CN114696087A - 一种电子设备 - Google Patents

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王汉阳
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Abstract

本申请实施例提供了一种电子设备,可以包括一种天线结构,通过天线结构的第一电路激励起CM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式,并且还可以激励起DM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式。可以使天线结构工作在CM模式和工作在DM模式,天线结构在具有高隔离度的同时仍然有多谐振多模式,大大增加了实用性。同时,由于工作在CM模式的天线和工作在DM模式的天线共用同一辐射体,也可以有效减少天线结构的体积。

Description

一种电子设备
本申请要求于2020年12月30日提交中国专利局、申请号为202011611722.2、申请名称为“一种电子设备”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及无线通信领域,尤其涉及一种电子设备。
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于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,电子设备除了用于通话、发送短信、拍照之外,更可用于在线听音乐、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,多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)技术就显得尤为重要。但是电子设备内部的十分有限的空间限制了MIMO天线能够覆盖的频段以及高性能。随着第五代(5th generation,5G)无线通信系统对天线数量的需求也越来越多,将天线共辐射体,可以明显复用空间;同时具有高隔离度和多频段的天线设计也变的越来越重要。
发明内容
本申请提供一种电子设备,可以包括一种天线结构,通过天线结构的第一电路激励起CM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式,并且还可以激励起DM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式。可以使天线结构工作在CM模式和工作在DM模式,天线结构在具有高隔离度的仍然有多谐振多模式,大大增加了实用性。
第一方面,提供了一种电子设备,包括:天线结构,所述天线结构包括天线辐射体、第一电路、第一馈电单元和第二馈电单元;其中,所述天线辐射体包括第一馈电点和第二馈电点,所述第一馈电点和所述第二馈电点分别设置于所述天线辐射体的虚拟轴线两侧,且所述第一馈电点和所述第二馈电点沿所述虚拟轴线对称,所述天线辐射体在所述虚拟轴线两侧的电长度相同;所述第一电路包括第一端口,第二端口,第三端口和第四端口,所述第一端口和所述第二端口为馈电输出端口,,所述第三端口和所述第四端口为馈电输入端口,所述馈电输入端口用于输入所述第一馈电单元和所述第二馈电单元的电信号,所述馈电输出端口用于向所述天线辐射体馈入经过处理的电信号;所述第一端口与所述天线辐射体的所述第一馈电点电连接,所述第二端口与所述天线辐射体的所述第二馈电点电连接;所述第一馈电单元与所述第三端口和所述第四端口电连接,所述第一馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相同;所述第二馈电单元与所述第三端口和所述第四端口电连接,所述第二馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
根据本申请实施例的技术方案,通过在天线结构中增加第一电路,可以使(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不通的路径,实现两个模式的匹配,以拓展天线结构的工作带宽。同时,第一馈电单元和第二馈电单元可以分别激励起天线结构的DM模式和CM模式,因此,在相同频段下,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间可以保持良好的隔离度,进一步拓展天线结构的工作带宽。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一馈电单元馈电时,所述第一馈电单元的电信号经过所述第一电路,并通过所述第一电路的所述第一端口和所述第二端口馈入所述天线辐射体;以及所述第二馈电单元馈电时,所述第二馈电单元的电信号经过所述第一电路,并通过所述第一电路的所述第一端口和所述第二端口馈入所述天线辐射体。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述天线结构工作在至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L和M为正整数;所述天线结构工作于所述至少一个(L-1/2)波长模式对应的电信号,和工作于所述至少一个M倍波长模式对应的电信号,在所述第一电路中的路径不同。
根据本申请实施例的技术方案,由于设置了第一电路,因此,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述天线辐射体相对于所述虚拟轴线对称。
根据本申请实施例的技术方案,天线辐射体的虚拟轴线可以是天线辐射体的虚拟的对称轴,天线辐射体沿对称轴左右对称。对于天线结构来说,其结构的对称性越好,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间的隔离度越好。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第一导电件和第二导电件;所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,所述第一辐射体和所述第二辐射体分别设置于所述虚拟轴线两侧;其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;所述第一辐射体的第二端与所述第一导电件的第一端之间形成第二缝隙;所述第二辐射体的第二端与所述第二导电件的第一端之间形成第三缝隙。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一导电件和所述第二导电件为所述地板的一部分,或者所述第一导电件的第一端和所述第二导电件的第一端均与所述地板电连接。
根据本申请实施例的技术方案,仅以第一导电件和第二导电件为地板的一部分进行举例,本申请对此并不做限制。在本申请的其他实施例中,第一导电件和第二导电件也可以在其第一端分别与地板电连接,例如第一导电件和第二导电件作为其他天线结构的辐射体使用,应理解,第一端与地板电连接包括在端部与地板电连接,也包括在导电件上靠近端部的接地点与地板电连接。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电路包括第一电感,第二电感,第三电感和第四电感;其中,所述第一电感串联在所述第一端口和所述第三端口之间;所述第三电感串联在所述第二端口和所述第四端口之间;所述第二电感设置在所述第一电感与所述第一端口之间并联接地;所述第四电感设置在所述第三电感与所述第二端口之间并联接地。
根据本申请实施例的技术方案,通过第一电路中并串联电感,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电感的电感值和所述第三电感的电感值相同,所述第二电感的电感值和所述第四电感的电感值相同。
根据本申请实施例的技术方案,设置于第一端口和第三端口之间的电子元件和设置于第二端口和第四端口之间的电子元件相互对称。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第二电感,所述第四电感,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第一谐振;所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电感,所述第三电感,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第二谐振。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
根据本申请实施例的技术方案,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两种模式的匹配。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第一导电件和第二导电件;所述天线辐射体为完整的金属件,所述天线辐射体的一端与所述第一导电件的第一端形成第一缝隙,所述天线辐射体的另一端与所述第二导电件的第一端形成第二缝隙。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括地板,所述第一导电件和所述第二导电件为所述地板的一部分,或者所述第一导电件的第一端和所述第二导电件的第一端均与所述地板电连接。
本申请仅以第一导电件和第二导电件为地板的一部分进行举例,本申请对此并不做限制。在本申请的其他实施例中,第一导电件和第二导电件也可以在其第一端分别与地板电连接,例如第一导电件和第二导电件作为其他天线结构的辐射体使用,应理解,第一端与地板电连接包括在端部与地板电连接,也包括在导电件上靠近端部的接地点与地板电连接。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述天线辐射体为完整的金属件,所述天线辐射体为线天线辐射体。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括地板:所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,第一辐射体和第二辐射体分别设置于所述虚拟轴线两侧;其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;所述第一辐射体的第二端与所述地板电连接;所述第二辐射体的第二端与所述地板电连接。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电路包括第一电容,第二电容和第三电容;其中,所述第一电容串联在所述第一端口与所述第三端口之间;所述第二电容串联在所述第二端口与所述第四端口之间;所述第三电容的第一端设置于所述第一电容与所述第一端口之间,所述第三电容的第二端设置于所述第二电容与所述第二端口之间。
