CN115706317A - 一种天线结构和电子设备 - Google Patents

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CN115706317A CN202110922415.4A CN202110922415A CN115706317A CN 115706317 A CN115706317 A CN 115706317A CN 202110922415 A CN202110922415 A CN 202110922415A CN 115706317 A CN115706317 A CN 115706317A
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Abstract

本申请提供了一种天线结构和电子设备,天线结构可以包括第一天线单元和第二天线单元。第一天线单元的第一缝隙与第二天线单元的第二缝隙在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,且第一缝隙与第二缝隙在该第二方向上的投影至少部分重合,其中,第二方向垂直于第一方向。第一天线单元的第一馈电点设置在第一缝隙的中心区域,或设置在所述第一缝隙的一端,第二天线单元的第二馈电点设置在第二缝隙的一端。其中,第一天线单元和第二天线单元的工作频段相同或邻近且具有良好的隔离度。

Description

一种天线结构和电子设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域,尤其涉及一种天线结构和电子设备。
背景技术
电子设备特别是手机产品,随着曲面屏柔性屏等关键技术的快速发展,工业设计(industrial design,ID)的轻薄化、极致屏占比已成为一种趋势,这种设计大大压缩了天线空间;同时,电子设备的一些功能如拍摄需求越来越高,导致摄像头数量和体积逐渐增加,加大了整机天线设计的复杂度;在这种环境下,设计多输入多输出(multi-inputmulti-output,MIMO)天线系统一般会出现空间不足,或者在紧凑空间采用传统设计导致系统隔离度或封包相关系数(envelope correlation coefficient,ECC)不佳,难以满足通信频段的性能需求。当前状态下,电子设备的通信频段在很长时间内还将出现第三代移动通信技术(3th generation wireless systems,3G)、第四代移动通信技术(4th generationwireless systems,4G)、第五代移动通信技术(5th generation wireless systems,5G)频段共存的局面,天线数量越来越多,频段覆盖越来越广,相互影响越来越严重。基于这些变化,在电子设备上实现宽频段、面积小、自由度高的新型天线成为当务之急。
发明内容
本申请提供一种天线结构和电子设备,天线结构可以包括第一天线单元和第二天线单元,第一天线单元和第二天线单元的工作频段相同或邻近且具有良好的隔离度,可以应用于多输入多输出天线系统。同时,第一天线单元的辐射单元和第二天线单元的辐射单元可以平行且间隔设置,缩减天线结构所占的空间,可以适用于日益紧张的电子设备的内部空间。
第一方面,提供了一种天线结构,所述天线结构包括:第一天线单元,所述第一天线单元包括第一缝隙和第一馈电点;以及第二天线单元,所述第二天线单元包括第二缝隙和第二馈电点;其中,所述第一缝隙与所述第二缝隙在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,所述第二方向垂直于所述第一方向,且所述第一缝隙与所述第二缝隙在所述第二方向上的投影至少部分重合,所述第一缝隙与所述第二缝隙在所述第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线单元的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线单元的工作频段对应的波长;所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的中心区域,或,所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的一端,所述第一馈电点用于为所述第一天线单元馈电;所述第二馈电点设置在所述第二缝隙的一端,所述第二馈电点用于为所述第二天线单元馈电。
根据本申请实施例的技术方案,第一天线单元采用中心对称馈电的方式,其产生的电场呈对称分布。第二天线单元采用偏心馈电的方式,其产生的电场呈反对称分布。由于第一天线单元产生的电场和第二天线单元产生的电场正交(第一天线单元的电场呈对称分布,第二天线单元呈反对称分布),因此,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度较好。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
根据本申请实施例的技术方案,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段相同或邻近,且具有良好的隔离度,可以应用于多输入多输出天线系统。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一工作频段和所述第二工作频段邻近是所述第一工作频段的起始频点与所述第二工作频段的结束频点之间的间距小于第一工作频段的中心频率的10%,所述第一工作频段中的频点的频率大于所述第二工作频段中的频点的频率。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一缝隙的虚拟对称轴和所述第二缝隙的虚拟对称轴在所述第一方向上间隔的距离小于所述第一波长的四分之一或所述第二波长的四分之一。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一缝隙的虚拟对称轴和所述第二缝隙的虚拟对称轴重合。
根据本申请实施例的技术方案,随着天线结构整体对称性的增加,天线结构的辐射特性会变好。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,第一缝隙的虚拟对称轴和第二缝隙的虚拟对称轴不一定能完全重合,当第一缝隙的虚拟对称轴和第二缝隙的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元和第二天线单元之间也可以保持良好的隔离度。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的中心区域,所述第一缝隙的电长度为第一波长,所述第二缝隙的电长度为第二波长。
根据本申请实施例的技术方案,天线辐射体的尺寸可以是均基于一倍工作波长,由于天线结构的辐射体的尺寸较大,辐射口径增加可以提升天线结构的辐射效率,因此,上述天线结构的辐射效率带宽都较好。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的一端,所述第一缝隙的电长度为第一波长的二分之一,所述第二缝隙的电长度为第二波长。
根据本申请实施例的技术方案天线辐射体的尺寸可以是均基于工作波长的二分之一,可以缩减天线结构的尺寸。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一馈电点和所述第二馈电点设置于虚拟轴线的同一侧,所述虚拟轴线为所述第一缝隙或所述第二缝隙的虚拟对称轴,且所述虚拟轴线垂直于所述第一方向。
根据本申请实施例的技术方案,可以将第一馈电点和第二馈电点设置于虚拟轴线的同一侧,也可以根据实际的设计分别设置在虚拟轴线的两侧。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一缝隙和所述第二缝隙在所述第二方向上间隔的距离小于10mm。
根据本申请实施例的技术方案,第一缝隙和第二缝隙之间的距离可以认为是第一缝隙内的点和第二缝隙内的点之间的最短的直线距离。
第二方面,提供了一种电子设备,包括上述第一方面中任一项所述的天线结构,所述电子设备还包括:一个或多个导电部分;其中,所述第一天线单元的所述第一缝隙或所述第二天线单元的所述第二缝隙是以下缝隙中的任一种:所述导电部分上设置的缝隙,或所述一个或多个导电部分中的至少两个导电部分之间形成的缝隙。
第三方面,提供了一种天线结构,所述天线结构包括:第一天线单元,所述第一天线单元包括缝隙和第一馈电点;以及第二天线单元,所述第二天线单元包括辐射体和第二馈电点;其中,所述缝隙与所述辐射体在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,所述第二方向垂直于所述第一方向,且所述缝隙与所述辐射体在所述第二方向上的投影至少部分重合,所述缝隙与所述辐射体在所述第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线单元的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线单元的工作频段对应的波长;所述第一馈电点设置在所述缝隙的一端,所述第一馈电点用于为所述第一天线单元馈电;所述第二馈电点设置在所述辐射体的中心区域,或,所述第二馈电点设置在所述辐射体的一端,所述第二馈电点用于为所述第二天线单元馈电。
根据本申请实施例的技术方案,第一天线单元采用偏心馈电的方式,第二天线单元采用中心对称馈电或偏心馈电的方式,第一天线单元产生的电场和第二天线单元产生的电场正交,因此,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度较好。
结合第三方面,在第三方面的某些实现方式中,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
根据本申请实施例的技术方案,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段相同或邻近,且具有良好的隔离度,可以应用于多输入多输出天线系统。
结合第三方面,在第三方面的某些实现方式中,所述缝隙的虚拟对称轴和所述辐射体的虚拟对称轴在所述第一方向上间隔的距离小于所述第一波长的四分之一或所述第二波长的四分之一。
