缝隙天线和包括所述缝隙天线的电子设备

技术领域

本公开涉及一种缝隙天线，包括至少第一导电结构、第二导电结构以及耦合至所述第一导电结构的至少一个天线馈源；以及包括所述缝隙天线的电子设备。

背景技术

电子设备需要支持越来越多的无线信号技术，例如2G/3G/4G无线技术。对于即将到来的5G无线技术，将扩展频段以覆盖高达6GHZ的频率，因此，除了现有天线之外，还需要添加许多新的宽带天线。

传统上，电子设备的天线布置在显示屏旁边，使得显示屏不会干扰天线的效率和频率带宽。然而，超大显示屏将尽可能多的覆盖电子设备的趋势使得可用于天线的空间非常有限，从而迫使天线的尺寸显著减小且其性能受损，或显示屏的大部分处于非活动状态。

此外，宽带天线通常具有对于例如手机和平板电脑等电子设备而言次优的配置，因为它们的尺寸太大并且是在自由空间条件下设计的。例如平板天线等接地天线的带宽较低，并且经常需要例如堆叠平板和阻抗匹配网络等耦合的谐振器用于宽带操作，但是同时增加了天线的厚度。另一方面，缝隙天线可以具有期望的带宽，但是要么其尺寸过大，要么其配置将辐射限制在两个方向上。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的天线结构。上述及其它目的通过独立权利要求书的特征来实现。进一步的实现方法在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。

根据第一方面，提供了一种缝隙天线，包括至少第一导电结构、第二导电结构以及耦合至所述第一导电结构的至少一个天线馈源；所述第一导电结构至少部分地由所述第二导电结构包围；所述第一导电结构包括导电表面和非导电图案；所述非导电图案包括至少一个纵向缝隙和以一定角度从所述纵向缝隙(6a)延伸的至少一个横向缝隙。

这种缝隙天线由于其纵向形状而非常柔软，并且可以轻易地集成到现代移动电子设备或具有类似空间要求的任何其它设备中，同时仍具有覆盖必要5G频段的宽带。所述缝隙天线可以借助其它现有元件来形成，因为所述缝隙天线即使在距离设备的参考接地很近的位置也可以工作。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述非导电图案包括平行延伸的至少两个纵向缝隙和与所述纵向缝隙互连的至少两个横向缝隙，所述非导电图案至少部分地包围所述导电表面。所述横向缝隙提供了宽带操作所需的谐振频率，从而便于实现具有至少两个谐振模式的多谐振缝隙天线，使得与以前相比，允许从同一天线空间获得更多的频段和带宽。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述非导电图案包围所述导电表面的全部，从而允许所述非导电图案通过两个元件之间的间隙形成。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述导电表面包括第一部分和至少一个其它部分，所述非导电图案至少部分地将所述第一部分与所述其它部分分离，从而便于实现在至少两个谐振频率下工作的多谐振缝隙天线。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述非导电图案至少包围所述导电表面的所述第一部分，并将所述第一部分与所述导电表面的所述其它部分至少部分地分离，使得允许所述非导电图案独立于周围元件配置。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述导电表面的所述第一部分通过导电连接、电容连接和电感连接中的至少一个耦合至所述导电表面的所述其它部分，所述连接跨过所述纵向缝隙中的一个或所述横向缝隙中的一个，从而便于实现互连，其中，该互连允许通过缝隙将所述导电表面划分为任何合适数量的部分。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述第一导电结构通过跨过所述两个纵向缝隙中的一个延伸的导电连接耦合至所述第二导电结构，从而便于调谐所述谐振模式中的至少一个的谐振频率。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述横向缝隙将所述第一部分与所述导电表面的所述其它部分完全分离，从而便于激励所述缝隙天线中的一个以上谐振频率，因此提高了所述缝隙天线的效率。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线还包括基本平行于所述导电表面延伸的至少一块浮动寄生板，所述浮动寄生板与所述导电表面的所述第一部分和所述其它部分中的一个至少部分地并置。所述浮动寄生板与所述缝隙天线的其余部分相互电激励，并且用于在合适的频率下调谐谐振模式。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述浮动寄生板通过非导电绝缘层或气隙与所述导电表面分离，从而允许配置所述浮动寄生板与所述导电表面之间的距离，以达到期望的效果。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述天线馈源通过导电连接、电容连接和电感连接中的至少一个耦合至所述第一导电结构，所述耦合跨过所述纵向缝隙中的一个或所述横向缝隙中的一个，从而便于将所述天线馈源以如下方式放置在天线体积中的任何位置：将参考接地连接至周围的导电表面。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述第一导电结构基本上呈板状，从而允许所述缝隙天线包括不同的二维和三维配置，取决于所述特定缝隙天线的条件。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线还包括腔体，所述第一导电结构和所述第二导电结构形成所述腔体的边界，所述第一导电结构设置成使得所述非导电图案与所述腔体并置，从而便于实现全向缝隙天线。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述腔体至少部分地填充有非导电材料，从而提供了稳定的构造，其中，该构造可以形成对所述导电表面的支撑。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线包括两个天线馈源，其中，第一馈源包括耦合至所述浮动寄生板的电容连接，第二馈源包括耦合至所述腔体的电感连接。所述电容天线馈源主要激励所述浮动寄生板的谐振频率，而所述电感天线馈源则通常在比由所述浮动寄生板激励的谐振频率更低的频段上激励另一个谐振频率。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线还包括耦合至所述浮动寄生板的电容接地条，从而便于实现所述缝隙天线的空间高效接地。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述第一导电结构的所述导电表面包括导电涂覆层，从而允许所述导电表面快速且轻易地提供，并且完全适应周围的表面和元件。

