CN115332802A - 一种电子设备 - Google Patents

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CN115332802A CN202110511355.7A CN202110511355A CN115332802A CN 115332802 A CN115332802 A CN 115332802A CN 202110511355 A CN202110511355 A CN 202110511355A CN 115332802 A CN115332802 A CN 115332802A
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李堃
易达
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Abstract

本申请提供了，一种电子设备，包括小型化的天线结构，天线结构可以包括天线单元和金属栅格，金属栅格设置在天线单元上方，天线单元包括第一辐射体和第二辐射体，第一辐射体的第一端部与第二辐射体的第一端部相对且互不接触，并形成缝隙，第一辐射体和第二辐射体沿缝隙的中点对称，金属栅格沿所述缝隙的中点对称。通过金属栅格有效扩展天线结构的工作带宽，可以使电子设备内的天线结构在保证小型化的同时获得更宽的工作带宽。

Description

一种电子设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域，尤其涉及一种电子设备。
背景技术
无线保真(wireless fidelity，WiFi)通信技术是一种无线联网技术，可以简单理解为无线上网，它是以IEEE802.11系列标准为基础发展而来的。WiFi技术在生活中最容易见到的应用就是无线路由器和用户驻地设备/客户前置设备(customer premiseequipment，CPE)等设备。
随着用户的需求不断增加，WiFi6已经渐渐不能满足用户的需求，Wi-Fi6E作为Wi-Fi6的加强版，其工作频段扩展至6GHz频段。WiFi6E中新增了从5.925到7.125GHz的6GHz频段，加上传统Wi-Fi技术的2.4GHz频段(2.4-2.5GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)，需要电子设备中的天线结构能够同时支持这些频段。但是，随着电子设备朝着轻薄化设计，电子设备内留给天线结构的空间日益减少，迫切需要满足结构紧凑、成本低、全向辐射等性能的天线结构。
发明内容
本申请提供一种电子设备，包括小型化的天线结构，天线结构可以包括天线单元和金属栅格，通过金属栅格有效扩展天线单元的工作带宽，可以使电子设备内的天线结构在保证小型化的同时获得更宽的工作带宽。
第一方面，提供了一种电子设备，包括：第一天线结构，所述第一天线结构包括：天线单元和金属栅格；其中，所述金属栅格设置在所述天线单元上方；所述天线单元包括第一辐射体和第二辐射体，所述第一辐射体的第一端部与所述第二辐射体的第一端部相对且互不接触，并形成缝隙；所述第一辐射体和所述第二辐射体沿所述缝隙的中点对称；所述金属栅格沿所述缝隙的中点对称。
根据本申请实施例的技术方案，通过设置在天线单元上方的金属栅格可以使电流的分布更加均匀，从而优化天线结构的全向辐射特性，并且金属栅格也可以产生谐振，用于拓展天线结构的带宽，使天线结构的工作频段可以包括多个通信频段。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元还包括：第三辐射体和第四辐射体；其中，所述第三辐射体在所述第一辐射体的第二端部与所述第一辐射体连接，所述第一辐射体的第二端部两侧的所述第三辐射体的长度相同；所述第四辐射体在所述第二辐射体的第二端部与所述第二辐射体连接，所述第二辐射体的第二端部两侧的所述第四辐射体的长度相同；所述第三辐射体和所述第四辐射体沿所述缝隙的中点对称。
根据本申请实施例的技术方案，第三辐射体和第四辐射体的电长度可以小于第一波长的四分之一，第一波长为天线结构的工作频段对应的波长，其中第一波长可以认为是工作频段的中心频率对应的波长，或者，也可以认为是工作频段内产生的谐振点对应的波长。第三辐射体和第四辐射体可以作为第一辐射体和第二辐射体的容性加载枝节，用于增加第一辐射体和第二辐射体的电长度。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元还包括：第一介质基板；其中，所述第一辐射体和所述第二辐射体位于所述第一介质基板的下表面；所述金属栅格位于所述第一介质基板的上表面。
根据本申请实施例的技术方案，在增加介质基板后，第一天线结构的物理尺寸可以进一步缩小。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一介质基板沿所述缝隙的中点对称。
根据本申请实施例的技术方案，介质基板沿缝隙的中点对称，可以进一步提升天线结构的对称性，从而提升其全向辐射特性。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述金属栅格由多个栅格子单元组成。
