CN117154383A - 一种电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括金属壳体，利用金属壳体开设缝隙，从而形成天线单元，该天线单元具有体积小的特点，且可以具有较好的3dB波瓣宽度。电子设备包括：金属壳体，金属隔板，第一背板和第一天线单元。金属壳体包括相对设置的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧面。金属隔板和第一背板位于壳体内，并与第一表面和侧面围成第一腔体。第一天线单元，包括第一腔体。其中，围成第一腔体的第一表面和侧面设置有第一缝隙，第二缝隙和第三缝隙。第三缝隙的一端与第一缝隙连通，第三缝隙的另一端与第二缝隙连通。

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，以及通过无线路由器和CPE的WiFi技术联网的电子设备，例如音箱等。音箱设备只要在无线路由器和CPE等的信号范围里，就能采用WiFi方式上网。WiFi技术可以使无线电子设备，例如电脑、手机等以无线的方式相互联结，适用于短距离传输。目前最常用的WiFi接入标准为IEEE802.11n(第四代)和802.11ac(第五代)，工作在2.4GHz频段和5GHz频段。

但是，越来越多的电子设备使用金属材料作为其壳体，比如路由器、智能音箱和智慧屏、车载和机无人机等等。在这类较高档产品中，天线要被置于全封闭的金属腔内或被大金属遮挡。在这种环境中，设计任何天线都会遇到各种挑战。要想得到一个性能全面的天线系统难度会更大。

发明内容

本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括金属壳体，利用金属壳体开设缝隙，从而形成天线单元。

第一方面，提供了一种电子设备，包括：金属壳体，包括相对设置的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧面；金属隔板，位于所述壳体内，并与所述第一表面平行；第一背板，位于所述壳体内，并与所述第一表面、所述隔板和所述侧面围成第一腔体；第一天线单元，包括所述第一腔体；其中，围成所述第一腔体的第一表面和侧面设置有第一缝隙，第二缝隙和第三缝隙；所述第三缝隙的一端与所述第一缝隙连通，所述第三缝隙的另一端与所述第二缝隙连通；所述第一缝隙的延伸方向或所述第二缝隙的延伸方向与第一方向垂直，所述第一方向为垂直于所述第一表面的方向。

根据本申请实施例的技术方案，通过在金属壳体的上部通过多个部件围成第一腔体，由第一腔体作为天线结构的辐射主体，在围成腔体的壳体表面设置连通的三个缝隙，可以使该天线结构在小型化的同时具有较好的3dB波瓣宽度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述壳体的内部由所述隔板分隔为第二腔体和第三腔体。

根据本申请实施例的技术方案，隔板可以为完整的金属层。由隔板可以将壳体围成的腔体分隔为第二腔体和第三腔体。或者，在一个实施例中，隔板可以为镂空的金属层，仅包括围成天线单元的腔体(例如，第一腔体)的部分，去除其他区域金属。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一缝隙位于所述第一表面，所述第二缝隙位于所述侧面。

根据本申请实施例的技术方案，在一个实施例中，第一缝隙可以位于第一表面，第二缝隙位于侧面。例如，第一缝隙可以设置于第一表面的边沿处，由第一表面和侧面围成，这种情况下，第三缝隙可以设置于侧面。或者，第一缝隙可以设置于第一表面并偏离第一表面的边沿，在这种情况下，第三缝隙的部分可以设置于第一表面，另一部分可以设置与侧面。

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，所述第二缝隙和所述第三缝隙形成工字型缝隙结构或C型缝隙结构。

根据本申请实施例的技术方案，第三缝隙的两端可以分别与第一缝隙和第二缝隙的端部连通，以形成C型(可以理解为将U型结构旋转90°形成)的缝隙结构。或者，在一个实施例中，第三缝隙的两端可以分别与第一缝隙和第二缝隙偏离端部的位置连通，以形成工型的缝隙结构。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一缝隙的长度和所述第二缝隙的长度不同。

根据本申请实施例的技术方案，第一缝隙的长度(弧长)和第二缝隙的长度(弧长)可以相同，或者，不同。第一缝隙的宽度和第二缝隙的宽度可以相同，或者，不同。在一个实施例中，第三缝隙的宽度可以小于第一缝隙的宽度或第二缝隙的宽度。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述隔板和所述第一表面之间的距离小于或等于8mm。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述隔板和所述第一表面之间的距离小于或等于4mm。