根据本申请实施例的技术方案,通过第一电路中并串联电容,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电容和所述第二电容的电容值相同。
根据本申请实施例的技术方案,设置于第一端口和第三端口之间的电子元件和设置于第二端口和第四端口之间的电子元件相互对称。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电容,所述第二电容,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第一谐振;所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第三电容,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第二谐振。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
根据本申请实施例的技术方案,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两种模式的匹配。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括180°定向耦合器;其中,所述180°定向耦合器设置于所述第一电路与所述第一馈电单元和所述第二馈电单元之间;所述180°定向耦合器用于使所述第一馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相同;所述180°定向耦合器还用于使所述第二馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
根据本申请实施例的技术方案,180°定向耦合器240仅仅是一种实现馈电单元的电信号在第三端口123和第四端口124之间的相位相同或相反的技术手段,在实际的生产或设计中也可以通过其他的技术手段实现,例如,巴伦,或者,180°耦合器,或者,90°耦合器与相移网络的组合等,本申请对此并不做限制。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第一匹配网络和第二匹配网络;其中,所述第一匹配网络设置于所述第一馈电单元与所述180°定向耦合器之间,用于匹配所述第一馈电单元的阻抗;所述第二匹配网络设置于所述第二馈电单元与所述180°定向耦合器之间,用于匹配所述第二馈电单元的阻抗。
根据本申请实施例的技术方案,第一匹配网络用于匹配第一馈电单元的阻抗,可以将第一馈电单元中的电信号与辐射体的特性之间相互匹配,使电信号的传输损耗和失真减少到最小。第二匹配网络用于匹配第二馈电单元的阻抗,可以将第二馈电单元中的电信号与辐射体的特性之间相互匹配,使电信号的传输损耗和失真减少到最小。
第二方面,提供了一种电子设备,包括:天线结构,所述天线结构包括天线辐射体、第一电路和馈电单元;其中,所述天线辐射体包括第一馈电点和第二馈电点,所述第一馈电点和所述第二馈电点分别设置于所述天线辐射体的虚拟轴线两侧,且所述第一馈电点和所述第二馈电点沿所述虚拟轴线对称,所述天线辐射体在所述虚拟轴线两侧的电长度相同;所述第一电路包括第一端口,第二端口,第三端口和第四端口,所述第一端口和所述第二端口为馈电输出端口,所述第三端口和所述第四端口为馈电输入端口,所述馈电输入端口用于输入所述馈电单元的电信号,所述馈电输出端口用于向所述天线辐射体馈入经过处理的电信号;所述第一端口与所述天线辐射体的所述第一馈电点电连接,所述第二端口与所述天线辐射体的所述第二馈电点电连接;所述馈电单元与所述第三端口和所述第四端口电连接,其中所述馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相同,或者,所述馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述天线结构工作在至少一个(L-1/2)波长模式和至少一个M倍波长模式,L和M为正整数;所述天线结构工作于所述至少一个(L-1/2)波长模式对应的电信号,和所述至少一个M倍波长模式对应的电信号,在所述第一电路中的路径不同。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述天线辐射体相对于所述虚拟轴线对称。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第一导电件和第二导电件:所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,所述第一辐射体和所述第二辐射体沿所述虚拟轴线对称;其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;所述第一辐射体的第二端与第一导电件的第一端之间形成第二缝隙;所述第二辐射体的第二端与第二导电件的第一端之间形成第三缝隙。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括地板:所述第一导电件和所述第二导电件为所述地板的一部分,或者所述第一导电件的第一端和所述第二导电件的第一端均与所述地板电连接。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一电路包括第一电感,第二电感,第三电感和第四电感;其中,所述第一电感串联在所述第一端口和所述第三端口之间;所述第三电感串联在所述第二端口和所述第四端口之间;所述第二电感设置在所述第一电感与所述第一端口之间并联接地;所述第四电感设置在所述第三电感与所述第二端口之间并联接地。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一电感的电感值和所述第三电感的电感值相同,所述第二电感的电感值和所述第四电感的电感值相同。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第二电感,所述第四电感,所述馈电单元,产生第一谐振;所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电感,所述第三电感,所述馈电单元,产生第二谐振。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括地板:所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,第一辐射体和第二辐射体分别设置于所述虚拟轴线两侧;其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;所述第一辐射体的第二端与所述地板电连接;所述第二辐射体的第二端与所述地板电连接。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一电路包括第一电容,第二电容和第三电容;其中,所述第一电容串联在所述第一端口与所述第三端口之间;所述第二电容串联在所述第二端口与所述第四端口之间;所述第三电容的第一端设置于所述第一电容与所述第一端口之间,所述第三电容的第二端设置于所述第二电容与所述第二端口之间。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一电容和所述第二电容的电容值相同。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电容,所述第二电容,所述馈电单元,产生第一谐振;所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第三电容,所述馈电单元,产生第二谐振。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括180°定向耦合器;其中,所述180°定向耦合器设置于所述第一电路与所述第一馈电单元和所述第二馈电单元之间;所述180°定向耦合器用于使所述第一馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相同;所述180°定向耦合器还用于使所述第二馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
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是本申请提供的缝隙天线的共模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布图。
图5是本申请提供的缝隙天线的差模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布图。
图6是本申请实施例提供的一种缝隙天线的电流强点分布图。
图7是本申请实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图。
图8是本申请实施例提供的另一种缝隙天线的结构示意图。
图9是图7所示天线结构的S参数仿真结果图。
图10是图7所示天线结构的史密斯(smith)仿真结果图。
图11是本申请实施例提供的一种天线结构的结构示意图。
图12是图11所示的天线结构的S参数仿真结果图。
图13是图11所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
图14是图11所示的天线结构在各个谐振点的电流分布示意图。
图15是本申请实施例提供的一种两端开路的缝隙天线的示意图。
图16是本申请实施例提供的另一种两端开路的缝隙天线的示意图。
图17是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
图18是图17所示的天线结构的S参数仿真结果图。
图19是图17所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
图20是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
图21是图20所示的天线结构的S参数仿真结果图。
图22是图20所示的天线结构的隔离度仿真结果图。
图23是图20所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
