CN112909544B - 一种电子设备及其多天线系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电子设备及其多天线系统，该系统包括至少两个单体天线，单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体。其中，馈电导体的第一端与馈电源电连接，馈电导体的第二端与辐射体电连接，接地导体的第一端与辐射体电连接，接地导体的第二端与参考地电连接，多个单体天线的参考地导通。由于本技术方案中，多个单体天线的参考地导通，使得连接参考地的接地导体附近形成低电势区域，从而抵消天线系统中空间耦合的干扰，达到抑制单体天线之间的辐射能量的传递，进而实现抗干扰能力强的目的。此外，由于达到抗干扰能力强是通过参考地导通而实现，并不需要以单体天线间的远距离作为代价，所以一定程度上减小了天线整体的体积。

Description

一种电子设备及其多天线系统

技术领域

本申请涉及射频技术领域，特别是涉及一种电子设备及其多天线系统。

背景技术

天线作为电子设备中重要的器件之一，用于把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在一些场合中，电子设备需要两种天线工作在相同的频段，所以电子设备中需要安装两种天线(或两种以上天线，均称之为多天线系统)，在该情况下，两天线间的隔离度就是首要考虑的因素。

为了符合隔离度的要求，减少两天线的抗干扰能力，通常是增大两天线间的距离。很显然，此方式不符合当前电子设备小型化的发展趋势。

由此可见，如何兼顾小型化和抗干扰能力是首要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种电子设备及其多天线系统，该电子设备具有体积小和抗干扰能力强的特点。

为解决上述技术问题，本申请提供一种多天线系统，其特征在于，包括至少两个单体天线，各所述单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体，所述参考地与所述辐射体位于不同平面，所述馈电导体的第一端与馈电源电连接，所述馈电导体的第二端与所述辐射体电连接，所述接地导体的第一端与所述辐射体电连接，所述接地导体的第二端与所述参考地电连接，多个所述单体天线的所述参考地导通。

优选地，所述单体天线为2个。

优选地，各所述单体天线的辐射体开设有缺口。

优选地，所述缺口的数量为多个，所述缺口为矩形缝隙以形成栅型。

优选地，2个所述单体天线相互垂直，且2个所述单体天线的所述接地导体均靠近2个所述单体天线的所述参考地的连接处。

优选地，所述单体天线中的所述辐射体和所述参考地均为正方形，且相互平行。

优选地，所述辐射体位于所述参考地的正上方，所述辐射体的面积小于所述参考地的面积。

优选地，所述参考地所在的印制电路板的背面设置有微带电路，所述印制电路板开设有馈电通孔，用于所述馈电导体通过所述馈电通孔与所述微带电路电连接。

优选地，所述印制电路板的基材为FR-4。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电子设备，包括所述的多天线系统。

本申请所提供的多天线系统包括至少两个单体天线，每个单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体。其中，参考地与辐射体位于不同平面，馈电导体的第一端与馈电源电连接，馈电导体的第二端与辐射体电连接，接地导体的第一端与辐射体电连接，接地导体的第二端与参考地电连接，多个单体天线的参考地导通。由于本技术方案中，多个单体天线的参考地导通，使得连接参考地的接地导体附近形成低电势区域，从而抵消天线系统中空间耦合的干扰，达到抑制单体天线之间的辐射能量的传递，进而实现抗干扰能力强的目的。此外，由于达到抗干扰能力强是通过参考地导通而实现，并不需要以单体天线间的远距离作为代价，所以一定程度上减小了天线整体的体积。

此外，本申请所提供的电子设备，包括上述多天线系统，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种多天线系统的结构图；

图2为本申请实施例提供图1的主视图；

图3为本申请实施例提供图1的俯视图；

图4为本申请实施例提供图1的左视图；

图5为本申请实施提供的一种第一单体天线的结构图；

图6为本申请实施提供的一种图5的正视图；

图7为本申请实施提供的一种图5的俯视图；

图8为本申请实施例提供的一种图5的左视图；

图9为本申请实施例提供的一种频率与工作效率对应关系的仿真图；

图10为本申请实施例提供的一种天线提供的S参数仿真图；

附图标记如下：

1为第一单体天线，2为第二单体天线，3为印制电路板，11为辐射体、12为馈电导体、13为接地导体，14为非金属的基材，15为正面金属层，16为背面金属层，17为导电通孔，18为馈电通孔，19为缺口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种电子设备及其多天线系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

现实生活中，随着信息技术的发展和科技的进步，电子设备越来越多的进入我们的生活中，而电子设备中的无线设备对天线设计同样提出了更高的要求，如何减小天线的体积以及实现良好的隔离性能是业界最关注的问题之一。

