CN118137150A - 一种天线结构和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种天线结构和电子设备，该天线结构利用开口谐振环SRR使天线单元在单个工作模式下产生两个谐振频段。天线结构包括天线单元和多个SRR。天线单元用于在第一频段和第二频段产生谐振，第一频段的频率低于第二频段的频率。SRR的谐振频率大于或等于第一频段的频率且小于或等于第二频段的频率。天线单元在第一频段产生的磁场和第二频段产生的磁场穿过SRR。
Description
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
天线通常需要实现在多个频段内，对特定的区域内覆盖。比如，利用对称阵子天线，实现水平全向覆盖，利用贴片天线实现单方向覆盖等。
但是，天线在不同的工作频段内，对应的工作模式不同。由于在高阶工作模式中，对应的电流分布中，电流零点增加，在电流零点所在区域会产生方向图的凹陷，致使高阶工作模式的方向图的覆盖范围小于低阶工作模式的方向图的覆盖范围。当利用天线的低阶工作模式和高阶工作模式实现电子设备的双频工作时，导致高频段(高阶工作模式对应的频段)的天线性能偏差。
发明内容
本申请实施例提供了一种天线结构和电子设备，该天线结构利用开口谐振环使天线单元在单个工作模式下产生两个谐振频段。
第一方面，提供了一种天线结构，包括：天线单元，所述天线单元用于在第一频段和第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；多个第一开口谐振环SRR，所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段的频率且小于所述第二频段的频率；其中，所述天线单元在所述第一频段产生的磁场和所述第二频段产生的磁场穿过所述第一SRR。
根据本申请实施例的技术方案，在天线单元周围设置SRR，天线单元产生的磁场穿过SRR，SRR可以使天线单元所处的环境的等效相对磁导率在第一频段和第二频段不同，从而使天线单元利用同一工作模式产生两个不同的谐振。天线单元的等效相对磁导率在第一频段可以为第一值，天线单元的等效相对磁导率在第二频段可以为第二值，第二值小于第一值。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在所述第一频段和所述第二频段，所述天线单元的电流分布相同。
根据本申请实施例的技术方案，第一频段对应的谐振和第二频段对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。因此，第一频段产生的方向图的覆盖范围和第二频段产生的方向图的覆盖范围相同。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第一辐射体、第二辐射体和馈电单元；所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端相对且互不接触，所述馈电单元电连接于所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端之间。
根据本申请实施例的技术方案，天线单元可以为对称阵子天线。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一SRR所在平面与所述第一辐射体和所述第二辐射体平行。
根据本申请实施例的技术方案，第一SRR所在平面与第一辐射体和第二辐射体平行，以使天线单元产生的磁场穿过SRR。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第一金属层和馈电单元；所述第一金属层开设有第一缝隙，所述馈电单元与所述第一缝隙两侧的金属耦合连接。
根据本申请实施例的技术方案，天线单元可以为缝隙天线。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一SRR设置于所述第一金属层上方，并与所述第一金属层间隔设置；所述第一SRR所在平面与所述第一缝隙平行。
根据本申请实施例的技术方案，第一SRR所在平面与第一缝隙平行，以使天线单元产生的磁场穿过第一SRR。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第二金属层和第三辐射体；所述第三辐射体设置于所述第二金属层上方，并与所述第二金属层间隔设置。
根据本申请实施例的技术方案，天线单元可以为贴片天线。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一SRR位于所述第二金属层和所述第三辐射体之间，所述第一SRR所在平面与所述第二金属层垂直。
根据本申请实施例的技术方案，第一SRR可以设置于第二金属层和第三辐射体之间，第一SRR所在平面与第二金属层垂直，以使天线单元产生的磁场穿过第一SRR。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第三金属层、第四辐射体和馈电单元；所述第三金属层开设有第二缝隙，所述馈电单元与所述第二缝隙两侧的金属耦合连接；所述第四辐射体设置于所述第二缝隙上方，并与所述第三金属层间隔设置。
