CN116137378A - 天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种天线和电子设备。该天线包括辐射元件对，包括呈环形阵列布置的第一和第二辐射元件，第一和第二辐射元件相对于对称线而对称地布置，对称线通过环形阵列的中心点，第一辐射元件或第二辐射元件呈以中心点为中心的弧形，或者沿以中心点为中心的弧形的切线方向延伸；以及馈电结构，包括第一和第二馈电部，第一馈电部耦合至第一辐射元件并用于向第一辐射元件提供具有第一相位和第一幅值的第一激励电流，第二馈电部耦合至第二辐射元件并用于向第二辐射元件提供具有第二相位和第二幅值的第二激励电流。以此方式，可以实现具有混合模式的天线。

Description

天线和电子设备

技术领域

本申请主要涉及天线领域。更具体地，本申请涉及一种天线和包括该天线的电子设备。

背景技术

无线接入点(access point,AP)是使用无线设备(手机等移动设备及笔记本电脑等无线设备)用户进入有线网络的接入点，其提供无线信号覆盖，相当于连接有线网和无线网的桥梁，它可通过将流量从无线网桥接到有线网中，为现有的有线网增加无线功能。无线接入点主要用于宽带家庭、大楼内部、校园内部、园区内部以及仓库、工厂等需要无线监控的地方，典型距离覆盖几十米至上百米，也有可以用于远距离传送。大多数无线AP还带有接入点客户端模式，可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。

无线AP的部署依赖设置AP的场所和建筑物形状等因素。千差万别的使用场所将导致AP部署高度和间距不一致。无线AP需要天线来提供无线信号覆盖。然而对于常规AP而言，天线的辐射方向图通常是固定不变的，难以应对多样化的场景，容易造成覆盖盲区或者相邻AP的信号干扰等问题。

发明内容

本申请提供了一种能够实现具有混合模式的紧凑型天线和相关的电子设备。

本申请的第一方面，提供了一种天线。该天线包括辐射元件对以及馈电结构。辐射元件对包括呈环形阵列布置的第一辐射元件和第二辐射元件。所述第一辐射元件和所述第二辐射元件相对于对称线而对称地布置，所述对称线通过所述环形阵列的中心点，第一辐射元件或所述第二辐射元件呈以所述中心点为中心的弧形，或者沿以所述中心点为中心的弧形的切线方向延伸。馈电结构包括第一馈电部和第二馈电部。所述第一馈电部耦合至所述第一辐射元件并用于向所述第一辐射元件提供具有第一相位和第一幅值的第一激励电流。所述第二馈电部耦合至所述第二辐射元件并用于向所述第二辐射元件提供具有第二相位和第二幅值的第二激励电流。

通过采用这种结构的天线，可以实现混合模式天线。具体而言，该混合模式天线具有至少两种工作模式。在第一工作模式中，第一辐射元件和第二辐射元件中的激励电流方向沿同一个旋转方向，此时天线的辐射方向图为宽波束图。在第二工作模式，第一辐射元件和第二辐射元件中的激励电流方向沿相反的旋转方向，此时天线的辐射方向图为窄波束图。利用该结构的天线，基于叠加原理，第一模式和第二模式可以以任意比例混合，从而实现更多的波束宽度。此外，通过使天线的辐射元件采用环形阵列布置，以紧凑的结构实现了具有多波束宽度的全向天线。

在一种实现方式中，所述第一激励电流和所述第二激励电流源于相同的激励信号。以此方式，可以以一种具有成本效益的方式实现天线的馈电。在一些替代的实现方式中，所述第一激励电流和所述第二激励电流也可以分别源于不同的激励信号。

在一种实现方式中，天线还包括第一反射体，被布置在所述环形阵列的中心并且相对于所述中心点对称，所述第一反射体与所述对称线共线。该布置方式使得具有较大半径(例如大于1/2波长)环形阵列的辐射元件对能够有效地避免因辐射元件距离增大而导致的栅瓣效应，从而提高天线增益并由此提高天线的性能。

在一种实现方式中，天线还包括第二反射体，被布置在所述环形阵列的中心并且相对于所述中心点对称，所述第二反射体垂直于所述第一反射体。该布置方式能够进一步优化天线的性能。

在一种实现方式中，第一辐射元件和所述第二辐射元件各自包括至少两个子辐射元件，并且所述至少两个子辐射元件中的每个子辐射元件耦合至对应的馈电部。这种布置方式允许第一辐射体和第二辐射体根据不同的需求而采用不同数目的子辐射元件，使得天线的布置方式更加灵活。

在一种实现方式中，所述至少一个子辐射元件呈以所述中心点为中心的弧形或者所述至少一个子辐射元件的至少一部分沿以所述中心点为中心的弧形的切线方向延伸。该布置方式有利于天线的制造以及对水平面的全面覆盖。

