CN114122712B - 一种天线结构及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种电子设备，包括一种天线结构，所述天线结构包括：第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元；其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；所述第一馈电点设置于中心区域；所述第二馈电点设置于所述中心区域与所述第一辐射体的一端之间。本申请提供的天线结构为双天线结构，通过共用同一辐射体的方式可以缩减双天线结构所占的空间，同时，双天线之间的隔离度良好。

Description

一种天线结构及电子设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线结构及电子设备。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，过去第二代(second generation，2G)移动通信系统主要支持通话功能，电子设备只是人们用来收发简讯以及语音沟通的工具，无线上网功能由于数据传输利用语音信道来传送，速度极为缓慢。现今，电子设备除了用来通话、发送短信、拍照之外，更可用来在线听音乐、观看网络影片、实时视频等，涵盖了人们生活中通话、影视娱乐以及电子商务等各式应用，在这之中，多种功能应用都需要无线网络上传及下载数据，因此，数据的高速传输变得极为重要。
随着人们对于高速数据传输的需求提升，对于天线的要求越来高。多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)系统相比单个天线，具有更大的信道容量，更大的覆盖面积等优点。但是MIMO系统中，天线间距过小则会产生互耦，从而降低天线的辐射性能。并且电子设备内留给天线的体积有限，如何在紧凑的空间下实现MIMO系统成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种天线结构及电子设备，电子设备中可以包括一种天线结构。其中，本申请实施例提供了一种天线结构为双天线结构，通过共用同一辐射体的方式，缩减双天线结构所占的空间，同时，双天线之间的隔离度良好。
第一方面，提供了一种天线结构，包括：第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元；其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；所述第一馈电点设置于中心区域，所述中心区域内所有的点与所述第一辐射体的中心之间的距离小于第一波长的十六分之一，所述第一波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第一谐振对应的波长；所述第二馈电点设置于所述中心区域与所述第一辐射体的一端之间。
根据本申请实施例的技术方案，通过共用同一辐射体的方式，缩减双天线结构所占的空间，同时，双天线之间的隔离度良好。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二馈电点与所述第一辐射体的一端之间的距离介于第二波长的十六分之三至十六分之五之间，所述第二波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第二谐振对应的波长，所述第二谐振的谐振点的频率大于所述第一谐振的谐振点的频率。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构的馈电点采用非对称布局，在电子设备中设计更为灵活。应理解，由于第二馈电点与第一辐射体的一端之间的距离介于第二波长的十六分之三至十六分之五之间，可以使天线结构的工作在高频段。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生第三谐振和第四谐振，所述第四谐振的谐振点的频率大于所述第三谐振的谐振点的频率。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一谐振与所述第三谐振处于所述天线结构的第一工作频段内；所述第二谐振与所述第四谐振处于所述天线结构的第二工作频段内。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构可以作为双天线使用，可以适用于MIMO系统。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一谐振对应的所述天线结构的工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，所述第二谐振对应的所述天线结构的工作频段覆盖无线保真WiFi的5G频段。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构可以工作在WiFi对应的2.4GHz频段和5G频段，作为WiFi频段的双天线使用。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一辐射体的长度为所述第一波长的二分之一。
根据本申请实施例的技术方案，第一辐射体的长度可以为第一波长的二分之一，可以根据实际的设计及生产需要调整。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当所述第一馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第一方向图；当所述第二馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第二方向图；所述第一方向图与所述第二方向图互补。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构具有全向性，可以用于天线切换方案。例如，以天线结构工作在WiFi频段为例，可以根据WiFi信号的强度选择双天线结构中的一个作为通信天线。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一馈电点与所述第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间，所述第二波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第二谐振对应的波长，所述第二谐振的谐振点的频率大于所述第一谐振的谐振点的频率。
