CN116266669A - 一种天线结构及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种天线结构及电子设备，其中，天线结构包括辐射体，辐射体上设有环形缝隙，辐射体由环形缝隙分割为第一部分和第二部分。环形缝隙包括第一位置，第一位置设置有电感和开关，开关的一端与第一位置一侧的第一部分电连接，开关的另一端与电感的一端电连接，电感的另一端与第一位置另一侧的第二部分电连接。本申请提供的天线结构可以通过改变环形缝隙内的电场分布，使天线结构成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围，满足通信需要。

Description

一种天线结构及电子设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线结构及电子设备。
背景技术
近年来，随着通信技术的不断发展，电子设备朝着小型化和集成化的方向发展。天线作为电子设备间通信的关键组成部分，其设计也面临着诸如设计空间小、工作频段多以及电磁环境复杂等诸多挑战。为解决这些难题，近年来小型化、方向图可重构技术、去耦合技术等一些新的天线设计方法被提出，为天线设计提供了新的思路和方法。方向图可重构技术指利用可调的器件的不同状态，来实现同一个天线得到的不同的辐射方向图，从而使天线可以覆盖更多的空间区域。因此，方向图可重构天线能带来许多传统天线所不具备的优势，通过一个天线即可得到不同的方向图，可以降低天线的硬件成本、减小体积，满足通信需要。
发明内容
本申请实施例提供一种天线结构及电子设备，通过改变环形缝隙内的电场分布，使天线结构成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围，满足通信需要。
第一方面，提供了一种天线结构，包括：辐射体，所述辐射体上设有环形缝隙，所述辐射体由所述环形缝隙分隔为第一部分和第二部分；所述环形缝隙包括第一位置，所述第一位置设置有电感和开关，其中，所述开关的一端与所述第一位置一侧的所述第一部分电连接，所述开关的另一端与所述电感的一端电连接，所述电感的另一端与所述第一位置另一侧的所述第二部分电连接。
根据本申请实施例的技术方案，通过开关切换电感的一端与第一部分之间在第一位置的电连接状态，从而改变环形缝隙内的电场分布，使天线结构成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当所述开关处于第一开关状态，所述天线结构产生第一方向图；当所述开关处于第二开关状态，所述天线结构产生第二方向图；所述第一方向图和所述第二方向图互补。
根据本申请实施例提供的技术方案，天线结构具有全向性，有利于天线结构接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。
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所述第一位置。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构可以包括多个第一位置，在每个第一位置都设置与第一部分和第二部分电连接的开关和电感，通过切换开关的状态可以切换每个第一位置处的电感的一端与第一部分之间的电连接状态，从而可以根据实际工作需求控制开关状态，以改变天线结构的方向图，满足通信需要。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线结构还包括第一馈电单元；其中，所述第一馈电单元的一端与所述第一部分电连接，所述第一馈电单元的另一端与所述第二部分电连接。
根据本申请实施例的技术方案，第一馈电单元可以用于为天线结构馈电。其中，天线结构中的第一部分可以接地，或者第二部分接地。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述辐射体为柱状结构，所述辐射体的第一端的所述环形缝隙设置有所述第一位置。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构还可以为立体结构，有利于满足电子设备内部设计空间的不同尺寸要求。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述天线结构还包括金属层，其中，所述金属层设置于所述辐射体的第二端，所述金属层与所述辐射体电连接。
根据本申请实施例的技术方案，金属层可以作为地板，或者金属层可以与电子设备中的地板电连接，等效为地板。
第二方面，提供了一种天线结构，包括：辐射体和馈电网络；其中，所述辐射体上设有环形缝隙，所述辐射体由所述环形缝隙分隔为第一部分和第二部分，所述第二部分位于所述第一部分的外侧；所述环形缝隙包括第一位置，所述第一位置设置有电感，所述电感的两端分别与所述第一位置两侧的所述第一部分和所述第二部分电连接；所述馈电网络的第一端与所述第二部分的第二位置电连接，所述馈电网络的第二端与所述第二部分的第三位置电连接；所述馈电网络包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点馈电时，所述第二位置的电信号和所述第三位置的电信号相位相差0°±45°；所述第二馈电点馈电时，所述第二位置的电信号和所述第三位置的电信号相位相差180°±45°。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构工作时，通过以不同的馈电方式(同向馈电或差分馈电)馈电，改变环形缝隙内的电场分布，使天线结构成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述馈电网络包括第一馈电枝节、第二馈电枝节和环形枝节；其中，所述环形枝节包括第一连接点和第二连接点；所述第一馈电枝节的一端与所述第一连接点电连接，所述第一馈电枝节的另一端与所述第二部分的第二位置电连接；所述第二馈电枝节的一端与所述第二连接点电连接，所述第二馈电枝节的另一端与所述第二部分的第三位置电连接；所述环形枝节包括所述第一馈电点和所述第二馈电点。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第一馈电点与所述第一连接点之间沿所述环形枝节的距离，等于所述第一馈电点与所述第二连接点之间沿所述环形枝节的距离。