图24是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
图25是图24所示的天线结构的S参数仿真结果图。
图26是图24所示的天线结构的隔离度仿真结果图。
图27是图24所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
图28是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
图29是图28所示的天线结构的S参数仿真结果图。
图30是图28所示的天线结构的隔离度仿真结果图。
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。
应理解,在本申请中“电连接”可理解为元器件物理接触并电导通;也可理解为线路构造中不同元器件之间通过印制电路板(printed circuit board,PCB)铜箔或导线等可传输电信号的实体线路进行连接的形式。“通信连接”可以指电信号传输,包括无线通信连接和有线通信连接。无线通信连接不需要实体媒介,且不属于对产品构造进行限定的连接关系。“连接”、“相连”均可以指一种机械连接关系或物理连接关系,例如,A与B连接或A与B相连可以指,A与B之间存在紧固的构件(如螺钉、螺栓、铆钉等),或者A与B相互接触且A与B难以被分离。
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、中框(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。
在一个实施例中,显示屏15可以是液晶显示器(liquid crystal display,LCD),发光二极管(light emitting diode,LED)或者有机发光半导体(organic light-emittingdiode,OLED)等,本申请对此并不做限制。
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靠近中框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,电子设备10还可以具有其他用于接地的地板,例如金属中框或者电子设备中其他的金属平面。此外,PCB17上设置有多个电子元件,多个电子元件包括处理器,电源管理模块、内存、传感器、SIM卡接口等中的一个或多个,这些电子元件的内部或表面也会设置有金属。
其中,电子设备10还可以包括电池,在此未示出。电池可以设置于中框19内,电池可以将PCB17分为主板和子板,主板可以设置于中框19的边框11和电池的上边沿之间,子板可以设置于中框19和电池的下边沿之间。电池的内部或表面也会设置有金属层。
其中,中框19主要起整机的支撑作用。中框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,适用于金属工业设计(industrialdesign,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。此外,电子设备10还可以包括摄像头、传感器等器件。
首先,由图2至图5来介绍本申请将涉及四个天线模式。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。图4是本申请提供的一种缝隙天线的共模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布示意图。图5是本申请提供的另一种缝隙天线的差模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布示意图。
1、线天线的共模(common mode,CM)模式
图2中的(a)示出线天线40的辐射体通过馈电线42连接到地(例如地板,可以是PCB)。线天线40在中间位置41处连接馈电单元(图未示),并采用对称馈电(symmetricalfeed)。馈电单元可以通过馈电线42连接在线天线40的中间位置41。应理解,对称馈电可以理解为馈电单元一端连接辐射体,另外一端接地,其中,馈电单元与辐射体连接点(馈电点)位于辐射体中心,辐射体中心,例如可以是集合结构的中点,或者,电长度的中点(或上述中点附近一定范围内的区域)。
线天线40的中间位置41,例如中间位置41可以是线天线的几何中心,或者,辐射体的电长度的中点,例如馈电线42与线天线40连接处覆盖中间位置41。
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41两侧呈现对称分布,例如反向分布;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。基于电流在辐射体与馈电线42连接处的两侧呈现对称分布,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(也可简称为CM线天线)。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41两侧的两个枝节(例如,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)示出线天线50的两个辐射体通过馈电线52连接到地(例如地板,可以是PCB)。线天线50在两个辐射体之间的中间位置51处连接馈电单元,并采用反对称馈电(anti-symmetrical feed)。馈电单元的一端通过馈电线52与其中一个辐射体连接,馈电单元的另一端通过馈电线52与其中另一个辐射体连接。中间位置51可以是线天线的几何中心,或者,辐射体之间形成的缝隙。
应理解,反对称馈电可以理解为,馈电单元的正负两极分别连接在辐射体的两端。馈电单元的正负极输出的信号幅度相同,相位相反,例如相位相差180°±10°。
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,电流在线天线50的中间位置51两侧呈现非对称分布,例如同向分布;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。基于电流在辐射体与馈电线52连接处的两侧呈现非对称分布(例如,同向分布),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(也可简称为DM线天线)。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。
应理解,对于线天线的辐射体,可以理解为产生辐射的金属结构件,其数量可以是一件,如图2所示,或者,也可以是两件,如图3所示,可以根据实际的设计或生产需要进行调整。例如,对于线天线的CM模式,也可以如图3所示采用两个辐射体,两个辐射体的两端相对设置并间隔一缝隙,在相互靠近的两端采用对称馈电的方式,例如在两个辐射体相互靠近的两端分别馈入同一馈源信号,也可以获得与图2所示天线结构类似的效果。相应的,对于对于线天线的DM模式,也可以如图2所示采用一个辐射体,在辐射体的中间位置设置两个馈电点并采用反对称馈电的方式,例如在该辐射体上对称的两个馈电点如分别馈入幅度相同、相位相反的信号,也可以获得与图3所示天线结构类似的效果。
3、缝隙天线的CM模式
图4中的(a)示出的缝隙天线60,可以是缝隙天线的辐射体中具有镂空的槽或缝隙61而形成的,或者可以是,缝隙天线的辐射体与地(例如地板,可以是PCB)合围出该槽或缝隙61而形成的。缝隙61可通过在地板上开槽形成。缝隙61的一侧设有开口62,开口62可具体开设在该侧的中间位置。缝隙61的该侧的中间位置例如可以是缝隙天线的几何中点,或者,辐射体的电长度的中点,例如开口62开设在辐射体上的区域覆盖该侧的中间位置。开口62处可连接馈电单元,并采用反对称馈电。应理解,反对称馈电可以理解为,馈电单元的正负两极分别连接在辐射体的两端。馈电单元的正负极输出的信号幅度相同,相位相反,例如相位相差180°±10°。
图4中的(b)示出了缝隙天线60的电流、电场、磁流分布。如图4中的(b)所示,电流在缝隙61周围的导体(如地板,和/或辐射体60)上围绕缝隙61呈同向分布,电场在缝隙61的中间位置两侧呈现反向分布,磁流在缝隙61的中间位置两侧呈反向分布。如图4中的(b)所示,开口62处(例如,馈电处)的电场同向,开口62处(例如,馈电处)的磁流同向。基于开口62处(馈电处)的磁流同向,图4中的(a)所示的这种馈电可称为缝隙天线CM馈电。基于电流在开口62两侧的辐射体上呈现非对称分布(例如,同向分布),或者,基于电流在缝隙61周围的导体上围绕缝隙61呈同向分布,图4中的(b)所示的这种缝隙天线模式可以称为缝隙天线的CM模式(也可简称为CM缝隙天线或CM槽天线)。图4中的(b)所示的电场、电流、磁流分布可称为缝隙天线的CM模式的电场、电流、磁流。
缝隙天线的CM模式的电流、电场是缝隙天线60的中间位置两侧的缝隙天线体作为工作在二分之一波长模式的天线产生的。磁场在缝隙天线60的中间位置处弱,在缝隙天线60的两端强。电场在缝隙天线60的中间位置处强,在缝隙天线60的两端弱。
4、缝隙天线的DM模式
如图5中的(a)示出的缝隙天线70,可以是缝隙天线的辐射体中具有镂空的槽或缝隙72而形成的,或者可以是,缝隙天线的辐射体与地(例如地板,可以是PCB)合围出该槽或缝隙72而形成的。缝隙72可通过在地板上开槽形成。缝隙72的中间位置71处连接馈电单元,并采用对称馈电。应理解,对称馈电可以理解为馈电单元一端连接辐射体,另外一端接地,其中,馈电单元与辐射体连接点(馈电点)位于辐射体中心,辐射体中心,例如可以是集合结构的中点,或者,电长度的中点(或上述中点附近一定范围内的区域)。缝隙72的一侧边的中间位置连接馈电单元的正极,缝隙72的另一侧边的中间位置连接馈电单元的负极。缝隙72的侧边的中间位置例如可以是缝隙天线60的中间位置/地的中间位置,比如缝隙天线的几何中点,或者,辐射体的电长度的中点,例如馈电单元与辐射体的连接处覆盖该侧的中间位置51。
图5中的(b)示出了缝隙天线70的电流、电场、磁流分布。如图5中的(b)所示,在缝隙72周围的导体(如地板,和/或辐射体60)上,电流围绕缝隙72分布,且在缝隙72的中间位置两侧呈反向分布,电场在中间位置71两侧呈现同向分布,磁流在中间位置71两侧呈同向分布。馈电单元处的磁流呈反向分布(未示出)。基于馈电单元处的磁流呈反向分布,图5中的(a)所示的这种馈电可称为缝隙天线DM馈电。基于电流在馈电单元与辐射体的连接处两侧呈现对称分布(例如,反向分布),或者,基于电流围绕缝隙71呈现对称分布(例如,反向分布),图5中的(b)所示的这种缝隙天线模式可以称为缝隙天线的DM模式(也可简称为DM缝隙天线或DM槽天线)。图5中的(b)所示的电场、电流、磁流分布可称为缝隙天线的DM模式的电场、电流、磁流。
