CN114069260B - 天线系统及包含其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线系统及包含其的电子设备。天线系统包括水平极化天线和垂直极化天线。垂直极化天线的垂直极化辐射体与水平极化天线的两个第一水平极化辐射体平行且在第三方向上间隔设置，垂直极化辐射体通过垂直极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体，使得两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的寄生辐射体，以使垂直极化天线工作在相邻的多频率的谐振模式；水平极化天线的中心面与垂直极化天线的中心面在同一平面。本申请能够在低剖面的情况下，提高垂直极化天线的频带宽。

Description

天线系统及包含其的电子设备

技术领域

本申请涉及无线通讯天线领域，尤其是涉及一种天线系统及包含其的电子设备。

背景技术

随着移动通信技术的发展，电子设备不仅限于语音数据传输，还需要传输高分辨率图像或多媒体。这要求对电子设备有非常高的数据速率。提高数据速率的有效解决方案在于增大无线通信应用的带宽。在另一方面，为了增加信道容量，以减少天线元件的数量并最小化基站天线的安装区域，最可行的解决方案是应用极化分集的技术。因此，在无线通信系统中使用宽频带双极化天线能够满足上述要求。

目前，一般的双极化天线通常包括水平极化天线和垂直极化天线，其中，水平极化天线的水平极化辐射体和垂直极化天线的垂直极化辐射体均采用贴片，且在电子设备中，多个水平极化天线和多个垂直极化天线沿电路板的外周缘交叉间隔设置，即在电路板的周向方向上，水平极化天线和垂直极化天线间隔设置。并且，水平极化天线和垂直极化天线之间相隔离，即水平极化天线的水平极化辐射体和垂直极化天线的垂直极化辐射体之间耦合程度极低甚至没有耦合，且垂直极化天线的垂直极化辐射体和垂直极化地板在电路板的厚度方向上面对面相对间隔设置。对于垂直极化天线来说，为了增加垂直极化天线的带宽，需要增加垂直极化天线的垂直极化辐射体和垂直极化地板在电路板的高度方向上的间距，即增加了双极化天线的剖面高度，不利于电子设备的超薄化。

由此可知，现有的双极化天线无法兼容低剖面和宽频带性能。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中双极化天线无法兼容低剖面和宽频带性能的问题。因此，本申请实施例提供了一种天线系统及包含其的电子设备，能够在低剖面的情况下，提高垂直极化天线的频带宽。

本申请实施例提供了一种天线系统，包括水平极化天线和垂直极化天线；水平极化天线包括平行且在第一方向上间隔设置、并位于同一平面上的两个第一水平极化辐射体、连接第一射频模组与两个第一水平极化辐射体的平行的两条水平极化馈电线；

垂直极化天线包括垂直极化辐射体、垂直极化馈电部、垂直极化馈电线、垂直极化接地部和垂直极化地板；垂直极化辐射体与垂直极化地板在第二方向上面对面相对间隔设置，垂直极化接地部从垂直极化辐射体和垂直极化地板的同一侧连接于垂直极化辐射体与垂直极化地板；垂直极化馈电部的一端连接于垂直极化馈电线的一端，垂直极化馈电部的另一端与垂直极化辐射体的底面在第二方向上相对间隔设置，并通过垂直极化馈电部的另一端与垂直极化辐射体之间的间隔将来自垂直极化馈电部的射频耦合至垂直极化辐射体；垂直极化馈电线的另一端连接于第二射频模组，第二射频模组通过垂直极化馈电线对垂直极化馈电部供电；其中，

垂直极化辐射体和两个第一水平极化辐射体均采用平面片状结构；垂直极化辐射体与两个第一水平极化辐射体平行且在第三方向上间隔设置，两个第一水平极化辐射体位于垂直极化辐射体的与垂直极化接地部连接的一侧相反的另一侧外，且垂直极化辐射体通过垂直极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体，使得两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的寄生辐射体，以使垂直极化天线工作在相邻的多频率的谐振模式；水平极化天线的中心面与垂直极化天线的中心面平行设置，且水平极化天线的中心面与垂直极化天线的中心面位于同一平面上；其中，第一方向、第二方向和第三方向之间相互垂直。

在本方案中，水平极化天线和垂直极化天线的结构复用，垂直极化辐射体通过垂直极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体，两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的寄生辐射体，从而增加了垂直极化天线的谐振点，展宽了垂直极化天线的频带宽。因此，在保证天线系统的低剖面性能的情况下，能够增加垂直极化天线频带宽，即能够兼容低剖面和宽频带性能。

在一些实施例中，垂直极化辐射体与两个第一水平极化辐射体位于同一平面上。

在一些实施例中，垂直极化馈电部为倒L形探针；

倒L形探针的水平段为垂直极化馈电部的另一端，并从倒L形探针的竖直段沿第三方向朝向第一水平极化辐射体的方向延伸，且水平段面对垂直极化辐射体的底面的部分为平行于底面的平面结构，使得水平段与垂直极化辐射体之间面对面相对间隔设置；