为解决以上问题，本实施例提供一种多天线系统。该系统包括至少两个单体天线，多个单体天线的参考地导通。在满足性能要求的前提下，单体天线的数量越少越好，能够保证天线整体的体积较小。作为优选的实施方式，单体天线的数量为2，下文中将以2个单体天线为例说明。

图1为本申请实施例提供的一种多天线系统的结构图。图2为本申请实施例提供图1的主视图。图3为本申请实施例提供图1的俯视图。图4为本申请实施例提供图1的左视图。如图1至图4所示，该多天线系统包括两个单体天线，分别为第一单体天线1和第二单体天线2。第一单体天线1和第二单体天线2均设置在同一块印制电路板3上，共用印制电路板3作为参考地，由于是共用参考地，所以二者的参考地必然是导通的。可以理解的是，在具体实施中，二者也可以不共用印制电路板，只要保证二者的参考地导通即可。

在具体实施中，第一单体天线1和第二单体天线2工作在相同频段，且相互独立工作。图5为本申请实施提供的一种第一单体天线的结构图。图6为本申请实施提供的一种图5的正视图。图7为本申请实施提供的一种图5的俯视图。图8为本申请实施例提供的一种图5的左视图。需要说明的是，第一单体天线1和第二单体天线2结构相同，故第二单体天线2的结构同样可以参考图5至图8，本申请不再赘述。如图5至8所示，第一单体天线1包括参考地、辐射体11、馈电导体12、接地导体13，参考地与辐射体11位于不同平面，馈电导体12的第一端与馈电源电连接，馈电导体12的第二端与辐射体11电连接，接地导体13的第一端与辐射体11电连接，接地导体13的第二端与参考地10电连接。

在具体实施中，印制电路板通常为在非金属的基材两面覆金属层，例如两面覆铜，基材可以为FR-4板材。如图所示，非金属的基材14的两面分别为正面金属层15和背面金属层16，正面金属层15和背面金属层16为印制电路板的导电覆铜区域，通过若干导电通孔17连通形成一体。在印制电路板上设置有馈电通孔18，用于馈电导体12通过该通孔与馈电源连接，作为优选地实施方式，印制电路板的背面设置有微带电路，微带电路与馈电导体12电连接，将射频信号传至辐射体11，馈电导体12可为圆柱形铜棒。

以上结构构成了第一单体天线的参考地，参考地的上方为辐射体11，参考地与辐射体11之间有间隔，二者不接触，通过接地导体13电连接，接地导体13用于将辐射体11与参考地导通，通过接地点的位置改变调整天线的阻抗特征，优化天线辐射性能。图中所示的接地点仅仅是一种具体实现方式，并不代表接地点只能是这种方式。辐射体11一般为金属片，例如，铜片，辐射体11与馈电导体和接地导体可采用焊接。馈电源通过馈电导体将信号能量馈送至辐射体11后，辐射体11与参考地之间形成的电容结构会储蓄能量并在辐射体11边沿将信号能量辐射至自由空间，由于能量约束在天线内部，附近的能量天线影响较小，故具有较强抗干扰能力。

本实施例提供的多天线系统包括至少两个单体天线，每个单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体。其中，参考地与辐射体位于不同平面，馈电导体的第一端与馈电源电连接，馈电导体的第二端与辐射体电连接，接地导体的第一端与辐射体电连接，接地导体的第二端与参考地电连接，多个单体天线的参考地导通。由于本技术方案中，多个单体天线的参考地导通，使得连接参考地的接地导体附近形成低电势区域，从而抵消天线系统中空间耦合的干扰，达到抑制单体天线之间的辐射能量的传递，进而实现抗干扰能力强的目的。此外，由于达到抗干扰能力强是通过参考地导通而实现，并不需要以单体天线间的远距离作为代价，所以一定程度上减小了天线整体的体积。

在上述实施例的基础上，为了增加电长度，增大电流的流经路径，提高天线的辐射强度，辐射体11开设有缺口19。可以理解的是，相对于增大辐射体的面积而言，开设缺口19增加辐射体电长度，使流经其上的电流的路径增大，能够进一步减小天线系统的体积。可以理解的是，缺口19的开设位置以及数量需要依据实际情况确定。在一种具体实施例中，缺口19的数量为多个，缺口19为矩形缝隙以形成栅型，如图5和7所示。

进一步的，单体天线中的辐射体11和参考地均为正方形，且相互平行。通过上下平行的结构能够将电磁能量约束在天线内部从而降低了天线对使用环境的限制，提高了抗干扰能力。辐射体11位于参考地的正上方，辐射体11的面积小于参考地的面积。