在一种实现方式中，天线还包括第一寄生辐射元件，邻近所述第一辐射元件布置；以及第二寄生辐射元件，邻近所述第二辐射元件布置。寄生辐射元件能够进一步优化天线的各项性能。

在一种实现方式中，第一寄生辐射元件和所述第一辐射元件平行；所述第二寄生辐射元件和所述第二辐射元件平行。此种布置方式有利于第一辐射元件和第二辐射元件的均衡，从而有利于进一步改善天线的性能。

在一种实现方式中，所述第一幅值和所述第二幅值具有预定的比例关系，并且所述第一相位和所述第二相位具有预定的角度关系。在一种实现方式中，可以通过采用固定比例功率分配器馈电来实现上述实现方式。以此方式，能够使天线原第一工作模式下的法向零点得到填充，从而避免信号盲区。

在一种实现方式中，所述第一幅值和所述第二幅值在从0:1到1:1和/或从1:0到1:1的范围内可调。以此方式，使得第一辐射元件和第二辐射元件波束宽度能够被调整。

在一种实现方式中，所述第一相位和所述第二相位被调整为相同或相反。以此方式，使得第一辐射元件和第二辐射元件能够工作在不同的模式，从而有利于改变波束宽度。

在一种实现方式中，第一辐射元件和所述第二辐射元件在周向上的长度各自约为所述天线的工作频段的对应波长的二分之一。

在一种实现方式中，天线还包括功率分配器，包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，激励信号经由所述输入端口输入到功率分配器，并且第一输出端口耦合至所述第一馈电部，所述第二输出端口耦合至所述第二馈电部。该布置方式使得天线能够被更容易且以具有成本效益的方式实现。

在一种实现方式中，所述功率分配器包括固定比例功率分配器。以此方式，能够使天线原第一工作模式下的法向零点得到填充，从而避免信号盲区。

在一种实现方式中，所述功率分配器包括可变功率分配器，并且第一相位、第一幅值、第二相位和第二幅值中的至少一项能够被调整。通过经由可变功率分配器分别馈送可调幅值和可调相位的激励电流，可以实现天线的诸如波束宽度的实时调整。

本申请的第二方面提供了一种电子设备。该电子设备包括根据前文中第一方面所述的天线；以及射频模块，用于使用所述天线通信。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本申请实施例的电子设备的示意分解视图；

图2示出了根据本申请实施例的天线的简化俯视示意图；

图3示出了根据本申请实施例的天线的激励电流的辐射、相位以及所实现的可变波束宽度；

图4示出了根据本申请实施例的天线工作在第一模式下的电流方向图和辐射方向图；

图5示出了根据本申请实施例的天线工作在第二模式下的电流方向图和辐射方向图；

图6示出了根据本申请实施例的天线的辐射方向图；

图7示出了根据本申请的一些实施例的天线的简化俯视示意图；

图8示出了图7所示的天线在某一工作模式下的电流方向图；

图9示出了根据本申请的一些实施例的天线的简化俯视示意图；以及

图10示出了根据本申请的一些实施例的天线的简化俯视示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施例。虽然附图中显示了本申请的某些实施例，然而应当理解的是，本申请可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本申请。应当理解的是，本申请的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本申请的保护范围。

在本申请的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

应理解，在本申请中，“耦合”可理解为直接耦合和/或间接耦合。直接耦合又可以称为“电连接”，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。“间接耦合”可理解为两个导体通过隔空/不接触的方式电导通。在一个实施例中，间接耦合也可以称为电容耦合，例如通过两个导电件间隔的间隙之间的耦合形成等效电容来实现信号传输。

以下，对本申请实施例可能出现的术语进行解释。

接通：通过以上“电连接”或“间接耦合”的方式使得两个或两个以上的元器件之间导通或连通来进行信号/能量传输，都可称为接通。

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旁瓣。在副瓣中，与主瓣相反方向上的副瓣也叫后瓣。

波束宽度：分为水平波束宽度和垂直波束宽度。其中，水平波束宽度是指在水平方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角；垂直波束宽度是指在垂直方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。

地/地板：可泛指电子设备内任何接地层、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/地板”可用于电子设备内元器件的接地。一个实施例中，“地/地板”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)。一个实施例中，电路板包括介质基板、接地层和走线层，走线层和接地层可以通过过孔电连接。一个实施例中，诸如显示器、触摸屏、输入按钮、发射器、处理器、存储器、电池、充电电路、片上系统(system onchip，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，射频模块设置于走线层。

