CN113764885B - 一种电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种电子设备,包括:线型环天线或槽型环天线。其中,线型环天线或槽型环天线在其辐射体或环形缝隙对称时,通过对称馈电和反对称馈电可以分别激励共模模式与差模模式。两种模式所产生的辐射在远场积分正交,因此,两个馈电单元之间具有良好的隔离度,可以形成共体的双天线结构。同时,本申请实施例提供的线型环天线或槽型环天线在采用不对称馈电时,可以同时激励共模模式与差模模式,利用天线的多个工作模式,拓展天线的工作带宽,使天线在有限的体积内,覆盖更多的频率范围。
Description
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
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***主要支持通话功能,电子设备只是人们用来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,电子设备除了用来通话、发送短信、拍照之外,更可用来在线听音乐、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,因此,数据的高速传输变得极为重要。
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,所以天线设计的目的是用最小的体积达到覆盖最大的频率范围,这需要综合利用天线工作的多个模式。另一方面,随着天线数量不断增长,实现天线间较好的隔离度,也成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电子设备,电子设备中可以包括一种天线结构。其中,天线结构对称时,通过对称馈电和反对称馈电可以分别激励共模模式与差模模式。两种模式所产生的辐射在远场积分正交,天线结构可以作为共体的双天线使用。天线结构采用不对称馈电或天线结构不对称时,单个馈电单元可以同时激励共模模式与差模模式,利用天线的多个工作模式,拓展天线的工作带宽,使天线在有限的体积内,覆盖更多的频率范围,天线结构可以作为宽带天线使用。
第一方面,提供了一种电子设备,包括:一种天线结构,所述天线结构包括:第一辐射体,所述第一辐射体包括第一端和第二端;第二辐射体,所述第二辐射体包括第一端和第二端;其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端之间形成缝隙;所述第一辐射体和所述第二辐射体弯折设置,所述第一辐射体,所述第二辐射体和所述缝隙之间形成的空间区域为T型;所述第一辐射体的第二端接地,所述第二辐射体的第二端接地。
根据本申请实施例的技术方案,利用第一辐射体和第二辐射体形成的开缝的线型环天线结构可以产生的多个工作模式,拓展工作带宽,使天线在电子设备有限的体积内,覆盖更多的频率范围。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一辐射***于所述缝隙的一条轴线的一侧,所述第二辐射***于所述轴线的另一侧。
根据本申请实施例的技术方案,第一辐射体和第二辐射体可以分别位于缝隙的轴线的两侧。应理解,越是对称结构越可以使天线整体获得更好的隔离度。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一辐射体和所述第二辐射体沿所述轴线对称。
根据本申请实施例的技术方案,当第一辐射体与第二辐射体沿轴线对称时,天线结构上的共模模式与差模模式可以分别被激励,本申请实施例提供的天线结构可以作为共体双天线使用。当第一辐射体与第二辐射体沿第一方向不对称时,天线结构上的所有共模模式与差模模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现天线结构的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。但在这种情况下,本申请实施例提供的天线结构仅能包括一个馈电单元,可以作为宽带的单天线使用。
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一馈电单元,所述第一馈电单元在所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端处为所述天线结构馈电。
根据本申请实施例的技术方案,第一馈电单元可以采用对称馈电的方式为天线结构馈电,可以激励天线结构的共模模式。
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:金属部件;其中,所述第一馈电单元通过所述金属部件在所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端处为所述天线结构间接耦合馈电。
根据本申请实施例的技术方案,金属部件可以为金属弹片,第一馈电单元可以通过金属弹片为天线间接耦合馈电。同时,为实现间接耦合馈电结构,金属部件也可以是设置在电子设备的印刷电路板上的金属贴片。由于在印刷电路板上设置金属贴片后,金属贴片与缝隙之间距离变大,因此可以相应增加耦合面积,也可以实现同样的效果。通过间接耦合馈电可以使天线结构的带宽更宽。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一馈电单元馈电时,所述第一辐射体上的电流与所述第二辐射体上的电流沿所述轴线对称。
根据本申请实施例的技术方案,第一馈电单元采用对称馈电的方式为天线结构馈电。第一馈电单元馈电时,在第一辐射体或第二辐射体上有2N-1个电流反向处,则可以定义天线结构产生的谐振为N-1/2波长的共模模式,其中,N为正整数。
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馈电单元,所述第二馈电单元的正极与所述第一辐射体的第二端电连接,所述第二馈电单元的负极与所述第二辐射体的第二端电连接。
根据本申请实施例的技术方案,第二馈电单元可以采用反对称馈电的方式为天线结构馈电,可以激励天线结构的差模模式。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第二馈电单元馈电时,所述第一辐射体上的电流与所述第二辐射体上的电流沿所述轴线反对称。
根据本申请实施例的技术方案,第二馈电单元采用反对称馈电的方式为天线结构馈电。第二馈电单元馈电时,在第一辐射体或第二辐射体上有2N-2个电流反向处,则可以定义天线结构产生的谐振为N-1/2波长的差模模式,其中,N为正整数。
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滤波器;其中,所述滤波器一端与所述第一辐射体的第一端电连接,另一端与所述第二辐射体的第一端电连接;所述第二馈电单元馈电时,所述滤波器在所述天线结构工作在N倍波长模式产生的谐振对应的频段呈带通特性,所述滤波器在所述天线结构工作在N-1/2波长模式产生的谐振对应的频段呈带阻特性。
根据本申请实施例的技术方案,滤波器可以在天线结构工作在N倍波长模式产生的谐振对应的频段呈带通特性,即滤波器导通,使第一辐射体与第二辐射体之间电连接。此时,天线结构为一个不包括缝隙(闭合)的环天线,可以工作在N倍波长模式。滤波器可以在天线结构工作在N-1/2波长模式产生的谐振对应的频段呈带阻特性,即滤波器不导通,使第一辐射体与第二辐射体之间开路。此时,天线结构为一个包括缝隙的环天线,可以工作在N-1/2波长模式。因此,当第二馈电单元馈电时,可以同时激励N倍波长模式和N-1/2波长模式,实现天线结构工作带宽的拓展。
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馈电单元;所述第三馈电单元在所述第一辐射体上为所述天线结构馈电;或者,所述第三馈电单元在所述第二辐射体上为所述天线结构馈电。
