CN115241646A - 一种天线和通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种天线和通信设备，涉及通信技术领域。本申请提供的天线包括第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和第四辐射体。其中，第一辐射体和第二辐射体通过第三辐射体连接，第二辐射体和第四辐射体连接。第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和第四辐射体围成腔体。第一辐射体与第四辐射体之间形成开放的第一缝隙，第四辐射体设置有第二缝隙，第二缝隙的延伸方向与第一缝隙的延伸方向相同。第二缝隙设置有馈电结构，馈电结构的一端固定于第二缝隙的第一缝隙壁，另一端固定于第二缝隙的第二缝隙壁；第一缝隙壁到第二缝隙壁的方向与第一辐射体到第二辐射体的方向相同。本申请提供的天线可以使性能得到有效优化，有利于提升通信设备的通信性能。

Description

一种天线和通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线和通信设备。

背景技术

wifi设备已经成为日常生活中的不可或缺的设备。目前，智慧大屏和智能电视等大屏设 备可以承接4K和8K等高清业务。随着第五代移动通信技术(5th generationmobile networks， 5G)等新一代通信技术的发展，大屏设备的新应用的增加，催生出对天线的新频段以及高吞 吐率的需求。

现有的天线方案虽可以满足一定频段的覆盖要求，但是其工作频段的方向性系数较高， 从而导致天线的性能较差。基于此，如何降低天线的工作频段的方向性系数，以实现天线的 性能优化，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种天线和通信设备，以实现天线的性能优化，提升通信设备的通信性能。

第一方面，本申请提供了一种天线，该天线包括第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体 和第四辐射体。其中，第一辐射体和第二辐射体通过第三辐射体连接，第二辐射体和第四辐 射体连接。第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和第四辐射体围成腔体。第一辐射体与第 四辐射体之间形成开放的第一缝隙，这样可使天线的最大辐射防线为由第三辐射体到第四辐 射体，并可在开放的第一缝隙处形成TE10模式，从而有利于增加天线的带宽。另外，在第 四辐射体设置有第二缝隙，该第二缝隙的延伸方向与第一缝隙的延伸方向相同。第二缝隙中 设置有馈电结构，馈电结构的一端固定于第二缝隙的第一缝隙壁，另一端固定于第二缝隙的 第二缝隙壁。第一缝隙壁到第二缝隙壁的方向，与第一辐射体到第二辐射体的方向相同。采 用本申请提供的天线，在将馈电线与馈电结构进行连接时，可在天线的腔体外侧进行连接操 作，其可有效的提高操作便利性。

在本申请一个可能的实现方式中，天线还包括馈电线，该馈电线例如可为同轴馈线。其 中，同轴馈线的信号导体可与馈电结构的固定于第一缝隙壁的一端连接，同轴馈线的接地导 体可与第四辐射体连接。该同轴馈线与馈电结构以及第四辐射体的连接方式可以但不限于为 焊接，该连接操作可在天线的腔体外侧进行，可提高操作的便利性，也有利于提高连接的可 靠性。

在本申请一个可能的实现方式中，天线还包括第一端部开口和第二端部开口。其中，第 一端部开口和第二端部开口均由第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和第四辐射体围成， 且第一端部开口和第二端部开口朝向相反的方向设置。通过设置第一端部开口可以补充第一 辐射体和第二辐射体上流动的电流，从而起到补充在垂直于第一辐射体和第二辐射体方向上 的两个端部的方向图能量，以使3D仿真远场方向图更圆，达到降低方向性系数的目的。

另外，第二缝隙的一端还可以具有第一缺口，该第一缺口位于第四辐射体的用于围成第 一端部开口的边缘，从而使第二缝隙形成一端开路的结构。

第四辐射体还设置有第三缝隙和第四缝隙，第三缝隙在第二缝隙上的投影覆盖第二缝隙 的朝向第一端部开口的端部；第四缝隙在第二缝隙上的投影覆盖第二缝隙的朝向第二端部开 口的端部。

在本申请一个可能的实现方式中，第三缝隙和第四缝隙可均位于第二缝隙背离第一缝隙 的一侧。另外，第三缝隙的一端具有第二缺口，第二缺口位于第四辐射体的围成第一端部开 口的边缘；或第二缺口位于第四辐射体的形成第一缝隙的边缘。

第四缝隙的一端也可以具有第三缺口，第三缺口位于第四辐射体的围成第二端部开口的 边缘；或第三缺口位于第四辐射体的形成第一缝隙的边缘。

由上述可知，在本申请中，天线通过腔体和第一缝隙可产生TE10模式，在该模式下， 天线可产生第一谐振频率，该第一谐振频率大致为2.4GHz。天线通过第一辐射体和第三辐射 体可在第四辐射体附近产生寄生模式，在该模式下，天线可产生第二谐振频率，该第二谐振 频率大致为4.4GHz。天线通过第二缝隙可产生缝隙基模，在该模式下，天线可产生第三谐振 频率，该第三谐振频率大致为5.1GHz。天线通过第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙产生第二缝 隙的高次模，在该模式下，天线可产生第四谐振频率，该第四谐振频率大致为6.5GHz。另外， 天线还可通过第二缝隙、第三缝隙和第四缝隙在第三缝隙处产生寄生基模，在该模式下，天 线可产生第五谐振频率，该第五谐振频率大致为6.9GHz。

