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CN113555666B - 天线单元和电子设备 - Google Patents

天线单元和电子设备 Download PDF

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CN113555666B
CN113555666B CN202110779303.8A CN202110779303A CN113555666B CN 113555666 B CN113555666 B CN 113555666B CN 202110779303 A CN202110779303 A CN 202110779303A CN 113555666 B CN113555666 B CN 113555666B
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CN
China
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arm
radiation
director
antenna unit
opening
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雍征东
魏路松
林溥靖
皇甫江涛
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Zhejiang University ZJU
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
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Abstract

本申请涉及一种天线单元和电子设备，包括：介质基板、接地层、第一辐射臂、第二辐射臂、第一引向器、第二引向器及馈电结构。通过馈电结构对缝隙开口进行耦合馈电，接地层将馈电耦合获得的电磁波反射至第一辐射臂和第二辐射臂上，有利于进一步提高辐射的方向性，且通过第一辐射臂和第二辐射臂构成的具有渐变规律的辐射开口，可以实现超宽带的辐射特性且有利于反射曲线的平坦化；此外，通过第一引向器引导第一辐射臂收发电磁波信号的方向，第二引向器引导第二辐射臂收发电磁波信号的方向，可以提高天线单元辐射的方向性和增益，实现展宽波束的效果。

Description

天线单元和电子设备
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线单元和电子设备。
背景技术
天线在无线电设备中主要起着发射或者接收电磁波的作用，是无线电技术设备中不可缺少的一部分。然而，目前天线单元仍存在的天线辐射增益较低和频段窄的问题，限制了天线的使用。
发明内容
本申请实施例提供一种天线单元和电子设备，可以实现宽频段覆盖，提高天线增益。
一种天线单元，包括：
介质基板，具有相背设置的第一侧和第二侧；
接地层，位于所述介质基板的所述第一侧，所述接地层的一侧边缘开设有缝隙开口；
第一辐射臂和第二辐射臂，分别位于所述介质基板的所述第一侧，且分别与位于所述缝隙开口两侧的所述接地层连接，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂构成的辐射开口与所述缝隙开口连通，且所述辐射开口的开口尺寸在背离所述接地层的方向以预设渐变规律增大；
第一引向器和第二引向器，分别位于所述介质基板的所述第一侧，所述第一引向器与所述第一辐射臂连接且用于引导所述第一辐射臂收发电磁波信号的方向，所述第二引向器与所述第二辐射臂连接且用于引导所述第二辐射臂收发电磁波信号的方向；
馈电结构，位于所述介质基板的所述第二侧，用于向所述缝隙开口耦合馈电。
此外，还提供一种电子设备，包括：壳体及上述的天线单元，其中，所述天线单元收容在所述在壳体内。
上述天线单元和电子设备，包括：介质基板、接地层、第一辐射臂、第二辐射臂、第一引向器、第二引向器及馈电结构。接地层位于介质基板的第一侧，接地层的一侧边缘开设有缝隙开口；第一辐射臂和第二辐射臂第一辐射臂和第二辐射臂构成的辐射开口与缝隙开口连通，且辐射开口的开口尺寸在背离接地层的方向以预设渐变规律增大；第一引向器与第一辐射臂连接且用于引导第一辐射臂收发电磁波信号的方向，第二引向器与第二辐射臂连接且用于引导第二辐射臂收发电磁波信号的方向；馈电结构，位于介质基板的第二侧，用于向缝隙开口耦合馈电。其中，通过接地层将馈电结构馈电耦合获得的电磁波反射至第一辐射臂和第二辐射臂上，有利于进一步提高辐射的方向性，且通过第一辐射臂和第二辐射臂构成的具有渐变规律的辐射开口，可以实现超宽带的辐射特性且有利于反射曲线的平坦化；此外，通过第一引向器引导第一辐射臂收发电磁波信号的方向，第二引向器引导第二辐射臂收发电磁波信号的方向，可以提高天线单元辐射的方向性和增益，实现展宽波束的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为一个实施例中电子设备的立体图；