根据本申请实施例的技术方案,当天线结构采用不对称馈电时,天线结构上的所有共模模式与差模模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现天线结构的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。但在这种情况下,本申请实施例提供的天线结构仅能包括一个馈电单元,可以作为宽带的单天线使用。
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:天线支架;其中,所述天线结构设置于所述天线支架表面。
根据本申请实施例的技术方案,天线结构可以设置在电子设备的边框或后盖上,或者通过在天线支架采用激光直接成型技术、柔性电路板印刷或采用浮动金属等方式实现。
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:天线支架;其中,所述第一辐射体包括第一部分和第二部分;所述第二辐射体包括第三部分和第四部分;所述第一部分和所述第三部分为所述电子设备的部分金属边框;所述第二部分和所述第四部分设置于所述天线支架表面;所述第一部分与所述第二部分直接电连接,所述第三部分与所述第四部分直接电连接。
根据本申请实施例的技术方案,天线结构可以由金属边框天线和支架天线组合而成,可以更好的利用电子设备内的空间。
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:匹配网络;所述匹配网络包括:第一电感,第二电感和电容;其中,所述第一电感的一端与所述第一辐射体的第二端电连接,所述第一电感的另一端与所述第二馈电单元的正极电连接;所述第二电感的一端与所述第二辐射体的第二端电连接,所述第二电感的另一端与所述第二馈电单元的负极电连接;所述电容并联在所述第一电感与所述第二电感之间。
根据本申请实施例的技术方案,可以在各个馈电单元的馈电处设置匹配网络,可以调整天线结构产生的谐振的谐振点的位置。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电感的电感值介于0.3nH至2nH之间;所述第二电感的电感值介于0.3nH至2nH之间;所述电容的电容值介于0.3pF至2pF之间。
根据本申请实施例的技术方案,可以调节匹配网络中电容,电感或者电阻的数值调整天线结构产生的谐振的谐振点的位置。
结合第一方面,在第一方面的某些实现方式中,所述第一电感的电感值为0.7nH,所述第二电感的电感值为0.7nH,所述电容的电容值为0.6pF。
第二方面,提供了一种电子设备,包括一种天线结构,所述天线结构包括:金属件;其中,所述金属件上设置有环型缝隙;所述环型缝隙将所述金属件分为第一区域和第二区域,所述第一区域为T型。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括:连接件;所述连接件用于连接第一区域和第二区域,使所述第一区域和所述第二区域电连接,所述连接件将所述环形缝隙分为第一缝隙和第二缝隙。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述连接件设置于所述第一区域的轴线上,所述第一缝隙和所述第二缝隙位于所述轴线的两侧。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第一区域和所述第二区域沿所述轴线对称。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第四馈电单元;所述第一区域上设置有第一馈电点,所述第一馈电点位于所述轴线上;所述第四馈电单元在所述第一馈电点处为所述天线结构馈电。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第四馈电单元馈电时,所述环型缝隙上的电场沿所述轴线对称。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第五馈电单元;所述第二区域上设置有第二馈电点和第三馈电点,所述第二馈电点和所述第三馈电点沿所述轴线对称;所述第五馈电单元的正极在所述第二馈电点与所述金属件电连接,所述第五馈电单元的负极在所述第三馈电点与所述金属件电连接。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述第五馈电单元馈电时,所述环型缝隙上的电场沿所述轴线反对称。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括第六馈电单元;所述金属件上设置有第四馈电点,所述第六馈电单元在所述第四馈电点处为所述天线结构馈电。
结合第二方面,在第二方面的某些实现方式中,所述电子设备还包括:天线支架;其中,所述天线结构设置于所述天线支架表面。
第三方面,提供了一种电子设备,包括至少一个如上述第一方面中所述的任意一种天线结构和至少一个如上述第二方面中所述的任意一种天线结构。
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是本申请提供的线天线的共模模式的结构及对应的电流、电场的分布图。
图3是本申请提供的线天线的差模模式的结构及对应的电流、电场的分布图。
图4是本申请提供的槽天线的共模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布图。
图5是本申请提供的槽天线的差模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布图。
图6是本申请实施例提供的一种线型环天线的结构示意图。
图7是图6所示的天线结构的不同视图。
图8是本申请实施例提供的另一种馈电单元连接方式的示意图。
图9是本申请实施例提供的寄生枝节的结构示意图。
图10是第一馈电单元馈电时线型环天线的电流分布图。
图11是第二馈电单元馈电时线型环天线的电流分布图。
图12是本申请实施例提供的不对称馈电的结构示意图。
图13是一种闭合的环天线的结构示意图。
图14是第一馈电单元馈电时S参数仿真结果对比图。
图15是第二馈电单元馈电时S参数仿真结果对比图。
图16是***效率仿真结果对比图。
图17为图6所示线型环天线的第一馈电单元与第二馈电单元之间的隔离度。
图18是本申请实施例提供的另一种线型环天线的结构示意图。
图19是滤波器导通时线型环天线的电流分布图。
图20是本申请实施例提供的一种匹配网络的示意图。
图21是本申请实施例提供的一种槽型环天线的结构示意图。
图22是第四馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
图23是第五馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
图24是本申请实施例提供的不对称馈电的结构示意图。
图25是本申请实施例提供的另一种槽型环天线的结构示意图。
图26是第四馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
图27是第五馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
图28是本申请实施例提供的不对称馈电的结构示意图。
图29是本申请实施例提供的一种双天线的结构示意图。
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。
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***(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***(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、SUB-6G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(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网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobilenetwork,PLMN)中的终端设备等,本申请实施例对此并不限定。