本申请提供的天线不仅可以覆盖目前常用的wifi 2.4G频段、wifi 5G频段和wifi6G频段。 还可以应用于NR频段，示例性的，可以覆盖N40频段、N41频段、N78频段和N79频段。

第二方面，本申请还提供了一种通信设备，包括反射板和上述第一方面的天线。在具体 应用时，通信设备可以但不限于为智慧大屏、智能电视、客户终端设备(customerpremise equipment，CPE)、路由器、中继器、手机、平板电脑、笔记本电脑或音响，车载通信设备或 可穿戴设备等。其中，天线设置于在反射板上。在本申请中，不对通信设备的具体类型，以 及天线在通信设备的反射板中的安装位置和安装方式在本申请中不进行限定。

在本申请提供的通信设备中，由于其天线为四面围成的三维立体结构，其在反射板上的 电流分布较为集中。因此，该天线受环境影响较小，易于实现在反射板上的布局，其可有利 于扩大天线的适用场景范围，提高天线的性能，从而使通信设备的通信性能得到有效提高。

附图说明

图1为一种传统的天线的结构示意图；

图2为图1中的天线工作在5.3GHz频段的3D方向图；

图3为本申请一种实施例提供的天线的结构示意图；

图4为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图5为本申请一种实施例提供的天线的驻波图；

图6为本申请一种实施例提供的天线的效率图；

图7a至图7e为本申请一种实施例提供的天线的电场/电流仿真图；

图8a至图8e为本申请一种实施例提供的天线的3D仿真远场方向图；

图9a为本申请提供一种平面天线的结构示意图；

图9b为图9a中所示天线工作在5.4GHz频段的3D仿真远场方向图；

图9c为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图9d为图9c中所示天线工作在5.4GHz频段的3D仿真远场方向图；

图9e为图9c中所示天线工作在5.4GHz频段的电场仿真图；

图10a为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图10b为图10a中所示天线工作在6.5GHz频段的3D仿真远场方向图；

图10c为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图10d为图10c中所示天线工作在6.5GHz频段的3D仿真远场方向图；

图11a为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图11b为图11a中所示天线工作在6.9GHz频段的3D仿真远场方向图；

图11c为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图11d为图11c中所示天线工作在6.9GHz频段的3D仿真远场方向图；

图12为本申请一种实施例提供的通信设备的结构示意图；

图13a至图13e为本申请一种实施例提供的通信设备的3D仿真远场方向图；

图14为一种采用传统天线的通信设备的结构示意图；

图15为图14中通信设备的3D仿真远场方向图；

图16为图14中通信设备的电流仿真图；

图17为本申请一种实施例提供的通信设备的电流仿真图；

图18为图14中通信设备的电流仿真图；

图19为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图20为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图21为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图；

图22为本申请另一种实施例提供的天线的结构示意图。

附图标记：

01-加载壁；

1-天线；101-第一辐射体；102-第二辐射体；103-第三辐射体；104-第四辐射体；1041-第一缝隙；1042-第二缝隙；10421-馈电结构；1043-第三缝隙；1044-第四缝隙； 1045-短路点；105-腔体；2-馈电线；201-内导体；202-外导体；203-绝缘层；3-反射板； 4-底座支架。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地 详细描述。

为了方便理解本申请实施例提供的天线，下面首先介绍一下其应用场景。

本申请实施例提供的天线可以应用在通信设备中，用于接收或发送无线信号，以实现通 信设备的无线通信功能。该通信设备示例性的可以为智慧大屏、智能电视、客户终端设备 (customer premise equipment，CPE)、路由器、中继器、手机、平板电脑、笔记本电脑或音 响，车载通信设备或可穿戴设备等。

在无线通信设备中，主要依靠天线来实现无线信号的发射和接收。天线的主要性能指标 包括带宽、增益、极化方向等。其中，带宽越宽表示天线可以支持更高的信道容量。增益越 高表示天线可以支持更远的通信距离。极化方向表示天线辐射时形成的电场强度方向，通常 以地面作为参考面。其中，当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波。当电 场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。由于电波的特性，决定了水平极化传 播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受到大地阻抗影响产生热能 而使电场信号迅速衰减。垂直极化方式则不易在大地表面产生极化电流，从而可避免能量的 大幅衰减，保证信号的有效传播。