根据本申请实施例的技术方案，隔板和第一表面之间的距离小于或等于第一阈值。第一阈值可以为8mm，4mm或2mm。隔板和第一表面之间的距离也可以理解为第一腔体的高度。利用第一腔体内设置缝隙结构，可以压缩天线单元所占用壳体的空间(缩减高度方向所占用尺寸)，并使天线单元保持良好的辐射性能。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线单元包括馈电枝节；所述馈电枝节位于所述第一腔体内，所述馈电枝节的第一端设置有馈电点，所述馈电点用于馈入电信号。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述馈电枝节的第二端与所述侧面连接。

根据本申请实施例的技术方案，馈电枝节可以通过间接耦合(未设置馈电点的第二端不与缝隙周围的导体连接)的方式为第一天线单元馈电。或者，在一个实施例中，馈电枝节可以通过直接馈电(未设置馈电点的第二端与缝隙周围的导体连接，例如，与侧面连接)的方式为第一天线单元馈电。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一腔体内包括第一介质层和第二介质层；所述馈电枝节位于所述第一介质层和所述第二介质层之间。

根据本申请实施例的技术方案，第一腔体内可以填充有电介质，以缩减第一天线单元的尺寸。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线单元产生的方向图的3dB波瓣宽度大于或等于180°。

根据本申请实施例的技术方案，第一天线单元具有较低的方向性系数，且3dB波瓣宽度大于180°，可以覆盖x轴正向区域。因此，电子设备内仅需要两个第一天线单元即可实现水平(xoy面)全向的覆盖。

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：第二背板，位于所述壳体内，并与所述第一表面、所述隔板和所述侧面围成第四腔体；第二天线单元，包括所述第四腔体；其中，围成所述第四腔体的第一表面和侧面设置有第四缝隙，第五缝隙和第六缝隙；所述第六缝隙的一端与所述第四缝隙连通，所述第六缝隙的另一端与所述第五缝隙连通；所述第四缝隙的延伸方向或所述第五缝隙的延伸方向与所述第一方向垂直。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的第一距离和第二距离相同；其中，所述第一距离为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间沿所述侧面在顺时针方向的距离，所述第二距离为所述第一天线单元和所述第二天线单元沿所述侧面在逆时针方向的距离。

根据本申请实施例的技术方案，当第一天线单元和第二天线单元为同频天线，包括相同的工作频段。第一天线单元和第二天线单元分别设置在电子设备的两侧，可以使电子设备在水平面(xoy面)实现全面覆盖，避免电场零点，提升电子设备的传输速率。

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工作频段包括无线保真WiFi的2.4G频段，或，WiFi的5G频段；和/或，所述第二天线单元的工作频段包括无线保真WiFi的2.4G频段，或，WiFi的5G频段。

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：第三天线单元和第四天线单元；其中，所述第三天线单元位于所述第一天线单元和所述第二天线单元之间；所述第二天线单元位于所述第三天线单元和所述第四天线单元之间。

根据本申请实施例的技术方案，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可以包括相同的工作频段，应用于MIMO系统，作为其中的天线子单元。或者，第一天线单元和第二天线单元可以为同频天线，包括相同的工作频段，第三天线单元和第四天线单元可以为同频天线，包括相同的工作频段。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一天线单元的工作频段和所述第二天线单元的工作频段均包括WiFi的2.4G频段；和/或，所述第三天线单元的工作频段和所述第四天线单元的工作频段均包括WiFi的5G频段。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述电子设备为蓝牙音箱，客户前置设备CPE，路由器，智慧屏或无人机中的任意一种。