图1是本申请实施例提供的电子设备的示意图,在此,以电子设备为手机进行说明。
如图1所示,电子设备具有类似立方体的形状,可以包括边框10和显示屏20,边框10和显示屏20均可以安装在中框上(图中未示出),边框10可以分为上边框、下边框、左边框、右边框,这些边框相互连接,在连接处可以形成一定的弧度或倒角。
电子设备还包括设置于内部的印刷电路板(printed circuit board,PCB),PCB上可以设置电子元件,电子元件可以包括电容、电感、电阻、处理器、摄像头、闪光灯、麦克风、电池等,但不限于此。
边框10可以是为金属边框,比如铜、镁合金、不锈钢等金属,也可以是塑胶边框、玻璃边框、陶瓷边框等,也可以是金属与塑料结合的边框。
近年来,移动通信在人们生活中变得越来越重要了,尤其是第五代(fifthgeneration,5G)移动通信***时代到来,对于天线的要求越来高。电子设备内留给天线的体积有限,因此,如何使天线设计的体积最小而达到覆盖最大的频率范围就是一个亟需解决的问题。
在传统的环天线设计中,采用反对称馈电时其最低模式均为一倍波长模式。在电子设备的有限尺寸下,只能覆盖较高的频段,例如,1700MHz-2700MHz,不能覆盖较低频段,例如,700MHz-960MHz。此外,传统的环天线结构中能利用的模式较少,需要更多模式来满足宽带宽的覆盖。
本申请实施例提供了一种天线结构设计方案,利用天线的多个工作模式,拓展天线的工作带宽,使天线在有限的体积内,覆盖更多的频率范围。同时,还可以利用该天线结构设置完成一个共体的双天线结构,两者具有良好的隔离度。
首先,由图2至图5来介绍本申请将涉及四个天线模式。其中,图2是本申请提供的一种线天线的共模模式的结构及对应的电流、电场的分布示意图。图3是本申请提供的另一种线天线的差模模式的结构及对应的电流、电场的分布示意图。图4是本申请提供的一种槽天线的共模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布示意图。图5是本申请提供的另一种槽天线的差模模式的结构及对应的电流、电场、磁流的分布示意图。
1、线天线的共模(common mode,CM)模式
如图2中的(a)所示,线天线40在中间位置41处连接馈电单元。馈电单元的正极通过馈电线42连接在线天线40的中间位置41,馈电单元的负极连接地(例如地板,可以是PCB)。
图2中的(b)示出了线天线40的电流、电场分布。如图2中的(b)所示,电流在中间位置41两侧反向,呈现对称分布;电场在中间位置41两侧,呈现同向分布。如图2中的(b)所示,馈电线42处的电流呈现同向分布。基于馈电线42处的电流同向分布,图2中的(a)所示的这种馈电可称为线天线的CM馈电。图2中的(b)所示的这种线天线模式,可以称为线天线的CM模式。图2中的(b)所示的电流、电场可分别称为线天线的CM模式的电流、电场。
线天线的CM模式的电流、电场是线天线40在中间位置41两侧的两个水平枝节作为工作在四分之一波长模式的天线产生的。电流在线天线40的中间位置41处强,在线天线101的两端弱。电场在线天线40的中间位置41处弱,在线天线40的两端强。
2、线天线的差模(differential mode,DM)模式
如图3中的(a)所示,线天线50在中间位置51处连接馈电单元。馈电单元的正极通过馈电线52连接在中间位置51的一侧,馈电单元的负极通过馈电线52连接在中间位置51的另一侧。
图3中的(b)示出了线天线50的电流、电场分布。如图3中的(b)所示,电流在中间位置51两侧同向,呈现反对称分布;电场在中间位置51两侧呈反向分布。如图3中的(b)所示,馈电线52处的电流呈现反向分布。基于馈电线52处的电流反向分布,图3中的(a)所示的这种馈电可称为线天线DM馈电。图3中的(b)所示的这种线天线模式可以称为线天线的DM模式。图3中的(b)所示的电流、电场可分别称为线天线的DM模式的电流、电场。
线天线的DM模式的电流、电场是整个线天线50作为工作在二分之一波长模式的天线产生的。电流在线天线50的中间位置51处强,在线天线50的两端弱。电场在线天线50的中间位置51处弱,在线天线50的两端强。
3、槽天线的CM模式
如图4中的(a)所示,槽天线60可通过在地板上开槽形成。槽61的一侧设有开口62,开口62可具体开设在该侧的中间位置。开口62处可连接馈电单元。馈电单元的正极可连接在开口62的一侧,馈电单元的负极可连接在开口62的另一侧。
图4中的(b)示出了槽天线60的电流、电场、磁流分布。如图4中的(b)所示,电流在槽61周围的导体(如地板)上围绕槽61呈同向分布,电场在槽61的中间位置两侧呈现反向分布,磁流在槽61的中间位置两侧呈反向分布。如图4中的(b)所示,开口62处(即馈电处)的电场同向,开口62处(即馈电处)的磁流同向。基于开口62处(馈电处)的磁流同向,图4中的(a)所示的这种馈电可称为槽天线CM馈电。图4中的(b)所示的这种槽天线模式可以称为槽天线的CM模式。图4中的(b)所示的电场、电流、磁流可分布称为槽天线的CM模式的电场、电流、磁流。
槽天线的CM模式的电流、电场是槽天线60的中间位置两侧的槽天线体作为工作在四分之一波长模式的天线产生的。电流在槽天线60的中间位置处弱,在槽天线60的两端强。电场在槽天线60的中间位置处强,在槽天线60的两端弱。
4、槽天线的DM模式
如图5中的(a)所示,槽天线70可通过在地板上开槽形成。槽天线70的中间位置71处连接馈电单元。槽72的一侧边的中间位置连接馈电单元的正极,槽72的另一侧边的中间位置连接馈电单元的负极。
图5中的(b)示出了槽天线70的电流、电场、磁流分布。如图5中的(b)所示,在槽72周围的导体(如地板)上,电流围绕槽72分布,且在槽72的中间位置两侧呈反向分布,电场在中间位置71两侧呈现反向分布,磁流在中间位置71两侧呈同向分布。馈电单元处的磁流呈反向分布(未示出)。基于馈电单元处的磁流呈反向分布,图5中的(a)所示的这种馈电可称为槽天线DM馈电。图5中的(b)所示的这种槽天线模式可以称为槽天线的DM模式。图5中的(b)所示的电场、电流、磁流可分布称为槽天线的DM模式的电场、电流、磁流。
槽天线的DM模式的电流、电场是整个槽天线70作为工作在二分之一波长模式的天线产生的。电流在槽天线70的中间位置处弱,在槽天线70的两端强。电场在槽天线70的中间位置处强,在槽天线70的两端弱。
图6是本申请实施例提供的一种线型环天线的结构示意图,可以应用于如图1所示的电子设备中。
如图6所示,电子设备可以包括第一辐射体110和第二辐射体120。
其中,第一辐射体110的第一端111与第二辐射体120的第一端121相对且互不接触。第一辐射体110的第一端111与第二辐射体120的第一端121之间形成缝隙130。第一辐射体110和第二辐射体120弯折设置,第一辐射体110,第二辐射体120和缝隙130之间形成的空间区域为T型,或者说,第一辐射体110和第二辐射体120之间形成的空间区域为十字形(cross)。第一辐射体110的第二端112与第二辐射体120的第二端122临近设置。第一辐射体110的第二端112接地,第二辐射体120的第二端122接地。第一辐射体110与第二辐射体120形成线型环天线100。
应理解,第一辐射体110和第二辐射体120之间形成的T型可以为一个空间区域,线型环天线100可以根据电子设备内部的空间进行折叠。