第二方面，提供了一种电子设备，包括：上述第一方面中所述的至少一种天线结构。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述电子设备为耳机。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构的尺寸较小，可以应用到耳机这种极小尺寸的电子设备上。第一辐射体可以沿耳机外壳设置，为避免人耳对电磁波的信号吸收影响天线结构的辐射特性，天线结构可以沿外壳远离人耳的一侧设置。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述电子设备还可以包括：天线支架；其中，所述天线结构中的第一辐射体设置于所述天线支架表面。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述电子设备还可以包括：后盖；其中，所述天线结构中的第一辐射体设置于所述后盖表面。
根据本申请实施例的技术方案，第一辐射体可以设置在电子设备的边框或后盖上，可以通过采用激光直接成型技术、柔性电路板印刷或采用浮动金属等方式实现，本申请实施例并不限制本申请提供的天线结构所设置的位置。
第三方面，提供了一种天线结构，所述天线结构包括：第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元，第二辐射体和第三辐射体；其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生第一谐振和第二谐振，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生第三谐振和第四谐振，所述第一谐振与所述第三谐振处于所述天线结构的第一工作频段内，所述第二谐振与所述第四谐振处于所述天线结构的第二工作频段内，所述第二工作频段内的所有频点的频率高于第一工作频段内的所有频点；所述第一馈电点与所述第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间，所述第二波长为所述第二谐振对应的波长；所述第二辐射体设置于所述第一辐射体远离所述第二馈电点一侧，所述第二辐射体与所述第一辐射体之间形成缝隙；所述第二辐射体在所述远离第一辐射体的一端接地；所述第三辐射体设置于所述第一辐射体靠近所述第二馈电点一侧，所述第三辐射体与所述第一辐射体之间形成缝隙；所述第三辐射体在所述远离第一辐射体的一端接地。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，所述第一工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，所述第二工作频段覆盖无线保真WiFi的5G频段。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，当所述第一馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第一方向图；当所述第二馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第二方向图；所述第一方向图与所述第二方向图互补。
第四方面，提供了一种电子设备，包括：上述第三方面中所述的至少一种天线结构。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，所述电子设备还包括：天线支架；其中，所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体设置于所述天线支架表面。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，所述电子设备还包括：后盖；其中，所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体设置于所述后盖表面。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，所述电子设备还包括：金属边框；其中，所述金属边框包括所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体。
结合第四方面，在第四方面的某些实现方式中，所述电子设备为手机。
第五方面，提供了一种天线结构，所述天线结构包括：第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元，第一电容和第二电容；其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生第一谐振和第二谐振，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生第三谐振和第四谐振，所述第一谐振与所述第三谐振处于所述天线结构的第一工作频段内，所述第二谐振与所述第四谐振处于所述天线结构的第二工作频段内，所述第二工作频段内的所有频点的频率高于第一工作频段内的所有频点；所述第一馈电点与所述第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间，所述第二波长为所述第二谐振对应的波长；所述第一电容在所述第一辐射体的一端接地；所述第二电容在所述第一辐射体的另一端接地。
结合第五方面，在第五方面的某些实现方式中，所述第一工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，所述第二工作频段覆盖无线保真WiFi的5G频段。
