CN116995426A - 天线结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线结构及电子设备，属于天线技术领域。该天线结构包括：馈电点、阻抗匹配网络、功率分配网络和多个天线单元，所述馈电点与所述阻抗匹配网络的第一端电连接，所述阻抗匹配网络的第二端通过所述功率分配网络与所述多个天线单元电连接；所述功率分配网络包括集总元件和走线，所述多个天线单元中的每一天线单元均通过所述走线以及设置于所述走线上的集总元件与所述阻抗匹配网络的第二端电连接；其中，所述走线和所述集总元件均布设在所述天线结构的净空区域。

Description

天线结构及电子设备

技术领域

本申请属于天线技术领域，具体涉及一种天线结构及电子设备。

背景技术

天线簇作为天线技术的一个重要发展方向，广泛应用于手机等电子设备。然而，现有的天线簇方案做多频天线时，由于不同频率的天线单元之间存在相互干扰，进而影响天线簇的辐射性能。

发明内容

本申请旨在提供一种天线结构及电子设备，能够解决相关技术中的天线结构存在的辐射性能差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提出了一种天线结构，包括：馈电点、阻抗匹配网络、功率分配网络和多个天线单元，所述馈电点与所述阻抗匹配网络的第一端电连接，所述阻抗匹配网络的第二端通过所述功率分配网络与所述多个天线单元电连接；

所述功率分配网络包括集总元件和走线，所述多个天线单元中的每一天线单元均通过所述走线以及设置于所述走线上的集总元件与所述阻抗匹配网络的第二端电连接；

其中，所述走线和所述集总元件均布设在所述天线结构的净空区域。

第二方面，本申请实施例提出了一种电子设备，包括如第一方面所述的天线结构。

在本申请的实施例中，通过将功率分配网络包括的走线和集总元件布设在天线结构的净空区域，可以降低馈电信号在传输过程中的损耗，进而提升天线单元的辐射效率，达到改善天线结构的辐射效果的目的。

而且，由于天线结构包括多个天线单元，且每一天线单元与阻抗匹配网络的第二端之间均设置有集总元件，使得在天线单元的工作过程中，可以与多个天线单元中的其他天线单元的集总元件进行组合，以便使天线单元的回波和耦合波产生一定程度的相消干涉，提高多个天线单元的协同工作能力，改善天线结构的阻抗匹配和辐射效率。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的天线结构的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的天线结构的结构示意图之二；

图3是本申请实施例提供的天线结构的结构示意图之三；

图4为本申请实施例提供的S参数曲线和效率曲线的对比示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1至图3所示，本申请实施例提供一种天线结构，包括：馈电点10、阻抗匹配网络20、功率分配网络30和多个天线单元40，馈电点10与阻抗匹配网络20的第一端电连接，阻抗匹配网络20的第二端通过功率分配网络30与多个天线单元40电连接；

功率分配网络30包括集总元件31和走线32，多个天线单元40中的每一天线单元均通过走线32以及设置于走线32上的集总元件31与阻抗匹配网络20的第二端电连接；

其中，走线32和集总元件31均布设在天线结构的净空区域。

上述馈电点10可以理解为天线结构的馈源，用于输出馈电信号。

上述阻抗匹配网络20用于调整多个天线单元40的谐振频率，以改善多个天线单元40的辐射效率。

其中，阻抗匹配网络20包括电容、电感、开关中的至少一项。而且，不同的工作频段，可以设置不同的阻抗匹配方案，以便多个天线单元40中的每一天线单元均能够在最佳辐射效率的情况下工作。

上述净空区域可以理解为天线单元的辐射枝与参考地之间的区域，且上述走线32可以理解为具有一定阻抗的传输线。

在实际应用中，走线32的阻抗大小或者说线宽尺寸可以基于实际需求进行设计。

在本实施例中，通过将功率分配网络30包括的走线32和集总元件31布设在天线结构的净空区域，可以降低馈电信号在传输过程中的损耗，进而提升天线单元的辐射效率，达到改善天线结构的辐射效果的目的。

而且，由于天线结构包括多个天线单元40，且每一天线单元与阻抗匹配网络20的第二端之间均设置有集总元件31，使得在天线单元的工作过程中，可以与多个天线单元40中的其他天线单元的集总元件进行组合，以便使天线单元的回波和耦合波产生一定程度的相消干涉，提高多个天线单元的协同工作能力，改善天线结构的阻抗匹配和辐射效率。

进一步地，由于走线32和集总元件31布设在天线结构的净空区域，因此通过调整集总元件31在走线32上的设置位置，也不会对馈电信号的衰减产生太大的影响，这样就可以实现集总元件31在走线32上的设置位置的灵活调整。