倒L形探针的竖直段的背离水平段的一端为垂直极化馈电部的一端。

在本方案中，垂直极化馈电部为倒L形探针，相对于现有的探针，可以消除其电感性(即能够抵消探针带来的电感成分)，这样可以改善垂直极化天线的阻抗匹配。并且，倒L形探针自身能够向外辐射电场；同时，倒L形探针的水平段通过水平段与垂直极化辐射体之间的间隔将来自倒L形探针的射频耦合至垂直极化辐射体，使得垂直极化辐射体向外辐射电场；进一步地，垂直极化辐射体通过垂直极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体，两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的寄生辐射体也向外辐射电场。也就是说，该垂直极化天线在工作带宽内可以产生三个谐振点：垂直极化辐射体辐射所产生的谐振点、倒L型探针辐射所产生的谐振点以及作为垂直极化辐射体的寄生辐射体的第一水平极化辐射体所产生的谐振点。这样能够使得三个谐振点分布于工作频带内，能产生一个宽带匹配的效果。

在一些实施例中，倒L形探针位于与垂直极化辐射体的在第一方向上的中部对应的位置处，且倒L形探针的竖直段位于与垂直极化辐射体的在第三方向上的中部对应的位置处，倒L形探针的水平段沿第三方向朝向第一水平极化辐射体的方向延伸至靠近垂直极化辐射体的另一侧的位置处。

在一些实施例中，垂直极化天线具有两组垂直极化结构，两组垂直极化结构在第一方向上间隔设置，每一组垂直极化结构包括对应设置的垂直极化辐射体、垂直极化馈电部、垂直极化接地部和垂直极化地板，两组垂直极化结构关于垂直极化天线的中心面对称设置，并分别位于垂直极化天线的中心面的两侧；垂直极化馈电线的一端通过Y形分叉结构形成两端分别连接于两组垂直极化结构的垂直极化馈电部；

两组垂直极化结构的垂直极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体平行间隔并位于同一平面设置，使得两个垂直极化辐射体分别与对应的第一水平极化辐射体之间的间隔相等，且每一垂直极化辐射体通过该垂直极化辐射体与对应的第一水平极化辐射体之间的间隔耦合至对应的第一水平极化辐射体。

在本方案中，两组垂直极化结构在第一方向上间隔设置，两组垂直极化结构关于垂直极化天线的中心面对称设置，并分别位于垂直极化天线的中心面的两侧，垂直极化天线的该中心面相当于虚拟的理想磁壁。因此，垂直极化天线的两组垂直极化结构之间理论上可以实现无限大的极化隔离度。这样说明了垂直极化天线的两组垂直极化结构之间在实际使用时具有较高的极化隔离度。

本领域技术人员可以理解的是，理想磁壁相当于开路，在理想磁介质表面上，磁力线与其表面垂直。具有这样边界条件的表面，通常称之为“理想磁壁”。

在一些实施例中，天线系统包括连接于地板的短路墙，且两个垂直极化接地部为短路墙的与两个垂直极化辐射体和两个垂直极化地板位置上对应的部分。

在一些实施例中，水平极化天线还包括平行且在第一方向上间隔设置、并位于同一平面上的两个第二水平极化辐射体、以及两个水平极化馈电部，两个第二水平极化辐射体均采用平面片状结构；两个第二水平极化辐射体与两个第一水平极化辐射体对应设置，每一第二水平极化辐射体与对应的第一水平极化辐射体的底面在第二方向上面对面相对并平行间隔设置；每一第二水平极化辐射体与对应的第一水平极化辐射体之间设置有对应的一个水平极化馈电部，两个水平极化馈电部的一端分别连接于两个第一水平极化辐射体的相对设置的一侧，另一端分别连接于两个第二水平极化辐射体的相对设置的一侧；两条水平极化馈电线与两个水平极化馈电部对应设置，每一条水平极化馈电线的一端连接于对应的水平极化馈电部，另一端连接于第一射频模组。

在一些实施例中，两个水平极化馈电部的一端分别连接于两个第一水平极化辐射体的相对设置的一侧的中部，另一端分别连接于两个第二水平极化辐射体的相对设置的一侧的中部。

在一些实施例中，两个第一水平极化辐射体关于水平极化天线的中心面对称设置，并分别位于水平极化天线的中心面的两侧；两个第二水平极化辐射体关于水平极化天线的中心面对称设置，并分别位于水平极化天线的中心面的两侧。

在本方案中，水平极化天线的该中心面相当于虚拟的理想电壁。因此，水平极化天线的两个第一水平极化辐射体之间、两个第二水平极化辐射体之间理论上均可以实现无限大的极化隔离度。这样说明了水平极化天线的两个第一水平极化辐射体之间、两个第二水平极化辐射体之间在实际使用时均具有较高的极化隔离度。

本领域技术人员可以理解的是，理想电壁相当于短路。电感应线垂直理想导体表面，其密度等于面电荷密度。具有这样边界条件的表面，通常称之为“理想电壁”。

在一些实施例中，在第二方向上，两个第二水平极化辐射体分别与两个第一水平极化辐射体重叠。

在一些实施例中，当垂直极化天线具有两组垂直极化结构时，两个第二水平极化辐射体与两组垂直极化结构的垂直极化地板对应设置，且每一第二水平极化辐射体与对应的垂直极化地板平行且在第三方向上相对间隔设置。

在一些实施例中，两个第二水平极化辐射体与两组垂直极化结构的垂直极化地板位于同一平面上。

在一些实施例中，垂直极化天线的垂直极化辐射体、垂直极化接地部和垂直极化地板所形成的结构作为水平极化天线的反射器；

水平极化天线的两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的引向器。

在本方案中，垂直极化天线的垂直极化辐射体、垂直极化接地部和垂直极化地板所形成的结构作为水平极化天线的反射器，能够改变水平极化天线的方向图，提高水平极化天线在最大辐射方向上的增益。