结合第五方面，在第五方面的某些实现方式中，当所述第一馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第一方向图；当所述第二馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第二方向图；所述第一方向图与所述第二方向图互补。
第六方面，提供了一种电子设备，包括：上述第五方面中所述的至少一种天线结构。
附图说明
图1是本申请实施例提供的电子设备的示意图。
图2是本申请提供的线天线的共模模式的结构及对应的电流、电场的分布图。
图3是本申请提供的线天线的差模模式的结构及对应的电流、电场的分布图。
图4是本申请实施例提供的一种天线结构示意图。
图5是本申请实施例提供的另一种天线结构示意图。
图6是本申请实施例提供的另一种天线结构示意图。
图7是第一馈电单元馈电时天线结构产生第一谐振的电流分布图。
图8是第二馈电单元馈电时天线结构产生第三谐振的电流分布图。
图9是第一馈电单元馈电时天线结构产生第二谐振的电流分布图。
图10是第二馈电单元馈电时天线结构产生第四谐振的电流分布图。
图11是图6所示天线结构的S参数仿真图。
图12是图6所示天线结构的效率仿真图。
图13是图6所示天线结构的基次模式对应方向图。
图14是图6所示天线结构的高次模式对应方向图。
图15本申请实施例提供的一种馈电结构的示意图。
图16是本申请实施例提供的一种电子设备10的结构示意图。
图17是本申请实施例提供的一种电子设备10的结构示意图。
图18是图16所示天线结构的S参数仿真图。
图19是图16所示天线结构的基次模式对应方向图。
图20是图16所示天线结构的高次模式对应方向图。
图21是本申请实施例提供的又一种天线结构的示意图。
图22是图21所示的天线结构产生第一谐振的电流分布图。
图23是图21所示的天线结构产生第三谐振的电流分布图。
图24是图21所示的天线结构中产生第二谐振的电流分布图。
图25是图21所示的天线结构中产生第四谐振的电流分布图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请提供的技术方案适用于采用以下一种或多种通信技术的电子设备：蓝牙(blue tooth，BT)通信技术、全球定位系统(global positioning system，GPS)通信技术、无线保真(wireless fidelity，WiFi)通信技术、全球移动通讯系统(global system formobile communications，GSM)通信技术、宽频码分多址(wideband code divisionmultiple access，WCDMA)通信技术、长期演进(long term evolution，LTE)通信技术、5G通信技术以及未来其他通信技术等。本申请实施例中的电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。电子设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(session initiation protocol，SIP)电话、无线本地环路(wirelesslocal loop，WLL)站、个人数字助手(personal digital assistant，PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备，5G网络中的电子设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobile network，PLMN)中的电子设备等，本申请实施例对此并不限定。
图1示例性示出了本申请提供的天线设计方案所基于的电子设备内部环境，以电子设备为手机进行说明。
如图1所示，电子设备10可以包括：玻璃盖板(cover glass)13、显示屏(display)15、印刷电路板(printed circuit board，PCB)17、壳体(housing)19和后盖(rear cover)21。
其中，玻璃盖板13可以紧贴显示屏15设置，可主要用于对显示屏15起到保护防尘作用。
其中，印刷电路板PCB17可以采用耐燃材料(FR-4)介质板，也可以采用罗杰斯(Rogers)介质板，也可以采用Rogers和FR-4的混合介质板，等等。这里，FR-4是一种耐燃材料等级的代号，Rogers介质板一种高频板。印刷电路板PCB17靠近壳体19的一侧可以设置一金属层，该金属层可以通过在PCB17的表面蚀刻金属形成。该金属层可用于印刷电路板PCB17上承载的电子元件接地，以防止用户触电或设备损坏。该金属层可以称为PCB地板。不限于PCB地板外，电子设备10还可以具有其他用来接地的地板，可例如金属中框。
应理解，对于天线结构来说，其接地可以通过金属弹片等方式实现直接的接地结构，或者接地也可以通过耦合等方式实现间接的接地结构。
其中，电子设备10还可以包括电池，在此未示出。电池可以设置于壳体19内，电池可以件PCB17分为主板和子板，主板可以设置于壳体19和电池的上边沿之间，子板可以设置于壳体19和电池的下边沿之间。
其中，壳体19主要起整机的支撑作用。壳体19可以包括边框11，边框11可以由金属等传导性材料形成。边框11可以绕电子设备10和显示屏15的外围延伸，边框11具体可以包围显示屏15的四个侧边，帮助固定显示屏15。在一种实现中，金属材料制成的边框11可以直接用作电子设备10的金属边框，形成金属边框的外观，适用于金属ID。在另一种实现中，边框11的外表面还可以为非金属材料，例如塑料边框，形成非金属边框的外观，适用于非金属ID。
其中，后盖21可以是金属材料制成的后盖，也可以是非导电材料制成的后盖，如玻璃后盖、塑料后盖等非金属后盖。
图1仅示意性的示出了电子设备10包括的一些部件，这些部件的实际形状、实际大小和实际构造不受图1限定。
近年来，移动通信在人们生活中变得越来越重要了，尤其是第五代(fifthgeneration，5G)移动通信系统时代到来，对于天线的要求越来高。电子设备内留给天线的体积有限，因此，如何在紧凑的空间下实现MIMO系统成为亟待解决的问题。