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。

馈电线，又叫传输线，指收发机与辐射元件之间的连接线。把天线的辐射元件和收发机连接起来的系统被称为馈电系统。馈电线又被分为导线传输线、同轴线传输线、波导或微带线等。在发射过程中，发射机产生的已调制的高频振荡电流(能量)经馈电线输入发射天线(馈电线可随频率和形式不同，直接传输电流波或电磁波)，发射天线将高频电流或导波(能量)转变为无线电波—自由电磁波(能量)向周围空间辐射。在接收过程中，无线电波(能量)通过接收天线转变成高频电流或导波(能量)经馈电线传送到接收机。从上述过程可以看出，天线不但是辐射和接收无线电波的装置，同时也是一个能量转换器，是电路与空间的界面器件。馈电端或馈电点是指辐射元件上与馈电线相连的端部或者端部附近。

阻抗和阻抗匹配：天线的阻抗一般是指天线输入端的电压与电流的比值。天线阻抗是天线中对电信号的电阻的量度。一般而言，天线的输入阻抗是复数，实部称为输入电阻，以R表示；虚部称为输入电抗，以Xi表示。电长度远小于工作波长的天线，其输入电抗很大，例如短偶极天线具有很大的容抗；电小环天线具有很大的感抗。直径很细的半波振子输入阻抗约为73.1+i42.5欧。在实际应用中，为了便于匹配，一般希望对称振子的输入电抗为零，这时的振子长度称为谐振长度。谐振半波振子的长度比自由空间中的半个波长略短一些，工程上一般估计缩短5％。天线的输入阻抗与天线的几何形状、尺寸、馈电点位置、工作波长和周围环境等因素有关。线天线的直径较粗时，输入阻抗随频率的变化较平缓，天线的阻抗带宽较宽。

研究天线阻抗的主要目的是为实现天线和馈电线间的匹配。欲使发射天线与馈电线相匹配，天线的输入阻抗应该等于馈电线的特性阻抗。欲使接收天线与接收机相匹配，天线的输入阻抗应该等于负载阻抗的共轭复数。通常接收机具有实数的阻抗。当天线的阻抗为复数时，需要用匹配网络来除去天线的电抗部分并使它们的电阻部分相等。

当天线与馈电线匹配时，由发射机向天线或由天线向接收机传输的功率最大，这时在馈电线上不会出现反射波，反射系数等于零，驻波系数等于1。天线与馈电线匹配的好坏程度用天线输入端的反射系数或驻波比的大小来衡量。对于发射天线来说，如果匹配不好，则天线的辐射功率就会减小，馈电线上的损耗会增大，馈电线的功率容量也会下降，严重时还会出现发射机频率“牵引”现象，即振荡频率发生变化。

辐射元件：是天线中用于接收/发送电磁波辐射的装置。在某些情况下，狭义来理解“天线”即为辐射元件，其将来自发射机的导波能量较变为无线电波，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接收无线电波。发射机所产生的已调制的高频电流能量(或导波能量)经馈电线传输到发射辐射元件，通过辐射元件将其转换为某种极化的电磁波能量，并向所需方向出去。接收辐射元件将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量又转换为已调制的高频电流能量，经馈电线输送到接收机输入端。

辐射元件可以是具有特定形状和尺寸的导体，例如线天线。线天线是由线径远比波长为小，长度可与波长相比的一根或多根金属导线构成的天线。主要用于长、中、短波及超短波波段，作为发射或接收天线。线天线的主要形式有偶极子天线、半波振子天线、笼形天线、单极子天线、鞭天线、铁塔天线、球形天线、磁性天线、V形天线、菱形天线、鱼骨形天线、八木天线、对数周期天线、天线阵等(见无方向性天线、弱方向性天线、强方向性天线)。对于偶极子天线而言，每个偶极子天线通常包括两个辐射枝节，每个枝节由馈电部从辐射枝节的馈电端进行馈电。

辐射元件也可以是形成在导体上的槽或者缝隙。例如，在导体面上开缝形成的天线，被称为缝隙天线或开槽天线。典型的缝隙形状是长条形的，长度约为半个波长。缝隙可用跨接在它窄边上的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电。这时，缝隙上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。

另外，本申请中提及的中间或中间位置等这类关于位置、距离的限定，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义。举例说明，导体的中间位置指的是导体的中点，实际应用中是指其他部件(例如馈电线、接地枝节)与该导体的连接处覆盖了中点。槽的中间位置或槽的一侧的中间位置指的是槽的一侧边的中点，实际应用中是指其他部件(例如馈电线)与该侧边的连接处覆盖了中点。槽的一侧的中间位置设置有缝隙在实际应用中是指该缝隙在该侧所处位置覆盖了该侧的中点。

本申请以上内容中提及的馈电点可以是指馈电线与辐射元件的连接区域(又可称为连接处)中的任一点，例如中心点。点(如馈电点、连接点、接地点)到缝隙或者缝隙到点的距离可以是指点到该缝隙的中点的距离，也可以是指点到该缝隙的两端的距离。

