CN102403571A - 天线装置及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线装置及移动终端,所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接。本发明天线装置及移动终端可以提高天线装置自身的隔离度,实现BT&WIFI同时工作。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术,尤其涉及一种应用在手机、笔记本等移动终端的天线装置及移动终端。
背景技术
为有效的简化掌上电脑,笔记本电脑和移动电话手机等移动终端设备间的通信,方便与因特网间的通信,使得设备间与因特网之间的数据传输更为迅捷有效,BT(Bule Tooth,蓝牙)和WIFI(wireless fidelity,无线保真)技术已成为上述终端必备功能。
BT和WIFI都属于短距离传输技术。蓝牙是支持设备短距离通信(10m-15m内)的无线电技术,其采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1Mbps,采用时分双工传输方案实现全双工传输。
WIFI(wireless fidelity)即无线保真技术,802.11无线标准定义的WIFI传输速率有1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps、6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps等等,常用的WIFI标准主要包括802.11b、802.11a、802.11g等,其中802.11b采用2.4GHz频段,可支持11Mbps的共享介入速率,802.11a采用5GHz的频段,其速率高达54Mbps,采用OFDM(正交频分复用)技术,但无障碍的接入距离降到30-50m,802.11g其实是一种混合标准,既能适应802.11b标准,又符合802.11a标准,它比802.11b速率快5倍,并与802.11b兼容。其相对蓝牙技术无线电波的覆盖范围广,传输半径可达到100m,速率更快,实现成本较低,但数据安全性相比蓝牙较差。
为结合两者的优点,将点对点或点对多点数据传输及WIFI上网的高速率和无线上网的可移动性结合,目前终端都需要配备BT&WIFI功能,但由于两者使用的频率范围相同,存在着同频干扰,导致性能下降,目前为解决共存问题,常见的有三种方案:1、采用双天线的方案实现共存,但为实现隔离度,天线摆放位置和整机的尺寸都会受到限制,主流的3-wire在WIFI和BT之间分配了三个GPIO口用于实现交互彼此的收发状态和控制信息;2、单天线switch(切换),coupler(耦合),hybrid(混合)共存方案,主要是hybrid方案,首先通过开关切换方式在WIFI的TX(发送线)状态和其他工作状态进行选择,再用功分器将BT的TX和WIFI的RX(接收线)进行隔离,降低WIFI发射时对BT的干扰,同时WIFI的发射功率不会有很大的损失。上述的方案都是基于芯片和器件来实现两者之间的共存,限制了整机的尺寸的微型化,超薄化,增加了系统的复杂性,不利于成本控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种天线装置及移动终端,以提高天线装置自身的隔离度,实现BT&WIFI同时工作。
为解决以上技术问题,本发明提供了一种天线装置,所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接。
进一步地,所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
进一步地,所述单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。
进一步地,所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
进一步地,所述第一馈电臂和第二馈电臂的特性阻抗为30欧姆-70欧姆,所述隔离电阻的阻抗50-100欧姆。
进一步地,所述的第一和第二辐射臂的面积为60mm2以上,且缝隙结构投影在第二馈电支臂的大小为0.2-1mm;所述第一辐射臂的长度为20-30mm,包括充分利用PCB板的厚度,宽度为3mm-5mm;第二辐射臂6的长度为通信模块工作频段1/3至1/5基板介质波长,宽度为2mm-3mm。
为解决以上技术问题,本发明还提供了一种移动终端,所述移动终端包括天线保真(WIFI)通信模块、蓝牙(BT)通信模块及天线装置,其中,
所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接;
所述WIFI通信模块与所述单极子天线或缝隙耦合天线的馈电部分连接,相应地,所述BT通信模块与所述缝隙耦合天线或单极子天线的馈电部分连接。
进一步地,所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
进一步地,所述单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。