在第一方面的又一种可能的实现方式中，所述第一导电结构包括一层柔性导电片材，从而允许例如印刷电路板等现有元件包括所述第一导电结构。

根据第二方面，提供了一种电子设备，包括多个电子元件、玻璃盖、显示屏、框架和至少一个如上所述的缝隙天线；所述玻璃盖、所述显示屏和所述框架包围所述电子元件，并且至少部分地包围所述缝隙天线；所述缝隙天线的第二导电结构包括所述显示屏、所述框架和所述电子元件中的至少一个。

所述电子设备可以具有大显示屏，同时仍具有覆盖必要5G频段的宽带。所述横向缝隙提供了宽带操作所需的谐振频率。由于所述缝隙天线是通过其它现有元件形成的，因此所述缝隙天线不仅空间高效，而且可以与所述显示屏并置，即接地设置。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述缝隙天线的第一导电结构为印刷电路板、柔性印刷电路板或液晶聚合物板，从而允许在不需要附加元件的情况下形成所述缝隙天线的至少一部分。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述框架包括所述缝隙天线的所述第二导电结构，所述框架包括至少部分地由所述缝隙天线的第一导电结构桥接的凹部，从而允许所述缝隙天线的至少一部分沿着所述电子设备的边缘放置，并且不完全由例如所述显示屏等其它导电元件覆盖。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线的所述第二导电结构包括所述框架和至少一个电子元件，所述框架和所述电子元件之间的间隙至少部分地由所述缝隙天线的第一导电结构桥接，从而便于实现保护良好且稳定的天线结构，其中，该天线结构从外部是看不见的，而且是空间高效的。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述电子元件为电池，从而通过将所述缝隙天线放置在例如电池等牢固的结构元件附近，来提高特别是薄型电子设备的机械鲁棒性。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线的所述第一导电结构的纵向缝隙与所述框架的纵向延伸部平行延伸，所述天线的基本纵向形状允许一个或几个缝隙天线纵向占据尽可能多的空间，而在其它方向上占据尽可能少的空间。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线的天线馈源通过柔性印刷电路板或液晶聚合物和螺钉耦合至所述缝隙天线的所述第一导电结构，从而便于实现尺寸尽可能小的缝隙天线。

在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述缝隙天线的浮动寄生板固定连接至所述玻璃盖的面对所述第一导电结构的表面，从而便于实现一种用于在不需要附加元件的情况下靠近所述缝隙天线的其余部分设置所述浮动寄生板的简单方案。