如图7所示,由于电子设备内的空间越来越紧张,线型环天线100可以折叠设置。例如,当线型环天线100设置在天线支架上时,为节约电子设备内的空间,可以将线型环天线100向PCB30方向进行折叠。相应的,第一辐射体110,第二辐射体120和缝隙130之间形成的T型也进行了折叠。如图7中的(a)所示,线型环天线100可以设置于PCB30的边沿处。线型环天线100的部分辐射体可以伸出PCB30位于PCB30与电子设备的边框10之间。由于PCB30与边框10之间的空间不足以满足线型环天线100沿平面设置,因此,线型环天线100的辐射体可以向上方或者下方(靠近PCB30方向或远离PCB30方向)折叠。在这种情况下,线型环天线100中的T型的空间区域也就发生了折叠,如图7中的(b)所示。图7中的(c)示出了线型环天线中的第一辐射体110和第二辐射体120折叠后的结构。
同时,应理解第一辐射体110的第一端111可以是第一辐射体110的距离端点的一端距离,并不能狭义的理解为一定是一个点。第一辐射体110的第二端112,第二辐射体120的第一端121和第二辐射体120的第二端122也可以相应理解为上述概念。
可选地,第一辐射体110可以位于缝隙130的一条轴线101的一侧,第二辐射体130可以位于轴线101的另一侧。
可选地,第一辐射体110和第二辐射体120沿轴线101对称。
可选地,电子设备还包括第一馈电单元140,第一馈电单元140可以在第一辐射体110的第一端111和第二辐射体120的第二端121处为线型环天线100馈电。第一馈电单元140采用对称馈电(symmetrical feed)的方式为线型环天线100馈电。
应理解,对称馈电可以理解为馈电单元一端连接辐射体,另外一端接地,其中,馈电单元与辐射体连接点(馈电点)位于辐射体中心。
可选地,第一馈电单元140可以通过金属部件141在第一辐射体110的第一端111和第二辐射体120的第二端121处为线型环天线100间接耦合馈电。其中,金属部件141可以为金属弹片,第一馈电单元140可以通过金属弹片为线型环天线100间接耦合馈电。同时,为实现间接耦合馈电结构,金属部件141也可以是设置在电子设备的PCB上的金属贴片。由于在PCB上设置金属贴片后,金属贴片与缝隙之间距离变大,因此可以相应增加耦合面积,也可以实现同样的效果。
应理解,间接耦合是相对于直接耦合的概念,即隔空耦合,两者之间并不直接电连接。而直接耦合是直接电连接,在馈电点处直接馈电。
可选地,第一馈电单元140也可以通过电容器142与第一缝隙110的第一端111和第二缝隙120的第二端121电连接,从而为线型环天线100直接馈电,如图8所示。
可选地,电子设备还包括第二馈电单元150,第二馈电单元150的正极与第一辐射体110的第二端112电连接,第二馈电单元150的负极与第二辐射体120的第二端122电连接。第二馈电单元150采用反对称馈电(anti-symmetrical feed)的方式为线型环天线100馈电。
应理解,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两端。馈电单元的正负极输出的信号幅度相同,相位相反。
可选地,线型环天线100可以设置在电子设备的边框或后盖上,或者通过在天线支架采用激光直接成型技术(laser-direct-structuring,LDS)、柔性电路板(flexibleprinted circuit,FPC)印刷或采用浮动金属(floating metal,FLM)等方式实现。例如,电子设备还可以包括天线支架,线型环天线100可以设置于天线支架表面。或者,第一辐射体110可以包括第一部分和第二部分,第二辐射体可以包括第三部分和第四部分,第一部分和第三部分可以是电子设备的部分金属边框,第二部分和第四部分可以设置于所述天线支架表面,第一部分与第二部分直接电连接,从而组成第一辐射体110,第三部分与第四部分直接电连接,从而组成第二辐射体120。本申请实施例并不限制本申请提供的天线所设置的位置。
可选地,第一辐射体110或第二辐射体120各处的宽度可以不同,可以通过调节第一辐射体110或第二辐射体120各处的宽度对线型环天线产生谐振的谐振点进行调节。例如,第一辐射体110的水平方向的宽度W1与垂直方向的宽度W2可以不同。其中,水平方向或者垂直方向可以垂直于缝隙的轴线,或者,也可以是平行于电子设备边框或者PCB的方向,本申请对此并不做限制,仅作为举例使用。
可选地,可以通过寄生贴片160改变第一辐射体110或第二辐射体120的宽度,如图9所示。例如,可以在第一辐射体110靠近第一端111的位置设置寄生贴片160,通过调整寄生贴片160的长度或者宽度可以改变线型环天线产生谐振的谐振点。同时,也可以在沿缝隙的轴线对称的第二辐射体120的相应位置增加对称的寄生贴片160,使线型环天线100的辐射体结构沿缝隙的轴线对称。应理解,越是对称结构越可以使天线整体获得更好的隔离度。
图10和图11是馈电单元馈电时线型环天线的电流分布示意图。其中,图10是第一馈电单元馈电时线型环天线的电流分布图。图11是第二馈电单元馈电时线型环天线的电流分布图。
如图10所示,第一馈电单元140通过金属部件为线型环天线间接耦合馈电(对称馈电)时,第一辐射体110和第二辐射体120上的电流沿轴线101呈对称分布。
如图10中的(a)所示,为第一馈电单元140馈电时,线型环天线工作在二分之一波长模式时的电流分布示意图。应理解,二分之一波长模式可以是指天线结构产生谐振时,天线结构的辐射体的长度为谐振的谐振点对应的波长的二分之一。
如图10中的(b)所示,为第一馈电单元140馈电时,线型环天线工作在二分之三波长模式时的电流分布示意图。应理解,二分之三波长模式可以是指天线结构产生谐振时,天线结构的辐射体的长度为谐振的谐振点对应的波长的二分之三。
应理解,第一馈电单元140馈电时,在第一辐射体110和第二辐射体120上有2N-1个电流反向处,则可以定义线型环天线产生的谐振为N-1/2波长的CM模式,其中,N为正整数。例如,如图10中的(a)所示,第一辐射体110和第二辐射体120上有1个电流反向处,线型环天线工作在二分之一波长模式。如图10中的(b)所示,第一辐射体110和第二辐射体120上有3个电流反向处,线型环天线工作在二分之三波长模式。其中,线型环天线的辐射体上分布的电流为交流电。以交流电为正弦的形式为例进行说明,电流反向处可以理解为正弦形式的电流的零点,在零点左右的电流的相位相反,因此会反向。由于这种特性,辐射体上的电流在两个零点之间达到最大值,即电流的最大值为正弦形式的电流的波峰或者波谷。
如图11所示,第二馈电单元150通过将正负极分别与第一辐射体110和第二辐射体120直接连接,实现为线型环天线馈电(反对称馈电)。第一辐射体110和第二辐射体120上的电流沿轴线101呈反对称分布。
如图11中的(a)所示,为第二馈电单元馈电时,线型环天线工作在二分之一波长模式时的电流分布示意图。
如图11中的(b)右侧所述,为第二馈电单元馈电时,线型环天线工作在二分之三波长模式时的电流分布示意图。
应理解,第二馈电单元馈电时,在第一辐射体110和第二辐射体120上有2N-2个电流反向处,则可以定义线型环天线产生的谐振为N-1/2波长的差模(differential mode,DM)模式,其中,N为正整数。例如,如图11中的(a)所示,第一辐射体110和第二辐射体120上有0个电流反向处,线型环天线工作在二分之一波长模式。如图11中的(b)所示,第一辐射体110和第二辐射体120上有2个电流反向处,线型环天线工作在二分之三波长模式。
第一馈电单元与第二馈电单元同时馈电时,线型环天线可以分别工作在CM模式和DM模式,其对应产生的电场在远场积分正交。对于积分正交,可以理解为,由CM模式和DM模式产生谐振的电场在远场满足以下公式:
由于CM模式和DM模式产生的谐振对应电场在远场之间积分正交,相互并不影响。因此,第一馈电单元与第二馈电单元之间具有良好的隔离度。
在这种情况下,由于第一馈电单元和第二馈电单元之间具有良好的隔离度,因此第一馈电单元和第二馈电单元可以同时工作,即线型环天线的两个馈电单元可以同时进行收发或者同时进行发送或者同时进行接收,使线型环天线可以满足多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)***的需求。本申请实施例提供的线型环天线可以作为一种共体的双天线结构使用,满足多天线***的需求。
