CN114792888A - 天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线和电子设备，天线包括：基体(10)、金属片(20)和导线(30)，所述金属片(20)设置于所述基体(10)，所述金属片(20)开设有多枝节缝，所述多枝节缝上设置有至少一个开关元件，所述至少一个开关元件用于控制所述多枝节缝的等效模型，以使所述金属片(20)的主波束方向至少在第一方向和第二方向之间切换；所述导线(30)与所述金属片(20)连接，用于馈电。本发明实施例的天线通过在多枝节缝上设置开关元件，可实现多向辐射功能，从而能够有效降低辐射损耗，提升信号质量，满足电子设备的多样应用需求。

Description

天线和电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线和电子设备。

背景技术

随着数据流量的量级不断扩大，移动终端的数量不断增长，进而发展了海洋物联网、车联网、万物互联等技术。目前，卫星系统采用圆极化天线，对通信终端天线性能要求相对更高，如果是线极化会损失3dB的增益，这对于高轨卫星手机通信这样增益敏感的情况，会导致电话不通的情况。因此终端天线要求满足圆极化、高增益、低损耗的特点。

相关技术中的天线往往是体积较大，要应用于便携的移动电话，还需要进一步缩小尺寸，并要求能够有效避免与手机其他密集器件的互扰，满足手机内部安装和辐射方向图的要求。而且相关技术中的卫星手机天线在单一的辐射模式下会存在不同场景下的多损耗、低性能等问题。

发明内容

本发明技术人员发现，手机位于不同的姿态，天线的性能和损耗会有差异，从而造成手机在某些姿态下存在损耗高、性能低的问题。固定功能天线的能力有限，而重构天线对于这种情况是经济又有效的解决方案，能够避免使用多天线和复杂结构设计的问题。

本公开提出了一种模式可重构的多枝节缝隙贴片天线，基于平面贴片天线首次提出了弯折设计，采用开关元件实现了辐射模式可重构，结构紧凑，具有良好的波束、极化切换性能，能够有效应对卫星手机的多种应用需求，提升信号质量，降低通信损耗。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种天线，包括：

基体；

金属片，所述金属片设置于所述基体，所述金属片开设有多枝节缝，所述多枝节缝上设置有至少一个开关元件，所述至少一个开关元件用于控制所述多枝节缝的等效模型，以使所述金属片的主波束方向至少在第一方向和第二方向之间切换；和

导线，所述导线与所述金属片连接，用于馈电。

本发明实施例的天线通过在多枝节缝上设置开关元件，可实现多向辐射功能，从而能够有效降低辐射损耗，提升信号质量，满足电子设备的多样应用需求。

可选地，所述多枝节缝包括：第一缝、第二缝、第三缝、第四缝和第五缝；

所述第一缝和所述第二缝相互交叉；

所述第三缝连通所述第一缝的第一端和所述第二缝的第一端；

所述第四缝连通所述第二缝的第二端；

所述第五缝连通所述第一缝的第二端；

所述第一缝和所述第二缝均设置有所述开关元件。

可选地，所述至少一个开关元件包括：第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件；

所述第一开关元件和所述第二开关元件设置于所述第一缝，并分别位于所述第一缝和所述第二缝交叉点的两侧；

所述第三开关元件和所述第四开关元件设置于所述第二缝，并分别位于所述第一缝和所述第二缝交叉点的两侧；

所述第一开关元件和所述第二开关元件导通，且所述第三开关元件和第四开关元件断开时，所述金属片的主波束方向为所述第一方向；所述第一开关元件和所述第二开关元件断开，且所述第三开关元件和第四开关元件导通时，所述金属片的主波束方向为所述第二方向。

可选地，所述第一方向和所述第二方向相反。

可选地，所述至少一个开关元件还包括：第五开关元件和第六开关元件；

所述第五开关元件和所述第六开关元件均设置于所述第三缝，所述第五开关元件靠近所述第一开关元件设置，所述第六开关元件靠近所述第三开关元件设置；

所述第一开关元件、所述第二开关元件和所述第五开关元件导通，且所述第三开关元件、第四开关元件和所述第六开关元件断开时，所述金属片的主波束方向为所述第一方向；所述第一开关元件、所述第二开关元件和所述第五开关元件断开，且所述第三开关元件、第四开关元件和所述第六开关元件导通时，所述金属片的主波束方向为所述第二方向。