这些和其它方面将在以下描述的实施例中显而易见。

附图说明

在本公开的以下详述部分中，将结合附图中所示的示例性实施例来更详细地解释这些方面、实施例和实现方式，其中：

图1a示出了根据本发明一实施例的缝隙天线的示意性俯视图；

图1b示出了根据本发明另一实施例的缝隙天线的一部分的示意性俯视图；

图1c示出了根据本发明又一实施例的缝隙天线的一部分的示意性俯视图；

图2a示出了根据本发明一实施例的缝隙天线的示意性截面图；

图2b示出了根据本发明另一实施例的缝隙天线的示意性截面图；

图2c示出了根据本发明又一实施例的缝隙天线的示意性截面图；

图3a示出了根据本发明一实施例的电子设备的局部侧视图；

图3b示出了图3a中的实施例的局部截面图；

图4a示出了根据本发明一实施例的电子设备的局部侧视图；

图4b示出了图4a中的实施例的局部截面图；

图5示出了根据本发明一实施例的电子设备的示意性截面图；

图6a示出了根据本发明另一实施例的缝隙天线的示意性截面图；

图6b示出了根据本发明另一实施例的缝隙天线的透明局部透视图；

图6c示出了根据本发明另一实施例的缝隙天线的透视图。

具体实施方式

图1a至1c示出了缝隙天线1的实施例，其中，该缝隙天线1包括第一导电结构2、第二导电结构3以及耦合至第一导电结构2的至少一个天线馈源4。第一导电结构2至少部分地由第二导电结构3包围，如图2a至2c更清楚地示出。

第一导电结构2包括导电表面5和非导电图案6，如图1a至1c所示。非导电图案6可以部分地包围导电表面5，如图1b、1c和2a所示；或者全部地包围导电表面5，使得导电表面5形成单独的导电岛，如图1a、2b和2c所示。

导电表面5可包括第一部分5a和至少一个其它部分5b。非导电图案6至少部分地将第一部分5a与其它部分5b分离，如图1b、1c和2a以及图3a至4b所示。非导电图案6至少部分地将第一部分5a与导电表面5的一个其它部分5b分离，如图4a、6a和6c所示；或者与几个其它部分5b分离，如图3a所示。

在一些实施例中，如图6a至6c所示，非导电图案6包括一个纵向缝隙6a和以一定角度从纵向缝隙6a延伸的至少一个横向缝隙6b。

在另一实施例中，非导电图案6包括基本平行延伸的两个纵向缝隙6a和与所述两个纵向缝隙6a互连的至少两个横向缝隙6b，如图1a至1c所示。非导电图案6可包括与所述两个纵向缝隙6a互连的任意合适数量的横向缝隙6b。选择横向缝隙6b的数量以提供宽带操作所需的谐振频率。横向缝隙6b可以相同，如图3a所示；或者具有不同的配置，如图4a所示。此外，横向缝隙6b可以是直通道的形式，或者具有任何合适的形状。横向缝隙6b的主要范围基本上垂直于纵向缝隙6a的主要范围延伸。

纵向缝隙6a优选地比横向缝隙6b长得多，使得所述非导电图案的主要范围是一维的。这允许所述缝隙天线具有小的宽度和厚度，并且相对而言具有更大的长度。在最低工作频率下，横向缝隙6b的长度优选地小于四分之一波长λ/4。

在一实施例中，横向缝隙6b将第一部分5a与导电表面5的其它部分5b完全分离，从而将第一部分5a与其它部分5b完全分离。所述两个部分的表面积可以相等，也可以由于在纵向缝隙6a的方向上或在横向缝隙6b的方向上的尺寸差异而表面积不同。

在一实施例中，第一导电结构2通过跨过所述两个纵向缝隙6a中的一个延伸的导电连接7耦合至所述第二导电结构3，如图1b和1c所示。

此外，导电表面5的第一部分5a可以通过导电连接、电容连接和电感连接中的至少一个耦合至导电表面5的其它部分5b，所述连接7跨过纵向缝隙6a中的一个或横向缝隙6b中的一个，如图1c所示。

缝隙天线1可以包括一个连接7，如图1b所示；或几个连接7，如图1c所示。可能存在由例如电感和电容，例如电感过孔、叉指电容等，实现的一个或多个电感或电容连接。图1c示出了在横向缝隙6b上延伸的电感连接7和在纵向缝隙6a上延伸的电容连接7。