同时，水平极化天线的两个第一水平极化辐射体作为垂直极化天线的引向器，能够改变垂直极化天线的方向图，提高垂直极化天线在引导方向上的增益。

在一些实施例中，在第二方向上，垂直极化辐射体与对应的垂直极化地板重叠。

在一些实施例中，第一水平极化辐射体和垂直极化辐射体的形状均为矩形。

本申请实施例还提供了一种电子设备，其包括以上任一实施例所提供的天线系统。

附图说明

图1为本申请实施例的天线系统的立体结构示意图；

图2为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线部分的立体结构示意图；

图3为本申请实施例的天线系统的俯视结构示意图，其中，垂直极化辐射体和第一水平极化辐射体被去除；

图4a为本申请实施例的天线系统的侧视结构示意图；

图4b为本申请实施例的天线系统的侧视结构示意图，其中，介质块被去除；

图5为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线的垂直极化结构的结构示意图；

图6为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线的S参数性能仿真曲线图；

图7为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在端射方向(即Y方向)上的增益仿真曲线图；

图8为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在XY面的辐射方向图；

图9为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在YZ面的辐射方向图。

附图标记说明：

100：天线系统；

200：介质块；

300：地板；

400：水平极化天线；410：水平极化馈电线；411：接地共面波导；412：馈线；420：水平极化馈电部；430：第一水平极化辐射体；440：第二水平极化辐射体；

500：垂直极化天线；510：垂直极化馈电线；511：微带线；512：共面波导；520：垂直极化结构；530：垂直极化辐射体；540：垂直极化馈电部；541：竖直段；542：水平段；550：垂直极化接地部；560：垂直极化地板；

600：短路墙；

Di1：第一方向；

Di2：第二方向；

Di3：第三方向；

P1：垂直极化天线的中心面；

P2：水平极化天线的中心面；

L1：介质块的长度；

W1：介质块的宽度；

H1：介质块的高度；

L2：垂直极化地板的长度；

W2：垂直极化地板的宽度；

L3：垂直极化辐射体的长度；

L4：第二水平极化辐射体的长度；

W4：第二水平极化辐射体的宽度；

L5：第一水平极化辐射体的长度；

L6：倒L形探针的竖直段的长度；

L7：倒L形探针的水平段的长度；

d1：垂直极化辐射体与垂直极化地板之间的距离；

d2：两个垂直极化辐射体之间的距离；

d3：倒L形探针与垂直极化辐射体之间的距离；

d4：第一水平极化辐射体与第二水平极化辐射体之间的距离；

d5：两个第二水平极化辐射体之间的距离；

d6：第一水平极化辐射体与对应的垂直极化辐射体之间的距离；

d7：第二水平极化辐射体与对应的垂直极化地板之间的距离；

fw1：垂直极化馈电线的宽度；

fw2：水平极化馈电线的宽度；

d8：两根水平极化馈电线之间的距离；

d9：水平极化馈电线与地板之间的距离；

d10：垂直极化馈电线与地板之间的距离。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。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。

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。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

请参见图1～图4b，图1为本申请实施例的天线系统100的立体结构示意图。图2为本申请实施例的天线系统100的垂直极化天线500和水平极化天线400部分的立体结构示意图。图3为本申请实施例的天线系统100的俯视结构示意图，其中，垂直极化辐射体530和第一水平极化辐射体430被去除。图4a～图4b为本申请实施例的天线系统100的侧视结构示意图，其中，在图4a中有介质块200，在图4b中，介质块200被去除。

如图1～图4b所示，本申请实施例提供了一种天线系统100，包括介质块200、水平极化天线400和垂直极化天线500。如图1所示，水平极化天线400和垂直极化天线500均集成于介质块200。介质块200作为水平极化天线400和垂直极化天线500的支撑结构，其介电常数和尺寸会影响天线的性能，介质块200的大小最终决定了天线系统100的体积。

在本实施方式中，介质块200以基于低温共烧陶瓷(LTCC，“Low Temperature Co-fired Ceramic”)工艺的基板(比如，该基板的材料可以采用Ferro公司提供的Ferro A6m材料，材料的介电常数为5.9，每层介质厚度为0.094mm)为例进行说明，当然，本领域技术人员可以理解的是，介质块200也可以采用通过其它工艺所形成的基板，比如，通过PCB工艺、HDI(High Density Interconnector，即高密度互连，高密度互连基板是使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板)工艺等形成的基板。

如图2所示，水平极化天线400包括平行设置的两个第一水平极化辐射体430、连接第一射频模组(图中未示出)与两个第一水平极化辐射体430的平行的两条水平极化馈电线410。其中，两个第一水平极化辐射体430在第一方向Di1上间隔设置，并位于同一平面上。其中，第一方向Di1与图2中X向平行，且两个第一水平极化辐射体430位于与XY面平行的面上。从第一方向Di1上看，两个第一水平极化辐射体430重叠。

在本实施方式中，两个第一水平极化辐射体430之间的间距的变化影响第一水平极化辐射体430产生的谐振点的位置，即对于垂直极化天线500而言，两个第一水平极化辐射体430之间的间距的变化影响第一水平极化辐射体430的谐振频率，从而影响垂直极化天线500的带宽。具体为，两个第一水平极化辐射体430之间的间距增大时，第一水平极化辐射体430的谐振频率偏低频，两个第一水平极化辐射体430之间的间距减小时，第一水平极化辐射体430的谐振频率偏高频。

