具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种超宽带缝隙耦合的天线。图2为本发明实施例的一种天线的立体结构示意图,如2所示,该天线20与导电基板202相连接,包括:
第一辐射体201,所述第一辐射体201形成为封闭的金属环;
馈点203,一端连接所述第一辐射体201,另一端连接所述导电基板202;
第二辐射体204,所述第二辐射体204形成为封闭的或具有开口的金属环,所述第二辐射体204按照预设的距离与所述第一辐射体201相邻,且所述第一辐射体201和所述第二辐射体204之间形成有缝隙。
具体地,所述缝隙用于耦合所述第一辐射体201和所述第二辐射体204。
其中,第一辐射体201形成为封闭的金属环,环的形状可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形、平行四边形、正六边形或其它规则或不规则的多边形。
第一辐射体201可以形成为环状的立体结构,如图2所示;也可以形成为环状的平面结构,例如可以从一方形金属薄板的四个边沿向内延伸一固定距离,以定位出别一尺寸较小的方形金属薄板,然后将该尺寸较小的方形金属薄板裁减出来,以得到一个中空的封闭金属方形环。
第一辐射体201采用的材料可以为常规的金属材料,例如可以为FPC(Flexible Printed Circuit,柔性印刷电路板)或不锈钢、洋白铜、磷青铜等金属材料。本领域技术人员可以理解,上述FPC上是布有导体的,例如镀有金属。
第一辐射体201采用的制造工艺例如可以为:冲压、折叠、焊接、金属喷涂等。第一辐射体201可以为一体成型,也可以为经过多道工艺后形成。
上述导电基板202,可以为PCB或FPC电路板,其作为无线通信装置的一部分,用于承载各种电子元器件并向上述第一辐射体201提供工作电能。
馈点203,其作为天线馈点,用于提供导电基板202和第一辐射体201之间的电流传输路径,使导电基板202可以通过馈点203向第一辐射体201馈电。馈点203可以形成在导电基板202上,然后与第一辐射体201连接,也可以形成第一辐射体201上,然后与导电基板202连接。
其中,导电基板202可以是印刷电路板(Printed Circuit Board),本领域技术人员可以理解,这里说“导电基板”并不意味着基板202本身的材质必须是导电的,也可以是其上布有导体(例如金属)的绝缘材质的板。
其中,上述第二辐射体204可以采用与上述第一辐射体201相同的形状、材料、工艺而形成。通过调整第二辐射体204和第一辐射体201的尺寸、空间位置关系或形状,可以调整两者间形成的缝隙的长短、宽窄、形状等。例如第二辐射体204所包围的部分与第一辐射体201所包围的部分间可以形成重叠的投影面积,可以是全部重叠或部分重叠,从而当形成有较多的重叠投影面积时,可以扩展上述缝隙的长度或宽度;当形成有较少的重叠投影面积部分时,可以缩短上述缝隙的长度或宽度。第二辐射体204在长度方向的尺寸可以长于、等于或短于第一辐射体201。
第二辐射体204与述第一辐射体201大致成相邻平行并列布置,以使两者之间形成的缝隙宽度呈等距状态。两者之间的预设距离可选地为1mm,也可以设置为更宽或更窄,但缝隙宽度不宜太宽,否则电流无法从第一辐射体201耦合到第二辐射体204。等距的缝隙会使本发明实施例的天线的生产加工更加容易。可选地,第二辐射体204也可以布置成与第一辐射体201形成一定的夹角,此时两者之间形成的缝隙的宽度呈不等距状态。
可选地,第二辐射体204和第一辐射体201的相重叠的表面可以设置成为呈现具有多个锯齿状、圆弧状、方波状的突起结构或凹陷结构,上述突起结构和凹陷结构可以被配合设置,例如在第一辐射体201的表面上设置突起结构,相应地在第二辐射体204的对应于上述突起结构的位置处,设置有凹陷结构,以保持上述缝隙的宽度呈现等距状态;可选地,上述突起结构或凹陷结构可以是在第二辐射体204和第一辐射体201的相重叠的表面上随机设置。
可选地,第二辐射体204也可以形成为具有一个开口,以使上述第二辐射体204呈现为不封闭的状态。
