天线及电子设备

技术领域

本申请涉及天线领域，尤其是涉及一种天线及电子设备。

背景技术

随着终端产品的小型化和多功能化，对于天线性能的要求也越来越高，天线往往需要 在多种状态、多个模式下工作，当天线在不同的工作模式下时，会产生的不同的辐射方向 图，例如，部分应用场景下需要天线产生Broadside辐射方向图(亦即端射辐射方向图)、 部分应用场景下需要天线产生水平全向辐射方向图，进而满足无线通信系统的不同需求。

现有技术中的单天线通常只能产生一种辐射方向图，例如文献【“A MNG-TL LoopAntenna Array With Horizontally Polarized Omnidirectional Patterns”KunpengWei，Zhijun Zhang，Senior Member，IEEE，Zhenghe Feng，Fellow，IEEE，and MagdyF.Iskander，Life Fellow，IEEE】提供了一种基于人工负磁导率传输线的水平极化全向环天线，该天线激励 耦合环模，电流均匀且同相，能够产生水平极化的远场辐射方向图，通过组阵，该天线能 够产生水平全向辐射方向图，且天线增益显著提高。

然而，该文献中的天线存在以下缺陷，天线仅能够产生水平全向辐射方向图，并且水 平面中心点具有辐射“凹点”(即辐射磁场强度非常低的点)，无法实现辐射方向的全面覆 盖。

为解决天线在不同应用场景下的使用需求，使单天线产生不同于上述文献中天线辐射 方向图，文献【“Dual-linear Polarisation Reconfigurable BroadbandOmnidirectional Antenna”,Angjie Li，Wen Jiang，Shui Gong】提出了一种双环结构天线，双环(大、小环) 均为不开缝结构，采用偶极子馈电网络，通过馈电网络切换不同极化的1*λ环模、大、小 环混模，例如State1(即状态1)为激励Y极化的大环一倍波长模式和Y极化的小环与大 环混合模，State2(即状态2)为激励X极化的大环一杯波长模式和X极化的小环与大环 混合模，进而能够使该天线工作在不同的状态，产生不同的辐射方向图。

然而，该文献中的天线存在以下缺陷，尽管两种天线状态的天线产生的辐射方向图不 同且有一定的互补性，然而实现该天线的状态切换需要设计复杂的馈电切换网络，且两种 天线状态只能切换Broadside辐射方向图(亦即端射辐射方向图)，不能提供水平全向辐 射方向图。

可见，现有技术存在辐射方向图单一，天线辐射的空间覆盖率较低的问题。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中，辐射方向图单一，天线辐射的空间覆盖率较低的 问题。因此，本实施例提供了一种天线及电子设备，能够通过设于辐射单元之间的开关电 路，控制天线辐射体的各辐射单元之间的电连接状态，进而改变天线的辐射方向图，以实 现多种辐射方向图的可切换，进而提高天线辐射的空间覆盖能力。

本申请实施例提供了一种天线，包括环形辐射体，环形辐射体包括多个辐射单元，且 任意相邻两个辐射单元的相对端之间具有间隙；

在多个辐射单元中包括主辐射单元；

主辐射单元在中间位置处设有缝隙，缝隙将主辐射单元分为端对端并间隔设置的第一 主辐射单元与第二主辐射单元，第一主辐射单元与第二主辐射单元的相对端采用反对称馈 电的方式馈电；天线还包括开关电路，开关电路用于控制多个辐射单元中第一辐射单元对 的电连接状态，第一辐射单元对包括相邻的第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元 和第二辐射单元之间的间隙为第一间隙。

在本方案中，通过开关电路，能够控制多个辐射单元中的第一辐射单元对的电连接状 态，进而能够使天线产生不同的辐射方向图，为天线产生互补的辐射方向图，为提高辐射 方向的空间覆盖能力奠定了基础。

在一些可能的实施例中，开关电路用于控制多个辐射单元中任意相邻两个辐射单元的 电连接状态。

在一些可能的实施例中，第一主辐射单元与第二主辐射单元的相对端中，其中一端连 接馈源的正极，另一端连接馈源的负极，以实现通过反对称馈电的方式馈电。

在一些可能的实施例中，环形辐射体的形状为圆形或者矩形。

在一些实施例中，开关电路包括第一子开关单元，连接于所述第一辐射单元对的第一 辐射单元和第二辐射单元之间，第一子开关单元具有连接状态与断开状态，其中，

第一子开关单元在连接状态下，第一辐射单元对的第一辐射单元和第二辐射单元通过 第一子开关单元电连接。

第一子开关单元在断开状态下，第一辐射单元对的第一辐射单元和第二辐射单元通过 第一间隙耦合。

在一些实施例中，天线在第一子开关单元处于断开状态时的工作频段，以及天线在第 一子开关单元处于连接状态时的工作频段，包括同一工作频段。

在一些实施例中，天线还包括与第一匹配器件，第一匹配器件与第一子开关单元串联， 且第一子开关单元与第一匹配器件连接于第一辐射单元对的第一辐射单元和第二辐射单 元的相对端之间；

第一匹配器件用于控制：天线在第一子开关单元处于断开状态时的工作频段，以及： 第一子开关单元处于连接状态时的工作频段，包括同一频段。这样能够使得天线能够在各 个状态下(例如第一辐射单元与第二辐射单元电连接时或第一辐射单元与第二辐射单元未 电连接时)均保持稳定、一致的工作频率。

在一些实施例中，开关电路包括多个子开关单元，多个辐射单元包括多个辐射单元对， 每一个辐射单元对包括相邻的两个辐射单元，多个子开关单元与多个辐射单元对一一对 应，多个子开关单元中的每一个子开关单元用于控制对应的一个辐射单元对中相邻的两个 辐射单元的电连接状态。

在本方案中，通过多个子开关单元，能够控制多个辐射单元对的电连接状态，当各辐 射单元对中的相邻两个辐射单元之间所处的状态(电连接或未电连接)不同时，天线能够 产生不同的辐射方向图，例如当全部辐射单元与其相邻的辐射单元均处于电连接状态时， 此时天线可理解为能够构成传统的环天线，产生Broadside辐射方向图(亦即端射辐射方 向图)，当全部辐射单元与其相邻的辐射单元均处于未电连接状态时，此时天线可理解为 耦合环天线，产生水平全向辐射方向图，可见，本方案能够利用多个子开关电路通过控制 各辐射单元之间所处的电连接状态，有助于天线产生互补的辐射方向图，提高天线辐射方 向的空间覆盖能力，甚至实现辐射方向的全向覆盖。

需要说明的是，多个辐射单元对包括第一辐射单元对。辐射单元的个数与辐射单元对 的个数相同，例如，3个辐射单元包括3个辐射单元对，4个辐射单元包括4个辐射单元对。

多个子开关单元包括第一子开关单元。进一步地，多个子开关单元的其它子开关单元 的结构可以与第一子开关单元的结构相同。

在一些可能的实施例中，子开关单元为开关，且设于对应的间隙内。

在一些实施例中，天线包括多个匹配器件，多个匹配器件与多个子开关单元一一对应， 多个匹配器件中的每个匹配器件与对应的一个子开关单元串联，且每个匹配器件与其串联 的子开关单元连接于对应的辐射单元对中的相邻两个辐射单元之间。

需要说明的是，多个匹配器件包括第一匹配器件。进一步地，多个匹配器件的其它匹 配器件的结构可以与第一匹配器件的结构相同。

在一些可能的实施例中，串联后的匹配器件与子开关单元设于对应的间隙内。

匹配器件用于控制：天线在每个子开关单元处于断开状态时的工作频段，以及：每个 子开关单元元处于连接状态时的工作频段，包括同一频段。这样能够使得天线能够在各个 状态下(例如每个辐射单元均与相邻的辐射单元电连接时或每个辐射单元均与相邻的辐射 单元未电连接时)均保持稳定、一致的工作频率。