图2为一实施例中天线单元的结构示意图；
图3为一实施例中天线单元的结构示意图；
图4为一实施例中天线单元的结构示意图；
图5为一实施例中天线单元的结构示意图；
图6为一实施例中天线单元的结构示意图；
图7为一实施例中天线单元的结构示意图；
图8为一实施例中天线单元的结构示意图；
图9为一实施例中天线单元的结构示意图；
图10为一实施例中天线单元的结构尺寸标注图；
图11为一实施例中天线单元的结构尺寸标注图；
图12为一实施例中天线单元的端口散射参数随频率变化的曲线图；
图13为一实施例中的天线单元6.5GHz频点处E面和H面远场辐射方向图；
图14为一实施例中的天线单元8GHz频点处E面和H面远场辐射方向图；
图15为一实施例中天线单元的结构示意图；
图16为一实施例中天线单元的结构示意图；
图17为图1所示电子设备的壳体组件在另一实施例中的主视图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
本申请一实施例的天线单元应用于电子设备，在一个实施例中，电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile Internet Device，MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置天线单元的通信模块。可选地，天线单元可以是UWB标签天线，从而电子设备具有标签定位功能。
在本申请实施例中，如图1所示，电子设备10可包括显示屏组件110、壳体组件120和控制器。显示屏组件110固定于壳体组件120上，与壳体组件120一起形成电子设备的外部结构。壳体组件120可以包括中框和后盖。中框可以为具有通孔的框体结构。其中，中框可以收容在显示屏组件与后盖形成的收容空间中。后盖用于形成电子设备的外部轮廓。后盖可以一体成型。在后盖的成型过程中，可以在后盖上形成后置摄像头孔、指纹识别模组、天线单元安装孔等结构。其中，后盖可以为非金属后盖，例如，后盖可以为塑胶后盖、陶瓷后盖、3D玻璃后盖等。控制器能够控制电子设备的运行等。显示屏组件可用来显示画面或字体，并能够为用户提供操作界面。
在一些实施例中，壳体组件120内集成有天线单元，天线单元能够透过壳体组件120发射和接收电磁波。
如图2所示，本申请实施例提供一种天线单元200，天线单元200包括介质基板210、接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器、第二引向器及馈电结构(图2中仅示出一种实施例的介质基板210、接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240)。
在本实施例中，介质基板210具有相背设置的第一侧和第二侧。第一侧可用于设置接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240、第一引向器及第二引向器，第二侧可用于设置馈电结构，馈电结构通过介质基板210对接地层220进行馈电。在一些实施例中，介质基板210可以选用介电常数较低的材料，较低的介电常数有利于增加天线带宽。例如，介质基板210可以选用相对介电常数为4.3的FR-4板材。
在本实施例中，接地层220位于介质基板210的第一侧，接地层220的一侧边缘开设有缝隙开口300。
其中，缝隙开口300用于调节天线单元200的阻抗匹配，并通过馈电结构实现耦合馈电，并且，缝隙开口300还有利于实现容性加载，能够减少整个接地层210的尺寸，实现天线小型化，易于集成到各种电路板上，而无需进行过多的尺寸调整；接地层220用于作为天线单元200的接地面，其馈电通过电磁耦合实现，具体地，接地层220通过缝隙开口300获得馈电结构270的耦合馈电；同时接地层220用于作为天线单元200的反射器，将电磁波反射至第一辐射臂230和第二辐射臂240上，有利于进一步提高辐射的方向性。
在一些实施例中，如图2所示，接地层220在介质基板210上的投影形状为带缝隙开口300的矩形状，缝隙开口300关于接地层220其中一长边的垂直中心线Z对称，从而接地层220在通过馈电结构耦合馈电后能够产生对称的辐射信号，有利于提高全向辐射特性。