根据本申请实施例的技术方案，金属栅格由多个栅格子单元组成，其中，多个栅格子单元可以呈周期性排布，例如，可以呈6×6的阵列，或者，相邻的行或列依次包括4个和5个子单元，进行交错排布，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栅格子单元为矩形，菱形，圆形或六边形。
根据本申请实施例的技术方案，栅格子单元可以是矩形、菱形、圆形或者六边形，本申请对此并不做限制，可以根据实际的设计进行调整。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线结构的工作频段包括5.925-7.125GHz或5.170-5.835GHz。
根据本申请实施例的技术方案，第一天线结构的工作频段可以包括WiFi中的6GHz频段或5GHz频段。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线结构还包括第一寄生枝节和第二寄生枝节；其中，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节分别位于所述第一辐射体和所述第二辐射体两侧；所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节沿所述缝隙的中点对称。
根据本申请实施例的技术方案，第一寄生枝节和第二寄生枝节可以与第一辐射体和第二辐射体均设置在介质基板的同一个表面，用于拓展第一天线结构的工作带宽，使第一天线结构为双频天线，可以工作频段至少包括两个频段。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节呈工字型。
根据本申请实施例的技术方案，第一寄生枝节和第二寄生枝节采用工字型结构，可以使其在满足产生谐振的电长度的要求的同时实现小型化，减小所占用的面积。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线结构的工作频段包括2.4-2.5GHz。
根据本申请实施例的技术方案，第一天线结构增加第一寄生枝节和第二寄生枝节后，第一天线结构可以作为双频天线，其工作频段包括WiFi的2.4GHz频段(2.4-2.5GHz)。
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二天线结构；所述第二天线结构的第二介质基板与所述第一介质基板垂直交叉设置。
根据本申请实施例的技术方案，第一天线结构中的介质基板和第二天线结构的介质基板垂直设置，使第一天线结构上的电流所在平面与第二天线结构上的电流所在平面垂直，可以提升第一天线结构和第二天线结构之间的隔离度，使两者可以同时工作。第一天线结构和第二天线结构可以作为高隔离度的小型化、双频全向双天线使用，进一步增大数据传输的容量，提升系统的自适应性。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电子设备为客户前置设备CPE。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构可以应用于CPE或UE中。
附图说明
图1是适用于本申请实施例的移动通信系统的架构示意图。
图2是本申请实施例提供的天线结构100的立体视图。
图3是本申请实施例提供的天线结构100不同视角的结构示意图。
图4是图2所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。
图5是图2所示天线结构的方向图。
图6是天线单元和金属栅格在5GHz时对应的电流分布示意图。
图7是天线单元和金属栅格在7.3GHz时对应的电流分布示意图。
图8是天线单元和金属栅格在9.9GHz时对应的电流分布示意图。
图9是本申请实施例提供的另一种天线结构200的示意图。
图10是图9所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。
图11是图9所示天线结构的方向图。
图12是本申请实施例提供的另一种天线结构300的示意图。
图13是图12所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。
图14是图12所示天线结构的方向图。
图15是本申请实施例提供的另一种天线结构400的示意图。
图16是图15所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。
图17是图15所示天线结构的方向图。
图18是本申请实施例提供的另一种天线结构500的示意图。
图19是图18所示天线结构在低频频段的S参数和系统效率的仿真结果图。
图20是图18所示天线结构在低频频段的方向图。
图21是图18所示天线结构在高频频段的S参数和系统效率的仿真结果图。
图22是图18所示天线结构在高频频段的方向图。
图23是本申请实施例提供的另一种双天线结构600的示意图。
图24是图23所示双天线结构在低频频段的S11和系统效率的仿真结果图。
图25是图23所示双天线结构在低频频段的S12的仿真结果图。
图26是图23所示双天线结构在低频频段的方向图。
图27是图23所示双天线结构在高频频段的S11和系统效率的仿真结果图。
图28是图23所示双天线结构在高频频段的S12的仿真结果图。
图29是图23所示双天线结构在高频频段的方向图。
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。