本申请实施例提供了一种天线结构设计方案，通过共用同一辐射体的方式，缩减双天线结构所占的空间，同时，双天线之间的隔离度良好。
首先，由图2和图3来介绍本申请将涉及两个天线模式。其中，图2是本申请提供的一种线天线的共模模式的结构及对应的电流、电场的分布示意图。图3是本申请提供的另一种线天线的差模模式的结构及对应的电流、电场的分布示意图。
1、线天线的共模(common mode，CM)模式
如图2中的(a)所示，线天线40在中间位置41处连接馈电单元。馈电单元的正极通过馈电线42连接在线天线40的中间位置41，馈电单元的负极连接地(例如地板，可以是PCB)。
图2中的(b)示出了线天线40的电流、电场分布。如图2中的(b)所示，电流在中间位置41两侧反向，呈现对称分布；电场在中间位置41两侧，呈现同向分布。如图2中的(b)所示，馈电线42处的电流呈现同向分布。基于馈电线42处的电流同向分布，图2中的(a)所示的这种馈电可称为线天线的CM馈电。图2中的(b)所示的这种线天线模式，可以称为线天线的CM模式。图2中的(b)所示的电流、电场可分别称为线天线的CM模式的电流、电场。
线天线的CM模式的电流、电场是线天线40在中间位置41两侧的两个水平枝节作为工作在四分之一波长模式的天线产生的。电流在线天线40的中间位置41处强，在线天线101的两端弱。电场在线天线40的中间位置41处弱，在线天线40的两端强。
2、线天线的差模(differential mode，DM)模式
如图3中的(a)所示，线天线50在中间位置51处连接馈电单元。馈电单元的正极通过馈电线52连接在中间位置51的一侧，馈电单元的负极通过馈电线52连接在中间位置51的另一侧。
图3中的(b)示出了线天线50的电流、电场分布。如图3中的(b)所示，电流在中间位置51两侧同向，呈现反对称分布；电场在中间位置51两侧呈反向分布。如图3中的(b)所示，馈电线52处的电流呈现反向分布。基于馈电线52处的电流反向分布，图3中的(a)所示的这种馈电可称为线天线DM馈电。图3中的(b)所示的这种线天线模式可以称为线天线的DM模式。图3中的(b)所示的电流、电场可分别称为线天线的DM模式的电流、电场。
线天线的DM模式的电流、电场是整个线天线50作为工作在二分之一波长模式的天线产生的。电流在线天线50的中间位置51处强，在线天线50的两端弱。电场在线天线50的中间位置51处弱，在线天线50的两端强。
图4是本申请实施例提供的一种天线结构100，图4所示的天线结构可以应用如图1所示的电子设备中。
如图4所示，天线结构100可以包括：第一辐射体110，第一馈电单元120和第二馈电单元130。
其中，第一辐射体110包括第一馈电点141和第二馈电点142，第一馈电单元120在第一馈电点141处为天线结构100馈电，第二馈电单元130在第二馈电点142处为天线结构100馈电。第一馈电点141设置于中心区域140，中心区域140内所有的点与第一辐射体110的中心之间的距离小于第一波长的十六分之一，第一波长为第一馈电单元110馈电时天线结构100产生的第一谐振对应的波长。第二馈电点142设置于中心区域140与第一辐射体的一端之间。
应理解，第一辐射体110的中心可以认为是第一辐射体100的长度的中点，这里的长度可以认为是电长度。电长度可以是指，物理长度(即机械长度或几何长度)乘以电或电磁信号在媒介中的传输时间与这一信号在自由空间中通过跟媒介物理长度一样的距离时所需的时间的比来表示，电长度可以满足以下公式：
Figure BDA0002654414660000071
其中，L为物理长度，a为电或电磁信号在媒介中的传输时间，b为在自由空间中的中传输时间。
或者，电长度也可以是指物理长度(即机械长度或几何长度)与所传输电磁波的波长之比，电长度可以满足以下公式：
Figure BDA0002654414660000072
其中，L为物理长度，λ为电磁波的波长。
或者，第一辐射体110的中心也可以认为是第一辐射体100的几何中心。
同时，第一谐振对应的波长可以理解为第一谐振的谐振点对应的波长，或者，第一谐振对应的工作频段的中心频率对应的波长。下文中，第二谐振对应的波长，第三谐振对应的波长和第四谐振对应的波长也可以相应理解。
可选地，第一馈电单元馈电时，天线结构可以产生第一谐振，第二馈电单元馈电时，天线结构可以产生第三谐振。
可选地，第一馈电单元120和第二馈电单元130馈电时，第一谐振对应的天线结构100的工作频段与第三谐振对应的天线结构100的工作频段可以相同，天线结构100可以作为双天线使用，适用于MIMO系统。
可选地，第一谐振对应的天线结构100的工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，可以对应于无线保真(wireless fidelity，WiFi)的2.4GHz频段。
可选地，第三谐振对应的天线结构100的工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，可以对应于WiFi的2.4GHz频段。
应理解，2.4GHz的WiFi频段与蓝牙(bluetooth，BT)频段属于同频，为保证工作在WiFi频段的天线和BT频段的天线的正常工作，两者使用可以同一天线，采用时分双工(time-division duplex，TDD)模式。因此，当第一馈电单元120和第二馈电单元130分别馈电时，天线结构100均可以分别工作在2.4GHzWiFi频段和BT频段，或者同时通过TDD模式工作在WiFi频段和BT频段。
可选地，第一馈电单元120可以通过金属件150为天线结构100间接耦合馈电，第二馈电单元130可以通过金属件150为天线结构100间接耦合馈电，如图5所示。
可选地，金属件150可以是金属弹片。
应理解，间接耦合是相对于直接耦合的概念，即隔空耦合，两者之间并不直接电连接。而直接耦合是直接电连接，在馈电点处直接馈电。
可选地，第一馈电单元120可以通过第一馈电线151为天线结构100直接馈电，第二馈电单元130可以通过第二馈电线152为天线结构100直接馈电，如图6所示。