在一些实施例中，如图3所示，缝隙开口300包括连通的第一缝隙310和第二缝隙320，第一缝隙310位于边缘背离边界的一侧，第二缝隙320位于边缘靠近边界的一侧且延伸至边界上，第一缝隙310的尺寸大于第二缝隙320的尺寸。其中，第一缝隙310的尺寸大于第二缝隙320的尺寸且第一缝隙310位于接地层220边缘背离边界的一侧，因此第一缝隙310起到谐振腔的作用，可以天线的阻抗匹配，阻抗匹配的目的是将天线等效阻抗调节为目标值；第二缝隙320延伸至边界上形成开放式缝隙，可以起到耦合的作用，影响电磁波的传输情况。其中，可选地，第一缝隙310为圆形缝隙，起到圆形谐振腔的作用；第二缝隙320为矩形缝隙，矩形缝隙朝背离圆形缝隙的方向延伸，并与馈电结构在接地层220上的部分投影区域重合，以使与馈电结构之间进行耦合馈电。圆形缝隙的直径为槽线波导波长的四分之一。
其中，接地层220的材料可以为导电材料，例如金属材料、合金材料、导电硅胶材料、石墨材料、氧化铟锡等，还可以为具有高介电常数的材料，例如具有高介电常数的玻璃、塑料、陶瓷等。
在本实施例中，第一辐射臂230和第二辐射臂240，分别位于介质基板210的第一侧，且分别与位于缝隙开口300两侧的接地层220连接，第一辐射臂230和第二辐射臂240构成的辐射开口(参见图2中的A区域)与缝隙开口300连通，且辐射开口的开口尺寸在背离接地层220的方向以第一渐变规律增大。
其中，第一辐射臂230和第二辐射臂240分别位于介质基板210的第一侧，与接地层220同层设置。第一辐射臂230和第二辐射臂240分别与位于缝隙开口300两侧的接地层220连接，第一辐射臂230和第二辐射臂240构成的辐射开口与缝隙开口300连通，当缝隙开口300与馈电结构通过耦合馈电时，接地层220获得馈电电流，并将电磁波反射至第一辐射臂230和第二辐射臂240，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240分别引导从接地层220反射来的电磁波的辐射。可选地，缝隙开口300和辐射开口分别关于接地层220的中心线对称，第一辐射臂230与第二辐射臂240关于中心线对称，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240对称地引导从接地层220反射来的电磁波的辐射，有利于辐射的对称性，提高方向图的对称性。
其中，第一辐射臂230和第二辐射臂240构成的辐射开口的开口尺寸在背离接地层220的方向以预设渐变规律增大，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240上的馈电电流分布具有渐变性，有利于对提高反射曲线的平坦化，并且接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240及馈电结构可以形成以维瓦尔第天线为基础的渐变天线单元，具有超宽带端射的特性。需要说明的是，辐射开口的开口宽度应不低于最低工作频率对应波长的一半，第一辐射臂230和第二辐射臂240的臂长和臂宽可以根据实际需求进行调整，第一辐射臂230和第二辐射臂240的材料可以选用导电材料，进一步地，可以选用与接地层210相同的材料。
在一些实施例中，如图4所示(图4中仅示出一种实施例的介质基板210、接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240，图4第一辐射臂230和第二辐射臂240以关于接地层210对称为示例)，第一辐射臂230包括多个第一连接段231(图4以两段为例)且多个第一连接段向背离第二辐射臂240且靠近接地层220的方向逐渐倾斜，第二辐射臂240包括多个第二连接段241(图4以两段为例且多个第二连接段分别向背离第一辐射臂230且靠近接地层220的方向逐渐倾斜。由于多个第一连接段231和多个第二连接段241分别朝相反方向逐渐倾斜，从而预设渐变规律为开口尺寸呈分段式增大的渐变规律，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240上的馈电电流的分布具有渐变性，有利于反射曲线的平坦化。
其中，第一辐射臂230和第二辐射臂240的倾斜方向逐步趋向于垂直接地层220中心线的方向，从而开口尺寸呈分段式增大，且由于不同连接段的倾斜角度不同，因而同一连接段对应同一辐射开口区域内的开口尺寸的增大为逐步增大，不同连接段对应的不同辐射开口区域对应的开口尺寸之间的增大具有跳变点。可选地，当第一连接段231和第二连接段241的数量足够多时从而第一连接段231和第二连接段241足够短时，第一辐射臂230和第二辐射臂240也可以趋向于渐变弯曲，从而，预设渐变规律也可以趋向于指数曲线型增大。