本申请以上内容中提及的电流同向/反向分布，应理解为在同一侧的导体上主要电流的方向为同向/反向的。例如，在呈环状的导体上激励同向分布电流(例如，电流路径也是环状的)时，应可理解，环状导体中两侧的导体上(例如围绕一缝隙的导体，在该缝隙两侧的导体上)激励的主要电流虽然从方向上看为反向的，其仍然属于本申请中对于同向分布电流的定义。

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、无线局域网(WLAN)通信技术、蜂窝网络通信技术等。本申请实施例中的电子设备可以包括用户前端与运营商网络直接对接的设备，包括但不限于：无线接入点，电话机，无线路由器，防火墙，电脑，光猫，4G转WiFi的无线路由器等。本申请实施例中的电子设备也可以包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能家居、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、车载设备等。

简单来说，无线接入点是允许WLAN设备连接到局域网的网络设备。接入点充当无线电信号的中央发射机和接收机。主流无线接入点支持Wi-Fi，最常用于家庭、工厂、商场、大型超市等，支持公共互联网热点和商业网络，以适应现在使用的无线移动设备的激增。接入点可以合并到有线路由器中，也可以是独立设备。

诸如无线接入点的电子设备如图1所示，该电子设备200通常包括壳体203、盖板201、电路板202和天线100。壳体203和盖板201可以组装在一起以形成用于容纳电路板202和天线100的内部空间。电路板202是指用于承载诸如电子设备200的处理单元和天线的处理电路(诸如收发器等)等的载体。天线100和电路板202可以采用分体设置，天线100一般被布置在邻近壳体203的内侧处的位置。天线100与天线的处理电路之间通过诸如同轴电缆、微带线等的传输线连接来为天线100的天线单元进行馈电等。

当然，应当理解的是，图1中所示出的这种电子设备的结构和布置只是示意性的，而不旨在限制本申请的保护范围。只要适用，其他任意适当结构或者布置的电子设备也是可能的。例如，在一些实施例中，天线100也可以集成到电路板202上或者被设置为壳体203的边框的一部分或者被至少部分地设置在壳体203的外部等。此外，在一个实施例中，天线100的形式可以为基于柔性主板(flexible printed circuit，FPC)的天线形式，基于激光直接成型(laser direct structuring，LDS)的天线形式或者微带天线(microstripantenna)等天线形式。下文中将主要以图1中所示出的结构为例来描述根据本申请实施例的电子设备200，应当理解的是，其他电子设备200也是类似的。在下文中将不再分别赘述。

无线接入点的信号覆盖范围通常和天线的辐射方向图以及所设置的高度等因素有关。然而，常规的接入点中天线的辐射方向图以及设置位置通常是固定的，接入点的辐射范围也是固定的。这导致目前的无线接入点难以适应工厂、商超等多样化的环境，容易造成覆盖盲区以及相邻接入点之间的信号干扰。

此外，在大型场馆、商超、工厂、办公场所场景下，常常会用到多个无线接入点组网。用户数量会随时间变化并且场所内的用户的局部密度也随时间和各种因素变化。常规的固定天线100不能调整辐射方向图和布置位置等，难以实现信号覆盖范围的实时变化(例如，随着人员局部密度的变化来调整)，以进行网络负载均衡。因此，亟需一种能够进行调整波束宽度以及辐射方向图的天线100以及相应的电子设备200。

在传统的方案中，在诸如无线接入点的电子设备中通常会用到两种天线。一种天线波束宽度大，一种天线的波束宽度小。在有的方案中，通过不同场景使用不同的天线来实现不同波束宽度的需求。然而，这种方案所带来的问题是波束宽度依然相对固定(基本就两种波束宽度)，不能实现真正意义上的实时调整。此外，由于需要多个天线，从而导致占用空间较大，不利于电子设备的小型化。

传统的方案中还有一种能够实现波束宽度实时调整的方案是相控阵技术。相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。相控阵技术使用多个天线组成阵列，阵列的总波束由所有辐射元件的辐射波叠加合成。每个辐射元件的辐射相位和辐射角度可以被单独控制，从而实现总波束宽度的任意变化和调节。然而，这种方案的主要问题在于成本过高。由于该技术需要多个天线，为了能控制每个天线的辐射相位和辐射角度，需要大量的可控移相器和衰减器等，从而导致成本极高。

为了以成本有效地方式解决或者至少部分地解决传统的无线接入点的上述或者其他潜在问题，根据本申请实施例提供了一种天线100以及使用该天线100的电子设备200。图2示出了该天线100的一种示例性简化俯视图。如图2所示，总体上，根据本公开实施例的天线100包括辐射元件对以及馈电结构。辐射元件对呈环形阵列布置，包括第一辐射元件101和第二辐射元件102。第一辐射元件101和第二辐射元件102可以相对于对称线105而对称地布置。对称线105是指通过环形阵列的中心点106的直线。

