CN114552192B - 一种天线结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线领域，公开一种天线结构及电子设备，该天线结构，包括：第一介质基板位于金属接地层的一侧；第二介质基板位于第一介质基板背离金属接地层的一侧，第二介质基板的中间区域具有使第一介质基板部分暴露的镂空区域；第一辐射贴片位于镂空区域，且与第一介质基板接触；第二辐射贴片为封闭环形，第二辐射贴片设置在第二介质基板背离金属接地层的一侧，第二辐射贴片包括以第一辐射贴片为中心的多圈封闭环；用于连接所述金属接地层和所述第一辐射贴片的馈电结构，所述馈电结构垂直贯穿所述金属接地层、所述第一介质基板和所述第一辐射贴片，所述馈电结构的轴线与所述第一辐射贴片的中心互不重合。改善片天线阻抗带宽窄，增益较低的问题。

Description

一种天线结构及电子设备

技术领域

本发明涉及天线的技术领域，特别涉及一种天线结构及电子设备。

背景技术

在移动通信发展过程中，对于器件小型化，轻薄化的需求日益提高，微带天线具有体积小、重量轻等优点，可以满足移动终端设备对天线轻薄化的需求。但是微带天线还存在一些不足。微带天线的工作频带一般较窄，因此需要在保证器件小型化的前提下提高天线的带宽和增益。

发明内容

本发明公开了一种天线结构及电子设备，用于改善传统贴片天线阻抗带宽窄，增益较低的问题。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种天线结构，包括：

金属接地层；

第一介质基板，所述第一介质基板位于所述金属接地层的一侧；

第二介质基板，所述第二介质基板位于所述第一介质基板背离所述金属接地层的一侧，所述第二介质基板的中间区域具有使所述第一介质基板部分暴露的镂空区域；

第一辐射贴片，所述第一辐射贴片位于所述镂空区域，且与所述第一介质基板接触；

第二辐射贴片，所述第二辐射贴片为封闭环形，所述第二辐射贴片设置在所述第二介质基板背离所述金属接地层的一侧，所述第二辐射贴片包括以所述第一辐射贴片为中心的多圈封闭环；

用于连接所述金属接地层和所述第一辐射贴片的馈电结构，所述馈电结构垂直贯穿所述金属接地层、所述第一介质基板和所述第一辐射贴片，所述馈电结构的轴线与所述第一辐射贴片的中心互不重合。

在金属接地层一侧设置有第一介质基板，第二介质基板设置在第一介质基板背离金属接地层的一侧，并且在第二介质基板设置有镂空区域，该镂空区域位于第二介质基板的中间区域，并且使第一基板部分暴露，第一辐射贴片位于镂空区域内并且与第一介质基板接触，第二辐射贴片设置在第二介质基板背离金属接地层的一侧，第二辐射贴片包括以第一辐射贴片为中心的多圈封闭环，馈电结构垂直贯穿金属接地层、第一介质基板和第一辐射贴片，这里的馈电结构的轴线与第一辐射贴片的中心不重合，馈电结构与第一辐射贴片的中心也不重合。本发明提供的天线结构没有复杂的馈电机构，结构更加简单，因此易于制备；由于第一辐射贴片和第二辐射贴片等结构都是片状结构，使得天线结构的整体厚度减薄，使得天线结构具有低剖面、小尺寸的特点。馈电结构将金属接地层和第一辐射贴片连接，通过馈电结构将能量从金属接地层传导到第一辐射贴片，然后能量耦合到第二辐射贴片，在通过第二辐射贴片将能量辐射出去，该天线结构改善了传统贴片天线阻抗带宽窄，增益较低的问题。