根据本申请实施例的技术方案，采用上述馈电网络，可以保证在第一馈电点馈电时的馈电方式为同向馈电。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述第二馈电点与所述第一连接点之间沿所述环形枝节的距离，和所述第二馈电点与所述第二连接点之间沿所述环形枝节的距离相差第一波长的二分之一，所述第一波长为所述天线结构的工作频段对应的波长。
根据本申请实施例提供的技术方案，采用上述馈电网络，可以保证在第二馈电点馈电时的馈电方式为差分馈电。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线结构还包括第二馈电单元和第三馈电单元，当所述第二馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第三方向图；当所述第三馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第四方向图；所述第三方向图与所述第四方向图互补。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构具有全向性，有利于天线结构接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。并且可以根据实际工作需求，切换天线结构的馈电方式，从而得到第三方向图或第四方向图，以满足通信需要。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线结构还包括介质板；其中，所述介质板设置于所述辐射体和所述馈电网络之间。
根据本申请实施例的技术方案，介质板可以用于支撑馈电网络。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述辐射体为柱状结构，所述辐射体的第一端的所述环形缝隙设置有所述第一位置。
根据本申请实施例的技术方案，天线结构还可以为立体结构，有利于满足电子设备内部设计空间的不同尺寸要求。
结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，所述天线结构还包括金属层，其中，所述金属层设置于所述辐射体的第二端，所述金属层与所述辐射体电连接。
根据本申请实施例的技术方案，金属层可以作为地板，或者金属层可以与电子设备中的地板电连接，等效为地板。
第三方面，提供了一种电子设备，包括如上述第一方面或第二方面中任一项所述的天线结构。
结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，所述电子设备为路由器。
附图说明
图1是适用于本申请实施例的移动通信***的架构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种天线结构200的结构示意图。
图3是图2所示天线结构处于工作模式1时的电场分布示意图。
图4是图2所示天线结构处于工作模式1时的方向图。
图5是图2所示天线结构处于工作模式2时的电场分布示意图。
图6是图2所示天线结构处于工作模式2时的方向图。
图7是图2所示天线结构处于工作模式3时的电场分布示意图。
图8是图2所示天线结构处于工作模式3时的方向图。
图9是图2所示天线结构处于工作模式4时的电场分布示意图。
图10是图2所示天线结构处于工作模式4时的方向图。
图11是图2所示天线结构处于工作模式5时的电场分布示意图。
图12是图2所示天线结构处于工作模式5时的方向图。
图13是图2所示天线结构处于不同工作模式时的S参数仿真结果图。
图14是图2所示天线结构处于工作模式1时的效率仿真图。
图15是图2所示天线结构处于工作模式2时的效率仿真图。
图16是本申请实施例提供的另一种天线结构的结构示意图。
图17是图16所示天线结构中开关处于第一开关状态时的电场分布示意图。
图18是图16所示天线结构中开关处于第一开关状态时的方向图。
图19是图16所示天线结构中开关处于第二开关状态时的电场分布示意图。
图20是图16所示天线结构中开关处于第二开关状态时的方向图。
图21是图16所示天线结构中开关分别处于第一开关状态和第二开关状态时的S参数仿真结果图。
图22是图16所示天线结构中开关分别处于第一开关状态和第二开关状态时的效率仿真图。
图23是本申请实施例提供的另一种天线结构的结构示意图。
图24是图23所示的天线结构的局部放大图。
图25是图23所示的天线结构在第一馈电点馈电时的电场分布示意图。
图26是图23所示的天线结构在第一馈电点馈电时的方向图。
图27是图23所示的天线结构在第二馈电点馈电时的电场分布示意图。
图28是图23所示的天线结构在第二馈电点馈电时的方向图。
图29是本申请实施例提供的另一种天线结构的结构示意图。
图30是图29所示的天线结构在第一馈电点馈电时的电场分布示意图。
图31是图29所示的天线结构在第一馈电点馈电时的方向图。
图32是图29所示的天线结构在第二馈电点馈电时的电场分布示意图。
图33是图29所示的天线结构在第二馈电点馈电时的方向图。
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。