在一些实施例中，辐射元件对可以是布置在电路板上的微带线。微带线是一种传输线，可以做成印刷电路板上用来传输微波信号的线路。它由导线、地以及介质层组成。诸如天线100、耦合器、滤波器、功率分配器等可由微带线构成。微带线比传统的波导技术更便宜、更轻、更紧凑。电路板例如可以是柔性电路板、印刷电路板等任意适当的能够承载微带线的任意适当的电路板。当然，应当理解的是，只要具有对应的环形阵列布置，辐射元件对可以采用任意适当的方式形成。例如，在一些替代的实施例中，天线100也可以采用任意适当的导体所形成的环形阵列形成。下文中将主要以图2中所示的布置在电路板上的微带线为例来描述本申请的实施例，应当理解的是，其他情况也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

此外，图2中示出了第一辐射元件101或者第二辐射元件102具有两段分离的子辐射元件。应当理解的是，辐射元件的这种布置方式也是示例性的，并不旨在限制本公开的保护范围。第一辐射元件101或者第二辐射元件102可以采用其他任意适当的结构或者布置。例如，在一些实施例中，第一辐射元件101和第二辐射元件102也可以包括一条、三条或者更多条子辐射元件。下文中将主要以图2中所示的每个辐射元件包括两条子辐射元件为例来描述根据本申请的发明构思。其他情况也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

第一辐射元件101或者第二辐射元件102具有大致以环形阵列的中心点106为中心的弧形或者沿以所述中心点106为中心的弧形的切线方向延伸，而基本不具备其他径向延伸枝节。例如，在一些实施例中，每个子辐射元件可以大致为弧形，并且中心可以位于环形阵列的中心点106上。当然，应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的结构或者布置也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，每个辐射元件或者每个子辐射元件的至少一部分可以沿以中心点为中心的弧形的切线方向延伸。例如，在一些实施例中，子辐射元件可以具有直线形状，并大致沿以中心点为中心的弧形的切线方向延伸。在一些替代的实施例中，子辐射元件也可以大致具有多个弯折线的弯折形状或其他任意适当的形状，并且其一部分沿以中心点为中心的弧形的切线方向延伸。

第一辐射元件101和第二辐射元件102在周向上的电长度可以基本上约等于天线100所工作的频段的对应波长的二分之一。此处的“约”是指考虑到制造工艺以及阻抗匹配等因素，辐射元件的电长度L可以在对应波长λ的二分之一左右的10％(例如5％)的范围内，即，1/2λ×(1-10％)≤L≤1/2λ×(1+10％)或者1/2λ×(1-5％)≤L≤1/2λ×(1+5％)。本申请中的波长，可以是天线所支持的工作频段的中心频率对应的波长，或者天线所支持的工作频段的中心频率对应的在介质中的波长。例如，假设B1上行频段(谐振频率为1920MHz至1980MHz)的中心频率为1955MHz，那波长可以为利用1955MHz这个频率计算出来的波长，或计算出来的在介质中的波长(简称为介质波长)。不限于中心频率，“波长/介质波长”也可以是指谐振频率或工作频段的非中心频率对应的波长/介质波长。为便于理解，本申请实施例中提到的介质波长可以简单地理解为波长。

例如，对应于天线100的谐振频率为1920MHz至1980MHz的频段而言，该频段的中心频率1955MHz对应的波长为15cm，由此计算得出第一辐射元件101或者第二辐射元件102的周向上的长度大概为5cm～9cm。对于图2中所示的方案而言，第一辐射元件101中的每个子辐射元件可以是等长的，并且基本具有1/4波长的电长度，对应于物理长度而言，考虑到阻抗匹配等因素，每一个子辐射元件的长度大概为3cm～5cm。

馈电结构包括分别耦合至第一辐射元件101和第二辐射元件102的第一馈电部103和第二馈电部104。考虑到阻抗匹配等因素，每个馈电部耦合到对应的辐射元件的子辐射元件上的馈电点可以位于每个子辐射元件的中部位置，如图2所示。应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。只要能够实现阻抗匹配，其他任意适当的馈电位置也是可能的。下文中将主要以图2所示的位置来描述本公开的发明构思，应当理解的是，其他位置馈电也是类似的，在下文中将不再分别赘述。

第一馈电部103用于向第一辐射元件101提供具有整的相位和幅值的激励电流。为了便于理解，第一馈电部103所提供的激励电流将被称为第一激励电流，其具有第一相位和第一幅值。第二馈电部104用于向第二辐射元件102提供具有第二相位和第二幅值的第二激励电流。