可选地，所述第一缝和所述第二缝呈“十”字交叉；所述第四缝的延长线与所述第五缝重合；所述第四缝和所述第五缝均平行于所述第三缝

可选地，所述第一缝的宽度由所述第一缝和所述第二缝的交叉点向两侧逐渐减小，并且/或者，所述第二缝的宽度由所述第一缝和所述第二缝的交叉点向两侧逐渐减小。

可选地，所述多枝节缝还包括：第六缝和第七缝，所述第六缝与所述第三缝连通，所述第七缝与所述第五缝连通。

可选地，所述第六缝的长度方向垂直于所述第三缝的长度方向，并且/或者，所述第七缝的长度方向垂直于所述第五缝的长度方向。

可选地，所述金属片的至少一端开设有三角切口。

可选地，所述金属片的第一端的中间设有三角切口，所述金属片的第二端的两侧设置三角切角，所述金属片的第一端和所述金属片的第二端相对。

可选地，所述三角切口处设置有金属延长条，所述金属延长条全部位于所述三角切口内或者所述金属延长条的一部分从所述三角切口内伸出。

可选地，所述金属片的第一端和/或第二端设置有金属条，所述金属条展开呈L状。

可选地，所述天线还包括微带线，所述微带线与其中一个所述三角切口相对地设置于所述基体的两侧。

可选地，所述开关元件通过电容元件与所述金属片连接。

可选地，所述金属片折弯成C形或者L形或者U形。

可选地，所述天线还包括双频螺旋带，所述双频螺旋带的主波束方向为第三方向和第四方向，所述第一方向垂直于所述第三方向和所述第四方向，所述第二方向垂直于所述第三方向和所述第四方向。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括本发明实施例的天线。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明一实施例中天线的立体示意图；

图2是本发明一实施例中天线的俯视图；

图3是本发明一实施例中天线的俯视图，其中金属片为展开状态；

图4是本发明一实施例中金属片在展开状态下的一种等效模型示意图；

图5是本发明一实施例中金属片在展开状态下的另一种等效模型示意图；

图6-图9分别是本发明不同实施例中天线的等效模型示意图，其中金属片为展开状态；

图10是本发明一实施例中天线的仰视图；

图11是本发明一实施例中天线的立体示意图；

图12和图13分别是本发明一实施例中手机在不同放置姿态下的天线辐射状态示意图。

附图标记：

10-基体；

20-金属片；21-第一缝；22-第二缝；23-第三缝；24-第四缝；25-第五缝；26-第六缝；27-第七缝；28-三角切口；29-三角切角；281-金属延长条；

30-导线；

41-第一开关元件；42-第二开关元件；43-第三开关元件；44-第四开关元件；45-第五开关元件；46-第六开关元件；

50-微带线；60-双频螺旋带；70-金属条。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参阅图1-图3，本实施例提供一种天线，该天线主要包括：基体10、金属片20和导线30，其中，基体10提供支撑作用，金属片20设置于基体10上，导线30和金属片20连接，用于馈电，起到传输信号的作用。

具体地，金属片20开设有多枝节缝，多枝节缝上设置有至少一个开关元件，至少一个开关元件用于控制多枝节缝的等效模型，以使金属片20的主波束方向至少在第一方向和第二方向之间切换；其中，多枝节缝为开设在金属片20上的多个缝隙的组合，多枝节缝可以根据主波束的方向设置，开关元件设置在多枝节缝上，并能够在预定位置切断所对应的缝隙或者打开所对应的缝隙，通过控制开关元件打开和切断的状态能够改变多枝节缝的等效模型，从而改变金属片20的主波束的方向。在上述实施例中，开关元件所能控制的多枝节缝的等效模型至少有两个，在两个等效模型下，金属片20的主波束方向分别为第一方向和第二方向。