应理解，在本申请中“电连接”可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；也可理解为通过间接耦合的方式，隔空电导通。“耦合”可理解为通过间接耦合的方式隔空电导通，其中，本领域人员可以理解的是，耦合现象即指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。“连接”、“相连”均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。
天线增益：是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元(由于理想的辐射单元并不存在，实际应用上都是用偶极子天线(dipole)代替)在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。
天线的水平极化和垂直极化：在空间给定点上，电场强度E(矢量)是时间t的一元函数，随着时间的推移，矢量端点在空间周期性地描绘出轨迹。该轨迹直线垂直地面(地板所在平面)，称垂直极化，如果水平于地面，称水平极化。同时，由于水平极化和垂直极化的电磁波的震动方向相互垂直，因此，水平极化的电磁波和垂直极化的电磁波之间的耦合较低，隔离度较好。
天线***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)：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。辐射效率是衡量天线辐射能力的值，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***效率越高；S11参数越大，表示天线回波损耗越大，天线的***效率越低。
需要说明的是，工程上一般以S11值为-4dB作为标准，当天线的S11值小于-4dB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。
地(地板)：可泛指电子设备(比如路由器)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120、触摸屏、输入按钮、发射器、处理器、存储器、电池140、充电电路、片上***(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。
图1是适用于本申请实施例的移动通信***的架构示意图。
如图1所示，该移动通信***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***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***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可以指路由器、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(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***(globalsystem for mobile communications，GSM)通信技术、宽频码分多址(wideband codedivision multiple 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可以是用于与终端设备通信的设备，该网络设备可以是GSM***或码分多址(code division multiple access，CDMA)中的网络设备(basetransceiver station，BTS)，也可以是WCDMA***中的网络设备(nodeB，NB)，还可以是LTE***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天线结构200的结构示意图。
如图2所示，天线结构200可以包括辐射体210，辐射体210上设有环形缝隙240，辐射体210由环形缝隙240分隔为第一部分211和第二部分212。环形缝隙240包括第一位置241，第一位置241设置有电感220和开关230。其中，开关230的一端与第一位置241一侧的第一部分211电连接，开关230的另一端与电感220的一端电连接，电感220的另一端与第一位置241另一侧的第二部分212电连接。
应理解，辐射体210可以由环形缝隙240分隔为内辐射体和外辐射体，其中，第一部分211可以为内辐射体，第二部分212可以为外辐射体；或者，第一部分211可以为外辐射体，第二部分212可以为内辐射体，本申请对此并不作限制。在本申请实施例中，为表述简洁，以第一部分211为内辐射体，第二部分212为外辐射体为例进行说明。
在一个实施例中，开关230具有第一开关状态和第二开关状态。开关230可以在第一开关状态和第二开关状态之间切换。例如，当开关230在第一开关状态时，在第一位置241，电感220的两端分别与第一部分211和第二部分212电连接。当开关220在第二开关状态时，在第一位置241，电感220的一端与第一部分211之间断路，不形成电连接，电信号不进行传输，在这种情况下，第一部分211和第二部分212在第一位置241不通过电感220电连接。
在一个实施例中，开关230可以是单刀单掷的开关，或者其他类型的开关，例如，单刀双掷开关，单刀四掷开关或四刀单掷开关，也可以达到相同的技术效果，或者也可以是其他可以实现开关功能的器件。
应理解，在本申请实施例提供的技术方案中，通过开关230切换电感220的一端与第一部分211之间在第一位置241的电连接状态，从而改变环形缝隙240内的电场分布，使天线结构200成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
在一个实施例中，辐射体210和环形缝隙240的形状可以是任意的。例如，辐射体210可以是圆形、方形等，环形缝隙240的形状也可以是圆形环，方形环等，本申请对此并不作限制。此外，环形缝隙240可以设置在辐射体210的任意位置，例如环形缝隙240可以设置在辐射体210的中心对称位置，也可以设置在辐射体210的非中心对称位置，本申请对此不作限定。