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一种电子设备的结构示意图。

图3是图2所示电子设备中缝隙天线结构的三维方向图。

图4是图2所示电子设备中缝隙天线结构在xoy平面内的方向图。

图5是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

图6是图5所示电子设备中缝隙天线结构的三维方向图。

图7是本申请实施例提供的电子设备100的立体结构示意图。

图8是本申请实施例提供的电子设备100的沿xoz的剖面示意图。

图9是本申请实施例提供的第二腔体的结构示意图。

图10是本申请实施例提供另一种的电子设备100的沿xoz的剖面示意图。

图11是本申请实施例提供的第二腔体的结构示意图。

图12是本申请实施例提供的电子设备100的俯视图。

图13是多个天线单元的S参数的仿真结果。

图14是多个天线单元的辐射效率的仿真结果。

图15是多天线单元之间的隔离度的仿真结果。

图16是第一天线单元和第二天线单元之间的ECC的仿真结果。

图17是第三天线单元和第四天线单元之间的ECC的仿真结果。

图18是本申请实施例提供的第一天线单元的三维方向图的俯视图。

图19是本申请实施例提供的第一天线单元的水平面(xoy面)的方向图。

图20是第一天线单元产生的方向图和第二天线单元产生的方向图。

图21是第一天线单元和第二天线单元的合成方向图。

图22是第三天线单元和第四天线单元的合成方向图。

图23是本申请实施例提供的电子设备200的结构示意图。

图24是图23所示电子设备200中天线单元的合成方向图。

具体实施方式

以下，对本申请实施例可能出现的术语进行解释。

耦合：可理解为直接耦合和/或间接耦合，“耦合连接”可理解为直接耦合连接和/或间接耦合连接。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。

连接/相连：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。

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。

相对/相对设置：A与B相对设置可以是指A与B面对面(opposite to，或是face toface)设置。

谐振/谐振频率：谐振频率又叫共振频率。谐振频率可以有一个频率范围，即，发生共振的频率范围。共振最强点对应的频率就是中心频率点频率。中心频率的回波损耗特性可以小于-20dB。

谐振频段/通信频段/工作频段：无论何种类型的天线，总是在一定的频率范围(频段宽度)内工作。例如，支持B40频段的天线，其工作频段包括2300MHz～2400MHz范围内的频率，或者是说，该天线的工作频段包括B40频段。满足指标要求的频率范围可以看作天线的工作频段。

电长度：可以是指物理长度(即机械长度或几何长度)与所传输电磁波的波长之比，电长度可以满足以下公式：

其中，L为物理长度，λ为电磁波的波长。

在本申请的一些实施例中，辐射体的物理长度，可以理解为辐射体的电长度±25％的范围内。

在本申请的一些实施例中，辐射体的物理长度，可以理解为辐射体的电长度±10％的范围内。

波长：或者工作波长，可以是谐振频率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。例如，假设B1上行频段(谐振频率为1920MHz至1980MHz)的中心频率为1955MHz，那工作波长可以为利用1955MHz这个频率计算出来的波长。不限于中心频率，“工作波长”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。

本申请实施例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。例如，导体的中间(位置)可以是指导体上包括中点的一段导体部分，可以是包括该导体中点的一段八分之一波长的导体部分，其中，波长可以是天线的工作频段对应的波长，可以是工作频段的中心频率对应的波长，或者，谐振点对应的波长。又例如，导体的中间(位置)可以是指导体上距离中点小于预定阈值(例如，1mm，2mm，或2.5mm)的一段导体部分。

本申请实施例中提及的共线、共轴、共面、对称(例如，轴对称、或中心对称等)、平行、垂直、相同(例如，长度相同、宽度相同等等)等这类限定，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。共线的两个辐射枝节或者两个天线单元的边缘之间在线宽方向上可以存在小于预定阈值(例如1mm，0.5m，或0.1mm)的偏差。共面的两个辐射枝节或者两个天线单元的边缘之间在垂直于其共面平面的方向上可以存在小于预定阈值(例如1mm，0.5m，或0.1mm)的偏差。相互平行或垂直的两个天线单元之间可以存在预定角度(例如±5°，±10°)的偏差。

天线系统效率(total efficiency)：指在天线的端口处输入功率与输出功率的比值。

天线辐射效率(radiation efficiency)：辐射效率是衡量天线辐射能力的值。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。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。

3dB波瓣宽度：又称波束宽度、主瓣宽度、半功率角，是指天线产生的方向图中低于主瓣峰值(最大值)3dB处所形成的夹角宽度。

方向性系数：是表征天线辐射的能量在空间分布的集中能力的量，定义为在相同辐射功率情况下，天线在最大辐射方向的辐射强度与平均辐射强度之比或给定方向的辐射强度与平均辐射强度之比。

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。

包络相关系数(envelope correlation coefficient，ECC)：可以理解为MIMO系统中两个天线单元之间的相关性，可用于评估天线单元之间在辐射模式和极化方面的独立性，包络相关系数越低，两个天线单元之间的相关性越低，单个天线的独立性越高。

地，或地板：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、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 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。

下面将结合附图，对本申请实施例的技术方案进行描述。

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可以是用于与电子设备通信的设备，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。

