，金属层21下方的金属体10耦合面一般用机械加工实现，耦合面选择为机械加工参考基准面，可以消除非基准面带来的累计公差。金属层21布置在电路板的表面，金属层21表面可以覆盖绿油层来实现绝缘，也可以设计为绿油开窗，因机械加工公差一般在0.1mm，考虑耦合电容的精度影响，如果耦合间距大则需要更大的耦合面积，不利于电路板上电子元器件的布局，所以设计上可以设置一个较小的耦合间距，在耦合面积很小的时候也能达到pF级耦合电容，例如：d＝0.05mm，S＝3.2mm²，ξr＝3.5，耦合电容的电容值可以达到2pF。因电路板的制程工艺在叠成分布上也存在公差，绿油层的厚度为0.015mm±0.01mm，厚度公差可达到33％-66％，因此耦合电容的电容值也可能产生波动，批量生产天线性能也会存在较大的波动范围，这种情况下不需要将耦合电容增大，电容值越大其阻抗匹配作用也微弱，天线上的主匹配电容可以由耦合电容之后连接的串联集中参数电容控制，波动可以控制在10％以内甚至更小的波动范围。

在制造过程中，可以通过设计降低公差，比如：d＝0.04mm，S＝4.5mm²，ξr＝3.5，耦合电容计值为3.5pF，绿油层厚度公差为0.01mm，耦合电容可控公差即为1/4＝25％，设定目标匹配电容为1.1pF，根据串联电容等效计算可知，在耦合电容之后串联两个3.3pF(行业制造精度为±0.1pF)电容既能实现。其组合电容精度计算可知，电容值下限波动比例为11.4％，电容上限值波动比例为9.2％，基本上达到了1pF集中参数电容匹配精度。

本申请实施例提供一种电子设备，包括上述实施例中所述的天线耦合结构。

具有上述实施例中天线耦合结构的电子设备，天线耦合结构馈电后不需要通过弹性体实现电连接，降低电连接复杂度，减小占用空间，提高天线性能。

在本申请的实施例中，所述电子设备还包括：框体，金属体10可以作为辐射体，金属体10构成框体的至少部分；或者，金属体10与框体连接，框体可以为辐射体，将框体作为金属体10能够有利于辐射，提高天线的性能。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (12)

1.一种天线耦合结构，其特征在于，包括：

金属体；

电路板，所述电路板上靠近所述金属体的一侧具有金属层，所述金属层与所述金属体间隔设置，所述金属层的靠近所述金属体的一侧的表面具有第一耦合面，所述金属体的靠近所述金属层的一侧的表面具有第二耦合面，所述第一耦合面与所述第二耦合面平行，所述第一耦合面在所述第二耦合面所在平面上的正投影至少部分位于所述第二耦合面上，所述金属层与所述金属体构成耦合电容；

匹配电路，所述匹配电路与所述金属层电连接。

2.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，所述匹配电路的一端与所述金属层电连接，所述匹配电路的另一端与接地端连接。

3.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，还包括：

馈电结构，所述匹配电路的一端与所述金属层电连接，所述馈电结构的一端与所述匹配电路的另一端电连接，所述馈电结构的另一端与接地端连接。

4.根据权利要求3所述的天线耦合结构，其特征在于，所述金属体作为辐射体；或者

所述天线耦合结构还包括：

辐射体，所述辐射体与所述金属体连接。

5.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，所述金属层与所述金属体之间设有绝缘层。

6.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，所述第一耦合面与所述第二耦合面之间的间隔距离为0.02mm-0.06mm。

7.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，所述电路板上靠近所述金属体的一侧具有绝缘区域，所述金属层设置于所述绝缘区域。

8.根据权利要求1或3所述的天线耦合结构，其特征在于，所述匹配电路包括：

至少一个电容，所述电容的一端与所述金属层电连接，所述电容的另一端与所述接地端连接。

9.根据权利要求8所述的天线耦合结构，其特征在于，所述匹配电路包括：

第一电容与第二电容，所述第一电容的一端与所述金属层电连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端电连接，所述第二电容的另一端与所述接地端连接。

10.根据权利要求1所述的天线耦合结构，其特征在于，所述电路板上靠近所述金属体的一侧设有凹槽，所述金属层设置在所述凹槽中。

11.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的天线耦合结构。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：

框体，所述金属体作为辐射体，所述金属体构成所述框体的至少部分；或者

框体，所述金属体与所述框体连接，所述框体作为辐射体。

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