同时,由于双天线的共体结构可以通过共用相同的辐射体分别产生不同的谐振,可以使天线结构中的两个馈电单元同时工作。并且本申请实施例提供的线型环天线结构紧凑,大大减小了双天线结构所需要的体积。因此,本申请实施例提供的线型环天线也可以实现天线结构的小型化。
可选地,当第一辐射体与第二辐射体沿轴线101不对称时,线型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现线型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,线型环天线仅能包括一个馈电单元。若在这种情况下,线型环天线包括两个馈电单元,两个馈电单元均能分别激励起所有CM模式和DM模式,两个馈电单元产生的谐振对应的电场在远场并不积分正交,两个馈电单元之间的隔离度很差。因此,此时线型环天线为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
可选地,当线型环天线采用不对称馈电(asymmetrical feed)时,线型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现线型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。如图12所示,电子设备可以包括第三馈电单元170。第三馈电单元170可以在第一辐射体110上采用不对称馈电的方式为线型环天线100馈电。或者,可以在第二辐射体120上采用不对称馈电的方式为线型环天线100馈电。采用这种馈电形式可以激励起线型环天线上的所有CM模式和DM模式,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,线型环天线100仅能包括一个馈电单元。此时线型环天线100为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
应理解,不对称馈电可以理解为,馈电单元一端接辐射体,另外一端接地,馈电单元与辐射体之间的连接点偏离辐射体的对称中心。
图13是一种闭合的环天线的结构示意图。如图13所示,采用与图6所示的天线结构尺寸相同的设计,作为本申请实施例提供的天线结构的对比结构,其结构上的区别在于不包括缝隙,为完整的环型结构。
其中,图6所示的天线结构为开缝的环天线结构,图13所示的天线结构为闭合的环天线结构。
图14至图16为图6和图13所示的天线结构的仿真结果对比图。其中,图14为第一馈电单元馈电时,S参数仿真结果对比图。图15为第二馈电单元馈电时,S参数仿真结果对比图。图16为***效率(total efficiency)仿真结果对比图。
如图14所示,图6所示的开缝的环天线结构,在采用对称馈电时,馈电单元可以激励开缝的环天线结构的N-1/2波长模式,例如二分之一波长模式和二分之三波长模式。而图13所示的闭合的环天线结构,馈电单元也可以激励闭合的环天线结构的N-1/2波长模式,例如二分之一波长模式和二分之三波长模式。
如图15所示,图6所示的开缝的环天线结构,在采用反对称馈电时,可以由馈电单元激励N-1/2波长模式,例如二分之一波长模式和二分之三波长模式。而图13所示的闭合的环天线结构,可以由馈电单元激励N倍波长模式,例如一倍波长模式和两倍波长模式。其中,本申请实施例提供的线型环天线在反对称馈电下工作的最低模式是二分之一波长模式,相比于闭合的环天线结构,其最低模式降低,在天线结构的尺寸相同的情况下,其工作频段也更低。因此,可以应用开缝的环天线结构产生的二分之一波长模式对应的工作频段覆盖长期演进(Long Term Evolution,LTE)中的低频段(700MHz-960MHz)。同时,可以应用二分之三模式对应的线型环天线的工作频段覆盖LTE中的较高频段,例如1700MHz-2700MHz。因此,本申请实施例提供的线型环天线实现了在有限尺寸下保证覆盖较高频段的同时,也实现了覆盖低频段的功能。
如图16所示,为***效率仿真结果对比图。图6所示的开缝的环天线结构工作在二分之一模式时,在其对应的工作频段在图16所示的***效率曲线中凸起,工作频段的***效率可以满足LTE中的低频段的需要。同时,在其他的工作模式,例如二分之三模式时,在其工作频段对应的***效率也可以满足需要。因此,本申请实施例提供的线型环天线在产生的谐振对应的频段的效率可以满足实际应用的需要。
图17为图6所示线型环天线的第一馈电单元与第二馈电单元之间的S参数的仿真示意图。
应理解,当线型环天线的第一辐射体和第二辐射体沿缝隙的轴线对称时,第一馈电单元可以单独激励CM模式,并不激励DM模式。而第二馈电单元可以单独激励DM模式,并不激励CM模式。即第一馈电单元和第二馈电单元可以分别激励CM模式和DM模式。而当线型环天线的第一辐射体和第二辐射体沿轴线不对称时,第一馈电单元或者第二馈电单元均可以同时激励CM模式和DM模式,两个馈电单元之间的隔离度很差。因此,图17所示的S参数的仿真示意图为第一辐射体和第二辐射体沿轴线对称时所获得的线型环天线的S参数的仿真示意图。
如图17所示,由于第一馈电单元馈电时,本申请实施例提供的线型环天线工作在CM模式,而第二馈电单元馈电时,本申请实施例提供的线型环天线工作在DM模式。两种模式产生的电场,在远场积分正交。因此,第一馈电单元与第二馈电单元之间具有良好的隔离度,本申请实施例提供的天线结构可以应用于需要高隔离度的工作场景。举例来说,WiFi频段与BT频段属于同频,且两者的灵敏度需求都很高,为保证工作在WiFi频段的天线和BT频段的天线的正常工作,通常来说两者会使用同一天线,采用时分双工(time-divisionduplex,TDD)模式。但随着电子设备的外置设备的增加,例如,蓝牙音箱,蓝牙鼠标,蓝牙键盘等,WiFi频段的使用时间不断被压缩,可能会发生掉线无网络的状况,影响用户体验。因此,将工作在WiFi频段的天线和BT频段的天线独立设置势在必行。但部分同频天线间隔离度要求很高才能实现同时工作,两者之间的隔离度需要约40dB隔离度。而本申请实施例提供的线型环天线在作为共体双天线使用时,第一馈电单元与第二馈电单元之间的隔离度大于40dB,因此,本申请实施例提供的线型环天线可以作为共体的高隔离度天线使用。
应理解,上述WiFi频段和BT频段仅作为一种同频端需要高隔离度天线的场景,本申请实施例提供的线型环天线也可以应用于其他需要高隔离度的场景,本申请对此并不做限制。
图18是本申请实施例提供的另一种线型环天线的结构示意图。
如图18所示,电子设备还可以包括滤波器210,滤波器可以设置在第一辐射体110的第一端111和第二辐射体的第一端121之间形成的缝隙处,滤波器210一端与第一辐射体110的第一端111电连接,另一端与第二辐射体的第一端121电连接。
应理解,第二馈电单元150馈电时,线型环天线工作在DM模式。滤波器210可以在线型环天线工作在N倍波长模式产生的谐振对应的频段呈带通特性,即滤波器210导通,使第一辐射体110与第二辐射体120之间电连接,此时,线型环天线为一个不包括缝隙(闭合)的环天线,可以工作在N倍波长模式。滤波器210可以在线型环天线工作在N-1/2波长模式产生的谐振对应的频段呈带阻特性,即滤波器210不导通,使第一辐射体110与第二辐射体120之间开路,此时,线型环天线为一个包括缝隙的环天线,可以工作在N-1/2波长模式。因此,当第二馈电单元150馈电时,可以同时激励上述的N倍波长模式和N-1/2波长模式,实现工作带宽的拓展。
可选地,滤波器210可以是声表面波滤波器(surface acoustic wave,SAW),体声波滤波器(bulk acoustic wave,BAW)或者薄膜腔声谐振滤波器(film bulk acousticresonator,FBAR)。滤波器210也可以是其他形式的滤波器,本申请对比并不做限制。
图19是滤波器导通时线型环天线的电流分布图。