但是，目前的天线受天线的接地板或反射板的影响较大，尤其在带有天线的大屏的通信 设备中，其天线连接的反射板较大，这就会使能量集中在该通信设备的屏幕后面，从而导致 天线的3D方向性系数较高。如图1所示，图1展示了一种传统的五面腔体加载直馈天线。 在该实施例中，通过一面加载壁01产生腔体模式以及腔体倍频模式。其中，在腔体模式下， 天线可产生谐振频率大致为2.4GHz的谐振点；在腔体倍频模式下，天线可产生谐振频率大致 为5.3GHz的谐振点。则该天线可以覆盖wifi2.4G和wifi5G频段，但是，该天线的驻波图显 示wifi5G频段的带宽较窄。

参照图2，图2为图1中的天线工作在5.3GHz频段的3D仿真远场方向图。由该方向图可以看出，天线工作在5.3GHz频段的方向性系数为5.7dbi。方向性系数高会导致增益较高，而功率谱密度有限值要求，增益越高，法规要求无线发射功率要降低，其会影响信号的连接， 从而导致该天线的通信性能的下降。

基于此，本申请实施例提供了一种方向性系数得到有效降低的天线，以改善应用有该天 线的通信设备的通信性能。

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例对本申 请作进一步地详细描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请 的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一 种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明 确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指 一个、两个或两个以上。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种 关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其 中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个 实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处 出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实 施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除 非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但 不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

如图3所示，图3展示了本申请一个可能的实施例的天线的结构。在该实施例中，天线 可以设置为三维立体结构，该天线可以包括第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体 103和第四辐射体104。其中，第一辐射体101和第二辐射体102相对设置，第三辐射体103和第四辐射体104相对设置，且第三辐射体103用于将第一辐射体101和第二辐射体102连接，第四辐射体104与第二辐射体102连接，以围成天线的腔体105，该天线可为一个三维 的四面体结构，其包括两个由第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体103和第四辐射 体104围成的端部开口，该两个端部开口可分别记为第一端部开口和第二端部开口，第一端部开口的朝向可用图3中的A的指向表示，第二端部开口的朝向可用图3中的B的指向表示。由图3可以看出，第一端部开口与第二端部开口朝向相反的方向设置。

另外，值得一提的是，在本申请中，第一辐射体101与第四辐射体104未连接，以在第 一辐射体101与第四辐射体104之间形成开放的第一缝隙1041。这样可使天线的最大辐射方 向为由第三辐射体103朝向第四辐射体104的方向(图3中C的指向)，并且天线所形成的 电场在第一缝隙1041处转换成类似波导的TE10模式，其有利于增加天线的带宽。

可继续参照图3，在本申请实施例中，第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体103 和第四辐射体104均可以为金属薄壁结构。在一种可能的实施例中，天线可为一体成型结构， 具体实施时，可将金属板(如铜板或铝板等)进行弯折，以形成如图3所示的腔体结构的天 线。其中，第一辐射体101与第二辐射体102之间，以及第三辐射体103与第四辐射体104 之间可以相互平行，也可呈一定的夹角，在本申请中不对该角度进行具体的限定。

在图3所示的实施例中，第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体103和第四辐射 体104均可为矩形的薄壁结构。在本申请另外一些实施例中，第一辐射体101、第二辐射体 102、第三辐射体103和第四辐射体104也可以设置为其它可能的形状，只要能够连接形成腔 体105即可。另外，第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体103和第四辐射体104的 形状可以完全相同、部分相同，或者完全不同。

值得一提的是，在本申请中，不对第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐射体103和 第四辐射体104的具体尺寸进行限定，其可根据具体的应用场景进行合理设计。

本申请的天线除了可以采用上述的弯折的方式形成之外，还可以使第一辐射体101、第 二辐射体102、第三辐射体103和第四辐射体104分别形成独立的结构，然后通过焊接等工 艺将其进行组装以形成具有腔体结构的天线。在另外一些实施例中，还可以在介质基板的四 个表面上分别设置金属层，该四个金属层分别作为第一辐射体101、第二辐射体102、第三辐 射体103和第四辐射体104，其中，金属层的设置方式可以但不限于为电镀或者涂覆等，在 本申请中不对金属层的具体材质以及制备工艺进行限制。

继续参照图3，在第四辐射体104上还可开设有第二缝隙1042，其中，第二缝隙1042的 延伸方向可以与第一缝隙1041的延伸方向相同。应当理解的是，第二缝隙1042的延伸方向 与第一缝隙1041的延伸方向相同，并不仅仅表示第二缝隙1042与第一缝隙1041平行设置， 也可使二者之间存在一定的夹角，只要使二者的延伸趋势大致相同即可。另外，第二缝隙1042 的延伸长度可根据其产生的谐振频率的波长进行调整，示例性的，第二缝隙1042的延伸长度 可根据5GHz的谐振频率进行调整。