垂直极化天线500包括垂直极化辐射体530、垂直极化馈电部540、垂直极化馈电线510、垂直极化接地部550和垂直极化地板560。垂直极化辐射体530与垂直极化地板560在第二方向Di2上面对面相对间隔设置，垂直极化接地部550从垂直极化辐射体530和垂直极化地板560的同一侧连接于垂直极化辐射体530与垂直极化地板560。垂直极化馈电部540的一端连接于垂直极化馈电线510的一端，垂直极化馈电部540的另一端与垂直极化辐射体530的底面在第二方向Di2上相对间隔设置，并通过垂直极化馈电部540的另一端与垂直极化辐射体530之间的间隔将来自垂直极化馈电部540的射频耦合至垂直极化辐射体530。垂直极化馈电线510的另一端连接于第二射频模组(图中未示出)，第二射频模组通过垂直极化馈电线510对垂直极化馈电部540供电。其中，第二方向Di2与图2中Z向平行。垂直极化辐射体530和垂直极化地板560位于与XY面平行的面上。在本实施方式中，垂直极化地板560构成整体的地板的一部分。地板属于天线的一部分，地板对天线辐射性能影响较大，增大或减小地板尺寸造成辐射方向图的变化。

垂直极化辐射体530和两个第一水平极化辐射体430均采用平面片状结构。垂直极化辐射体530与两个第一水平极化辐射体430平行且在第三方向Di3上间隔设置，两个第一水平极化辐射体430位于垂直极化辐射体530的与垂直极化接地部550连接的一侧相反的另一侧外。且垂直极化辐射体530通过垂直极化辐射体530分别与两个第一水平极化辐射体430之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体430，使得两个第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的寄生辐射体，以使垂直极化天线500工作在相邻的多频率的谐振模式(在本实施方式中，垂直极化天线500至少有两个谐振点，即垂直极化辐射体530产生的谐振点，以及第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的寄生辐射体所产生的谐振点)。水平极化天线的中心面P2与垂直极化天线500的中心面P1平行设置。水平极化天线的中心面P2与垂直极化天线的中心面P1位于同一平面上。其中，第一方向Di1、第二方向Di2和第三方向Di3之间相互垂直。第三方向Di3与图2中Y向平行。水平极化天线的中心面P2和垂直极化天线的中心面P1均位于图2中与YZ面平行的面上。

在本实施方式中，垂直极化天线500具有两组垂直极化结构520，两组垂直极化结构520在第一方向Di1上间隔设置。每一组垂直极化结构520包括对应设置的垂直极化辐射体530、垂直极化馈电部540、垂直极化接地部550和垂直极化地板560。两组垂直极化结构520关于垂直极化天线的中心面P1对称设置，并分别位于垂直极化天线的中心面P1的两侧。垂直极化馈电线510的一端通过Y形分叉结构形成两端分别连接于两组垂直极化结构520的垂直极化馈电部540。

两组垂直极化结构520的垂直极化辐射体530分别与两个第一水平极化辐射体430平行间隔并位于同一平面设置，使得两个垂直极化辐射体530分别与对应的第一水平极化辐射体430之间的间隔相等，且每一垂直极化辐射体530通过该垂直极化辐射体530与对应的第一水平极化辐射体430之间的间隔耦合至对应的第一水平极化辐射体430。

也就是说，在垂直极化天线500中，垂直极化辐射体530、垂直极化馈电部540、垂直极化接地部550、垂直极化地板560均具有两个，两个垂直极化辐射体530平行间隔设置并位于同一平面上，且每一个垂直极化辐射体530均对应设置有一个垂直极化馈电部540、一个垂直极化接地部550和一个垂直极化地板560。垂直极化馈电线510的一端通过Y形分叉结构形成两端分别连接于两个垂直极化馈电部540的一端。

在本申请中，水平极化天线400和垂直极化天线500的结构复用，垂直极化辐射体530通过垂直极化辐射体530分别与两个第一水平极化辐射体430之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体430，两个第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的寄生辐射体，从而增加了垂直极化天线500的谐振点，展宽了垂直极化天线500的频带宽。因此，在保证天线系统100的低剖面性能的情况下，能够增加垂直极化天线500的频带宽，即能够兼容低剖面和宽频带性能。在本实施方式中，天线系统100的剖面高度(在本实施方式中，该剖面高度为垂直极化天线500的垂直极化辐射体530与对应的垂直极化地板560之间的距离)小于0.08λ0，λ0为垂直极化天线500的工作波长。同时，本申请中，水平极化天线400和垂直极化天线500的结构复用，使得两种极化相互关联，大大减小了天线系统100的体积。

并且，垂直极化辐射体530与对应的第一水平极化辐射体430之间的间隔越小，则每一垂直极化辐射体530与对应的第一水平极化辐射体430的耦合强度越大。

本领域技术人员可以理解的是，在可替代的其它实施方式中，垂直极化天线500也可以仅具有一组垂直极化结构520，此时，垂直极化辐射体530的中心面为垂直极化天线的中心面P1，均位于YZ面上，且垂直极化馈电线510的一端直接连接于垂直极化馈电部540。垂直极化辐射体530同时耦合至两个第一水平极化辐射体430，使得两个第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的寄生辐射体。

如图2所示，两组垂直极化结构520在第一方向Di1上间隔设置，两组垂直极化结构520关于垂直极化天线的中心面P1对称设置，并分别位于垂直极化天线的中心面P1的两侧，垂直极化天线的该中心面P1相当于虚拟的理想磁壁。因此，垂直极化天线的两组垂直极化结构520之间理论上可以实现无限大的极化隔离度。这样说明了垂直极化天线的两组垂直极化结构520之间在实际使用时具有较高的极化隔离度。