根据本申请实施例的技术方案，天线单元可以包括第三金属层形成的缝隙天线。第三金属层可以作为第四辐射体的地板，第四辐射体可以通过第二缝隙耦合馈入电信号，第四辐射体可以作为寄生枝节。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线结构包括多个第二SRR；所述第一SRR位于所述第三金属层和所述第四辐射体之间，所述第二SRR位于所述第一SRR和所述第四辐射体之间；所述第一SRR所在平面与所述第二缝隙平行，所述第二SRR所在平面与所述第三金属层垂直。
根据本申请实施例的技术方案，第一SRR所在平面与第二缝隙平行，以使第二缝隙产生的磁场穿过第一SRR。第二SRR所在平面与第三金属层垂直，以使第四辐射体产生的磁场穿过第二SRR。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线单元的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式；所述第一工作模式用于在所述第一频段和所述第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；所述第二工作模式用于在第三频段和第四频段产生谐振，所述第三频段的频率低于所述第四频段的频率；所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率；所述第二SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率。
第二方面，提供了一种电子设备，包括：天线单元，所述天线单元用于在第一频段和第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；多个第一开口谐振环SRR，所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段的频率且小于所述第二频段的频率；其中，所述天线单元在所述第一频段产生的磁场和所述第二频段产生的磁场穿过所述第一SRR。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，在所述第一频段和所述第二频段，所述天线单元的电流分布相同。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第一辐射体、第二辐射体和馈电单元；所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端相对且互不接触，所述馈电单元电连接于所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端之间。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第一SRR所在平面与所述第一辐射体和所述第二辐射体平行。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第一金属层和馈电单元；所述第一金属层开设有第一缝隙，所述馈电单元与所述第一缝隙两侧的金属耦合连接。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第一SRR设置于所述第一金属层上方，并与所述第一金属层间隔设置；所述第一SRR所在平面与所述第一缝隙平行。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第二金属层和第三辐射体；所述第三辐射体设置于所述第二金属层上方，并与所述第二金属层间隔设置。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第一SRR位于所述第二金属层和所述第三辐射体之间，所述第一SRR所在平面与所述第二金属层垂直。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线单元包括第三金属层、第四辐射体和馈电单元；所述第三金属层开设有第二缝隙，所述馈电单元与所述第二缝隙两侧的金属耦合连接；所述第四辐射体设置于所述第二缝隙上方，并与所述第三金属层间隔设置。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线结构包括多个第二SRR；所述第一SRR位于所述第三金属层和所述第四辐射体之间，所述第二SRR位于所述第一SRR和所述第四辐射体之间；所述第一SRR所在平面与所述第二缝隙平行，所述第二SRR所在平面与所述第三金属层垂直。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线单元的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式；所述第一工作模式用于在所述第一频段和所述第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；所述第二工作模式用于在第三频段和第四频段产生谐振，所述第三频段的频率低于所述第四频段的频率；所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率；所述第二SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种天线单元100的示意图。