结合第三方面,在第三方面的某些实现方式中,所述缝隙的虚拟对称轴和所述辐射体的虚拟对称轴重合。
根据本申请实施例的技术方案,随着天线结构整体对称性的增加,天线结构的辐射特性会变好。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,第一缝隙的虚拟对称轴和第二缝隙的虚拟对称轴不一定能完全重合,当第一缝隙的虚拟对称轴和第二缝隙的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元和第二天线单元之间也可以保持良好的隔离度。
结合第三方面,在第三方面的某些实现方式中,所述缝隙的电长度为所述第一波长,所述辐射体的电长度为所述第二波长。
第四方面,提供了一种电子设备,包括上述第三方面中任一项所述的天线结构,所述电子设备还包括:一个或多个导电部分;其中,所述第一天线的所述缝隙是以下缝隙中的任一种:所述一个或多个导电部分中的第一导电部分上设置的缝隙,或所述一个或多个导电部分中至少第一导电部分和第二导电部分之间形成的缝隙。
结合第四方面,在第四方面的某些实现方式中,所述第二天线的所述辐射体是所述一个或多个导电部分中的第三导电部分,且所述辐射体两端开放。
第五方面,提供了一种天线结构,所述天线结构包括:第一天线单元,所述第一天线单元包括第一辐射体和第一馈电点;以及第二天线单元,所述第二天线单元包括第二辐射体和第二馈电点;其中,所述第一辐射体与所述第二辐射体平行且间隔设置,所述第一辐射体与所述第二辐射体间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线的工作频段对应的波长,且其中,所述第一辐射体的电长度为第一波长和/或所述第二辐射体的电长度为第一波长;所述第一天线单元产生的电场与所述第二天线单元产生的电场正交,或,所述第一天线单元产生的电流与所述第二天线单元产生的电流正交。
结合第五方面,在第五方面的某些实现方式中,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
结合第五方面,在第五方面的某些实现方式中,所述第一天线单元产生的电场沿虚拟轴线反对称,所述第二天线单元产生的电场沿所述虚拟轴线对称,所述虚拟轴线为所述第一辐射体或所述第二辐射体的虚拟对称轴,或,所述第一天线单元产生的电流沿所述虚拟轴线反对称,所述第二天线单元产生的电流沿所述虚拟轴线对称。
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是本申请实施例提供的偶函数的示意图。
图3是本申请实施例提供的奇函数的示意图。
图4是本申请实施例提供的线天线采用中心对称馈电的示意图。
图5是本申请实施例提供的线天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。
图6是本申请实施例提供的缝隙天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。
图7是本申请实施例提供的缝隙天线采用中心对称馈电的示意图。
图8是本申请实施例提供的贴片天线采用中心对称馈电的示意图。
图9是本申请实施例提供的贴片天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。
图10是本申请实施例提供的包括地板的缝隙天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。
图11是本申请实施例提供的包括地板的缝隙天线采用中心对称馈电的示意图。
图12是本申请实施例提供的4种天线对的组合形式。
图13是本申请实施例提供的另外4种天线对的组合形式。
图14是本申请实施例提供的一种天线结构100的示意图。
图15是本申请实施例提供的开放缝隙的结构示意图。
图16是本申请实施例提供的天线结构的剖面图。
图17是本申请实施例提供的另一种天线结构的示意图。
图18是本申请实施例提供的另一种天线结构的示意图。
图19是图14所示天线结构的S参数仿真图。
图20是第一天线单元和第二天线单元均采用中心对称馈电的天线结构。
图21是图20所示的天线结构的S参数仿真图。
图22是第一天线单元和第二天线单元均采用同侧偏心馈电的天线结构。
图23是图22所示的天线结构的S参数仿真图。
图24是第一天线单元和第二天线单元均采用异侧偏心馈电的天线结构。
图25是图24所示的天线结构的S参数仿真图。
图26是本申请实施例提供的不对称的天线结构的示意图。
图27是图26所示的天线结构的S参数仿真图。
图28是图26所示天线结构的系统效率的仿真结果图。
图29是图26所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场分布示意图。
图30是图26所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场分布示意图。
图31是图26所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。
图32是图26所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
图33是本申请实施例提供的另一种天线结构的布局方案。
图34是图33所示的天线结构和图26所示的天线结构的S参数仿真图。
图35是图33所示的天线结构和图26所示的天线结构的隔离度仿真图。
图36是本申请实施例提供的另一种天线结构200的示意图。
图37是图36所示天线结构的S参数仿真图。
图38是另一种天线结构的示意图。
图39是图38所示的天线结构的S参数仿真图。
图40是图36所示天线结构的效率的仿真结果图。
图41是图36所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场分布示意图。
图42是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场分布示意图。
图43是图36所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。
图44是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
图45是本申请实施例提供的一种天线结构300的示意图。
图46是图45所示天线结构的S参数仿真图。
图47是第一天线单元和第二天线单元均采用偏心馈电的天线结构。
图48是图47所示的天线结构的S参数仿真图。
图49是图45所示天线结构的效率的仿真结果图。
图50是图45所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场和电流分布示意图。
图51是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场和电流分布示意图。
图52是图45所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。
图53是图45所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
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。
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;也可理解为通过间接耦合的方式,隔空电导通。“耦合”可理解为通过间接耦合的方式隔空电导通,其中,本领域人员可以理解的是,耦合现象即指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响,并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。“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。
天线方向图:也称辐射方向图。是指在离天线一定距离处,天线辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形,通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。
天线方向图通常都有多个辐射波束。其中辐射强度最大的辐射波束称为主瓣,其余的辐射波束称为副瓣或旁瓣。在副瓣中,与主瓣相反方向上的副瓣也叫后瓣。
天线系统效率:指天线向空间辐射出去的功率(即有效地转换电磁波部分的功率)和天线的输入功率之比。系统效率是考虑天线端口匹配后的实际效率,即天线的系统效率为天线的实际效率(即效率)。
天线辐射效率:指天线向空间辐射出去的功率(即有效地转换电磁波部分的功率)和输入到天线的有功功率之比。其中,输入到天线的有功功率=天线的输入功率-损耗功率;损耗功率主要包括回波损耗功率和金属的欧姆损耗功率和/或介质损耗功率。辐射效率是衡量天线辐射能力的值,金属损耗、介质损耗均是辐射效率的影响因素。
本领域技术人员可以理解,效率一般是用百分比来表示,其与dB之间存在相应的换算关系,效率越接近0dB,表征该天线的效率越优。
天线回波损耗:可以理解为经过天线电路反射回天线端口的信号功率与天线端口发射功率的比值。反射回来的信号越小,说明通过天线向空间辐射出去的信号越大,天线的辐射效率越大。反射回来的信号越大,说明通过天线向空间辐射出去的信号越小,天线的辐射效率越小。
天线回波损耗可以用S11参数来表示,S11属于S参数中的一种。S11表示反射系数,此参数能够表征天线发射效率的优劣。S11参数通常为负数,S11参数越小,表示天线回波损耗越小,天线本身反射回来的能量越小,也就是代表实际上进入天线的能量就越多,天线的系统效率越高;S11参数越大,表示天线回波损耗越大,天线的系统效率越低。
需要说明的是,工程上一般以S11值为-6dB作为标准,当天线的S11值小于-6dB时,可以认为该天线可正常工作,或可认为该天线的发射效率较好。
天线隔离度:是指一个天线发射信号,通过另一个天线接收的信号与该发射天线信号的比值。隔离度是用来衡量天线互耦程度大小的物理量。假定两个天线构成一个双端口网络,那么两个天线之间的隔离度就是天线之间的S21、S12。天线隔离度可以用S21、S12参数表示。S21、S12参数通常为负数。S21、S12参数越小,表示天线之间的隔离度越大,天线互耦程度越小;S21、S12参数越大,表示天线之间的隔离度越小,天线互耦程度越大。天线的隔离度取决于天线辐射方向图、天线的空间距离、天线增益等。