可选地，天线结构还包括电路板，走线32和集总元件31均设置在电路板上，且走线32未与电路板的接地端电连接；

电路板位于天线结构的净空区域。

本实施例中，走线32和集总元件31可以集成设置在电路板上，并通过将电路板设置于天线结构的净空区域，以实现将走线32和集总元件31布设在天线结构的净空区域。

如图3所示，走线32和集总元件31并未与天线结构的接地端70电连接，即功率分配网络30的走线无参考地，因此可以降低馈电信号在功率分配网络中传输时的损耗。

可选地，多个天线单元40包括第一天线单元41、第二天线单元42、第三天线单元43和第四天线单元44；

第一天线单元41的工作中心频率包括第一中心频率、第二中心频率和第三中心频率，第二天线单元42的工作中心频率与第一中心频率相适配，第三天线单元43的工作中心频率与第二中心频率相适配，第四天线单元44的工作中心频率与第三中心频率相适配。

上述第二天线单元42的工作中心频率与第一中心频率相适配可以理解为第二天线单元42的工作中心频率在第一中心频率的附近；上述第三天线单元43的工作中心频率与第二中心频率相适配可以理解为第三天线单元43的工作中心频率在第二中心频率的附近；上述第四天线单元44的工作中心频率与第三中心频率相适配可以理解为第四天线单元44的工作中心频率在第三中心频率的附近。

比如，可以先设计第一天线单元41的结构尺寸，以便其可以同时兼顾低中高三个频段，并使其初始阻抗和辐射效率都能较好的兼顾；其中，第一天线单元41的低、中、高三个频段对应的工作中心频率分布为f1、f2、f3。

然后，在设计第二天线单元42的结构尺寸时，可以让其的谐振频率在f1附近；同理，在设计第三天线单元43的结构尺寸时，可以让其的谐振频率在f2附近；以及在设计第四天线单元44的结构尺寸时，可以让其的谐振频率在f3附近。

通过这样设计多个天线单元40中每一天线单元的结构尺寸，可以有效改善天线结构在兼顾多个频段时的辐射性能。

进一步可选地，集总元件31包括第一元件311、第二元件312、第三元件313、第四元件314、第五元件315、第六元件316、第七元件317和第八元件318，且第一元件311、第二元件312、第三元件313、第四元件314、第五元件315、第六元件316、第七元件317和第八元件318均设置在走线32上；

第一元件311的第一端与阻抗匹配网络20的第二端电连接，第一元件311的第二端与第一天线单元41的辐射枝上的馈电位电连接；

第二元件312的第一端与阻抗匹配网络20的第二端电连接，第二元件312的第二端与第三元件313的第一端电连接，第三元件313的第二端与第二天线单元42的辐射枝上的馈电位电连接；

第四元件314的第一端与阻抗匹配网络20的第二端电连接，第四元件314的第二端与第五元件315的第一端电连接，第五元件315的第二端与第三天线单元43的辐射枝上的馈电位电连接，且第六元件316的第一端与第二元件312的第二端电连接，第六元件316的第二端与第三元件313的第二端电连接；

第七元件317的第一端与第五元件315的第二端电连接，第七元件317的第二端与第八元件318的第一端电连接，第八元件318的第二端与第四天线单元44的辐射枝上的馈电位电连接。

上述馈电位可以理解为辐射枝上的馈电连接位置；而且，天线单元还包括辐射枝上的接地端。

本实施例中，通过多个元件的设置，可以进一步改善天线结构在兼顾多个频段时的辐射性能。

比如，可以将第一天线单元41和第二天线单元42、第三天线单元43和第四天线单元44中的任一天线单元组成天线簇，以便计算最佳情况下的辐射效率的增益。

比如，当第一天线单元41和第二天线单元42组成天线簇时，第一天线单元41和第二天线单元42的射效率设置为e12，以将第一天线单元41单独工作时的辐射效率设置为e1；并可以确定第一天线单元41和第二天线单元42组成天线簇时，天线结构的辐射效率的增益d1＝e12-e1。

相应地，当第一天线单元41和第三天线单元43组成天线簇时，第一天线单元41和第三天线单元43的射效率设置为e13，以将第一天线单元41单独工作时的辐射效率设置为e1；并可以确定第一天线单元41和第三天线单元43组成天线簇时，天线结构的辐射效率的增益d2＝e13-e1。

当第一天线单元41和第四天线单元44组成天线簇时，第一天线单元41和第四天线单元44的射效率设置为e13，以将第一天线单元41单独工作时的辐射效率设置为e1；并可以确定第一天线单元41和第四天线单元44组成天线簇时，天线结构的辐射效率的增益d1＝e13-e1。