进一步地,所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
本发明天线装置采用通过隔离电阻连接的单极子天线和缝隙耦合天线实现,且保证单极子天线与缝隙耦合天线的辐射模式正交,从而提高天线装置自身的隔离度,减少蓝牙通信和WIFI通信之间的互扰,不需要外加隔离或时分器件,降低了系统的复杂性和成本。
附图说明
图1是本发明天线装置的示意图;
图2是本发明实施例一的天线装置结构示意图,其中:
1-1-双馈线的第一馈电臂,1-2-双馈线的第二馈电臂,2-PCB基板,3-地板,4-隔离电阻,5-主辐射结构的第一辐射臂,6-主辐射结构的第二辐射臂;
图3是实施例一的馈电部分平面示意图;
图4是实施例一的辐射结构部分示意图;
图5是实施例二的辐射结构部分示意图;
图6是本发明移动终端实施例一的模块结构示意图;
图7是本发明移动终端实施例一的模块结构示意图;
图8是本发明天线装置两端口的驻波比;
图9是本发明天线装置两端口间的隔离度;
图10是本发明天线装置WIFI部分的无源效率;
图11本发明天线装置BT部分的无源效率。
具体实施方式
本发明天线装置和移动终端的主要思想是采用通过隔离电阻连接的单极子天线和缝隙耦合天线实现,且保证单极子天线与缝隙耦合天线的辐射模式正交,从而提高天线装置自身的隔离度,减少蓝牙通信和WIFI通信之间的互扰,不需要外加隔离或时分器件,降低了系统的复杂性和成本。
如图1所示,本发明天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接。
所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
隔离电阻主要降低馈电端的相互耦合,以提高两者间的隔离度,使天线可以实现BT&WIFI两种功能,总的来说,隔离度可以分为两个部分,馈电部分隔离度以及空间耦合隔离度,馈电部分的隔离度加隔离电阻加以平衡两支臂的电流,减少互耦,空间耦合隔离度则是通过激励场的正交来予以实现。
实施例一
在该实施例一中,单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
如图2所示,天线装置由PCB基板2、地板3、双馈线结构1-1、1-2,隔离电阻4,主辐射结构5、6组成。PCB基板2为双面覆铜结构,通过光刻、腐蚀等微带制作工艺,在PCB基板2下表面实现双馈线结构1-1、1-2,PCB基板2的上表面及侧面实现主辐射结构5、6,主辐射结构分为第一辐射臂5和第二辐射臂6,第二辐射臂和第一辐射臂之间存在一定尺寸的缝隙结构。
图3为双馈线结构1-1、1-2的正视图,其包括第一馈电臂1-1,第二馈电臂1-2,以及隔离电阻4。第一馈电臂1-1和第二馈电臂1-2在下表面形成,彼此分开,且均有一端邻近侧面,具体形状可如图2所示。
图4为主辐射结构示意图。第一辐射臂5和第二辐射臂6均有一部分在侧面,一部分在上表面,且第一辐射臂5和第二辐射臂6的上表面的部分平行设置,存在缝隙结构,具体形状如图3所示。
所述第一馈电臂和第二馈电臂的特性阻抗为30欧姆-70欧姆,优选地,为50欧姆,因为两馈电支臂始终与射频电路相连接,一般传输线以及射频元器件、PA、双工器等特性阻抗都要求为50欧姆,如果偏离50欧姆,会造成驻波增加,导致辐射效率降低。
所述的第一和第二辐射臂的面积为60mm2以上,且缝隙结构投影在第二馈电支臂的大小为0.2-1mm。
所述第一辐射臂的长度为20-30mm,包括充分利用PCB板的厚度,宽度为3mm-5mm。
第二辐射臂6的长度为通信模块(如BT或WIFI通信模块)工作频段1/3至1/5基板介质波长,优选地为1/4FR4(FR4是一种耐燃材料等级的代号)介质波长,宽度为2mm-3mm。
结合图2至4,双馈线结构的第一馈电臂1-1对主辐射结构的第一辐射臂5进行馈电,与蓝牙通信模块连接,第一辐射臂的宽度和长度决定了BT的辐射效率。
第二辐射臂6和第一辐射臂5之间存在一定尺寸的缝隙结构,双馈线结构的第二馈电臂1-2通过缝隙实现对第二辐射臂6的缝隙耦合馈电,类似于缝隙耦合天线,与WIFI通信模块连接,其场强方向与单极子的场强方向正交,抑制了互扰,增加了两端口间的隔离度。为平衡双馈线结构两臂1-1,1-2的电流,在分支间焊接隔离电阻4,隔离电阻4的阻抗50-100欧姆。
产生缝隙馈电的条件是缝隙两边需要存在电压差,第一辐射臂和第二辐射臂存在着电场差,所以第二辐射臂通过缝隙向外辐射能量,产生缝隙辐射。
所述的PCB板的厚度决定了双馈线的特性阻抗,而特性阻抗对应着双馈线的线宽,且为保证天线工作性能,PCB板的净空区域的面积需大于60mm2,沿PCB长度方向,须净空8mm以上。
实施例2
实施例2的辐射臂结构部分如图5所示。
馈电方式及馈电臂与实施例1相同,与实施例1相比,不同之处在于第二辐射臂6的形状为连续的“弓”形。第一辐射臂5和第二辐射臂6的面积保证为60mm2以上,长度为20-30mm,包括充分利用PCB板的厚度,宽度为3mm-5mm,
第二辐射臂6的长度为BT&WIFI工作频段1/3至1/5FR4介质波长,优选地为1/4FR4介质波长,宽度为2mm-3mm。