多向辐射能够有效降低辐射损耗，满足电子设备的多样应用需求。由此，将该天线安装到电子设备上后，至少在第一方向和第二方向上具有良好的波束、能够有效应对卫星手机的多种应用需求，提升信号质量，降低通信损耗。

在一些实施例中，开关元件可以采用二极管开关。

在一些实施例中，参阅图1-图3，多枝节缝包括：第一缝21、第二缝22、第三缝23、第四缝24和第五缝25；第一缝21和第二缝22相互交叉；第三缝23连通第一缝21的第一端和第二缝22的第一端，在图3中，第三缝23水平设置，第四缝24连通第二缝22的第二端，第五缝25连通第一缝21的第二端；第一缝21和第二缝22均设置有开关元件。由此，通过控制第一缝21和第二缝22内的开关元件的状态，就可以控制第一缝21和第二缝22的等效模型长度以及与第三缝23、第四缝24和第五缝25的连通状态，从而实现通过控制开关元件打开和切断的状态改变多枝节缝的等效模型的目的。

在一些实施例中，第一缝21和第二缝22的交叉中心可以和金属片20的中心重合，第一缝21和第二缝22可以呈“十”字交叉，即第一缝21的长度方向垂直于第二缝22的长度方向。

在一些实施例中，参阅图1-图3，至少一个开关元件包括：第一开关元件41、第二开关元件42、第三开关元件43和第四开关元件44；第一开关元件41和第二开关元件42设置于第一缝21，并分别位于第一缝21和第二缝22交叉点的两侧；第三开关元件43和第四开关元件44设置于第二缝22，并分别位于第一缝21和第二缝22交叉点的两侧；其中，第一开关元件41和第二开关元件42导通，且第三开关元件43和第四开关元件44断开时，金属片20的主波束方向为第一方向；第一开关元件41和第二开关元件42断开，且第三开关元件43和第四开关元件44导通时，金属片20的主波束方向为第二方向。

其中，第一方向和第二方向的方向相反，从而在这两个方向上的圆极化效果好，且损耗较低。

进一步地，至少一个开关元件还包括：第五开关元件45和第六开关元件46；第五开关元件45和第六开关元件46均设置于第三缝23，第五开关元件45靠近第一开关元件41设置，第六开关元件46靠近第三开关元件43设置；参阅图4，第一开关元件41、第二开关元件42和第五开关元件45导通，且第三开关元件43、第四开关元件44和第六开关元件46断开时，金属片20切换为主波束方向180度(即第一方向)辐射模式，多枝节缝的等效模型如图4所示，为大致的左向“C”字形缝隙，这时金属片20的主波束方向为第一方向。

其中，在图1-图3中，第一开关元件41、第二开关元件42和第五开关元件45均为导通状态，第三开关元件43、第四开关元件44和第六开关元件46均为断开状态。

参阅图5，第一开关元件41、第二开关元件42和第五开关元件45断开，且第三开关元件43、第四开关元件44和第六开关元件46导通时，金属片20切换为主波束方向0度(即第二方向)辐射模式，多枝节缝的等效模型如图5所示，为大致的右向“C”字形缝隙，这时金属片20的主波束方向为第二方向。

在一些实施例中，第一缝21和第二缝22呈“十”字交叉，即第一缝21的长度方向垂直于第二缝22的长度方向；第四缝24的延长线与第五缝25重合；第四缝24和第五缝25均平行于第三缝23。

在其他实施例中，第一缝21的长度方向与第二缝22的长度方向之间的夹角可以大于或等于80°并小于90°。也就是说第一缝21的长度方向与第二缝22的长度方向也可以不垂直。

在一些实施例中，第一缝21的宽度由第一缝21和第二缝22的交叉点向两侧逐渐减小，并且/或者，第二缝22的宽度由第一缝21和第二缝22的交叉点向两侧逐渐减小。由此，可以达到提升金属片20的圆极化效果的作用。