图1是适用于本申请实施例的移动通信系统的架构示意图。
如图1所示，该移动通信系统100可以包括至少一个网络设备101，至少一个客户前置设备(customer premise equipment，CPE)102和至少一个用户设备(user equipment，UE)103。图1只是示意图，该通信系统中还可以包括其它网络设备，如还可以包括无线中继设备和无线回传设备，在图1中未画出。本申请的实施例对该移动通信系统中包括的网络设备和UE的数量和具体类型不做限定。
本申请实施例中的UE103可以指手机、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(sessioninitiation protocol，SIP)电话、无线本地环路(wireless local 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。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UE103：蓝牙(bluetooth，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。
本申请实施例中的网络设备101可以是用于与终端设备通信的设备，该网络设备可以是GSM系统或码分多址(code division multiple access，CDMA)中的网络设备(basetransceiver station，BTS)，也可以是WCDMA系统中的网络设备(nodeB，NB)，还可以是LTE系统中的演进型网络设备(evolutional nodeB，eNB或eNodeB)，或者该网络设备可以为中继站、接入点、车载设备、可穿戴设备以及未来5G网络中的网络设备(new generationnodeB，gNB或gNodeB)或者未来演进的PLMN网络中的网络设备，以及后续支持第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3GPP)协议版本的网络设备等，本申请实施例并不限定。
应理解，CPE102可以通过接收网络设备101发送的蜂窝网络信号，并将蜂窝网络信号传递给用户设备103，使用户设备103联网。例如，CPE102可以将网络设备101传输的2G/3G/4G/5G信号转换为WiFi信号，使用户设备103联网。
随着技术的发展，WiFi6已经渐渐不能满足用户的需求，Wi-Fi6E作为Wi-Fi6的加强版，其工作频段扩展至6GHz频段。Wi-Fi6E利用6GHz的功能来支持需要更快的数据吞吐量的高带宽应用，如高清视频流和虚拟现实，以及在线游戏应用的低延迟连接。WiFi6E中新增了从5.925到7.125GHz的6GHz频段，加上传统Wi-Fi技术的2.4GHz频段(2.4-2.5GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)，要求电子设备内中的天线结构能够同时支持上述频段，这与电子设备内部日益紧张的布局空间产生了矛盾。
本申请实施例提供了一种电子设备，包括小型化的天线结构，天线结构包括天线单元和金属栅格，通过金属栅格有效扩展天线单元的工作带宽，可以使电子设备内的天线结构在保证小型化的同时获得更宽的工作带宽。
图2和图3是本申请实施例提供的天线结构100的示意图，可以应用于图1中的CPE102或UE103中。其中，图2是本申请实施例提供的天线结构100的立体视图。图3是本申请实施例提供的天线结构100不同视角的结构示意图。
如图2所示，天线结构100包括天线单元110和金属栅格120。
其中，金属栅格120可以设置在天线单元110上方，用于拓展天线结构100的工作带宽，以满足多频段的通信需求。应理解，金属栅格120可以设置在天线单元110上方可以理解为金属栅格120和天线单元110之间的相对位置关系，金属栅格120位于天线单元110一侧，且与天线单元110不直接连接。
在一个实施例中，天线结构100还可以包括介质基板130，天线单元110和金属栅格120分别位于介质基板130的下表面和上表面。
如图3中的(a)所示，为天线结构100的仰视图。从整体上看，天线单元110具有例如“双头斧”状。天线单元110可以包括第一辐射体111和第二辐射体112。第一辐射体111的第一端部与第二辐射体112的第一端部相对且互不接触，并形成缝隙113。第一辐射体111和第二辐射体112沿缝隙113的中点O对称，中点O可以理解为缝隙113的长度或宽度中点，或者，也可以理解为缝隙113的几何中心。
应理解，第一辐射体111和第二辐射体112沿缝隙113的中点O对称可以理解为，第一辐射体111和第二辐射体112的尺寸相同，且关于缝隙113的中点O中心对称。为表述的简单，下述中沿缝隙的中点O对称也可以相应理解。并且，由于在制备过程中可能会存在的加工误差，因此，可以将误差在10％以内均算作对称沿缝隙的中点O对称。
如图3中的(b)所示，为天线结构100的俯视图，金属栅格120沿缝隙的中点O对称。其中，金属栅格120可以位于天线单元110的正上方。