缝隙天线的DM模式的电流、电场是整个缝隙天线70作为工作在一倍波长模式的天线产生的。电流在缝隙天线70的中间位置处弱,在缝隙天线70的两端强。电场在缝隙天线70的中间位置处强,在缝隙天线70的两端弱。
在天线领域中,工作在CM模式的天线和工作在DM模式的天线通常具有高隔离,且通常CM模式和DM模式的天线的频段往往是单模式谐振,难以覆盖通信所需要的众多频段。尤其电子设备留给天线结构的空间日益减少,对于MIMO系统而言,需要单个天线结构实现多个频段覆盖,因此,多模式谐振同时具有高隔离的天线,具有很高的研究和实用价值。
应理解,对于缝隙天线的辐射体,可以理解为产生辐射的金属结构件(例如包括地板的一部分),可以包括开口,如图4所示,或者,也可以为完整的环形,如图5所示,可以根据实际的设计或生产需要进行调整。例如,对于缝隙天线的CM模式,也可以如图5所示采用完整的环形辐射体,在缝隙61的一侧上的辐射体的中间位置设置两个馈电点并采用反对称馈电的方式,例如在原本设置开口位置的两端分别馈入幅度相同、相位相反的信号,也可以获得与图4所示天线结构类似的效果。相应的,对于缝隙天线的DM模式,也可以如图4所示采用包括开口的辐射体,在开口位置的两端采用对称馈电的方式,例如在开口两侧的辐射体的两端分别馈入同一馈源信号,也可以获得与图5所示天线结构类似的效果。
本申请提供了一种电子设备,可以包括一种天线结构,通过天线结构的第一电路激励起CM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式,并且还可以激励起DM模式的二分之一波长,一倍波长,二分之三波长等模式。可以使天线结构工作在CM模式和工作在DM模式,天线结构在具有高隔离度的同时仍然有多谐振多模式,大大增加了实用性。同时,由于工作在CM模式的天线和工作在DM模式的天线共用同一辐射体,也可以有效减少天线结构的体积。
图6是本申请实施例提供的一种缝隙天线的电流强点分布图。
如图6中的(a)所示,为缝隙天线工作在二分之一波长模式的电流分布,缝隙天线采用反对称馈电,其电流强点位于馈电单元所在区域。对于辐射体而言,其本身具有多个可以被激励的模式,只要其输入阻抗和激励的源的阻抗保持一致,其对应的模式就可以被激励。因此,当激励的源采用图6中的(a)所示的电流分布对应的输入阻抗,可以激励起缝隙天线的二分之一波长模式,便可以激励该缝隙天线的(N-1/2)波长模式,N是正整数。对于缝隙天线或是线天线,其(N-1/2)波长模式可以认为是,天线结构在该模式下产生的谐振对应的波长为天线结构中辐射体的电长度的大致(N-1/2)倍。应可理解,大致为(N-1/2)倍是指由于天线结构的操作环境以及匹配电路等的设置,其在(N-1/2)波长模式下产生的谐振对应的波长与辐射体的电长度的关系可以不严格为(N-1/2)倍,而是允许一定的误差。另外,天线结构在(N-1/2)波长模式下具有(N-1/2)/(1/2)个电流零点,下文将在图14进行具体描述,此处不再赘述。
应理解,反对称馈电可以理解为,馈电单元的正负两极分别连接在辐射体的两端。馈电单元的正负极输出的信号幅度相同,相位相反,例如相位相差180°±10°。
如图6中的(b)所示,为缝隙天线工作在一倍波长模式的电流分布,缝隙天线采用对称馈电,其电流强点位于缝隙的两侧。当激励的源采用图6中的(b)所示的电流分布对应的输入阻抗,可以激励起缝隙天线的1倍波长模式,便可以激励该缝隙天线的N倍波长模式,N是正整数。对于缝隙天线或是线天线,其N倍波长模式可以认为是,天线结构在该模式下产生的谐振对应的波长为天线结构中辐射体的电长度的大致N倍。应可理解,大致为N倍是指由于天线结构的操作环境以及匹配电路等的设置,其在N倍波长模式下产生的谐振对应的波长与辐射体的电长度的关系可以不严格为N倍,而是允许一定的误差。另外,天线结构在N波长模式下具有N/(1/2)个电流零点,下文将在图14进行具体描述,此处不再赘述。
应理解,对称馈电可以理解为馈电单元一端连接辐射体,另外一端接地,其中,馈电单元与辐射体连接点(馈电点)位于辐射体中心,辐射体中心,例如可以是集合结构的中点,或者,电长度的中点(或上述中点附近一定范围内的区域)。
因此,对于如图6中的(a)所示的缝隙天线来说,其N倍波长模式没有被激励起来,缝隙天线工作在二分之一波长模式时,其在1倍波长模式对应的电流强点处为电流弱点,反之亦然。对于N倍波长模式的阻抗和(N-1/2)波长模式的阻抗来说,(N-1/2)波长模式对应的为高阻抗,N倍波长模式对应的为低阻抗,导致两个模式比较难以同时匹配,或者说,无法被同时激励。
图7是本申请实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图。
如图7所示,在馈电单元与辐射体之间增加电路20,使(N-1/2)波长模式对应的电流和N倍波长模式的电流分别走不通的路径,实现两个模式的匹配。其中,电路20可以是滤波电路、或匹配电路、或其他形式的电路、或者这些电路的组合形式,本申请对此并不做限制。
如图7所示,缝隙天线采用反对称馈电,从反对称馈电的输入阻抗看,二分之一波长模式的阻抗为高阻抗,一倍波长模式的阻抗为低阻抗,二分之一波长模式的阻抗与一倍波长模式的阻抗往往是相反的。应理解,对于二分之一波长模式和一倍波长模式来说,两者的边界条件不同(阻抗高低相反),为保证在同一个天线中激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,需要电路20使二分之一波长模式和一倍波长模式的边界条件相同,例如,都是高阻抗或都是低阻抗。用串联电容21可以匹配二分之一波长模式,使该模式的电流走馈电单元串联的电容21,而并联电容22可以匹配一倍波长模式,使该模式的电流走馈电单元并联的电容22。例如,缝隙天线的辐射体、馈电单元和串联电容21产生第一谐振,对应于二分之一波长模式,在该模式下,电流存在一个零点;又例如,缝隙天线的辐射体、馈电单元和并联电容22产生第二谐振,对应于一倍波长模式,在该模式下,电流存在两个零点。应理解,上述电容去匹配对应的模式,都是为了改变其对应的模式的电信号的电流路径。因此,电路20可以匹配缝隙天线的多种模式,从而实现多谐振,以拓展天线的带宽。
应理解,图7中所示的电路20仅为示意性的,电路20用于使二分之一波长模式与一倍波长模式的电流路径不同,从而使二分之一波长模式与一倍波长模式对应的边界条件相同。同时,也可以在电路20的基础上增加电子元件,改变辐射体等效的电长度,以实现谐振频率的微调,如图8所示,本申请对此并不做限制,可以根据实际的生产或设计进行调整。
图9和图10是图7所示天线结构的仿真结果示意图。其中,图9是图7所示天线结构的S参数仿真结果图。图10是图7所示天线结构的史密斯(smith)仿真结果图。
如图9所示,天线结构在频点2.17GHz和3.93GHz分别产生了谐振,其分别对应于天线结构的二分之一波长模式和一倍波长模式,使天线结构可以产生多个谐振。
如图10所示,由于设置了电路,天线结构的二分之一波长模式和一倍波长模式之间可以实现良好的匹配。
应理解,对于未增加电路的天线结构来说,其二分之一波长模式的电流路径为串联的电容,馈电处为大电场,一倍波长模式的电流路径为并联的电容,馈电处为大电流。本申请实施例提供的电路改变(N-1/2)波长模式和/或N倍波长模式对应的边界条件,使两者的边界条件相同,例如都为高阻抗或都为低阻抗,都可以进行激励。因此,本申请提供的电路可以使天线结构匹配二分之一波长模式和一倍波长模式,以产生多个谐振。
图11是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
如图11所示,天线结构可以包括天线辐射体110,第一电路120和馈电单元130。
其中,虚拟的轴线(下文简称为“虚拟轴线”)左右的天线辐射体的电长度相同。应理解,由于天线结构在工程应用中,由于电子设备内布局的原因,可能不会完全相同,可以认为轴线左右的天线辐射体的电长度的误差范围在十六分之一工作波长之内,则符合本申请中的“电长度相同”。天线辐射体110可以包括第一馈电点111和第二馈电点112,第一馈电点111和第二馈电点112分别设置于轴线两侧,且第一馈电点111和第二馈电点112沿轴线对称。第一电路120包括第一端口121,第二端口122,第三端口123和第四端口124,第一端口121和第二端口122为输出端口,第三端口123和第四端口124为输入端口。第一端口121在第一馈电点111处与天线辐射体110电连接,第二端口122在第二馈电点112处与天线辐射体110电连接。馈电单元130与第三端口123和第四端口124电连接。馈电单元130采用反对称馈电为天线结构馈电,例如,馈电单元130的电信号在第三端口123和第四端口124的信号幅度相同,相位相反(例如,相位相反可以是相位相差在180°±10°)。
应理解,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 BDA0002984531770000131
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 BDA0002984531770000132
其中,L为物理长度,λ为电磁波的波长。
在一个实施例中,天线辐射体的轴线可以是天线辐射体110的虚拟的对称轴,天线辐射体沿轴线左右对称。
在一个实施例中,第一电路120的第一端口121在第一馈电点111处通过金属弹片与天线辐射体110电连接,第二端口122在第二馈电点112处通过金属弹片与天线辐射体110电连接。
在一个实施例中,天线结构可以是缝隙天线。天线辐射体110可以包括第一辐射体113和第二辐射体114,第一辐射体113的第一端与第二辐射体114的第一端相对且互不接触。第一辐射体113的第一端与第二辐射体114的第一端之间形成缝隙115,第一辐射体113的第二端和第二辐射体114的第二端可以与地板(ground,GND)电连接。例如,第一辐射体113的第二端在第一辐射体113的主要延伸方向上与地板连接,和/或第二辐射体114的第二端在第二辐射体114的主要延伸方向上与地板连接;又例如,第一辐射体113的第二端在第一辐射体113弯折后的方向(不同于主要延伸方向)上与地板连接,和/或第二辐射体114的第二端在第二辐射体114弯折后的方向(不同于主要延伸方向)上与地板连接。应理解,地板可以是电子设备的PCB中的金属层,中框或其他金属层。
在一个实施例中,第一电路120可以包括第一电容102和第二电容104。其中,第一电容102串联在第一端口121和第三端口123之间,或者说,第一电容102串联在第一端口121和第三端口123之间形成的射频通道之间,用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式,L为正整数。第二电容104的第一端设置于第一电容102与第一端121之间,第二端设置于第二端口122和第四端口123之间,或者说,第二电容104并联在第一端口121和第三端口123之间形成的射频通道与第二端口122和第四端口124之间形成的射频通道之间,用于匹配天线结构的M倍波长模式,M为正整数。