第一辐射体201和第二辐射体204之间形成有缝隙,该缝隙用于耦合第一辐射体201和第二辐射体204。上述耦合是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;概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。
本发明实施例的天线实现缝隙耦合的工作原理为:彼此靠近的两片金属之间会形成分布电容(distributed capacitance)。对于一定频率的高频电流来说,这个分布电容为其提供了一个通路,位移电流(displacement current)可以通过该通路从其中一片金属流到另一片金属上。也就是说电流通过该缝隙,从一片金属耦合到了另一片金属上。
具体地,第二辐射体204的开口处也可以形成分布电容。
上述第一辐射体201和/或所述第二辐射体204所处平面,可以垂直或平行于上述导电基板202所处平面,可选地,也可以配置成倾斜等其它位置关系。
可选地,第一辐射体201或第二辐射体204各自的较长的边沿均可以被弯曲以形成为圆弧状,优选地,第一辐射体201形成的圆弧半径小于第二辐射体204形成的圆弧半径。
可选地,本发明实施例的天线还可以包括天线支架,天线可以采用印制在PCB上,也可以采用PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)、ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene,工程塑料)、陶瓷等作为支架,以支撑或固定本发明实施例的天线,具体地可以用于支撑上述第一辐射体和第二辐射体。
本发明实施例的天线在解决SAR(Specific Absorption Rate,比吸收率),即对人脑辐射强度时,具有以下有益的技术效果:
由于本发明实施例的天线是采用缝隙耦合方式,所以电磁能量较为均匀地分布在整个缝隙之间,而不是像传统天线那样集中在天线的某个位置。因此本发明实施例的天线对人脑的辐射也相对均匀地分布在较大范围内,减小了因局部的辐射过大对人脑造成损害。
第一辐射体201和第二辐射体204通过两者之间的缝隙耦合方式,使本发明实施例的天线具有超宽带宽,其工作频段为从824MHz到2484MHz,覆盖了目前终端设备常用的GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS2100、GPS及Bluetooth等频段。其中GSM(Global System for Mobile Communications,全球移动通信系统)的两个常用频率为850MHz和900MHz,DCS(DigitalCommunication System,数字通信系统)的频段范围为1710~1880MHz,PCS(Personal Communication System,个人通信系统)频段范围为1850~1990MHz,UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用移动通讯系统)的频率为2100MHz,GPS(Global Positioning System,全球定位系统)的频段范围为1575MHz±2MHz,Bluetooth(工业、科学、医学频段)的频段范围为2400MHz~2484MHz。
可选地,本发明实施例的天线20还可以包括多个辐射体,其大体形成如第一辐射体201和第二辐射体204之间的配置方式。
本发明实施例还提供了另一种天线。图3为本发明实施例的又一种天线的立体结构示意图。如3所示,该天线30与导电基板302相连接,该天线30包括:
第一辐射体301,所述第一辐射体301形成为封闭的金属环;
馈点303,一端连接所述第一辐射体301,另一端连接所述导电基板302;
第二辐射体304,所述第二辐射体304形成为封闭的或具有开口的金属环,所述第二辐射体304按照预设的距离与所述第一辐射体301相邻,且所述第一辐射体301和所述第二辐射体304之间形成有缝隙,所述缝隙用于耦合所述第一辐射体301和所述第二辐射体304;
至少一个连接金属片305,设置于所述第一辐射体301和所述第二辐射体304之间,用于连接所述第一辐射体301和所述第二辐射体304。