其中，位于最靠近接地层220位置的第一连接段231和第二连接段241分别与缝隙开口300两侧的接地层220连接，第一辐射臂230的自由端和第二辐射臂240的自由端分别位于最背离接地层220位置的第一连接段231和第二连接段241上。可选地，位于最靠近接地层220位置的第一连接段231和第二连接段241可以分别平行于接地层220中心线。
在一些实施例中，预设渐变规律为开口尺寸呈指数曲线型增大的渐变规律；其中，如图5所示(图5中仅示出一种实施例的介质基板210、接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240)，第一辐射臂230向背离第二辐射臂240且靠近接地层220的方向逐渐弯曲，第二辐射臂240向背离第一辐射臂230且靠近接地层220的方向逐渐弯曲。由于第一辐射臂230和第二辐射臂240分别朝相反方向逐渐弯曲，使开口尺寸朝背离接地层220的方向逐渐增大，形成曲线式渐变增大的规律，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240上的馈电电流的分布具有渐变性，有利于对提高反射曲线的平坦化。可选地，预设渐变规律为开口尺寸呈指数曲线型增大的渐变规律，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240上的馈电电流的分布具有指数曲线渐变性，进一步提高反射曲线的平坦化。
需要说明的是，本实施例中的第一辐射臂230和第二辐射臂240，除了上述实施例中的渐变规律，还可以为其他的渐变方式。申请人在付出创造性劳动的过程中发现，在第一辐射臂230和第二辐射臂240其他的渐变方式中还可以实现圆极化天线。
在本实施例中，第一引向器和第二引向器，分别位于介质基板210的第一侧，第一引向器与第一辐射臂230连接且用于引导第一辐射臂230收发电磁波信号的方向，第二引向器与第二辐射臂240连接且用于引导第二辐射臂240收发电磁波信号的方向。
其中，第一引向器和第二引向器分别位于介质基板210的第一侧，与接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240同层设置。第一引向器和第二引向器均具有加强电磁波的定向辐射功能，通过第一引向器与第一辐射臂230连接，第二引向器与第二辐射臂240连接，可以加强第一辐射臂230和第二辐射臂240上电磁波的辐射方向，实现波束的偏转，当波束偏转角度增大后，位于后方的接地层210对波束的抑制效果减弱，提高天线单元辐射的方向性和增益，实现展宽波束的效果。
在一些实施例中，如图6所示(图6以第一引向臂和第二引向臂分别垂直于中心线的实施例为示例)，第一引向器包括：第一引向臂251，第一引向臂251的端部与第一辐射臂230的自由端连接且与第一辐射臂230在朝向接地层220的方向的夹角为小于180°的钝角；第二引向器包括：第二引向臂261，第二引向臂261的端部与第二辐射臂240的自由端连接且与第二辐射臂240在朝向接地层220的方向的夹角为小于180°的钝角。
其中，第一引向臂251的端部与第一辐射臂230的自由端连接，第二引向臂261的端部与第二辐射臂240的自由端连接，从而接地层220作为反射器，第一引向臂251和第二引向臂261作为与接地层220对应的一级引向器，使得天线单元在具备维瓦尔第天线辐射原理和辐射特性的基础上还具有八木天线的辐射原理和辐射特性。进一步地，由于第一引向臂251与第一辐射臂230在朝向接地层220的方向的夹角为小于180°的钝角，第二引向臂261与第二辐射臂240在朝向接地层220的方向的夹角为小于180°的钝角，从而可以加强第一引向臂251与第一辐射臂230在朝向接地层220的方向的夹角为(90°-180°)范围内及第二引向臂261与第二辐射臂240在朝向接地层220的方向的夹角为(90°-180°)范围内的定向辐射，提高天线单元的增益。
其中，可选地，如图6所示，第一引向器和第二引向器关于接地层220的中心线对称，第一引向臂251和第二引向臂261分别垂直于中心线，从而第一引向臂251和第二引向臂261加强在H面上的定向辐射的方向，可以提高天线在H面上的增益。
在一些实施例中，如图7所示(图7以第一引向器和第二引向器关于接地层220的中心线对称，第三引向臂252和第四引向臂262分别平行于中心线的实施例为示例)，第一引向器还包括：第三引向臂252，位于第一辐射臂230靠近中心线的一侧上且沿背离接地层220的方向延伸；第二引向器还包括：第四引向臂262，位于第二辐射臂240靠近中心线的一侧上且沿背离接地层220的方向延伸。