在一些可能的实施例中，天线在每个辐射单元与其相邻的辐射单元处于未电连接状态 时的谐振频率，以及：天线在每个辐射单元与其相邻的辐射单元处于电连接状态时的谐振 频率，为同一频率或相近的频率。在一些可能的实施例中，匹配器件为电感。

在一些实施例中，天线还包括与第一间隙对应设置的第一耦合枝节，第一辐射单元对 的第一辐射单元和第二辐射单元的相对端通过第一耦合枝节耦合。

其中，第一耦合枝节能够明显增强第一辐射单元和第二辐射单元之间的耦合程度，尤 其能够在第一辐射单元和第二辐射单元处于未电连接状态时，增强第一辐射单元和第二辐 射单元之间的耦合程度，提高辐射单元的辐射强度。

在一些实施例中，第一耦合枝节与环形辐射体间隔设置，且第一耦合枝节在环形辐射 体的周向上延伸的长度超过第一间隙在环形辐射体的周向上延伸的长度。这样能够进一步 提高第一辐射单元与第二辐射单元之间的耦合程度。

在一些实施例中，第一耦合枝节在环形辐射体的轴向方向与环形辐射体间隔设置，或 者第一耦合枝节位于环形辐射体的内周侧或者外周侧并与环形辐射体间隔设置。

在一些实施例中，天线还包括多个耦合枝节；多个耦合枝节与多个辐射单元对一一对 应，多个耦合枝节中的每个耦合枝节与对应的一个辐射单元对对应设置，每一个辐射单元 对中相邻的两个辐射单元的相对端在对应的所述子开关单元处于断开状态时，通过对应的 耦合枝节耦合。

其中，耦合枝节能够明显增强对应的相邻一对辐射单元之间的耦合程度，尤其能够在 一对相邻辐射单元处于断开状态时，增强相邻两个辐射单元之间的耦合程度，提高辐射单 元的辐射强度，从而使得辐射体在水平面内各辐射方向的辐射强度更加均匀。

需要说明的是，多个耦合枝节包括第一耦合枝节。进一步地，多个耦合枝节的其它耦 合枝节的结构可以与第一耦合枝节的结构相同。在一些可能的实施例中，环形辐射体设于 天线承载板(例如PCB板)，这样可以使任意相邻两个辐射单元之间的耦合程度能够仅通过耦合枝节与辐射单元本身进行调节，与天线承载板厚度解耦(即与天线承载板的厚度无关)，进而减小设计复杂程度。

在一些可能的实施例中，在多个耦合枝节中，远离主辐射单元的耦合枝节沿环形辐射 体周向延伸方向的长度分别大于其余每个耦合枝节沿环形辐射体周向延伸方向上的长度， 这样能够改善耦合环模磁场的不平衡，进而能够激励较为纯粹的耦合环模，使天线的电磁 场、电流分布更均匀，让处于不同状态的天线(例如各辐射单元之间均处于电连接状态或 各辐射单元之间均处于未电连接状态)产生的辐射方向图互补性更佳。

在一些实施例中，在所有子开关单元均处于断开状态，且主辐射单元馈电时，环形辐 射体能够产生流经全部辐射单元的环形电流；

在所有子开关单元均处于连接状态，且主辐射单元馈电时，环形辐射体能够产生第一 电流与第二电流；

其中，第一电流流经环形辐射体的半程，第二电流流经环形辐射体的另半程，且第一 电流与第二电流的流向相反。

在一些实施例中，第一主辐射单元与第二主辐射单元关于缝隙对称。

在一些实施例中，环形辐射体采用中心对称结构。

在一些可能的实施例中，多个辐射单元的数量为2个至6个。

在一些实施例中，多个辐射单元的数量为3个或4个。

在一些可能的实施例中，若多个辐射单元的数量为4个，则：多个子开关单元包括第 一子开关单元、第二子开关单元、第三子开关单元和第四子开关单元；第一子开关单元、第二子开关单元、第三子开关单元和第四子开关单元沿环形辐射体的周向(在本实施方式中，沿顺时针方向)依次分布，第一子开关单元连接于第一主辐射单元和第二主辐射单元中与馈源的负极连接的主辐射单元和与该主辐射单元(即与馈源的负极连接的该主辐射单元)相邻的辐射单元之间，第二子开关单元连接于第一主辐射单元和第二主辐射单元中与馈源的正极连接的主辐射单元和与该主辐射单元(即与馈源的正极连接的该主辐射单元)相邻的辐射单元之间。

具体地，第一主辐射单元和第二主辐射单元中与馈源的负极连接的主辐射单元为第一 主辐射单元，第一主辐射单元和第二主辐射单元中与馈源的正极连接的主辐射单元为第二 主辐射单元。也就是说，第一子开关单元连接于与第一主辐射单元相邻的辐射单元和第一 主辐射单元之间，第一主辐射单元还连接馈源的负极；第二子开关单元连接于与第二主辐 射单元相邻的辐射单元和第二主辐射单元之间，第二主辐射单元还连接馈源的正极。

当第一子开关单元所连接的两个辐射单元，以及第三子开关单元所连接的两个辐射单 元均处于电连接状态，且：第二子开关单元所连接的两个辐射单元，以及第四子开关单元 所连接的两个辐射单元均处于未电连接状态，同时主辐射单元接入馈源时，环形辐射体能 够产生分别自第四子开关单元流向第二子开关单元的两条流向相反的电流；

当第一子开关单元所连接的两个辐射单元，以及第三子开关单元所连接的两个辐射单 元均处于未电连接状态，且：第二子开关单元所连接的两个辐射单元，以及第四子开关单 元所连接的两个辐射单元均处于电连接状态，同时主辐射单元接入馈源时，环形辐射体能 够产生分别自第一子开关单元流向第三子开关单元的两条流向相反的电流。

在本方案中，通过控制四个子开关单元的在连接状态与断开状态之间切换，能够切换 多种不同的天线状态，最多可切换16(2

可见，本方案提供的天线，能够通过四个子开关单元在连接状态与断开状态之间切换， 切换多种不同的天线状态，进一步提高了天线辐射的空间覆盖能力。

本申请实施例提供了一种电子设备，电子设备还包括以上任一实施例或任一可能的实 施例中所提供的天线。

在一些实施例中，电子设备还包括反对称馈电网络，反对称馈电网络包括第一射频微 带线与第二射频微带线，第一主辐射单元与第二主辐射单元的相对端中，其中一端通过第 一射频微带线连接馈源的正极，另一端通过第二射频微带线连接馈源的负极，以使得第一 主辐射单元与第二主辐射单元通过反对称馈电的方式馈电。

在一些实施例中，反对称馈电网络还包括可调电容，可调电容连接于电子设备的馈源 与主辐射单元之间，用于调节天线的输入阻抗。

在一些实施例中，电子设备还包括天线承载板，天线承载板具有第一表面，以及与第 一表面相背的第二表面，环形辐射体设于天线承载板的第一表面；

当天线还包括第一耦合枝节，第一耦合枝节设于天线承载板的第一表面或第二表面；

在一些可能的实施例中，天线的环形辐射体是采用激光直接成型工艺贴覆于天线承载 板或采用蚀刻工艺集成于天线承载板的。

在一些可能的实施例中，天线的环形辐射体为FPC板或金属结构件。

在一些实施例中，天线承载板为PCB板或电介质板，电子设备为路由器。

附图说明

图1、图2a、图2b分别为本申请实施例的天线的结构示意图，在状态1下的电流流向示意图以及在状态2下的电流流向示意图，其中，辐射单元的数量为3个，且子开关单元 与匹配器件设于间隙内；

图3为本申请实施例的天线的结构示意图，其中，辐射单元的数量为3个，且子开关单元与匹配器件设于间隙外；

图4为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的结构示意图；

图5a～图5c为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的立体结构示意图、正面 结构示意图与背面结构示意图；