图2是图1所示的天线单元100的S参数仿真结果图。
图3是图1所示的天线单元100在0.9GHz和2.7GHz的方向图。
图4是本申请实施例提供的一种天线结构200的示意图。
图5是本申请实施例提供的SRR220的示意图。
图6是本申请实施例提供的又一种天线结构200的示意图。
图7是图6所示天线结构200的S参数仿真结果图。
图8是图6所示天线结构200在1.8GHz和2.75GHz产生的方向图。
图9是本申请实施例提供的又一种天线结构300的示意图。
图10是图9所示天线结构300的S参数仿真结果图。
图11是图9所示天线结构300在1.7GHz和2.3GHz产生的方向图。
图12是本申请实施例提供的又一种天线结构400的示意图。
图13是本申请实施例提供的不同馈电方式的天线结构400的示意图。
图14是图13中的(a)所示天线结构400的S参数仿真结果图。
图15是图13中的(a)所示天线结构400在2.2GHz和3.2GHz产生的方向图。
图16是图13中的(b)所示天线结构400的S参数仿真结果图。
图17是图13中的(b)所示天线结构400在2.18GHz、2.56GHz、3.18GHz和3.54GHz产生的方向图。
图18是本申请实施例提供的又一种天线结构500的示意图。
图19是本申请实施例提供的天线结构500的侧视图和仰视图。
图20是图18所示天线结构50的S参数仿真结果图。
图21是图18所示天线结构500在1.8GHz、2.2GHz、3.0GHz和3.6GHz产生的方向图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
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。
谐振/谐振频率：谐振频率又叫共振频率。谐振频率可以指天线输入阻抗虚部为零处的频率。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。
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，均表示一定的范围。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，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。相互平行或垂直的两者之间可以存在预定角度的偏差。在一个实施例中，预定阈值可以小于或等于1mm的阈值，例如预定阈值可以是0.5mm，或者可以是0.1mm。在一个实施例中，预定角度可以是±10°范围内的角度，例如预定角度偏差为±5°。
电介质：是指能够被电极化的介质。在特定的频带内，时变电场在其内给定方向产生的传导电流密度分矢量值远小于在此方向的位移电流密度的分矢量值。在本申请的实施例中，可以简单的理解电介质为，相对介电常数大于1的介质，且相对磁导率等于1的介质。
磁介质：由于磁场和事物之间的相互作用，使实物物质处于一种特殊状态，从而改变原来磁场的分布，在这种磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场存在或缝补的物质，成为磁介质。在本申请的实施例中，可以简单的理解磁介质为，相对磁导率大于1的介质，且相对介电常数等于1的介质。
磁电介质：同时具有电介质属性和磁介质属性的介质。在本申请的实施例中，可以简单的理解磁电介质为，相对介电常数和相对磁导率均大于1的介质。
应理解，由于磁电介质具有部分磁介质的属性，也具有部分电介质的属性，因此，本申请实施例中的磁介质可以由磁电介质实现，并且可以根据实际的生产或设计需求，选择磁电介质的相对介电常数和相对磁导率数值。
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。
天线的极化方向：在空间给定点上，电场强度E(矢量)是时间t的函数，随着时间的推移，矢量端点在空间周期性地描绘出轨迹。该轨迹为直线且垂直地面，称垂直极化，如果水平于地面，称水平极化。该轨迹椭圆或圆，沿着传播方向观察时，随着时间沿右手或顺时针方向旋转，称右旋圆极化(right-handcircular polarization，RHCP)，随着时间沿左手或逆时针方向旋转，称左旋圆极化(light-handcircular polarization，LHCP)。
净空：指天线的辐射体与靠近辐射体的金属或电子元件之间的距离。例如，当电子设备的部分金属边框作为天线的辐射体，净空可以指辐射体与印刷电路板或电子元件(如摄像头)之间的距离。
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。
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。
图1至图3是本申请实施例提供的一种天线单元100的示意图及其仿真结果。