通过上述描述可以看出，本申请实施例的天线采用具有弧形结构或者切线方向延伸结构并且采用轴对称设置的辐射元件对。以此方式，通过以第一激励电流和第二激励电流向两个辐射元件馈电，可以实现混合模式天线。具体而言，该混合模式天线具有至少两种工作模式。在第一工作模式中，第一辐射元件101和第二辐射元件102中的激励电流方向沿同一个旋转方向，此时天线的辐射具有较宽的波束。在第二工作模式，第一辐射元件101和第二辐射元件102中的激励电流方向沿相反的旋转方向，此时天线的辐射具有较窄的波束。利用该结构的天线，基于叠加原理，第一模式和第二模式可以以任意比例混合，从而实现更多的波束宽度。此外，该天线100的辐射元件对采用环形阵列布置，所占用的空间较小，从而实现了紧凑型天线设计。通过使天线的辐射元件采用环形阵列布置，以紧凑的结构实现了具有多波束宽度的全向天线。

在一些实施例中，在天线的使用过程中，第一幅值、第二幅值、第一相位和第二相位中的至少一项能够根据天线所需的诸如波束宽度等参数而被实时调整或在线调整。在一些实施例中，第一幅值和第二幅值可以具有一种或多种预定比例关系。

馈电结构这种两个馈电部的方案可以通过功率分配器111来实现。也就是说，在一些实施例中，天线100还可以包括功率分配器111。功率分配器111，又被简称为功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。

例如，在一些实施例中，功率分配器111可以包括可变功率分配器。在这种情况下，第一馈电部103耦合至功率分配器111的第一输出端口，第二馈电部104耦合至功率分配器111的第二输出端口。可变功率分配器的两个输出端口可以输出具有变化的相位和幅值关系的两路激励电流。第一激励电流和第二激励电流的幅值和相位可以在一定范围内变化。例如，第一激励电流第一相位、第一幅值以及第二激励电流的第二相位和第二幅值中的至少一项能够被调整，从而实现所需的天线的波束宽度。以此方式，可以实现天线的波束宽度的实时可调。

在一些替代的实施例中，功率分配器111包括固定比例功率分配器。固定比例功率分配器的两个输出端口输出的激励电流的幅值具有预定的比例关系，并且相位具有预定的相位关系。以此方式，可以使天线在第一模式下工作时辐射方向图中的法向零点得到填充，从而消除信号盲区。

下面将以第一馈电部103和第二馈电部104分别耦合至可变功率分配器的两路输出端口为例来描述根据本公开的发明构思。如图3(A)示出了在这种情况下，分别可由第一馈电部103和第二馈电部104所提供的第一激励电流I1和第二激励电流I2的幅值和相位变化关系图，图3(B)示出了所产生的可变波束宽度情况。可以看出，通过改变激励电流的幅值的比例(调整为其他比例)和/或相位之间的差(在0°～180°之间)，可以产生所需要的辐射方向图和波束宽度，从而满足电子设备200的辐射方向的要求。例如，当激励电流的相位差在0°～180°之间调节时，可以实现天线波束的左右摆动，使得天线根据需要来辐射到不同的位置，来提高天线的辐射范围。

在一些实施例中，可以将第一馈电部103和第二馈电部104所提供的激励电流的电流幅值的比例关系调整为从0:1到1:1和/或从1:1到1:0的范围内，其中这些比例范围包括端点值。也就是说，将第一馈电部103和第二馈电部104所提供的激励电流的电流幅值的比例关系可以为0:1、1:0、1:1或者它们之间的任意比例关系。例如，在一些实施例中，可以将第一馈电部103和第二馈电部104所提供的激励电流的电流幅值相等(即，1:1的情况)，并且相位也相同，对应于图3(A)中横坐标为0的情况。以此方式，当两个馈电部所提供的激励电流幅值相等且相位相同时，会在辐射元件对上激励出具有相同旋转方向的感应电流，如图4(A)所示。此时，天线100工作在前文中所提到的第一模式。在这种模式下，天线100的辐射方向图如图4(B)所示。在这种情况下，天线100具有较宽的波束宽度。如前文中提到的，在一些实施例中，可以通过采用固定比例功率分配器提供馈电的方式使天线在第一模式下工作时辐射方向图中的法向零点得到填充，从而消除信号盲区。当两个馈电部所提供的激励电流幅值相等但相位相反时，会在辐射元件上激励出相反的电流方向，如图5(A)所示。此时，天线100工作在第二模式。在这种模式下，天线100的辐射方向图如图5(B)所示。在这种情况下，天线100具有较窄的波束宽度。