本领域技术人员可以理解的是，理想磁壁相当于开路，在理想磁介质表面上，磁力线与其表面垂直。具有这样边界条件的表面，通常称之为“理想磁壁”。

另外，垂直极化天线的每一组垂直极化结构520的垂直极化辐射体530、垂直极化接地部550和垂直极化地板560所形成的结构作为水平极化天线400的反射器。这样能够改变水平极化天线400的方向图，提高水平极化天线400在最大辐射方向上的增益。在本实施方式中，水平极化天线400的最大辐射方向为图2中Y向。

同时，水平极化天线400的两个第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的引向器，能够改变垂直极化天线500的方向图，提高垂直极化天线500在引导方向上的增益。在本实施方式中，该引导方向为图2中Y向。

进一步地，天线系统100包括连接于地板300的短路墙，且两组垂直极化结构520的两个垂直极化接地部550为短路墙的与两个垂直极化辐射体530和两个垂直极化地板560位置上对应的部分，即短路墙的一部分作为每一组垂直极化结构520的垂直极化接地部550。在本实施方式中，在第一方向Di1上，短路墙的两端分别延伸至介质块200的相对设置的两侧面，且短路墙垂直设置于地板300。短路墙位于与XZ面平行的面上，地板300位于与XY面平行的面上，并位于短路墙的背离水平极化天线400的一侧。短路墙能够进一步提高水平极化天线400在最大辐射方向上的增益。

更进一步地，在第二方向Di2上，垂直极化辐射体530与对应的垂直极化地板560重叠。也就是说，垂直极化辐射体530的外周缘与垂直极化地板560的外周缘对齐。

在本实施方式中，垂直极化辐射体530和垂直极化地板560的形状均为矩形。垂直极化辐射体530位于垂直极化地板560的正上方。

如图2和图4b所示，垂直极化馈电部540为倒L形探针。倒L形探针的水平段542为垂直极化馈电部540的另一端，并从倒L形探针的竖直段541沿第三方向Di3朝向第一水平极化辐射体430的方向延伸。且水平段542面对垂直极化辐射体530的底面的部分为平行于底面的平面结构，使得水平段542与垂直极化辐射体530之间面对面相对间隔设置。倒L形探针的竖直段541的背离水平段542的一端为垂直极化馈电部540的一端。在本实施方式中，倒L形探针的水平段542与垂直极化辐射体530之间的间距的大小影响倒L形探针和垂直极化辐射体530间耦合强度。水平段542与垂直极化辐射体530之间的间距太远，会导致耦合变差，使得垂直极化天线的辐射性能恶化。本领域技术人员可以根据实际的需要，选择合适的间距值。

垂直极化馈电部540为倒L形探针，相对于现有的探针，可以消除其电感性(即能够抵消探针带来的电感成分)，这样可以改善垂直极化天线500的阻抗匹配。并且，倒L形探针自身能够向外辐射电场。同时，倒L形探针的水平段542通过水平段542与垂直极化辐射体530之间的间隔将来自倒L形探针的射频耦合至垂直极化辐射体530，使得垂直极化辐射体530向外辐射电场。进一步地，垂直极化辐射体530通过垂直极化辐射体530分别与两个第一水平极化辐射体430之间的间隔相等地耦合至两个第一水平极化辐射体430，两个第一水平极化辐射体430作为垂直极化天线500的寄生辐射体也向外辐射电场。也就是说，该垂直极化天线500在工作带宽内可以产生三个谐振点：垂直极化辐射体530辐射所产生的谐振点、倒L型探针辐射所产生的谐振点以及作为垂直极化辐射体530的寄生辐射体的第一水平极化辐射体430所产生的谐振点(通过调整第一水平极化辐射体430与垂直极化辐射体530的距离以及第一水平极化辐射体430的宽度)。这样能够使得三个谐振点分布于工作频带内，能产生一个宽带匹配的效果。

在本申请中，通过调整垂直极化辐射体530的长度和第一水平极化辐射体430的长度，倒L形探针的长度，能够使三个谐振点更加均匀分布于工作频带内，能产生一个宽带匹配的效果。并且，通过调整两个第一水平极化辐射体430的距离，以及两个第一水平极化辐射体430的宽度，可以使匹配频段达到预期要求。

在本实施方式中，倒L形探针位于与垂直极化辐射体530的在第一方向Di1上的中部对应的位置处，且倒L形探针的竖直段541位于与垂直极化辐射体530的在第三方向Di3上的中部对应的位置处，倒L形探针的水平段542沿第三方向Di3朝向第一水平极化辐射体430的方向延伸至靠近垂直极化辐射体530的另一侧的位置处。

在本实施方式中，倒L形探针的长度为垂直极化天线500的工作波长的二分之一，也就是说，倒L形探针的竖直段541的长度和水平段542的长度之和为垂直极化天线500的工作波长的二分之一。当然，本领域技术人员可以理解的是，该长度仅为举例说明，本领域技术人员可以根据实际的需要进行调整，在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。