可继续参照图3，该第二缝隙1042的一端可以设置有缺口，以使第二缝隙1042形成为 一端开路的结构，其中，第二缝隙1042的缺口可位于第四辐射体104的用于围成第一端部开 口的边缘。在第二缝隙1042中设置有馈电结构10421，第四辐射体104可通过馈电结构10421 接收或者发射电磁波。该馈电结构10421的一端与第二缝隙1042的第一缝隙壁连接，另一端 与第二缝隙1042的第二缝隙壁连接。在本申请实施例中，可使由第一缝隙壁到第二缝隙壁的 方向，与第一辐射体101到第二辐射体102的方向相同。由图3可以看出，第一缝隙壁和第 二缝隙壁可相对设置，以在第二缝隙1042内形成缝隙直馈的馈电端口。

另外，如图3所示，在本申请该实施例中，由于馈电结构10421设置于第四辐射体104 的第二缝隙1042中，这样，馈电线在与该馈电结构10421进行连接时，可在天线的腔体105 外侧进行焊接等操作，其操作便利性得到了有效的提高。

参照图4，图4展示了馈电线2与馈电结构10421连接的结构示意图。其中，馈电线2可以但不限于为同轴馈线，该同轴馈线包括同轴设置的内导体201与外导体202，通常在内导体201和外导体202之间可以设置绝缘层203，以避免内导体201与外导体202的短路。 其中，内导体201可作为馈电线2的信号导体，外导体202可作为馈电线2的接地导体。同 轴馈线在与馈电结构10421进行连接时，可使同轴馈线的内导体201与馈电结构10421的固 定于第一缝隙壁的一端连接，外导体202与第四辐射体104的表面连接，其连接方式可以但 不限于为焊接。从而实现馈电线2与馈电结构10421之间的电连接，以使天线通过馈电线2 与馈电电路连接。

继续参照图3和图4，在第二缝隙1042的背离第一缝隙1041的一侧还可以设置有第三 缝隙1043，该第三缝隙1043可位于馈电结构10421附近，另外，第三缝隙1043可覆盖第二缝隙1042的朝向第一端部开口的端部。第三缝隙1043的一端可设置有缺口，以使第三缝隙为一端开路的结构，且第三缝隙1043的缺口也可位于第四辐射体104的用于围成第一端部开 口的边缘。另外，第三缝隙1043的延伸长度L1示例性的可为λ/4，其中，λ为由第三缝隙1043 产生的谐振频率的波长。

第四辐射体104还可以设置有第四缝隙1044，该第四缝隙1044也可设置于第二缝隙1042 的背离第一缝隙1041的一侧，该第四缝隙1044在第二缝隙1042上的投影覆盖第二缝隙1042 的朝向第二端部开口的端部。第四缝隙1044的一端也可以设置有缺口，以使第四缝隙1044 为一端开路的结构。在图4所示的实施例中，第四缝隙1044的缺口可以位于第四辐射体104 的用于围成第二端部开口的边缘。另外，第四缝隙1044的延伸长度L2示例性的可为λ/4，其 中，λ为由第四缝隙1044产生的谐振频率的波长。

在本申请一些实施例中，第三缝隙1043和第四缝隙1044的延伸长度可以相同。在另外 一些实施例中，第三缝隙1043和第四缝隙1044的延伸长度也可以不同，其具体可根据天线 所覆盖的频段进行调整。

在图3或图4所示的实施例中，可使第三缝隙1043与第二缝隙1042的距离，和第四缝 隙1044与第二缝隙1042的距离相同。在本申请另外一些实施例中，还可以使第三缝隙1043 与第二缝隙1042的距离，和第四缝隙1044与第二缝隙1042的距离不同，其具体可根据S11 阻抗进行调整。

在上述实施例中，第三缝隙1043与第四缝隙1044位于第二缝隙1042的背离第一缝隙 1041的一侧。在另外一些实施例中，第三缝隙1043与第四缝隙1044还可以位于第二缝隙1042 与第一缝隙1041之间，或者第三缝隙1043与第四缝隙1044位于第二缝隙1042的两侧。

在对本申请的天线的结构进行了了解之后，接下来对天线的性能进行介绍。

首先，参照图5，图5展示了图4所示结构的天线的驻波图。在该实施例中，天线可产生5个谐振点，其分别对应2.4GHz，4.1GHz，5.4GHz，6.5GHz，6.9GHz。则由此可知，采 用本申请提供的天线可以实现2.3～2.7GHz频段和4～7GHz频段内的连续覆盖，从而可以扩宽 天线的工作频段，满足天线的超宽带要求。

另外，本申请提供的天线不仅可以覆盖目前常用的wifi 2.4G频段、wifi 5G频段和wifi 6G 频段。还可以应用于NR频段，示例性的，可以覆盖N40频段、N41频段、N78频段和N79 频段。