图2是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

越来越多的电子设备使用金属材料作为其壳体(外壳)，比如路由器、智能音箱和智慧屏、车载和机无人机等等。在这类较高档产品中，天线要被置于金属壳体形成的封闭的金属腔内或被大金属遮挡。在这种环境中，设计任何天线都会遇到各种挑战。

如图2所示，以金属壳体为圆柱形壳体为例进行说明。通常会在壳体上部设置水平(以xoy面为水平面)的缝隙，以产生谐振，满足电子设备通信的需求。

应理解，为论述的简洁，在图2所示的电子设备中，以金属壳体的直径为100mm，高为170mm，缝隙宽度为1mm，缝隙的长度为48mm为例进行说明。

图2所示的缝隙天线结构在2.54GHz产生谐振，在该频点产生的三维方向图如图3所示，在xoy平面内产生的平面方向图如图4所示。

如图3所示，在三维方向图中，其辐射集中在开设缝隙的方向(-x方向)，在开设缝隙的反方向(x)方向存在多个电场零点(电场凹陷区域中的最小值)，其方向性系数为6.3dBi。

如图4所示，在水平面(xoy平面)的方向图内，其3dB波瓣宽度较窄，仅87°，至少需要4个天线才能实现水平面的全向覆盖。但壳体上开设的缝隙长度为48mm，长度过长，较难实现多天线的布局。

并且，在上述电子设备中，由于壳体形成的较大的腔体，会激励出其他频段的谐振，可能会干扰电子设备的正常运行。

应理解，在电子设备内也可以设置倒置F型天线(inverted-F antenna，IFA)。IFA可以设置在IFA顶部，如图5所示。但是对于上述的电子设备来说，金属壳体也是天线的地板，由于壳体的高度较高，壳体上产生的多个半波长的电流也会产生辐射，与天线产生的辐射叠加后，其方向图如图6所示。由于壳体作为地板也参与了辐射，其方向图具有多个电场零点。当电磁波(电信号)由电场零点所在方向入射时，天线接收的效果较差，电子设备的接收速率降低。

本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括金属壳体，利用金属壳体开设缝隙，从而形成天线单元，该天线单元具有体积小的特点，且可以具有较好的3dB波瓣宽度。

图7至图12是本申请实施例提供的一种电子设备100的结构示意图。其中，图7是本申请实施例提供的电子设备100的立体结构示意图。图8是本申请实施例提供的电子设备100的沿xoz的剖面示意图。图9是本申请实施例提供的第二腔体的结构示意图。图10是本申请实施例提供另一种的电子设备100的沿xoz的剖面示意图。图11是本申请实施例提供的第二腔体的结构示意图。图12是本申请实施例提供的电子设备100的俯视图。

如图7所示，电子设备100可以包括金属壳体110。壳体110可以包括相对设置的第一表面111和第二表面113，以及连接第一表面111和第二表面113的侧面112。

如图8所示，电子设备100还可以包括金属隔板120和第一背板131。其中，隔板120和第一背板131可以设置于壳体110内，隔板120可以与第一表面111平行设置。第一表面111、隔板120、第一背板131和侧面112围成第一腔体141。

如图9所示，电子设备100还可以包括第一天线单元151。第一天线单元可以包括第一腔体141。围成第一腔体141的第一表面111和侧面112设置有第一缝隙161，第二缝隙162和第三缝隙163。第三缝隙163的一端与第一缝隙161连通，第三缝隙163的另一端与第二缝隙162连通。第一缝隙161的延伸方向或第二缝隙162的延伸方向与第一方向垂直，第一方向为垂直于第一表面111的方向，例如，z方向。

应理解，第一缝隙161的延伸方向可以理解为第一缝隙161形成的弧线的延伸方向，或者，也可以第一缝隙161的两个端点之间的连线的延伸方向。

本申请实施例通过在金属壳体的上部通过多个部件围成第一腔体，由第一腔体作为天线结构的辐射主体，在围成腔体的壳体表面设置连通的三个缝隙，可以使该天线结构在小型化的同时具有较好的3dB波瓣宽度。

在一个实施例中，隔板120可以为完整的金属层。由隔板120可以将壳体110围成的腔体分隔为第二腔体121和第三腔体122。其中，第二腔体121可以由隔板120、第一表面111和侧面112围成。第三腔体122可以由隔板120、第二表面113和侧面112围成。应理解，第二腔体121可以用于设置天线单元，第三腔体122可以用于设置电子设备内的其他电子元件，例如PCB等。通过隔板120将壳体110围成的腔体分隔为第二腔体121和第三腔体122，可以减少第二腔体121和第三腔体122内电子元件之间的相互干扰。

