CN102570060A - 用于通信终端的cmmb天线系统及其匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种用于通信终端的CMMB天线系统，包括电小CMMB天线单元和接收机接口，还包括用以将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路、负阻抗元件，所述LC匹配电路、负阻抗元件、电小CMMB天线单元和接收机接口依次串联或着负阻抗元件并联于电小天线，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相抵消，使匹配后的电抗在-30欧姆到30欧姆范围内。负电容和负电感可以用来抵消电小天线本身的高电抗，从而减小天线的Q值，在很宽的频带上实现匹配，电小单极天线的阻抗呈现高容抗，电小环天线的阻抗呈现高感抗。电小单极天线的高容抗可以使用负电容来抵消，电小环天线的高感抗可以使用负电感来抵消。通过负电感或负电容的使用，电小天线可以在很宽的频带上实现匹配。

Description

用于通信终端的CMMB天线系统及其匹配方法

技术领域

本发明涉及应用于通信终端的CMMB天线系统及其匹配方法。

背景技术

CMMB是英文China Mobile Multimedia Broadcasting(中国移动多媒体广播)的简称。它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等多种通信终端的系统，其利用S波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持多套电视节目和多套广播节目，2006年10月24日，国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播(俗称手机电视)行业标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。CMMB的通信终端可以实现让用户随时随地看电视、听直接广播的效果。

当今的主流CMMB天线是拉杆天线，工作时需要将天线拉出，体积较大，使用不方便。传统天线的尺寸都有相对于波长的比例要求，只有在天线尺寸大到一定程度的情况下，天线才能匹配到50欧姆，否则天线不可能在无源的情况下匹配到50欧姆。

然而，现今，通信终端(如手机)的结构越来越紧凑，这就要求天线尺寸尽可能的缩小。但是，当天线的尺寸很小时，天线本身的阻抗呈现高电抗(高容抗或者高感抗)，从而导致本身的Q值很高，这也意味着电小天线在无源条件下很难匹配并且匹配出来的带宽很窄。即，电小天线的电抗随电长度的减小线性增加，辐射电阻则按照电长度的平方减小。根据Bode，Fano和Youla的天线增益-带宽理论，高Q值的天线很难匹配。没有匹配的电小天线的增益很低，对于发射天线来讲，低增益意味着需要更高的发射功率，低增益对接收天线的影响是低灵敏度，从而导致比较差的信噪比。

也就是说，CMMB天线存在减少天线尺寸与高性能之间的矛盾。现有通信终端要求CMMB天线的尺寸能够缩小至能够内置在终端中，而CMMB天线的尺寸的缩小，带来天线本身的Q值增高，由此导致CMMB天线很难匹配，从而影响天线本身性能的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于通信终端的CMMB天线系统，以解决现技术中CMMB天线存在减少天线尺寸与高性能之间的矛盾的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种用于通信终端的CMMB天线匹配方法，以解决现有技术中CMMB天线存在减少天线尺寸，带来天线本身的Q值增高，由此导致CMMB天线很难匹配的技术问题。

一种用于通信终端的CMMB天线系统，包括电小CMMB天线单元和接收机接口，还包括用以将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路、负阻抗元件，所述LC匹配电路、负阻抗元件、电小CMMB天线单元和接收机接口依次串联或着负阻抗元件并联于电小天线，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相抵消。

一种用于通信终端的CMMB天线系统匹配方法，包括：

检测欲匹配CMMB天线的电感/电容值d；

设置负电感/负电容为-d的负阻抗元件；

通过LC匹配电路将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆。

负电容和负电感可以用来抵消电小天线本身的高电抗，从而减小天线的Q值，在很宽的频带上实现匹配，电小单极天线的阻抗呈现高容抗，电小环天线的阻抗呈现高感抗。电小单极天线的高容抗可以使用负电容来抵消，电小环天线的高感抗可以使用负电感来抵消。通过负电感或负电容的使用，电小天线可以在很宽的频带上实现匹配。

说明书附图

图1A为一种用于通信终端的CMMB天线系统的原理图；图1B为另一种用于通信终端的CMMB天线系统的原理图；

图2为负阻抗变换器的原理示意图；

图3为天线的整体结构示意图；

图4为用于通信终端的CMMB天线系统中LC匹配电路和负阻抗元件的一实例电路图；

图5为测量和仿真的电抗示意图；

图6为电小天线本身阻抗在斯密斯圆图上分布的示意比较图；

图7为整个有源天线的回损示意图；

图8为有源天线的增益示意图。

具体实施方式

请参阅图1A，其为一种用于通信终端的CMMB天线系统的原理图。它包括电小CMMB天线单元11、接收机接口14、用以将所述电小CMMB天线单元11在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路11和负阻抗元件12。LC匹配电路11、负阻抗元件12、电小CMMB天线单元13和接收机接口14依次串联，负阻抗元件12产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元13本身产生的电感/电容相抵消，从而产生较小的电抗，使天线阻抗在斯密斯圆图上分布在较小的区域。

请参阅图1B，其为另一种用于通信终端的CMMB天线系统的原理图。它包括电小CMMB天线单元21、接收机接口24、用以将所述电小CMMB天线单元21在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路21和负阻抗元件22。LC匹配电路21、电小CMMB天线单元23和接收机接口24依次串联，负阻抗元件22并联于电小天线23，负阻抗元件22产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元23本身产生的电感/电容相抵消，从而产生较小的电抗，使天线阻抗在斯密斯圆图上分布在较小的区域。