其中，第三引向臂252位于第一辐射臂230靠近中心线一侧的渐变区域上，第四引向臂262位于第二辐射臂240靠近中心线一侧的渐变区域上，从而第一辐射臂230和第二辐射臂240分别作为反射器，第三引向臂252作为与第一辐射臂230对应的一级引向器，第四引向臂262作为与第二辐射臂240对应的一级引向器，使得天线单元在具备维瓦尔第天线辐射原理和辐射特性的基础上还具有八木天线的辐射原理和辐射特性。进一步地，由于第三引向臂252和第四引向臂262分别沿背离接地层220的方向延伸，因此第三引向臂252和第四引向臂262可以加强背离接地层220的方向的定向辐射，提高天线单元的增益。需要说明的是，第三引向臂252和第四引向臂262在第一辐射臂230和第二辐射臂240上的位置不受限定，只要第三引向臂252和第四引向臂262位于渐变区域且分别与第一辐射臂230和第二辐射臂240的自由端存在间距即可。
其中，可选地，如图7所示，第一引向器和第二引向器关于接地层220的中心线对称，第三引向臂252和第四引向臂262分别平行于中心线。从而，第三引向臂252和第四引向臂262可以加强在E面上的定向辐射的方向，可以提高天线在E面上的增益。可选地，第三引向臂252和第四引向臂262可以为具有弯折形状的引向臂，第三引向臂252包括相互连接的第一连接部410和第一引向部420，第四引向臂262包括相互连接的第二连接部430和第二引向部，第一连接部410连接第一辐射臂230，第二连接部430连接第二辐射臂240，第一引向部420和第二引向部平行，从而使第一引向部420和第二引向部440位于靠近接地层210中心线的位置上，进一步加强在E面上的定向辐射的方向，可以提高天线在E面上的增益，同时弯折形状的引向臂不仅可以调控波束偏转角度，还可以缩小整体天线尺寸和提高天线增益。
在一些实施例中，如图8所示(图8以图6和图7的示例为结合基础)第一引向器250包括第一引向臂251和第三引向臂252；第二引向器260包括第二引向臂261和第四引向臂262，从而第一引向器250和第二引向器260可以同时加强多个方向上的定向辐射，实现全向辐射，例如可以同时加强在H面和E面上的定向辐射的方向，可以提高天线在H面和E面上的增益。
在本实施例中，馈电结构位于介质基板的第二侧，用于向缝隙开口300耦合馈电。馈电结构用于负载宽带匹配，具有巴伦的作用，通过缝隙开口300对接地层210实现耦合馈电。
在一些实施例中，如图9所示，馈电结构270包括：第一微带馈线271、扇形微带贴片272及第二微带馈线273。
其中，第一微带馈线271位于介质基板210的第二侧，第一微带馈线271在接地层220上的投影区域位于缝隙开口300的一侧，第一微带馈线271具有巴伦作用，可以提高天线的阻抗带宽。可选地，在缝隙开口300往辐射开口的辐射方向上，第一微带馈线271的尺寸与接地层220的尺寸相等。可选地，在垂直于辐射方向的方向上，第一微带馈线271的宽度朝背离接地层220的方向逐渐变小，从而第一微带馈线271起到渐变巴伦的作用，实现指数渐变槽线与平行双线之间的较好过渡，提高了天线的阻抗带宽。
其中，扇形微带贴片272位于介质基板210的第二侧且位于缝隙开口300背离第一微带馈线271的一侧，扇形微带贴片272在接地层220上的投影区域部分外露于接地层220，从而扇形微带贴片272起到阻抗匹配的作用。需要说明的是，扇形微带贴片272半径可以为中心频率对应波长的四分之一。
其中，第二微带馈线273连接在第一微带馈线271和扇形微带贴片272之间，第二微带馈线273在接地层220上的投影区域位于接地层220的边缘位置且投影区域与缝隙开口300有部分重叠。具体地，第二微带馈线273与缝隙开口300中具有部分重叠的第二缝隙320之间起到相互耦合传输电磁波的作用。
作为一个实施例的天线单元200(参见图10和图11，图10以图8的实施例为示例，图11以图9的实施例为示例，为了使参数标识较为清楚明了，图中省略了各个结构的附图标号，具体附图标号请参见前述对应实施例)：
参数如下：以长L0＝20mm，宽W0＝16.9mm，厚度1.2mm的FR4板材作为介质基板210。位于介质基板上结构的表面参数为：W1＝0.5mm，W2＝2.75mm，W3＝0.5mm，W4＝2.7mm，L1＝9.7mm，L2＝0.64mm，L3＝0.5mm，L4＝0.9mm，L5＝1.88mm，L6＝2.12mm，M1＝5.55mm，M2＝3mm，M3＝2.6mm，Ф＝3.2mm；位于介质基板上结构的表面参数为：P1＝5.9mm，P2＝1.82mm，P3＝3.74mm，P4＝2.5mm，P5＝6.94mm，P6＝0.5mm，P7＝9.7mm，α＝84.1°，β＝80°。
其中，利用三维电磁仿真软件CST对本技术方案进行仿真分析得知，如图12所示，以-10dB为标准，该天线单元200的频带为5.9GHz～8GHz，带宽可达2GHz。在整个频带内天线单元的辐射效率都比较高，其中，6.5GHz和8GHz分别为超宽带系统的两个典型频点，天线在这两个频点处的远场辐射增益都比较高，如图13和图14所示，本实施例的天线单元为端射型，亦可覆盖大的角度范围，可近似为全向辐射。本实施例的天线单元，融合了维瓦尔第天线和八木天线的特性，能够在有限的尺寸内实现了超宽带、高增益、全向的特性，而且其性能受地面积影响较小，易于集成到各种电路板上，而无需进行过多的尺寸调整。