请参见图5，图5为本申请实施例的天线系统100的垂直极化天线500的垂直极化结构520的结构示意图。如图5所示，该垂直极化结构520采用的是准PIFA(平面倒F天线，“Planar Inverted-F Antenna”)结构，该结构由传统贴片天线演变而来，具有上下对称的结构。准PIFA天线的方向图朝上辐射(即集中朝Z向辐射)，在本实施方式中，因第一水平极化辐射体430作为垂直极化结构520的引向器，使得垂直极化结构520的方向图在朝Z向辐射的同时，偏向Y向辐射。根据天线辐射口径上的电场分布可以看出，该天线能够在远场产生一个垂直极化的效果。图5中的垂直极化辐射体530和垂直极化地板560的长度为垂直极化天线500的工作波长的四分之一，天线的腔体内部电场沿着口径方向逐渐增强，在辐射口径处达到最大，场分布类似于PIFA(平面倒F天线)天线。

如图2所示，水平极化天线400还包括两个第二水平极化辐射体440、以及两个水平极化馈电部420，两个第二水平极化辐射体440平行且在第一方向Di1上间隔设置。且两个第二水平极化辐射体440位于同一平面上。在本实施方式中，两个第二水平极化辐射体440位于与XY面平行的面上。从第一方向Di1上看，两个第二水平极化辐射体440重叠。

两个第二水平极化辐射体440均采用平面片状结构。两个第二水平极化辐射体440与两个第一水平极化辐射体430对应设置，每一第二水平极化辐射体440与对应的第一水平极化辐射体430的底面在第二方向Di2上面对面相对并平行间隔设置。每一第二水平极化辐射体440与对应的第一水平极化辐射体430之间设置有对应的一个水平极化馈电部420，两个水平极化馈电部420的一端分别连接于两个第一水平极化辐射体430的相对设置的一侧，另一端分别连接于两个第二水平极化辐射体440的相对设置的一侧。两条水平极化馈电线410与两个水平极化馈电部420对应设置，每一条水平极化馈电线410的一端连接于对应的水平极化馈电部420，另一端连接于第一射频模组(图中未示出)。在本实施方式中，水平极化馈电部420采用金属通孔。

进一步地，在第二方向Di2上，两个第二水平极化辐射体440分别与两个第一水平极化辐射体430重叠。也就是说，每一个第二水平极化辐射体440的外周缘与对应的第一水平极化辐射体430的外周缘对齐。在本实施方式中，第二水平极化辐射体440位于对应的第一水平极化辐射体430的正上方。第一水平极化辐射体430和第二水平极化辐射体440的形状均为矩形。

更进一步地，两个水平极化馈电部420的一端分别连接于两个第一水平极化辐射体430的相对设置的一侧的中部，另一端分别连接于两个第二水平极化辐射体440的相对设置的一侧的中部。

如图2所示，两个第一水平极化辐射体430关于水平极化天线的中心面P2对称设置，并分别位于水平极化天线的中心面P2的两侧。两个第二水平极化辐射体440关于水平极化天线的中心面P2对称设置，并分别位于水平极化天线的中心面P2的两侧。水平极化天线400的该中心面相当于虚拟的理想电壁。因此，水平极化天线400的两个第一水平极化辐射体430之间、两个第二水平极化辐射体440之间理论上均可以实现无限大的极化隔离度。这样说明了水平极化天线400的两个第一水平极化辐射体430之间、两个第二水平极化辐射体440之间在实际使用时均具有较高的极化隔离度。

本领域技术人员可以理解的是，理想电壁相当于短路。电感应线垂直理想导体表面，其密度等于面电荷密度。具有这样边界条件的表面，通常称之为“理想电壁”。

另外，两个第二水平极化辐射体440与两组垂直极化结构520的垂直极化地板560对应设置，且每一第二水平极化辐射体440与对应的垂直极化地板560平行且在第三方向Di3上相对间隔设置。

在本实施方式中，两个第二水平极化辐射体440与两组垂直极化结构520的垂直极化地板560位于同一平面上。进一步地，两个垂直极化辐射体530与两个第一水平极化辐射体430位于同一平面上。且第一水平极化辐射体430和第二水平极化辐射体440的长度为水平极化天线400的工作波长的四分之一。

此外，每一条水平极化馈电线410包括依次连接的接地共面波导411(GCPW，Grounded Coplanar Waveguide)和馈线412，其中，接地共面波导411位于地板300的上方(参见图4b)，馈线412为水平极化馈电线410中穿过短路墙后与水平极化馈电部420连接的部分。

垂直极化馈电线510包括依次连接的微带线511和共面波导512(CPW，GroundedCoplanar Waveguide)，其中，微带线511位于地板300的下方(参见图4b)，微带线511的一端通过Y形分叉结构形成两端，两端分别对应连接一共面波导512的一端，共面波导512的另一端连接于倒L形探针。短路墙设有供共面波导512穿过的镂空部(图中未示出)，且每一垂直极化地板560设有供共面波导512放置的避让空间(图中未示出)。

本申请实施例还提供了一种电子设备，其包括以上所提供的天线系统100。在本实施方式中，该电子设备为智能手机。天线系统100位于智能手机的四周靠近中框的位置处。当然，本领域技术人员可以理解的是，在可替代的其它实施方式中，该电子设备也可以为平板电脑或智能手表等其它电子设备，在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。

以下结合图6-图9对天线系统的性能做具体地说明。

为了验证本实施例中天线系统的实际性能，采用全波电磁仿真软件HFSS对本实施例中的天线系统进行仿真分析，获得了如图6-图9所示的效果曲线图。

获取图6-图9所示的曲线图的仿真条件如下表1所示(请结合图1-图4b予以理解)：

表1

请参见图6～图9，图6为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线的S参数性能仿真曲线图。图7为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在端射方向(即Y方向)上的增益仿真曲线图。图8为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在XY面的辐射方向图。图9为本申请实施例的天线系统的垂直极化天线和水平极化天线在YZ面的辐射方向图。