在一个实施例中，环形缝隙240的宽度可以不相同，例如，环形缝隙240一边的宽度可以大于另一边的宽度；或者，环形缝隙240的宽度也可以相同。
例如，当环形缝隙240的宽度相同时，环形缝隙240的宽度可以介于1mm～6mm之间，环形缝隙240的宽度可以为2mm，或者为4mm。应理解，可以根据实际生产需要，对环形缝隙240的具体数值进行调整，本申请对此并不作限制。
在一个实施例中，电感220可以是集总电感器件，也可以是分布式走线等效电感，本申请对此不作限制。在本申请实施例中，为表述简洁，以电感220为集总电感器件为例进行说明。
在一个实施例中，电感220的电感值可以介于1nH至18nH之间，例如，电感值可以为7nH，也可以为10nH。应理解，可以根据实际的设计需要进行调整，对电感220的具体数据进行调整，本申请对此并不作限制。
在一个实施例中，天线结构200可以包括多个第一位置241、多个电感220和多个开关230，此时，多个电感220和多个开关230可以一一对应。
例如，在每一个第一位置241处均设置与第一部分211和第二部分212电连接的一个电感220和一个开关230。
在本申请实施例中，为表述简洁，仅以天线结构200包括8个电感220和对应的8个第一位置241为例进行说明。其中，在每个第一位置241处，均设置与第一部分211和第二部分212电连接的一个电感220和一个开关230。应理解，第一位置241个电感220的数目为示意性的，可以根据实际的设计需要进行调整，例如，第一位置241和对应的电感220的数目也可以是4个，本申请对此并不作限制。
在一个实施例中，多个第一位置241可以在环形缝隙240上等间距的设置，也可以在环形缝隙240上不等间距的设置，本申请对此并不作限制。
应理解，等间距可以理解为多个第一位置241中的每两个相邻的第一位置241之间的距离相等。
在一个实施例中，天线结构200还可以包括第一馈电单元250，环形缝隙240可以设置有第一馈电点242，第一馈电单元250可以在第一馈电点242为天线结构200馈电。其中，第一馈电单元250的两端可以分别与第一馈电点242两侧的第一部分211和第二部分212电连接。
在一个实施例中，第一馈电单元250与第一馈电点242之间还可以设置有匹配网络，可以用于抑制馈电点的其他频段的电流，增加天线整体的性能；同时，也可以调整谐振点的位置。例如，匹配网络可以包括第一电容，第一电容的一端与第二部分212电连接，第一电容的另一端与第一馈电单元250电连接。
在一个实施例中，第一电容的电容值可以为4.5pF。应理解，可以根据实际的设计需要，对匹配网络的形式和具体数据进行调整，本申请对此并不作限制。
在一个实施例中，天线结构200可以通过第一部分211接地，也可以通过第二部分212接地，本申请对此不做限制。
在本申请实施例中，为表述简洁，以环形缝隙240为圆环形，辐射体210为圆形，并且环形缝隙240设置在辐射体210的中心对称位置为例进行说明。例如，环形缝隙240的内径可以为23mm，环形缝隙240的外径可以为27mm，辐射体210的半径可以为60mm。应理解，辐射体210、环形缝隙240的形状、位置和具体数据为示意性的，可以根据实际的设计需要进行调整，并非是对本申请的限制。下面以图2所示的天线结构200处于不同工作模式时为例进行说明。
其中，天线结构200处于不同工作模式可以理解为在第一馈电单元250馈电时，图2所示的天线结构200中的多个开关230分别处于不同的状态。例如，多个开关230可以都处于第一开关状态，此时记为工作模式1。或者多个开关230可以都处于第二开关状态，此时记为工作模式2。又或者多个开关230中的一个可以处于第二开关状态，其余处于第一开关状态。处于第二开关状态的可以是位于第二位置243的开关230，此时记为工作模式3；也可以是位于第三位置244的开关230，此时记为工作模式4；还可以是位于第四位置245的开关230，此时记为工作模式5。
应理解，第二位置243、第三位置244和第四位置245可以分别为多个第一位置241中的一个。
图3是图2所示天线结构200处于工作模式1时的电场分布示意图。图4是图2所示天线结构200处于工作模式1时的方向图。
如图3中的(a)所示，在工作模式1时，天线结构200产生的电场为同向的环磁流模式。其中，同向的环磁流模式可以理解为天线结构200工作时，环形缝隙240内产生的电场方向相同。例如，环形缝隙240内的电场方向由第一部分211指向第二部分212，或者由第二部分212指向第一部分211。如图3中的(b)所示，在这种情况下，天线结构200的极化方式为垂直极化。如图4中的(a)和图4中的(b)所示，在工作模式1时，天线结构200产生第一方向图。其中，第一方向图为水平全向方向图。
应理解，在本申请实施例中，平行于环形缝隙240所在平面理解为水平面。
图5是图2所示天线结构200处于工作模式2时的电场分布示意图。图6是图2所示天线结构200处于工作模式2时的方向图。
如图5中的(a)所示，在工作模式2时，天线结构200产生的电场为一倍波长的模式。其中，一倍波长的模式可以理解为在天线结构200工作时，环形缝隙240内产生两个电场零点，两个电场零点之间的环形缝隙240的电长度与工作频段对应的波长相同。环形缝隙240内，电场零点两侧的电场方向相反。例如，电场零点的一侧，环形缝隙240内的电场方向由第一部分211指向第二部分212；电场零点的另一侧，环形缝隙240内的电场方向由第二部分212指向第一部分211。如图5中的(b)所示，在这种情况下，天线结构200的极化方式为水平极化。
其中，电长度可以是指，物理长度(即机械长度或几何长度)乘以电或电磁信号在媒介中的传输时间与这一信号在自由空间中通过跟媒介物理长度一样的距离时所需的时间的比来表示，电长度可以满足以下公式：
Figure BDA0003417287210000091