需要说明的是，本实施例中接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250及第二引向器260均可关于接地层220的中心线对称设置(图1-图11中以此为示例，图中Z为中心线)，从而提高天线单元200辐射的对称性，有利于改善方向图的对称性。
需要说明的是，接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250及第二引向器260的材料可以相同，例如均为相同材料的金属片，从而，可以直接在介质基板上表面形成金属片，对金属片进行图案化处理以获得接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250及第二引向器260。
本实施例提供的天线单元200，包括介质基板210、接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及馈电结构270。其中，通过接地层210将馈电结构270馈电耦合获得的电磁波反射至第一辐射臂230和第二辐射臂240上，有利于进一步提高辐射的方向性，且通过第一辐射臂230和第二辐射臂240构成的具有渐变规律的辐射开口，可以实现超宽带的辐射特性且有利于反射曲线的平坦化；此外，通过第一引向器250引导第一辐射臂230收发电磁波信号的方向，第二引向器260引导第二辐射臂240收发电磁波信号的方向，可以提高天线单元200辐射的方向性和增益，实现展宽波束的效果。
图15示出了一实施例中的天线单元200的结构示意图。
在本实施例中，天线单元200包括介质基板210、接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及馈电结构270，还包括第三引向器280(图15是以图8的实施例为基础的一种示例)。
其中，介质基板210、接地层220、第一辐射臂230和第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及馈电结构270参见上述实施例中的相关描述，在此不再赘述。
在本实施例中，第三引向器280位于介质基板210的第一侧且位于辐射开口背离接地层220的一侧，用于引导天线单元200的电磁波信号定向辐射，从而改善天线表面的电场分布，将电场更好地引导在天线单元的预设辐射方向上，提高天线单元的定向辐射特性和增益。
可选地，第三引向器280在介质基板上的投影形状为矩形状(图15以矩形状为示例)或V形状，其中，V形状的开口方向朝背离接地层220的方向。由此将电场更好地引导在天线的主轴辐射方向上，提高主轴辐射方向的辐射性能和增益。
在一些实施例中，如图16所示(图16以第三引向器280为矩形状为例)，第三引向器280的数量为多个，多个第三引向器280平行间隔设置，从而可以进一步提高天线单元的定向辐射特性和增益。其中，多个第三引向器280的的间距影响方向图特性和阻抗特性，间距取值大时，天线增益增高，间距取值小时，天线频带特性好，具体可根据实际需要设置；第三引向器280的个数影响增益和波瓣宽度，个数具体可根据实际需要设置。
在一些实施例中，多个第三引向器280的长度相等，或者多个第三引向器280的长度往接地层220的方向逐渐增大。其中，当第三引向器280的长度逐渐增大时有利于谐振频点减小，改善阻抗匹配。
需要说明的是，第三引向器280的具体位置不受限定，位于辐射开口背离接地层220的一侧即可，并且，当第三引向器280靠近第一辐射臂和第二辐射臂时，可以与获得与第一辐射臂和第二辐射臂更好的耦合能力。
需要说明的是，本实施例中接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及第三引向器280均可关于接地层220的中心线对称设置(图15和图16中以此为示例，图中Z为中心线)，从而提高天线单元200辐射的对称性，有利于改善方向图的对称性。
需要说明的是，接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及第三引向器280的材料可以相同，例如均为相同材料的金属片，从而，可以直接在介质基板上表面形成金属片，对金属片进行图案化处理以获得接地层220、第一辐射臂230、第二辐射臂240、第一引向器250、第二引向器260及第三引向器280。