地:可泛指电子设备(比如手机)内任何接地层、或接地板、或接地金属层等的至少一部分,或者上述任何接地层、或接地板、或接地部件等的任意组合的至少一部分,“地”可用于电子设备内元器件的接地。一个实施例中,“地”可以是电子设备的电路板的接地层,也可以是电子设备中框形成的接地板或屏幕下方的金属薄膜形成的接地金属层。一个实施例中,电路板可以是印刷电路板(printed circuit board,PCB),例如具有8、10、12、13或14层导电材料的8层、10层或12至14层板,或者通过诸如玻璃纤维、聚合物等之类的介电层或绝缘层隔开和电绝缘的元件。一个实施例中,电路板包括介质基板、接地层和走线层,走线层和接地层通过过孔进行电连接。一个实施例中,诸如显示器120、触摸屏、输入按钮、发射器、处理器、存储器、电池140、充电电路、片上系统(system on chip,SoC)结构等部件可以安装在电路板上或连接到电路板;或者电连接到电路板中的走线层和/或接地层。例如,射频源设置于走线层。
上述任何接地层、或接地板、或接地金属层由导电材料制得。一个实施例中,该导电材料可以采用以下材料中的任一者:铜、铝、不锈钢、黄铜和它们的合金、绝缘基片上的铜箔、绝缘基片上的铝箔、绝缘基片上的金箔、镀银的铜、绝缘基片上的镀银铜箔、绝缘基片上的银箔和镀锡的铜、浸渍石墨粉的布、涂覆石墨的基片、镀铜的基片、镀黄铜的基片和镀铝的基片。本领域技术人员可以理解,接地层/接地板/接地金属层也可由其它导电材料制得。
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)显示器或者有机发光半导体(organic light-emitting diode,OLED)显示器等,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。
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。随着人们对于高速数据传输的需求提升,对于天线的要求越来高。但是电子设备内留给天线的体积有限。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,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。
本申请实施例提供了一种电子设备,包括了一种天线结构,天线结构可以包括第一天线单元和第二天线单元,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段相同或邻近,且具有良好的隔离度,可以应用于多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)天线系统。同时,第一天线单元的辐射单元和第二天线单元的辐射单元可以平行且间隔设置,缩减天线结构所占的空间,可以适用于日益紧张的电子设备的内部空间。
应理解,本文中提到的,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段相同(也称为,同频)可以理解为下列情况中的任意一种:
第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段包括相同的通信频段,例如,第一天线单元和第二天线单元均作为MIMO天线系统中的子单元,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段均包括5G中的sub6G频段,则可以认为第一天线单元和第二天线单元同频。
第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段存在部分频率重合,例如,第一天线单元的工作频段包括LTE中的B35(1.85-1.91GHz),第二天线单元的工作频段包括LTE中的B39(1.88-1.92GHz),第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段的频率部分重合,则可以认为第一天线单元和第二天线单元同频。
应理解,第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段邻近可以理解为:
-第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段间距较小,可以认为是高频频段的起始频点与低频频段的结束频点之间的间距小于高频频段的中心频率的10%,例如,第一天线单元的工作频段包括LTE中的B3(1.71-1.785GHz),第二天线单元的工作频段包括GPS中的L1(1578.42±1.023MHz),B3(1.71-1.785GHz)和L1(1578.42±1.023MHz)间距较小,或者,第一天线单元的工作频段包括LTE中的B40(2.3-2.4GHz),第二天线单元的工作频段包括BT频段(2.4-2.485GHz),B40(2.3-2.4GHz)和BT频段(2.4-2.485GHz)间距较小,则可以认为第一天线单元和第二天线单元的工作频段邻近。
首先,由图2至图13对本申请将涉及的原理进行说明。其中,图2是本申请实施例提供的偶函数的示意图。图3是本申请实施例提供的奇函数的示意图。图4是本申请实施例提供的线天线采用中心对称馈电的示意图。图5是本申请实施例提供的线天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。图6是本申请实施例提供的缝隙天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。图7是本申请实施例提供的缝隙天线采用中心对称馈电的示意图。图8是本申请实施例提供的贴片天线采用中心对称馈电的示意图。图9是本申请实施例提供的贴片天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。图10是本申请实施例提供的包括地板的缝隙天线采用偏心馈电或中心反对称馈电的示意图。图11是本申请实施例提供的包括地板的缝隙天线采用中心对称馈电的示意图。图12是本申请实施例提供的4种天线对的组合形式。图13是本申请实施例提供的另外4种天线对的组合形式。
如图2所示,f(x)为偶函数,在-Xo到+Xo内满足f(-x)=f(x)。而如图3所示,g(x)为奇函数,在-Xo到+Xo内满足g(-x)=-g(x)。偶函数f(x)和奇函数g(x)内积为零,即满足以下公式:
Figure BDA0003207932730000091
可以认为偶函数f(x)和奇函数g(x)正交。
其中,w(x)为加权函数,在简易情况下,可以认为w(x)=1。
本申请实施例提供的天线结构,天线结构包括一种天线对,利用上述原理,天线对中的两个天线单元的电流或电场分布类似于上述奇函数和偶函数的特性,使两个天线单元产生的辐射在远场内积为零(积分正交),相互并不影响,因此,两个天线单元之间可以获得良好的隔离度。
如图4和图5所示,为线天线采用不同的馈电形式的示意图,其中,线天线在X方向上延伸,并具有Y方向上的虚拟轴线。
如图4中的(a)所示,线天线采用中心对称馈电(symmetrical central feed),线天线上产生的电场沿虚拟轴线呈对称分布(例如,电场幅度相同,相位相同),或线天线上的电流沿虚拟轴线呈对称分布(例如,电流反向)。线天线采用这种馈电方式产生的在xoy面的方向图如图4中的(b)所示。
应理解,虚拟轴线可以是指天线结构的辐射体的虚拟对称轴,虚拟轴线两侧的辐射体的长度或电长度相等。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 BDA0003207932730000092
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 BDA0003207932730000093
其中,L为物理长度,λ为电磁波的波长。
本申请中提到的“中心对称馈电”可以理解为,馈电单元与辐射体连接点(馈电点)位于辐射体中心。一个实施例中,馈电单元与辐射体的连接区域覆盖辐射体的几何结构中点,或者,覆盖辐射体的电长度中点。当辐射体为缝隙天线的缝隙时,“中心对称馈电”可以理解为,馈电单元与缝隙侧边的连接点(馈电点)位于缝隙侧边的中心,例如馈电单元与缝隙侧边的连接区域覆盖缝隙侧边的几何结构中点,或者,缝隙侧边的电长度中点。应可理解,本申请提到的“中点”并非数学意义上严格的中点,而应允许一定的偏差。馈电单元与辐射体连接点(馈电点)还可以是上述中点附近一定范围内的区域,例如,偏离中点四分之一个电长度范围内的区域(不包括四分之一个电长度的位置),或者,也可以是偏离中点八分之一个电长度范围内的区域,其中电长度可以是指辐射体的电长度。
如图5中的(a)所示,线天线采用偏心馈电(offset central feed)或者中心反对称馈电(anti-symmetrical central feed),线天线上产生的电场沿虚拟轴线呈反对称分布(例如,电场幅度相同,相位相反)(相位相反可例如相位相差180°),或线天线上的电流沿虚拟轴线呈反对称分布(例如,电流同向)。线天线采用这种馈电方式产生的在xoy面的方向图如图5中的(b)所示。
本申请中提到的“偏心馈电”,可以理解为边馈。一个实施例中,馈电单元与辐射体之间的连接点(馈电点)偏离辐射体的对称中心(虚拟轴线)。一个实施例中,馈电单元与辐射体之间的连接点(馈电点)位于辐射体的末端并且距离辐射体的末端端点四分之一个电长度范围内(不包括四分之一个电长度的位置)的区域,或者,也可以是距离辐射体的端点八分之一个第一电长度范围内的区域,其中电长度可以是指辐射体的电长度。
本申请中提到的“中心反对称馈电”可以理解为,馈电单元的正负两极分别连接在辐射体的上述中点附近的两个连接点。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°。
基于上述馈电形式构成的线天线的天线对,当天线对中的第一线天线通过如图4中的(a)所示的者中心对称馈电时,可激励出第一线天线的1、2、3…n倍(n为正整数)波长模式,当天线对中的第二线天线通过偏心馈电或中心反对称馈电,可激励出第二线天线的1/2、2/2、3/2…n/2波长模式。由于第一线天线和第二线天线分别采用不同的馈电形式,其产生的电流和电场分布类似于上述奇函数和偶函数的特性,使两个天线单元产生的辐射在远场内积为零,相互并不影响,第一线天线和第二线天线在激励的模式对应的带宽内可获得较高的隔离度。