其中，L为物理长度，a为电或电磁信号在媒介中的传输时间，b为在自由空间中的传输时间。
或者，电长度也可以是指物理长度(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：
Figure BDA0003417287210000092
其中，L为物理长度，λ为电磁波的工作波长。
应理解，在本申请实施例中，工作频段对应的波长可以理解为工作频段的中心频率对应的波长，或者，也可以认为是谐振点对应的波长。
如图6中的(a)和图6中的(b)所示，在工作模式2时，天线结构200产生第二方向图。其中，天线结构200产生的第二方向图和第一方向图互补。
应理解，在本申请实施例中，方向图互补可以理解为两个方向图的最大增益点不在同一方向。
本申请实施例提供的天线结构200具有全向性，有利于天线结构200接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构200将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。
图7是图2所示天线结构200处于工作模式3时的电场分布示意图。图8是图2所示天线结构200处于工作模式3时的方向图。
如图7所示，处于工作模式3时的天线结构200产生的电场与处于工作模式1时产生的电场类似，都为同向环磁流的模式。但由于第二位置243的开关220处于第二开关状态，与工作模式1相比，环形缝隙240内的电场分布不均匀，靠近第二位置243的第一区域的电场值大于远离第二位置243的第二区域的电场值。如图8中的(a)和图8中的(b)所示，相比于在工作模式1时产生的第一方向图，在这种情况下，天线结构200产生的方向图朝远离第二位置243的第二区域偏转。
图9是图2所示天线结构200处于工作模式4时的电场分布示意图。图10是图2所示天线结构200处于工作模式4时的方向图。
如图9所示，处于工作模式4时的天线结构200产生的电场与处于工作模式1时产生的电场类似，都为同向环磁流的模式。但由于第三位置244的开关220处于第二开关状态，与工作模式1相比，环形缝隙240内的电场分布不均匀，靠近第三位置244的第三区域的电场值大于远离第二位置243的第四区域的电场值。如图10中的(a)和图10中的(b)所示，相比于在工作模式1时产生的第一方向图，在这种情况下，天线结构200产生的方向图朝远离第三位置244的第四区域偏转。
图11是图2所示天线结构200处于工作模式5时的电场分布示意图。图12是图2所示天线结构200处于工作模式5时的方向图。
如图11所示，处于工作模式5时的天线结构200产生的电场同样为同向环磁流的模式。但由于第四位置245的开关220处于第二开关状态，与工作模式1相比，环形缝隙240内的电场分布不均匀，靠近第四位置245的第五区域的电场值大于远离第四位置245的第六区域的电场值。如图12中的(a)和图12中的(b)所示，相比于工作模式1时产生的第一方向图，在这种情况下，天线结构200产生的方向图朝远离第四位置245的第六区域偏转。
图13、图14和图15是图2所示天线结构200的仿真结果图。其中，图12是图2所示天线结构200处于不同工作模式时的S参数仿真结果图。图14是图2所示天线结构处于工作模式1时的效率仿真图。图15是图2所示天线结构200处于工作模式2时的效率仿真图。
如图13所示，处于不同工作模式的天线结构200谐振频段有重叠，不同工作模式的天线结构200的工作频段都分别包括第一频段，第一频段可以指通信频段中的任意频段。
如图14和图15所示，仿真结果中包括辐射效率和***效率，当天线结构200处于工作模式1和工作模式2时，在对应的工作频段内，其辐射效率和***效率都可以满足通信需要。
下表1为天线结构200在谐振点为2.45GHz时，不同工作模式对应的增益值。
表1
工作模式1 工作模式2 工作模式3 工作模式4 工作模式5
增益/dBi 3.2 5.8 4.9 5.6 5
如表1所示，天线结构200处于不同工作模式时，都具有良好的辐射特性。
应理解，在本申请实施例提供的技术方案中，通过开关230切换电感220的一端与第一部分211之间在第一位置241的电连接状态，改变环形缝隙240内的电场分布，使天线结构200处于不同工作模式，天线结构200的不同工作模式可以产生不同的方向图。因此可以通过控制开关230的状态，可以得到不同的方向图。
上述天线结构200通过切换开关230的状态，使天线结构200可以处于5种不同的工作模式，从而天线结构200产生5种不同的方向图。应理解，当天线结构200包括N个电感220时(N≥1)，通过切换与每个电感220电连接的开关230的状态，天线结构200可以处于2N种工作模式，天线结构200可以得到2N种方向图。因此可以根据实际工作需求控制开关230的状态，以改变天线结构200的方向图，满足通信需要。
图16是本申请实施例提供的天线结构300的结构示意图。其中，图16所示的实施例包括图2所示的实施例的各结构。
与图2所示实施例不同的是，图2所示实施例中的辐射体210为平面结构，而在图16所示的天线结构300中，辐射体310为立体结构，例如辐射体310可以是柱状结构。辐射体310由环形缝隙320分割为第一部分311和第二部分312，辐射体310的第一端313的环形缝隙320设置有第一位置321。
如图16所示，天线结构300还可以包括金属层330，金属层330设置于辐射体310的第二端314。其中，金属层330与辐射体310电连接。
在一个实施例中，金属层330可以作为电子设备中的地板，或者金属层330可以与电子设备中的地板电连接，等效为地板。
与图2所示的天线结构200相同，图16所示的天线结构300也可以通过开关340切换电感350的一端与第一部分311之间在第一位置341的电连接状态，从而改变环形缝隙320内的电场分布，使天线结构300成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