在一个实施例中，天线单元110还可以包括馈电单元，馈电单元可以在缝隙113处与第一辐射体111或第二辐射体112电连接，为天线单元110馈电。在这种情况下，天线单元110可以为偶极子天线。应理解，本申请实施例提供的天线结构中，天线单元110为偶极子天线，为全向性天线，通过设置在天线单元110上方的金属栅格120可以使电流的分布更加均匀，从而优化天线结构100的全向辐射特性，并且金属栅格120也可以产生谐振，用于拓展天线结构100的带宽，使天线结构的工作频段可以包括多个通信频段。例如，工作频带可以包括Wi-Fi 6E中的5GHz频段(5.170-5.835GHz)和6GHz频段(5.925-7.125GHz)。
在一个实施例中，如图3中的(a)所示，天线单元110还可以包括第三辐射体114和第四辐射体115。第三辐射体114在第一辐射体111的第二端部与第一辐射体111连接，第一辐射体11的第二端部两侧的第三辐射体114的长度相同。第四辐射体115在第二辐射体112的第二端部与第二辐射体112连接，第二辐射体112的第二端部两侧的第四辐射体115的长度相同。第三辐射体114和第四辐射体115沿缝隙113的中点O对称。
在一个实施例中，第三辐射体114和第四辐射体115的电长度可以小于第一波长的四分之一，第一波长为天线结构100的工作频段对应的波长，其中第一波长可以认为是工作频段的中心频率对应的波长，或者，也可以认为是工作频段内产生的谐振点对应的波长。第三辐射体114和第四辐射体115可以作为第一辐射体111和第二辐射体112的容性加载枝节，用于增加第一辐射体111和第二辐射体112的电长度。
应理解，第三辐射体114和第四辐射体115的排布形式可以根据实际的天线单元的布局进行选择。例如，第三辐射体114和第四辐射体115可以呈折线型排布，或，S型排布，或呈圆弧型排布。在该实施例中，仅以第三辐射体114和第四辐射体115呈圆弧型排布为例进行说明，第三辐射体114和第四辐射体115与缝隙113的中点O之间的距离为R2，第三辐射体114和第四辐射体115对应的圆心角为2×θ1。并且，通过调整上述参数(R2或θ1)可以调整天线单元110的辐射体的电长度，可以改变天线单元110的工作频段。
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 BDA0003060508770000061
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 BDA0003060508770000062
其中，L为物理长度，λ为电磁波的波长。
在一个实施例中，第一辐射体111和第二辐射体112的宽度为W1，第三辐射体114和第四辐射体115的宽度可以为d1，缝隙114的长度可以为d2。应理解，可以调整上述参数，使天线结构100产生的谐振频点产生偏移，可以根据实际的设计需求进行调整。第一辐射体111，第二辐射体112，第三辐射体114和第四辐射体115的厚度均相同，可以理解为形成辐射体的覆铜薄膜的厚度相同，或者，其他形成辐射体的金属层的厚度相同。
在一个实施例中，介质基板130沿缝隙的中点O对称，可以进一步提升天线结构100的对称性，从而提升其全向辐射特性。在该实施例中，仅以介质基板130是圆形(半径为R1)为例进行说明，介质基板也可以是正方形，菱形，六边形等，可以根据实际的设计进行调整。
在一个实施例中，如图3中的(b)所示，金属栅格120可以由多个栅格子单元121组成，多个栅格子单元可以呈周期性排布形成周期栅格。多个格子单元121的排列可以根据实际的设计需求进行调整，为表述的简洁，本申请以每列5个栅格子单元121和4个栅格子单元121交错排布组成的金属栅格120为例进行说明。
在一个实施例中，栅格子单元121可以是矩形、菱形、圆形或者六边形，本申请对此并不做限制，可以根据实际的设计进行调整。
在一个实施例中，栅格子单元121的长度可以为L2，长度方向的金属线的宽度可以为W4，栅格子单元121的宽度可以为W3，宽度方向的金属线的宽度可以为W5。通过调整上述参数及金属栅格120中包括的栅格子单元121的个数和排布方式可以调整金属栅格120的长度L1和宽度W2。应理解，在本申请实施例中，金属栅格120中的各个栅格子单元121的厚度均相同。其中，金属栅格120中的各个栅格子单元121的厚度均相同可以理解为形成栅格子单元的覆铜薄膜的厚度相同，或者，其他形成栅格子单元的金属层的厚度相同。
在一个实施例中，栅格子单元121的长度L2可以为3mm，长度方向的金属线的宽度W4可以为1.5mm，栅格子单元121的宽度W3可以为2.8mm，宽度方向的金属线的宽度W5可以为1.1mm。应理解，上述数据仅作为举例使用，并不限制其具体的数值，可以根据实际的生产或设计需要，进行调整。
如图3中的(c)所示，为天线结构100的侧视图，天线单元110和金属栅格120分别位于介质基板130的下表面和上表面。应理解，在本申请中仅以天线单元110和金属栅格120分别位于介质基板130的上表面和下表面为例进行说明，在实际的设计中还有其他多种布局方式，例如，天线单元设置在天线支架表面，金属栅格设置在电子设备壳体表面，也可以达到相同的效果，本申请对此并不做限制。
在一个实施例中，介质基板130的厚度可以为H，可以通过调整介质基板130的厚度，调整天线结构100的带宽。本申请实施例提供的介质基板130的材料可以是罗杰斯(Rogers RT/duroid 5880(tm))，其相对介电常数为2.2，损损耗角正切为0.0009，可以根据实际的设计需求进行调整。此后的实施例中均采用同样的介质基板，为表述的简洁，就不再一一赘述。