应理解,当线型环天线的第一辐射体110的第一端和第二辐射体120的第一端之间设置有滤波器时,由于滤波器的滤波特性,线型环天线在第二馈电单元150馈电时,可以工作在更多的模式。
如上述图11所示,第二馈电单元150馈电,滤波器不导通时,第一辐射体110与第二辐射体120之间开路,形成一个开缝的环天线结构。这种情况下,在第一辐射体110和第二辐射体120上有2N-2个电流反向处,则可以定义线型环天线产生的谐振为N-1/2波长模式,例如,二分之一波长模式和二分之三波长模式。
如图19中的(a)所示,为线型环天线工作在一倍波长模式下的电流分布。应理解,一倍波长模式可以是指天线结构产生谐振时,天线结构的辐射体的长度为谐振的谐振点对应的波长的一倍。
如图19中的(b)所示,为线型环天线工作在两倍波长模式下的电流分布。应理解,两倍波长模式可以是指天线结构产生谐振时,天线结构的辐射体的长度为谐振的谐振点对应的波长的两倍。
应理解,如图19所示,第二馈电单元150馈电,滤波器导通时,第一辐射体110的第一端与第二辐射体120的第一端通过滤波器电连接,形成一个闭合的环天线结构。这种情况下,在第一辐射体110和第二辐射体120上有2N个电流反向处,则可以定义线型环天线产生的谐振为N倍波长的DM模式。例如,如图19中的(a)所示,辐射体上有2个电流反向处,线型环天线工作在一倍波长模式。如图19中的(b)所示,辐射体上有4个电流反向处,线型环天线工作在两倍波长模式。
图20是本申请实施例提供的一种匹配网络的示意图。
可选地,可以在各个馈电单元的馈电处设置匹配网络,可以调整线型环天线产生的谐振的谐振点的位置。本申请提供的实施例以第二馈电单元为例进行说明,也可以在其他馈电点处设置匹配网络
在各个馈电点处增加与馈电单元之间匹配的网络,可以抑制馈电点的其他频段的电流,增加天线整体的性能。
可选地,如图20所示,匹配网络可以包括第一电感201,第二电感202和电容203。其中,第一电感201的一端与第一辐射体的第二端112电连接,另一端与第二馈电单元150的正极电连接。第二电感的一端与第二辐射体的第二端122电连接,另一端与第二馈电单元150的负极电连接。电容203可以并联在第一电感201与第二电感202之间。
可选地,第一电感201的电感值可以介于0.3nH至2nH之间,第二电感202的电感值可以介于0.3nH至2nH之间,电容203的电容值可以介于0.3pF至2pF之间。
可选地,第一电感201与第二电感202的电感值可以均为0.7nH,电容203的电容值可以为0.6pF。
应理解,本申请并不限制匹配网络的具体形式,也可以是串联电容并联电感等。
图21是本申请实施例提供的一种槽型环天线的结构示意图,可以应用于如图1所示的电子设备中。
如图21所示,电子设备可以包括金属件310。
其中,金属件310上设置有环型缝隙320,环型缝隙320的两端临近设置。金属件310由环型缝隙320分为第一区域330和第二区域340,第一区域330为T型结构。环型缝隙320形成了槽型环天线300。
应理解,第一区域330和第二区域340为互不连通的两个区域,两者之间并不存在直接的电连接。
金属件310的第一区域330的T型结构可以为一个空间结构,由于电子设备内的空间越来越紧张,槽型环天线300可以折叠设置,即金属件310可以根据生产或设计需要进行折叠。
可选地,金属件310可以是电子设备的金属后盖,金属边框或者是天线支架上的金属层,或者是PCB上的金属层,本申请对此并不做限制。
可选地,第一区域330和第二区域340可以沿第一区域330的轴线301对称。
可选地,环型缝隙320各处的宽度可以不同,可以通过调节环型缝隙320各处的宽度对槽型环天线产生谐振的谐振点进行调节。例如,环型缝隙320的水平方向的宽度W3与垂直方向的宽度W4可以不同。其中,水平方向或者垂直方向可以垂直于轴线301,或者,也可以是平行于电子设备边框或者PCB的方向,本申请对此并不做限制,仅作为举例使用。同时,环型缝隙320也可以在沿轴线301对称,应理解,越是对称结构越可以使天线整体获得更好的隔离度。
可选地,电子设备还可以包括第四馈电单元350。第一区域330上可以设置有第一馈电点331,第四馈电单元350可以在第一馈电点331处为槽型环天线300馈电。第一馈电点331可以设置于轴线301上,可以设置在靠近环型缝隙320两端的位置。第四馈电单元350采用对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。
可选地,第四馈电单元350可以通过金属部件在第一馈电点331处为槽型环天线300间接耦合馈电。为实现间接耦合馈电结构,也可以在电子设备的PCB上设计金属贴片。由于在PCB上设置金属贴片后,金属贴片与第一区域之间距离变大,因此可以相应增加耦合面积,也可以实现同样的效果。
应理解,间接耦合是相对于直接耦合的概念,即隔空耦合,两者之间并不直接电连接。而直接耦合是直接电连接,在馈电点处直接馈电。
可选地,电子设备还可以包括第五馈电单元360。第二区域340上可以设置有第二馈电点341和第三馈电点342。第五馈电单元360的正极在第二馈电点341与金属件310电连接,第五馈电单元360的负极在第三馈电点342与金属件310电连接。其中,第二馈电点341和第三馈电点342可以沿轴线301对称。第二馈电点341可以设置在靠近环型缝隙320一端的位置,第三馈电点342可以设置在靠近环型缝隙320另一端的位置。第五馈电单元360采用反对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。
图22和图23是馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布示意图。其中,图22是第四馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。图23是第五馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
如图22所示,第四馈电单元为槽型环天线间接耦合馈电(对称馈电)时,环型缝隙上的电场沿第一区域的轴线呈对称分布。
如图22中的(a)所示,为第四馈电单元馈电时,槽型环天线工作在一倍波长模式时环型缝隙上的电场分布示意图。
如图22中的(b)所示,为第四馈电单元馈电时,槽型环天线工作在两倍波长模式时环型缝隙上的电场分布示意图。
应理解,第四馈电单元馈电时,在环型缝隙内有2N个电场反向处,则可以定义槽型环天线产生的谐振为N倍波长的DM模式,其中,N为正整数。其中,槽型环天线的环型缝隙上分布的电场为交变电场。以交变电场为正弦的形式为例进行说明,电场反向处可以理解为正弦形式的电场的零点,在零点左右的电场的相位相反,因此会出现电场反向处。由于这种特性,环型缝隙上的电场在两个零点之间达到最大值,即正弦形式的电场的波峰或者波谷。同时,由于环型缝隙上的电场与金属件上的电流存在对应关系,电流的最大处对应的电场最小,电场的最大处对应的电流最小。因此,图22中的电流最大处可以认为是电场的零点,即电场反向处。例如,如图22中的(a)所示,环型缝隙内有2个电场反向处,槽型环天线工作在一倍波长模式。如图22中的(b)所示,环型缝隙内有4个电场反向处,槽型环天线工作在两倍波长模式。
如图23所示,第五馈电单元通过将正负极分别在第二馈电点与第三馈电点为槽型环天线馈电(反对称馈电)时,环型缝隙上的电场沿第一区域的轴线呈反对称分布。
如图23中的(a)所示,为第五馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之一波长模式时环型缝隙上的电场分布示意图。
如图23中的(b)所示,为第五馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之三波长模式时环型缝隙上的电场分布示意图。