图6为本申请实施例的路由器的结构示意图；

图7为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线 的S参数对比的效果曲线图；

图8为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线 的辐射效率和系统效率(即效率)对比的效果曲线图；

图9a、图9b和图9c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得 的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图10a、图10b、图10c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图11a、图11b分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线辐射方向三维图；

图12a～图12c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线辐射方向二维对比图；

图13a～图13c为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得的天线极化 方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图13d～图13e为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时采用的球面坐标 系中的角度Theta(θ)、

图14a～图14c为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获得的天线极化 方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图14d～图14e为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时采用的球面坐标 系中的角度Theta(θ)、

图15为本申请实施例的天线的结构示意图，其中，耦合枝节设于环形辐射体的内周 侧，辐射单元的数量为3个；

图16为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的正面结构示意图；

图17为本申请实施例的天线分别在状态1与状态2下进行仿真效果测试时获得的S参数对比的效果曲线图；

图18为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线 的辐射效率和系统效率(即效率)对比的效果曲线图；

图19a、图19b、图19c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图20a、图20b、图20c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图21a、图21b分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线辐射方向三维图；

图22a～图22c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线辐射方向二维对比图；

图23a～图23c为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得的天线极化 方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图24a～图24c为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获得的天线极化 方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图25a～图25e分别为本申请实施例的天线的结构示意图，以及天线在状态1、状态2、 状态3、状态4下的电流流向示意图，其中，耦合枝节设于环形辐射体的下方，辐射单元的数量为4个；

图26为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的结构示意图；

图27a～图27c为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的立体结构示意图、正 面结构示意图与背面结构示意图；

图28为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时获得的S参数对比的效果曲线图；

图29为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时天线的辐射效率和系统效率(即效率)对比的效果曲线图；

图30a、图30b、图30c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图31a、图31b、图31c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图32a、图32b、图32c分别为本申请实施例的天线在状态3下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图33a、图33b、图33c分别为本申请实施例的天线在状态4下进行仿真效果测试时获 得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图；

图34a、图34b、图34c、图34d分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向三维图；

图35a～图35c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获 得的天线辐射方向二维对比图；

图36a～图36c为本申请实施例处于状态1时的天线在进行仿真效果测试时获得的天线 极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图37a～图37c为本申请实施例处于状态2时的天线在进行仿真效果测试时获得的天线 极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图38a～图38c为本申请实施例处于状态3时的天线在进行仿真效果测试时获得的天线 极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图39a～图39c为本申请实施例处于状态4时的天线在进行仿真效果测试时获得的天线 极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系。

附图标记说明：

100：天线；

110：主辐射单元；111：第一主辐射单元；112：第二主辐射单元；113：缝隙；120： 辐射单元；130：辐射单元；141、142、143：间隙；151、152、153：子开关单元；161、 162、163：匹配器件；171、172、173：耦合枝节；

200：馈源；

300：电子设备；310：天线承载板；311：第一表面；312：第二表面；

L1、L2、L3：电感；S1、S2、S3：开关；α1、α2、α3：圆心角；

100A：天线；

110A：主辐射单元；111A：第一主辐射单元；112A：第二主辐射单元；113A：缝隙；120A：辐射单元；130A：辐射单元；141A、142A、143A：间隙；171A、172A、173A： 耦合枝节；

200A：馈源；

300A：电子设备；310A：天线承载板；

L1

100B：天线；

110B：主辐射单元；111B：第一主辐射单元；112B：第二主辐射单元；113B：缝隙；120B：辐射单元；130B：辐射单元；140B：辐射单元；141B、142B、143B、144B：间隙； 171B：、172B、173B、174B：耦合枝节；

200B：馈源；

300B：电子设备；310B：天线承载板；311B：第一表面；312B：第二表面；321B： 第一微带线；322B：第二微带线；

L1

R1：环形辐射体内径；R2：环形辐射体外径；R3：天线承载板外径；R4：耦合枝节 内径；R5：耦合枝节外径；I

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭 示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起 介绍，但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作申请介 绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供 对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节 实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要 说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此， 一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含 义。

在本申请的描述中，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。“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。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请 的实施方式作进一步地详细描述。

请参见图1，图1为本申请实施例的天线的结构示意图。如图1所示，本申请实施例提供了一种天线，其包括环形辐射体和开关电路。需要说明的是，环形辐射体的形状不限，可以是圆形、椭圆形、还可以是矩形，在本实施方式中，环形辐射体为中心对称结构的圆形。

其中，环形辐射体包括多个辐射单元，且任意两个辐射单元的相对端之间具有间隙。 在多个辐射单元中，其中一个辐射单元为主辐射单元。

在本实施方式中，辐射单元的数量为3个，具体包括主辐射单元110、辐射单元120和130，且主辐射单元110、辐射单元120、辐射单元130环形分布形成上述环形辐射体。 主辐射单元110与辐射单元120之间具有间隙141，主辐射单元110与辐射单元130之间 具有间隙143，辐射单元120与辐射单元130之间具有间隙142。

当然，本领域技术人员可以理解的是，辐射单元的数量不限，可以为2个、4个、5个、6个或者6个以上，数量的选型可根据天线的具体使用需求进行选择。

另外，主辐射单元110在中间位置处设有缝隙113，该缝隙113将主辐射单元110分为端对端相对间隔设置的第一主辐射单元111与第二主辐射单元112。需要说明的是，中 间位置可理解为包括主辐射单元110的几何结构的中点，或者，主辐射单元110电长度的 中点，或者上述中点附近一定范围内的区域。也就是说，主辐射单元110在中间位置处设 有缝隙113还可以理解为：缝隙113覆盖在该主辐射单元的中点。在本实施方式中，第一 主辐射单元111与第二主辐射单元112关于缝隙113对称。

应可理解，本申请中的“对称”不是数学意义上严格的对称，可允许一定偏差。

其中，主辐射单元110采用反对称馈电方式馈电。例如，第一主辐射单元111与第二主辐射单元112相对端中的其中一端连接馈源200的正极，第二主辐射单元112与第一主 辐射单元111相对端中的另一端连接馈源200的负极。需要说明的是，馈源的正负极输出 的信号幅度相同，相位相反，例如相位相差180°±10°。

本领域技术人员还应该理解的是，本文所提及的辐射单元的一端，其中的“端”并不仅 局限于辐射单元的某一端点，其还可以是包含该端点的辐射单元的部分区域，例如辐射单 元的端点以内5mm的区域，或2mm的区域。

其中，馈源200可以是通过巴伦芯片间接连接至第一主辐射单元111与第二主辐射单 元112的，通过巴伦芯片将馈源200的单路信号转化成幅度相等、相位差180°的两路信号， 以实现反对称馈电。也可以是通过同轴线连接至主辐射单元110的，具体的，可通过同轴 线外导体连接至第二主辐射单元112，通过同轴线内导体连接至第一主辐射单元111，也可 以是通过同轴线外导体连接至第一主辐射单元111，通过同轴线内导体连接至第二主辐射 单元112。当然，本领域技术人员可以理解的是，在可替代的其它实施方式中，也可以是满足反对称馈电的其他结构。

请参见图1，开关电路用于控制任意相邻辐射单元在电连接状态与未电连接状态之间 切换，其中任意相邻辐射单元在本实施例中可例如主辐射单元110与辐射单元120，主辐 射单元110与辐射单元130，以及辐射单元120与辐射单元130。

当开关电路控制上述任意一个辐射单元对(或可理解为相邻两个辐射单元)处于电连 接状态时，对应的两个辐射单元(即被控制处于连接状态的两个辐射单元)通过开关电路 电连接。

当开关电路控制上述任意一个辐射单元对(或可理解为相邻两个辐射单元)处于未电 连接状态时，对应的两个辐射单元(即被控制处于未电连接状态的两个辐射单元)，可通 过对应的间隙(即被控制处于未电连接状态的两个辐射单元之间的间隙)耦合。例如，当开关电路控制主辐射单元110与辐射单元120处于断开状态时，主辐射单元110与辐射单 元120可以通过间隙141耦合。