如图1所示，天线单元100包括辐射体101和辐射体102，辐射体101的第一端和辐射体102的第一端相对且互不接触，馈电单元110电连接于辐射体101的第一端和辐射体102的第一端之间。在一个实施例中，辐射体101和辐射体102的长度大致相同时，天线单元100可以为对称阵子天线(偶极子天线)。
如图2所示，为馈电单元馈入电信号时，天线单元可以依次在0.9GHz附近和2.7GHz附近产生第一谐振和第二谐振。其中，第一谐振可以对应于天线单元的二分之一波长模式，第二谐振可以对应于天线单元的二分之三模式。
如图3中的(a)所示，为0.9GHz时，天线单元的二分之一波长模式产生的方向图。如图3中的(b)所示，为2.7GHz时，天线单元的二分之三波长模式产生的方向图。
应理解，由于在二分之一波长模式中，电流在辐射体上的方向相同(不存在电流零点(电流反向点))，并具有一个电流强点。例如，电流幅值在辐射体的中心处最大，在辐射体的两个末端处最小。而在二分之三波长模式中，电流在天线辐射体上的方向存在两处相反(存在两个电流零点(电流反向点))，并具有三个电流强点。例如，电流幅值在辐射体的中心处以及靠近辐射体的末端的电流零点与辐射体的末端之间最大，在辐射体的两个末端和电流零点处最小。由于二分之三波长模式相较于二分之一波长模式，在电流分布中存在两个电流零点，在该零点区域，不会产生辐射，因此，对应的方向图中也存在零点，致使二分之三波长模式产生的方向图(图3中的(b)所示的方向图)的覆盖范围小于二分之一波长模式产生的方向图(图3中的(a)所示的方向图)的覆盖范围。
当天线单元100应用于电子设备中时，如果要利用天线单元100的第一谐振和第二谐振实现双频工作时，天线单元100在第二谐振对应的频段的性能较差。
本申请实施例提供了一种天线结构和电子设备，该天线结构利用开口谐振环(split ring resonators，SRR)使天线单元在单个工作模式下产生两个谐振频段。
图4是本申请实施例提供的一种天线结构200的示意图。
如图4所示，天线结构200可以包括天线单元210和多个SRR220。
其中，天线单元210用于在第一频段和第二频段产生谐振，第一频段的频率低于第二频段的频率。
SRR220的谐振频率大于第一频段的频率且小于第二频段的频率。天线单元210在第一频段产生的磁场和第二频段产生的磁场穿过SRR220。
应理解，SRR220的谐振频率可以理解为SRR220在自由空间(free space)中被激励时的频率，例如，可以理解为SRR220在二分之一波长模式对应的谐振频率。
本申请实施例提供的技术方案，在天线单元210周围设置多个SRR220，天线单元210产生的磁场穿过SRR220，SRR220可以使天线单元210所处的环境的等效相对磁导率在第一频段和第二频段不同，从而使天线单元210利用同一工作模式产生两个不同的谐振。在一个实施例中，天线单元210的等效相对磁导率在第一频段可以为第一值，天线单元210的等效相对磁导率在第二频段可以为第二值，第二值小于第一值。第一频段对应的谐振和第二频段对应的谐振均由天线单元210的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元210的电流分布相同。因此，第一频段产生的方向图的覆盖范围和第二频段产生的方向图的覆盖范围相同。相较于图1所示的天线单元100，提升了高频频段的覆盖范围。其中，覆盖范围可以理解为在天线结构的最大辐射方向所在的平面内，天线结构产生的方向图的3dB波瓣宽度。
并且，由于图1所示的天线单元100的两个谐振频段是由低阶工作模式和高阶工作模式分别产生的，因此，天线单元100的尺寸由高阶工作模式确定。而图4所示的天线单元210可以通过SRR220利用低阶工作模式(例如，二分之一波长模式)产生两个谐振频段，天线单元210的尺寸可以由第一工作频率确定，相较于由高阶工作模式确定天线单元的尺寸，天线单元210的尺寸较小。
同时，由于天线单元210周围设置SRR220，可以使天线单元210所处的环境的等效相对介电常数增加，可以进一步减小天线单元210的尺寸。
在一个实施例中，SRR220可以包括间隔设置的环221和环222，如图5所示。环221和环222均设置有开缝，环221的开缝和环222的开缝可以对称地开在一对环的任意两处，本申请实施例并不做限制。
在一个实施例中，环221和环222可以呈圆形或椭圆形，如图5中的(a)所示。或者，在一个实施例中，环221和环222可以呈矩形，如图5中的(b)所示。应理解，本申请实施例并不限制环221和环222的具体形状，例如，还可以呈任意多边形或其他不规则形状。
应理解，在上述实施例中，天线单元210产生的磁场穿过SRR220可以理解为天线单元210产生的磁场穿过环221和环222围成的区域，如图5所示。
在一个实施例中，天线单元210可以包括第一辐射体211、第二辐射体212和馈电单元213，如图4所示。第一辐射体211的第一端和第二辐射体212的第一端相对且互不接触，馈电单元213电连接于第一辐射体211的第一端和第二辐射体212的第一端之间。在一个实施例中，第一辐射体211的长度L1和第二辐射体212的长度L2可以满足：L1×(100％-10％)≤L2≤L1×(100％+10％)。天线单元210可以为对称阵子天线。