从上述描述可知，通过将走线32和集总元件31布设在天线结构的净空区域，不仅可以降低馈电信号在传输过程中的损耗；而且，通过调整功率分配网络30中的集总元件31和走线32的位置和参数，还可以进一步地改善天线结构的辐射效率，并达到提高天线结构的辐射性能的目的。

具体地，天线结构的工作过程中，可以先只考虑第一元件311、第二元件312、第三元件313和对应的部分走线，而其他元件和走线暂时开路；通过调整第一元件311、第二元件312、第三元件313和对应的部分走线这几个参数，使得天线簇的辐射效率在f1频率比第一天线单元41的辐射效率高；同时，在f2、f3频率下，天线簇辐射效率比仅第一天线单元41的辐射效率高或者稍低，但不低于上述d2、d3。

接着把第四元件314、第五元件315、第六元件316和对应的部分走线从开路变成一定参数加入优化考量，同时微微调整第一元件311、第二元件312、第三元件313对应的部分走线这几个参数，以及大幅度调整第四元件314、第五元件315、第六元件316和对应的部分走线这几个参数，使得天线簇的辐射效率在f1、f2频率下比第一天线单元41的辐射效率高，以及在f3频率下，天线簇的辐射效率比仅第一天线单元41的辐射效率高或者稍低，但不低于上述d3。

另外，把第七元件317、第八元件318和对应的部分走线从开路变成一定参数加入优化考量，同时微微调整第一元件311、第二元件312、第三元件313对应的部分走线这几个参数，以及微微调整第一元件311、第二元件312、第三元件313和对应的部分走线这几个参数，以及大幅调整第七元件317、第八元件318和对应的部分走线这几个参数，使得天线簇的辐射效率在f1、f2、f3频率下，仅比第一天线单元41的辐射效率高。

在天线结构的实际工作过程中，不仅需要对功率分配网络中的元件、走线的参数进行调整，还需要对阻抗匹配网络的参数进行调整，以便提升天线结构的辐射性能。

可以理解的是，第一天线单元41可以作为主天线单元，第二天线单元42、第三天线单元43可以作为子天线单元，第四天线单元44可以作为次级子天线单元。比如，可以将主天线单元为起始，并发射状连接到其他多个子天线单元，子天线单元之间可以跨接子网络，子天线单元还可以连接次级子天线单元，以提升功率分配网络的分布的灵活性。

上述集总元件31包括电容、电感、开关中的至少一项，以便通过集总元件31的参数，实现不同的频率特性，并满足不同的频段需求。

另外，上述多个天线单元40可以理解为针对不同频段设计的天线单元，且每个天线单元的谐振频率可以对应不同的频段。

可选地，多个天线单元40包括第一天线单元41和第二天线单元42，第一天线单元41包括第一辐射枝411，第二天线单元42包括第二辐射枝421，第一辐射枝411和第二辐射枝421之间具有断缝50，且第一辐射枝411和第二辐射枝421通过断缝50耦合连接；

走线32的两端分别与第一辐射枝411上的馈电位和第二辐射枝421上的馈电位电连接。

进一步可选地，阻抗匹配网络20的第二端与第一辐射枝411的馈电位电连接。

上述功率分配网络包括走线32和集总元件31，集总元件31串接在走线32上，且走线32的两端分别与第一辐射枝411上的馈电位和第二辐射枝421上的馈电位电连接。

第一辐射枝411可以是金属边框60上的第一金属臂，且第一金属臂的一端开口，一端与金属边框本体连接，并组成上述第一天线单元41，其谐振频率包括第一谐振频率、第二谐振频率。

第二辐射枝561可以是金属边框60上的第二金属臂，且第二金属臂的一端开口，一端与金属边框本体连接，并组成上述第二天线单元42，其谐振频率包括第三谐振频率。

可以理解的是，第一天线单元41和第二天线单元42的具体形式包括但不限于上述形式，还可以是非金属中框天线形式，中框多断点形式等等。

比如，在天线结构的工作频段为无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)2、N78、Wifi5三个频段，第一天线单元41的初始谐振频率为Wifi2、Wifi5频段附近，第二天线单元42的初始谐振频率在4.5GHz附近，介于N78和Wifi5之间，这样就可以通过第二天线单元42的加入，以提升N78和Wifi5频段的辐射效率。

借助仿真工具，调整集总元件和走线参数，可以发现对于wifi2频段，走线必须很长，或者元件接近开路，天线效率才高，否则比仅第一天线单元41的效率低很多，而对于N78、wifi5频段，走线必须短，元件接近短路，天线效率才能同时兼顾N78、wifi5频段。

