CN102170039A - 移动电视内置天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种移动电视内置天线系统，该天线系统设置于移动终端内；所述天线系统包括天线辐射单元、耦合电路和移动终端的电路板；所述天线辐射单元产生的谐振频率覆盖UHF频段的一部分，主要是高端部分；所述电路板作为天线系统的一部分进行辐射，通过所述耦合电路将天线辐射单元当成激励源，在移动终端的电路板上激励出相应的谐振，其谐振频率覆盖UHF频段的另一部分，主要是低端部分；整个天线系统产生双谐振的情况，从而覆盖移动电视的整个频段。本发明提出的移动电视内置天线系统，无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段，天线的效率完全达到DVB-H等标准的要求。

Description

移动电视内置天线系统

技术领域

本发明属于无线通讯技术领域，涉及一种天线系统，尤其涉及一种移动电视内置天线系统。

背景技术

移动电视针对手机和PDA等移动或手持移动终端发送电视节目或其他多媒体信息，从而成为了近年来比较热门的话题，目前广泛采用的标准有美国高通的MediaFlo，欧洲的DVB-H，以及中国的CMMB，它们都工作在UHF频段，频率范围从470MHz到860MHz，而对进行蜂窝通信的手机等，为了避免对移动通信的干扰，其频率范围则从470MHz到752MHz的范围，其特点是频率低，频带宽。天线的谐振频率和其尺寸成反比，频率越低，需要的天线尺寸越大。因此接收移动电视信号的天线的尺寸相应会很大。而移动终端日益向小型化和超薄化的趋势发展，预留给天线的体积也日益减少，所以由于尺寸的限制，在手持移动终端中设计内置式的移动电视接收天线成为挑战。

现有的技术方案主要包括以下两种：

第一种方案：采用外置拉杆天线11(请参阅图1)；通过在接收过程中调整天线的长度，使天线工作在相应的谐振频率，有较高的效率，从而得到足够的信号强度。其主要缺点是天线是外置的，在美观和机械强度方面有着致命的弱点，外置天线越来越不被终端用户所接受，并且外置天线外露于终端之外，存在着折断的风险；并且外置天线的成本很高，导致价格比较高。

第二种方案：由于移动电视工作的频率低，带宽大，因此现有的内置天线技术必须采用诸如开关、可变电容或二极管等有源器件和天线组合在一起，通过直流电压来控制有源器件的状态，使天线的谐振频率改变，从而使天线工作在电视信号相应的频率，以获得最好的信号强度。这种方案的原理图请参阅图2，图中举出了采用微波开关进行频率选择的一种方法，其他的有源控制情况没有一一在此列出。其主要缺点是有源器件会增加成本，有源器件本身的损耗较大，会直接降低天线的效率，影响信号的接收。更进一步，由于有源器件是非线性器件，它们的高次谐波分量会对移动终端上其他的无线通信比如GSM造成干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种移动电视内置天线系统，无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种移动电视内置天线系统，所述天线系统包括天线辐射单元、耦合电路和移动终端的电路板；所述天线辐射单元产生的谐振频率覆盖UHF频段的一部分，主要是高端部分；所述电路板作为天线系统的一部分进行辐射，通过所述耦合电路将天线辐射单元当成激励源，在移动终端的电路板上激励出相应的谐振，其谐振频率覆盖UHF频段的另一部分，主要是低端部分；整个天线系统产生双谐振的情况，从而覆盖移动电视的整个频段。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合电路在移动终端的电路板上耦合出相应的谐振的方法为：耦合电路通过集总式或分布式电感电容元件组成谐振电路，其谐振频率在所需覆盖的移动电视频段的频率范围内，同时根据需要还可并联或串联其他的电感或电容元件以达到阻抗匹配的目的。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合电路是一个或一个以上级联的LC并联谐振电路，它处于电路板的微波信号端口RF Port和天线的辐射单元之间。

作为本发明的一种优选方案，所述耦合电路根据需要串联一个或一个以上的电感或电容元件以达到阻抗匹配的目的。

作为本发明的一种优选方案，天线的支架采用有机磁性材料。所述有机磁性材料是人工合成的高分子材料，其磁导率大于1.