可选地，如图6所示，第一辐射体110的长度L1可以为第一波长的二分之一。以第一谐振对应的工作频段为2.4GHz的WiFi频段为例进行说明，本申请对此并不做限制，第一辐射体110的长度L1可以为60mm。
可选地，第一辐射体110的宽度L2可以根据实际的仿真或设计进行调整。应理解，第一辐射体110可以是长条型金属，也可以是金属片，本申请对此并不做限制。为介绍的简洁，本申请实施例以第一金属辐射体110为长条型金属为例进行说明，第一辐射体110的宽度L2可以为1mm。
可选地，第一馈电线151的宽度W1可以介于0.1mm至2mm之间。为介绍的简洁，本申请实施例以一馈电线151的宽度W1为0.5mm为例进行说明。
可选地，第二馈电线152的宽度W2可以介于0.1mm至2mm之间。为介绍的简洁，本申请实施例以二馈电线152的宽度W1为1mm为例进行说明。
可选地，第一馈电单元120可以设置于中心区域，与第一辐射体110的左侧端部的距离L3为27.1mm。
可选地，第二馈电点与第一辐射体110的一端之间的距离介于第二波长的十六分之三至十六分之五之间。第二波长为第一馈电单元120馈电时天线结构100产生的第二谐振对应的波长。第二谐振的谐振点的频率大于第一谐振的谐振点的频率。该天线结构100在第二馈电单元130馈电时，可以产生第四谐振，第四谐振的谐振点的频率大于第三谐振的谐振点的频率。
可选地，第一馈电点与第二馈电点之间的距离介于第二波长的十六分之五至十六分之十一之间。优选地，第一馈电点与第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间。
本申请实施例提供的天线结构中，其馈电点采用非对称布局，在电子设备中设计更为灵活。
可选地，第一馈电单元120和第二馈电单元130馈电时，第二谐振对应的天线结构100的工作频段与第四谐振对应的天线结构100的工作频段可以相同，天线结构100可以作为双天线使用，适用于MIMO系统。
可选地，第二谐振对应的天线结构100的工作频段可以覆盖WiFi的5G频段。
可选地，第四谐振对应的天线结构100的工作频段可以覆盖WiFi的5G频段。
可选地，如图6所示，为介绍的简洁，本申请实施例以第二馈电点设置于第一馈电点与第一辐射体110右侧端部之间为例进行说明，第二馈电点与第一辐射体110右侧端部之间的距离L4为12mm。
可选地，第一馈电点与第一馈电单元，或者，第二馈电点与第二馈电单元之间还可以设置有匹配网络，可以用于抑制馈电点的其他频段的电流，增加天线整体的性能。同时，也可以调整谐振点的位置。
图7至图10是馈电单元馈电时天线结构的电流分布示意图。其中，图7是第一馈电单元馈电时天线结构产生第一谐振的电流分布图。图8是第二馈电单元馈电时天线结构产生第三谐振的电流分布图。图9是第一馈电单元馈电时天线结构产生第二谐振的电流分布图。图10是第二馈电单元馈电时天线结构产生第四谐振的电流分布图。
应理解，图7至图10为图6所对应的天线结构的仿真结果示意图，在本申请实施例中，以馈电单元设置在电子设备的PCB上为例进行说明。天线结构在馈电点处的接地结构以参考地为PCB中的金属镀层(PCB地板)为例进行说明，或者，参考地也可以是电子设备的壳体(金属中框)，本申请对此并不做限制。其中，第一谐振和第三谐振可以处于天线结构的第一工作频段内，可以对应于WiFi的2.4GHz频段，第二谐振和第四谐振可以处于天线结构的第二工作频段内，可以对应于WiFi的5G频段。
可选地天线结构与PCB之间的距离可以根据实际的设计进行调整本申请实施例以天线结构与PCB之间的距离为3mm为例进行说明，即图6中第一馈电线与第二馈电线的长度L5为3mm。
如图7所示，第一馈电单元120馈电时，天线结构产生第一谐振，第一辐射体110上激励起的电流在馈电点两侧反向，而在地板(ground，GND)上的电流为纵向分布，即电流从第一辐射体110末端流向GND下端。对于这种电流分布来说，可以等效为一个垂直的长偶极子天线。第一馈电单元110与第一辐射体110的连接点(第一馈电点)位于其中心区域，对于等效的垂直的长偶极子天线来说。第一辐射体110在第一馈电点两侧的电长度都可以约为四分之一个第一谐振对应的波长，而另外四分之一波长的电流分布可以GND上。
如图8所示，第二馈电单元130馈电时，天线结构产生第三谐振，第一辐射体110上激励起的电流在馈电点两侧同向，即从第一辐射体110的一端流向另外一端。由于第一辐射体110的电长度可以约为二分之一个第三谐振对应的波长，则相当于一个平行的半波长偶极子。而在GND上会产生反向的水平分布电流。
如图7和图8所示，第一馈电单元馈电时，天线结构可以工作在CM模式，第二馈电单元馈电时，天线结构可以工作在DM模式。
如图7和图8所示，第一馈电单元和第二馈电单元馈电时，在GND上激励的电流是正交的。并且，第二馈电单元馈电时，激励起的电场在辐射体中心区域接近零，这个区域内辐射体与GND之间的电压也接近于零，所以图8中第一辐射体上的电流从图7中第一馈电单元的馈电点处进入GND，所以第一馈电单元和第二馈电单元对应的两个天线结构可以共用同一个辐射体，保持了双天线之间较好的隔离度。
同时，第一馈电单元与第二馈电单元同时馈电时，天线结构可以分别工作在CM模式和DM模式，其对应产生的电场在远场积分正交。对于积分正交，可以理解为，由CM模式和DM模式产生谐振的电场在远场满足以下公式：
Figure BDA0002654414660000091
其中，E1(θ,
Figure BDA0002654414660000092
)为第一馈电单元馈电时，天线结构产生的第一谐振对应的远场的电场，对应CM模式。E2(θ,
Figure BDA0002654414660000093
)为第二馈电单元馈电时，天线结构产生的第三谐振对应的远场的电场，对应DM模式。
由于CM模式和DM模式产生的谐振对应电场在远场之间积分正交，相互并不影响。因此，第一馈电单元与第二馈电单元之间具有良好的隔离度。
在这种情况下，由于第一馈电单元和第二馈电单元之间具有良好的隔离度，因此第一馈电单元和第二馈电单元可以同时工作，即天线结构的两个馈电单元可以同时进行收发或者同时进行发送或者同时进行接收，使天线结构可以满足MIMO系统的需求。本申请实施例提供的天线结构可以作为一种共体的双天线结构使用，满足MIMO的需求。