图4和图5是图2所示天线结构的仿真结果图。其中，图4是图2所示天线结构的S参数和系统效率(total efficiency)的仿真结果图。图5是图2所示天线结构的方向图。
在图4和图5中，示出了金属栅格包括不同数量的栅格子单元的天线结构的仿真结果。其中，栅格子单元均采用每列5个栅格子单元和4个栅格子单元交错排布的方式，金属栅格分别包括5列栅格子单元(18个栅格子单元)，7列栅格子单元(27个栅格子单元)和9列栅格子单元(36个栅格子单元)。并且，天线结构中各个部件采用下表1中的尺寸，本申请对此并不做限制，仅作为举例使用，可以根据实际的天线结构的设计需求进行调整。
表1
参数 尺寸
R1 11mm
R2 10mm
d1 0.1mm
d2 1mm
L1 14.6mm
L2 3mm
W1 1.2mm
W2 9.3mm
W3 1.1mm
W4 0.2mm
W5 0.1mm
θ1 50deg
H 0.787mm
如图4所示，天线结构中的金属栅格包括18、27和36个栅格子单元时，其工作频段分别可以包括5.44-9.43GHz、4.61-10.03GHz以及4.80-9.13GHz。并且，在各情况下天线结构在工作频段内的系统效率均大于-3dB。应理解，其工作频段可以认为是天线结构产生的谐振在S11<-10dB情况下对应的频段。
如图5所示，为天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000071
)平面的方向图，其中，θ为与z轴所呈角度，
Figure BDA0003060508770000081
为与x轴所呈方向。天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在5.44-9.43GHz、4.61-10.03GHz以及4.80-9.13GHz对应的增益为1.76-3.50dBi、1.08-3.12dBi以及1.30-3.09dBi。
在天线单元的上方增加金属栅格后，天线结构在不同栅格子单元数目情况下均具有较好的扩展带宽的能力，且具有良好的辐射特性。例如，包括18、27和36个栅格子单元的天线结构的工作频段可以包括WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)，部分可以包括5GHz频段(5.170-5.835GHz)。
图6至图8是本申请实施例提供的天线单元和金属栅格的电流分布示意图。其中，图6是天线单元和金属栅格在5GHz时对应的电流分布示意图。图7是天线单元和金属栅格在7.3GHz时对应的电流分布示意图。图8是天线单元和金属栅格在9.9GHz时对应的电流分布示意图。
如图6所示，在5GHz时，天线单元的谐振模式为基次模，金属栅格上并未产生谐振。如图7所示，在7.3GHz时，天线单元的谐振模式仍为基次模，在这个频点，金属栅格产生谐振，金属栅格产生的谐振可以用于拓展天线结构的工作带宽。如图8所示，在9.9GHz时，金属栅格和天线单元同时产生谐振，天线单元的谐振模式为三阶模。
应理解，金属栅格可以用于优化天线单元在三阶模下的全向辐射特性，同时，还可以拓展天线结构的工作带宽。对于金属栅格用于优化天线单元在三阶模下的全向辐射特性来说，是由于栅格子单元的长边和短边起电流传输作用，可以使电流的分布更加均匀，以获得更好的全向性。而对于拓展天线结构的工作带宽来说，是由于栅格子单元的长边产生了谐振，以获得更宽的工作带宽。
图9是本申请实施例提供的另一种天线结构200的示意图。
应理解，相较于图2所示的天线结构100，图9所示的天线结构200中金属栅格中的每个栅格子单元由矩形转变为菱形。天线结构200中金属栅格由41个栅格子单元组成，其排列方式为每行5个栅格子单元和4个栅格子单元交错排布。同时，金属栅格中所包括的栅格子单元的数量及排布方式可以根据设计的需要进行调整，在本申请实施例中仅作为举例使用，并不做限制。
图10和图11是图9所示天线结构的仿真结果图。其中，图10是图9所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。图11是图9所示天线结构的方向图。
如图10所示，天线结构中的金属栅格包括41个菱形栅格子单元时，其工作频段可以包括4.65-9.61GHz。同时，天线结构在4.65-9.61GHz内的系统效率均大于-3dB。
如图11所示，为天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000082
)平面的方向图。天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在4.65-9.61GHz对应的增益为1.13-3.08dBi。
在天线单元的上方增加金属栅格后，天线结构在栅格子单元为菱形的情况下仍具有较好的扩展带宽的能力，且具有良好的辐射特性。例如，包括菱形的栅格子单元的天线结构的工作频段可以包括WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)。
图12是本申请实施例提供的另一种天线结构300的示意图。
应理解，相较于图2所示的天线结构100，图12所示的天线结构300中金属栅格中的每个栅格子单元由矩形转变为圆形。天线结构300中金属栅格由25个栅格子单元组成，形成5×5的阵列。同时，金属栅格中所包括的栅格子单元的数量及排布方式可以根据设计的需要进行调整，在本申请实施例中仅作为举例使用，并不做限制。