在一个实施例中,第一电容102的容值可以在2pF以下,第二电容的容值可以在4pF以下,可以根据实际的设计或生产需要进行调整。
应理解,通过第一电路120中并联的第二电容104和串联的第一电容102,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径(例如,分别经过第一电容102、第二电容104的路径),以分别实现两个模式的匹配。例如,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两个模式的匹配。通过第一电路120中串联的第一电容102,图11所示的天线结构可以产生至少一个第一谐振;通过第一电路120中并联的第二电容104,图11所示的天线结构可以产生至少一个第二谐振频率,以拓展天线结构的工作带宽。第一谐振可以对应于天线结构的(L-1/2)波长模式,第一电容102可以用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式。第二谐振可以对应于天线结构的M倍波长模式,第二电容104可以用于匹配天线结构的M倍波长模式。
在一个实施例中,第一电路120可以包括第一电感101,第二电感103和第三电感105。其中,第一电感101串联在第二电容104的第一端与第一端口121之间,第二电感103串联在第二电容104的第二端与第二端口122之间。第一电感101和第二电感103可以用于调整M倍波长模式的谐振频率。第三电感105的一端设置于第二电容104的第一端与第一电容102之间,另一端设置于第二电容104的第二端与第四端口124之间,可以用于调整(L-1/2)波长模式的谐振频率。
在一个实施例中,天线结构还可以包括反对称网络140,位于第一电路120与馈电单元130之间,用于连接馈电单元130与第一电路120的第三端口123和第四端口124,以实现馈电单元130的电信号分别在第三端口123和第四端口124的幅度相同,相位相反。
应理解,反对称网络140仅仅是一种实现馈电单元130的电信号在第三端口123和第四端口124之间的相位相反的技术手段,在实际的生产或设计中也可以通过其他的技术手段实现,例如,巴伦、和/或180°耦合器、和/或90°耦合器与相移网络的组合等,本申请对此并不做限制。
图12至图14为图11所示的天线结构的仿真结构示意图。其中,图12是图11所示的天线结构的S参数仿真结果图。图13是图11所示的天线结构的辐射效率(radiationefficiency)和系统效率(total efficiency)的仿真结果图。图14是图11所示的天线结构在各个谐振点的电流分布示意图。
如图12所示,天线结构在馈电单元工作时,其产生了三个谐振,其谐振点分别为1.73GHz,3.48GHz和4.43GHz。其中,1.73GHz对应于天线结构的二分之一波长模式,3.48GHz对应于天线结构的一倍波长模式,4.43GHz对应于天线结构的二分之三波长模式。
在一个实施例中,天线结构的工作频段可以分别覆盖长期演进(long termevolution,LTE)中的较高频段,例如1700MHz-2700MHz,5G频段中的N77(3.3GHz–4.2GHz)频段,N79(4.4GHz–5.0GHz)频段。应理解,也可以对天线结构中的各个参数进行调整,使工作频段覆盖其他频段,本申请仅作为举例,对其工作频段并不限制。
如图13所示,在天线结构产生的谐振对应的工作频段内,辐射效率大于-4dB,系统效率大于-8dB,也可以满足需要。
如图14中的(a)所示,天线结构工作在1.73GHz时,其电流朝向相同方向,存在一个电流零点,应理解,图11所示的天线结构相当于折叠的电偶极子天线,对于电偶极子天线来说,其电流零点存在于辐射体的两端,将辐射体折叠呈图11所示的天线结构后,电流零点位于缝隙处,当电偶极子天线的辐射体上的电流同向时,对应于二分之一波长模式,因此,如图14中的(a)所示的电流分布对应于二分之一波长模式。如图14中的(b)所示,天线结构工作在3.48GHz时,存在两个电流零点,为如图14中的(a)所示的天线结构的两倍,因此,其对应于一倍波长模式。如图14中的(c)所示,天线结构工作在4.43GHz时,存在三个电流零点,因此,其对应于二分之三波长模式。图14的(a)、(b)、(c)分别示出缝隙天线工作于1/2波长模式、1倍波长模式和2/3波长模式,应可理解,线天线的1/2波长模式、1倍波长模式和2/3波长模式也是类似的,例如分别具有1个、2个和3个电流零点。同理可知,天线结构在(N-1/2)波长模式下具有(N-1/2)/(1/2)个电流零点,在N波长模式下具有N/(1/2)个电流零点。应理解,辐射体上的电流为交流电,电流零点为辐射体上的电流反向点,可以通过辐射体上的电流零点确定天线结构的工作模式,从而判断其属于(L-1/2)波长模式或M倍波长模式。同时,由于不同的天线结构,对应的电流零点也可能不在天线辐射体上,而在辐射体形成的缝隙或是馈电处,本申请对此不作限制,可以根据实际的天线结构确定。
因此,由于天线结构中包括第一电路,通过第一电路改变(L-1/2)波长模式和M倍波长模式对应的边界条件,使两者的边界条件相同,可以进行同时激励。在这种情况下,天线结构的(L-1/2)波长模式和M倍波长模式之间可以实现良好的匹配,天线结构可以产生多个谐振,使天线结构的工作频段得以拓展。
应理解,对于图11所示的天线结构来说,其基本形式是CM缝隙天线,通过增加第一电路,激励起了缝隙天线的CM模式下的二分之一波长模式,一倍波长模式,二分之三波长模式。对于其他天线形式,比如线天线(例如线天线的CM模式、DM模式),开路缝隙(open slot)天线(例如开路缝隙天线的CM模式、DM模式)等亦可通过增加第一电路,激励天线的(L-1/2)波长模式和M倍波长模式。
图15是本申请实施例提供的一种两端开路的缝隙天线的示意图。
如图15所示,为两端开路的缝隙天线的结构示意图,其第一电路不同于图11所示的缝隙天线,原因是该天线结构的初始阻抗是从断路点出发,而图11所示的缝隙天线的初始圆图阻抗是从短路点出发。因此第一电路要对应于天线结构的初始阻抗圆图。例如,对于初始阻抗圆图是从短路点出发的,第一电路可以选用并电容串电容方案,初始圆图是从断路点出发的,第一电路可以选用并电感串电感方案。
应理解,对于两端开路的缝隙天线可以认为是缝隙天线的辐射体两端开放,不直接与其他导体(例如地板或其他金属结构件)连接。例如,在电子设备中,金属边框的一段作为缝隙天线的辐射体,辐射体两端开放可以认为是辐射体的两端分别与金属边框形成缝隙,不与金属边框直接连接,其形成的缝隙处可以用电介质填充,以满足电子设备的强度要求,同时,使辐射体的两端开路,形成两端开路的缝隙天线。
如图15所示,天线辐射体可以包括第一辐射体151和第二辐射体152,第一辐射体151远离第二辐射体152的一端与地板之间可以形成缝隙181,第二辐射体152远离第一辐射体151的一端与地板之间可以形成缝隙182。第一电路160和馈电单元170可以设置在第一辐射体151和第二辐射体152之间,馈电单元与第一辐射体151和第二辐射体152的电连接的两个馈电点可以沿天线辐射体的虚拟轴线对称。第一电路160中并联的电感161可以用于匹配(L-1/2)波长模式,串联的电感162可以用于匹配M倍波长模式。
在一个实施例中,第一辐射体151远离第二辐射体152的一端可以与第一导电件的一段之间形成上述缝隙181,第二辐射体152远离第一辐射体151的一端可以与第二导电件的一段之间可以形成上述缝隙182。
为介绍的简洁,本申请仅以第一导电件和第二导电件为地板的一部分进行举例,本申请对此并不做限制。在本申请的其他实施例中,第一导电件和第二导电件也可以在其第一端分别与地板电连接,例如第一导电件和第二导电件作为其他天线结构的辐射体使用,应理解,第一端与地板电连接包括在端部与地板电连接,也包括在导电件上靠近端部的接地点与地板电连接。
在一个实施例中,馈电单元170的正极连接在第一辐射体151,馈电单元的负极连接在第二辐射体152,在这种情况下,天线结构工作在CM模式。
在一个实施例中,电感161的电感值可以在15nH以下,电感162的电感值可以在10nH以下,可以根据实际的设计或生产需要进行调整。
应理解,第一电路用于使(L-1/2)波长模式与M倍波长模式的电流路径不同,从而分别匹配(L-1/2)波长模式与M倍波长模式。同时,也可以在图15中所示的第一电路160的基础上增加电子元件,改变辐射体等效的电长度,以实现谐振频率的微调,如图16所示,本申请对此并不做限制,可以根据实际的生产或设计进行调整。
在上述实施例中,为天线结构增加第一电路,而激励起至少一个(L-1/2)波长模式与至少一个M倍波长模式,例如激励起二分一波长模式,一倍波长模式和二分之三波长模式。如果在此基础上,增加DM模式馈电,则可以共同产生CM模式的二分一波长模式、一倍波长模式和二分之三波长模式,以及DM模式下的二分一波长模式、一倍波长模式和二分之三波长模式。应理解,由于CM模式和DM模式对应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 BDA0002984531770000161
其中,
Figure BDA0002984531770000162
为CM模式产生的谐振对应的远场的电场,
Figure BDA0002984531770000163
为DM模式产生的谐振对应的远场的电场,其中,在三维坐标系中,θ为与z轴所呈角度,
Figure BDA0002984531770000164
为在xoy面上与x轴所呈角度。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,天线结构工作在CM模式和DM模式时,可以产生CM模模式下的至少一个(L-1/2)波长模式与至少一个M倍波长模式,以及产生DM模模式下的至少一个(L-1/2)波长模式与至少一个M倍波长模式,同时保持高隔离度,例如CM模式的第一谐振频率与DM模式的第一谐振频率可以同频且具有高隔离度。其中,同频可以理解为在同一频段内。
图17是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
如图17所示,天线结构可以包括天线辐射体210,第一电路220,第一馈电单元231和第二馈电单元232。