第一辐射臂5和第二辐射臂6均有一部分在侧面,一部分在上表面,存在缝隙结构,且缝隙结构投影在第二馈电支臂的缝隙大小为0.2-1mm。
可变换地,实施例1和实施例2中,第一馈电臂1-1和第二馈电臂1-2的还可以为其他形状如直线形、折弯形或U形等。
本发明还提供了一种移动终端,该移动终端包括BT通信模块、WIFI通信模块及上述天线装置,图6和图7分别为不同的连接关系示意图,
图6中,WIFI通信模块与天线装置的单极子天线连接,BT通信模块与天线装置的缝隙耦合天线连接。
图7中,WIFI通信模块与天线装置的缝隙耦合天线连接,BT通信模块与天线装置的单极子天线连接。
如上所述,所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接;
具体地,所述WIFI通信模块与所述单极子天线或缝隙耦合天线的馈电部分连接,相应地,所述BT通信模块与所述缝隙耦合天线或单极子天线的馈电部分连接。
所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
所述单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。
所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
图8-11给出了天线装置工作状态下性能示意图。
图8是本发明天线装置两端口的驻波比,在常温下,两端口的驻波比在2.3GHZ-2.5GHz频带范围小于3。
图9是本发明天线装置两端口间的隔离度;图示显示,两端口的隔离度在2.4GHz为-14dB以下。
图10是本发明天线装置WIFI部分的无源效率;图11本发明天线装置BT部分的无源效率;图示显示,BT和WIFI的互扰很低,完全不需要加隔离器件和时分开关来进行信号控制,而且两者的无源效率达到了50%以上,完全满足天线性能评估要求。
本发明采用通过隔离电阻连接的单极子天线和缝隙耦合天线实现,且保证单极子天线与缝隙耦合天线的辐射模式正交,通过天线本身的设计使得BT和WIFI两者辐射激励模式的不同,抑制了相互间的耦合,减少了干扰,实现了BT&WIFI工作共存,提高了两种通信模式工作于同一频段的隔离度,不需要更多的隔离和时分双工器件。
另外,本发明提供了简单实用的应用方案,采用印刷天线技术,工艺简单,成本易于控制,可操作性强。
Claims (10)
1.一种天线装置,其特征在于:所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接。
2.如权利要求1所述的天线装置,其特征在于:所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
3.如权利要求2所述的天线装置,其特征在于:所述单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。
4.如权利要求3所述的天线装置,其特征在于:所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
5.如权利要求2至4中任一项所述的天线装置,其特征在于:所述第一馈电臂和第二馈电臂的特性阻抗为30欧姆-70欧姆,所述隔离电阻的阻抗50-100欧姆。
6.如权利要求2至4中任一项所述的天线装置,其特征在于:所述的第一和第二辐射臂的面积为60mm2以上,且缝隙结构投影在第二馈电支臂的大小为0.2-1mm;所述第一辐射臂的长度为20-30mm,包括充分利用PCB板的厚度,宽度为3mm-5mm;第二辐射臂6的长度为通信模块工作频段1/3至1/5基板介质波长,宽度为2mm-3mm。
7.一种移动终端,其特征在于:所述移动终端包括天线保真(WIFI)通信模块、蓝牙(BT)通信模块及天线装置,其中,
所述天线装置包括单极子天线、缝隙耦合天线及隔离电阻,且所述单极子天线与所述缝隙耦合天线的辐射模式正交;所述单极子天线的馈电部分与所述缝隙耦合天线的馈电部分通过隔离电阻连接;
所述WIFI通信模块与所述单极子天线或缝隙耦合天线的馈电部分连接,相应地,所述BT通信模块与所述缝隙耦合天线或单极子天线的馈电部分连接。
8.如权利要求7所述的移动终端,其特征在于:所述单极子天线包括第一辐射臂及对所述第一辐射臂进行直接馈电的第一馈电臂;所述缝隙耦合天线包括第二辐射臂及通过缝隙对所述第二辐射臂进行耦合馈电的第二馈电臂;所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间存在缝隙;所述第一馈电臂与所述第二馈电臂相互分开,隔离电阻的两端分别连接所述第一馈电臂和所述第二馈电臂。
9.如权利要求7或8所述的移动终端,其特征在于:所述单极子天线和所述缝隙耦合天线由双面覆铜的PCB基板微带制作形成。
10.如权利要求9所述的移动终端,其特征在于:所述PCB基板包括第一表面、第二表面及与所述第一表面和第二表面相连的侧面,所述第一馈电臂和第二馈电臂在所述PCB基板的第一表面形成;所述第一辐射臂和第二辐射臂在所述第二表面和侧面形成,且第一馈电臂与第一辐射臂相接,第二馈电臂与第二辐射臂相接。
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