图13和图14是图12所示天线结构的仿真结果图。其中，图13是图12所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。图14是图12所示天线结构的方向图。
如图13所示，天线结构中的金属栅格包括25个圆形栅格子单元时，其工作频段可以包括5.02-8.97GHz。同时，天线结构在5.02-8.97GHz内的系统效率均大于-3dB。
如图14所示，为天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000091
)平面的方向图。天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在5.02-8.97GHz对应的增益为1.5-3.28dBi。
在天线单元的上方增加金属栅格后，天线结构在栅格子单元为菱形的情况下仍具有较好的扩展带宽的能力，且具有良好的辐射特性。例如，包括菱形的栅格子单元的天线结构的工作频段可以包括WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)。
图15是本申请实施例提供的另一种天线结构400的示意图。
应理解，相较于图2所示的天线结构100，图15所示的天线结构200中金属栅格中的每个栅格子单元由矩形转变为六边形。天线结构400中金属栅格由23个栅格子单元组成，其排列方式为每行5个栅格子单元和4个栅格子单元交错排布。同时，金属栅格中所包括的栅格子单元的数量及排布方式可以根据设计的需要进行调整，在本申请实施例中仅作为举例使用，并不做限制。
图16和图17是图15所示天线结构的仿真结果图。其中，图16是图15所示天线结构的S参数和系统效率的仿真结果图。图17是图15所示天线结构的方向图。
如图16所示，天线结构中的金属栅格包括23个六边形栅格子单元时，其工作频段可以包括4.74-9.99GHz。同时，天线结构在4.74-9.99GHz内的系统效率均大于-3dB。
如图17所示，为天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000092
)平面的方向图。天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在4.74-9.99GHz对应的增益为1.21-3.71dBi。
在天线单元的上方增加金属栅格后，天线结构在栅格子单元为菱形的情况下仍具有较好的扩展带宽的能力，且具有良好的辐射特性。例如，包括菱形的栅格子单元的天线结构的工作频段可以包括WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)。
图18是本申请实施例提供的另一种天线结构500的示意图。
如图18所示，天线单元510还可以包括设置在第一寄生枝节514和第二寄生枝节515，可以分别位于第一辐射体511和第二辐射体512的两侧，并沿缝隙513的中点O对称。
应理解，第一寄生枝节514和第二寄生枝节515可以与第一辐射体511和第二辐射体512均设置在介质基板530的同一个表面，可以作为一对阶梯阻抗谐振器，通过近场耦合获取电信号，形成谐振，拓展天线结构500的工作带宽，使天线结构500为双频天线，可以工作频段至少包括两个频段。例如，本申请实施例中，以第一寄生枝节514和第二寄生枝节515工作频段包括WiFi的2.4GHz频段(2.4-2.5GHz)为例进行说明，使天线结构500在原有的工作频段以外，额外增加低频的工作频段，有效提升频谱的利用率。同时，可以根据实际的设计需要进行调整，使第一寄生枝节514和第二寄生枝节515工作在其他频段。
在一个实施例中，第一寄生枝节514和第二寄生枝节515可以呈工字型。第一寄生枝节514可以包括第一部分5141，第二部分5142和第三部分5143，其中，第一部分5141和第二部分5142尺寸相同，第三部分5143的两端分别与第一部分5141和第二部分5142连接，第三部分5143的宽度d3可以远小于第一部分5141和第二部分5142的宽度d4，以形成工字型结构。第二寄生枝节515可以与第一寄生枝节514采用相同的结构尺寸。应理解，第一寄生枝节514和第二寄生枝节515采用工字型结构，可以使其在满足产生谐振的电长度的要求的同时实现小型化，减小所占用的面积。
在一个实施例中，第一寄生枝节514和第二寄生枝节515可以呈圆弧型排布在第一辐射体511和第二辐射体512的两侧，与第一辐射体511和第二辐射体512形成的“双头斧”状偶极子平行设置，形成弧形阶梯阻抗谐振器结构。第一寄生枝节514的第一部分5141与第三辐射体之间的距离为d5。第一寄生枝节514的第三部分5143与缝隙513的中点O之间的距离为R3。第一寄生枝节514的第二部分5142与缝隙513的中点O之间的最远距离为R4。第一寄生枝节514和第二寄生枝节515之间的距离对应的圆心角为2×θ2。第一寄生枝节514的第一部分5141长度对应的圆心角为2×θ3。第一寄生枝节514和第二寄生枝节515的厚度均相同，可以理解为形成寄生枝节的覆铜薄膜的厚度相同，或者，其他形成寄生枝节的金属层的厚度相同。
应理解，通过调整上述参数可以调整天线结构500所产生的谐振，以影响其工作频段及辐射特性，在本申请实施例中仅以下表2中的参数数据作为举例，可以根据实际的设计需求进行调整。