如图6和图7所示,为缝隙天线采用不同的馈电形式的示意图,其中,缝隙天线在X方向上延伸,并具有Y方向上的虚拟轴线。
如图6中的(a)所示,缝隙天线采用偏心馈电或者中心反对称馈电,缝隙天线产生电场沿虚拟轴线呈反对称分布(幅度相同,相位相反,例如相位相差180°)。缝隙天线采用这种馈电方式产生的在yoz面的方向图如图6中的(b)所示。
如图7中的(a)所示,缝隙天线采用中心对称馈电,缝隙天线产生电场沿虚拟轴线呈对称分布(幅度相同,相位相同)。缝隙天线采用这种馈电方式产生的在yoz面的方向图如图7中的(b)所示。
基于上述馈电形式构成的缝隙天线的天线对,当天线对中的第一缝隙天线通过如图6中的(a)所示的偏心馈电或者中心反对称馈电时,可激励出第一缝隙天线的1/2、2/2、3/2…n/2(n为正整数)波长模式,当天线对中的第二缝隙天线通过中心对称馈电,可激励出第二缝隙天线的1、2、3…n倍波长模式。由于第一缝隙天线和第二缝隙天线分别采用不同的馈电形式,其产生的电场分布类似于上述奇函数和偶函数的特性,使两个天线单元产生的辐射在远场内积为零,相互并不影响,第一缝隙天线和第二缝隙天线在激励的模式对应的带宽内可获得较高的隔离度。
应理解,对于图4至图7所示的天线结构,其天线辐射体的尺寸可以是均基于一倍工作波长(线天线的辐射体的电长度为一倍工作波长或缝隙天线的缝隙的电长度为一倍工作波长),工作波长可以认为是天线结构的工作频段的中心频率对应的波长,或者,也可以认为是天线结构产生的谐振对应的波长。由于天线结构的辐射体的尺寸较大,辐射口径增加可以提升天线结构的辐射效率,因此,上述天线结构的辐射效率带宽都较好。
上述实施例提供的技术方案不仅仅局限于图4至图7所示的天线结构,对于其他天线结构仍然适用。一个实施例中,线天线包括没有开设缝隙的直条形或弯折辐射体、和/或开设一个或多个缝隙的直条形或弯折辐射体等。一个实施例中,线天线形式还包括偶极子(dipole)、贴片(patch)天线以及元贴片(meta patch)天线(meta结构是一种超材料结构,可以是用多个距离很近的耦合单元代替原来的单个辐射体)等。一个实施例中,缝隙天线包括直线形缝隙、或L形缝隙、或U形缝隙等。一个实施例中,缝隙天线可以是闭口槽缝隙天线、开口槽缝隙天线等。
例如,当图4和图5所示的线天线的下方设置有地板时,其形成的天线结构由偶极子天线变为贴片天线,贴片天线也可以是元贴片天线。其不同馈电形式对应的电流、电场和方向图如图8和图9所示。同样的,也适用于在图6和图7所示的缝隙天线的下方设置地板形成的天线结构,其不同馈电形式对应的电场和方向图如图10和图11所示。
应理解,上述线天线或缝隙天线可以互相组合形成天线对,如图12所示,天线对中的天线单元通过馈电方式可以改变其电流或电场的分布,只要满足电流或电场正交,均可形成高隔离度天线对。
如图12所示,为天线对的4种不同组合形式。但是在实际设计中,可以不仅仅局限于上述实施例中所示的天线结构,即不论线天线,缝隙天线或其他天线形式,也不论其电尺寸(天线结构可以是基于二分之一波长,一倍波长或二分之三波长等设计的),只要天线对中的天线单元的电流或电场正交(一个天线单元呈对称分布,即偶函数特性,另一个天线单元呈反对称分布,即奇函数特性),均可以组合形成高隔离度的天线对。
例如,如图13所示,基于二分之一波长设计的缝隙天线与基于一倍波长设计的缝隙天线,均采用偏心馈电的方式进行馈电,二分之一波长的缝隙天线产生的电场呈对称分布,一倍波长的缝隙天线的电场呈反对称分布,这两个天线单元即可组合形成高隔离度的天线对(图13中第二天线对),以此类推,图13中所示的两种一倍波长的天线结构与两种二分之一波长的天线结构,互相组合可形成四种不同的高隔离度的天线对。应理解,对于基于二分之三波长、二倍波长设计的天线结构,也适用上述技术方案,这里不再赘述。需要注意的是,在电子设备的天线设计中,由于内部空间紧张,四分之一波长的天线结构,如一端接地一端开放的四分之一波长的线天线,一般认为其电流(或电场)具有类似反对称分布的特性。
图14是本申请实施例提供的一种天线结构100的示意图,可以应用于图1所示的电子设备中。
如图14所示,天线结构100包括第一天线单元110和第二天线单元120,第一天线单元110和第二天线单元120的工作频段相同或邻近。
其中,第一天线单元110可以包括设置在金属层130上的第一缝隙111。第二天线单元120可以包括设置在金属层130上的第二缝隙121。金属层130上的第一缝隙111和第二缝隙121可以平行且间隔设置,以节省天线结构100所占用的金属层130的面积,更适用于电子设备内部日益减少的内部空间。第一缝隙111与第二缝隙121在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,第二方向垂直于所述第一方向,且第一缝隙111与第二缝隙121在第二方向上的投影至少部分重合。应可理解,本申请中的“在第一方向上延伸”应理解为辐射体/缝隙呈直条形且该直条形在第一方向上延伸,或者辐射体/缝隙呈弯折形且该弯折形的至少一部分或整体在第一方向上延伸。本申请中的“第二方向上间隔”应理解为第一辐射体/缝隙,与第二辐射体/缝隙在第二方向上均匀的间隔开,或者不均匀的间隔开。其中,第一缝隙111与第二缝隙121在第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,第一波长为第一天线110的工作频段对应的波长,例如,第一波长可以是第一天线110的工作频段的中心频率对应的波长或第一天线110的谐振点对应的波长,第二波长为第二天线120的工作频段对应的波长,例如,第二波长可以是第二天线120的工作频段的中心频率对应的波长或第二天线120的谐振点对应的波长。第一缝隙111包括第一馈电点113,第一馈电点113设置在第一缝隙111的中心区域114,第一馈电点113用于为第一天线单元110馈电。第一馈电单元112在第一馈电点113与第一缝隙111两侧的金属层电连接,为第一天线单元110馈电。第二缝隙121包括第二馈电点123,第二馈电点123设置在第二缝隙121的一端,第二馈电点123用于为第二天线单元120馈电。第二馈电单元122在第二馈电点123与第二缝隙121两侧的金属层电连接,为第二天线单元120馈电。
在该实施例中,第一天线单元110采用中心对称馈电的方式,其产生的电场呈对称分布。第二天线单元120采用偏心馈电的方式,其产生的电场呈反对称分布。由于第一天线单元110产生的电场和第二天线单元120产生的电场正交(第一天线单元的电场呈对称分布,即偶函数特性,第二天线单元呈反对称分布,即奇函数特性),因此,第一天线单元110和第二天线单元120可以组合形成高隔离度的天线对。
应理解,参照上述实施例中所示的原理,第二天线单元120采用中心反对称馈电的方式,也可以产生相同的效果,即第二馈电点123设置在第二缝隙121的中心区域,第二馈电单元122在第二馈电点123与第二缝隙121两侧的金属层电连接,为第二天线单元120馈电。
在上述实施例中,第一缝隙111和第二缝隙121平行设置可以理解为第一缝隙111的长度方向与第二缝隙121的长度方向近似平行。由于电子设备内部的空间日益紧张,在工程应用中可能会对第一缝隙111和第二缝隙121进行弯折(第一缝隙111和第二缝隙121不一定为直线)以适应电子设备的内部空间。因此,第一缝隙111和第二缝隙121平行可以认为是第一缝隙111的长度方向与第二缝隙121的长度方向所呈角度小于45°。
本申请中提到的“缝隙的中心区域”(例如,第一缝隙111的中心区域114)可以理解为距离第一缝隙111的中点一定距离所形成的区域,第一缝隙111的中点可以是第一缝隙111的几何中心(中点两侧的第一缝隙111的长度相同),或者,第一缝隙111的中点也可以是第一缝隙111的电长度中点(中点两侧的第一缝隙111的电长度相同)。例如,当第一缝隙111的电长度为第一波长时,其中心区域114可以是距离中点在第一波长的四分之一范围内的区域。本申请中提到的“馈电点设置在缝隙的中心区域”应理解为馈电点设置在该缝隙的中心区域处,并可以具体地设置在该缝隙的侧边上。
本申请中提到的“缝隙的一端”(例如,第二缝隙121的一端)并不能狭义的理解为一定是一个点,还可以认为是第二缝隙121上包括缝隙端点的一段缝隙区域,例如,当第二缝隙121的电长度为第二波长时,可以认为第二缝隙121的一端是距离端点四分之一个第二波长以内的缝隙区域,或者,也可以认为是距离端点10mm以内的缝隙区域。本申请中提到的“馈电点设置在缝隙的一端”应理解为馈电点设置在该缝隙的一端处,并可以具体地设置在该缝隙的侧边上。
在一个实施例中,第一天线单元110产生的电场可以沿虚拟轴线呈对称分布,第二天线单元120产生的电场可以沿虚拟轴线呈反对称分布。虚拟轴线可以是第一缝隙111的虚拟对称轴(虚拟轴线两侧的第一缝隙111的长度或电长度相同),也可以是第二缝隙121的虚拟对称轴(虚拟轴线两侧的第二缝隙121的长度或电长度相同)。
在一个实施例中,第一缝隙111的虚拟对称轴和第二缝隙121的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一。随着天线结构整体对称性的增加,天线结构的辐射特性会变好,例如,第一缝隙111的虚拟对称轴和第二缝隙121的虚拟对称轴重合的情况下,天线结构的辐射体特性最优。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,第一缝隙111的虚拟对称轴和第二缝隙121的虚拟对称轴不一定能完全重合,当第一缝隙的虚拟对称轴和第二缝隙的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元和第二天线单元之间也可以保持良好的隔离度。
在一个实施例中,第一缝隙111和第二缝隙121沿虚拟轴线对称,即虚拟轴线两侧的第一缝隙111的长度或电长度相同,虚拟轴线两侧的第二缝隙121的长度或电长度相同。应理解,随着第一缝隙111和第二缝隙121对称性的增加,天线结构100的整体的辐射特性会变好。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,第一缝隙111和第二缝隙121并不能完全沿虚拟轴线对称,当第一缝隙111或第二缝隙121偏离虚拟轴线第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元110和第二天线单元120之间也可以保持良好的隔离度。例如,第一缝隙111的虚拟对称轴与第二缝隙121的虚拟对称轴间隔在第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内。