在一个实施例中，SRR220所在平面与第一辐射体211和第二辐射体212平行，以使天线单元210产生的磁场穿过SRR220。其中，SRR220所在平面可以理解为SRR220中环221或环222所在的平面。
在一个实施例中，多个SRR220可以设置在同一平面内，如图4所示。在一个实施例中，多个SRR220也可以设置在不同的平面内，如图6所示。
图7和图8是图6所示天线结构200的仿真结果图。其中，图7是图6所示天线结构200的S参数仿真结果图。图8是图6所示天线结构200在1.8GHz和2.75GHz产生的方向图。
如图7所示，天线结构可以在1.8GHz附近和2.75GHz附近产生谐振，可以对应于上述的第一频段和第二频段。
在1.8GHz(第一频段)，天线结构产生的方向图如图8中的(a)所示。在2.75GHz(第二频段)，天线结构产生的方向图如图8中的(b)所示。由于1.8GHz(第一频段)对应的谐振和2.75GHz(第二频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于第一辐射体或第二辐射体的平面(例如，xoy平面)内，天线结构在1.8GHz(第一频段)和2.75GHz(第二频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在1.8GHz(第一频段)和2.75GHz(第二频段)产生的三维方向图也大致相同。
同时，由于天线结构在1.8GHz(第一频段)和2.75GHz(第二频段)均是由二分之一波长模式(低阶工作模式)产生的谐振，在高频频段天线单元上不具有电流零点，方向图不会由于电流零点产生对应的零点，天线结构的覆盖范围(例如，在yoz平面内的覆盖范围)相较于由高阶工作模式产生的谐振的覆盖范围更大。
图9是本申请实施例提供的又一种天线结构300的示意图。
相较于图4所示的天线结构200，图9所示的天线结构300的区别仅在于天线单元的形式不同。图9所示的天线单元310也用于在第一频段和第二频段产生谐振，第一频段的频率低于第二频段的频率。
如图9中的(a)所示，天线单元310可以包括金属层311和馈电单元312。金属层311开设有缝隙(slot)313，天线单元310可以为缝隙天线。馈电单元312与缝隙313两侧的金属耦合连接。应理解，如图9中的(a)所示，馈电单元312可以电连接于缝隙两侧的金属之间。或者，在一个实施例中，馈电单元312可以通过间接耦合馈电的方式为天线单元310馈入电信号。
如图9中的(b)所示，SRR320可以设置于金属层311的上方，并与金属层311间隔设置(例如，在z方向有一定距离)。SRR320所在平面与缝隙313平行，以使天线单元310产生的磁场穿过SRR320。
图10和图11是图9所示天线结构300的仿真结果图。其中，图10是图9所示天线结构300的S参数仿真结果图。图11是图9所示天线结构300在1.7GHz和2.3GHz产生的方向图。
如图10所示，天线结构可以在1.9GHz附近和2.3GHz附近产生谐振，可以对应于上述的第一频段和第二频段。
在1.7GHz(第一频段)，天线结构产生的方向图如图11中的(a)所示。在2.3GHz(第二频段)，天线结构产生的方向图如图11中的(b)所示。由于1.8GHz(第一频段)对应的谐振和2.3GHz(第二频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在1.9GHz(第一频段)和2.3GHz(第二频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在1.9GHz(第一频段)和2.3GHz(第二频段)产生的三维方向图也大致相同。
同时，由于天线结构在1.9GHz(第一频段)和2.3GHz(第二频段)均是由二分之一波长模式(低阶工作模式)产生的谐振，在高频频段天线单元上不具有电流零点，方向图不会由于电流零点产生对应的零点，天线结构的覆盖范围(例如，在xoz平面内的覆盖范围)相较于由高阶工作模式产生的谐振的覆盖范围更大。
图12是本申请实施例提供的又一种天线结构400的示意图。
相较于上述实施例中所示的天线结构，图12所示的天线结构400的区别仅在于天线单元的形式不同。图12所示的天线单元410也用于在第一频段和第二频段产生谐振，第一频段的频率低于第二频段的频率。
如图12所示，天线单元410可以包括金属层411和辐射体412。辐射体412设置于金属层411上方，并间隔设置。金属层411可以作为辐射体412的地板，天线单元410可以为贴片(patch)天线。在一个实施例中，辐射体412和金属层411之间还可以设置有介质板。
SRR420可以设置于金属层411和辐射体412之间，SRR420所在平面与金属层411垂直，以使天线单元410产生的磁场穿过SRR420。
在一个实施例中，天线单元410还可以包括馈电单元413，如图13所示。
在一个实施例中，天线单元410可以采用边馈的方式馈入电信号(馈电单元413在辐射体412的任意一条边的靠近中心的区域馈电)，如图13中的(a)所示。天线结构400可以通过单个工作模式(例如，TM01模式)激励起第一频段的谐振和第二频段的谐振。