本实施例提供的天线单元200，包括介质基板、接地层、第一辐射臂、第二辐射臂、第一引向器250、第二引向器260、第三引向器280及馈电结构270。其中，通过接地层220将馈电结构270馈电耦合获得的电磁波反射至第一辐射臂230和第二辐射臂240上，有利于进一步提高辐射的方向性，且通过第一辐射臂230和第二辐射臂240构成的具有渐变规律的辐射开口，可以实现超宽带的辐射特性且有利于反射曲线的平坦化；此外，通过第一引向器250引导第一辐射臂230收发电磁波信号的方向，第二引向器260引导第二辐射臂240收发电磁波信号的方向，通过第三引向器280引导引导天线单元200的电磁波信号定向辐射，可以提高天线单元辐射的方向性和增益，实现展宽波束的效果。
如图17所示，一种电子设备包括壳体及上述任一实施例中的天线单元200，其中，天线单元200收容在壳体内。
在一实施例中，电子设备包括多个天线单元200，多个天线单元200分布于壳体的不同侧边。例如，壳体包括相背设置的第一侧边121、第三侧边123，以及相背设置的第二侧边122和第四侧边124，第二侧边122连接第一侧边121、第三侧边123的一端，第四侧边124连接第一侧边121、第三侧边123的另一端。第一侧边121、第二侧边122、第三侧边123和第四侧边124中的至少两个分别设有天线单元200。天线单元200的数量为2个时，2个天线单元200分别位于第二侧边122、第四侧边124，从而使得天线单元200在非扫描方向的维度上缩小整体尺寸，使得放置于电子设备的两侧成为可能。
具有上述任一实施例的天线单元200的电子设备，提高射效率和辐射增益，拓展阻抗带宽，同时有效降低天线剖面，实现天线模组的薄型化，缩小天线模组在电子设备内的占用空间。
该电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile Internet Device，MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置天线的通信模块。
本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。合适的非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RM以多种形式可得，诸如静态RM(SRM)、动态RM(DRM)、同步DRM(SDRM)、双数据率SDRM(DDR SDRM)、增强型SDRM(ESDRM)、同步链路(Synchlink)DRM(SLDRM)、存储器总线(Rmbus)直接RM(RDRM)、直接存储器总线动态RM(DRDRM)、以及存储器总线动态RM(RDRM)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：
介质基板，具有相背设置的第一侧和第二侧；
接地层，位于所述介质基板的所述第一侧，所述接地层的一侧边缘开设有缝隙开口；
第一辐射臂和第二辐射臂，分别位于所述介质基板的所述第一侧，且分别与位于所述缝隙开口两侧的所述接地层连接，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂构成的辐射开口与所述缝隙开口连通，且所述辐射开口的开口尺寸在背离所述接地层的方向以预设渐变规律增大；
第一引向器和第二引向器，分别位于所述介质基板的所述第一侧，所述第一引向器与所述第一辐射臂连接且用于引导所述第一辐射臂收发电磁波信号的方向，所述第二引向器与所述第二辐射臂连接且用于引导所述第二辐射臂收发电磁波信号的方向；所述第一引向器和所述第二引向器用于分别对应加强所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上电磁波的辐射方向，实现波束的偏转；其中，所述第一引向器包括：第一引向臂和第三引向臂，所述第一引向臂的端部与所述第一辐射臂的自由端连接，所述第三引向臂位于所述第一辐射臂靠近所述第二辐射臂的一侧上且沿背离所述接地层的方向延伸；所述第二引向器包括：第二引向臂和第四引向臂，所述第二引向臂的端部与所述第二辐射臂的自由端连接，所述引向臂位于所述第二辐射臂靠近所述第一辐射臂的一侧上且沿背离所述接地层的方向延伸，所述第一引向器和所述第二引向器关于所述接地层的中心线对称，所述第一引向臂和所述第二引向臂分别垂直于所述中心线；
馈电结构，位于所述介质基板的所述第二侧，用于向所述缝隙开口耦合馈电；
其中，所述接地层通过所述缝隙开口获得所述馈电结构的耦合馈电，所述接地层还用于作为所述天线单元的反射器，将电磁波反射至所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一辐射臂包括多个第一连接段且多个所述第一连接段向背离所述第二辐射臂且靠近所述接地层的方向逐渐倾斜，所述第二辐射臂包括多个第二连接段且多个所述第二连接段分别向背离所述第一辐射臂且靠近所述接地层的方向逐渐倾斜。
