天线装置和电子设备的制作方法

1.本实用新型属于电子设备技术领域，尤其涉及一种天线装置，以及一种具有天线装置的电子设备。


背景技术：

2.现实生活中，随着信息技术的发展和科技的进步，无线电子设备越来越多地进入我们的生活中。无线电子设备为了更好的使用体验，需要保证无线通信时的稳定连接。决定稳定连接的一个基础是天线具有良好的方向性，以保证在无线通信中可以接收来自各个方向信号。
3.有一些无线电子设备相对体积较大，内部腔体中可能设置更多的金属结构。这些金属结构会导致天线的发射和接收能力受到影响，导致天线辐射方向性增强，使得天线只能稳定覆盖有限的方向，不利于无线电子设备的稳定通信连接，可能会降低用户的使用体验。例如具有虚拟现实效果的头戴显示设备，其内腔中集成了大量电子芯片以及其它电子元器件，受到安装环境的限制，头戴显示设备中的天线即存在方向性强、带宽窄的问题，难以满足设备稳定连接的需求，特别是在游戏使用场景下，由于很多游戏基于网络运行且用户处于移动状态下，头戴显示设备对无线信号质量的要求远远高于其它应用（如视频或音乐等），不稳定的通信连接将严重降低用户使用体验。


技术实现要素：

4.针对以头戴显示设备为代表的无线电子设备，由于内部集成大量电子芯片及元器件，导致天线安装环境受限，天线容易出现方向性强、带宽窄、难以满足设备稳定连接的需求的问题，本实用新型的第一个方面提供一种天线装置。
5.在本实用新型的一些实施方式中，天线装置包括：平面元件、参考天线组件、调谐元件和接地元件；其中平面元件由金属导体制成；参考天线组件沿平面元件的厚度方向与平面元件间隔设置；调谐元件由金属导体制成，调谐元件呈l型且具有相互垂直的第一端部和第二端部；沿平面元件的宽度方向，参考天线组件和调谐元件依次分布且间隔设置；沿平面元件的厚度方向，调谐元件与平面元件间隔设置；接地元件一端连接平面元件，另一端连接第一端部和第二端部的连接处。
6.在本实用新型的一些实施方式中，参考天线组件包括成组对称设置的两个参考天线元件；每一个参考天线元件均由金属导体制成且呈直线状，两个参考天线元件分别沿平面元件的长度方向相互背离的延伸分布。
7.在本实用新型的一些实施方式中，天线装置还包括：参考天线馈电源，参考天线馈电源设置于两个参考天线元件之间；参考天线馈电源配置为将电信号从馈电电路馈送到参考天线组件或者将参考天线组件接收到的信号馈送至馈电电路；两个参考天线元件以参考天线馈电源的所在位置为对称轴对称分布。
8.在本实用新型的一些实施方式中，平面元件呈扁平平面状，平面元件设置在电子
设备的主板或者电子设备内腔中的金属支架上。
9.在本实用新型的一些实施方式中，第一端部呈直线状，第一端部靠近参考天线组件设置并沿平面元件的长度方向延伸，第一端部与参考天线组件平行。
10.在本实用新型的一些实施方式中，第一端部的长度与参考天线元件的长度相同。
11.在本实用新型的一些实施方式中，第二端部呈直线状；第二端部朝背离参考天线组件的方向延伸。
12.在本实用新型的一些实施方式中，第二端部的长度大于第一端部的长度。
13.在本实用新型的一些实施方式中，天线装置配置为发送和/或接收设定频段为2.4ghz的无线信号。
14.在本实用新型的一些实施方式中，参考天线元件的长度为25mm至30mm之间的任一值。
15.在本实用新型的一些实施方式中，第二端部的长度与参考天线元件的长度的比值为1.1至1.16之间的任一值。
16.本实用新型的第二个方面提供一种电子设备，包括一个或多个天线装置；天线装置包括：平面元件、参考天线组件、调谐元件和接地元件；其中平面元件由金属导体制成；参考天线组件沿平面元件的厚度方向与平面元件间隔设置；调谐元件由金属导体制成，调谐元件呈l型且具有相互垂直的第一端部和第二端部；沿平面元件的宽度方向，参考天线组件和调谐元件依次分布且间隔设置；沿平面元件的厚度方向，调谐元件与平面元件间隔设置；接地元件一端连接平面元件，另一端连接第一端部和第二端部的连接处。
17.与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：
