CN113224504B - 天线系统及具有其的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种天线系统及具有其的电子设备，天线系统包括：金属框，金属框为环形，金属框上具有间隔开的第一缝隙和第二缝隙以限定出第一段和第二段，第一段具有第一接地点，第二段具有第二接地点，第二段上位于第二接地点和第二缝隙之间的部分被构造成第一辐射体；馈源，馈源与第一辐射体连接以使第一辐射体用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第一段被构造成第二辐射体，第二辐射体通过与第一辐射体耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号。根据本申请实施例的天线系统，不但可以节省金属框上的空间，可以使得金属框上设置更多的天线，还可以减少馈源的数量，使得第二辐射体的长度灵活设置，从而有利于天线系统的布局。

Description

天线系统及具有其的电子设备
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域，尤其是涉及一种天线系统及具有其的电子设备。
背景技术
相关技术中，随着4G通信时代的到来，电子设备例如手机需要实现的通信功能越来越多，分布其上的天线数量也成倍增长，而追求轻薄以及全面屏的诉求越来越强烈，留给天线的环境也就越来越小。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种天线系统，所述天线系统可以节省金属框上的空间，且可以减少馈源的数量，使得第二辐射体的长度灵活设置。
本申请还提出一种电子设备，所述电子设备包括上述天线系统。
根据本申请实施例的天线系统，包括：金属框，所述金属框为环形，所述金属框上具有间隔开的第一缝隙和第二缝隙以限定出第一段和第二段，所述第一段具有第一接地点，所述第二段具有第二接地点，所述第二段上位于所述第二接地点和所述第二缝隙之间的部分被构造成第一辐射体；馈源，所述馈源与所述第一辐射体连接以使所述第一辐射体用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，所述第一段被构造成第二辐射体，所述第二辐射体通过与所述第一辐射体耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号。
根据本申请实施例的天线系统，通过在金属框上设置间隔开的第一缝隙和第二缝隙以限定出第一段和第二段，第一段和第二段上分别设置接地点，第二段与馈源连接，第二段上位于第二接地点和第二缝隙之间的部分被构造成第一辐射体用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第一段被构造成第二辐射体通过与第一辐射体耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号，不但可以节省金属框上的空间，可以使得金属框上设置更多的天线，还可以减少馈源的数量，使得第二辐射体的长度灵活设置，从而有利于天线系统的布局。
根据本申请实施例的电子设备，包括：上述的天线系统；主板，所述主板设在所述金属框内，所述馈源设在所述主板上，所述第一接地点和所述第二接地点均与所述主板连接；摄像头，所述摄像头设在所述金属框内且与所述主板电连接。
根据本申请实施例的电子设备，通过设置上述天线系统，可以使得摄像头与馈源分布更加合理，从而提高天线系统的性能。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例的天线系统的示意图；
图2是根据本申请实施例的电子设备的剖视图；
图3是根据本申请实施例的电子设备的立体图；
图4是根据本申请实施例的天线系统中GPS天线、2.4G WIFI天线和5G WIFI天线的效率曲线，其中从左到右，三角标分别指示为GPS天线、2.4G WIFI天线和5G WIFI(包含两个三角标)；
图5是根据本申请实施例的GPS天线的方向图；
图6是根据本申请实施例的2.4G WIFI天线方向图；
图7是根据本申请实施例的5G WIFI天线的方向图，其中频率为5.25GHz；
图8是根据本申请实施例的5G WIFI天线的方向图，其中频率为5.75GHz。
附图标记：
电子设备100，
天线系统10，
金属框1，第一边11，第一缝隙111，第二边12，第二缝隙121，第一段13，第一接地点131，第二段14，第二接地点141，第一辐射体15，第二辐射体16，
馈源2，
主板20，摄像头30。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述根据本申请实施例的天线系统10。
如图1和图2所示，根据本申请实施例的天线系统10，包括金属框1和馈源2。
具体而言，金属框1为环形，例如，金属框1可以为圆形框、椭圆形框或多边形例如四边形框。金属框1上具有间隔开的第一缝隙111和第二缝隙121以限定出第一段13和第二段14，可以理解的是，第一缝隙111位于第一段13的一端和第二段14的一端之间，第二缝隙121位于第一段13的另一端和第二段14的另一端之间。其中第一缝隙111和第二缝隙121内可以填充绝缘件，从而实现第一段13和第二段14之间的连接，同时可以实现金属框1从外观上的整体性。