其次，参照图6，图6为本申请提供的天线的效率图。其中，图6中的虚线表示天线的辐射效率曲线，其用于表示天线的最大辐射能力。但是，天线在工作的过程中，其辐射的能量会有所损耗，从而导致天线的实际辐射效率有所降低。在本申请中，可以将天线的实际辐射效率称为天线的系统效率，图6中的实线表示的是天线的系统效率曲线。由图6可以看出，在任何工作频段，天线的系统效率均在-1.5dB以上，其满足天线的设计要求。

为了将天线产生的谐振点与天线的结构相对应，以理解天线的工作原理，可对天线进行 电场/电流的仿真。参照图7a，图7a展示了天线1的位于第一缝隙1041处的电场仿真图，在 图7a中用箭头表示电场的方向。则由图7a可以看出，此时电场的方向为同向，且沿着第一 缝隙1041的短边(第一缝隙1041的由第一辐射体101到第四辐射体104，或者由第四辐射 体104到第一辐射体101的边)，从而在第一缝隙1041处形成腔体TE10模式，在该模式下，天线1可产生谐振频率大致为2.45GHz的谐振点。

参照图7b，图7b展示了天线的第一辐射体101、第三辐射体103和第四辐射体104处的 电流仿真图，在图7b中用箭头表示电流的流向。则由图7b可以看出，此时第一辐射体101的平面和第三辐射体103的平面的连接结构在第四辐射体104附近形成的L型寄生模式，在该模式下，天线1可产生谐振频率大致为4.4GHz的谐振点。

参照图7c，图7c展示了天线1的位于第二缝隙1042处的电场仿真图，在图7c中用箭头 表示电场的方向。则由图7c可以看出，此时电场在第二缝隙1042处为同向，从而在第二缝 隙1042处形成缝隙基模，在该模式下，天线1可产生谐振频率大致为5.1GHz的谐振点。

参照图7d，图7d展示了天线1的位于第二缝隙1042、第三缝隙1043和第四缝隙1044处的电场仿真图，在图7d中用箭头表示电场的方向。则由图7d可以看出，此时电场在第二缝隙1042处为同向，在第三缝隙1043和第四缝隙1044处产生的电场与第二缝隙1042处的电场反向，从而形成第二缝隙1042的高次模，在该模式下，天线1可产生谐振频率大致为6.5GHz的谐振点。

参照图7e，图7e展示了天线1的位于第二缝隙1042、第三缝隙1043和第四缝隙1044处的电场仿真图，在图7e中用箭头表示电场的方向。则由图7e可以看出，此时在第二缝隙1042处存在反向电场，天线1的辐射主要集中在第三缝隙1043处，从而在第三缝隙1043处产生寄生基模，在该模式下，天线1可产生谐振频率大致为6.9GHz的谐振点。

由上述实施例的介绍我们知道，天线1的方向性系数与天线1的通信性能之间存在必然 的联系。接下来可结合附图对本申请提供的天线1工作在不同频段时的方向性系数进行讨论。

参照图8a，图8a展示了天线工作在2.45GHz频段时的3D仿真远场方向图。由图8a可以看出，该由腔体TE10模式产生的2.45GHz频段的方向性系数为2.5dbi。

参照图8b，图8b展示了天线工作在4.4GHz频段时的3D仿真远场方向图。由图8b可以 看出，该由第一辐射体的平面和第三辐射体的平面的连接结构在第四辐射体附近形成的L型 寄生模式产生的4.4GHz频段的方向性系数为3.4dbi。

参照图8c，图8c展示了天线工作在5.1GHz频段时的3D仿真远场方向图。由图8c可以 看出，该由缝隙基模产生的5.1GHz频段的方向性系数为3.0dbi。

参照图8d，图8d展示了天线工作在6.5GHz频段时的3D仿真远场方向图。由图8d可以 看出，该由缝隙高次模产生的6.5GHz频段的方向性系数为3.8dbi。

参照图8e，图8e展示了天线工作在6.9GHz频段时的3D仿真远场方向图。由图8e可以 看出，该由缝隙寄生模产生的6.9GHz频段的方向性系数为3.5dbi。

通过对天线的各工作频段的3D仿真远场方向图的分析可以得到：采用本申请提供的天 线，其全频段的方向性系数值均较低。其中，与传统的天线(例如图1所示的天线)相比， 5GHz～7GHz频段的天线的方向性系数可以降低2dB以上。

采用本申请提供的天线，其工作频段的方向性系数的优化，与其具体结构的设置存在一 定的关联性。接下来以本申请上述实施例提供的天线的一些常用频段为例，对该天线的优化 过程进行介绍。首先是对5.4GHz频段的方向性系数的优化分析，参照图9a，图9a展示了只 设置有一维平面的天线，在该一维平面内设置有末端开路的缝隙，在该缝隙内设置有馈电结 构10421，该缝隙以及馈电结构10421均可参照本申请提供的天线的第二缝隙1042，以及设 置于第二缝隙1042内的馈电结构10421进行设计。