在一些实施例中，多枝节缝还包括：第六缝26和第七缝27，第六缝26与第三缝23连通，第七缝27与第五缝25连通。通过设置第六缝26和第七缝27，可以在金属片20的主波束方向为第二方向时，提升金属片20的圆极化效果。

在一些实施例中，第六缝26的长度方向垂直于第三缝23的长度方向，第七缝27的长度方向垂直于第五缝25的长度方向。

在一些实施例中，参阅图6-图10，金属片20的至少一端开设有三角切口28。通过设置三角切口28，可以增加所在边的等效宽度，从而起到增加谐振点，加大天线带宽的作用。图6中，金属片20的第一端和第二端均设置有三角切口28。

在一些实施例中，参阅图7，金属片20的第一端(即图中的左端)的中间设有三角切口28，金属片20的第二端(即图中的右端)的两侧(即图中的上下两侧)设置三角切角29，金属片20的第一端和金属片20的第二端相对设置。通过设置三角切角29，可以起到调整、移动谐振点的作用。

在一些实施例中，参阅图8，三角切口28处设置有金属延长条281，金属延长条281全部位于三角切口28内或者金属延长条281的一部分从三角切口28内伸出。通过设置金属延长条281可以增加天线的轴比和阻抗带宽。

在一些实施例中，金属片20的第一端和/或第二端设置有金属条70，金属条70展开呈L状。通过设置金属条70能够有效提高天线的圆极化辐射性能。

在一些实施例中，天线还包括微带线50，微带线50与其中一个三角切口28相对地设置于基体10的两侧。通过设置微带线50，能够给天线增加额外的谐振点，从而拓宽天线的带宽。

在一些实施例中，开关元件通过电容元件与金属片20连接。通过设置电容元件，可进行直流控制电路的隔直处理，从而保证天线信号的稳定性。

在一些实施例中，金属片20折弯成C形或者L形或者U形。所依附的基体10也可以设置为C形或者L形或者U形结构，从而与金属片20相适配。通过将金属片20折弯，能够缩小金属片20的横向尺寸，从而更符合手机的天线尺寸和内部结构要求，能够便捷地嵌入手机内部，从而在小型化的同时仍具有较好的辐射性能。

在一些实施例中，参阅图11，天线还包括双频螺旋带60，双频螺旋带60的主波束方向为第三方向和第四方向，第一方向垂直于第三方向和第四方向，第二方向垂直于第三方向和第四方向。双频螺旋带60可设置于基体10上从而和金属片20共同工作。

将金属片20与具有主波束方向切换功能的双频螺旋带60结合，能够实现全向辐射功能，本天线的尺寸及材质符合与四臂螺旋天线的一体化设计要求。通过主控电路板，进行三种激励方式和两种组合开关的切换，实现四种主波束方向的切换，如图11所示，四种波束方向1、2、3、4分别为Z轴方向的0度、180度以及X轴方向的0度、180度，最终达到全向辐射覆盖，满足手机等电子设备的多种应用方式需求如图12、图13所示.例如：竖立接打电话、横置视频娱乐、横向消息接收等。根据手机实时方向状态及时切换天线主波束方向，降低辐射损耗，提升辐射增益，灵活增强通信性能。

本实施方式进一步提供一种电子设备，包括上述任一实施例的天线，从而使得该电子设备在各种姿态下均具有较强的信号，且通信损耗低。该电子设备可以是手机、平板电脑等通讯设备。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种天线，其特征在于，包括：

基体(10)；

金属片(20)，所述金属片(20)设置于所述基体(10)，所述金属片(20)开设有多枝节缝，所述多枝节缝上设置有至少一个开关元件，所述至少一个开关元件用于控制所述多枝节缝的等效模型，以使所述金属片(20)的主波束方向至少在第一方向和第二方向之间切换；和

导线(30)，所述导线(30)与所述金属片(20)连接，用于馈电。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多枝节缝包括：第一缝(21)、第二缝(22)、第三缝(23)、第四缝(24)和第五缝(25)；