在一个实施例中，天线单元410可以采用角馈的方式馈入电信号(馈电单元413在辐射体412的任意两条边的交界区域)，如图13中的(b)所示。天线结构400可以同时激励起正交的第一工作模式和第二工作模式(例如，TM01模式和TM10模式)，从而实现双极化。在一个实施例中，单个模式均可以产生两个谐振，对应的，第一工作模式可以产生第一频段的谐振和第二频段的谐振，第二工作模式可以产生第三频段的谐振和第四频段的谐振。
图14至图17是图13所示天线结构400的仿真结果图。其中，图14是图13中的(a)所示天线结构400的S参数仿真结果图。图15是图13中的(a)所示天线结构400在2.3GHz和3.2GHz产生的方向图。图16是图13中的(b)所示天线结构400的S参数仿真结果图。图17是图13中的(b)所示天线结构400在2.2GHz、2.5GHz、3.2GHz和3.5GHz产生的方向图。
如图14所示，天线结构可以在2.3GHz附近和3.2GHz附近产生谐振，可以对应于上述的第一频段和第二频段。
在2.3GHz(第一频段)，天线结构产生的方向图如图15中的(a)所示。在3.2GHz(第二频段)，天线结构产生的方向图如图15中的(b)所示。由于2.3GHz(第一频段)对应的谐振和3.2GHz(第二频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在2.3GHz(第一频段)和3.2GHz(第二频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在2.3GHz(第一频段)和3.2GHz(第二频段)产生的三维方向图也大致相同。
如图16所示，天线结构可以在2.2GHz附近、2.5GHz附近、3.2GHz附近和3.5GHz附近产生谐振，可以对应于上述由第一模式产生的第一频段，由第二模式产生的第三频段，以及由第一模式产生的第二频段和由第二模式产生的第四频段。
在2.2GHz(第一频段)，天线结构产生的方向图如图17中的(a)所示。在3.2GHz(第二频段)，天线结构产生的方向图如图17中的(b)所示。由于2.2GHz(第一频段)对应的谐振和3.2GHz(第二频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在2.2GHz(第一频段)和3.2GHz(第二频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在2.2GHz(第一频段)和3.2GHz(第二频段)产生的三维方向图也大致相同。
在2.5(第三频段)，天线结构产生的方向图如图17中的(c)所示。在3.5GHz(第四频段)，天线结构产生的方向图如图17中的(d)所示。由于2.5GHz(第三频段)对应的谐振和3.5GHz(第四频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第三频段和第四频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在2.5GHz(第三频段)和3.5GHz(第四频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在2.5GHz(第三频段)和3.5GHz(第四频段)产生的三维方向图也大致相同。
图18是本申请实施例提供的又一种天线结构500的示意图。
相较于上述实施例中所示的天线结构，图18所示的天线结构500的区别仅在于天线单元的形式不同。
如图18所示，天线单元510可以包括金属层511和辐射体512。辐射体512设置于金属层411上方，并间隔设置。金属层511上可以开设缝隙513，天线单元510可以包括金属层511形成的缝隙天线。金属层511可以作为辐射体512的地板，辐射体512可以通过缝隙513耦合馈入电信号，辐射体512可以作为寄生枝节。在一个实施例中，辐射体512和金属层511之间还可以设置有介质板。
在图18所示的天线结构500中，天线单元510的工作模式可以包括第一工作模式和第二工作模式。第一工作模式可以用于在第一频段和第二频段产生谐振，第一频段的频率低于第二频段的频率。第二工作模式可以用于在第三频段和第四频段产生谐振，第三频段的频率低于第四频段的频率。
在一个实施例中，第一SRR521的谐振频率大于第一频段和第三频段的频率且小于第二频段和所述第四频段的频率。在一个实施例中，第二SRR522的谐振频率大于第一频段和第三频段的频率且小于第二频段和所述第四频段的频率。
如图19中的(a)所示，多个第一SRR521可以设置于金属层511和辐射体512之间，多个第二SRR522可以设置于第一SRR521和辐射体512之间。第一SRR521所在平面与缝隙513平行，以使缝隙513产生的磁场穿过第一SRR521。第二SRR522所在平面与金属层511垂直，以使辐射体512产生的磁场穿过第二SRR522。
在一个实施例中，天线单元510还可以包括馈电单元514，馈电单元514与缝隙513两侧的金属耦合连接，用于馈入电信号，如图18所示。