其中，在图6中，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示S11的幅度值，单位为dB。图6中两条曲线分别表示水平极化天线和垂直极化天线的参数S11随频率变化的情况。S11属于S参数中的一种。S11表示反射系数，此参数表示垂直极化天线和水平极化天线的发射效率好不好，值越大，表示垂直极化天线和水平极化天线本身反射回来的能量越大，这样天线的效率就越差。

从图6可以看到，就垂直极化天线而言，在26.5GHz～30GHz的频段内，垂直极化天线具有较好的阻抗匹配，即S11小于-10dB，也就是说，垂直极化天线的工作频段覆盖26.5GHz～30GHz。也就是说，垂直极化天线的-10dB S11的绝对带宽为3.5GHz，垂直极化天线的相对带宽为12.4％。从而具有带宽较宽的特性。从图6中可以明显看出至少有两个谐振点，一个谐振点为谐振频率是27GHz附近处，另一个谐振点为谐振频率是29.2GHz附近处。此时，可能是3个谐振点中的两个谐振点的谐振频率比较接近甚至重叠，从而使得从图中不能明显或不能看出有3个谐振点。

就水平极化天线而言，在24.6GHz～31GHz的频段内，水平极化天线具有较好的阻抗匹配，即S11小于-10dB，也就是说，水平极化天线的工作频段覆盖24.6GHz～31GHz。也就是说，水平极化天线的-10dB S11的绝对带宽为6.4GHz，水平极化天线的相对带宽为23％。从而具有带宽较宽的特性。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，水平极化天线和垂直极化天线的S11小于-10dB时便表明水平极化天线和垂直极化天线均具有较好的阻抗匹配，

参见图7，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示水平极化天线和垂直极化天线在端射方向(即图2中Y方向)上的增益。图7中两条曲线分别水平极化天线和垂直极化天线在端射方向(即图2中Y方向)上随频率变化的情况。

从图7中可以看到，在工作频段26.5GHz～29.5GHz的范围内，水平极化天线在端射方向(即Y方向)上的增益4.8dBi～5.0dBi，垂直极化天线在端射方向(即图2中Y方向)上的增益2.2dBi～3.4dBi，具有较大的增益特性。

请参见图8，图8中四条曲线“V-27G”、“V-29G”、“H-27G”、“H-29G”分别表示在工作频率为27GHz时垂直极化天线在XY面的辐射方向图、在工作频率为29GHz时垂直极化天线在XY面的辐射方向图、在工作频率为27GHz时水平极化天线在XY面的辐射方向图、在工作频率为29GHz时水平极化天线在XY面的辐射方向图。在本实施方式中，XY面为方位面。

请参见图9，图9中四条曲线“V-27G”、“V-29G”、“H-27G”、“H-29G”分别表示在工作频率为27GHz时垂直极化天线在YZ面的辐射方向图、在工作频率为29GHz时垂直极化天线在YZ面的辐射方向图、在工作频率为27GHz时水平极化天线在YZ面的辐射方向图、在工作频率为29GHz时水平极化天线在YZ面的辐射方向图。在本实施方式中，YZ面为俯仰面。

从图8和图9可知，在工作频率为27GHz时，垂直极化天线在XY面上集中向Y向和-Y向辐射，在YZ面上辐射相对比较均匀，稍偏Y向。在工作频率为29GHz时，垂直极化天线在XY面上也集中向Y向和-Y向辐射，在YZ面上辐射相对比较均匀，但偏朝Y向辐射。

在工作频率为27GHz时，水平极化天线在XY面上集中向Y向辐射，在YZ面上也集中向Y向辐射，即水平极化天线在工作频率为27GHz时的最大辐射方向为Y向。在工作频率为29GHz时，水平极化天线在XY面上也集中向Y向辐射，在YZ面上也集中向Y向辐射，即水平极化天线在工作频率为29GHz时的最大辐射方向为Y向。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种天线系统，包括水平极化天线和垂直极化天线；其特征在于：

所述水平极化天线包括平行且在第一方向上间隔设置、并位于同一平面上的两个第一水平极化辐射体、连接第一射频模组与两个所述第一水平极化辐射体的平行的两条水平极化馈电线；

所述垂直极化天线包括垂直极化辐射体、垂直极化馈电部、垂直极化馈电线、垂直极化接地部和垂直极化地板；所述垂直极化辐射体与所述垂直极化地板在第二方向上面对面相对间隔设置，所述垂直极化接地部从所述垂直极化辐射体和所述垂直极化地板的同一侧连接于所述垂直极化辐射体与所述垂直极化地板；所述垂直极化馈电部的一端连接于所述垂直极化馈电线的一端，所述垂直极化馈电部的另一端与所述垂直极化辐射体的底面在所述第二方向上相对间隔设置，并通过所述垂直极化馈电部的另一端与所述垂直极化辐射体之间的间隔将来自所述垂直极化馈电部的射频耦合至所述垂直极化辐射体；所述垂直极化馈电线的另一端连接于第二射频模组，所述第二射频模组通过所述垂直极化馈电线对所述垂直极化馈电部供电；其中，