而对于处于第二工作频段的第二谐振和第四谐振来说，由于对应的天线结构工作频率相比于第一谐振和第三谐振处于的第一工作频段对应的频率有所增加，由上述电长度的公式可知，由于谐振频段的增加，对应的工作波长缩短，而第一辐射体的物理长度不变，则第一辐射体的等效电长度增加，电流分布也会随之发生改变。可以认为天线结构产生第一谐振和第三谐振对应的工作模式为基次模式，对应于第一工作频段，天线结构产生第二谐振和第四谐振对应的工作模式为高次模式，对应于第二工作频段。
如图9所示，第一馈电单元120馈电时，天线结构产生第二谐振，相比于图7来说，在第一馈电点两侧，虽然分布的还是共模电流，但是由于第一辐射体110的等效电长度增加，在第一馈电点右侧的电流分布为四分之三个第二谐振对应的工作波长，而在GND上会产生半个波长的水平感应电流。
如图10所示，第二馈电单元130馈电时，天线结构产生第四谐振，相比于图8来说，第二馈电点右侧的等效电长度增加，达到了四分之一个第四谐振对应的波长，则在第二馈电点两侧激励起反向电流，而在GND上激励纵向电流。
如图9和图10所示，在虚线框所示区域中，第一馈电单元馈电时，天线结构可以工作在DM模式，第二馈电单元馈电时，天线结构可以工作在CM模式。第一馈电单元和第二馈电单元馈电时，GND上电流正交，且CM模式中的馈电点位于DM模式的电场零点区域内。且CM模式和DM模式产生谐振的电场在远场正交。所以第一馈电单元和第二馈电单元对应的两个天线结构可以共用同一个辐射体，保持了双天线之间较好的隔离度。
图11至图14为图6所示天线结构对应的仿真结果图。其中，图11是图6所示天线结构的S参数仿真图。图12是图6所示天线结构的效率仿真图。图13是图6所示天线结构的基次模式对应方向图。图14是图6所示天线结构的高次模式对应方向图。
如图11所示，天线结构对应的双天线的工作频段均可以覆盖WiFi中的2.4GHz频段和5G频段。同时，第一馈电点与第二馈电点之间的隔离度良好，本申请实施例提供的天线结构可以作为一种共体的双天线结构使用，满足MIMO的需求。
如图12所示，仿真结果中包括辐射效率(radiation efficiency)和系统效率(total efficiency)，对应的工作频段内，其辐射效率和系统效率也可以满足需要。
如图13和图14所示，由于第一馈电单元和第二馈电单元馈电时，产生的电流在GND上正交，因此，对应的方向图也呈现了正交特性。即第一馈电单元在第一馈电点馈电时天线结构产生第一方向图与第二馈电单元在第二馈电点馈电时天线结构产生第二方向图互补，其最大增益方向正交。本申请实施例提供的天线结构具有全向性，可以用于天线切换方案。例如，以天线结构工作在WiFi频段为例，可以根据WiFi信号的强度选择双天线结构中的一个作为通信天线。
图15本申请实施例提供的一种馈电结构的示意图。
如图15所示，电子设备还可以包括天线支架210。
其中，第一辐射体110可以设置于天线支架210的表面。第一馈电单元和第二馈电单元可以设置PCB17上，可以通过弹片220在馈电点处140与第一辐射体110电连接。
可选地，弹片220可以在第一馈电点141或第二馈电点142处与第一辐射体110耦合连接，或者，也可以通过金属通孔230在第一馈电点141或第二馈电点142处与第一辐射体110直接电连接。
可选地，第一馈电单元和第二馈电单元可以是电子设备中的电源芯片。应理解，第一馈电单元和第二馈电单元可以是同一个电源芯片中的两条不同的射频通道，也可以是两个不同的电源芯片，本申请对此不做限制。
可选地，第一辐射体110可以设置在电子设备的边框或后盖上，可以通过采用激光直接成型技术(laser-direct-structuring，LDS)、柔性电路板(flexible printedcircuit，FPC)印刷或采用浮动金属(floating metal，FLM)等方式实现，本申请实施例并不限制本申请提供的天线结构所设置的位置。
图16和图17是本申请实施例提供的一种电子设备10的结构示意图。
如图16和图17所示，电子设备10可以是耳机。其中，图16对应的为有耳柄的耳机，而图17对应的为无耳柄的豆式耳机。
如图16和图17所示，耳机10可以包括上述实施例中的天线结构。第一辐射体110可以沿耳机10外壳设置，为避免人耳对电磁波的信号吸收影响天线结构的辐射特性，天线结构可以沿外壳远离人耳的一侧设置。
如图16所示，第一辐射体110可以通过第一金属铜柱310与第一馈电单元电连接，可以通过第二金属铜柱320与第二馈电单元电连接。可以将耳机10内的PCB、电池等金属部件作为天线结构的GND。应理解，对于图17所示的耳机中，也可以采用相似的结构。
可选地，如图16所示，第一辐射体110可以呈直线型或近直线型，可以沿耳机10的耳柄部分设置。
可选地，如图17所示，第一辐射体110可以呈C型，或者，也可以呈折线型，可以沿豆式耳机10的外壳设置。
应理解，本申请实施例对第一辐射体110的形状并不做限制。
可选地，作为举例，第一辐射体110与GND之间的距离可以为3mm，即第一金属铜柱310或第二金属铜柱320的高度H1为3mm。
本申请实施例提供的天线结构的尺寸较小，可以应用到耳机这种极小尺寸的电子设备上。
图18至图20为图16所示天线结构对应的仿真结果图。其中，图18是图16所示天线结构的S参数仿真图。图19是图16所示天线结构的基次模式对应方向图。图20是图16所示天线结构的高次模式对应方向图。
应理解，图18至图20为耳机设置于人耳中的仿真结果图。
如图18所示，天线结构对应的双天线的工作频段均可以覆盖WiFi中的2.4GHz频段和5G频段。同时，第一馈电点与第二馈电点之间的隔离度良好，本申请实施例提供的天线结构可以作为一种共体的双天线结构使用，满足MIMO的需求。
如图19和图20所示，由于第一馈电单元和第二馈电单元馈电时，产生的电流在GND上正交，因此，对应的方向图也呈现了正交特性。因此，本申请实施例提供的天线结构具有全向性，可以用于天线切换方案。例如，以天线结构工作在WiFi频段为例，可以根据WiFi信号的强度选择双天线结构中的一个作为通信天线。
应理解，对于耳机来说，本申请实施例提供的天线结构可以作为双天线使用，其中一个天线可以应用于WiFi频段，另一个天线可以应用于BT频段。