应理解,第五馈电单元馈电时,在环型缝隙内有2N-1个电场反向处,则可以定义槽型环天线产生的谐振为N-1/2波长的CM模式,其中,N为正整数。例如,如图23中的(a)所示,环型缝隙内有1个电场反向处,槽型环天线工作在二分之一波长模式。如图23中的(b)所示,环型缝隙内有2个电场反向处,槽型环天线工作在二分之三波长模式。
第四馈电单元与第五馈电单元同时馈电时,槽型环天线分别工作在DM模式和CM模式,其对应产生的电场在远场积分正交。由于CM模式和DM模式产生的谐振对应电场在远场之间积分正交,相互并不影响。因此,第四馈电单元与第五馈电单元之间具有良好的隔离度。
在这种情况下,由于第四馈电单元和第五馈电单元之间具有良好的隔离度,因此第四馈电单元和第五馈电单元可以同时工作,即槽型环天线的两个馈电单元可以同时进行收发或者同时进行发送或者同时进行接收,使槽型环天线可以满足MIMO***的需求。本申请实施例提供的槽型环天线可以作为一种共体的双天线结构使用,满足多天线***的需求。
同时,由于双天线的共体结构可以通过共用相同的辐射体分别产生不同的谐振,可以使天线结构工作在不同的频段。并且本申请实施例提供的槽型环天线结构紧凑,大大减小了双天线结构所需要的体积。因此,本申请实施例提供的槽型环天线也可以实现天线结构的小型化。
可选地,当金属件上的第一区域和第二区域沿第一区域的轴线不对称时,槽型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现槽型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,槽型环天线仅能包括一个馈电单元。若在这种情况下,槽型环天线包括两个馈电单元,两个馈电单元均能分别激励起所有CM模式和DM模式,两个馈电单元产生的谐振对应的电场在远场并不积分正交,两个馈电单元之间的隔离度很差。因此,此时槽型环天线为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
可选地,当槽型环天线采用不对称馈电时,槽型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现槽型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。如图24所示,电子设备可以包括第六馈电单元370,金属件310上可以设置第四馈电点371。第四馈电点371可以位于第一区域330,第六馈电单元370采用不对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。或者,第四馈电点371也可以位于第二区域340,第六馈电单元370采用不对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。采用这种馈电形式可以激励起槽型环天线上的所有CM模式和DM模式,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,槽型环天线300仅能包括一个馈电单元。此时槽型环天线300为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
图25是本申请实施例提供的另一种槽型环天线的结构示意图。
如图25所示,电子设备还可以包括连接件410。
其中,连接件410用于连接第一区域330和第二区域340,使第一区域330和第二区域340电连接。由连接件410将环形缝隙320分为第一缝隙420和第二缝隙430。
可选地,连接件410可以位于第一区域330的轴线301上,第一缝隙420和第二缝隙430可以分别位于轴线301的两侧。
可选地,连接件410可以与金属件310为一体式结构,即在制备槽型环天线时,直接制备第一缝隙420和第二缝隙430,保留第一区域330与第二区域340的连接处。
应理解,图25所示的槽型环天线与图6所示的线型环天线在结构上是互补的,因此,具体来看线型环天线上的电流分布与槽型环天线内的等效磁流分布具有相同特征。
图26和图27是馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布示意图。其中,图26是第四馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。图27是第五馈电单元馈电时槽型环天线的电流电场分布图。
如图26所示,第四馈电单元通过金属部件为槽型环天线间接耦合馈电(对称馈电)时,环型缝隙上的电场沿第一区域的轴线呈对称分布。
如图26中的(a)所示,为第四馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之一波长模式时环型缝隙上的电流电场分布示意图。
如图26中的(b)所示,为第四馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之三波长模式时环型缝隙上的电流电场分布示意图。
应理解,第四馈电单元馈电时,在环型缝隙内有2N-2个电场反向处,则可以定义槽型环天线产生的谐振为N-1/2波长的DM模式,其中,N为正整数。其中,槽型环天线的环型缝隙上分布的电场为交变电场。以交变电场为正弦的形式为例进行说明,电场反向处可以理解为正弦形式的电场的零点,在零点左右的电场的相位相反,因此会出现电场反向处。由于这种特性,环型缝隙上的电场在两个零点之间达到最大值,即正弦形式的电场的波峰或者波谷。同时,由于环型缝隙上的电场与金属件上的电流存在对应关系,电流的最大处对应的电场最小,电场的最大处对应的电流最小。因此,图22中的电流最大处可以认为是电场的零点,即电场反向处。但是,应注意,对于图25所示的槽型环天线来说,加入了连接件,使第一区域与第二区域电连接。当第四馈电单元馈电时,电流会沿着第一区域通过连接件流向第二区域,而后流向第一缝隙方向和第二缝隙方向。因此,在连接件与第二区域的连接区域会出现电流强点,如图26所示,此处的电流强点并不是电场零点,电场并不反向。例如,如图26中的(a)所示,环型缝隙内有0个电场反向处,槽型环天线工作在二分之一波长模式。如图26中的(b)所示,环型缝隙内有2个电场反向处,槽型环天线工作在二分之三波长模式。
如图27所示,第五馈电单元通过将正负极分别在第二馈电点与第三馈电点为槽型环天线馈电(反对称馈电)时,环型缝隙上的电场沿第一区域的轴线呈反对称分布。
如图27中的(a)所示,为第五馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之一波长模式时环型缝隙上的电流电场分布示意图。
如图27中的(b)所示,为第五馈电单元馈电时,槽型环天线工作在二分之三波长模式时环型缝隙上的电流电场分布示意图。
应理解,第五馈电单元馈电时,在环型缝隙内有2N-1个电场反向处,则可以定义槽型环天线产生的谐振为N-1/2波长的CM模式,其中,N为正整数。例如,如图27中的(a)所示,环型缝隙内有1个电场反向处,槽型环天线工作在二分之一波长模式。如图27中的(b)所示,环型缝隙内有3个电场反向处,槽型环天线工作在二分之三波长模式。
第四馈电单元与第五馈电单元同时馈电时,槽型环天线可以分别工作在DM模式和CM模式,其对应产生的电场在远场积分正交。由于CM模式和DM模式产生的谐振对应电场在远场之间积分正交,相互并不影响。因此,第四馈电单元与第五馈电单元之间具有良好的隔离度。
在这种情况下,由于第四馈电单元和第五馈电单元之间具有良好的隔离度,因此第四馈电单元和第五馈电单元可以同时工作,即槽型环天线的两个馈电单元可以同时进行收发或者同时进行发送或者同时进行接收,使槽型环天线可以满足MIMO***的需求。本申请实施例提供的槽型环天线可以作为一种共体的双天线结构使用,满足多天线***的需求。
同时,由于双天线的共体结构可以通过共用相同的辐射体分别产生不同的谐振,可以使天线结构工作在不同的频段。并且本申请实施例提供的槽型环天线结构紧凑,大大减小了双天线结构所需要的体积。因此,本申请实施例提供的槽型环天线也可以实现天线的小型化。