在一个实施例中,第一馈电单元112和第二馈电单元122可以是电子设备内部的射频芯片中的不同的射频通道。
在一个实施例中,第一缝隙111的电长度可以为第一波长,第二缝隙121的电长度可以为第二波长,可以对应于图12中的第二天线对。应理解,对于第一缝隙111和第二缝隙121来说,可以通过不同的电子元件在保证第一缝隙111和第二缝隙121电长度不改变的同时改变其长度。本申请实施例以第一天线单元110和第二天线单元120工作在3GHz为例进行说明,由于第一天线单元110和第二天线单元120产生的谐振点不同,以第一缝隙111的长度L1为82mm,第二缝隙121的长度L2为102mm进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整第一缝隙111和第二缝隙121的长度,或者,增加电子元件,均可以调整第一天线单元110和第二天线单元120的谐振频段,本申请对此并不做限制。
更进一步地,也可以调整第一缝隙111的宽度L4和第二缝隙121的宽度L5以调整第一天线单元110和第二天线单元120的谐振频段,本申请以L4=L5=3mm为例进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整,本申请对此并不做限制。
在一个实施例中,第一天线单元110和第二天线单元120可以设置在很近的距离,组成同频的天线对,可以应用于MIMO天线系统。本申请实施例以第一天线单元110和第二天线单元120工作在3GHz为例进行说明,第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离可以小于10mm,例如,在实施例中,以第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离L3为6.5mm进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离,本申请对此并不做限制。应理解,第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离L3可以认为是第一缝隙111内的点和第二缝隙121内的点之间的最短的直线距离。
在一个实施例中,第一缝隙111和第二缝隙121可以是封闭的缝隙,如图14所示,或者,第一缝隙111和第二缝隙121也可以是开放的缝隙,如图15所示,可以根据实际的生产设计需求调整,本申请对此并不做限制。
在一个实施例中,可以通过电子设备中的任意导电部分(例如导电板、或导电层)的中空部位形成上述第一缝隙和/或第二缝隙。应理解,本申请中的第一缝隙和/或第二缝隙中可以填充绝缘材料。
在一个实施例中,金属层130可以是图1所示的电子设备中PCB17中的金属层,可以作为电子设备中的地板使用,也可以作为第一缝隙111和第二缝隙121的载体。应理解,图14所示的第一缝隙111和第二缝隙121仅作为示例性使用,在实际生产中,还可以通过多种不同的结构形成第一缝隙111和第二缝隙121。例如,如图16所示,可以利用激光直接成型技术(laser-direct-structuring,LDS)将第一金属层151设置在PCB17上方,第一金属层151的一端与PCB17电连接,第一金属层151的另一端与PCB17电连接,第一金属层151与PCB17之间形成第一缝隙。具体地,第一金属层151的一端与PCB17中的第二金属层152(地板)电连接,第一金属层151的另一端与第二金属层152电连接,以形成缝隙111(图中虚框示出)。第一金属层151可以设置在支架150上方,以提供良好的强度。第二缝隙121也可以采用同样的结构,如图17所示。
或者,第二缝隙121可以通过其他结构形成,如图18所示,可以利用电子设备的金属边框160的部分和PCB17形成第二缝隙121。金属边框160在第一位置161与PCB17电连接,金属边框160在第二位置162与PCB17电连接,从而在第一位置161和第二位置162之间,由金属边框160和PCB17形成第二缝隙121。具体地,金属边框160和PCB17中的第二金属层(地板)形成该第二缝隙121。
或者,也可以通过电子设备中的其他导电部分形成第一缝隙和第二缝隙,例如,可以利用电子设备的中框与PCB之间形成缝隙,或者,可以利用电子设备的显示屏与PCB之间形成缝隙,或者,可以利用电子设备的显示屏与设置在支架上的金属层之间形成缝隙,或者,可以利用电子设备的中框与边框之间形成缝隙,本申请对此并不做限制,可以利用电子设备中的任意两个导电部分形成缝隙。
图19至图25是本申请实施例提供的采用不同的馈电形式的天线结构及对应的S参数仿真图。其中,图19是图14所示天线结构的S参数仿真图。图20是第一天线单元和第二天线单元均采用中心对称馈电的天线结构。图21是图20所示的天线结构的S参数仿真图。图22是第一天线单元和第二天线单元均采用同侧偏心馈电的天线结构。图23是图22所示的天线结构的S参数仿真图。图24是第一天线单元和第二天线单元均采用异侧偏心馈电的天线结构。图25是图24所示的天线结构的S参数仿真图。
应理解,上述实施例中所示的天线结构的区别仅在于馈电方式及缝隙的长度,图20,22和图24所示的天线结构中缝隙的长度均为82mm,其余环境均相同,例如,所有天线结构所采用的金属层尺寸均相同,为120mm×80mm×0.1mm,导电率为5.8×e7 S/m,缝隙的宽度均为3mm。同时,为论述的简洁,在本申请实施例中,以第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段相同(第一天线单元和第二天线单元同频)为例进行说明,本申请实施例提供的技术方案也可以用于第一天线单元的工作频段和第二天线单元的工作频段邻近。
同时,天线结构中的两个缝隙的长度可以相同也可以不同,可以通过电子元件进行调整,图14所示的天线结构中两个缝隙长度不同,只是为了最简化天线结构匹配,同时还能使两个天线单元达到同频效果。
如图19(对应于图14所示的天线结构),图21(对应于图20所示的天线结构),图23(对应于图22所示的天线结构)和图25(对应于图24所示的天线结构)所示,在第一天线单元和第二天线单元同频的情况下,仅图14所示的天线结构中,在同频的频段,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度(S12,S21)大于19dB,第一天线单元和第二天线单元可以应用于MIMO天线系统,或者,作为同频的天线单元进行应用(例如,分别工作在WiFi频段和BT频段)。其余天线结构(图20,图22,图24所示天线结构),由于采用馈电方式的不同,使第一天线单元和第二天线单元所产生的电场非正交,因此,隔离度较差,均在-5dB附近。
应理解,如图14和19所示,第一天线单元采用中心对称馈电,在第一馈电单元馈电时,可以激励出第一天线单元的一倍波长模式和两倍波长模式。第二天线单元采用偏心馈电,在第二馈电单元馈电时,可以激励出第二天线单元的二分之一波长模式、一倍波长模式、二分之三波长模式、两倍波长模式、二分之五波长模式。在图14所示的天线结构中,在3GHz附近,可以利用第一天线单元的一倍波长模式和第二天线单元的一倍波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频,或者,在6.3GHz附近,可以利用第一天线单元的两倍波长模式和第二天线单元的两倍波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频。
图26是本申请实施例提供的不对称的天线结构的示意图。
应理解,在图14所示的天线结构中,第一缝隙111和第二缝隙121沿虚拟轴线对称,且第一天线单元的第一馈电点113设置在虚拟轴线上,在这种情况下可以获得良好的隔离度,如图19所示。当第一缝隙111上设置的第一馈电点113偏离虚拟轴线(可以认为是第一缝隙的虚拟对称轴)时,可以通过将第二缝隙121向第一馈电点相同一侧偏移来弥补天线结构整体的不对称型。
如图26所示,第一馈电点113向左侧偏移,其偏移量D1为2.5mm,可以通过将第二缝隙整体121向左侧偏移来弥补第一馈电点113偏移带来的不对称性。
图27至图32是本申请实施例提供的仿真结果示意图。其中,图27是图26所示的天线结构的S参数仿真图。图28是图26所示天线结构的系统效率(total efficiency)的仿真结果图。图29是图26所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场分布示意图。图30是图26所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场分布示意图。图31是图26所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。图32是图26所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
如图27所示,在这种情况下,第一天线单元和第二天线单元在同频频段仍然可以获得15dB以上的隔离度(S21)。
对于实际的工程应用,不可能存在完全的对称结构,因此,本申请实施例提供的技术方案可以根据实际的空间布局调整天线结构的设计方案,更好的适应于电子设备的内部空间,同时天线结构中的天线单元仍可以具有良好的隔离度。
如图28所示,第一天线单元和第二天线单元在同频频段的系统效率均大于-5dB,具有较高的系统效率。
如图29和图30所示,为第一天线单元的谐振点和第二天线单元的谐振点对应的电场分布。如图29所示,第一馈电单元馈电时,第一天线单元在3.15GHz产生的电场呈对称分布。如图30所示,第二馈电单元馈电时,第二天线单元在3.12GHz产生的电场呈反对称分布。由于第一天线单元和第二天线单元所产生的电场正交,因此,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度较好。