图9b展示了图9a中所示天线工作在5.4GHz频段的3D仿真远场方向图。该天线的3D方向图为D模Slot模式，其方向性系数为3.9dBi。

另外，参照图9c，图9c展示了本申请一种实施例提供的天线。该天线为三维立体结构。 另外，该天线与图3或图4中所示实施例的天线的不同之处在于省略了第三缝隙1043和第四 缝隙1044。可参照图9d，图9d展示了图9c中所示天线工作在5.4GHz频段的3D仿真远场方向图。通过对图9d和图9b进行对比可以看出，采用本申请提供的具有三维立体结构的天线，天线工作在5.4GHz频段的方向性系数可以降低1dB。这是因为三维立体结构的天线，其侧边具有如图9e所示的呈C型结构的第一端部开口，该第一端部开口可以补充第一辐射体101上，以及第二辐射体102上流动的电流，从而达到补充图9b中所示的3D仿真远场方向 图在垂直于第一辐射体101和第二辐射体102方向上的两个端部的方向图能量，从而使3D 仿真远场方向图更圆，以达到降低方向性系数的目的。

接下来对6.5GHz频段的方向性系数的优化进行分析。如图10a所示，图10a展示了本申 请一种实施例的天线的结构示意图。其中，该天线为三维立体结构，其与图3或图4中所示 的实施例的天线相比，不同之处在于省略了第四缝隙1044。另外，继续参照图10a，图10a 中的箭头所示方向表示天线工作在6.5GHz频段的电场方向。在该实施例中，由于6.5GHz的 谐振点依赖第二缝隙1042的高次模产生，其天线辐射产生的电流的能量在第二缝隙1042的 靠近第二端部开口的一端较弱。参照图10b，图10b展示了图10a中所示天线工作在6.5GHz 频段的3D仿真远场方向图，该实施例中的天线的方向性系数为4.7dbi。

参照图10c，图10c展示了本申请一种实施例提供的天线。在该实施例中，天线的结构与 图3或图4中所示的实施例的天线的结构相同。其中，第三缝隙1043在其延伸方向上的长度 L1为9mm，第四缝隙1044在其延伸方向上的长度L2为10mm。继续参照图10c，图10c中的箭头所示的方向表示天线工作在6.5GHz频段的电场方向，由于该天线与图10a中的天线相 比增加了第四缝隙1044，则增加了电流的路径，且纵向电流(在本申请中，将第一辐射体101 到第二辐射体102的方向称为纵向)增加的较多，故其可以补充图10b所示方向图在第二缝 隙1042的两个端部的能量覆盖，以使得3D仿真远场方向图较为均衡，从而得到如图10d所 示的方向图。图10d展示了图10c中所示天线工作在6.5GHz频段的方向图，该实施例中的天 线的方向性系数为3.7dbi，与图10a所示的天线的方向性系数相比减小1db。

如图11a所示，图11a展示了本申请一种实施例的天线的结构示意图。其中，该天线为 三维立体结构，其与图3或图4中所示的实施例的天线相比，不同之处在于省略了第四缝隙 1044。另外，图11a中的箭头所示的方向表示天线工作在6.9GHz频段的电场方向。在该实施 例中，由于6.9GHz的谐振点依赖第二缝隙1042的基模产生，其天线辐射产生的电流的能量 在第二缝隙1042的靠近第二端部开口的端部较弱。参照图11b，图11b展示了图11a中所示 天线工作在6.9GHz频段的3D仿真远场方向图，该实施例中的天线的方向性系数为4.4dbi。

参照图11c，图11c展示了本申请一种实施例提供的天线。在该实施例中，天线的结构与 图3或图4中所示的实施例的天线的结构相同。图11c中的箭头所示的方向表示天线工作在 6.9GHz频段的电场方向，由于该天线与图11a中的天线相比增加了第四缝隙1044，则增加了 电流的路径，且纵向电流增加的较多，故其可以补充图11b所示方向图在第二缝隙1042的两 个端部的能量的覆盖，以使得3D仿真远场方向图较为均衡，从而得到如图11d所示的3D仿 真远场方向图。图11d展示了图11c中所示天线工作在6.9GHz频段的方向图，该实施例中的 天线的方向性系数为3.5dbi，与图11a所示的天线的方向性系数相比减小1db。

在对本申请的天线的结构，以及其方向性系数的优化过程进行了了解之后。接下来，对 采用该天线的通信设备的通信性能进行分析。参照图12，图12展示了本申请一个可能的实 施例提供的通信设备的结构示意图。该通信设备可以但不限于为智慧大屏、智能电视、手机、 平板电脑、笔记本电脑、车载设备、可穿戴设备等。