所述垂直极化辐射体和两个所述第一水平极化辐射体均采用平面片状结构；所述垂直极化辐射体与两个所述第一水平极化辐射体平行且在第三方向上间隔设置，两个所述第一水平极化辐射体位于所述垂直极化辐射体的与所述垂直极化接地部连接的一侧相反的另一侧外，且所述垂直极化辐射体通过所述垂直极化辐射体分别与两个所述第一水平极化辐射体之间的间隔相等地耦合至两个所述第一水平极化辐射体，使得两个所述第一水平极化辐射体作为所述垂直极化天线的寄生辐射体，以使所述垂直极化天线工作在相邻的多频率的谐振模式；所述水平极化天线的中心面与所述垂直极化天线的中心面平行设置，且所述水平极化天线的中心面与所述垂直极化天线的中心面位于同一平面上；其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间相互垂直。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述垂直极化辐射体与两个所述第一水平极化辐射体位于同一平面上。

3.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述垂直极化馈电部为倒L形探针；

所述倒L形探针的水平段为所述垂直极化馈电部的所述另一端，并从所述倒L形探针的竖直段沿所述第三方向朝向所述第一水平极化辐射体的方向延伸，且所述水平段面对所述垂直极化辐射体的底面的部分为平行于所述底面的平面结构，使得所述水平段与所述垂直极化辐射体之间面对面相对间隔设置；

所述倒L形探针的竖直段的背离所述水平段的一端为所述垂直极化馈电部的所述一端。

4.如权利要求3所述的天线系统，其特征在于，所述倒L形探针位于与所述垂直极化辐射体的在所述第一方向上的中部对应的位置处，且所述倒L形探针的竖直段位于与所述垂直极化辐射体的在所述第三方向上的中部对应的位置处，所述倒L形探针的水平段沿所述第三方向朝向所述第一水平极化辐射体的方向延伸至靠近所述垂直极化辐射体的另一侧的位置处。

5.如权利要求1～4中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述垂直极化天线具有两组垂直极化结构，两组所述垂直极化结构在所述第一方向上间隔设置，每一组所述垂直极化结构包括对应设置的所述垂直极化辐射体、所述垂直极化馈电部、所述垂直极化接地部和所述垂直极化地板，两组所述垂直极化结构关于所述垂直极化天线的所述中心面对称设置，并分别位于所述垂直极化天线的所述中心面的两侧；所述垂直极化馈电线的所述一端通过Y形分叉结构形成两端分别连接于两组所述垂直极化结构的所述垂直极化馈电部；

两组所述垂直极化结构的所述垂直极化辐射体分别与两个所述第一水平极化辐射体平行间隔并位于同一平面设置，使得两个所述垂直极化辐射体分别与对应的所述第一水平极化辐射体之间的间隔相等，且每一所述垂直极化辐射体通过该垂直极化辐射体与对应的所述第一水平极化辐射体之间的间隔耦合至对应的所述第一水平极化辐射体。

6.如权利要求5所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括连接于地板的短路墙，且两个所述垂直极化接地部为所述短路墙的与两个所述垂直极化辐射体和两个所述垂直极化地板位置上对应的部分。

7.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述水平极化天线还包括平行且在所述第一方向上间隔设置、并位于同一平面上的两个第二水平极化辐射体、以及两个水平极化馈电部，两个所述第二水平极化辐射体均采用平面片状结构；两个第二水平极化辐射体与两个所述第一水平极化辐射体对应设置，每一所述第二水平极化辐射体与对应的所述第一水平极化辐射体的底面在所述第二方向上面对面相对并平行间隔设置；每一所述第二水平极化辐射体与对应的所述第一水平极化辐射体之间设置有对应的一个所述水平极化馈电部，两个所述水平极化馈电部的一端分别连接于两个所述第一水平极化辐射体的相对设置的一侧，另一端分别连接于两个所述第二水平极化辐射体的相对设置的一侧；两条所述水平极化馈电线与两个所述水平极化馈电部对应设置，每一条所述水平极化馈电线的一端连接于对应的所述水平极化馈电部，另一端连接于所述第一射频模组。

8.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于，两个所述水平极化馈电部的一端分别连接于两个所述第一水平极化辐射体的相对设置的一侧的中部，另一端分别连接于两个所述第二水平极化辐射体的相对设置的一侧的中部。

9.如权利要求7或8所述的天线系统，其特征在于，两个所述第一水平极化辐射体关于所述水平极化天线的中心面对称设置，并分别位于所述水平极化天线的中心面的两侧；

两个所述第二水平极化辐射体关于所述水平极化天线的中心面对称设置，并分别位于所述水平极化天线的中心面的两侧。

10.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于，在所述第二方向上，两个所述第二水平极化辐射体分别与两个所述第一水平极化辐射体重叠。

11.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于，当所述垂直极化天线具有两组垂直极化结构时，两个所述第二水平极化辐射体与两组所述垂直极化结构的所述垂直极化地板对应设置，且每一所述第二水平极化辐射体与对应的所述垂直极化地板平行且在第三方向上相对间隔设置。

12.如权利要求11所述的天线系统，其特征在于，两个所述第二水平极化辐射体与两组所述垂直极化结构的所述垂直极化地板位于同一平面上。

13.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述垂直极化天线的所述垂直极化辐射体、所述垂直极化接地部和所述垂直极化地板所形成的结构作为所述水平极化天线的反射器；

所述水平极化天线的两个所述第一水平极化辐射体作为所述垂直极化天线的引向器。

14.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在所述第二方向上，所述垂直极化辐射体与对应的所述垂直极化地板重叠。

15.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一水平极化辐射体和所述垂直极化辐射体的形状均为矩形。

16.一种电子设备，其特征在于，其包括如权利要求1～15中任一项所述的天线系统。

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