第一导电结构2可以基本上呈板状，如图2a至2c所示。其可以是完全平面的，如图2a所示；或者可以是弯曲的，如图2b和2c所示。

在一实施例中，缝隙天线1包括由图1a至1c中虚线指示的腔体8。腔体8的尺寸可以对应于非导电图案6所覆盖的区域，也可以大于非导电图案6所覆盖的区域，如上述虚线所示。第一导电结构2和第二导电结构3形成腔体8的边界，如图2a至2c所示。第一导电结构2设置成使得非导电图案6与腔体8并置。

如图1c和2a所示，导电表面5可以超过导电图案6延伸。在这种情况下，抵靠所述第二导电结构的边界在两个导电材料体积之间延伸。如图1a、1b、2b和2c所示，第一导电结构2和第二导电结构3之间的边界可以在导电图案6本身处延伸，使得第二导电结构3直接与导电图案6接壤，即抵靠所述第二导电结构的边界在一个非导电材料体积和一个导电材料体积之间延伸。

腔体8可以基本上呈矩形，如图2a所示；或者是横截面例如沿着纵向缝隙6a的方向变化的任意形状。腔体8具有导电壁，其中，所述导电壁可以由例如金属框架和电池或者金属框架和显示屏等不同的材料形成。腔体8可具有通向腔体8外部的其它体积的开口，而不干扰缝隙天线1的操作。此外，腔体8还可以容纳按钮、扬声器或显示屏等其它元件。

腔体8可以通过研磨工艺在例如铝等导电环境中形成。之后，腔体8可以例如通过嵌入成型的塑料部分地或完全地填充有非导电材料，例如介电材料。非导电图案6，即纵向缝隙6a和横向缝隙6b，可以通过相同的研磨工艺实现。

或者，第一导电结构2的导电表面5可以通过导电涂覆层来配置，其中，如图3a至4b所示，该导电涂覆层涂在填充腔体8的非导电材料的表面上，从而留下形成非导电图案6的未涂漆区域。

在一实施例中，第一导电结构2的导电表面5通过一层柔性导电片材配置，其中，该层柔性导电片材通过胶粘剂连接至第二导电结构3。在这种实施例中，不需要腔体8。非导电图案6形成为所述片材中的凹槽，所述片材覆盖在第二导电结构3中或者在第二导电结构3和其它导电元件10之间形成的任何凹部13和/或间隙14。

缝隙天线1还可以包括基本平行于第一导电结构2的导电表面5延伸的至少一块浮动寄生板15，优选地，至少两块浮动寄生板15。浮动寄生板15与导电表面5的第一部分5a或其它部分5b至少部分地并置。在包括两块浮动寄生板15的实施例中，一块浮动寄生板15至少部分地与导电表面5的第一部分5a并置，另一块浮动寄生板15至少部分地与导电表面5的其它部分5b并置。所述浮动寄生板15不与任何导电结构电连接。

在一实施例中，所述并置的浮动寄生板15具有与相应的第一部分5a或相应的其它部分5b相同的表面积。在一实施例中，在纵向缝隙6a的纵向方向上，每个并置的浮动寄生板15的尺寸大于相应的第一部分5a或相应的其它部分5b的尺寸。这在图6b中示出。在另一实施例中，在纵向缝隙6a的纵向方向上，每个并置的浮动寄生板15的尺寸小于相应的第一部分5a或相应的其它部分5b的尺寸。

在包括两块浮动寄生板15的实施例中，如图6a至6c所示，浮动寄生板15可以相同或具有不同的配置。在一实施例中，在纵向缝隙6a的纵向方向上，所述两块浮动寄生板15中的一个的尺寸大于所述两块浮动寄生板15中的另一个的尺寸。