或者，在一个实施例中，隔板120可以为镂空的金属层，仅包括围成天线单元的腔体(例如，第一腔体141)的部分，去除其他区域金属，如图10所示。应理解，隔板120为镂空设计，可以进一步拓展电子设备内部的布局空间。

在一个实施例中，第一缝隙161可以位于第一表面111，第二缝隙162位于侧面112。例如，第一缝隙161可以设置于第一表面111的边沿处，由第一表面111和侧面112围成，这种情况下，第三缝隙163可以设置于侧面112，如图9所示。或者，第一缝隙161可以设置于第一表面111并偏离第一表面111的边沿，在这种情况下，第三缝隙163的部分可以设置于第一表面111，另一部分可以设置与侧面112。

在一个实施例中，第一缝隙161，第二缝隙162和第三缝隙163可以均位于侧面112。应理解，本申请实施例并不限制第一缝隙161，第二缝隙162和第三缝隙163的具体位置，可以根据实际的设计进行调整。

在一个实施例中，第一缝隙161的长度(弧长)和第二缝隙162的长度(弧长)可以相同，或者，不同。在一个实施例中，第一缝隙161的宽度和第二缝隙162的宽度可以相同，或者，不同。在一个实施例中，第三缝隙163的宽度可以小于第一缝隙161的宽度或第二缝隙162的宽度。应理解，本申请实施例并不限制第一缝隙161，第二缝隙162和第三缝隙163的具体参数，可以根据实际的设计进行调整。例如，可以缩减第一缝隙161的长度，增加第二缝隙162的长度，以保证缝隙的总长度相同。

在一个实施例中，第三缝隙163的两端可以分别与第一缝隙161和第二缝隙162的端部连通，以形成C型(可以理解为将U型结构旋转90°形成)的缝隙结构。应理解，C型的缝隙结构的开口可以朝向左侧或者右侧，本申请实施例对此并不做限制，可以根据实际的电子设备内的布局进行调整。

或者，在一个实施例中，第三缝隙163的两端可以分别与第一缝隙161和第二缝隙162偏离端部的位置连通，以形成工型的缝隙结构。应理解，本申请并不限制第三缝隙163与第一缝隙161和第二缝隙162之间的连通位置，可以根据实际的电子设备进行布局。为论述的简洁，本申请实施例仅以第一缝隙161，第二缝隙162和第三缝隙163形成工字型缝隙结构为例进行说明。

在一个实施例中，隔板120和第一表面111之间的距离小于或等于第一阈值。第一阈值可以为8mm，4mm或2mm。隔板120和第一表面111之间的距离也可以理解为第一腔体141的高度。例如，当隔板120为镂空结构时，隔板120和第一背板131可以为一体式结构，隔板120和第一表面111之间的距离为第一腔体141的高度，或，也可以是第一背板131的高度。

应理解，本申请实施例提供的技术方案，利用第一腔体内设置缝隙结构，可以压缩天线单元所占用壳体的空间(缩减高度方向所占用尺寸)，并使天线单元保持良好的辐射性能。

在一个实施例中，第一背板131可以为U型结构，如图11所示。第一背板131的两端与壳体的侧面112连接。

在一个实施例中，第一天线单元151可以包括馈电枝节160。其中，馈电枝节160可以设置于第一腔体内，馈电枝节160的第一端可以设置有馈电点161，馈电点161可以用于馈入电信号，以使第一天线单元151产生谐振。

在一个实施例中，馈电枝节160可以为L型，或者直线型，本申请实施例对此并不做限制，可以根据实际的设计进行调整。

在一个实施例中，馈电枝节160可以通过间接耦合(未设置馈电点的第二端不与缝隙周围的导体连接)的方式为第一天线单元151馈电。或者，在一个实施例中，馈电枝节160可以通过直接馈电(未设置馈电点的第二端与缝隙周围的导体连接，例如，与侧面112连接)的方式为第一天线单元151馈电。

在一个实施例中，第一腔体内可以填充有电介质，以缩减第一天线单元151的尺寸。例如，第一天线单元151可以包括设置在第一腔体内的第一介质板和第二介质板，馈电枝节160可以设置于第一介质板和第二介质板之间。