由此可见，仅是在第一馈电部103和第二馈电部104所提供的激励电流在幅值比例在1:1并且相位发生改变的情况下，就能够激励出对应于不同辐射方向图和波束宽度的两种不同的模式。基于叠加原理，第一模式和第二模式可以按任意比例(例如从0:1到1:1和/或从1:1到1:0)混合，此时只需要改变激励电流的幅值的比例(调整为其他比例)和/或相位之间的差(在0°～180°之间)，就能够使天线100工作在更多的工作模式，从而使得天线的方向图可以根据需要而被调整为轴对称或者不对称等各种形式。

在一些实施例中，前文中所提到的功率分配器111可以是可变功率分配器，从而能够在输出端口提供具有预定幅值比例和相位关系的激励电流。以此方式，能够以更加便利且成本有效的方式实现天线100辐射方向以及波束宽度的实时可调。在一些替代的实施例中，功率分配器111可以是固定比例功率分配器，并且第一馈电部103和第二馈电部104也分别对应于固定比例功率分配器的两个输出端口。通过提供第一幅值和第二幅值具有一种或多种固定比例(例如，固定比例可以是从1000:1～2:1的任意适当比例)的激励电流，也可以使前述处于第一模式时的辐射方向图(如图4所示)的盲点得到填充，从而避免信号盲区并扩大了波束宽度，如图6所示。

在一种实施例中，在环形阵列的半径较大的情况下，由于此时辐射元件之间的距离也相应地加大，天线的方向图可以会出现栅瓣效应。栅瓣是指除主瓣以外在其他方向会因场强同相叠加形成强度与主瓣相仿的辐射瓣。栅瓣占据了辐射能量，使天线增益降低。在这种情况下，为了进一步提高天线100的性能，例如，当环形阵列的半径大于约1/2波长时，可以在天线100的中心设置反射体。例如，在一些实施例中，可以在天线100的辐射元件对的环形阵列的中心沿对称线105设置第一反射体107，第一反射体107可以相对于中心点106对称并且与对称线105共线，如图7所示。这里的共线表示第一反射体107沿延伸方向的侧边或者中线与对称线共线。在这种情况下，在第一辐射元件101和第二辐射元件102上分别提供等幅反相的激励电流时，会在辐射元件以及第一反射体107上激励出如图8所示的电流方向。以此方式，可以使第一反射体107作为一个寄生辐射元件以第一辐射元件101和第二辐射元件102大致相同的方式向外辐射能量。在这种情况下，第一反射体107的存在相当于减小了辐射元件之间的距离。辐射元件之间的距离的减小能够有效地避免栅瓣效应的的产生，从而增加了天线的增益，并由此提供改进的第二模式。

在一些实施例中，除了第一反射体107外，还可以在环形阵列的中心处设置与第一反射体107垂直布置的第二反射体108，如图9所示。在一些实施例中，第一反射体107和第二反射体108可以是一体地形成的或者以其他任意适当的方式形成。在这种情况下，第一反射体107和第二反射体108构成了工作于天线工作频段的以天线的中心点106为中心的十字型辐射元件。以此方式，可以实现双极化反射体，从而进一步改进天线100的各项性能。

如图10所示，在一些实施例中，为了进一步改进天线100的各项性能，天线100还可以包括寄生辐射元件。具体而言，天线100可以包括邻近第一辐射元件101布置的第一寄生辐射元件109。在第一辐射元件101包括多个子辐射元件的情况下，第一寄生辐射元件109也可以包括对应的多个寄生子辐射元件。类似地，天线100还可以包括邻近第二辐射元件102布置的第二寄生辐射元件110，并且第二寄生辐射元件110中寄生子辐射元件的数量可以与第二辐射元件102的辐射元件的数量对应。此外，第一寄生辐射元件109和第一辐射元件平行，并且第二寄生辐射元件110和第二辐射元件平行。

寄生辐射元件和对应的辐射元件平行可以包括多种情况。例如，在一些实施例中，当第一辐射元件101为弧形的情况下，第一寄生辐射元件109与第一辐射元件101平行意味着第一寄生辐射元件109也呈弧形，并且与第一辐射元件101同心地布置。类似地，当第二辐射元件102为弧形的情况下，第二寄生辐射元件110与第二辐射元件102平行意味着第二寄生辐射元件110也呈弧形，并且与第二辐射元件102同心地布置。

在一些实施例中，当第一辐射元件101为直线形状的情况下，第一寄生辐射元件109与第一辐射元件101平行意味着第一寄生辐射元件109也呈直线形状，并且与第一辐射元件101平行地布置。类似地，当第二辐射元件102为直线形状的情况下，第二寄生辐射元件110与第二辐射元件102平行意味着第二寄生辐射元件110也呈直线形状，并且与第二辐射元件102平行地布置。