应理解,由于第一天线单元和第二天线单元产生的电场正交,因此,对应的方向图差异较大,如图31和图32所示。同时,如图27所示,在1GHz-8GHz区间,第一天线单元和第二天线单元具有两个同频的频段(3GHz附近和6.3GHz附近),在本申请实施例为论述的简洁仅给出了3GHz附近的仿真结果图,第一天线单元和第二天线单元在6.3GHz附近,也会产生类似的效果,本申请在此就不一一赘述。
图33是本申请实施例提供的另一种天线结构的布局方案。
应理解,对缝隙天线来说,可能会由于缝隙设置在金属层的位置不同,馈电单元为缝隙天线馈电时,金属层上的电流分布不对称,从而影响辐射特性。因此,本申请实施例提供了一种不设置在金属层中心的结构,与图26所示的天线结构相比,其区别仅在与天线结构的位置不同(图33所示的天线结构设置于金属层右下角)和金属层的尺寸不同,其中,图26所示的天线结构中,金属层的尺寸为120mm×80mm×0.1mm,而图33中金属层的尺寸为180mm×120mm×0.1mm。
图34是图33所示的天线结构和图26所示的天线结构的S参数仿真图。
如图34所示,调整天线结构的位置并未对第一天线单元和第二天线单元产生的谐振产生影响。
图35是图33所示的天线结构和图26所示的天线结构的隔离度仿真图。
如图35所示,调整天线结构的位置并未对第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度(S21)产生影响,第一天线单元和第二天线单元之间仍然可以保持良好的隔离度,在同频频段内,隔离度大于18dB。
图36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,上述实施例中(如图14至图35所示),是以第一天线单元和第二天线单元为一倍波长的缝隙天线为例进行说明,对应于图12中所示的第二天线对。如图19所示,在上述实施例中,利用第一天线单元的一倍波长模式和第二天线单元的一倍波长模式可以使第一天线单元和第二天线单元同频。第一天线单元通过中心对称馈电产生的电场呈对称分布,第二天线单元通过偏心馈电产生的电场呈反对称分布。从而实现第一天线单元产生的电场和第二天线单元产生的电场正交,进而使第一天线单元和第二天线单元在同频的频段保持良好的隔离度。
如图36所示,可以缩减第二缝隙221的尺寸,使第二天线单元220的电长度为第二波长的二分之一,利用第一天线单元210的一倍波长模式和第二天线单元220的二分之一波长模式可以使第一天线单元210和第二天线单元220同频。同时,也可以缩减天线结构200所占用的金属层230的面积。
应理解,对于第二天线单元220来说,采用偏心馈电(第二馈电单元222在第二缝隙221的一端为第二天线单元220馈电)的方式进行馈电,二分之一波长的缝隙天线产生的电场呈对称分布。因此,为保证第一天线单元和第二天线单元在同频或邻近频段的频段保持良好的隔离度,第一天线单元210产生的电场需要呈反对称分布,第一天线单元210需要采用偏心馈电(第一馈电单元212在第一缝隙211的一端为第一天线单元210馈电)以产生反对称分布的电场。同时,第二馈电单元222与第二缝隙221电连接的第二馈电点223和第一馈电单元212与第一缝隙211电连接的第一馈电点213可以位于虚拟轴线的同侧,或者,分别位于虚拟轴线的两侧,本申请对此并不做限制。
图36所示的天线结构对应于图13中所示的第二天线对,基于二分之一波长设计的缝隙天线与基于一倍波长设计的缝隙天线,均采用偏心馈电的方式进行馈电,二分之一波长的缝隙天线产生的电场呈对称分布,一倍波长的缝隙天线的电场呈反对称分布,这两个天线单元即可组合形成高隔离度的天线对。
如图36所示,第一缝隙211的电长度可以为第一波长。第二缝隙221的电长度可以为第二波长的二分之一。应理解,可以在第一缝隙211和第二缝隙221填充介质以进一步缩减天线结构200所占用的金属层230的面积。本申请实施例以填充聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物(PC/ABS)为例进行说明,其介电常数(Er)为3,损耗角正切(tanθ)为0.01,本申请对此并不做限制,跟可以根据实际的设计进行调整。
本申请实施例以第一天线单元210和第二天线单元220工作在2.5GHz为例进行说明,由于第一天线单元210和第二天线单元220产生的谐振点不同,以第一缝隙211的长度L1为95mm,第二缝隙221的长度L2为46mm进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整第一缝隙211和第二缝隙221的长度,或者,增加电子元件,均可以调整第一天线单元210和第二天线单元220的谐振频段,本申请对此并不做限制。
更进一步地,也可以调整第一缝隙211的宽度L4和第二缝隙221的宽度L5以调整第一天线单元210和第二天线单元220的谐振频段,本申请以L4=L5=2mm为例进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整,本申请对此并不做限制。
本申请实施例以第一天线单元210和第二天线单元220工作在2.5GHz为例进行说明,第一缝隙211和第二缝隙221之间的距离可以小于10mm,例如,在实施例中,以第一缝隙211和第二缝隙221之间的距离L3为4mm进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离,本申请对此并不做限制。应理解,第一缝隙111和第二缝隙121之间的距离L3可以认为是第一缝隙111内的点和第二缝隙121内的点之间的最短的直线距离。
图37至图39是本申请实施例提供的采用不同的馈电形式的天线结构及对应的S参数仿真图。其中,图37是图36所示天线结构的S参数仿真图。图38是另一种天线结构的示意图。图39是图38所示的天线结构的S参数仿真图。
如图38所示,天线结构中第一天线单元采用中心对称馈电。应理解,图38和图36中所示的天线结构的区别仅在于第一天线单元的馈电方式,其余环境均相同,例如,所有天线结构所采用的金属层尺寸均相同,为160mm×100mm×0.7mm,导电率为5.8×e7 S/m。
如图37和图39所示,在第一天线单元和第二天线单元工作于相同频段或邻近频段的情况下,仅图36所示的天线结构中,在同频的频段,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度(S21)大于13dB,第一天线单元和第二天线单元可以应用于MIMO天线系统,或者,作为同频的天线单元进行应用(例如,分别工作在WiFi频段和BT频段)。图38所示的天线结构,由于第一天线单元采用中心对称馈电,产生的电场呈对称分布,第二天线单元采用偏心馈电,产生的电场呈对称分布,使第一天线单元和第二天线单元所产生的电场非正交,因此,隔离度较差,在-5dB附近。
如图36-37所示,第一天线单元采用偏心馈电,在第一馈电单元馈电时,可以激励出第一天线单元的二分之一波长模式、一倍波长模式、二分之三波长模式、两倍波长模式、二分之五波长模式。第二天线单元采用偏心馈电,在第二馈电单元馈电时,可以激励出第二天线单元的二分之一波长模式和一倍波长模式。在图36所示的天线结构中,在2.5GHz附近,可以利用第一天线单元的一倍波长模式和第二天线单元的二分之一波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频,或者,在5.2GHz附近,可以利用第一天线单元的两倍波长模式和第二天线单元的一倍波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频。
图40至图44是本申请实施例提供的仿真结果示意图。其中,图40是图36所示天线结构的效率的仿真结果图。图41是图36所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场分布示意图。图42是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场分布示意图。图43是图36所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。图44是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
如图40所示,第一天线单元和第二天线单元在同频的频段的系统效率均大于-10dB,具有较高的系统效率。且在该频段内,第一天线单元和第二天线单元的辐射效率相当,差异在1dB以内,第一天线单元和第二天线单元具有类似的辐射性能。
如图41和图42所示,为第一天线单元的谐振点和第二天线单元的谐振点对应的电场分布。如图41所示,第一馈电单元馈电时,第一天线单元在2.52GHz产生的电场呈反对称分布。如图42所示,第二馈电单元馈电时,第二天线单元在2.52GHz产生的电场呈对称分布。由于第一天线单元和第二天线单元所产生的电场正交,因此,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度较好。
应理解,由于第一天线单元和第二天线单元产生的电场正交,因此,对应的方向图差异较大,如图43和图44所示。同时,如图27所示,在1GHz-7GHz区间,第一天线单元和第二天线单元具有两个同频的频段(2.5GHz附近和5.2GHz附近),在本申请实施例为论述的简洁仅给出了2.5GHz附近的仿真结果图,第一天线单元和第二天线单元在5.2GHz附近,也会产生类似的效果,本申请在此就不一一赘述。
图45是本申请实施例提供的一种天线结构300的示意图,可以应用于图1所示的电子设备中。
如图45所示,天线结构300包括第一天线单元310和第二天线单元320,第一天线单元310和第二天线单元320的工作频段相同或邻近。