其中,虚拟的轴线左右的天线辐射体210的电长度相同。应理解,由于天线结构在工程应用中,由于电子设备内布局的原因,可能不会完全相同,可以认为该轴线左右的天线辐射体的电长度的误差范围在十六分之一工作波长之内,则满足本申请中的“电长度相同”。天线辐射体210包括第一馈电点231和第二馈电点232,第一馈电点231和第二馈电点232分别设置于天线辐射体210的轴线两侧,且第一馈电点231和第二馈电点232沿轴线对称。第一电路220包括第一端口221,第二端口222,第三端口223和第四端口224,第一端口221和第二端口222为输出端口,第三端口223和第四端口224为输入端口。第一端口221在第一馈电点211处与天线辐射体210电连接,第二端口222在第二馈电点212处与天线辐射体210电连接。第一馈电单元231与第三端口223和第四端口224电连接,采用对称馈电为天线结构馈电,对称馈电例如,第一馈电单元231的电信号在第三端口223和第四端口224之间的信号幅度相同,相位相同。第二馈电单元232与第三端口223和第四端口224电连接,采用反对称馈电为天线结构馈电,反对称馈电例如,第二馈电单元232的电信号在第三端口223和第四端口224之间的信号幅度相同,相位相反,(例如,相位相差180°)。
在一个实施例中,天线辐射体的虚拟轴线可以是天线辐射体210的虚拟的对称轴,天线辐射体沿对称轴左右对称。
应理解,在天线结构中包括采用对称馈电的第一馈电单元和采用反对称馈电的第二馈电单元,因此,天线结构的CM模式和DM模式可以共同被激励,天线结构可以工作在至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L,M为正整数,天线结构可以产生同频且高隔离度的谐振频段,以满足通信对带宽和隔离度的需求。
同时,对于第一馈电单元231与天线辐射体210之间形成的第一天线单元和第二馈电单元232与天线辐射体210之间形成的第二天线单元来说,两个天线单元复用同一个天线辐射体(例如,图中示出的第一辐射体213和第二辐射体214),可以大大减少天线单元所占用的空间。
在一个实施例中,第一电路220的第一端口221在第一馈电点211处通过金属弹片与天线辐射体210电连接,第二端口222在第二馈电点212处通过金属弹片与天线辐射体210电连接。
在一个实施例中,天线结构可以是两端开路的缝隙天线,可以理解为缝隙天线的辐射体的两端开放,不直接与地板、其他导电件等连接。天线辐射体210可以包括第一辐射体213和第二辐射体214,第一辐射体213和第二辐射体214可以分别设置于虚拟的轴线两侧,第一辐射体213和第二辐射体214的电长度相等。第一辐射体213的第一端与第二辐射体214的第一端相对且互不接触,第一辐射体213的第一端与第二辐射体214的第一端之间形成缝隙215。第一辐射体213的第二端与地板之间形成缝隙216,第二辐射体214的第二端与地板之间形成缝隙217。应理解,地板可以是电子设备的PCB中的金属层,中框或其他金属层。
在一个实施例中,第一辐射体213的第二端可以与第一导电件之间形成上述缝隙216,第二辐射体214的第二端可以与第二导电件之间形成上述缝隙217;或是在第一辐射体213的第二端处设置第一电介质,以实现第一辐射体213的第二端“开路”;类似的,可以在第二辐射体214的第二端处设置第二电介质,以实现第二辐射体214的第二端“开路”。
在一个实施例中,第一电路220还可以包括第一电感201,第二电感202,第三电感203和第四电感204。其中,第一电感201串联在第一端口221和第三端口223之间,第三电感203串联在第二端口222和第四端口224之间,第一电感201和第三电感203可以用于匹配天线结构的N倍波长模式。第二电感202设置在第一电感201与第一端口221之间并联接地,第四电感204设置在第三电感203与第二端口222之间并联接地,第二电感202和第四电感204可以用于匹配天线结构的(N-1/2)波长模式。
应理解,在如图17所示的天线结构中的第一电路的输入端口和输出端口之间并串联电感,例如在第一端口221和第三端口223之间形成的射频通道依次并联电感,串联电感,使(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。例如,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两个模式的匹配。通过第一电路220中的第二电感202和第四电感204,图17所示的天线结构可以产生至少一个第一谐振;通过第一电路220中的第一电感201和第三电感203,图17所示的天线结构可以产生至少一个第二谐振,以拓展天线结构的工作带宽。第一谐振可以对应于天线结构的(L-1/2)波长模式,第二电感202和第四电感204可以用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式。第二谐振可以对应于天线结构的M倍波长模式,第一电感201和第三电感203可以用于匹配天线结构的M倍波长模式。
在一个实施例中,设置于第一端口221和第三端口223之间的电子元件和设置于第二端口222和第四端口224之间的电子元件相互对称,例如,第一电感201和第三电感203相互对称,电感值相同,第二电感202和第四电感204相互对称,电感值相同。
在一个实施例中,第一电路220可以包括第一电容205,第二电容206,第三电容207和第四电容208。其中,第一电容205串联在第二电感202与第一端口221之间,第三电容207串联在第二端口222与第四电感204之间。第一电容205和第三电容207可以用于调整M倍波长模式的谐振频率。第二电容206设置在第一电感201与第二电感202之间并联接地,第四电容208设置在第三电感203与第四电感204之间并联接地,第二电容206和第四电容208可以用于调整(L-1/2)波长模式的谐振频率。
在一个实施例中,天线结构还可以包括180°定向耦合器240,位于第一电路220与馈电单元之间,例如,位于第一馈电单元231,第二馈电单元121与第一电路120的第三端口123和第四端口124之间,以实现第一馈电单元231的电信号在第三端口223和第四端口224之间的相位相同和第二馈电单元232的电信号在第三端口223和第四端口224之间的相位相反。
应理解,180°定向耦合器240仅仅是一种实现馈电单元的电信号在第三端口123和第四端口124之间的相位相同或相反的技术手段,在实际的生产或设计中也可以通过其他的技术手段实现,例如,巴伦,和/或180°耦合器,和/或90°耦合器与相移网络的组合等,本申请对此并不做限制。
在一个实施例中,天线结构还可以包括第一匹配网络251和第二匹配网络252。第一匹配网络251用于调整第一馈电单元231的阻抗,使电信号的传输损耗和失真减少到最小。第二匹配网络252用于调整第二馈电单元232的阻抗,使电信号的传输损耗和失真减少到最小。
在一个实施例中,第一匹配网络251和第二匹配网络252可以是LC网络或者其他类型的网络,可以根据实际的生产或设计选择,本申请对此并不做限制。
图18和图19为图17所示的天线结构的仿真结果示意图。其中,图18是图17所示的天线结构的S参数仿真结果图。图19是图17所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
如图18所示,第一馈电单元馈电时,第一馈电单元的电信号经过第一端口和第二端口馈入天线辐射体。天线结构对应的S参数为S11,可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。第二馈电单元馈电时,第二馈电单元的电信号经过第一端口和第二端口馈入天线辐射体。天线结构对应的S参数为S22,同样可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。,在保证天线结构的工作带宽的情况下,由于第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起天线结构的DM模式和CM模式,因此,在相同频段下,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间可以保持良好的隔离度,两者之间最差的隔离度为-30dB。
应理解,对于图17所示的天线结构来说,其结构的对称性越好,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间的隔离度越好。
如图19所示,在天线结构产生的谐振对应的工作频段内,辐射效率大于-3dB,系统效率大于-6dB,可以满足通信需要。
图20是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。与图17所示的天线结构的区别仅在与图20所示的天线结构中,其辐射体为完整的金属结构件,辐射体上并不开设有缝隙,其余结构相同,为表述的简洁,就不再一一赘述。
应理解,本申请实施例提供的第一电路可以根据不同的天线结构进行调整,以使不同的天线结构激励起至少一个(L-1/2)波长模式和至少一个M倍波长模式。
如图20所示,天线结构可以是两端开路的缝隙天线,在结构上来看,两端开路的缝隙天线的辐射体的两端开放,不与地板连接。天线辐射体310可以为完整的导电体,例如完整的金属件。天线辐射体310的一端可以与地板之间形成缝隙311,另一端可以与地板之间形成缝隙312。天线结构可以工作在至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L,M为正整数。
在一个实施例中,天线辐射体310的第一端可以与第一导电件之间形成上述缝隙311,天线辐射体310的第二端可以与第二导电件之间形成上述缝隙312;或是在天线辐射体310的第一端处设置第一电介质,以实现天线辐射体310的第一端“开路”;类似的,可以在天线辐射体310的第二端处设置第二电介质,以实现天线辐射体310的第二端“开路”。
在一个实施例中,第一电路320可以包括第一电容301,第二电容302和第三电容303。其中,第一电容301串联在第一端口321与第三端口323之间,第二电容302串联在第二端口322与第四端口324之间。第一电容301和第二电容302可以用于匹配天线结构的(N-1/2)波长模式。第三电容303的第一端设置于第一电容301与第一端口321之间,第二端设置于第二电容302与第二端口322之间,即第三电容303并联在第一端口321和第三端口323之间形成的射频通道与第二端口322和第四端口324之间形成的射频通道之间,用于匹配天线结构的N倍波长模式。