表2
Figure BDA0003060508770000101
Figure BDA0003060508770000111
图19至图22是图18所示天线结构的仿真结果图。其中，图19是图18所示天线结构在低频频段的S参数和系统效率的仿真结果图。图20是图18所示天线结构在低频频段的方向图。图21是图18所示天线结构在高频频段的S参数和系统效率的仿真结果图。图22是图18所示天线结构在高频频段的方向图。
如图19所示，天线结构在低频的工作频段可以包括2.4-2.5GHz，可以对应于WiFi中的2.4GHz频段。同时，天线结构在2.4-2.5GHz内的系统效率均大于-3dB。
如图20所示，为天线结构在2.4GHz，2.46GHz以及2.5GHz处的方向图，其中，图20中的(a)为天线结构在yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000112
)平面的方向图，图20中的(b)为天线结构在xoy(θ＝90°，
Figure BDA0003060508770000113
)平面的方向图。天线结构在2.4GHz，2.46GHz以及2.5GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在2.4-2.5GHz对应的增益为1.19-1.75dBi。
如图21所示，天线结构在高频的工作频段可以包括4.79-10.08GHz，可以对应于WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)。同时，天线结构在4.79-10.08GHz内的系统效率均大于-3dB。
如图22所示，为天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000114
)平面的方向图，其中，图22中的(a)为天线结构在yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000115
)平面的方向图，图22中的(b)为天线结构在xoy(θ＝90°，
Figure BDA0003060508770000116
)平面的方向图。天线结构在5GHz，6GHz以及7GHz处的方向图的不圆度小于3dB，天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，天线结构在4.79-10.08GHz对应的增益为2.52-4.63dBi。
应理解，在天线单元的上方增加金属栅格后，天线结构较宽的工作带宽，且在工作频段中具有良好的辐射特性，可以覆盖多个通信频段。例如，WiFi中的2.4GHz频段(2.4-2.5GHz)，5GHz频段(5.170-5.835GHz)和6GHz频段(5.925-7.125GHz)。
图23是本申请实施例提供的另一种双天线结构600的示意图。
如图23所示，双天线结构600可以包括第一天线结构610和第二天线结构620，第一天线结构610中的介质基板和第二天线结构620的介质基板垂直设置。第一天线结构610和第二天线结构620的结构相同，可以是上述实施例中所提供的任意一种天线结构。应理解，为保证第一天线结构610和第二天线结构620可以正常工作，第一天线结构610和第二天线结构620可以沿x轴，y轴或z轴平移，使第一天线结构610的辐射体和第二天线结构620的辐射体不直接连接，以免在工作时发生短路。
本申请实施例的第一天线结构610中的介质基板和第二天线结构620的介质基板垂直设置，使第一天线结构610上的电流所在平面与第二天线结构620上的电流所在平面垂直，可以提升第一天线结构610和第二天线结构620之间的隔离度，使两者可以同时工作。第一天线结构610和第二天线结构620可以作为高隔离度的小型化、双频全向双天线使用，进一步增大数据传输的容量，提升系统的自适应性。
图24至图29是图23所示双天线结构的仿真结果图。其中，图24是图23所示双天线结构在低频频段的S11和系统效率的仿真结果图。图25是图23所示双天线结构在低频频段的S12的仿真结果图。图26是图23所示双天线结构在低频频段的方向图。图27是图23所示双天线结构在高频频段的S11和系统效率的仿真结果图。图28是图23所示双天线结构在高频频段的S12的仿真结果图。图29是图23所示双天线结构在高频频段的方向图。
如图24所示，双天线结构在低频的工作频段可以包括2.4-2.5GHz，可以对应于WiFi中的2.4GHz频段。同时，双天线结构在2.4-2.5GHz内的系统效率均大于-3dB。应理解，其工作频段可以认为是天线结构产生的谐振在S11<-6dB情况下对应的频段。
应理解，由于双天线结构中第一天线结构和第二天线结构垂直设置，使第一天线结构和第二天线结构工作在低频频段时的电流相互垂直，保证第一天线结构和第二天线结构之间在低频的工作频段具有良好的隔离度(隔离度均在67dB以下)，如图25所示。
如图26所示，为双天线结构在2.4GHz，2.44GHz以及2.5GHz处的方向图，其中，图26中的(a)为双天线结构在yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000121
)平面的方向图，图26中的(b)为双天线结构在xoy(θ＝90°，
Figure BDA0003060508770000122