综合起来，走线长度适中(约5毫米～10毫米)，元件用小电容(0.01pF～0.3pF)，对于低频wifi2，小电容接近开路，对于中高频N78、wifi5频段，电容与一部分走线等效电感相抵消，最终三个频段都能很好地兼顾到，比较合适。

特别地，当需要使用的电容比较小(如0.01pF)时，电容也可以直接省略，直接用走线耦合，也即走线不与第二天线单元42连接，而是通过耦合连接的方式进行连接。

参见图4，图4为本申请实施例提供的S参数曲线和效率曲线的对比示意图。如图4所示，第一曲线81表示仅第一天线单元的进行辐射的效率曲线，第二曲线82表示仅第一天线单元进行辐射的总效率曲线，83表示基于第一天线单元和第二天线单元组成的天线簇进行辐射的效率曲线，84表示基于第一天线单元和第二天线单元组成的天线簇进行辐射的总效率曲线。

基于如图4所示的效率曲线可知，天线辐射效率在Wifi2、N78、Wifi5三个频段下的比对结果，比对结果如表1所示。

表1

平均效率\频段	Wifi2	N78	Wifi5
				仅天线单元1_Total efficiency	-4.3	-4.02	-2.77
天线簇_Total efficiency	-3.24	-3.36	-3.77

可以理解的是，第一元件311也可以是开关，当天线工作在WiFi2时，开关断开；当天线工作在N78、WiFi5时，开关导通。

这样通过3将功率分配网络30包括的走线32和集总元件31布设在天线结构的净空区域，可以降低馈电信号在传输过程中的损耗，进而提升天线单元的辐射效率，达到改善天线结构的辐射效果的目的。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述天线结构。

需要说明的是，上述天线结构实施例的实现方式同样适应于该电子设备的实施例中，并能达到相同的技术效果，在此不再赘述。

其中，电子设备可以是为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：馈电点、阻抗匹配网络、功率分配网络和多个天线单元，所述馈电点与所述阻抗匹配网络的第一端电连接，所述阻抗匹配网络的第二端通过所述功率分配网络与所述多个天线单元电连接；

所述功率分配网络包括集总元件和走线，所述多个天线单元中的每一天线单元均通过所述走线以及设置于所述走线上的集总元件与所述阻抗匹配网络的第二端电连接；

其中，所述走线和所述集总元件均布设在所述天线结构的净空区域。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括电路板，所述走线和所述集总元件设置于所述电路板上，且所述走线未与所述电路板的接地端电连接；

所述电路板位于所述净空区域。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述多个天线单元包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元；

所述第一天线单元的工作中心频率包括第一中心频率、第二中心频率和第三中心频率，所述第二天线单元的谐振频率和所述第一中心频率相适配，所述第三天线单元的谐振频率与所述第二中心频率相适配，所述第四天线单元的谐振频率与所述第三中心频率相适配。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述集总元件包括第一元件、第二元件、第三元件、第四元件、第五元件、第六元件、第七元件和第八元件，且所述第一元件、所述第二元件、所述第三元件、所述第四元件、所述第五元件、所述第六元件、所述第七元件和所述第八元件均设置在所述走线上；

所述第一元件的第一端与所述阻抗匹配网络的第二端电连接，所述第一元件的第二端与所述第一天线单元的辐射枝上的馈电位电连接；

所述第二元件的第一端与所述阻抗匹配网络的第二端电连接，所述第二元件的第二端与所述第三元件的第一端电连接，所述第三元件的第二端与所述第二天线单元的辐射枝上的馈电位电连接；

所述第四元件的第一端与所述阻抗匹配网络的输出第二端电连接，所述第四元件的第二端与所述第五元件的第一端电连接，所述第五元件的第二端与所述第三天线单元的辐射枝上的馈电位电连接，且所述第六元件的第一端与所述第二元件的第二端电连接，所述第六元件的第二端与所述第三元件的第二端电连接；

第七元件的第一端与所述第五元件的第二端电连接，所述第七元件的第二端与所述第八元件的第一端电连接，所述第八元件的第二端与所述第四天线单元的辐射枝上的馈电位电连接。

5.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述第一天线单元包括第一辐射枝，所述第二天线单元包括第二辐射枝，所述第一辐射枝和所述第二辐射枝之间具有断缝，且第一辐射枝和所述第二辐射枝通过所述断缝耦合连接；

所述走线的两端分别与所述第一辐射枝上的馈电位和所述第二辐射枝上的馈电位电连接。

6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述阻抗匹配网络的第二端与所述第一辐射枝的馈电位电连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述集总元件包括以下至少一项：

电感；

电容；

开关。

8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，在所述集总元件包括电容的情况下，所述电容的容量为0.01pF～0.3pF。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述走线的长度为5毫米～10毫米。

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。