进一步的，通过开关电路，可以控制多个辐射单元中的任意相邻两个辐射单元在电连 接状态与未电连接状态之间切换。本领域技术人员可以理解的是，通过开关电路，可以控 制多个辐射单元中一个辐射单元对的相邻两个辐射单元之间的电连接状态，也可以控制每 一个辐射单元对的相邻两个辐射单元之间的电连接状态。下文中以控制每一个辐射单元对 的相邻两个辐射单元之间的电连接状态进行举例说明。

进一步的，如图1所示，开关电路包括与间隙一一对应设置的多个子开关单元。具体 地，开关电路包括与间隙141对应设置的子开关单元151、与间隙142对应设置的子开关单元152、以及与间隙143对应设置的子开关单元153。每个子开关单元用于控制一个间 隙对应的相邻两个辐射单元在电连接状态与未电连接状态之间切换。

例如，当开关S1在连接状态时，开关S1所连接的主辐射单元110与辐射单元120处于电连接状态，当开关S1在断开状态时，开关S1所连接的主辐射单元110与辐射单元120 处于未电连接状态，主辐射单元110与辐射单元120通过间隙141或后文提及的耦合枝节 171进行耦合。

开关S2或S3在在连接状态时及在断开状态时，与开关S1情况类似，此处不再赘述。

在本申请中，通过多个子开关单元，能够控制多个辐射单元中每一个辐射单元对的相 邻两个辐射单元在电连接状态与未电连接状态之间切换，当各辐射单元之间所处的状态 (电连接状态或未电连接状态)不同时，天线能够产生不同的辐射方向图，例如当全部辐 射单元与其相邻的辐射单元均处于电连接状态时，此时天线可理解为能够构成传统的环天 线，产生Broadside辐射方向图(亦即端射辐射方向图)，当全部辐射单元与其相邻的辐 射单元均处于未电连接状态时，此时天线可理解为耦合环天线，产生水平全向辐射方向图， 可见，本申请能够利用开关电路通过控制各辐射单元之间所处的状态，有助于天线产生互 补的辐射方向图，提高天线辐射方向的空间覆盖能力，甚至实现辐射方向的全向覆盖。

请参考图2a与图2b，图2a为本申请实施例的天线在状态1下的电流流向示意图，图2b为本申请实施例的天线在状态2下的电流流向示意图。

状态1为：主辐射单元110接入馈源200，且开关S1、开关S2、开关S3均在断开状 态，此时环形辐射体能够产生流经全部辐射单元均匀且同向的环形电流I

状态2为：主辐射单元110接入馈源200，且开关S1、开关S2、开关S3均在连接状 态，当处于状态2的天线激励一倍波长模式时，此时环形辐射体的馈电位置(即接入馈源 200的位置)为电流最强点，环形辐射体的上半部分以馈电位置为中心，环形辐射体的下 半部分电流与上半部分电流对称分布，即：环形辐射体能够产生第一电流与第二电流，第 一电流流经环形辐射体的半程，第二电流流经环形辐射体的另半程，且第一电流与第二电 流的流向相反。在本实施方式中，如图2b所示，第一电流I

进一步的，如图1所示，所述天线100还包括与多个子开关单元一一对应的匹配器件， 例如图1中所示的与子开关单元151对应的匹配器件161、与子开关单元152对应的匹配器件162、以及与子开关单元153对应的匹配器件163，每个匹配器件与对应的一个子开 关单元串联，串联后的子开关单元与匹配器件连接于对应的相邻两个辐射单元的相对端之间。

匹配器件用于控制：天线在每个辐射单元与其相邻的辐射单元处于未电连接状态时的 工作频段，以及：天线在每个辐射单元与其相邻的辐射单元处于电连接状态时的工作频段， 包括同一频段。或可理解为：匹配器件能够使天线在上述状态1和状态2下的谐振频率处 于同一频段内。具体的，处于状态1的天线与处于状态2的天线的谐振频率可以相同或邻 近。

需要说明的是，在天线的正常使用中，该同一频段应理解为天线的工作频段，本实施 方式中的天线为WiFi天线，天线的工作频段为WiFi频段，例如约为2.4GHz～2.5GHz，当然，本领域技术人员可以理解的是，天线的工作频率可根据实际需要进行调整，例如5GHz等，在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。

本实施方式中，如图1所示，子开关单元为开关，具体例如开关S1、开关S2与开关S3，其中，开关的形式不限，只要是能够控制对应的相邻两个辐射单元在上述电连接状态与未电连接状态之间切换，就不脱离本申请的范围。

匹配器件为电感，具体例如电感L1、电感L2与电感L3。电感L1与开关S1串联后 设于间隙141内，电感L2与开关S2串联后设于间隙142内，电感L3与开关S3串联后设 于间隙143内。更为具体的，以开关S1与电感L1为例，开关S1的一端连接第一主辐射 单元111靠近间隙141的一端，开关S1的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端 连接辐射单元120靠近间隙141的一端，在其他实施方式中，开关S1与电感L1的位置也 可以调换，只要开关与电感是串联连接在对应的两个辐射单元之间，且位于对应的间隙内， 就不脱离本申请的范围。

当开关S1在连接状态时，主辐射单元110与辐射单元120处于连接状态，当开关S1在断开状态时，主辐射单元110与辐射单元120处于断开状态。开关S2与电感L2，开关 S3与电感L3的结构与原理相似，在此不再赘述。

进一步的，如图1所示，天线还可以包括与间隙一一对应设置的耦合枝节，具体如图 1中以阴影示出的部分所示，包括与间隙141对应设置的耦合枝节171、与间隙142对应设置的耦合枝节172、以及与间隙143对应设置的耦合枝节173，任意相邻两个辐射单元 的相对端还能够通过对应的耦合枝节进行耦合，具体的，对于耦合枝节171，当主辐射单 元110接入馈源200，且主辐射单元110与辐射单元120之间的开关S1在断开状态时，此 时，主辐射单元110与辐射单元120通过耦合枝节171进行耦合。对于耦合枝节172和173， 其结构与原理与耦合枝节171相似，在此不再赘述。

其中，耦合枝节的形状不限，可以是直条形，也可以是弧形，还可以是其他形状，本实施方式中，耦合枝节的形状为沿环形辐射体周向延伸的弧形。

通过设置耦合枝节，能够明显增强对应的相邻两个辐射单元之间的耦合程度，尤其能 够在相邻两个辐射单元处于断开状态时，增强相邻两个辐射单元之间的耦合程度，提高辐 射单元的辐射强度，从而使得辐射体在水平面内各辐射方向的辐射强度更加均匀。

进一步的，耦合枝节与环形辐射体间隔设置，且每个耦合枝节的两个相背端在环形辐 射体的周向上延伸超过间隙。以耦合枝节171为例，耦合枝节的两个相背端在环形辐射体 的周向上延伸超过间隙可理解为：耦合枝节171沿环形辐射体周向上的长度大于间隙141 沿环形辐射体周向上的长度，耦合枝节171不仅能够完全覆盖间隙141，还覆盖了主辐射 单元110的部分区域与辐射单元120的部分区域。这样能够进一步提高任意相邻两个辐射 单元之间的耦合程度。其他耦合枝节的结构类似，在此不再赘述。

此外，部分方案中，当环形辐射体为非中心对称结构，或馈电端口(即缝隙113)未处于辐射单元110的几何结构的中点时，还可通过调整耦合枝节的位置，例如将多个耦合枝节调整为不对称结构，对辐射强度进行修正。