其中,第一天线单元310可以包括缝隙311。第二天线单元320可以包括第一辐射体321,第一辐射体321和缝隙311可以平行且间隔设置,以节省天线结构300所占用的空间,更适用于电子设备内部日益减少的内部空间。缝隙311与第一辐射体321在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,第二方向垂直于所述第一方向,且缝隙311与第一辐射体321在第二方向上的投影至少部分重合。其中,缝隙311与第一辐射体321在第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,第一波长为第一天线310的工作频段对应的波长,例如,第一波长可以是第一天线310的工作频段的中心频率对应的波长或第一天线310的谐振点对应的波长,第二波长为第二天线320的工作频段对应的波长,例如,第二波长可以是第二天线320的工作频段的中心频率对应的波长或第二天线320的谐振点对应的波长。缝隙311包括第一馈电点313,第一馈电点313设置在缝隙311的一端,第一馈电点313用于为第一天线单元310馈电。第一馈电单元312在第一馈电点313与缝隙311一侧的导体电连接,为第一天线单元310馈电。第一辐射体321包括第二馈电点323,第二馈电点323设置在第一辐射体321的中心区域,第二馈电点323用于为第二天线单元320馈电。第二馈电单元322在第二馈电点323与第一辐射体321电连接,为第二天线单元120馈电。
在该实施例中,第一天线单元310采用偏心馈电的方式,其产生的电场呈反对称分布。第二天线单元320采用中心对称馈电的方式,其产生的电场呈对称分布。由于第一天线单元310产生的电场和第二天线单元320产生的电场正交(第一天线单元的电场呈反对称分布,即奇函数特性,第二天线单元呈对称分布,即耦函数特性),因此,第一天线单元310和第二天线单元320可以组合形成高隔离度的天线对。
应理解,参照上述实施例中所示的原理,第一天线单元310采用中心反对称馈电的方式,也可以产生相同的效果,即第一馈电点313设置在缝隙311的中心区域,第一馈电单元312的正负两极在第一馈电点313与缝隙311两侧的金属电连接,为第一天线单元320馈电。
在上述实施例中,第一辐射体321和缝隙311平行设置可以理解为第一辐射体321的长度方向与缝隙311的长度方向近似平行。由于电子设备内部的空间日益紧张,在工程应用中可能会对第一辐射体321和缝隙311进行弯折(第一辐射体321和缝隙311不一定为直线)以适应电子设备的内部空间。因此,第一辐射体321和缝隙311平行可以认为是第一辐射体321的长度方向与缝隙311的长度方向所呈角度小于45°。
缝隙311的一端并不能狭义的理解为一定是一个点,还可以认为是缝隙311上包括端点的一段辐射体,例如,当缝隙311的电长度为第一波长时,可以认为缝隙311的一端是距离端点第一波长的四分之一以内的区域,或者,也可以认为是距离端点10mm以内的区域,第一波长为第一天线单元310的工作频段对应的波长,例如,第一波长可以是第一天线单元310的谐振点对应的波长,或者,也可以是第一天线单元310的工作频段的中心频率对应的波长。
第一辐射体321的中心区域可以理解为距离第一辐射体321的中点一定距离所形成的区域,第一辐射体321的中点可以是第一辐射体321的几何中心(中点两侧的第一辐射体321的长度相同),或者,第一辐射体321的中点也可以是第一辐射体321的电长度中点(中点两侧的第一辐射体321的电长度相同)。例如,当第一辐射体321的电长度为一倍第二波长时,其中心区域可以是距离中点在第二波长的四分之一范围内的区域,第二波长为第二天线单元320的工作频段对应的波长,例如,第二波长可以是第二天线单元320的谐振点对应的波长,或者,也可以是第二天线单元320的工作频段的中心频率对应的波长。
在一个实施例中,缝隙311可以利用电子设备的边框360的导电部分和PCB17形成。边框360也可以是金属边框。金属边框360在第一位置361与PCB17电连接,金属边框360在第二位置362与PCB17电连接,在第一位置361和第二位置362之间,金属边框360与PCB17形成缝隙311。具体地,金属边框360在第一位置361与PCB17的接地金属层电连接,金属边框360在第二位置362与该接地金属层电连接,接地金属层在第一位置361和第二位置362之间与金属边框360形成缝隙311。应理解,本申请实施例仅为了论述的简洁,但并不限制缝隙311的形成方式,例如,缝隙311也可以设置在电子设备内部的任意导电结构(例如导电片、或导电层)上。在一个实施例中,缝隙311可以设置在PCB的金属层上,或者,也可以通过图16所示的方式实现,通过LDS将金属层设置在PCB上方,在金属层上设置缝隙,或者,也可以通过电子设备的显示屏与PCB之间形成缝隙,或者,可以通过电子设备的显示屏与设置在支架上的金属层之间形成缝隙,或者,可以利用电子设备的中框与边框之间形成缝隙。同样的,第一辐射体321也可以通过多种方式设计,例如,可以通过LDS实现,设置在PCB上方,或者,通过电子设备的部分金属边框实现,或者,通过电子设备内的其他导电部件实现,如FPC等,本申请对此并不做限制,可以根据电子设备内部的空间布局调整。在一个实施例中,第一辐射体321为两端开放的辐射体,例如,第一辐射体321的第一端和第二端都为开放端。本申请中的“开放端”应理解为不接地的一端,例如辐射体的第一端为开放端,应理解为辐射体上距离第一端的端点四分之一个波长内的一段辐射体上未设置接地点。
在一个实施例中,第一天线单元310产生的电场可以沿虚拟轴线呈反对称分布,第二天线单元320产生的电场可以沿虚拟轴线呈对称分布。虚拟轴线可以是缝隙311的虚拟对称轴(虚拟轴线两侧的缝隙311的长度或电长度相同),也可以是第一辐射体321的虚拟对称轴(虚拟轴线两侧的第一辐射体321的长度或电长度相同)。
在一个实施例中,缝隙311的虚拟对称轴和第一辐射体321的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一。随着天线结构整体对称性的增加,天线结构的辐射特性会变好,例如,缝隙311的虚拟对称轴和第一辐射体321的虚拟对称轴重合的情况下,天线结构的辐射体特性最优。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,缝隙311的虚拟对称轴和第一辐射体321的虚拟对称轴不一定能完全重合,当缝隙的虚拟对称轴和第一辐射体的虚拟对称轴在第一方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元和第二天线单元之间也可以保持良好的隔离度。
在一个实施例中,第一天线单元310产生的电流可以沿虚拟轴线呈反对称分布,第二天线单元320产生的电流可以沿虚拟轴线呈对称分布。
在一个实施例中,缝隙311和第一辐射体321沿虚拟轴线对称,即虚拟轴线两侧的缝隙311和第一辐射体321的长度或电长度相同。应理解,随着缝隙311和第一辐射体321对称性的增加,天线结构300的整体的辐射特性会变好。但是,在电子设备内,天线结构需要结合电子设备的内部空间进行设计,因此,缝隙311和第一辐射体321并不能完全沿虚拟轴线对称,当缝隙311或第一辐射体321偏离虚拟轴线第一波长的四分之一或第二波长的四分之一以内,第一天线单元110和第二天线单元120之间也可以保持良好的隔离度。
在一个实施例中,缝隙311的电长度可以为第一波长,第一辐射体321的电长度可以为第二波长,可以对应于图12中的第三天线对。应理解,对于缝隙311和第一辐射体321来说,可以通过不同的电子元件在保证缝隙311和第一辐射体321电长度不改变的同时改变其长度。本申请实施例以第一天线单元310和第二天线单元320工作在2.5GHz为例进行说明,由于第一天线单元410和第二天线单元320产生的谐振点不同,以缝隙311的长度L1为82mm,第一辐射体321的长度L2为78mm为进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整缝隙311和第一辐射体321的长度,或者,增加电子元件,均可以调整第一天线单元310和第二天线单元320的谐振频段,本申请对此并不做限制。
更进一步地,在该实施例中第一辐射体321通过LDS设置在PCB17的上方,本申请以第一辐射体321与PCB17的距离2.8mm为例进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整,本申请对此并不做限制。
在一个实施例中,缝隙311和第一辐射体321之间的距离L3可以小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,即第一天线单元310和第二天线单元320可以设置在很近的距离,组成同频的天线对,可以应用于MIMO天线系统。本申请实施例以第一天线单元310和第二天线单元320工作在2.5GHz为例进行说明,缝隙311和第一辐射体321之间的距离可以小于10mm,例如,在实施例中,以缝隙311和第一辐射体321之间的距离L3为5mm进行说明,可以根据实际的生产设计需求调整缝隙311和第一辐射体321之间的距离,本申请对此并不做限制。应理解,缝隙311和第一辐射体321之间的距离L3可以认为是缝隙311内的点和第一辐射体321上的点之间的最短的直线距离。
图46至图48是本申请实施例提供的采用不同的馈电形式的天线结构及对应的S参数仿真图。其中,图46是图45所示天线结构的S参数仿真图。图47是第一天线单元和第二天线单元均采用偏心馈电的天线结构。图48是图47所示的天线结构的S参数仿真图。
应理解,上述实施例中所示的天线结构的区别仅在于馈电方式,其余环境均相同,例如,所有天线结构所在的电子设备的金属边框尺寸均相同,为158mm×78mm。
如图46和图48所示,在第一天线单元和第二天线单元同频的情况下,仅图45所示的天线结构中,在同频的频段,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度(S21)大于25dB,第一天线单元和第二天线单元可以应用于MIMO天线系统,或者,作为同频的天线单元进行应用(例如,分别工作在WiFi频段和BT频段)。图47所示天线结构,由于采用馈电方式的不同,使第一天线单元和第二天线单元所产生的电场或电流非正交,因此,隔离度较差,最差在-5dB附近。
应理解,如图45和46所示,第一天线单元采用偏心馈电,在第一馈电单元馈电时,可以激励出第一天线单元的二分之一波长模式、一倍波长模式、二分之三波长模式、两倍波长模式、二分之五波长模式。第二天线单元采用中心对称馈电,在第二馈电单元馈电时,可以激励出第二天线单元的一倍波长模式和两倍波长模式。在图45所示的天线结构中,在2.5GHz附近,可以利用第一天线单元的一倍波长模式和第二天线单元的一倍波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频,或者,在4.8GHz附近,可以利用第一天线单元的两倍波长模式和第二天线单元的两倍波长模式使第一天线单元和第二天线单元同频。