在一个实施例中，天线单元510还可以包括传输线515，传输线515可以与馈电单元514电连接，传输线515可以位于缝隙513下方，并与缝隙513间隔设置，如图19中的(b)所示。馈电单元514可以通过传输线515馈入电信号，天线单元510可以采用间接耦合的方式馈入电信号。
在一个实施例中，辐射体512还可以包括第一贴片5121、第二贴片5122、第三贴片5123和第四贴片5124。第一贴片5121、第二贴片5122、第三贴片5123和第四贴片5124可以呈2×2阵列排布。
图20和图21是图18所示天线结构500的仿真结果图。其中，图20是图18所示天线结构50的S参数仿真结果图。图21是图18所示天线结构500在1.8GHz、2.2GHz、3.0GHz和3.6GHz产生的方向图。
如图20所示，天线结构可以在1.8GHz附近、2.2GHz附近、3.0GHz附近和3.6GHz附近产生谐振，可以对应于上述由第一模式产生的第一频段，由第二模式产生的第三频段，以及由第一模式产生的第二频段和由第二模式产生的第四频段。
在1.8GHz(第一频段)，天线结构产生的方向图如图21中的(a)所示。在3.0GHz(第二频段)，天线结构产生的方向图如图21中的(b)所示。在2.2GHz(第三频段)，天线结构产生的方向图如图21中的(c)所示。在3.6GHz(第四频段)，天线结构产生的方向图如图21中的(d)所示。
由于1.8GHz(第一频段)对应的谐振和3.0GHz(第二频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第一频段和第二频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在1.8GHz(第一频段)和3.0GHz(第二频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在1.8GHz(第一频段)和3.0GHz(第二频段)产生的三维方向图也大致相同。
由于2.2GHz(第三频段)对应的谐振和3.6GHz(第四频段)对应的谐振均由天线单元的同一工作模式产生，在第三频段和第四频段，天线单元的电流分布相同。在垂直于金属层的平面(例如，yoz平面)内，天线结构在2.2GHz(第三频段)和3.6GHz(第四频段)产生的方向图相同，其覆盖范围一致。天线结构在2.2GHz(第三频段)和3.6GHz(第四频段)产生的三维方向图也大致相同。
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，装置或单元的之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 (22)
1.一种天线结构，其特征在于，包括：
天线单元，所述天线单元用于在第一频段和第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；
多个第一开口谐振环SRR，所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段的频率且小于所述第二频段的频率；
其中，所述天线单元在所述第一频段产生的磁场和所述第二频段产生的磁场穿过所述第一SRR。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，
在所述第一频段和所述第二频段，所述天线单元的电流分布相同。
3.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，
所述天线单元包括第一辐射体、第二辐射体和馈电单元；
所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端相对且互不接触，所述馈电单元电连接于所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端之间。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述第一SRR所在平面与所述第一辐射体和所述第二辐射体平行。
5.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，
所述天线单元包括第一金属层和馈电单元；
所述第一金属层开设有第一缝隙，所述馈电单元与所述第一缝隙两侧的金属耦合连接。
6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，
所述第一SRR设置于所述第一金属层上方，并与所述第一金属层间隔设置；
所述第一SRR所在平面与所述第一缝隙平行。
7.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，
所述天线单元包括第二金属层和第三辐射体；
所述第三辐射体设置于所述第二金属层上方，并与所述第二金属层间隔设置。
8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，
所述第一SRR位于所述第二金属层和所述第三辐射体之间，所述第一SRR所在平面与所述第二金属层垂直。
9.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，
所述天线单元包括第三金属层、第四辐射体和馈电单元；