在一个实施例中，电子设备100还可以包括第二背板132和第二天线单元152，如图11所示。其中，第二背板132位于壳体内，并与第一表面、隔板和侧面围成第四腔体。围成第四腔体的第一表面和侧面设置有第四缝隙，第五缝隙和第六缝隙，第六缝隙的一端与第四缝隙连通，第六缝隙的另一端与第五缝隙连通。第四缝隙的延伸方向或第五缝隙的延伸方向与第一方向(例如，z方向)垂直。第二天线单元152包括第四腔体。

在一个实施例中，第一天线单元151和第二天线单元152可以分别位于侧面112的两边，如图12所示。第一天线单元151和第二天线单元152之间的第一距离L1和第二距离L2可以相同(例如，L1和L2之间的误差小于30％)，第一距离L1为第一天线单元151和第二天线单元152之间沿侧面112在顺时针方向的距离，第二距离L2为第一天线单元151和第二天线单元152之间沿侧面112在逆时针方向的距离。

在一个实施例中，第一天线单元151的工作频段和第二天线单元152的工作频段可以均包括第一频段，例如，第一频段可以为WiFi的2.4G频段或5G频段。

在一个实施例中，第一天线单元151产生的方向图的3dB波瓣宽度和第二天线单元152产生的方向图的3dB波瓣宽度可以大于或等于180°。在一个实施例中，第一天线单元151产生的方向图的3dB波瓣宽度和第二天线单元152产生的方向图的3dB波瓣宽度可以大于或等于270°。

应理解，当第一天线单元151和第二天线单元152为同频天线，包括相同的工作频段。第一天线单元151和第二天线单元152分别设置在电子设备的两侧，可以使电子设备在水平面(xoy面)实现全面覆盖，避免电场零点，提升电子设备的传输速率。

在一个实施例中，电子设备100还可以包括第三天线单元153和第四天线单元154，如图12所示。其中，第三天线单元153位于第一天线单元151和第二天线单元152之间，第二天线单元152位于第三天线单元153和第四天线单元154之间。

应理解，第一天线单元151、第二天线单元152、第三天线单元153和第四天线单元154可以包括相同的工作频段，应用于多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)系统，作为其中的天线子单元。或者，第一天线单元151和第二天线单元152可以为同频天线，包括相同的工作频段，第三天线单元153和第四天线单元154可以为同频天线，包括相同的工作频段。例如，第一天线单元151的工作频段和第二天线单元152的工作频段可以均包括WiFi的2.4G频段。第三天线单元153的工作频段和第四天线单元154的工作频段可以均包括WiFi的5G频段。

图13至图17是图12所示的多个天线单元的仿真结果图。其中，图13是多个天线单元的S参数的仿真结果。图14是多个天线单元的辐射效率的仿真结果。图15是多天线单元之间的隔离度的仿真结果。图16是第一天线单元和第二天线单元之间的ECC的仿真结果。图17是第三天线单元和第四天线单元之间的ECC的仿真结果。

应理解，本申请实施例仅以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WiFi的2.4G频段，第三天线单元的工作频段和第四天线单元的工作频段包括WiFi的5G频段为例进行说明。第一天线单元和第二天线单元的结构相同，第三天线单元和第四天线单元的结构相同。电子设备的壳体为圆柱形(在实际应用中可以根据电子设备的需求调整，例如，可以为矩形或不规则形状，本申请实施例对此并不做限制)，直径为100mm，高度为170mm，壳体的金属层的厚度为0.5mm(例如，第一表面的金属层的厚度为0.5mm)。隔板与第一表面之间的距离为8mm。第一缝隙的长度(弧长)为30.5mm，宽度为2.1mm。第二缝隙的长度(弧长)为30.5mm，宽度为1mm。第三缝隙的长度为7mm，宽度为0.5mm。

如图13所示，第一天线单元(S11)和第二天线单元(S22)可以分别在2443MHz和2445MHz产生谐振，可以使电子设备的工作频段包括WiFi的2.4G频段。第三天线单元(S33)和第四天线单元(S44)可以分别在5564MHz和5568MHz产生谐振，可以使电子设备的工作频段包括WiFi的5G频段。