具体地,连接金属片305可以设置于第一辐射体301和第二辐射体304之间的任意位置。连接金属片305可以与第一辐射体301和第二辐射体304是一体形成的,也可以是通过焊接方式将其一端连接第一辐射体301,另一端连接第二辐射体304。
连接金属片305用于提供另一条电流路径,例如,电流从导电基板302流出,通过馈点303后到达第一辐射体301,然后,通过连接金属片305传输至第二辐射体304,因此该连接金属片305可以使电流在第一辐射体301与第二辐射体304之间直接流动。连接金属片305允许824MHz至2484MHz之间的全频段信号通过,从而使所述天线呈现824MHZ至960MHz的GSM频段、1.575GHz的GPS频段、1.71GHz至1.88GHz的DCS频段、1.85GHz至1.99GHz的PCS频段以及2.4GHz的Bluetooth等频段的频率特性。
可选地,还可以在第一辐射体301与第二辐射体304之间设置多个连接金属片305。
本发明实施例还提供了又一种天线,图4为本发明实施例的又一种天线的立体结构示意图。如4所示,该天线40的结构与图3所示的天线结构类似,也与导电基板402相连接,该天线40包括:第一辐射体401、馈点403、第二辐射体404、连接金属片405,其不同之处在于,该天线40还包括至少一个调谐元件406,设置于所述第一辐射体401和所述第二辐射体404之间,用于连接所述第一辐射体401和所述第二辐射体404,所述调谐元件包括集总参数(lumped parameter)元器件。
可选地,所述集总参数元器件可以采用电容或电感元件。当上述调谐元件为电感元件时,由于电感有选频特性,仅允许低频信号通过,而高频信号无法通过,从而可以实现满足低频带的特性要求,使所述天线呈现824MHZ至960MHz等低频段的频率响应特性。可选地,本发明实施例中可以采用常见的陶瓷电感,典型值为10nH以下,也可以适当进行调整。
可选地,当上述调谐元件为电容时,由于电容可以允许高频带信号通过,而低频带信号无法通过,从而实现高频带的特性要求,使所述天线呈现1.575GHz的GPS频段、1.71GHz至1.88GHz的DCS频段、1.85GHz至1.99GHz的PCS以及2.4GHz的Bluetooth频段等高频段的频率特性。可以采用常见的陶瓷电容,电容参数根据实际需要的工作频段进行选择,典型值为10pF以下。
采用电感、电容等集总参数元器件作为调谐元件的原理是,电感对于低频来说是通路,而对于高频来说是断路;电容对于低频来说是断路,而对于高频是通路。因此它们可以使特定的频段电流能通过,而其它频段电流不能通过。
由于采用了电容或电感作为调谐元件,从而使着天线上的电流在低频和高频时分别具有不同的传输路径,从而实现宽频,有利于扩展天线的带宽。
图5为本发明实施例的又一种天线的立体结构图。图5所示的天线与图4所示的天线类似,该天线50与导电基板502相连接,包括:第一辐射体501、馈点503、第二辐射体504、连接金属片505,其不同之处在于,还包括设置于第一辐射体501和第二辐射体504之间的多个调谐元件506-508。调谐元件506-508可以形成为多个电容、多个电感、或电容和电感的组合。
通过电容C与电感L的组合,可以形成一定的LC选频滤波器,使所需的特定频率电路通过LC滤波器。
可选地,图5所示的天线还可以包括接地点509,用于连接天线本体的第一辐射体501和导电基板502。
可选地,图5所示的天线还可以进一步包括至少两个上述辐射体,按照所述预设的距离范围间隔设置,辐射体两两之间的距离可以相等也可以不相等,且两两相邻的辐射体之间形成有用于耦合的缝隙;进一步地,还可以如图5所示,在上述多个辐射体的任意两个直接相邻的辐射体之间设置数量不限的连接金属片或调谐元件。
本发明实施例的天线,通过第一辐射体和第二辐射体之间用于耦合的缝隙、连接金属片、电感和/或电容一起,为不同频段的电流提供了不同的流通路径。不同的频段加起来形成了824MHz~2400MHz的一个很宽的频带,从而实现了超宽带。