进一步的，本实施方式中，沿环形辐射体的轴向，每一个耦合枝节都设于环形辐射体 的一侧，在其他实施方式中，不同的耦合枝节也可以分别设于环形辐射体的两侧。

其中，沿垂直于环形辐射体的方向，耦合枝节与相邻的辐射单元重叠的部分越多，会 使得对应的辐射单元之间的耦合程度更好，耦合枝节沿环形辐射体径向延伸方向的长度 (或可理解为耦合枝节的宽度)越大，对应的辐射单元之间的耦合程度越好，进一步的，沿垂直于环形辐射体的方向，耦合枝节与环形辐射体之间的间距越短，对应的辐射单元之间的耦合程度越好。

此外，还需要说明的是，间隙越小，对应的辐射单元之间的耦合强度越大，但是，在天线的设计加工过程中，若将间隙设计的过小，例如小于1mm，或小于0.5mm，会增加环 形辐射体的加工难度，容易产生较大的加工误差，进而对天线造成较大的影响，本实施方 式中，通过对应的耦合枝节进行耦合，不仅能够保证辐射单元之间的辐射强度，还能够增 大天线加工过程的允许误差，避免间隙的加工误差对天线的影响。

具体工作过程中，当开关S1、开关S2、开关S3均在断开状态时，各辐射单元之间通过对应的耦合枝节进行耦合，例如主辐射单元110与辐射单元120通过耦合枝节171进行 耦合，主辐射单元110与辐射单元130通过耦合枝节173进行耦合，辐射单元120与辐射 单元130通过耦合枝节172进行耦合，此时的天线处于第一状态，即状态1，处于状态1 的天线可理解为耦合环天线，其产生的辐射方向图为水平全向辐射方向图；

当开关S1、开关S2、开关S3均在连接状态时，主辐射单元110与辐射单元120、主 辐射单元110与辐射单元130、辐射单元120与辐射单元130均处于电连接状态，此时的 天线处于第二状态，即状态2，处于状态2的天线可理解为传统环天线，其产生的辐射方 向图为Broadside辐射方向图(亦即端射辐射方向图)。

请参见图3，图3为本申请实施例的天线的结构示意图，图3所示天线的结构与图1所示天线的结构基本相同，其不同之处在于，匹配器件(例如电感L1、电感L2与电感L3) 以及子开关单元(例如开关S1、开关S2与开关S3)设于对应的间隙外，具体的，以电感 L1与开关S1为例，电感L1与开关S1串联后的一端连接于主辐射单元110靠近间隙141 的区域且位于环形辐射体的内周侧，电感L1与开关S1串联后的另一端连接于辐射单元120 靠近间隙141的区域且位于环形辐射体的内周侧。当然，本领域技术人员可以理解的是， 串联后的开关与电感可以设于环形辐射体的内周侧，也可以设于环形辐射体的外周侧，在 此并不对本申请的保护范围产生限定作用。应可理解，图3和图1的方案可以结合，例如 部分开关与电感设于对应的间隙外，另部分开关与电感设于对应的间隙内。

请参见图4～图5c，图4为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的结构示意 图。图5a为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的立体结构示意图。图5b为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的正面结构示意图。图5c为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的背面结构示意图。

如图4所示，本申请实施例还提供了一种电子设备300，包括天线承载板310与上述任一实施方式涉及的天线100，天线100设于天线承载板310。具体的，如图5a～图5c所 示，天线承载板310具有第一表面311，以及与第一表面311相背的第二表面312(请参见 图5c)，环形辐射体设于天线承载板310的第一表面311。其中天线100的环形辐射体可 以是采用激光直接成型工艺(LDS—Laser Direct Structuring)或FPC板贴覆于第一表面311 的，也可以是采用蚀刻工艺集成于天线承载板310的第一表面311的，还可以是设于天线 承载板310的金属结构件。

在本实施例中，如图5c所示，耦合枝节设于天线承载板310的第二表面312。

具体的，耦合枝节172沿环形辐射体周向延伸方向上的长度分别大于其余耦合枝节(例 如耦合枝节171与耦合枝节173)沿环形辐射体周向延伸方向上的长度，这样能够改善耦 合环模磁场的不平衡，进而能够激励较为纯粹的耦合环模，使天线的电磁场、电流分布更 均匀，让处于不同状态的天线(例如各辐射单元之间均处于电连接状态或各辐射单元之间 均处于未电连接状态)产生的辐射方向图互补性更佳。

更为具体的，若采用弧形耦合枝节，耦合枝节172沿环形辐射体周向延伸方向所呈角 度为28°，耦合枝节171沿环形辐射体周向延伸方向所呈角度为19°，耦合枝节171沿环形辐射体周向延伸方向所呈角度为19°。当然，本领域技术人员可以理解的是，根据天线的 实际工作需要，上述角度的选择也可以是其他角度。

进一步的，天线承载板可例如是PCB板或电介质板，若采用电介质板，电介质板的介 电常数为2.65，电介质板的厚度为1mm。

为满足电子设备设计与使用需求，本申请提供了一种可参考的环形辐射体与天线承载 板的尺寸匹配参数，例如，环形辐射体的内径R1可以为14mm，环形辐射体的外径R2可以为18mm，天线承载板310的外径可以为22mm。当然，本领域技术人员可以理解的是， 为满足电子设备的不同使用与设计需求，以上参数还可以是其他数值。

进一步的，请参见图6，图6为本申请实施例的路由器的结构示意图。上述任一实施方式涉及的电子设备可以是路由器，其他实施方式中，也可以是智能家居、智能手表等电子设备。

采用全波电磁仿真软件CST对本实施例中的所提供的电子设备进行仿真分析并获得 了如图7～图8所示的效果曲线图。其中，下文所描述的状态1与状态2均可参照以下理解： 状态1为所有开关全部在断开状态的状态，状态2为所有开关全部在连接状态的状态，且 天线激励环天线的一倍波长模式。

获取图7～图8所示的曲线图的仿真效果如下表1所示(请结合图1、图5a～图5b予以 理解)：

表1

请参见图7～图8，图7为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线的S参数对比的效果曲线图，图8为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线的辐射效率和系统效率(即效率)对比的效果曲线图；

在图7中，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示S11幅度值，单位为dB。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，具体的， S11值越小，表征天线回波损耗越小，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。

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。

从图7中可以看出，在2.4GHz～2.5GHz频段内，处于状态1的天线的S11值约为 -12dB～-10dB，小于-6dB，处于状态2的天线的S11值约为-9.2dB～-8.9dB，也小于-6dB， 且，处于状态1的天线与处于状态2的天线的谐振频率均为2.45GHz，进一步的，还可以 看出，在该工作频段2.4GHz～2.5GHz内，处于状态1的天线的S11参数优于处于状态2的 天线的S11参数。

在图8中，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示天线的辐射效率与系统效率，其中，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。系统效率是考虑天线端口匹配后的实际效率，即天线的系统效率为天线的实际效率(即效率)。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。

从图8可以看出，在工作频段为2.4GHz～2.5GHz时，处于状态1的天线的辐射效率为 -0.1dB～0dB，系统效率为-0.7dB～-0.3dB，处于状态2的天线的辐射效率为-0.01dB～0dB，系 统效率为-0.7dB～-0.6dB。由此可知，工作频段为2.4GHz～2.5GHz时，处于状态2的天线与 处于状态1的天线的辐射效率趋同，处于状态1的天线相较于处于状态2天线的系统效率 提高了0.3dB。

请参见图9a～图9c，图9a、图9b和图9c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

在图9a中，箭头表示天线的环形辐射体上的电流方向，从图9a中可以看出，处于状态1的天线，能够产生自靠近馈源的正极位置处流向靠近馈源的负极位置处的环形电流。在图9b中，颜色越深，表征电场强度越强，从图9b可以看出，靠近馈电位置处的辐射单 元辐射的电场强度相对于远离馈电位置处的辐射单元辐射的电场强度更大。在图9c中，颜 色越深，表征磁场强度越强。从图9c可以看出，处于状态1的天线，在水平面上(即与天 线承载板平行的平面上)各方向辐射的磁场强度较为均匀。