图17是图16所示天线结构300中开关340处于第一开关状态时的电场分布示意图。图18是图16所示天线结构300中开关340处于第一开关状态时的方向图。
如图17中的(a)和图17中的(b)所示，当天线结构300中的开关340处于第一开关状态时，记为工作模式6。天线结构300产生的电场为同向的环磁流模式，天线结构300的极化方式为垂直极化。如图18中的(a)和图18中的(b)所示，当天线结构300中的开关340处于第一开关状态时，天线结构300产生第一方向图。其中，第一方向图为水平全向方向图。并且由于金属层330作为地板或者等效为地板，第一方向图在x轴方向均匀分布，得到了完整的第一方向图。
图19是图16所示天线结构300中开关340处于第二开关状态时的电场分布示意图。图20是图16所示天线结构300中开关340处于第二开关状态时的方向图。
如图19中的(a)和图19中的(b)所示，当天线结构300中的开关340处于第二开关状态时，记为工作模式7，天线结构300产生的电场为一倍波长的模式，天线结构300的极化方式为水平极化。如图20中的(a)和图20中的(b)所示，当天线结构300中的开关340处于第二开关状态时，天线结构300产生第二方向图。其中，天线结构300产生的第二方向图和第一方向图互补。
本申请实施例提供的天线结构300具有全向性，有利于天线结构300接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构300将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。
图21和图22是图16所示天线结构300的仿真结果图。其中，图21是图16所示天线结构300中开关分别处于第一开关状态和第二开关状态时的S参数仿真结果图。图22是图16所示天线结构300中开关分别处于第一开关状态和第二开关状态时的效率仿真图。
如图21所示，处于工作模式6和工作模式7的天线结构300的谐振频段有重叠，处于工作模式6和工作模式7的天线结构300的工作频段都分别包括第一频段，第一频段可以指通信频段中的任意频段。
如图22所示，当天线结构300处于工作模式6和工作模式7时，在对应的工作频段内，其***效率都可以满足通信需要。
应理解。上述天线结构300的2种工作模式和分别对应的2种方向图仅是示例。与天线结构200类似，当天线结构300包括N个电感320时(N≥1)，通过切换与每个电感320电连接的开关340的状态，天线结构300可以包括2N种工作模式，从而天线结构300可以得到2N种方向图。因此可以根据实际工作需求控制开关340的状态，以改变天线结构300的方向图，满足通信需要。
图23是本申请实施例提供的另一种天线结构400的结构示意图。图24是图23所示的天线结构400的局部放大图。
如图23所示，天线结构400可以包括辐射体410和馈电网络440。
其中，辐射体410上设有环形缝隙430，辐射体410由环形缝隙430分隔为第一部分411和第二部分412，第二部分412位于第一部分411的外侧。环形缝隙430包括第一位置431，第一位置431设置有电感420，电感420的两端分别与第一位置431两侧的第一部分411和第二部分412电连接。馈电网络440的第一端与第二部分412的第二位置4121电连接，馈电网络440的第二端与第二部分412的第三位置4122电连接。馈电网络440包括第一馈电点4411和第二馈电点4412，第一馈电点4411和第二馈电点4412均用于为天线结构400馈电。
当第一馈电点4411馈电时，第二位置4121的电信号和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差0°，其中，相位相差的差值可以允许偏移±45°之内的任意数值，本申请对此不做限定。也就是说，当第一馈电点4411馈电时，第二位置4121的电信号和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差0°±45°，在这种情况下，天线结构400在第一馈电点4411的馈电方式可以认为为同向馈电。当第二馈电点4412馈电时，第二位置4121和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差180°，其中，相位相差的差值可以允许偏移±45°之内的任意数值，本申请对此不做限定。也就是说，当第二馈电点4412馈电时，第二位置4121和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差180°±45°，在这种情况下，天线结构400在第二馈电点4412的馈电方式都可以认为为差分馈电。
辐射体410、电感420、环形缝隙430和第一位置431的相关描述可参见图2所示的实施例，为避免重复，本申请在此不做赘述。
应理解，在本申请实施例提供的技术方案中，天线结构400工作时，通过以不同的馈电方式(同向馈电或差分馈电)馈电，改变环形缝隙430内的电场分布，使天线结构400成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
在一个实施例中，馈电网络440可以包括环形枝节441、第一馈电枝节442和第二馈电枝节443。
其中，环形枝节441可以包括第一馈电点4411和第二馈电点4412。环形枝节441还可以包括第一连接点4413和第二连接点4414，第一馈电枝节442的一端与第一连接点4413电连接，第一馈电枝节442的另一端与第二部分412的第二位置4121电连接，第二馈电枝节443的一端与第二连接点4414电连接，第二馈电枝节443的另一端与第二部分412的第三位置4122电连接。
应理解，上述第一馈电枝节442的另一端可以认为是馈电网络440的第一端，上述第二馈电枝节443的另一端可以认为是馈电网络440的第二端。