3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述预设渐变规律为所述开口尺寸呈分段式增大的渐变规律。
4.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一辐射臂向背离所述第二辐射臂且靠近所述接地层的方向逐渐弯曲，所述第二辐射臂向背离所述第一辐射臂且靠近所述接地层的方向逐渐弯曲。
5.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述预设渐变规律为所述开口尺寸呈指数曲线型增大的渐变规律。
6.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述缝隙开口和所述辐射开口分别关于所述接地层的中心线对称，所述第一辐射臂与所述第二辐射臂关于所述中心线对称。
7.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一引向臂且与所述第一辐射臂在朝向所述接地层的方向的夹角为小于180°的钝角；
所述第二引向臂与所述第二辐射臂在朝向所述接地层的方向的夹角为小于180°的钝角。
8.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一引向器和所述第二引向器关于所述接地层的中心线对称，所述第三引向臂和所述第四引向臂分别平行于所述中心线。
9.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第三引向臂包括相互连接的第一连接部和第一引向部，所述第四引向臂包括相互连接的第二连接部和第二引向部，所述第一连接部连接所述第一辐射臂，所述第二连接部连接所述第二辐射臂，所述第一引向部和所述第二引向部平行。
10.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，还包括：
第三引向器，位于所述介质基板的所述第一侧且位于所述辐射开口背离所述接地层的一侧，用于引导所述天线单元的电磁波信号定向辐射。
11.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述第三引向器在所述介质基板上的投影形状为矩形状或V形状，其中，所述V形状的开口方向朝背离所述接地层的方向。
12.根据权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述第三引向器的数量为多个，多个所述第三引向器平行间隔设置。
13.根据权利要求12所述的天线单元，其特征在于，多个所述第三引向器的长度相等，或者多个所述引向器的长度往所述接地层的方向逐渐增大。
14.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述缝隙开口包括相互连通的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙位于所述边缘背离边界的一侧，所述第二缝隙位于所述边缘靠近所述边界的一侧且延伸至所述边界上，所述第一缝隙的尺寸大于所述第二缝隙的尺寸。
15.根据权利要求14所述的天线单元，其特征在于，所第一缝隙为圆形缝隙，所述第二缝隙为矩形缝隙，所述矩形缝隙朝所述辐射开口方向延伸。
16.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述馈电结构包括：
第一微带馈线，位于所述介质基板的所述第二侧，所述第一微带馈线在所述接地层上的投影区域位于所述缝隙开口的一侧；
扇形微带贴片，位于所述介质基板的所述第二侧且位于所述缝隙开口背离所述第一微带馈线的一侧，所述扇形微带贴片在所述接地层上的投影区域部分外露于所述接地层；
第二微带馈线，连接在所述第一微带馈线和所述扇形微带贴片之间，所述第二微带馈线在所述接地层上的投影区域位于所述接地层的边缘位置且所述投影区域与所述缝隙开口有部分重叠。
17.根据权利要求16所述的天线单元，其特征在于，在所述缝隙开口往所述辐射开口的辐射方向上，所述第一微带馈线的尺寸与所述接地层的尺寸相等；
在垂直于所述辐射方向的方向上，所述第一微带馈线的宽度朝背离所述接地层的方向逐渐变小。
18.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；及
如权利要求1～17任一项所述的天线单元，其中，所述天线单元收容在所述壳体内。
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