作为本发明的一种优选方案，将所述耦合电路的元件通过表面贴装的方法和天线的金属图形整合在一起，形成一个移动电视的内置天线模块。

作为本发明的一种优选方案，在电路板上只留下射频和天线之间的接口，设计时先确定电路板的设计，而天线则在后期进行调试和设计，根据不同的电路板长度和布线以及周围的环境进行耦合电路和天线图形的调试和设计。

本发明的有益效果在于：本发明提出的移动电视内置天线系统，无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段，天线的效率完全达到DVB-H等标准的要求。

附图说明

图1为现有的技术中外置拉杆天线的示意图。

图2为现有的技术中有源内置天线的采用微波开关控制的原理图。

图3为本发明的内置天线在移动终端中安装示意图。

图4为常规的内置天线单元装配图。由蚀刻了天线辐射所需金属图形的柔性电路板(FPC)贴合天线支架的形状粘贴在天线支架上组装而成。

图5为注塑成型的天线支架。

图6为展开的平面柔性电路板(FPC)。图中示意了天线辐射所设计的特定金属图形以及耦合电路的图形。电感和电容的元件可通过后续的表面贴装(SMT)工艺焊接在柔性电路板上。

图7为耦合电路原理示意图。

图8为另一种耦合电路实现的实例。

图9为另一种耦合电路实现的实例。

图10为另一种耦合电路实现的实例。

图11为本发明的回波损耗图。

图12为本发明的天线最大增益图。

图13为本发明的天线平均增益图。

图14为本发明所采用的有机磁性材料支架和常规ABS塑胶支架的回波损耗比较。

图15为本发明所采用的有机磁性材料支架和常规ABS塑胶支架的天线平均增益比较。

图16为天线系统耦合电路在柔性电路板上的安装图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图3，本发明揭示了一种移动电视内置天线系统，该天线系统设置于移动终端内；本发明无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段，天线的效率完全达到DVB-H等标准的要求。内置天线组件30完全内置于移动终端的后盖40和前盖50之间。

请参阅图4，图4给出了本发明的天线组件30的一个视图。天线组件30由天线支架301和柔性电路板制成的天线辐射的金属图形302组成。

通常天线的支架301由塑胶通过注塑成型，如图5。常用的塑胶包括ABS，PC，PC/ABS等。本发明中此天线支架采用有机磁性材料。有机磁性材料是人工合成的具有磁性的高分子材料，其磁导率大于1。

天线线辐射单元的金属图形302通过常规的印刷电路技术在平面的柔性电路板上印制出天线辐射单元的所需的金属图形，如图6。然后将平面的柔性电路板(FPC)进行弯折完全共性地粘贴到支架上从而形成天线组件。

请参阅图7，所述天线系统包括天线辐射单元303、耦合电路304及移动终端的电路板与所述电路板10。在电路板10上提供了电路和天线组件连接的端口RF Port。所述天线辐射单元303产生的谐振频率覆盖UHF频段的一部分，主要是高端部分；所述电路板10作为天线系统的一部分进行辐射，通过所述耦合电路304将天线辐射单元当成激励源，在移动终端的电路板上激励出相应的谐振，其谐振频率覆盖UHF频段的另一部分，由于电路板的长度通常在100-140mm，谐振频率主要覆盖了UHF频段的低端。整个天线系统产生双谐振的情况，从而覆盖移动电视的整个频段。

如图7所示，图中304显示了一种耦合电路的例子；其中L代表电感，C代表电容。本实施例中，所述耦合电路包括相连接的串联电感及并联LC谐振电路，所述并联LC谐振电路连接RF接口。并联谐振电路的谐振频率设计在需要频段范围；串联的电感可以保证输入阻抗的匹配，回波损耗小。因此，本发明无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段。图7仅是本发明的一种实现方式，本领域的技术人员可通过上述介绍很容易联想到其他的实现方式，例如图8-图10中304所示意的实例，在此不做赘述。

为了进一步增加带宽，本发明还可以采用有机磁性材料作为天线的支架。有机磁性材料是人工合成的具有磁性的高分子材料，其磁导率大于1。它也是一个可注塑加工的材料，通过注塑成型的工艺得到天线的支架5。由于天线的频率f和磁导率μ_r和介电常数ε_r的关系是： $f=\sqrt{1/{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r},$ 天线的带宽BW和磁导率μ_r和介电常数ε_r的关系是： $f=\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r/{\mathrm{\ϵ}}_r}.$ 因此，本实施例中的天线采用磁性材料，天线的尺寸可以缩小的同时，带宽可以增大。

请参阅图11，图11为本实施例的回波损耗(Return Loss)图。可以看出有两个谐振频率分别出现在UHF频段的低端和高端，在移动手机的频段范围内，回波损耗都在-3dB之下。