在一个实施例中，环形枝节441可以为微带线。例如，环形枝节441可以为阻抗为70.7Ω的微带线，应理解，可以根据实际的设计需要，对环形枝节441的形式和具体数据进行调整，本申请对此并不作限制。
在一个实施例中，第一馈电点4411与第一连接点4413之间沿环形枝节441的距离，可以等于第一馈电点4411与第二连接点4414之间沿环形枝节441的距离，以使天线结构400在第一馈电点4411馈电时，第二位置4121和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差0°±45°，实现在第一馈电点4411的同向馈电。例如第一馈电点4411与第一连接点4413之间沿环形枝节441的距离可以等于第一波长的四分之一。
在一个实施例中，第二馈电点4412与第一连接点4413之间沿环形枝节441的距离，和第二馈电点4412与第二连接点4414之间沿环形枝节441的距离相差第一波长的二分之一，以使天线结构400在第二馈电点4412馈电时，第二位置4121和第三位置4122的电信号幅值相同，相位相差180°±45°，实现在第二馈电点4412的差分馈电。例如第二馈电点4412与第一连接点4413之间沿环形枝节441的距离可以等于第一波长的四分之一，第二馈电点4412与第二连接点4414之间沿环形枝节441的距离可以等于第一波长的四分之三。应理解，上述距离的具体数值仅是示例，而非是对本申请的限制。
其中，第一波长可以认为是天线结构400的工作频段对应的波长。
在一个实施例中，如图24所示，第一馈电枝节442的另一端可以通过通孔结构450与第二部分412的第二位置4121电连接。例如，第一馈电枝节442的另一端与通孔结构450的一端电连接，通孔结构450的另一端与第二部分412的第二位置4121电连接。同样的，第二馈电枝节443的另一端也可以通过通孔结构450与第二部分412的第三位置4122电连接。
在一个实施例中，天线结构400还可以包括第二馈电单元和第三馈电单元。其中，第二馈电单元在第一馈电点4411为天线结构400同向馈电。第三馈电单元在第二馈电点4412为天线结构400差分馈电。
在一个实施例中，天线结构400还可以包括介质板，其中介质板可以设置在辐射体410和馈电网络440之间，用以支撑馈电网络440。例如，辐射体410可以设置在介质板的上表面，馈电网络440设置在介质板的下表面。
图25是图23所示的天线结构400在第一馈电点4411馈电时的电场分布示意图。图26是图23所示的天线结构400在第一馈电点4411馈电时的方向图。
如图25所示，当在第一馈电点4411同向馈电时，天线结构400产生的电场为同向的环磁流模式，天线结构400的极化方式为垂直极化。如图26中的(a)和图26中的(b)所示，当在第一馈电点4411同向馈电时，天线结构400产生第三方向图。其中，第三方向图为水平全向图。
图27是图23所示的天线结构400在第二馈电点4412馈电时的电场分布示意图。图28是图23所示的天线结构400在第二馈电点4412馈电时的方向图。
如图27所示，当在第二馈电点4412差分馈电时，天线结构400产生的电场为一倍波长的模式，天线结构400的极化方式为水平极化。如图28中的(a)和图28中的(b)所示，当在第二馈电点4412差分馈电时，天线结构400产生第四方向图。其中，天线结构400产生的第四方向图和第三方向图互补。
应理解，本申请实施例提供的天线结构400具有全向性，有利于天线结构400接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构400将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。并且可以根据实际工作需求，改变天线结构400的馈电方式，从而得到第三方向图或第四方向图，以满足通信需要。
图29是本申请实施例提供的天线结构500的结构示意图。其中，图29所示的实施例包括图23所示的实施例的各结构。
与图23所示实施例不同的是，图23所示实施例中的辐射体410为平面结构，而在图29所示的天线结构500中，辐射体510为立体结构，例如辐射体510可以是柱状结构。辐射体510由环形缝隙520分割为第一部分511和第二部分512，辐射体510的第一端513的环形缝隙520设置有第一位置521。
与图23所示实施例不同的是，如图29所示，天线结构500还包括金属层530，金属层530设置于辐射体510的第二端514。其中，金属层530与辐射体510电连接。
在一个实施例中，金属层530可以作为电子设备中的地板，或者金属层530可以与电子设备中的地板电连接，等效为地板。
与图23所示的天线结构400相同，图29所示的天线结构500也可以在馈电网络540中的第一馈电点541采用同向馈电，在第二馈电点542采用差分馈电。通过以不同的馈电方式(同向馈电或差分馈电)馈电，改变环形缝隙内的电场分布，使天线结构500成为方向图可重构天线，以增大天线覆盖范围(例如实现360°的全向覆盖)，实现稳定连接，有助于满足通信需求，提升用户体验。
在一个实施例中，第一部分511可以设置有通孔5111，馈电网络540的第一端和第二端可以分别穿过通孔5111与第二部分512电连接。
图30是图29所示的天线结构500在第一馈电点541馈电时的电场分布示意图。图31是图29所示的天线结构500在第一馈电点541馈电时的方向图。
如图30所示，当在第一馈电点541同向馈电时，天线结构500产生的电场为同向的环磁流模式，天线结构500的极化方式为垂直极化。如图31中的(a)和图31中的(b)所示，当在第一馈电点541同向馈电时，天线结构500产生第三方向图。其中，第三方向图为水平全向方向图。并且由于金属层530作为地板或者等效为地板，第三方向图在x轴方向均匀分布，得到了完整的第三方向图。
图32是图29所示的天线结构500在第二馈电点542馈电时的电场分布示意图。图33是图29所示的天线结构500在第二馈电点542馈电时的方向图。