18.通过增加l型的调谐单元，可以对参考天线组件进行调谐，呈平行状态的第一端部为参考天线组件提供了第二个谐振模式以提高带宽。同时因为电磁耦合作用，在第一端部与参考天线组件处感应的水平极化电磁信号通过导体在调谐元件的l型端部上谐振，并使得第二端部产生垂直极化辐射模式，从而提高天线的辐射电阻，进一步扩展天线带宽。在第二端部的谐振工作模式下，平面元件的后侧的角度辐射信号因为调谐元件导致的绕射作用同步得到增强，提高了天线的辐射方向覆盖。接地元件提供参考零电势点，进一步提高调谐单元的工作带宽。
19.结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
21.图1为本实用新型所提供的天线装置一个具体实施例的俯视图；
22.图2为本实用新型所提供的天线装置一个具体实施例的左视图；
23.图3为本实用新型所提供的天线装置一个具体实施例的主视图；
24.图4为本实用新型所提供的天线装置平面元件后侧的频率增益曲线；
25.图5为本实用新型所提供的天线装置的频率增益曲线，以示出天线装置的前后比；
26.图6为本实用新型所提供的天线装置的辐射方向图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
28.下面详细描述本实用新型的实施例，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.针对以头戴显示设备为代表的无线电子设备，由于内部集成大量电子芯片及元器件，导致天线安装环境受限，天线容易出现方向性强、带宽窄、难以满足设备稳定连接的需求的问题，图1至图3示出本实用新型所提供的天线装置的一种具体实施方式。
31.如图1至图3所示的天线装置配置为发送和/或接收设定频段的无线信号。在本实用新型的一些实施方式中，设定频段为2.4ghz。天线装置10包括平面元件12、参考天线组件14、调谐元件20和接地元件26。
32.平面元件12由金属导体制成，整体呈扁平平面状。平面元件12配置为提供天线装置10的接地点。示例性的，平面元件12可以由铜等导电性能良好的金属导体制成。平面元件12可以选择性地构造在印刷电路板上，印刷电路板可以是电子设备内的主板。可选的，平面元件12还可以构造在电子设备内腔中的金属支架上。
33.需要说明的是，在如图1至图3所示的实施方式中，定义平面元件12的厚度方向为z轴方向，与z轴方向正交的一个方向为x轴方向，与z轴方向和x轴方向都正交的方向定义为y轴方向。为了便于描述，定义平面元件12处于x轴方向和y轴方向限定的x-y平面中。在本实施方式中，平面元件12可以构造为矩形的平面形状，即平面元件12的长度方向为x轴方向，宽度方向为y轴方向。
34.参考天线组件14是由铜等性能良好的金属导体制成的辐射体。沿平面元件12的厚度方向（z轴方向），参考天线组件14与平面元件12间隔设置，二者之间具有第一预定距离d1（如图所示）。在可选的实施方式中，平面元件12的长度为200mm，宽度为50mm。在如图1的俯视视角下，参考天线组件14与平面元件12是重叠的，参考天线组件14的中心点与平面元件12的中心点重合。在可选的其它实施方式中，参考天线组件14的中心点位于平面元件12的长度方向（x轴方向）的中心线上。
35.参考天线组件14和平面元件12优选平行设置，但二者也允许是不完全平行设置的，例如参考天线组件14可以相对于平面元件12倾斜不大于10度。以平行设置的参考天线组件14和平面元件12为例，第一预定距离d1为12mm。
36.更具体的，在一种优选的实施方式中，参考天线组件14包括成组对称设置的两个参考天线元件16。每一个参考天线元件16均由金属导体制成且呈直线状，且分别沿平面元件12的长度方向（即x轴方向）相互背离的延伸分布。当天线装置10的设定频段为2.4ghz时，参考天线元件16的优选长度为波长的1/4。考虑到波长=光速/频率，即可以求出波长为123.1mm，1/4波长为30.8mm；进一步考虑到天线缩短系数，在本实施方式中，参考天线元件16的长度为25mm至30mm之间的任一值，优选为26mm。在可选的实施方式中，参考天线元件16的自身长度和自身宽度满足13:1的比例关系。示例性的，参考天线元件16的自身长度为26mm，自身宽度为2mm。