此外，第一天线单元和第二天线单元可以在3926MHz附近产生谐振，可以利用该谐振拓展第一天线单元和第二天线单元的工作频段，使其工作在更多的通信频段中。

如图14所示，第一天线单元和第二天线单元在尺寸较小(第一缝隙，第二缝隙的长度为30.5mm)的情况下，仍然在工作频段内的辐射效率大于-2dB。第三天线单元和第四天线单元在工作频段内的辐射效率也大于-2dB。

如图15所示，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之间具有较好的隔离度，在各个频段，隔离度均大于25dB。例如，在WiFi的2.4G频段，第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度大于25dB。在WiFi的5G频段，第三天线单元和第四天线单元之间的隔离度大于43dB。

如图16所示，第一天线单元和第二天线单元之间的ECC小于1％，第一天线单元和第二天线单元之间的相关性较小。当第一天线单元和第二天线单元应用于MIMO系统中，由于第一天线单元和第二天线单元之间的相关性较小，因此第一天线单元和第二天线单元接收到的信息不是类似的，MIMO系统可以接收到的信息量增加，以提升MIMO系统的接收速率。

如图17所示，第三天线单元和第四天线单元之间的ECC小于万分之一，第三天线单元和第四天线单元之间的相关性较小。当第三天线单元和第四天线单元应用于MIMO系统中，由于第三天线单元和第四天线单元之间的相关性较小，因此第三天线单元和第四天线单元接收到的信息不是类似的，MIMO系统可以接收到的信息量增加，以提升MIMO系统的接收速率。

图18和图19是图12所示的电子设备中第一天线单元的仿真图。其中，图18是第一天线单元的三维方向图的俯视图。图19是第一天线单元的水平面(xoy面)的方向图。

如图18和19所示，第一天线单元产生的方向图趋于各向同性，其具有低方向性系数，D＝2.4dBi。在第一天线单元产生的方向图中未产生多个电场零点区域，同时，第一天线单元在水平面上的3dB波瓣宽度为270°，可以实现较好的波束覆盖。

图20是第一天线单元产生的方向图和第二天线单元产生的方向图。

如图20中的(a)所示，为第一天线单元产生的方向图，其最大辐射方向为x向，由于第一天线单元具有较低的方向性系数，且3dB波瓣宽度大于180°，可以覆盖x轴正向区域。

如图20中的(b)所示，为第二天线单元产生的方向图，其最大辐射方向为-x向，由于第一天线单元具有较低的方向性系数，且3dB波瓣宽度大于180°，可以覆盖x轴负向区域。

因此，可以通过开关切换第一天线单元和第二天线单元(例如，当第一天线单元接收的电信号的强度低于第一阈值时(第一阈值可以为预设值，可以根据实际的设计进行调整)，切换至第二天线单元)，如图20中的(c)所示，从而实现方向图的切换，以使电子设备可以接收来自不同方向的电信号，提升电子设备的通信性能。

图21和图22是两个天线单元的合成方向图。其中，图21是第一天线单元和第二天线单元的合成方向图。图22是第三天线单元和第四天线单元的合成方向图。

如图21所示，为第一天线单元和第二天线单元的合成方向图，方向图左右对称。在合成的方向图中，水平面上的增益的最大值为1.97dBi，增益的最小值的为1.02i，合成的方向图的不圆度(增益的最大值与最小值之差)为0.95dBi。

如图22所示，为第三天线单元和第四天线单元的合成方向图，方向图左右对称。在合成的方向图中，合成的方向图的不圆度(增益的最大值与最小值之差)为0.6dBi，优于第一天线单元和第二天线单元的合成方向图。

应理解，天线系统在水平面上的不圆度是衡量方向图好坏的一个重要指标，在多数应用中需要达到3dB。例如，在等效全向辐射功率(equivalent isotropically radiatedpower，EIRP)功率有限制的系统中，比如无人机的应用场景，对天线单元在水平面的方向图的圆度有非常严格的需求，以使其在各个方向都具有良好的通信性能。

对于封闭的金属壳体，由于壳体的遮挡，天线单元的3dB波瓣宽度较窄。一般需至少四个天线单元(每个天线单元的3dB波瓣宽度约为90°)来构造出一个不圆度小于3dB的水平面方向图。本申请实施例提供的天线单元，优于其具有低方向性系数，3dB波瓣宽度可以达到270°(远大于180°)，可以只用两个天线单元产生水平全向(不圆度小于3dB)的方向图。