请参见图10a～图10c，图10a、图10b、图10c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

在图10a中，箭头表示天线的环形辐射体上的电流方向，从图10a中可以看出，处于状态2的天线，能够产生分别自开关S1流向开关S3的第一电流与第二电流，其中，第一 电流流经环形辐射体的上半程，第二电流流经环形辐射体的下半程，且第一电流与第二电 流的流向相反。在图10b中，颜色越深，表征电场强度越强。本实施方式中，主辐射单元 在环形辐射体上部，从图10b中可以看出，关于环形辐射体中心线(如图中虚线所示)对 称且远离该中心线的左右两部分电场强度较强，沿环形辐射体的周向方向，靠近环形辐射 体中心线的部分电场强度较弱。其中，上述环形辐射体的中心线为经过缝隙113中点的中 心线。在图10c中，颜色越深，表征磁场强度越强，从图10c可以看出，处于状态2的天 线，在水平面上(即与天线承载板平行的平面上)各方向辐射的磁场强度不均。

请参见图11a～图11b，图11a、图11b分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向三维图，天线的工作频率为2.45GHz，其中，颜 色越深，表征辐射强度越强。从图11a中可以看出，处于状态1的天线在水平面(即XOY 面，与天线承载板平行的面)上产生的辐射强度较强，且较为均匀，在Z轴方向(即与天 线承载板垂直的方向)上存在凹点(即辐射强度非常低的点)。从图11b中可以看出，处 于状态2的天线在Z轴方向上产生的辐射强度较强，在X轴方向上产生的辐射强度较弱。

请参见图12a～图12c，图12a-图12c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向二维对比图；其中，图12a为XOZ面上的辐射 方向二维对比图，图12b为YOZ面上的辐射方向二维对比图，图12c为XOY面上的辐射 方向二维对比图。

请参看图12a，并结合图11a与图11b，处于状态1的天线在X轴方向上的辐射强度较强，在Z轴方向上的辐射强度较弱，处于状态2的天线在X轴方向上的强度较弱，在Z 轴方向上的辐射强度较强。

请参看图12b，并结合图11a与图11b，处于状态1的天线在Y轴方向上的辐射强度较强，在Z轴方向上的辐射强度较弱，且较不均匀。处于状态2的天线在YOZ面上的辐 射强度较强，且较为均匀。

请参看图12c，并结合图11a与图11b，处于状态1的天线在XOY面上的辐射强度较强，且较均匀。处于状态2的天线在在X轴上的辐射强度较弱，且较不均匀，在Y轴上的 辐射强度较强，但较不均匀。

由上述对比分析可知，处于状态1的天线能够产生水平全向辐射方向图，且辐射强度 较为均匀，在Z轴上存在凹点(即辐射强度非常低的点)，处于状态2的天线能够产生Broadside辐射方向图，且在Z轴上的辐射强度较强。可见，本申请通过开关电路能够使天线在状态1、状态2分别产生不同且互补的辐射方向图，进而提高天线的辐射方向的空间 覆盖能力，为实现天线的辐射方向全向覆盖奠定了基础。

请参见图13a～图13c，图13a-图13c为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，其中仿真效果测试时采用球面坐标系。其中，颜色越 深，表示电场强度越强。天线的极化，指天线辐射时形成的电场强度的方向，极化电磁波的电场方向称为极化方向。

图13a为处于状态1时的天线极化方向全向矢量图，从图13a可以看出，极点位于Z轴方向，其中，极点可理解为球坐标系中的北极点，图13b为处于状态1的天线在角度Theta(θ)方向(角度θ位于笛卡尔坐标系的XOZ面上)上的极化分量，也就是说，图13b能 够表征出处于状态1的天线在XOZ面上的极化分量，图13c为处于状态1的天线在角度 Phi

其中，角度Phi

关于角度Theta(θ)与角度Phi

其中，r可理解为笛卡尔坐标系内任意一点，其到笛卡尔坐标系原点的距离也用r表示。

需要说明的是，由于本实施例的天线产生的电流是平行于水平面的(具体可参照前文 以及图9a、图10a理解)，因此，本实施例的天线极化方式为线极化，线极化指的是电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波，当天线的辐射单元的电流方向是平行于地面或垂直于地面时，该天线的极化方式即为线极化。从图13a与图13c可以看出，处于状态1的天 线在角度

请参见图14a～图14c，图14a～图14c为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系。

图14a为处于状态2时的天线极化方向全向矢量图，从图14a可以看出，极点位于X轴方向。图14b为处于状态2的天线在角度Theta(θ)方向(角度θ位于笛卡尔坐标系的 XOZ面上)的极化分量，图14c为处于状态2的天线在角度

从图14a与图14c可以看出，处于状态2的天线在角度Theta(θ)方向上的极化分量基本与天线极化方向全向矢量图一致，因此，处于状态2的天线电场远场主分量为E

其中，角度

关于角度Theta(θ)与角度

其中，r可理解为笛卡尔坐标系内任意一点，其到笛卡尔坐标系原点的距离也用r表示。

请参见图15，图15为本申请实施例的天线的结构示意图，其中，耦合枝节设于环形辐射体的内周侧，辐射单元的数量为3个。本申请实施例的天线100A的结构基本与本申 请实施例所提供的天线100的结构相同，其不同之处在于，耦合枝节(例如耦合枝节171A、 耦合枝节172A、耦合枝节173A)与环形辐射体(包括主辐射单元110A、辐射单元120A 与辐射单元130A)设于同一平面上且位于环形辐射体的内周侧或外周侧，或可理解为：以 平行于环形辐射体轴线的平面为投影面，各耦合枝节(例如耦合枝节171A、耦合枝节172A、 耦合枝节173A)在投影面的投影与环形辐射体在投影面上的投影至少部分重叠，具体的， 在本实施例中，耦合枝节设于环形辐射体的内周侧。

其中，沿平行于环形辐射体的方向，耦合枝节与相邻的辐射单元重叠的部分越多，会 使得对应的辐射单元之间的耦合程度更大，耦合枝节沿环形辐射体径向延伸方向的长度(或可理解为为耦合枝节的宽度)越大，对应的辐射单元之间的耦合程度越大，进一步的，沿平行于环形辐射体的方向，耦合枝节与环形辐射体之间的间距越短，对应的辐射单元之间的耦合程度越大。本实施例中，提供了一种举例的尺寸设计选型，具体如下：

环形辐射体的内径R1为13mm，环形辐射体的外径R2为17mm，耦合枝节内径R4 为9mm，耦合枝节外径R5为12mm，耦合枝节的外周边缘到环形辐射体内周边缘的距离 D为1mm，耦合枝节沿环形辐射体径向上的尺寸W(或可理解为耦合枝节的宽度)为3mm。

具体工作过程中，当开关S1

当开关S1

请参见图16，图16为本申请实施例的电子设备中天线与天线承载板的正面结构示意 图。

如图16所示，本申请实施例还提供了一种电子设备300A，包括天线承载板310A与上述实施例各实施方式所涉及的天线100A，天线100A设于天线承载板310A。

通过将耦合枝节设于环形辐射体的内周侧或外周侧，能够在环形辐射体(例如主辐射 单元110A、辐射单元120A、辐射单元130A)设于天线承载板时，使任意两个辐射单元之间的耦合程度仅通过耦合枝节与辐射单元本身进行调节，与天线承载板厚度解耦(即与天线承载板的厚度无关)，进而减小设计复杂程度。

采用全波电磁仿真软件CST对本实施例中所提供的电子设备进行仿真分析，获得了如 图17～图18所示的效果曲线图。其中，下文所描述的状态1与状态2均可参照以下理解： 状态1为所有开关全部在断开状态的状态，状态2为所有开关全部在连接状态的状态，且 天线激励环天线的一倍波长模式。