第一段13具有第一接地点131，第一接地点131接地，第二段14具有第二接地点141，第二接地点141接地，第二段14上位于第二接地点141和第二缝隙121之间的部分被构造成第一辐射体15，第一段13被构造成第二辐射体16，馈源2与第一辐射体15连接以使第一辐射体15用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第二辐射体16通过与第一辐射体15耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号。
其中，GPS信号和5G WIFI信号共用同一个辐射体，可以节省金属框1上的空间，可以使得金属框1上设置更多的天线，另外，第二辐射体16通过第一辐射体15耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号，可以减少馈源2的数量，从而有利于天线系统10的布局。另外，用于辐射或接收2.4G WIFI信号的第二辐射体16与第一辐射体15分开设置可以使得第二辐射体16的长度灵活设置。
根据本申请实施例的天线系统10，通过在金属框1上设置间隔开的第一缝隙111和第二缝隙121以限定出第一段13和第二段14，第一段13和第二段14上分别设置接地点，第二段14与馈源2连接，第二段14上位于第二接地点141和第二缝隙121之间的部分被构造成第一辐射体15用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第一段13被构造成第二辐射体16通过与第一辐射体15耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号，不但可以节省金属框1上的空间，可以使得金属框1上设置更多的天线，还可以减少馈源2的数量，使得第二辐射体16的长度灵活设置，从而有利于天线系统10的布局。
在本申请的一些实施例中，如图1所示，金属框1包括相邻的第一边11和第二边12，第一边11和第二边12互成角度，第一缝隙111和第二缝隙121分别设在第一边11和第二边12上，第二接地点141设在第二边12上。可以理解的是，第一辐射体15设在第二边12上，第二辐射体16设在第一边11上，第一缝隙111至第二缝隙121之间的部分被构造成第二辐射体16，第二缝隙121和第二接地点141之间的部分被构造成第一辐射体15。第一辐射体15和第二辐射体16设在金属框1相邻的两边上，可以使得第一辐射体15和第二辐射体16的结构更加紧凑，可以减小占用空间，有利于在金属框1上布置更多的天线。
进一步地，如图1所示，第一边11和第二边12的连接处至第一缝隙111的距离，与第一边11和第二边12的连接处至第一缝隙111的距离相等。由于第二辐射体16的长度可以灵活设置，从而可以使得第一缝隙111和第二缝隙121相对第一边11和第二边12的连接处对称设置，满足用户的需求，同时提高金属框1外观的美观性。
在本申请的一些实施例中，如图1所示，金属框1为矩形框。由此可以简化金属框1的结构。其中，矩形框的相邻两边可以通过圆角连接，可以理解的是，矩形框的四个角为圆角。
在本申请的一些实施例中，第一接地点131位于第二段14的远离第二缝隙121的一端。由此可以更好的设置第一段13的长度，且可以增加2.4G WIFI天线的性能。
在本申请的一些实施例中，馈源2与第一辐射体15之间设有匹配电路，由此可以通过匹配电路调节天线系统10的性能。
下面描述根据本申请实施例的电子设备100。
如图1-图3所示，根据本申请实施例的电子设备100包括上述天线系统10、主板20和摄像头30。
具体而言，主板20设在金属框1内，馈源2设在主板20上，第一接地点131和第二接地点141均与主板20连接从而实现接地连接，摄像头30设在金属框1内且与主板20电连接。
根据本申请实施例的电子设备100，通过设置上述天线系统10，可以使得摄像头30与馈源2分布更加合理，从而提高天线系统10的性能。
在本申请的一些实施例中，如图1所示，金属框1包括相邻的第一边11和第二边12，第一边11和第二边12互成角度，第一缝隙111和第二缝隙121分别设在第一边11和第二边12上，第一边11和第二边12的连接处至第一缝隙111的距离，与第一边11和第二边12的连接处至第一缝隙111的距离相等，摄像头30位于馈源2与第一辐射体15的连接点的靠近第二缝隙121的一侧。由此可以使得摄像头30与馈源2分布更加合理，从而提高天线系统10的性能。
可选地，摄像头30为间隔开的多个。由此可以增加电子设备100的拍摄效果，且电子摄像头30为多个时，摄像头30的排布不影响馈源2的位置，可以保证天线系统10的性能。例如，在图1所示的示例中，摄像头30为两个，两个摄像头30沿第一边11的长度方向排布。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
进一步地，多个摄像头30沿所述第一边11的长度方向排布。由此可以使得多个摄像头30排布更加合理，避免摄像头30与馈源2安装发生干涉。