图21是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
如图21所示，天线结构100还可以包括：第二辐射体410。
其中，第二辐射体410可以设置于第一辐射体110远离第二馈电点142一侧，第二辐射体410与第一辐射体110之间形成缝隙，第二辐射体410可以在远离第一辐射体110的一端接地。
应理解，本申请实施例提供的天线结构也是单极子天线，第一辐射体110末端是开路(open)状态。当一个接地的金属靠近第一辐射体110末端，则会形成一个分布式的电容，即容性加载，相当于在第一辐射体110末端并联电容，这样就可以缩短第一辐射体110的长度。
可选地，天线结构100还可以包括：第三辐射体420。
其中，第三辐射体420可以设置于第一辐射体110靠近第二馈电点142一侧，第三辐射体420与第一辐射体110之间形成缝隙，第三辐射体420可以在远离第一辐射体110的一端接地。
应理解，在天线结构100中增加第三辐射体420可以进一步缩短第一辐射体110的长度。同时，可以通过调节第一辐射体110与第二辐射体410之间的缝隙宽度W3或第一辐射体110与第三辐射体420之间的缝隙宽度W4控制天线结构加载电容的大小。缝隙宽度越宽，其加载电容的电容值越小。
可选地，当天线结构100中包括第二辐射体410和第三辐射体420时，天线结构100的物理长度可以被有效的缩短。在这种情况下，第一馈电点与第二馈电点之间的距离可以介于第二波长的八分之三至八分之五之间，使天线结构100产生第一工作频段和第二工作频段，且保持良好的隔离度。
应理解，由于第二辐射体410和第三辐射体420等效于电容，也可以采用在第一辐射体110的两端并联第一电容和第二电容的方式达到相同的效果。可以通过调整第一电容和第二电容的电容值调整第一辐射体110的物理长度。本申请对此并不做限制。
其中，第二辐射体410和第三辐射体420可以设置于天线支架(未示出)的表面。
可选地，第二辐射体410和第三辐射体420可以设置在电子设备的边框或后盖上，可以通过采用激光直接成型技术(laser-direct-structuring，LDS)、柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)印刷或采用浮动金属(floating metal，FLM)等方式实现，本申请实施例并不限制本申请提供的天线结构所设置的位置。
图22至图25是图21所示的天线结构的电流分布示意图。其中，图22是第一馈电单元馈电时天线结构产生第一谐振的电流分布图。图23是第二馈电单元馈电时天线结构产生第三谐振的电流分布图。图24是第一馈电单元馈电时天线结构产生第二谐振的电流分布图。图25是第二馈电单元馈电时天线结构产生第四谐振的电流分布图。
如图22和图23所示，第一馈电单元馈电时，天线结构可以工作在CM模式，第二馈电单元馈电时，天线结构可以工作在DM模式。
如图24和图25所示，在虚线框所示区域中，第一馈电单元馈电时，天线结构可以工作在DM模式，第二馈电单元馈电时，天线结构可以工作在CM模式。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (22)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括：
第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元；
其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；
所述第一馈电点设置于中心区域，所述中心区域内所有的点与所述第一辐射体的中心之间的距离小于第一波长的十六分之一，所述第一波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第一谐振对应的波长；
所述第二馈电点设置于所述中心区域与所述第一辐射体的一端之间，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生第三谐振，
其中，所述第一谐振与所述第三谐振对应于所述天线结构的第一工作频段。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，
所述第二馈电点与所述第一辐射体的一端之间的距离介于第二波长的十六分之三至十六分之五之间，所述第二波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第二谐振对应的波长，所述第二谐振的谐振点的频率大于所述第一谐振的谐振点的频率。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第三谐振和第四谐振，所述第四谐振的谐振点的频率大于所述第三谐振的谐振点的频率。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述第二谐振与所述第四谐振对应于所述天线结构的第二工作频段。
5.根据权利要求4所述的天线结构，其特征在于，所述第一工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，所述第二工作频段覆盖无线保真WiFi的5G频段。
6.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一辐射体的长度为所述第一波长的二分之一。
7.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，
当所述第一馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第一方向图；
当所述第二馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第二方向图；