)平面的方向图。双天线结构在2.4GHz，2.44GHz以及2.5GHz处的方向图的不圆度小于3dB，双天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，双天线结构在2.45GHz对应的增益为-0.03dBi。
如图27所示，双天线结构在高频的工作频段可以包括4.27-10.58GHz，可以对应于WiFi中的6GHz频段(5.925-7.125GHz)和5GHz频段(5.170-5.835GHz)。同时，双天线结构在4.27-10.58GHz内的系统效率均大于-3dB。应理解，其工作频段可以认为是天线结构产生的谐振在S11<-8dB情况下对应的频段。
应理解，由于双天线结构中第一天线结构和第二天线结构垂直设置，使第一天线结构和第二天线结构工作在高频频段时的电流相互垂直，保证第一天线结构和第二天线结构之间在高频的工作频段具有良好的隔离度(隔离度均在40dB以下)，如图28所示。
如图29所示，为双天线结构在5.1GHz，6GHz以及7.1GHz处yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000123
）平面的方向图，其中，图29中的(a)为双天线结构在yoz(θ＝0°，
Figure BDA0003060508770000124
)平面的方向图，图29中的(b)为双天线结构在xoy(θ＝90°，
Figure BDA0003060508770000125
)平面的方向图。双天线结构在5.1GHz，6GHz以及7.1GHz处的方向图的不圆度小于3dB，双天线结构在工作频段内具有良好的全向辐射特性。同时，双天线结构在4.27-10.58GHz对应的增益为-1.32-0.31dBi。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
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 (12)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：第一天线结构，所述第一天线结构包括：
天线单元和金属栅格；
其中，所述金属栅格设置在所述天线单元上方；
所述天线单元包括第一辐射体和第二辐射体，所述第一辐射体的第一端部与所述第二辐射体的第一端部相对且互不接触，并形成缝隙；
所述第一辐射体和所述第二辐射体沿所述缝隙的中点对称；
所述金属栅格沿所述缝隙的中点对称。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线单元还包括：
第三辐射体和第四辐射体；
其中，所述第三辐射体在所述第一辐射体的第二端部与所述第一辐射体连接，所述第一辐射体的第二端部两侧的所述第三辐射体的长度相同；
所述第四辐射体在所述第二辐射体的第二端部与所述第二辐射体连接，所述第二辐射体的第二端部两侧的所述第四辐射体的长度相同；
所述第三辐射体和所述第四辐射体沿所述缝隙的中点对称。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述天线单元还包括：
第一介质基板；
其中，所述第一辐射体和所述第二辐射体位于所述第一介质基板的下表面；
所述金属栅格位于所述第一介质基板的上表面。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述第一介质基板沿所述缝隙的中点对称。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述金属栅格由多个栅格子单元组成。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述栅格子单元为矩形，菱形，圆形或六边形。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线结构的工作频段包括5.925-7.125GHz或5.170-5.835GHz。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线结构还包括第一寄生枝节和第二寄生枝节；
其中，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节分别位于所述第一辐射体和所述第二辐射体两侧；
所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节沿所述缝隙的中点对称。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述第一寄生枝节和所述第二寄生枝节呈工字型。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线结构的工作频段包括2.4-2.5GHz。
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二天线结构；
所述第二天线结构的第二介质基板与所述第一介质基板垂直交叉设置。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为客户前置设备CPE。
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