应理解,通过第一电路320中并串联电容,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。例如,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两种模式的匹配。通过第一电路320中的第一电容301和第二电容302,天线结构可以产生至少一个第一谐振;通过第一电路320中的第三电容303,天线结构可以产生至少一个第二谐振。第一谐振可以对应于天线结构的(L-1/2)波长模式,第一电容301和第二电容302可以用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式。第二谐振可以对应于天线结构的M倍波长模式,第三电容303可以用于匹配天线结构的M倍波长模式。
在一个实施例中,设置于第一端口321和第三端口323之间的电子元件和设置于第二端口322和第四端口324之间的电子元件相互对称,例如第一电容301和第二电容302相互对称,电容值相同。
在一个实施例中,第一电路320还可以包括第一电感304和第二电感305。其中,第一电感304设置在第一电容301与第三电容303的第一端之间并联接地,第二电感305设置在第二电容302与第三电容303的第二端之间并联接地。第一电感304和第二电感305可以用于调整(L-1/2)波长模式的谐振频率。
图21至图23为图20所示的天线结构的仿真结构示意图。其中,图21是图20所示的天线结构的S参数仿真结果图。图22是图20所示的天线结构的隔离度仿真结果图。图23是图20所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
如图21所示,第一馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S11,可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。第二馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S22,同样可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。应理解,第二馈电单元工作时,由于连接有匹配网络,其中二分之一波长模式对应的谐振频段中有一个是由匹配网络产生。
在一个实施例中,天线结构的工作频段可以分别覆盖LTE中的较高频段,例如1700MHz-2700MHz,5G频段中的N77(3.3GHz–4.2GHz)频段,N79(4.4GHz–5.0GHz)频段。应理解,也可以对天线结构中的各个参数进行调整,使工作频段覆盖其他频段,本申请仅作为举例,对其工作频段并不限制。
如图22所示,在保证天线结构的工作带宽的情况下,由于第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起天线结构的DM模式和CM模式,因此,在相同频段下,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间可以保持良好的隔离度,两者之间最差的隔离度为-47dB。
如图23所示,在天线结构产生的谐振对应的工作频段内,辐射效率大于-3dB,系统效率大于-8dB,可以满足通信需要。
图24是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
应理解,本申请实施例提供的第一电路可以根据不同的天线结构进行调整,以使不同的天线结构可以激励起至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L,M为正整数。
如图24所示,天线结构可以是线天线,天线辐射体410可以为完整的导电体,例如,完整的金属件。
在一个实施例中,第一电路420可以包括第一电容401,第二电容402和第三电容403。其中,第一电容401串联在第一端口421与第三端口423之间,第二电容402串联在第二端口422与第四端口424之间。第一电容401和第二电容402可以用于匹配天线结构的(N-1/2)波长模式。第三电容403的第一端设置于第一电容401与第一端口421之间,第二端设置于第二电容402与第二端口422之间,即第三电容403并联在第一端口421和第三端口423之间形成的射频通道与第二端口422和第四端口424之间形成的射频通道之间,用于匹配天线结构的N倍波长模式。
在一个实施例中,设置于第一端口421和第三端口423之间的电子元件和设置于第二端口422和第四端口424之间的电子元件相互对称,例如第一电容401和第二电容402相互对称,电容值相同。
应理解,通过第一电路420中并串联电容,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不通的路径,以分别实现两个模式的匹配。例如,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两种模式的匹配。通过第一电路420中的第一电容401和第二电容402,图11所示的天线结构可以产生至少一个第一谐振;通过第一电路420中的第三电容403,图11所示的天线结构可以产生至少一个第二谐振。第一谐振可以对应于天线结构的(L-1/2)波长模式,第一电容401和第二电容402可以用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式。第二谐振可以对应于天线结构的M倍波长模式,第三电容403可以用于匹配天线结构的M倍波长模式。
在一个实施例中,第一电路420还可以包括第一电感404和第二电感405。其中,第一电感404设置在第一电容401与第三电容403的第一端之间并联接地,第二电感405设置在第二电容402与第三电容403的第二端之间并联接地。第一电感404和第二电感405可以用于调整(L-1/2)波长模式的谐振频率。
图25至图27为图24所示的天线结构的仿真结构示意图。其中,图25是图24所示的天线结构的S参数仿真结果图。图26是图24所示的天线结构的隔离度仿真结果图。图17是图24所示的天线结构的辐射效率和系统效率的仿真结果图。
如图25所示,第一馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S11,可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。第二馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S22,同样可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。应理解,第二馈电单元工作时,由于连接有匹配网络,其中二分之一波长模式对应的谐振频段中有一个是由匹配网络产生。
在一个实施例中,天线结构的工作频段可以分别覆盖LTE中的较高频段,例如1700MHz-2700MHz,5G频段中的N77(3.3GHz–4.2GHz)频段,N79(4.4GHz–5.0GHz)频段。应理解,也可以对天线结构中的各个参数进行调整,使工作频段覆盖其他频段,本申请仅作为举例,对其工作频段并不限制。
如图26所示,在保证天线结构的工作带宽的情况下,由于第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起天线结构的DM模式和CM模式,因此,在相同频段下,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间可以保持良好的隔离度,两者之间最差的隔离度为-45.5dB。
如图27所示,在天线结构产生的谐振对应的工作频段内,辐射效率大于-2dB,系统效率大于-8dB,可以满足通信需要。
图28是本申请实施例提供的一种天线结构的示意图。
应理解,本申请实施例提供的第一电路可以根据不同的天线结构进行调整,以使不同的天线结构激励起至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L,M为正整数,。
如图28所示,天线结构510可以是两端短路的缝隙天线。天线辐射体510可以包括第一辐射体511和第二辐射体512,第一辐射体511的第一端与第二辐射体512的第一端相对且互不接触。第一辐射体511的第一端与第二辐射体512的第一端之间形成缝隙513,第一辐射体511的第二端和第二辐射体512的第二端可以与地板(ground,GND)电连接来形成短路。例如,第一辐射体511的第二端在第一辐射体511的主要延伸方向上与地板连接,和/或第二辐射体512的第二端在第二辐射体512的主要延伸方向上与地板连接;又例如,第一辐射体511的第二端在第一辐射体511弯折后的方向(不同于主要延伸方向)上与地板连接,和/或第二辐射体512的第二端在第二辐射体512弯折后的方向(不同于主要延伸方向)上与地板连接。
应理解,对于两端短路的缝隙天线可以认为是缝隙天线的辐射体两端直接与地板连接。例如,在电子设备中,缝隙天线的辐射体为金属边框的一段,辐射体两端短路可以认为是辐射体的两端分别与金属边框直接连接。
在一个实施例中,第一电路520可以包括第一电容501,第二电容502和第三电容503。其中,第一电容501串联在第一端口521与第三端口523之间,第二电容502串联在第二端口522与第四端口524之间。第一电容501和第二电容502可以用于匹配天线结构的(N-1/2)波长模式。第三电容503的第一端设置于第一电容501与第一端口521之间,第二端设置于第二电容502与第二端口522之间,即第三电容503并联在第一端口521和第三端口523之间形成的射频通道与第二端口522和第四端口524之间形成的射频通道之间,用于匹配天线结构的N倍波长模式。
应理解,通过第一电路520中并串联电容,(L-1/2)波长模式对应的电流和M倍波长模式的电流分别走不同的路径,以分别实现两个模式的匹配。例如,(L-1/2)波长模式对应的边界条件和M倍波长模式对应的边界条件相同,可以分别匹配(L-1/2)波长模式和M倍波长模式,边界条件相同可以认为是其对应的阻抗相同,因此,可以实现两种模式的匹配。通过第一电路520中的第一电容501和第二电容502,图11所示的天线结构可以产生至少一个第一谐振;通过第一电路520中的第三电容503,图11所示的天线结构可以产生至少一个第二谐振。第一谐振可以对应于天线结构的(L-1/2)波长模式,第一电容501和第二电容502可以用于匹配天线结构的(L-1/2)波长模式。第二谐振可以对应于天线结构的M倍波长模式,第三电容503可以用于匹配天线结构的M倍波长模式。
在一个实施例中,设置于第一端口521和第三端口523之间的电子元件和设置于第二端口522和第四端口524之间的电子元件相互对称,例如第一电容501和第二电容502相互对称,电容值相同。