如图32所示，当在第二馈电点542差分馈电时，天线结构500产生的电场为一倍波长的模式，天线结构500的极化方式为水平极化。如图33中的(a)和图33中的(b)所示，当在第二馈电点542差分馈电时，天线结构500产生第四方向图。其中，天线结构500产生的第四方向图和第三方向图互补。
应理解，本申请实施例提供的天线结构500具有全向性，有利于天线结构500接收各个方向的电磁波，也有利于天线结构500将电磁波发射至各个方向，提升用户体验。并且可以根据实际工作需求，切换天线结构500工作时的馈电方式，从而得到第三方向图或第四方向图，以满足通信需要。
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***、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***、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 (16)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
辐射体，所述辐射体上设有环形缝隙，所述辐射体由所述环形缝隙分隔为第一部分和第二部分；
所述环形缝隙包括第一位置，所述第一位置设置有电感和开关；
其中，所述开关的一端与所述第一位置一侧的所述第一部分电连接，所述开关的另一端与所述电感的一端电连接，所述电感的另一端与所述第一位置另一侧的所述第二部分电连接。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，
当所述开关处于第一开关状态，所述天线结构产生第一方向图；
当所述开关处于第二开关状态，所述天线结构产生第二方向图；
所述第一方向图和所述第二方向图互补。
3.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构包括多个所述第一位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括第一馈电单元；
其中，所述第一馈电单元的一端与所述第一部分电连接，所述第一馈电单元的另一端与所述第二部分电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述辐射体为柱状结构，所述辐射体的第一端的所述环形缝隙设置有所述第一位置。
6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括金属层；
其中，所述金属层设置于所述辐射体的第二端，所述金属层与所述辐射体电连接。
7.一种天线结构，其特征在于，包括：
辐射体，所述辐射体上设有环形缝隙，所述辐射体由所述环形缝隙分隔为第一部分和第二部分，所述第二部分位于所述第一部分的外侧；
所述环形缝隙包括第一位置，所述第一位置设置有电感，所述电感的两端分别与所述第一位置两侧的所述第一部分和所述第二部分电连接；
馈电网络，所述馈电网络的第一端与所述第二部分的第二位置电连接，所述馈电网络的第二端与所述第二部分的第三位置电连接；
所述馈电网络包括第一馈电点和第二馈电点，所述第一馈电点馈电时，所述第二位置的电信号和所述第三位置的电信号相位相差0°±45°；
所述第二馈电点馈电时，所述第二位置的电信号和所述第三位置的电信号相位相差180°±45°。
8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述馈电网络包括第一馈电枝节、第二馈电枝节和环形枝节；
其中，所述环形枝节包括第一连接点和第二连接点；
所述第一馈电枝节的一端与所述第一连接点电连接，所述第一馈电枝节的另一端与所述第二部分的第二位置电连接；
所述第二馈电枝节的一端与所述第二连接点电连接，所述第二馈电枝节的另一端与所述第二部分的第三位置电连接；
所述环形枝节包括所述第一馈电点和所述第二馈电点。
9.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第一馈电点与所述第一连接点之间沿所述环形枝节的距离，等于所述第一馈电点与所述第二连接点之间沿所述环形枝节的距离。
10.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第二馈电点与所述第一连接点之间沿所述环形枝节的距离，和所述第二馈电点与所述第二连接点之间沿所述环形枝节的距离相差第一波长的二分之一；
其中，所述第一波长为所述天线结构的工作频段对应的波长。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括第二馈电单元和第三馈电单元，
当所述第二馈电单元在所述第一馈电点馈电时，所述天线结构产生第三方向图；
当所述第三馈电单元在所述第二馈电点馈电时，所述天线结构产生第四方向图；
所述第三方向图与所述第四方向图互补。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括介质板；
其中，所述介质板设置于所述辐射体和所述馈电网络之间。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述辐射体为柱状结构，所述辐射体的第一端的所述环形缝隙设置有所述第一位置。
14.根据权利要求13所述天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括金属层；
其中，所述金属层设置于所述辐射体的第二端，所述金属层与所述辐射体电连接。
15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的天线结构。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为路由器。
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