在一些实施例中，当第一辐射元件101具有多个弯折线的弯折形状或其他任意适当的形状，第一寄生辐射元件109与第一辐射元件101平行意味着第一寄生辐射元件109也呈与第一辐射元件101或第一辐射元件101的一部分类似的形状，并且两者平行或者同心。第二辐射元件102和第二寄生辐射元件110的情况也是类似的，在这里就不在赘述。

当然，在一些实施例中，辐射元件和对应的寄生辐射元件的形状也可以不同，例如，在一些实施例中，第一辐射元件101或第二辐射元件102可以为直线形状，该直线形状沿以中心点106为中心的弧形的切线方向延伸。不同于之前的实施例，第一寄生辐射元件109或第二寄生辐射元件109可以对应地为以中心点106为中心的弧形形状，反之亦然。

此外，在一些实施例中，类似于第一辐射元件101和第二辐射元件102，第一寄生辐射元件109和第二寄生辐射元件110可以相对于对称线105而对称地布置。例如，第一寄生辐射元件109和第二寄生辐射元件110可分别与第一辐射元件101和第二辐射元件102同心地布置。以此方式，可以拓宽天线的工作频段的同时实现宽波束宽度天线100并由此进一步提高天线100的性能。

每个寄生辐射元件的子辐射元件可以邻近辐射元件的对应的子辐射元件的中心位置布置，如图10所示，并且长度可以大概为每个子辐射元件的1/3～3/4，例如是对应的子辐射元件的长度的1/2。应当理解的是，这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的布置或者结构也是类似的。例如，在一些替代的实施例中，对于有些频段而言，为了优化天线100的性能，每个寄生辐射元件的长度可以大致等于对应的辐射元件的长度。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本申请，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的例子。

Claims (15)

1.一种天线，包括：

辐射元件对，包括呈环形阵列布置的第一辐射元件(101)和第二辐射元件(102)，所述第一辐射元件(101)和所述第二辐射元件(102)相对于对称线(105)而对称地布置，所述对称线(105)通过所述环形阵列的中心点(106)，所述第一辐射元件(101)或所述第二辐射元件(102)呈以所述中心点(106)为中心的弧形，或者沿以所述中心点(106)为中心的弧形的切线方向延伸；以及

馈电结构，包括第一馈电部(103)和第二馈电部(104)，所述第一馈电部(103)耦合至所述第一辐射元件(101)并用于向所述第一辐射元件(101)提供具有第一相位和第一幅值的第一激励电流，所述第二馈电部(104)耦合至所述第二辐射元件(102)并用于向所述第二辐射元件(102)提供具有第二相位和第二幅值的第二激励电流。

2.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一激励电流和所述第二激励电流源于相同的激励信号。

3.根据权利要求1所述的天线，还包括：

第一反射体(107)，被布置在所述环形阵列的中心并且相对于所述中心点(106)对称，所述第一反射体(107)与所述对称线(105)共线。

4.根据权利要求3所述的天线，还包括：

第二反射体(108)，被布置在所述环形阵列的中心并且相对于所述中心点(106)对称，所述第二反射体(108)垂直于所述第一反射体(107)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的天线，其中所述第一辐射元件(101)和所述第二辐射元件(102)各自包括至少两个子辐射元件，并且所述至少两个子辐射元件中的每个子辐射元件耦合至对应的馈电部。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的天线，还包括：

第一寄生辐射元件(109)，邻近所述第一辐射元件(101)布置；以及

第二寄生辐射元件(110)，邻近所述第二辐射元件(102)布置。

7.根据权利要求6所述的天线，其中所述第一寄生辐射元件(109)和所述第一辐射元件(101)平行；所述第二寄生辐射元件(110)和所述第二辐射元件(102)平行。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的天线，其中所述第一幅值和所述第二幅值具有预定的比例关系，并且

所述第一相位和所述第二相位具有预定的相位关系。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的天线，其中所述第一幅值和所述第二幅值在从0:1到1:1和/或从1:0到1:1的范围内可调。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的天线，其中所述第一相位和所述第二相位被调整为相同或相反。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的天线，其中所述第一辐射元件(101)和所述第二辐射元件(102)在周向上的长度各自约为所述天线的工作频段的对应波长的二分之一。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的天线，还包括：

功率分配器(111)，包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，所述激励信号经由所述输入端口输入到功率分配器(111)，并且

所述第一输出端口耦合至所述第一馈电部(103)，所述第二输出端口耦合至所述第二馈电部(104)。

13.根据权利要求12所述的天线，其中所述功率分配器(111)包括固定比例功率分配器。

14.根据权利要求12所述的天线，其中所述功率分配器(111)包括可变功率分配器，并且所述第一激励电流的所述第一相位、所述第一幅值以及所述第二激励电流的所述第二相位和所述第二幅值中的至少一项能够被调整。

15.一种电子设备，包括：

根据权利要求1-14中任一项所述的天线；以及

射频模块，用于使用所述天线通信。

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