获取图17～图18所示的曲线图的仿真效果如下表2所示(请结合图15和图16予以理 解)：

表2

请参见图17～图18，图17为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效 果测试时获得的天线的S参数对比的效果曲线图；图18为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线的辐射效率和系统效率(即效率)对比的 效果曲线图。

从图17中可以看出，在2.4GHz～2.5GHz频段内，处于状态1的天线的S11值约为 -9.8dB～-8.9dB，处于状态2的天线的S11值约为-11dB～-9.91dB，且处于状态1的天线与处于状态2的天线的谐振频率均为2.45GHz，还可以看出，在该工作频段2.4GHz～2.5GHz内，处于状态2的天线的S11参数优于处于状态1的天线的S11参数。

从图18可以看出，在工作频段为2.4GHz～2.5GHz时，处于状态1的天线的辐射效率约为-0.1dB～-0dB，系统效率约为-1dB～-0.8dB，处于状态2的天线的辐射效率约为 -0.1dB～-0.09dB，系统效率约为-0.6dB～-0.5dB。由此可知，工作频段为2.4GHz～2.5GHz时， 处于状态2的天线与处于状态1的天线的辐射效率趋同，处于状态2的天线相较于处于状 态1天线的系统效率提高了0.4dB。

请参见图19a～图19c，图19a、图19b和图19c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

从图19a中可以看出，处于状态1的天线，能够产生自靠近馈源的正极位置处流向靠 近馈源的负极位置处的均匀且同向的环形电流。从图19b可以看出，靠近馈电位置处的辐 射单元辐射的电场强度相对于远离馈电位置处的辐射单元辐射的电场强度更大。从图19c 可以看出，处于状态1的天线，在水平面上(即与天线承载板平行的平面上)各方向辐射的磁场强度较为均匀。

并且，将图19a～图19c与本申请实施例中的图9a～图9c分析对比，不难看出，相较于 图1的天线结构，采用图15的天线结构激励的耦合环模(即处于状态1时的天线)更为 纯粹，其电磁场、电流分布更均匀，并且，天线处于状态1下的辐射方向图与处于状态2 下的辐射方向图互补性更好。

请参见图20a～图20c，图20a、图20b、图20c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。其与图1天线结构的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分 布图相类似，此处不再赘述。

请参见图21a～图21b，图21a、图21b分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向三维图，其与图1天线结构的辐射方向三维图相类似，此处不再赘述。

请参见图22a～图22c，图22a-图22c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向二维对比图；其与图1天线结构的辐射方向二维对比图相类似，此处不再赘述。

请参见图23a～图24c，图23a-图23c为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，图24a～图24c为本申请实施例的天线在状态2下进行 仿真效果测试时获得的天线极化方向矢量图，其中仿真效果测试时采用球面坐标系。其与 图1天线结构的天线极化方向矢量图相类似，此处不再赘述。

请参见图25a，图25a为本申请实施例的天线的结构示意图，其中辐射单元的数量为4 个。本申请实施例的天线100B的结构基本与实施例所提供的天线100的结构相同，其不同之处在于，辐射单元的数量为4个，对应的，开关的数量为4个，电感的数量也为4个。

具体的，4个开关包括沿环形辐射体的周向顺时针分布的开关S1

其中，开关S1

请参见图25b～图25e，图25b为本申请实施例的天线状态1下的电流流向示意图，图 25c为本申请实施例的天线状态2下的电流流向示意图，图25d为本申请实施例的天线状态3下的电流流向示意图，图25e为本申请实施例的天线状态4下的电流流向示意图。

状态1为：主辐射单元110B接入馈源200B，且开关S1

状态2为：主辐射单元110B接入馈源200B，且开关S1

状态3为：主辐射单元110B接入馈源200B，且开关S1

状态4为：主辐射单元110B接入馈源200B，且开关S2

本实施例提供的天线，能够通过控制各开关的在连接状态与断开状态之间切换，使天 线处于不同的天线状态，例如当开关全部在断开状态(即状态1)时，天线可理解为耦合 环天线，当开关全部在连接状态(即状态2)时，天线可理解为传统环天线的一倍波长模，当开关S1

当然，本领域技术人员可以理解的是，针对4个开关的实施方式中，最多能够组合出 16(2

请参见图25a～图26，本实施例还提供了一种电子设备300B，包括天线承载板310B与上述任一实施方式涉及的天线100B。天线100B设于天线承载板310B。

进一步的，为了更好的调节天线在不同状态线下的阻抗，本实施例提供的电子设备还 包括反对称馈电网络，反对称馈电网络用于实现反对称馈电，包括：第一微带线321B与 第二微带线322B，第一主辐射单元111B通过第一微带线321B连接于馈源200B的负极，第二主辐射单元112B通过第二微带线322B连接于馈源200B的正极，当然，本领域技术 人员可以理解的是，第一微带线321B与第二微带线322B的位置可以调换，在此并不对本 申请的保护范围产生限定作用。

进一步的，本实施例提供的电子设备还包括可调电容C，可调电容连接于馈源200B与主辐射单元110B之间，其能够通过调节电容的参数调节不同状态下天线的输入阻抗。 具体地，可调电容C设于微带线322B上。电容具体参数选择可根据天线的实际使用需求 进行选择，本实施例提供一种可参考的参数选型，具体如下：

当天线处于状态1时，电容的参数选择可以为0.75pF，当天线处于状态2、状态3、状态4时，电容的参数选择可以为2.7pF。具体关于天线的状态1、状态2、状态3与状态 4请参照前文理解。

具体的，如图27a～图27c所示，天线承载板310B具有第一表面311B，以及与第一表面311B相背的第二表面312B(请参见图27c)，环形辐射体设于天线承载板310B的第一 表面311B。在本实施例中，如图27c所示，耦合枝节设于天线承载板310B的第二表面312B。

具体的，本实施例中，提供了一种举例中耦合枝节的尺寸设计选型，具体如下：

耦合枝节171B、耦合枝节172B、耦合枝节173B、耦合枝节174B沿环形辐射体周向延伸方向所呈角度均为30°。

本实施例提供的天线，能够通过多个开关分别在连接状态与断开状态之间切换，使天 线能够在至少四种天线状态之间切换，产生至少四种不同的辐射方向图，且四种辐射方向 图具有良好的互补性，极大的提高了天线的辐射空间覆盖能力。

采用全波电磁仿真软件CST对本实施例中所提供的电子设备进行仿真分析，获得了如 图28～图29所示的效果曲线图。

获取图28～图29所示的曲线图的仿真效果如下表1所示(请结合图25a以及图26予以理解)：

表3

请参见图28～图29，图28为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时获得的天线的S参数对比的效果曲线图，图29为本申请实施 例的天线分别在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时获得的天线的辐射 效率和系统效率(即效率)对比的效果曲线图；其中，状态1为各子开关单元全部在断开 状态的状态，即：天线中的开关S1

从图28中可以看出，在2.4GHz～2.5GHz频段内，处于状态1的天线的S11值约为 -12dB～--5dB，处于状态2的天线的S11值约为-18dB～-12.8dB，处于状态3的天线的S11 值约为--9dB～--6.5dB，处于状态4的天线的S11值约为--9dB～--6.5dB。并且，还可以看出，在该工作频段2.4GHz～2.5GHz内，处于状态2的天线的S11参数优于处于状态1的天线的S11参数，处于状态1的天线的S11参数优于处于状态3的天线的S11参数，处于状态3 的天线的S11参数与处于状态4的天线的S11参数趋同。

从图29可以看出，在工作频段为2.4GHz～2.5GHz时，处于状态1的天线的辐射效率约为-0.1dB～-0dB，系统效率约为-2.4dB～-0.2dB，处于状态2的天线的辐射效率为趋于0，系统效率约为-0.5dB～-0dB，处于状态3的天线的辐射效率趋于0，系统效率约为 -1.5dB～-0.4dB，处于状态1的天线的辐射效率为趋于0，系统效率为-1.5dB～-0.4dB。