在一个实施例中,第一电路还320可以包括第一电感504,第二电感505和第三电感506。其中,第一电感504串联在第一端口521与第三电容503的第一端之间,第二电感505串联在第二端口522与第三电容503的第二端之间,第一电感504和第二电感505可以用于调整M倍波长模式的谐振频率。第三电感506的第一端设置在第三电容503的第一端与第一电容501之间,第三电感506的第二端设置在第三电容503的第二端与第二电容502之间,即第三电感506并联在第一端口521和第三端口523之间形成的射频通道与第二端口522和第四端口524之间形成的射频通道之间,可以用于调整天线结构的(L-1/2)波长模式的谐振频率。
图29和图30为图28所示的天线结构的仿真结构示意图。其中,图29是图28所示的天线结构的S参数仿真结果图。图30是图28所示的天线结构的隔离度仿真结果图。
如图29,第一馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S11,可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。第二馈电单元馈电时,天线结构对应的S参数为S22,同样可以激励起二分之一波长模式和一倍波长模式,天线结构可以工作在多个谐振频段。
在一个实施例中,天线结构的工作频段可以分别覆盖LTE中的较高频段,例如1700MHz-2700MHz,5G频段中的N77(3.3GHz–4.2GHz)频段,N79(4.4GHz–5.0GHz)频段。应理解,也可以对天线结构中的各个参数进行调整,使工作频段覆盖其他频段,本申请仅作为举例,对其工作频段并不限制。
如图30所示,在保证天线结构的工作带宽的情况下,由于第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起天线结构的DM模式和CM模式,因此,在相同频段下,第一馈电单元和第二馈电单元分别激励起的谐振频段之间可以保持良好的隔离度,两者之间最差的隔离度为-42dB。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
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,机械或其它的形式。
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 (20)

1.一种电子设备,其特征在于,包括:
天线结构,所述天线结构包括天线辐射体、第一电路、第一馈电单元和第二馈电单元;
其中,所述天线辐射体包括第一馈电点和第二馈电点,所述第一馈电点和所述第二馈电点分别设置于所述天线辐射体的虚拟轴线两侧,且所述第一馈电点和所述第二馈电点沿所述虚拟轴线对称,所述天线辐射体在所述虚拟轴线两侧的电长度相同;
所述第一电路包括第一端口,第二端口,第三端口和第四端口,所述第一端口和所述第二端口为馈电输出端口,所述第三端口和所述第四端口为馈电输入端口,所述馈电输入端口用于输入所述第一馈电单元和所述第二馈电单元的电信号,所述馈电输出端口用于向所述天线辐射体馈入经过处理的电信号;
所述第一端口与所述天线辐射体的所述第一馈电点电连接,所述第二端口与所述天线辐射体的所述第二馈电点电连接;
所述第一馈电单元与所述第三端口和所述第四端口电连接,所述第一馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相同;
所述第二馈电单元与所述第三端口和所述第四端口电连接,所述第二馈电单元的电信号在所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
2.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述第一馈电单元馈电时,所述第一馈电单元的电信号经过所述第一电路,并通过所述第一电路的所述第一端口和所述第二端口馈入所述天线辐射体;以及
所述第二馈电单元馈电时,所述第二馈电单元的电信号经过所述第一电路,并通过所述第一电路的所述第一端口和所述第二端口馈入所述天线辐射体。
3.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述天线结构工作在至少一个(L-1/2)波长模式,以及至少一个M倍波长模式,L和M为正整数;
所述天线结构工作于所述至少一个(L-1/2)波长模式对应的电信号,和工作于所述至少一个M倍波长模式对应的电信号,在所述第一电路中的路径不同。
4.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,所述天线辐射体相对于所述虚拟轴线对称。
5.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述电子设备还包括第一导电件和第二导电件;
所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,所述第一辐射体和所述第二辐射体分别设置于所述虚拟轴线两侧;
其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;
所述第一辐射体的第二端与所述第一导电件的第一端之间形成第二缝隙;
所述第二辐射体的第二端与所述第二导电件的第一端之间形成第三缝隙。
6.根据权利要求5所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备还包括地板:
所述第一导电件和所述第二导电件为所述地板的一部分,或者所述第一导电件的第一端和所述第二导电件的第一端均与所述地板电连接。
7.根据权利要求5所述的电子设备,其特征在于,
所述第一电路包括第一电感,第二电感,第三电感和第四电感;
其中,所述第一电感串联在所述第一端口和所述第三端口之间;
所述第三电感串联在所述第二端口和所述第四端口之间;
所述第二电感设置在所述第一电感与所述第一端口之间并联接地;
所述第四电感设置在所述第三电感与所述第二端口之间并联接地。
8.根据权利要求7所述的电子设备,其特征在于,所述第一电感的电感值和所述第三电感的电感值相同,所述第二电感的电感值和所述第四电感的电感值相同。
9.根据权利要求7所述的电子设备,其特征在于,
所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第二电感,所述第四电感,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第一谐振;
所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电感,所述第三电感,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第二谐振。
10.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,
所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;
所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
11.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述电子设备还包括第一导电件和第二导电件;
所述天线辐射体为完整的金属件,所述天线辐射体的一端与所述第一导电件的第一端形成第一缝隙,所述天线辐射体的另一端与所述第二导电件的第一端形成第二缝隙。
12.根据权利要求11所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备还包括地板,
所述第一导电件和所述第二导电件为所述地板的一部分,或者所述第一导电件的第一端和所述第二导电件的第一端均与所述地板电连接。
13.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述天线辐射体为完整的金属件,所述天线辐射体为线天线辐射体。
14.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,
所述电子设备还包括地板:
所述天线辐射体包括第一辐射体和第二辐射体,第一辐射体和第二辐射体分别设置于所述虚拟轴线两侧;
其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,并形成第一缝隙;
所述第一辐射体的第二端与所述地板电连接;
所述第二辐射体的第二端与所述地板电连接。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的电子设备,其特征在于,
所述第一电路包括第一电容,第二电容和第三电容;
其中,所述第一电容串联在所述第一端口与所述第三端口之间;
所述第二电容串联在所述第二端口与所述第四端口之间;
所述第三电容的第一端设置于所述第一电容与所述第一端口之间,所述第三电容的第二端设置于所述第二电容与所述第二端口之间。
16.根据权利要求15所述的电子设备,其特征在于,所述第一电容和所述第二电容的电容值相同。
17.根据权利要求16所述的电子设备,其特征在于,
所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第一电容,所述第二电容,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第一谐振;
所述天线结构通过所述天线辐射体,所述第三电容,所述第一馈电单元和所述第二馈电单元,产生第二谐振。
18.根据权利要求17所述的电子设备,其特征在于,
所述第一谐振对应所述天线结构的(L-1/2)波长模式;
所述第二谐振对应所述天线结构的M倍波长模式,L和M为正整数。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备还包括180°定向耦合器;
其中,所述180°定向耦合器设置于所述第一电路与所述第一馈电单元和所述第二馈电单元之间;
所述180°定向耦合器用于使所述第一馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相同;
所述180°定向耦合器还用于使所述第二馈电单元的电信号在所述第一电路的所述第三端口和所述第四端口的相位相反。
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第一匹配网络和第二匹配网络;
其中,所述第一匹配网络设置于所述第一馈电单元与所述180°定向耦合器之间,用于匹配所述第一馈电单元的阻抗;
所述第二匹配网络设置于所述第二馈电单元与所述180°定向耦合器之间,用于匹配所述第二馈电单元的阻抗。
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