请参阅图12，图12为本发明的天线最大增益图。图中的斜线表示移动电视标准所要求的增益规格。从图中可见，本发明的天线增益比技术规格高了至少4dB。

请参阅图13，图13为本发明的天线平均增益图。图中的斜线表示移动电视标准所要求的增益规格。从图中可见，本发明提供的天线平均增益也比技术规格高了至少1dB。

图14到图15显示了采用普通塑胶材料PC/ABS和本发明提出的有机磁性材料作为天线支架的天线的性能比较。其中PC-ABS-state 1和PC-ABS-state 2分别表示了用PC/ABS材料做天线支架时的两种调试状态。OMM表示用有机磁性材料作支架的天线。DVB-H Spec表示DVB-H移动电视标准的增益规格要求。由于PC/ABS材料的磁导率等于1，没有磁性，因此它的带宽不能覆盖这个频段，因此天线的性能只能在DVB-H等移动电视标准的频段的一部分。图中State1表示天线调试使得在移动电视频段的高端部分的性能较好，State2表示天线调试使得天线在移动电视频段的低端部分的性能较好。从图11中给出的回波损耗的比较，可以看出由于采用了耦合电路，三种情况下都出现了双谐振的情况。而从图12的增益比较曲线中，可以看出State1的增益只在频段的高端部分达到了DVB-H标准中的规格要求，而State2的增益值在频段的低端部分达到了要求，它们均不能在整个频段内达到增益的要求，而有机磁性材料的天线的增益在整个频段内都满足标准的规格要求，并且至少高于规格1dB。

此外，为了能方便后期调整，本发明还提出将耦合电路的元件通过表面贴装(SMT)的办法和天线的金属图形整合在一起，如图6中的305，形成一个移动电视的内置天线模块。其具体描述可参阅图16。天线的耦合电路连接在天线辐射单元的金属图形306和与天线单元与电路板的RF端口相连接的馈电触片(Feeding pad)308之间，在柔性电路板(FPC)上蚀刻出耦合电路元件的焊接位置，然后通过表面贴装工艺(SMT)将相应如电感电容等的元件307贴装到天线上。

根据移动终端的设计工艺流程，电路板的布线(layout)通常是最先定下的，它的设计周期长，改动一次涉及的流程比较多，成本很高，而天线通常是最后设计好的，因为天线作为一个辐射元件，它的性能会受到周围器件和环境的很大的影响，通常需要等所有的元件都安装完成之后才能最终确定它的性能并完成最后的设计。本发明将耦合电路和天线的金属图形整合在一起，在电路板上只留下射频和天线之间的接口比如弹脚(clips)或接触弹片(feeding pad)。因此，本发明可以尽早地确定电路板的设计，而天线则可以非常灵活地进行后期调试和设计，根据不同的电路板长度和布线以及周围的环境进行耦合电路和天线图形的调试和设计，节省设计成本，加快设计周期。

综上所述，本发明提出的移动电视内置天线系统，无需采用有源器件而能涵盖移动电视的整个频段，天线的效率完全达到DVB-H等标准的要求。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种移动电视内置天线系统，该天线系统设置于移动终端内；其特征在于：

所述天线系统包括天线辐射单元、耦合电路和移动终端的电路板；

所述天线辐射单元产生的谐振频率覆盖UHF频段的一部分；

所述电路板作为天线系统的一部分进行辐射，通过所述耦合电路将天线辐射单元当成激励源，在移动终端的电路板上激励出相应的谐振，其谐振频率覆盖UHF频段的另一部分；

整个天线系统产生双谐振的情况，从而覆盖移动电视的整个频段。

2.根据权利要求1所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

所述耦合电路在移动终端的电路板上耦合出相应的谐振的方法为：耦合电路通过集总式或分布式电感电容元件组成谐振电路，其谐振频率在所需覆盖的移动电视频段的频率范围内。

3.根据权利要求2所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

所述耦合电路是一个或一个以上级联的LC并联谐振电路，它处于电路板的微波信号端口RF Port和天线的辐射单元之间。

4.根据权利要求2所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

所述耦合电路根据需要串联一个或一个以上的电感或电容元件以达到阻抗匹配。

5.根据权利要求1所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

天线的支架采用有机磁性材料；所述有机磁性材料是人工合成的高分子材料，其磁导率大于1。

6.根据权利要求1所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

将所述耦合电路的元件通过表面贴装SMT的方法和天线的金属图形整合在一起，形成一个移动电视的内置天线模块。

7.根据权利要求6所述的移动电视内置天线系统，其特征在于：

在电路板上只留下射频和天线之间的接口，设计时先确定电路板的设计，而天线则在后期进行调试和设计，根据不同的电路板长度和布线以及周围的环境进行耦合电路和天线图形的调试和设计。

Images