37.两个参考天线元件16之间设置有参考天线馈电源18。参考天线馈电源18配置为将电信号从馈电电路馈送到参考天线组件14或者将参考天线组件14接收到的信号馈送至馈电电路。从硬件形态上看，参考天线元件16以参考天线馈电源18的所在位置为对称轴对称分布。馈电电路可选地可以选用同轴电缆，还包括必要的匹配电路和滤波电路等。馈电电路可以选用现有技术中的成熟电路，在此不再赘述。
38.调谐元件20设置于参考天线组件14的一侧。调谐元件20由金属导体弯折呈“l”型，调谐元件20具有相互垂直的第一端部22和第二端部24。如图1所示，沿平面元件12的宽度方向，参考天线组件14和调谐元件20依次分布且间隔设置，二者之间具有第二预定距离d2。第二预定距离d2在10mm至15mm的范围内。此外，如图2和图3所示，调谐元件20同时也与平面元件12间隔设置，二者之间具有第三预定距离d3。
39.调谐元件20和平面元件12优选平行设置，但二者也允许是不完全平行设置的，例如第一端部22可以相对于平面元件12倾斜不大于10度，第二端部24也可以相对于平面元件12倾斜不大于10度。以平行设置的调谐元件20和平面元件12为例，第三预定距离d3为12mm，即优选的，参考天线组件14和调谐元件20处于同一个平面上。
40.以下对调谐元件20的具体结构进行介绍，如图1至图3所示，在本实施方式中，调谐元件20的第一端部22呈直线状，第一端部22靠近参考天线组件14设置并沿平面元件12的长度方向延伸，第一端部22与参考天线组件14平行且二者之间具有第二预定距离。第二预定距离d2在10mm-15mm的范围内。第一端部22的长度与参考天线元件16的长度相同，优选的，第一端部22的长度为26mm。
41.第二端部24同样呈直线状，第二端部24朝背离参考天线组件14的方向延伸。由于第一端部22和第二端部24相互垂直，即第二端部24沿平面元件12的宽度方向（x轴方向）延伸。第二端部24的长度略大于第一端部22的长度，也即略大于参考天线元件16的长度。更为具体的，第二端部24的长度与参考天线元件16的长度比值为1.1至1.16之间的任一值。优选的，当第一端部22的长度设计为26mm时，第二端部24的长度设计为30mm。
42.天线装置10还包括接地元件26，接地元件26为接地柱，接地元件26的一端连接平面元件12，另一端连接第一端部22和第二端部24的连接处，也即调谐元件20的折角处，接地元件26使得折角处的电势为0。
43.通过增加l型的调谐单元，可以对参考天线组件14进行调谐，呈平行状态的第一端部22为参考天线组件14提供了第二个谐振模式以提高带宽。同时因为电磁耦合作用，在第一端部22与参考天线组件14处感应的水平极化电磁信号通过导体在调谐元件20的l型端部上谐振，并使得第二端部24产生垂直极化辐射模式，从而提高天线的辐射电阻，进一步扩展
天线带宽。在第二端部24的谐振工作模式下，平面元件12的后侧（即远离参考天线组件14的一侧）的角度辐射信号因为调谐元件20导致的绕射作用同步得到增强，提高了天线的辐射方向覆盖。接地元件26提供参考零电势点，进一步提高调谐单元的工作带宽。
44.图4至图6示出了本实用新型所提供的天线装置的性能，如图4至图6所示，天线装置实现了2400mhz至2500mhz工作带宽覆盖；天线前后比为-15.5db，较现有技术提升2.7db；平面元件后侧的方向辐射信号强度为-6db，较现有技术提升4db。
45.平面元件、参考天线组件、调谐元件和接地元件均可以采用现有技术中成熟的方式保持在预定的设计位置，例如利用印刷电路板的绝缘基材保持平面元件、参考天线组件、调谐元件和接地元件在合理的布线位置，并且满足第一预设距离、第二预设距离和第三预设距离的设计要求。
46.本实用新型的第二个方面提供一种电子设备，包括一个或多个天线装置。天线装置的具体结构请参见上述实施例的详细说明以及说明书附图的明确记载，在此不再赘述。设置有上述天线装置的电子设备可以实现同样的技术效果。电子设备可以是可实现虚拟现实显示效果或者增强现实显示效果的头戴显示设备。天线装置的数量和位置可以根据电子设备的实际需要进行设计。
47.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。