由此可知，工作频段为2.4GHz～2.5GHz时，处于状态1、状态2、状态3、状态4下 的天线的辐射效率基本趋同，处于状态2下的天线的系统效率最优，相较于状态1下的天 线的系统效率提高了1.9dB，状态1下的天线的系统效率优于状态3、状态4下的天线的系 统效率。

请参见图30a～图30c，图30a、图30b和图30c分别为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

从图30a中可以看出，处于状态1的天线，能够产生自靠近馈源的正极位置处流向靠 近馈源的负极位置处的均匀且同向的环形电流。从图30b中可以看出，靠近馈电位置处的 辐射单元辐射的电场强度相对于远离馈电位置处的辐射单元辐射的电场强度更大。从图 30c可以看出，处于状态1的天线，在水平面上(即与天线承载板平行的平面上)各方向辐射的磁场强度较为均匀。

请参见图31a～图31c，图31a、图31b、图31c分别为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

从图31a中可以看出，处于状态2的天线，能够产生第一电流与第二电流，其中，沿垂直于辐射体的方向，第一电流逆时针流经环形辐射体的上半程，第二电流顺时针流经环形辐射体的下半程。本实施方式中，主辐射单元在环形辐射体上部，从图31b中可以看出，关于环形辐射体中心线(如图中虚线所示)对称且远离该中心线的左右两部分电场强度较强，沿环形辐射体的周向方向，靠近环形辐射体中心线的部分电场强度较弱。其中，上述 环形辐射体的中心线为经过缝隙113中点的中心线。从图31c可以看出，处于状态2的天 线，在水平面上(即与天线承载板平行的平面上)各方向辐射的磁场强度不均。

请参见图32a～图32c，图32a、图32b、图32c分别为本申请实施例的天线在状态3下进行仿真效果测试时获得的天线局部电流分布图、天线局部电场分布图、天线局部磁场分布图。

从图32a中可以看出，处于状态3的天线，能够产生自开关S2

在图33a中，从图33a中可以看出，处于状态4的天线，能够产生自开关S1

请参见图34a～图34d，图34a、图34b、图34c、图34d分别为本申请实施例的天线在状态1、状态2、状态3、状态4下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向三维图，从图 34a中可以看出，处于状态1的天线在水平面(即XOY面，与天线承载板平行的面)上产 生的辐射强度较强，且较为均匀，在Z轴方向(即与天线承载板垂直的方向)上存在凹点 (即辐射强度非常低的点)。从图34b中可以看出，处于状态2的天线在Z轴方向上产生 的辐射强度较强，在X轴方向上产生的辐射强度较弱。

从图34c中可以看出，处于状态3的天线在将Y轴逆时针旋转45°的方向上产生的辐射强度较强，在垂直于该方向上产生的辐射强度较弱。

从图34d中可以看出，处于状态4的天线在将Y轴顺时针旋转45°的方向上产生的辐射强度较强，在垂直于该方向上产生的辐射强度较弱。

可见，本实施例提供的天线，能够通过控制各开关的在连接状态与断开状态之间切换， 使天线处于不同的天线状态，例如当开关全部在断开状态(即状态1)时，天线可理解为 耦合环天线，当开关全部在连接状态(即状态2)时，天线可理解为传统环天线的一倍波长模，当开关S1

请参见图35a～图35c，图35a-图35c为本申请实施例的天线分别在状态1、状态2下进行仿真效果测试时获得的天线辐射方向二维对比图；其中，图35a为XOZ面上的辐射 方向二维对比图，图35b为YOZ面上的辐射方向二维对比图，图35c为XOY面上的辐射 方向二维对比图。

请参看图35a，并结合图34a与图34b，处于状态1的天线在X轴方向上的辐射强度较强，在Z轴方向上的辐射强度较弱，处于状态2的天线在X轴方向上的强度较弱，在Z 轴方向上的辐射强度较强。

请参看图35b，并结合图34a与图34b，处于状态1的天线在Y轴方向上的辐射强度较强，在Z轴方向上的辐射强度较弱，且较不均匀。处于状态2的天线在YOZ面上的辐 射强度较强，且较为均匀。

请参看图35c，并结合图34a与图34b，处于状态1的天线在XOY面上的辐射强度较强，且较均匀。处于状态2的天线在在X轴上的辐射强度较弱，且较不均匀，在Y轴上的 辐射强度较强，但较不均匀。

由上述对比分析可知，本实施例中，处于状态1的天线能够产生水平全向辐射方向图， 且辐射强度较为均匀，在Z轴上存在凹点(即辐射强度非常低的点)，处于状态2的天线能够产生Broadside辐射方向图，且在Z轴上的辐射强度较强。处于状态3的天线能够产 生Broadside辐射方向图，且在Y轴逆时针旋转45°的方向上产生的辐射强度最强，处于状 态4的天线能够产生Broadside辐射方向图，且在Y轴顺时针旋转45°的方向上产生的辐射 强度最强。可见，本申请通过开关电路能够使天线在状态1、状态2、状态3、状态4下分 别产生不同且互补的辐射方向图，进而提高天线的辐射方向的空间覆盖能力，为实现天线 的辐射方向全向覆盖奠定了基础。

请参见图36a～图36c，图36a-图36c为本申请实施例的天线在状态1下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，其中仿真效果测试时采用球面坐标系。

图36a为处于状态1时的天线极化方向全向矢量图，从图36a可以看出，极点位于Z轴方向，图36b为处于状态1的天线在角度Theta(θ)方向(角度θ位于笛卡尔坐标系的 XOZ面上)上的极化分量，图36c为处于状态1的天线在角度

请参见图37a～图37c，图37a～图37c为本申请实施例的天线在状态2下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图37a为处于状态2时的天线极化方向全向矢量图，从图37a可以看出，极点位于X轴方向。图37b为处于状态2的天线在角度Theta(θ)方向(角度θ位于笛卡尔坐标系的 XOZ面上)的极化分量，图37c为处于状态2的天线在角度

从图37a与图37c可以看出，处于状态2的天线在角度Theta(θ)方向上的极化分量基本与天线极化方向全向矢量图一致，因此，处于状态2的天线电场远场主分量为E

由于Theta(θ)方向与X轴一致，因此，天线的极化方向为Ex线极化。

其中，关于角度θ、角度

请参见图38a～图38c，图38a～图38c为本申请实施例的天线在状态3下进行仿真效果 测试时获得的天线极化方向矢量图，其中，仿真效果测试时采用球面坐标系；

图38a为处于状态3时的天线极化方向全向矢量图，从图38a可以看出，极点位于X轴顺时针旋转45°方向。图38b为处于状态3的天线在角度Theta(θ)方向(角度θ位于将 笛卡尔坐标系的XOZ面绕Z轴顺时针旋转45°的面上)的极化分量，图38c为处于状态3 的天线在角度

从图38a与图38c可以看出，处于状态3的天线在角度Theta(θ)方向上的极化分量基本与天线极化方向全向矢量图一致，因此，处于状态3的天线电场远场主分量为E

由于Theta(θ)方向与X轴顺时针旋转45°的方向一致，因此，天线的主极化方向为+45°线极化。

其中，关于角度θ、角度

图39a为处于状态4时的天线极化方向全向矢量图，从图39a可以看出，极点位于X轴逆时针旋转45°的方向。图39b为处于状态4的天线在角度Theta(θ)(角度Theta(θ) 位于将笛卡尔坐标系的XOZ面绕Z轴逆时针旋转45°的面上)的极化分量，图39c为处于 状态3的天线在角度

从图39a与图39c可以看出，处于状态4的天线在角度Theta(θ)方向上的极化分量基本与天线极化方向全向矢量图一致，因此，处于状态4的天线电场远场主分量为E

由于Theta(θ)方向与X轴逆时针旋转45°的方向一致，因此，天线的主极化方向为-45°线极化。

其中，关于角度θ、角度

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和 范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内， 则本申请也意图包含这些改动和变型在内。