示例性的，电子设备100可以为移动或便携式并执行无线通信的各种类型的计算机系统设备中的任何一种(图3中只示例性的示出了一种形态)。具体地，电子设备100可以为移动电话或智能电话(例如，基于iPhone TM，基于Android TM的电话)，便携式游戏设备(例如Nintendo DS TM，PlayStation Portable TM，Gameboy Advance TM，iPhone TM)、膝上型电脑、PDA、便携式互联网设备、音乐播放器以及数据存储设备，其他手持设备以及诸如手表、入耳式耳机、吊坠、头戴式耳机等，电子设备100还可以为其他的可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜、电子衣服、电子手镯、电子项链、电子纹身、电子设备100或智能手表的头戴式设备(HMD))。
电子设备100还可以是多个电子设备100中的任何一个，多个电子设备100包括但不限于蜂窝电话、智能电话、其他无线通信设备、个人数字助理、音频播放器、其他媒体播放器、音乐记录器、录像机、照相机、其他媒体记录器、收音机、医疗设备、车辆运输仪器、计算器、可编程遥控器、寻呼机、膝上型计算机、台式计算机、打印机、上网本电脑、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、运动图像专家组(MPEG-1或MPEG-2)音频层(MP3)播放器，便携式医疗设备以及数码相机及其组合。
在一些情况下，电子设备100可以执行多种功能(例如，播放音乐，显示视频，存储图片以及接收和发送电话呼叫)。如果需要，电子设备100可以是诸如蜂窝电话、媒体播放器、其他手持设备、腕表设备、吊坠设备、听筒设备或其他紧凑型便携式设备的便携式设备。
下面参考附图描述根据本申请一个具体实施例的天线系统10和具有其的天线系统10。
如图1-图3所示，电子设备100包括天线系统10、主板20和摄像头30。
具体的，天线系统10包括金属框1和馈源2，金属框1为矩形框，相邻的两边之间通过圆角过渡，金属框1包括相邻的第一边11和第二边12，第一边11的长度大于第二边12的长度，第一边11和第二边12垂直，金属框1上具有间隔开的第一缝隙111和第二缝隙121以限定出第一段13和第二段14，第一缝隙111设在第一边11上，第二缝隙121设在第二边12上。
第一段13具有第一接地点131，第一接地点131位于第一段13的远离第二缝隙121的一端，第二段14具有第二接地点141，第二接地点141位于第二边12上，第二段14上位于第二接地点141和第二缝隙121之间的部分被构造成第一辐射体15，馈源2与第一辐射体15连接以使第一辐射体15用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第一段13被构造成第二辐射体16，第二辐射体16通过与第一辐射体15耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4GWIFI信号，这样第二辐射体16的长度可以相对将三个天线全部集成在一个辐射体上，长度可以设置的更短，从而使得第二辐射体16的长度灵活设置。
其中，馈源2与第一辐射体15之间设有匹配电路。主板20上设置弹片，馈源2通过弹片与第一辐射体15连接。
主板20设在金属框1内，馈源2设在主板20上，第一接地点131和第二接地点141均与主板20连接，摄像头30设在金属框1内且与主板20电连接，摄像头30位于馈源2与第一辐射体15的连接点的靠近第二缝隙121的一侧，摄像头30为两个，两个摄像头30沿第一边11的长度方向间隔开。
在本申请中，利用第一缝隙111和第二缝隙121之间的部分作为耦合枝节产生2.4GWIFI谐振点，第二辐射体16的长度可以在合理的范围内灵活调节，第一辐射体15的长度可以配合第二辐射体16的长度进行调整。
下面对本申请的天线系统10进行建模进行仿真分析，第一边11和第二边12的相交点与第二缝隙121之间的距离为L1，馈源2与第一辐射体15之间的连接点与第二缝隙121之间的距离为L2，馈源2与第一辐射体15之间的连接点与第二接地点141之间的距离为L3。
现以L1为11.5mm长度为例进行阐述，配合于L1＝11.5mm情况下，选取L2尺寸5.5mm、L3尺寸14mm，其余部分均设置成实际整机的材料值，例如介电常数为3.5，仿真结果如下，图4为上述图2结构的天线效率曲线，其中两个曲线中位于下方的曲线为本申请的天线效率。GPS在60MHz带宽内辐射效率均值-2.6dB，总效率均值-3dB，说明有50％的能量被辐射到空间中，其方向性如图5所示，上半球占比53％，即天线辐射的上半球能量占总辐射能量的53％，优于传统方案的50％以下。Wifi2.4G在100MHz带宽内辐射效率均值-2.45dB，总效率均值-2.9dB，Wifi5G在5.15GHz-5.85GHz带宽内辐射效率均值-2.2dB，总效率均值-3.3dB，即2.4GWiFi和5GWiFi均有50％左右的能量被辐射到空间中，较传统方案提升10％左右；WIFI方向性如图6-图8所示，颜色越深，表示能量越强，可以看出再YOZ平面，红色(图中的深色)区域分布较均匀，有利于天线在室内接受各方位的信号。