图23是本申请实施例提供的电子设备200的结构示意图。

应理解，图23所示的电子设备与图12所示的电子设备的区别仅在于天线单元的工作频段不同。

如图23所示，电子设备200可以包括天线单元201，天线单元202，天线单元203和天线单元204。其中，四个天线单元的结构均相同，天线单元201、天线单元202、天线单元203和天线单元204的工作频段均包括WiFi的5G频段。

如图24所示，为天线单元201和天线单元203的合成方向图。应理解，由于本申请实施例提供的天线单元具有较好的3dB波瓣宽度。在较弱(增益较低)的接收方向上，例如，0°和270附近(在图24所示的合成方向图中)，仅有一个天线单元被遮挡(例如，在0°，天线单元202被遮挡)，其他天线单元均具有良好的辐射场。因此，可以通过上述的4个天线单元实现高增益的目的。例如，提升后的增益可以由天线单元的平均增益以及未遮挡的天线单元估算(10log(未遮挡的天线单元个数)+天线单元的平均增益＝10log3+2.3＝4.77+2.3≈7dBi)。

应理解，本申请仅以4个天线单元为例进行说明，在实际的应用中可以根据电子设备内的布局进行调整，本申请对此并不做限制。

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 (17)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：

金属壳体，包括相对设置的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和所述第二表面的侧面；

金属隔板，位于所述壳体内，并与所述第一表面平行；

第一背板，位于所述壳体内，并与所述第一表面、所述隔板和所述侧面围成第一腔体；

第一天线单元，包括所述第一腔体；

其中，围成所述第一腔体的第一表面和侧面设置有第一缝隙，第二缝隙和第三缝隙；

所述第三缝隙的一端与所述第一缝隙连通，所述第三缝隙的另一端与所述第二缝隙连通；

所述第一缝隙的延伸方向或所述第二缝隙的延伸方向与第一方向垂直，所述第一方向为垂直于所述第一表面的方向。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述壳体的内部由所述隔板分隔为第二腔体和第三腔体。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述第一缝隙位于所述第一表面，所述第二缝隙位于所述侧面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述第一缝隙，所述第二缝隙和所述第三缝隙形成工字型缝隙结构或C型缝隙结构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述第一缝隙的长度和所述第二缝隙的长度不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述隔板和所述第一表面之间的距离小于或等于8mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述隔板和所述第一表面之间的距离小于或等于4mm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述第一天线单元包括馈电枝节；

所述馈电枝节位于所述第一腔体内，所述馈电枝节的第一端设置有馈电点，所述馈电点用于馈入电信号。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述馈电枝节的第二端与所述侧面连接。

10.根据权利要求8或9所述的电子设备，其特征在于，

所述第一腔体内包括第一介质层和第二介质层；

所述馈电枝节位于所述第一介质层和所述第二介质层之间。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线单元产生的方向图的3dB波瓣宽度大于或等于180°。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：

第二背板，位于所述壳体内，并与所述第一表面、所述隔板和所述侧面围成第四腔体；

第二天线单元，包括所述第四腔体；

其中，围成所述第四腔体的第一表面和侧面设置有第四缝隙，第五缝隙和第六缝隙；

所述第六缝隙的一端与所述第四缝隙连通，所述第六缝隙的另一端与所述第五缝隙连通；

所述第四缝隙的延伸方向或所述第五缝隙的延伸方向与所述第一方向垂直。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，

所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的第一距离和第二距离相同；

其中，所述第一距离为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间沿所述侧面在顺时针方向的距离，所述第二距离为所述第一天线单元和所述第二天线单元沿所述侧面在逆时针方向的距离。

14.根据权利要求12或13所述的电子设备，其特征在于，

所述第一天线单元的工作频段包括无线保真WiFi的2.4G频段，或，WiFi的5G频段；和/或，

所述第二天线单元的工作频段包括无线保真WiFi的2.4G频段，或，WiFi的5G频段。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：

第三天线单元和第四天线单元；

其中，所述第三天线单元位于所述第一天线单元和所述第二天线单元之间；

所述第二天线单元位于所述第三天线单元和所述第四天线单元之间。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，

所述第一天线单元的工作频段和所述第二天线单元的工作频段均包括WiFi的2.4G频段；和/或，

所述第三天线单元的工作频段和所述第四天线单元的工作频段均包括WiFi的5G频段。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的电子设备，其特征在于，

所述电子设备为蓝牙音箱，客户前置设备CPE，路由器，智慧屏或无人机中的任意一种。