为了让本领域技术人员更加清楚本申请所提供的技术方案，在一种具体实施例中，单体天线的总高度为5mm，投影面为15mm*15mm的正方形。辐射体11为12mm*12mm的正方形，缺口排布在辐射体11两侧，为6个缺口结构，尺寸为0.5mm宽7.5mm长，缺口19之间相邻间隔为1mm，通过调整缺口19的尺寸和之间间距可以调整天线的电流分布和谐振模式。

上文中对于单体天线的结构进行了详细说明，除了单体天线自身的结构影响天线系统的抗干扰能力和体积外，单体天线之间的位置关系对于天线系统的小型化也至关重要。作为优选地实施方式，2个单体天线相互垂直，且2个单体天线的接地导体13均靠近2个单体天线的参考地的连接处。可以理解的是，本实施例中的单体天线位于同一水平面，通过将两个天线垂直放置，以及接地导体靠近参考地的连接处可以进一步缩小二者的间距，抵消双天线系统中空间耦合的干扰，实现双天线在紧凑距离下工作。

为了让本领域技术人员更加清楚本申请所提供的技术方案，在一种具体实施例中，印制电路板为25mm*100mm的矩形，介质为FR-4，双面覆铜。两个单体天线分布于印制电路板的一角，实现了单体天线15*15*5mm空间下的2.4GHz频段工作性能。双天线组合在2*15*15*5mm空间下，两天线中心间距约为21mm，相对于传统多天线系统的四分之一波长的中心间距要求，本设计方案极大的缩短了两个单体天线的间距，使得其组合方式可以适应小型化的电子设备。

上文中对于单体天线的结构，以及单体天线的组合方式进行了详细说明，为了验证本申请所提供的技术方案，进行了仿真实验。图9为本申请实施例提供的一种频率与工作效率对应关系的仿真图。如图9所示，横轴表示频率，实线表示第一单体天线的工作效率，虚线表示第二单体天线的工作效率。图10为本申请实施例提供的一种天线提供的S参数仿真图。如图10所示，开口向下的虚线表示第一单体天线和第二单体天线的隔离度，在2.4Hz频段内，隔离度均小于-10dB。开口向上的虚线为第一单体天线的回波损耗，实线为第二单体天线的回波损耗，二者在2.4Hz频段内，均满足要求。

最后，本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备除了设备本体以外，还包括上述实施例记载的多天线系统。由于多天线系统在上文中进行了详细说明，本实施例不再赘述。

本实施例提供的电子设备，包括多天线系统，该系统包括至少两个单体天线，每个单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体。其中，参考地与辐射体位于不同平面，馈电导体的第一端与馈电源电连接，馈电导体的第二端与辐射体电连接，接地导体的第一端与辐射体电连接，接地导体的第二端与参考地电连接，多个单体天线的参考地导通。由于本技术方案中，多个单体天线的参考地导通，使得连接参考地的接地导体附近形成低电势区域，从而抵消天线系统中空间耦合的干扰，达到抑制单体天线之间的辐射能量的传递，进而实现抗干扰能力强的目的。此外，由于达到抗干扰能力强是通过参考地导通而实现，并不需要以单体天线间的远距离作为代价，所以一定程度上减小了天线整体的体积。正是由于天线系统的体积较小，有利于电子设备的小型化发展。

以上对本申请所提供的电子设备及其多天线系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种多天线系统，其特征在于，包括至少两个单体天线，各所述单体天线包括参考地、辐射体、馈电导体、接地导体，所述参考地与所述辐射体位于不同平面，所述馈电导体的第一端与馈电源电连接，所述馈电导体的第二端与所述辐射体电连接，所述接地导体的第一端与所述辐射体电连接，所述接地导体的第二端与所述参考地电连接，多个所述单体天线的所述参考地导通以便连接所述参考地的接地导体的周围形成低电势区域；

所述单体天线为2个，2个所述单体天线相互垂直，且2个所述单体天线的所述接地导体均靠近2个所述单体天线的所述参考地的连接处。

2.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，各所述单体天线的辐射体开设有缺口。

3.根据权利要求2所述的多天线系统，其特征在于，所述缺口的数量为多个，所述缺口为矩形缝隙以形成栅型。

4.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述单体天线中的所述辐射体和所述参考地均为正方形，且相互平行。

5.根据权利要求4所述的多天线系统，其特征在于，所述辐射体位于所述参考地的正上方，所述辐射体的面积小于所述参考地的面积。

6.根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述参考地所在的印制电路板的背面设置有微带电路，所述印制电路板开设有馈电通孔，用于所述馈电导体通过所述馈电通孔与所述微带电路电连接。

7.根据权利要求6所述的多天线系统，其特征在于，所述印制电路板的基材为FR-4。

8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的多天线系统。

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