所述第一缝(21)和所述第二缝(22)相互交叉；

所述第三缝(23)连通所述第一缝(21)的第一端和所述第二缝(22)的第一端；

所述第四缝(24)连通所述第二缝(22)的第二端；

所述第五缝(25)连通所述第一缝(21)的第二端；

所述第一缝(21)和所述第二缝(22)均设置有所述开关元件。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述至少一个开关元件包括：第一开关元件(41)、第二开关元件(42)、第三开关元件(43)和第四开关元件(44)；

所述第一开关元件(41)和所述第二开关元件(42)设置于所述第一缝(21)，并分别位于所述第一缝(21)和所述第二缝(22)交叉点的两侧；

所述第三开关元件(43)和所述第四开关元件(44)设置于所述第二缝(22)，并分别位于所述第一缝(21)和所述第二缝(22)交叉点的两侧；

所述第一开关元件(41)和所述第二开关元件(42)导通，且所述第三开关元件(43)和第四开关元件(44)断开时，所述金属片(20)的主波束方向为所述第一方向；所述第一开关元件(41)和所述第二开关元件(42)断开，且所述第三开关元件(43)和第四开关元件(44)导通时，所述金属片(20)的主波束方向为所述第二方向。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相反。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述至少一个开关元件还包括：第五开关元件(45)和第六开关元件(46)；

所述第五开关元件(45)和所述第六开关元件(46)均设置于所述第三缝(23)，所述第五开关元件(45)靠近所述第一开关元件(41)设置，所述第六开关元件(46)靠近所述第三开关元件(43)设置；

所述第一开关元件(41)、所述第二开关元件(42)和所述第五开关元件(45)导通，且所述第三开关元件(43)、第四开关元件(44)和所述第六开关元件(46)断开时，所述金属片(20)的主波束方向为所述第一方向；所述第一开关元件(41)、所述第二开关元件(42)和所述第五开关元件(45)断开，且所述第三开关元件(43)、第四开关元件(44)和所述第六开关元件(46)导通时，所述金属片(20)的主波束方向为所述第二方向。

6.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一缝(21)和所述第二缝(22)呈“十”字交叉；所述第四缝(24)的延长线与所述第五缝(25)重合；所述第四缝(24)和所述第五缝(25)均平行于所述第三缝(23) 。

7.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一缝(21)的宽度由所述第一缝(21)和所述第二缝(22)的交叉点向两侧逐渐减小，并且/或者，所述第二缝(22)的宽度由所述第一缝(21)和所述第二缝(22)的交叉点向两侧逐渐减小。

8.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述多枝节缝还包括：第六缝(26)和第七缝(27)，所述第六缝(26)与所述第三缝(23)连通，所述第七缝(27)与所述第五缝(25)连通。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第六缝(26)的长度方向垂直于所述第三缝(23)的长度方向，并且/或者，所述第七缝(27)的长度方向垂直于所述第五缝(25)的长度方向。

10.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述金属片(20)的至少一端开设有三角切口(28)。

11.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述金属片(20)的第一端的中间设有三角切口(28)，所述金属片(20)的第二端的两侧设置三角切角(29)，所述金属片(20)的第一端和所述金属片(20)的第二端相对。

12.根据权利要求10或11所述的天线，其特征在于，所述三角切口(28)处设置有金属延长条(281)，所述金属延长条(281)全部位于所述三角切口(28)内或者所述金属延长条(281)的一部分从所述三角切口(28)内伸出。

13.根据权利要求10或11所述的天线，其特征在于，所述金属片(20)的第一端和/或第二端设置有金属条(70)，所述金属条(70)展开呈L状。

14.根据权利要求10或11所述的天线，其特征在于，所述天线还包括微带线(50)，所述微带线(50)与其中一个所述三角切口(28)相对地设置于所述基体(10)的两侧。

15.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述开关元件通过电容元件与所述金属片(20)连接。

16.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属片(20)折弯成C形或者L形或者U形。

17.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括双频螺旋带(60)，所述双频螺旋带(60)的主波束方向为第三方向和第四方向，所述第一方向垂直于所述第三方向和所述第四方向，所述第二方向垂直于所述第三方向和所述第四方向。

18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-17任一项所述的天线。

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