可选地，沿平行于所述金属接地层所在平面，所述第一辐射贴片的横截面的形状为圆形。

可选地，所述封闭环为圆环。

可选地，多圈所述圆环中靠近所述第一辐射贴片的所述圆环与所述第一辐射贴片的中心距离为d1，33mm≤d1≤35mm。

可选地，沿平行于所述金属接地层所在平面，所述第一辐射贴片的横截面的形状为多边形。

可选地，所述封闭环围城的形状与所述第一辐射贴片的横截面的形状一致。

可选地，多圈所述多边形中靠近所述第一辐射贴片的所述多边形的直边与所述第一辐射贴片的中心距离为d2，27mm≤d2≤29mm。

可选地，由所述金属接地层中心指向边缘方向每个所述封闭环的宽度相同。

可选地，任意相邻的两个所述封闭环之间的距离相同。

可选地，所述馈电结构的轴线与所述第一辐射贴片的中心具有一定距离D，3mm≤D≤5mm。

可选地，所述馈电结构为同轴线。

第二方面，本发明提供一种电子设备，包括第一方面任一项所述的天线结构。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种天线结构的剖视图；

图2为本发明实施例提供的第一种天线结构的俯视图；

图3为本发明实施例提供的第一种天线结构的HFSS中的S11的曲线图；

图4为本发明实施例提供的第一种天线结构的仿真增益曲线；

图5为本发明实施例提供的第一天线结构的电场分布图；

图6为本发明实施例提供的第一天线结构的辐射方向图；

图7为本发明实施例提供的第一天线结构的3D方向图；

图8为本发明实施例提供的第二种天线结构的俯视图；

图9为本发明实施例提供的第二种天线结构的HFSS中的S11的曲线图；

图10为本发明实施例提供的第二种天线结构的仿真增益曲线；

图11为本发明实施例提供的第二天线结构的电场分布图；

图12为本发明实施例提供的第二天线结构的辐射方向图；

图13为本发明实施例提供的第二天线结构的3D方向图；

图14为本发明实施例提供的第三种天线结构的俯视图；

图15为本发明实施例提供的第三种天线结构的HFSS中的S11的曲线图；

图16为本发明实施例提供的第三种天线结构的仿真增益曲线；

图17为本发明实施例提供的第三天线结构的电场分布图；

图18为本发明实施例提供的第三天线结构的辐射方向图；

图19为本发明实施例提供的第三天线结构的3D方向图。

图标：1-金属接地层；2-第一介质基板；3-第二介质基板；4-第一辐射贴片；5-第二辐射贴片；51-封闭环；6-馈电结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种天线结构，包括：

金属接地层1；

第一介质基板2，第一介质基板2位于金属接地层1的一侧；

第二介质基板3，第二介质基板3位于第一介质基板2背离金属接地层1的一侧，第二介质基板3的中间区域具有使第一介质基板2部分暴露的镂空区域；

第一辐射贴片4，第一辐射贴片4位于镂空区域，且与第一介质基板2接触；

第二辐射贴片5，第二辐射贴片5为封闭环51形，第二辐射贴片5设置在第二介质基板3背离金属接地层1的一侧，第二辐射贴片5包括以第一辐射贴片4为中心的多圈封闭环51；

用于连接金属接地层1和第一辐射贴片4的馈电结构6，馈电结构6垂直贯穿金属接地层1、第一介质基板2和第一辐射贴片4，馈电结构6的轴线与第一辐射贴片4的中心互不重合。

需要说明的是，在金属接地层1一侧设置有第一介质基板2，第二介质基板3设置在第一介质基板2背离金属接地层1的一侧，并且在第二介质基板3设置有镂空区域，该镂空区域位于第二介质基板3的中间区域，并且使第一基板部分暴露，第一辐射贴片4位于镂空区域内并且与第一介质基板2接触，第二辐射贴片5设置在第二介质基板3背离金属接地层1的一侧，第二辐射贴片5包括以第一辐射贴片4为中心的多圈封闭环51，馈电结构6垂直贯穿金属接地层1、第一介质基板2和第一辐射贴片4，馈电结构6的轴线与第一辐射贴片4的中心不重合，馈电结构6与第一辐射贴片4的中心也不重合。本发明提供的天线结构没有复杂的馈电机构，结构更加简单，因此易于制备；由于第一辐射贴片4和第二辐射贴片5等结构都是片状结构，使得天线结构的整体厚度减薄，使得天线结构具有低剖面、小尺寸的特点。馈电结构6将金属接地层1和第一辐射贴片4连接，通过馈电结构6将能量从金属接地层1传导到第一辐射贴片4，然后能量耦合到第二辐射贴片5，在通过第二辐射贴片5将能量辐射出去，该天线结构改善了传统贴片天线阻抗带宽窄，增益较低的问题。