相关技术中，第一缝隙和第二缝隙分别开设在第一边和第二边上，位于左上侧的第一缝隙和第二缝隙之间的部分作为GPS天线、2.4GWIFI天线和5G WIFI天线的辐射体，馈源连接在此辐射体上。但随着人们对手机摄像头拍照的要求越来越高，厂商在摄像头上的发力也越来越猛烈，出现了后置“三摄”“四摄”甚至“六摄”，当厂商将三摄、四摄摄像头并排放置在电子设备例如手机背侧左上角时，就会对主板上的器件堆叠提出考验，即射频器件和匹配元件等进行避让，对于现有的天线方案，射频走线增加无疑会影响天线的板级指标，进而降低天线的辐射性能。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“左”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。
在本申请中，对于摄像头30位于一侧的情况下，第二段14与馈源2连接，第二段14上位于第二接地点141和第二缝隙121之间的部分被构造成第一辐射体15用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，第一段13被构造成第二辐射体16通过与第一辐射体15耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号，在保证天线效率和方向性的前提下，解决了射频器件摆放和附加的传输损耗的问题，保证了天线输入端的板级功率值，使天线OTA(Overthe Air)性能达到最优，并且可以使得第一缝隙111和第二缝隙121对称设置，满足用户的需求。
另外，在上述模拟分析过程中，采用的天线缝隙对称尺寸为L1×L1为11.5mm×11.5mm，而实际中可以根据大众审美和ID需求进行灵活调节，比如10.5mm×10.5mm或12mm×12mm等等，第一辐射体15长度尺寸做相应的调整即可，实际中可根据匹配网络进行优化，以达到最优辐射特性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：
金属框，所述金属框为环形，所述金属框上具有间隔开的第一缝隙和第二缝隙以限定出第一段和第二段，所述第一缝隙位于所述第一段的一端和所述第二段的一端之间，所述第二缝隙位于所述第一段的另一端和所述第二段的另一端之间，所述第一段具有第一接地点，所述第二段具有第二接地点，所述第二段上位于所述第二接地点和所述第二缝隙之间的部分被构造成第一辐射体；
馈源，所述馈源与所述第一辐射体连接以使所述第一辐射体用于辐射或接收GPS信号和5G WIFI信号，所述第一段被构造成第二辐射体，所述第二辐射体通过与所述第一辐射体耦合辐射或接收信号以用于辐射或接收2.4G WIFI信号。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属框包括相邻的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边互成角度，所述第一缝隙和所述第二缝隙分别设在所述第一边和所述第二边上，所述第二接地点设在所述第二边上。
3.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述第一边和所述第二边的连接处至所述第一缝隙的距离，与所述第一边和所述第二边的连接处至所述第一缝隙的距离相等。
4.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述金属框为矩形框。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一接地点位于所述第二段的远离所述第二缝隙的一端。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述馈源与所述第一辐射体之间设有匹配电路。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的天线系统；
主板，所述主板设在所述金属框内，所述馈源设在所述主板上，所述第一接地点和所述第二接地点均与所述主板连接；
摄像头，所述摄像头设在所述金属框内且与所述主板电连接。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述金属框包括相邻的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边互成角度，所述第一缝隙和所述第二缝隙分别设在所述第一边和所述第二边上，所述第一边和所述第二边的连接处至所述第一缝隙的距离，与所述第一边和所述第二边的连接处至所述第一缝隙的距离相等，所述摄像头位于所述馈源与所述第一辐射体的连接点的靠近所述第二缝隙的一侧。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述摄像头为间隔开的多个。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，多个所述摄像头沿所述第一边的长度方向排布。
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