继续参照图12，该通信设备可以包括反射板3和上述任一实施例提供的天线1。其中， 天线1设置于反射板3上，示例性的，天线1可设置于反射板3的一个端部，这样可避免天线的设置对通信设备中的其它结构的布局造成干涉。

参照图13a至图13e，图13a至图13e分别为通信设备工作在2.45GHz、4.1GHz、5.4GHz、 6.5GHz和6.9GHz频段时的方向图。其中，2.45GHz的方向性系数为4.5dbi，4GHz～7GHz频 段的方向性系数基本在7dBi左右。

参照图14，图14为一种设置有传统的平面倒F天线(planar inverted-Fantennas，PIFA) 的通信设备。该实施例的平面倒F天线在反射板3上的3D仿真远场方向图如图15所示。其 中，可以用偶极子(dipole)天线原理进行解释：不等长(非对称)偶极子方向图受长臂(反 射板3)牵引控制，反射板3的尺寸越大，3D仿真远场方向图偏向反射板的一侧，反射板的 模式阶数越高，导致3D仿真远场方向图出现更多的零点，方向性就越高，在当前通信设备 的整机架构下，天线最大方向性系数为7.2dBi(2.45GHz)。另外，可参照图16，图16展示 了该实施例的通信设备的反射板3上的电流图，反射板上存在成对的反向电流。

通过对比可以知道，采用本申请提供的天线的通信设备，其工作在2.45GHz频段的方向 性系数可降低2.7db左右。另外，4GHz～7GHz频段的方向性系数也有2db的优势。

可继续参照图12，本申请提供的通信设备的反射板3的一个端部还可以设置有底座支架 4，该底座支架4可用于对通信设备起到支撑的作用。底座支架4的数量可以为一个或者至少 两个，图12所示的实施例中，反射板3上设置有两个底座支架4，以实现对通信设备整体的 稳定支撑。

另外，在图12所示的实施例中，天线1与该底座支架4可设置于反射板3的同一个端部。 在本申请一个具体的实施例中，反射板3的面积可为1200mm×600mm。表1展示了天线1设 置于反射板3的端部的不同位置时，通信设备在2.45GHz和5.4GHz频段工作时的方向性系 数。可以理解的是，在本申请中，用天线1与其中一个底座支架4之间的间距d的变化表示天线1在反射板3上的位置的变化。

表1

距离d(mm)	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
													2.45GHz(dbi)	5	5.1	5	4.8	4.7	4.6	4.5	4.5	4.6	4.7	4.8	4.9
距离d(mm)	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
													5.4GHz(dbi)	7.1	7.2	7.1	7.1	6.9	6.9	6.9	7	7	7	7.1	7.1

由表1可以看出，随着天线1在反射板3上的设置位置的改变，通信设备在2.45GHz频 段工作时，其方向性系数保持在5dbi左右。通信设备在5.4GHz频段工作时，其方向性系数 保持在7dbi左右。因此，在2.45GHz和5.4GHz频段，通信设备的方向性系数基本不随天线的设置位置的改变而改变，而是保持在一个相对稳定的值。因此，在将本申请提供的天线设置于通信设备时，可根据通信设备内的设置空间对天线进行布局。这样，可有利于扩大天线的适用场景范围，提高天线的通用性。

参照图17，图17为应用有本申请提供的天线的通信设备的电流仿真图。另外，参照图 18，图18为图14所示的通信设备的电流仿真图。在图17和图18中，条纹区域的颜色越深表示该区域的电流强度越大。通过对比可以看出，在相同的电场激励的情况下，由于本申请提供的天线为四面围成的三维立体结构，其电流分布更为集中，可参照图17中虚线框中的部 分，电流在天线附近并未延伸到更远处。

而对于传统天线来说，因为其结构更为开放，故电流分布较为扩散，可参照图18中虚线 框中的部分，反射板3上的电流分布更强。通过对比可以知道，本申请提供的天线受环境影 响较小，易于实现在反射板3上的布局，且其对于其它天线的影响更小。

可以理解的是，在本申请提供的实施例中，仅以通信设备为智慧大屏或者智能电视为例 进行具体说明。在其它的实施方式中，天线也可以应用在多种不同类型的通信设备中。概括 来说，通信设备的具体类型，以及天线在通信设备中的安装位置、安装方式本申请不作限定。

另外，本申请的天线除了可以采用上述实施例提供的结构形式外，参照图19，图19为 本申请另外一个实施例的天线的结构示意图。与图3或图4所示的实施例的不同之处在于： 图19中所示的实施例的天线的第二缝隙1042设置为两端封闭的短路结构。

在图19所示的实施例中，两端短路结构的第二缝隙1042，可一体成型于第四辐射体104 上。在本申请另外一些实施例中，例如图20，还可以通过在图3所示的电线的一端开路结构 的第二缝隙1042的开口处设置短路点1045。该短路点1045示例性的可为金属器件(例如金 属片)，或者集总器件(例如电容、电感或者电阻等)。