图49至图44是本申请实施例提供的仿真结果示意图。其中,图49是图45所示天线结构的效率的仿真结果图。图50是图45所示天线结构中第一馈电单元工作时的电场和电流分布示意图。图51是图36所示天线结构中第二馈电单元工作时的电场和电流分布示意图。图52是图45所示天线结构中第一馈电单元工作时的方向图。图53是图45所示天线结构中第二馈电单元工作时的方向图。
如图49所示,第一天线单元和第二天线单元在同频的频段的系统效率均大于-10dB,具有较高的系统效率。且在该频段内,第一天线单元和第二天线单元的辐射效率相当,差异在1.5dB以内,第一天线单元和第二天线单元具有类似的辐射性能。
如图50和图51所示,为第一天线单元的谐振点和第二天线单元的谐振点对应的电场和电流分布。
如图50中的(a)所示,第一馈电单元馈电时,第一天线单元在2.45GHz产生的电场呈反对称分布。如图50中的(b)所示,第一馈电单元馈电时,第一天线单元在2.45GHz产生的电流呈反对称分布。
如图51中的(a)所示,第二馈电单元馈电时,第二天线单元在2.45GHz产生的电场呈对称分布。如图51中的(b)所示,第二馈电单元馈电时,第二天线单元在2.45GHz产生的电流呈对称分布。
由于第一天线单元和第二天线单元所产生的电场和电流正交,因此,第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度较好。
应理解,由于第一天线单元和第二天线单元产生的电场和电流正交,因此,对应的方向图差异较大,如图52和图53所示。同时,如图46所示,在1GHz-7GHz区间,第一天线单元和第二天线单元具有两个同频的频段(2.5GHz附近和4.9GHz附近),在本申请实施例为论述的简洁仅给出了2.5GHz附近的仿真结果图,第一天线单元和第二天线单元在4.9GHz附近,也会产生类似的效果,本申请在此就不一一赘述。
在图45所示的天线结构中,是以第一天线单元和第二天线单元为一倍波长的缝隙天线和一倍波长的线天线为例进行说明,对应于图12中所示的第三天线对。如图46所示,在上述实施例中,利用第一天线单元的一倍波长模式和第二天线单元的一倍波长模式可以使第一天线单元和第二天线单元同频。第一天线单元通过偏心馈电与第二天线单元通过中心对称馈电产生的电场或电流正交,进而使第一天线单元和第二天线单元在同频的频段保持良好的隔离度。也可以参照图13中的第三天线对,可以缩减缝隙和第一辐射体321的尺寸,使第一天线单元和第二天线单元为二分之一波长的缝隙天线和二分之一波长的线天线。
在这种情况下,对于第一天线单元来说,采用偏心馈电的方式进行馈电,二分之一波长的缝隙天线产生的电场呈对称分布。因此,为保证第一天线单元和第二天线单元在同频的频段保持良好的隔离度,第二天线单元产生的电场需要呈反对称分布,第二天线单元210需要采用中心反对称馈电以产生反对称分布的电场。可以利用第一天线单元的二分之一波长模式和第二天线单元的二分之一波长模式可以使第一天线单元和第二天线单元同频。同时,也可以缩减天线结构所占用的金属层的面积。
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 (20)

1.一种天线结构,其特征在于,所述天线结构包括:
第一天线单元,所述第一天线单元包括第一缝隙和第一馈电点;以及
第二天线单元,所述第二天线单元包括第二缝隙和第二馈电点;
其中,所述第一缝隙与所述第二缝隙在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,所述第二方向垂直于所述第一方向,且所述第一缝隙与所述第二缝隙在所述第二方向上的投影至少部分重合,所述第一缝隙与所述第二缝隙在所述第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线单元的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线单元的工作频段对应的波长;
所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的中心区域,或,所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的一端,所述第一馈电点用于为所述第一天线单元馈电;
所述第二馈电点设置在所述第二缝隙的一端,所述第二馈电点用于为所述第二天线单元馈电。
2.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
3.根据权利要求2所述的天线结构,其特征在于,所述第一工作频段和所述第二工作频段邻近是所述第一工作频段的起始频点与所述第二工作频段的结束频点之间的间距小于第一工作频段的中心频率的10%,所述第一工作频段中的频点的频率大于所述第二工作频段中的频点的频率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线结构,其特征在于,所述第一缝隙的虚拟对称轴和所述第二缝隙的虚拟对称轴在所述第一方向上间隔的距离小于所述第一波长的四分之一或所述第二波长的四分之一。
5.根据权利要求4所述的天线结构,其特征在于,所述第一缝隙的虚拟对称轴和所述第二缝隙的虚拟对称轴重合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线结构,其特征在于,
所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的中心区域,所述第一缝隙的电长度为所述第一波长,所述第二缝隙的电长度为所述第二波长。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的天线结构,其特征在于,
所述第一馈电点设置在所述第一缝隙的一端,所述第一缝隙的电长度为所述第一波长的二分之一,所述第二缝隙的电长度为所述第二波长。
8.根据权利要求7所述的天线结构,其特征在于,所述第一馈电点和所述第二馈电点设置于虚拟轴线的同一侧,所述虚拟轴线为所述第一缝隙或所述第二缝隙的虚拟对称轴,且所述虚拟轴线垂直于所述第一方向。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线结构,其特征在于,所述第一缝隙与所述第二缝隙在所述第二方向上间隔的距离小于10mm。
10.一种电子设备,其特征在于,包括如权利要求1至9中任一项所述的天线结构,所述电子设备还包括:
一个或多个导电部分;
其中,所述第一天线单元的所述第一缝隙或所述第二天线单元的所述第二缝隙是以下缝隙中的任一种:
所述导电部分上设置的缝隙,或所述一个或多个导电部分中的至少两个导电部分之间形成的缝隙。
11.一种天线结构,其特征在于,所述天线结构包括:
第一天线单元,所述第一天线单元包括缝隙和第一馈电点;以及
第二天线单元,所述第二天线单元包括辐射体和第二馈电点;
其中,所述缝隙与所述辐射体在第一方向上延伸并在第二方向上间隔,所述第二方向垂直于所述第一方向,且所述缝隙与所述辐射体在所述第二方向上的投影至少部分重合,所述缝隙与所述辐射体在所述第二方向上间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线单元的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线单元的工作频段对应的波长;
所述第一馈电点设置在所述缝隙的一端,所述第一馈电点用于为所述第一天线单元馈电;
所述第二馈电点设置在所述辐射体的中心区域,或,所述第二馈电点设置在所述辐射体的一端,所述第二馈电点用于为所述第二天线单元馈电。
12.根据权利要求11所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
13.根据权利要求11或12所述的天线结构,其特征在于,所述缝隙的虚拟对称轴和所述辐射体的虚拟对称轴在所述第一方向上间隔的距离小于所述第一波长的四分之一或所述第二波长的四分之一。
14.根据权利要求13所述的天线结构,其特征在于,所述缝隙的虚拟对称轴和所述辐射体的虚拟对称轴重合。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的天线结构,其特征在于,
所述缝隙的电长度为所述第一波长,所述辐射体的电长度为所述第二波长。
16.一种电子设备,其特征在于,包括如权利要求11至15中任一项所述的天线结构,所述电子设备还包括:
一个或多个导电部分;
其中,所述第一天线的所述缝隙是以下缝隙中的任一种:
所述一个或多个导电部分中的第一导电部分上设置的缝隙,或所述一个或多个导电部分中至少第一导电部分和第二导电部分之间形成的缝隙。
17.根据权利要求16所述的电子设备,其特征在于,所述第二天线的所述辐射体是所述一个或多个导电部分中的第三导电部分,且所述辐射体两端开放。
18.一种天线结构,其特征在于,所述天线结构包括:
第一天线单元,所述第一天线单元包括第一辐射体和第一馈电点;以及
第二天线单元,所述第二天线单元包括第二辐射体和第二馈电点;
其中,所述第一辐射体与所述第二辐射体平行且间隔设置,所述第一辐射体与所述第二辐射体间隔的距离小于第一波长的四分之一或第二波长的四分之一,所述第一波长为所述第一天线的工作频段对应的波长,所述第二波长为所述第二天线的工作频段对应的波长,且其中,所述第一辐射体的电长度为第一波长和/或所述第二辐射体的电长度为第一波长;
所述第一天线单元产生的电场与所述第二天线单元产生的电场正交,或,所述第一天线单元产生的电流与所述第二天线单元产生的电流正交。
19.根据权利要求18所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元的第一工作频段和所述第二天线单元的第二工作频段相同或邻近。
20.根据权利要求18或19所述的天线结构,其特征在于,所述第一天线单元产生的电场沿虚拟轴线反对称,所述第二天线单元产生的电场沿所述虚拟轴线对称,所述虚拟轴线为所述第一辐射体或所述第二辐射体的虚拟对称轴,或,
所述第一天线单元产生的电流沿所述虚拟轴线反对称,所述第二天线单元产生的电流沿所述虚拟轴线对称。
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