所述第一方向图与所述第二方向图互补。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的所述的天线结构，其特征在于，所述第一馈电点与所述第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间，所述第二波长为所述第一馈电单元馈电时所述天线结构产生的第二谐振对应的波长，所述第二谐振的谐振点的频率大于所述第一谐振的谐振点的频率。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第一谐振的电流分布包括，所述第一辐射体上激励起的电流在所述第一馈电点的两侧反向；其中，所述第一辐射体在所述第一馈电点两侧的电长度都为所述第一波长的四分之一；以及
所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第三谐振的电流分布包括，所述第一辐射体上激励起的电流从所述第一辐射体的一端流向所述第一辐射体的另一端；其中，所述第一辐射体的电长度为第三波长的二分之一，所述第三波长为所述第三谐振对应的波长。
10.根据权利要求9所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第一谐振的电流分布还包括，在地板上激励起的纵向分布电流；以及
所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第三谐振的电流分布还包括，在所述地板上与所述第一辐射体上激励起的电流方向相反的水平分布电流。
11.根据权利要求9或10所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第二谐振的电流分布包括，所述第一辐射体上激励起的电流分布在所述第一馈电点的两侧；其中，所述第一馈电点右侧的电流分布对应的波长为所述第二波长的四分之三；以及
所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第四谐振的电流分布包括，所述第一辐射体上激励起的电流在所述第二馈电点的两侧反向；其中，所述第二馈电点右侧的电长度为第四波长的四分之一，所述第四波长为所述第四谐振对应的波长。
12.根据权利要求11所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第二谐振的电流分布还包括，在所述地板上激励起的水平分布电流；
所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生所述第四谐振的电流分布还包括，在所述地板上激励起的纵向分布电流。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1至12中任一项所述的天线结构。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：
天线支架；
其中，所述天线结构中的第一辐射体设置于所述天线支架表面；或者，所述电子设备还包括：
后盖；
其中，所述天线结构中的第一辐射体设置于所述后盖表面。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为耳机。
16.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括：
第一辐射体，第一馈电单元，第二馈电单元，第二辐射体和第三辐射体；
其中，所述第一辐射体包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电，所述第二馈电单元在所述第二馈电点处为所述天线结构馈电；
所述第一馈电单元馈电时，所述天线结构产生第一谐振和第二谐振，所述第二馈电单元馈电时，所述天线结构产生第三谐振和第四谐振，所述第一谐振与所述第三谐振处于所述天线结构的第一工作频段内，所述第二谐振与所述第四谐振处于所述天线结构的第二工作频段内，所述第二工作频段内的所有频点的频率高于第一工作频段内的所有频点；
所述第一馈电点与所述第二馈电点之间的距离介于第二波长的八分之三至八分之五之间，所述第二波长为所述第二谐振对应的波长；
所述第二辐射体设置于所述第一辐射体远离所述第二馈电点一侧，所述第二辐射体与所述第一辐射体之间形成缝隙；
所述第二辐射体在所述远离第一辐射体的一端接地；
所述第三辐射体设置于所述第一辐射体靠近所述第二馈电点一侧，所述第三辐射体与所述第一辐射体之间形成缝隙；
所述第三辐射体在所述远离第一辐射体的一端接地。
17.根据权利要求16所述的天线结构，其特征在于，所述第一工作频段覆盖2402MHz-2480MHz，所述第二工作频段覆盖无线保真WiFi的5G频段。
18.根据权利要求16所述的天线结构，其特征在于，
当所述第一馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第一方向图；
当所述第二馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第二方向图；
所述第一方向图与所述第二方向图互补。
19.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个如权利要求16至18中任一项所述的天线结构。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：
天线支架；
其中，所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体设置于所述天线支架表面；或者
所述电子设备还包括：
后盖；
其中，所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体设置于所述后盖表面。
21.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：
金属边框；
其中，所述金属边框包括所述天线结构中的第一辐射体，第二辐射体和第三辐射体。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为手机。
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