当馈电结构为同轴线，同轴线包括内导体和位于内导体外部的外导体，且内导体和外导体之间通过介电材料隔离，同轴线中的外导体与金属接地层连接，内导体与第一辐射贴片连接。

如图2所示，图2为本发明实施例提供的第一种天线结构，沿平行于金属接地层1所在平面，第一辐射贴片4的横截面的形状为圆形；封闭环51为圆环。封闭环51围城的形状与第一辐射贴片4的横截面的形状一致，也就是说，当第一辐射贴片4的横截面的形状为圆形时，封闭环51也是与该圆形对应的同心圆环。

第一种天线结构的整体厚度为3mm-5mm。第一介质基板2和金属接地层1的尺寸均为直径48mm-52mm，第一介质基板2的厚度为2mm-4mm，第一辐射贴片4尺寸为直径18mm-20mm。第二介质基板3的内径为18mm-20mm，外径为48mm-52mm。多圈圆环中靠近第一辐射贴片4的圆环与第一辐射贴片4的中心距离为d1，33mm≤d1≤35mm；这里以多圈圆环中靠近第一辐射贴片4的圆环为第一圈，依次圆环的直径变大，直径由小到大依次为第二圈、第三圈和第四圈，当然具体的圆环圈数并不限制，目前仿真结果，当第二辐射贴片5的圆环为四圈时增益最高，圈数继续增加，增益没有明显增加。

图2中的第二辐射贴片5中的每个圆环的环宽都相同，环宽尺寸为0.8mm-1.2mm；并且任意相邻的两个圆环之间的距离相同，任意相邻的两个圆环之间的距离可以为0.8mm-1.2mm，当然圆环的宽度和任意相邻的两个圆环之间的距离可以相同。

如图3和图4为第一种天线结构对应的HFSS(High Frequency StructureSimulator，三维电磁仿真软件)仿真结果；其中，图3为第一种天线结构的-10dB阻抗带宽为380MHz(5.27GHz-5.65GHz)，在图3中曲线的模拟参数具体为第一种天线结构的整体厚度为4mm，第一介质基板2和金属接地层1的尺寸均为直径50mm，第一介质基板2的厚度为2mm，第一辐射贴片4尺寸为直径19mm，第二介质基板3的内径为19mm，外径为50mm；并且m1的横纵坐标为(5.4600，-26.0036)。在图4中曲线的模拟参数具体为频率为5.44GHz，第一介质基板2的厚度为2mm，m1的横纵坐标为(-1.0000，7.9879)，m2的横纵坐标为(-1.0000，7.9864)，因此图4的第一种天线结构的增益为7.98dB。

图5为本发明实施例提供的第一天线结构的电场分布图，从图5可以看出，第二辐射贴片5中的每个封闭圆环均存在较强的电场，说明第二辐射贴片5和第一辐射贴片4的表面波产生了耦合。

图6为本发明实施例提供的第一天线结构的辐射方向图。图7表明该第一天线结构具有较好的增益效果。

结合附图和本发明实施例中的第一天线结构的尺寸可知，在本实施例中天线剖面低，带宽较宽，增益高，满足移动设备对天线轻薄化的需求。

如图8所示，第二种天线结构沿平行于金属接地层1所在平面，第一辐射贴片4的横截面的形状为圆形；封闭环51为圆环。封闭环51围城的形状与第一辐射贴片4的横截面的形状一致，也就是说，当第一辐射贴片4的横截面的形状为圆形时，封闭环51也是与该圆形对应的同心圆环。