本发明实施例还提供了一种天线,图6为本发明实施例的天线的结构示意图。如图6所示,该天线与图5所示的天线基本类似,包括天线本体和PCB,其中天线本体包括第一辐射体601、第二辐射体604、馈点603、连接金属片605和调谐元件606,其不同之处在于,图6所示的天线60在PCB 602远离天线本体的一端增加设置了延长金属物607,该延长金属物607与PCB602电连接,其形成为直线状、蛇形或其它形状的金属片、金属喷涂物或FPC,用于使所述天线的工作频率向低频偏移。该延长金属物607可以与PCB602形成为一体或分离形成,例如延长金属物607可以通过印刷方式一体印制在PCB602的未端;或者该延长金属物607可选地通过焊接、螺钉固定或金属弹片连接等方式固定在PCB602的一端,其中连接区域608可以为焊接点、螺钉或金属弹片。
可选地,上述延长金属物607与PCB602电连接方式还可以采用电容连接方式,即延长金属物607与PCB602之间并不接触,而是形成相重叠的投影区域,从而可以在高频时形成电容连接。
优选地,该延长金属物607可以形成为弯曲状,弯曲的目的一是可以充分利用空间,二是在有限的空间内可以尽量增加延长的长度。
以下说明该延长金属物607的作用:天线的尺寸直接决定了天线能够工作的最低频率范围,为了在不增大天线尺寸的前提下,使天线工作于更低的频率,可以在PCB远离天线的一端增加用于延长的蛇形或其它形状的弯曲金属片、金属喷涂物或FPC。由于PCB板与天线本体一起构成了一个完整的偶极子天线。改变PCB的尺寸,一样能够获得不同的天线频率响应特性。当增加弯曲的延长金属物后,偶极子天线的尺寸增长,从而在没有增大天线本体尺寸的前提下,获得了更低的工作频率。
图7为本发明实施例的天线的回波损耗曲线图。如图7所示,在824MHz~2400MHz,本发明实施例的天线因反射造成的损耗较低,在可接受范围内。换言之,本发明实施例的天线具有宽频特性。本发明实施例的天线可以覆盖的频率范围是800MHz-2.4GHz,在800MHz时的回波损耗值为-1.2dB左右;在1GHz时的回波损耗值为-5dB左右,在1.8GHz时的回波损耗值为-5dB左右,在2GHz时的回波损耗值为-4.4dB左右,在2.4GHz时的回波损耗值为-5.25dB左右。
综上所述,本发明实施例提供了一种可以有效展宽天线带宽的天线,从而实现了天线超宽带化。该天线在常规天线尺寸下,覆盖824MHz至2484MHz之间的全频段,从而使得手机等终端产品工作在更多频段成为可能。
同时,由于上述频段远宽于目前常规的单极子天线与PIFA天线的带宽,因此终端产品的头模、手模状态无线性能也将会有很大的改善。头模、手模会导致天线频率偏移,从而使终端性能恶化,而本发明实施例的天线由于具有较宽的带宽范围,当天线频率发生偏移时,偏移后的频率也处于本发明实施例的天线覆盖的频段范围之内,从而该天线仍然可以正常工作,有效地减小了频率偏移的影响,改善了无线性能。
另外,本发明实施例的天线实现了主天线与GPS天线等的共用,降低天线成本。其中,主天线用于各种制式,各种频段的无线通信,而GPS天线专用于GPS。由于本发明实施例的天线覆盖了GPS、Bluetooth等频段,所以可以不用额外开发专用的GPS天线和Bluetooth天线,从而节省了GPS天线和Bluetooth天线的空间,使得产品更具竞争力。
此外,由于本发明实施例的天线是采用缝隙耦合方式,所以电磁能量较为均匀地分布在整个缝隙之间,而不是像传统天线那样集中在天线的某个位置。因此本发明实施例的天线对人脑的辐射也相对均匀地分布在较大范围内,减小了因局部的辐射过大对人脑造成损害。
最后,本发明实施例的天线结构简单易行,成本较低。
本发明实施例还提供了一种无线通信装置,该无线通信装置包括上述任一实施例所描述的天线。所述无线通信装置包括但不限于下列装置中的任一种:移动通信终端、接入点(AP,Access Point)、无线上网卡(数据卡,Datacard)、固定网络与移动网络融合设备(FMC,Fixed Mobile Convergence)、移动互联网设备(MID,Mobile Internet Device)、固定台。
以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。