另外，参照图21，图21提供了本申请另外一种实施例的天线的结构示意图。该天线与 图3或图4所示的天线的不同之处在于第四缝隙1044的开口方向。在图21所示的实施例中， 第四缝隙1044的开口方向朝向第一缝隙1041，图21中具体地为第一缝隙1041和第四缝隙 1044在缝隙的方向上可以相互垂直。经对该天线进行电场仿真以及方向图分析得知，该结构 的天线也可覆盖目前常用的wifi 2.4G、wifi 5G、wifi 6G频段。还可以应用于NR频段，示例 性的，可以覆盖N40，N41，N78，和N79频段。且该天线的方向性系数得到了有效的降低， 通信性能得到提高。

上述实施例只是对本申请的天线的结构的一些示例性的说明，本领域技术人员在该天线 结构的基础上可以进行一系列的变形，例如在图22中，可将第三缝隙1043和第四缝隙1044 的缺口均设置于第四辐射体104的用于形成第一缝隙1041的边缘。在本申请另外一些实施例 中，第三缝隙1043和第四缝隙1044还可以为两端短路的结构，这些变形结构的天线均应理 解为落在本申请的保护范围之内。

以上，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权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种天线，其特征在于，包括第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和第四辐射体，其中：

所述第一辐射体和所述第二辐射体相对设置，所述第三辐射体和所述第四辐射体相对设置，所述第一辐射体和所述第二辐射体通过所述第三辐射体连接，所述第二辐射体和所述第四辐射体连接；所述第一辐射体、所述第二辐射体、所述第三辐射体和所述第四辐射体围成所述天线的腔体；

所述第一辐射体与所述第四辐射体之间形成开放的第一缝隙，所述第四辐射体设置有第二缝隙，所述第二缝隙的延伸方向与所述第一缝隙的延伸方向相同；

所述第二缝隙中设置有馈电结构，所述馈电结构的一端固定于所述第二缝隙的第一缝隙壁，另一端固定于所述第二缝隙的第二缝隙壁；所述第一缝隙壁到所述第二缝隙壁的方向，与所述第一辐射体到所述第二辐射体的方向相同。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第一端部开口和第二端部开口，所述第一端部开口和所述第二端部开口均由所述第一辐射体、所述第二辐射体、所述第三辐射体和所述第四辐射体围成，且所述第一端部开口和所述第二端部开口朝向相反的方向设置。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第二缝隙的一端具有第一缺口，所述第一缺口位于所述第四辐射体的围成所述第一端部开口的边缘。

4.如权利要求1～3任一项所述的天线，其特征在于，所述天线还包括馈电线，所述馈电线为同轴馈线，所述同轴馈线的信号导体与所述馈电结构的固定于所述第一缝隙壁的一端连接，所述同轴馈线的接地导体与所述第四辐射体连接。

5.如权利要求2～4任一项所述的天线，其特征在于，所述第四辐射体还设置有第三缝隙和第四缝隙，所述第三缝隙在所述第二缝隙上的投影覆盖所述第二缝隙的朝向所述第一端部开口的端部；所述第四缝隙在所述第二缝隙上的投影覆盖所述第二缝隙的朝向所述第二端部开口的端部。

6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第三缝隙和所述第四缝隙均位于所述第二缝隙背离所述第一缝隙的一侧。

7.如权利要求5或6所述的天线，其特征在于，所述第三缝隙的一端具有第二缺口，所述第二缺口位于所述第四辐射体的围成所述第一端部开口的边缘；或所述第二缺口位于所述第四辐射体的形成所述第一缝隙的边缘。

8.如权利要求5～7任一项所述的天线，其特征在于，所述第四缝隙的一端具有第三缺口，所述第三缺口位于所述第四辐射体的围成所述第二端部开口的边缘；或所述第三缺口位于所述第四辐射体的形成所述第一缝隙的边缘。

9.如权利要求5～8任一项所述的天线，其特征在于，所述天线通过所述腔体和所述第一缝隙产生第一谐振频率；

所述天线通过所述第一辐射体和所述第三辐射体产生第二谐振频率；

所述天线通过所述第二缝隙产生第三谐振频率；

所述天线通过所述第二缝隙、所述第三缝隙和所述第四缝隙产生第四谐振频率；

所述天线通过所述第二缝隙、所述第三缝隙和所述第四缝隙产生第五谐振频率。

10.如权利要求9所述的天线，其特征在于，所述天线覆盖wifi2.4G频段、wifi5G频段和wifi6G频段；或，所述天线覆盖N40频段、N41频段、N78频段和N79频段。

11.一种通信设备，其特征在于，包括反射板和如权利要求1～10任一项所述的天线，所述天线设置于所述反射板。

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