第二种天线结构的整体厚度为3mm-5mm。第一介质基板2和金属接地层1的尺寸均为直径46mm-48mm，第一介质基板2的厚度为2mm-4mm，第一辐射贴片4尺寸为直径18mm-20mm。第二介质基板3的内径为18mm-20mm，外径为46mm-48mm。多圈圆环中靠近第一辐射贴片4的圆环与第一辐射贴片4的中心距离为d1，33mm≤d1≤35mm；这里以多圈圆环中靠近第一辐射贴片4的圆环为第一圈，依次圆环的直径变大，直径由小到大依次为第二圈、第三圈，当然具体的圆环圈数并不限制。由于第二种天线结构与第一种天线结构相比，减小了第四圈，也就是最外圈的圆环，使得本发明实施例提供的天线结构的整体结构变小，更有利于器件小型化。

图8中的第二辐射贴片5中的每个圆环的环宽都相同，环宽尺寸为0.8mm-1.2mm；并且任意相邻的两个圆环之间的距离相同，任意相邻的两个圆环之间的距离可以为0.8mm-1.2mm，当然圆环的宽度和任意相邻的两个圆环之间的距离可以相同。

如图9和图10为第一种天线结构对应的HFSS(High Frequency StructureSimulator，三维电磁仿真软件)仿真结果；其中，图9为第二种天线结构的-10dB阻抗带宽为380MHz(5.27GHz-5.65GHz)，在图10中曲线的模拟参数具体为第一种天线结构的整体厚度为4mm，第一介质基板2和金属接地层1的尺寸均为直径48mm，第一介质基板2的厚度为2mm，第一辐射贴片4尺寸为直径19mm，第二介质基板3的内径为19mm，外径为48mm；并且m1的横纵坐标为(5.5200，-24.4403)。在图10中曲线的模拟参数具体为频率为5.44GHz，第一介质基板2的厚度为2mm，m1的横纵坐标为(-1.0000，7.9113)，m2的横纵坐标为(-1.0000，7.9109)，因此图10的第一种天线结构的增益为7.98dB。

图11为本发明实施例提供的第二天线结构的电场分布图，从图11可以看出，第二辐射贴片5中的每个封闭圆环均存在较强的电场，说明第二辐射贴片5和第一辐射贴片4的表面波产生了耦合。

图12为本发明实施例提供的第一天线结构的辐射方向图。图13表明该第一天线结构具有较好的增益效果。

结合附图和本发明实施例中的第二天线结构的尺寸可知，在本实施例中天线剖面低，带宽较宽，增益高，满足移动设备对天线轻薄化的需求。

如图14所示，图14为本发明实施例提供的第三种天线结构，沿平行于金属接地层1所在平面，第一辐射贴片4的横截面的形状为多边形。封闭环51围城的形状与第一辐射贴片4的横截面的形状一致，也就是说，当第一辐射贴片4的横截面的形状为矩形时，封闭环51也是与该矩形对应的矩形环。当然，关于第一辐射贴片4的横截面的形状还可以为多边形，例如五边形、六边形、八边形，并且封闭环51也是与该多边形对应的多边环形。

例如，在图14中，该第三天线结构的形状为正方形，第一种天线结构的整体厚度为3mm-5mm。第一介质基板2、第二介质基板3和金属接地层1尺寸均为a*a(mm)，48mm≤a≤52mm；第一辐射贴片4的尺寸为b*b，18mm≤b≤22mm；第二辐射贴片5的最内层环的边长为26mm-30mm，环宽度为1mm-2mm，环间距为2mm-3mm；多圈所述多边形中靠近所述第一辐射贴片4的所述多边形的直边与所述第一辐射贴片4的中心距离为d2，27mm≤d2≤29mm。这里以多圈多边形中靠近第一辐射贴片4的多边形为第一圈，依次多边形的直径变大，直径由小到大依次为第二圈、第三圈和第四圈，当然具体的圆环圈数并不限制，目前仿真结果，当第二辐射贴片5的封闭环51为四圈时增益最高，圈数继续增加，增益没有明显增加。