浮动寄生板15优选地在纵向缝隙6a的纵向方向上比在横向缝隙6b的方向上长得多，从而允许缝隙天线1具有小的宽度和厚度，并且相对而言具有更大的长度。

浮动寄生板15优选地通过非导电绝缘层或气隙与导电表面5分离，其中，优选地，该非导电绝缘层或气隙的高度小于1mm。

在一实施例中，天线馈源4通过导电连接、电容连接和电感连接中的至少一个耦合至第一导电结构2，所述连接跨过纵向缝隙6a中的一个，如图1a和1b所示；或者跨过横向缝隙6b中的一个，如图1c所示。此外，天线馈源4可以使用通过螺钉从顶部附接的柔性印刷电路板或液晶聚合物板来实现，在这种情况下，可以在天线馈源4附近使用附加的表面安装器件(surface mount device，简称SMD)。天线馈源4可以以如下方式在所述缝隙天线内的任何位置实现：参考接地，即天线馈源4的起点，与例如如下讨论的腔体8的导电壁等导电环境进行导电连接。

在又一实施例中，缝隙天线1包括如图6a和6c所示的两个天线馈源4。第一天线馈源4a通过电容连接耦合至浮动寄生板15，第二天线馈源4b通过电感连接耦合至腔体8。如图6c所示，缝隙天线1还可以包括耦合至浮动寄生板15的电容接地条17。电容天线馈源4a和电容接地条17激励浮动寄生板15的谐振频率，而电感天线馈源4b通常在比浮动寄生板15更低的频段上激励另一谐振频率。

本发明还涉及一种图5所示的电子设备9，该电子设备9包括多个电子元件10、玻璃盖16、显示屏11、框架12和至少一个如上所述的缝隙天线1。玻璃盖16覆盖并保护显示屏11，使得玻璃盖16、显示屏11和框架12包围电子元件10，并且至少部分地包围缝隙天线1。

在一实施例中，缝隙天线1的浮动寄生板15通过胶粘或机械方式固定连接至玻璃盖16的面对缝隙天线1的第一导电结构2的表面。

缝隙天线1的第二导电结构3包括显示屏11、框架12和电子元件10中的一个或几个。如图3b和4b所示，第二导电结构3可以包括框架12和例如电池形式的至少一个电子元件10。在框架12和电子元件10之间延伸的间隙14至少部分地由第一导电结构2桥接。在图3b和4b中，一个纵向缝隙6a在导电表面5和框架12之间延伸，一个纵向缝隙6a在导电表面5和框架12以及电子元件10之间延伸。

在一实施例中，框架12包括缝隙天线1的第二导电结构3，框架12包括至少部分地由缝隙天线1的第一导电结构2桥接的凹部13，如图3b和4b所示。在又一实施例中，缝隙天线1的第二导电结构3包括框架12和至少一个电子元件10。

第一导电结构2的纵向缝隙6a与所述框架12的纵向延伸部平行延伸，即与电子设备9的纵向延伸部平行延伸并且与凹部13和/或间隙14的纵向延伸部平行延伸。纵向缝隙6a可邻近框架12或邻近例如电池等电子元件10延伸。

天线馈源4可以通过柔性印刷电路板或液晶聚合物板和螺钉耦合至第一导电结构2，如图3a所示。此外，缝隙天线1的第一导电结构2可以是印刷电路板、柔性印刷电路板或液晶聚合物板。

在一实施例中，缝隙天线1包括矩形腔体8，纵向缝隙6a的长度为0.67λ，横向缝隙6b的长度为0.10λ，纵向缝隙6a和横向缝隙6b的深度为0.08λ，其中，λ是3.8GHz下的自由空间波长。纵向缝隙6a的宽度为0.003λ，横向缝隙6b的宽度为0.006λ。填充腔体8的介电材料的相对介电常数为2.9。

在另一实施例中，所述天线馈源采用柔性印刷电路板实现，纵向缝隙6a的长度为0.41λ，横向缝隙6b的长度为0.07λ，纵向缝隙6a和横向缝隙6b的深度为0.06λ。填充腔体8的介电材料的相对介电常数为2.9。

电子设备1可包括匹配电路，以实现期望的回波损耗。在一实施例中，所述匹配电路直接位于靠近导电结构5a的天线馈源4中。此外，所述匹配电路的至少一部分可以在电容接地条17内实现。

在此结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但本领域技术人员通过实践本主题，研究附图、本发明以及所附的权利要求，能够理解并获得公开实施例的其它变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，量词“一”或者“一个”不排除多个。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能被有效地使用。

权利要求书中所用的标号不应解释为限制了范围。