可选地,当金属件上的第一区域,第二区域和连接件沿第一区域的轴线不对称时,或,第一缝隙和第二缝隙沿第一区域的轴线不对称时,槽型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现槽型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,槽型环天线仅能包括一个馈电单元。若在这种情况下,槽型环天线包括两个馈电单元,两个馈电单元均能分别激励起所有CM模式和DM模式,两个馈电单元产生的谐振对应的电场在远场并不积分正交,两个馈电单元之间的隔离度很差。因此,此时槽型环天线为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
可选地,当槽型环天线采用不对称馈电时,槽型环天线上的所有CM模式和DM模式可以通过单个馈电单元同时被激励,从而实现槽型环天线的更多模式的覆盖,可以获得更宽的工作带宽。如图28所示,电子设备可以包括第七馈电单元380,金属件310上可以设置第五馈电点381。第五馈电点381可以位于第一区域330上为槽型环天线300馈电,第七馈电单元380采用不对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。或者,第五馈电点381也可以位于第二区域340,第七馈电单元380采用不对称馈电的方式为槽型环天线300馈电。采用这种馈电形式可以激励起槽型环天线上的所有CM模式和DM模式,可以获得更宽的工作带宽。但是,在这种情况下,槽型环天线300仅能包括一个馈电单元。此时槽型环天线300为一个宽频带的单天线结构,并不能作为双天线结构使用。
图29是本申请实施例提供的一种双天线的结构示意图。
如图29所示,电子设备可以包括至少一个线型环天线100和至少一个槽型环天线300。
其中,线型环天线100可以是上述实施例中任意一种形式的线型环天线,槽型环天线300可以是上述实施例中任意一种形式的槽型环天线。出于简洁考虑,本申请实施例以图2中所示的线型环天线和图14中所示的槽型环天线为例进行说明,本申请并不限制其具体种类,本申请实施例中的多种形式的天线结构均可以构成多种组合天线方案。
应理解,如上述实施例所述,线型环天线100和槽型环天线300可以分别设置对称馈电和反对称馈电。且由与对称馈电和反对称馈电激励的谐振产生的电场在远场积分正交,因此,线型环天线100和槽型环天线300采用的对称馈电和反对称馈电之间的隔离度较好。利用上述特点,可以在线型环天线100的结构中采用反对称馈电,在槽型环天线300的结构中采用对称馈电,组合为分体的双天线结构。或者,可以在线型环天线100的结构中设置对称馈电,在槽型环天线300的结构中设置反对称馈电,组合为分体的双天线结构。
可选地,槽型环天线300可以设置于天线支架上,线型环天线100可以设置于电子设备的金属后盖上。由于,线型环天线100和槽型环天线300之间具有良好的隔离度,因此,两天线结构之间的距离可以较近,可以适用于电子设备中的紧凑空间。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的***、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***,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 (13)
1.一种电子设备,其特征在于,包括一种天线结构,所述天线结构包括:
第一辐射体,所述第一辐射体包括第一端和第二端;
第二辐射体,所述第二辐射体包括第一端和第二端;
第一馈电单元,所述第一馈电单元在所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端处为所述天线结构馈电,以形成第一天线;
第二馈电单元,所述第二馈电单元的正极与所述第一辐射体的第二端电连接,所述第二馈电单元的负极与所述第二辐射体的第二端电连接,以形成第二天线,所述第一天线和所述第二天线同频;
其中,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端相对且互不接触,所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端之间形成缝隙;
所述第一辐射体和所述第二辐射体弯折设置,所述第一辐射体,所述第二辐射体和所述缝隙之间形成的空间区域为T型;
所述第一辐射体的第二端接地,所述第二辐射体的第二端接地。
2.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,所述第一辐射***于所述缝隙的一条轴线的一侧,所述第二辐射***于所述轴线的另一侧。
3.根据权利要求2所述的电子设备,其特征在于,所述第一辐射体和所述第二辐射体沿所述轴线对称。
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,所述电子设备还包括:
金属部件;
其中,所述第一馈电单元通过所述金属部件在所述第一辐射体的第一端与所述第二辐射体的第一端处为所述天线结构间接耦合馈电。
5.根据权利要求2或3所述的电子设备,其特征在于,
所述第一馈电单元馈电时,所述第一辐射体上的电流与所述第二辐射体上的电流沿所述轴线对称。
6.根据权利要求2或3所述的电子设备,其特征在于,所述第二馈电单元馈电时,所述第一辐射体上的电流与所述第二辐射体上的电流沿所述轴线反对称。
7.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,所述电子设备还包括滤波器;
其中,所述滤波器一端与所述第一辐射体的第一端电连接,另一端与所述第二辐射体的第一端电连接;
所述第二馈电单元馈电时,所述滤波器在所述天线结构工作在N倍波长模式产生的谐振对应的频段呈带通特性,所述滤波器在所述天线结构工作在N-1/2波长模式产生的谐振对应的频段呈带阻特性。
8.根据权利要求1所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备还包括第三馈电单元;
所述第三馈电单元在所述第一辐射体上为所述天线结构馈电;或者,
所述第三馈电单元在所述第二辐射体上为所述天线结构馈电。
9.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,所述电子设备还包括:
天线支架;
其中,所述天线结构设置于所述天线支架表面。
10.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,所述电子设备还包括:
天线支架;
其中,所述第一辐射体包括第一部分和第二部分;
所述第二辐射体包括第三部分和第四部分;
所述第一部分和所述第三部分为所述电子设备的部分金属边框;
所述第二部分和所述第四部分设置于所述天线支架表面;
所述第一部分与所述第二部分直接电连接,所述第三部分与所述第四部分直接电连接。
11.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,所述电子设备还包括:匹配网络;
所述匹配网络包括:第一电感,第二电感和电容;
其中,所述第一电感的一端与所述第一辐射体的第二端电连接,所述第一电感的另一端与所述第二馈电单元的正极电连接;
所述第二电感的一端与所述第二辐射体的第二端电连接,所述第二电感的另一端与所述第二馈电单元的负极电连接;
所述电容并联在所述第一电感与所述第二电感之间。
12.根据权利要求11所述的电子设备,其特征在于,
所述第一电感的电感值介于0.3nH至2nH之间;
所述第二电感的电感值介于0.3nH至2nH之间;
所述电容的电容值介于0.3pF至2pF之间。
13.根据权利要求12所述的电子设备,其特征在于,
所述第一电感的电感值为0.7nH,所述第二电感的电感值为0.7nH,所述电容的电容值为0.6pF。
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