图14中的第二辐射贴片5中的每个多边形环的环宽都相同，环宽尺寸为1mm-2mm；并且任意相邻的两个圆环之间的距离相同，任意相邻的两个圆环之间的距离可以为2mm-3mm，当然圆环的宽度和任意相邻的两个圆环之间的距离可以相同。

如图15和图16为第三种天线结构对应的HFSS(High Frequency StructureSimulator，三维电磁仿真软件)仿真结果；其中，图15为第三种天线结构的-10dB阻抗带宽为150MHz(4.35GHz-4.50GHz)，在图15中曲线的模拟参数具体为第一种天线结构的整体厚度为4mm，第一介质基板2、第二介质基板3和金属接地层1尺寸均为a*a(mm)，a＝50mm，第一介质基板2的厚度为2mm，第一辐射贴片4尺寸为b＝20mm，；并且m1的横纵坐标为(4.4200，-25.1309)。在图16中曲线的模拟参数具体为频率为4.4GHz，第一介质基板2的厚度为2mm，m1的横纵坐标为(-3.0000，7.5455)，m2的横纵坐标为(-3.0000，7.5487)，因此图16的第一种天线结构的增益为7.55dB。

图17为本发明实施例提供的第三天线结构的电场分布图，从图17可以看出，第二辐射贴片5中的每个封闭环51均存在较强的电场，说明第二辐射贴片5和第一辐射贴片4的表面波产生了耦合。

图18为本发明实施例提供的第三天线结构的辐射方向图。图19表明该第三天线结构具有较好的增益效果。

结合附图和本发明实施例中的第三天线结构的尺寸可知，在本实施例中天线剖面低，带宽较宽，增益高，满足移动设备对天线轻薄化的需求。

馈电结构的轴线与第一辐射贴片4的中心具有一定距离D，3mm≤D≤5mm。没有复杂的馈电结构6，馈电结构6为同轴线。

第二方面，本发明实施例提供的一种电子设备，包括第一方面任一项的天线结构。

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

Claims (12)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

金属接地层；

第一介质基板，所述第一介质基板位于所述金属接地层的一侧；

第二介质基板，所述第二介质基板位于所述第一介质基板背离所述金属接地层的一侧，所述第二介质基板的中间区域具有使所述第一介质基板部分暴露的镂空区域；

第一辐射贴片，所述第一辐射贴片位于所述镂空区域，且与所述第一介质基板接触；

第二辐射贴片，所述第二辐射贴片为封闭环形，所述第二辐射贴片设置在所述第二介质基板背离所述金属接地层的一侧，所述第二辐射贴片包括以所述第一辐射贴片为中心的多圈封闭环；

用于连接所述金属接地层和所述第一辐射贴片的馈电结构，所述馈电结构垂直贯穿所述金属接地层、所述第一介质基板和所述第一辐射贴片，所述馈电结构的轴线与所述第一辐射贴片的中心互不重合。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，沿平行于所述金属接地层所在平面，所述第一辐射贴片的横截面的形状为圆形。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述封闭环为圆环。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，多圈所述圆环中靠近所述第一辐射贴片的所述圆环与所述第一辐射贴片的中心距离为d1，33mm≤d1≤35mm。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，沿平行于所述金属接地层所在平面，所述第一辐射贴片的横截面的形状为多边形。

6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述封闭环围城的形状与所述第一辐射贴片的横截面的形状一致。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，多圈所述多边形中靠近所述第一辐射贴片的所述多边形的直边与所述第一辐射贴片的中心距离为d2，27mm≤d2≤29mm。

8.根据权利要求2-7任一项所述的天线结构，其特征在于，由所述金属接地层中心指向边缘方向每个所述封闭环的宽度相同。

9.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，任意相邻的两个所述封闭环之间的距离相同。

10.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述馈电结构的轴线与所述第一辐射贴片的中心具有一定距离D，3mm≤D≤5mm。

11.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述馈电结构为同轴线。

12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的天线结构。