所述第三金属层开设有第二缝隙，所述馈电单元与所述第二缝隙两侧的金属耦合连接；
所述第四辐射体设置于所述第二缝隙上方，并与所述第三金属层间隔设置。
10.根据权利要求9所述的天线结构，其特征在于，
所述天线结构包括多个第二SRR；
所述第一SRR位于所述第三金属层和所述第四辐射体之间，所述第二SRR位于所述第一SRR和所述第四辐射体之间；
所述第一SRR所在平面与所述第一缝隙平行，所述第二SRR所在平面与所述第三金属层垂直。
11.根据权利要求10所述的天线结构，其特征在于，
所述天线单元的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式；
所述第一工作模式用于在所述第一频段和所述第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；
所述第二工作模式用于在第三频段和第四频段产生谐振，所述第三频段的频率低于所述第四频段的频率；
所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率；
所述第二SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
天线单元，所述天线单元用于在第一频段和第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；
多个第一开口谐振环SRR，所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段的频率且小于所述第二频段的频率；
其中，所述天线单元在所述第一频段产生的磁场和所述第二频段产生的磁场穿过所述第一SRR。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，
在所述第一频段和所述第二频段，所述天线单元的电流分布相同。
14.根据权利要求12或13所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元包括第一辐射体、第二辐射体和馈电单元；
所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端相对且互不接触，所述馈电单元电连接于所述第一辐射体的第一端和所述第二辐射体的第一端之间。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述第一SRR所在平面与所述第一辐射体和所述第二辐射体平行。
16.根据权利要求12或13所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元包括第一金属层和馈电单元；
所述第一金属层开设有第一缝隙，所述馈电单元与所述第一缝隙两侧的金属耦合连接。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，
所述第一SRR设置于所述第一金属层上方，并与所述第一金属层间隔设置；
所述第一SRR所在平面与所述第一缝隙平行。
18.根据权利要求12或13所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元包括第二金属层和第三辐射体；
所述第三辐射体设置于所述第二金属层上方，并与所述第二金属层间隔设置。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，
所述第一SRR位于所述第二金属层和所述第三辐射体之间，所述第一SRR所在平面与所述第二金属层垂直。
20.根据权利要求12或13所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元包括第三金属层、第四辐射体和馈电单元；
所述第三金属层开设有第二缝隙，所述馈电单元与所述第二缝隙两侧的金属耦合连接；
所述第四辐射体设置于所述第二缝隙上方，并与所述第三金属层间隔设置。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其特征在于，
所述天线结构包括多个第二SRR；
所述第一SRR位于所述第三金属层和所述第四辐射体之间，所述第二SRR位于所述第一SRR和所述第四辐射体之间；
所述第一SRR所在平面与所述第二缝隙平行，所述第二SRR所在平面与所述第三金属层垂直。
22.根据权利要求21所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元的工作模式包括第一工作模式和第二工作模式；
所述第一工作模式用于在所述第一频段和所述第二频段产生谐振，所述第一频段的频率低于所述第二频段的频率；
所述第二工作模式用于在第三频段和第四频段产生谐振，所述第三频段的频率低于所述第四频段的频率；
所述第一SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率；
所述第二SRR的谐振频率大于所述第一频段和所述第三频段的频率且小于所述第二频段和所述第四频段的频率。
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