图1A和图1B是实现抵消电小天线的感抗的两种方式，没有特别不同的适用环境，选择这两种方式中的任何一个都可以。

在本发明中，负阻抗元件12采用负阻抗变换器电路来实现。

负阻抗变换器已经广泛应用于电路领域，通过负阻抗变换器可以实现负电容和负电感。负电容和负电感可以用来抵消电小天线本身的高电抗，从而减小天线的Q值，在很宽的频带上实现匹配，电小单极天线的阻抗呈现高容抗，电小环天线的阻抗呈现高感抗。电小单极天线的高容抗可以使用负电容来抵消，电小环天线的高感抗可以使用负电感来抵消。通过负电感或负电容的使用，电小天线可以在很宽的频带上实现匹配。

首个实用的负阻抗变换器是Linvill在1954年设计和测试的，如图2所示。他用这个电路实现了负电阻，这个电路显示了开路稳定，表示如果一个大电阻接在这个电路的左端，那么整个电路就是稳定的。如果把电路左右对调，那么电路就变成短路稳定。开路稳定和短路稳定是负阻抗变换器的内部特性。Brownlin和Hoskins的研究表明复阻抗变换器的一端额为短路稳定，那么另一端就为开路稳定。作为Brownlin-Hoskins理论的延伸，Linvill表示开路稳定的电路用于串联的元件，短路稳定的电路用于并联的元件。我们设计了一个高Q值负电容电路，用它来匹配电小单极子天线的高容抗。结果显示天线可以在很宽的频带上得到匹配。

电小天线(电小单极天线或者电小环天线)的尺寸远小于波长，所以天线本身的阻抗呈现高感抗或者高容抗，然后使用负电感或者负电容来抵消天线本身的电抗，从而使天线的阻抗在斯密斯圆图上分布在较小的区域。通过LC匹配电路，可以使天线在整个CMMB频带很好的匹配到50欧姆。通过LC匹配电路，可以使天线在整个CMMB频带很好的匹配到50欧姆。电小天线的本身的增益很小，但是加上匹配电路之后，天线增益得到显著提高，如图3、图4所示。

因为用负电容或负电感很好的抵消了天线本身的正电容或正电感，天线会呈现出很好的近似纯电阻特性，在阻抗圆图上变成是很小的圈，这样就可以用LC匹配电路匹配到50欧姆。这些负电容或负电感的要求，1)能有效地抵消天线的感抗部分。2)低功耗.3)低损耗，也就是电阻部分很小，小于1欧姆。4)低躁声系数(1.0dB).

负阻抗变换器原理图如图2所示，两个三极管如图连接后的输入阻抗与负载的阻抗极性相反，或相加后在一个预先设定的范围内(比如，使匹配后的电抗在-30欧姆到30欧姆范围内)。天线整体结构如图3所示，部件1为电小天线，部件2为手机板，部件3为匹配电路。匹配电路设置在手机板2上。

申请人实际设计的电路可以采用如图4所示，电路中部件4为LC匹配电路，在本实例中，LC匹配电路4由两个串联的电容和一电感组成，但并非局限于此，LC匹配电路可以由若干串联或并联的电容和电感组成，具体的电路形式视该需要而定。除了电路LC匹配电路，图4中还包括负阻抗变换器的一实现电路图。其包括两个低噪声场效应管，直流偏置电路，由于这是现有技术，在本实例中仅举例作用，并非用于局限本发明。

测量和仿真的电抗如图5所示。该电路将远离50欧姆的阻抗匹配到50欧姆附近。整个有源天线的回损如图7所示，该结果表示有源匹配电路较好的将小天线匹配到50欧姆附近。有源天线的增益如图8所示，匹配后的增益明显高于没有匹配的无源小天线。

基于上述结构，本发明提供了一种用于通信终端的CMMB天线系统匹配方法，包括：

检测欲匹配CMMB天线的电感/电容值d；

设置负电感/负电容为-d的负阻抗元件；

通过LC匹配电路将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆。

电小天线本身阻抗如图6部件5所示，在斯密斯圆图上分布在较大的范围。通过有源电路匹配，阻抗分布收缩到较小的范围，如图6部件6所示。LC匹配电路将在斯密斯圆图上收缩的阻抗匹配到50欧姆附近，如图6部件7所示。由此可知，本发明能够实现极好的匹配。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于通信终端的CMMB天线系统，包括电小CMMB天线单元和接收机接口，其特征在于，还包括用以将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路、负阻抗元件，所述LC匹配电路、负阻抗元件、电小CMMB天线单元和接收机接口依次串联，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相抵消。

2.如权利要求1所述的CMMB天线系统，其特征在于，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相加为零。

3.如权利要求1所述的CMMB天线系统，其特征在于，负阻抗元件采用了负阻抗变换电路。

4.如权利要求1或2所述的CMMB天线系统，其特征在于，LC匹配电路包括若干串联或并联的电容和电感组成。

5.一种用于通信终端的CMMB天线系统，包括电小CMMB天线单元和接收机接口，其特征在于，还包括用以将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆的LC匹配电路、负阻抗元件，所述LC匹配电路、电小CMMB天线单元和接收机接口依次串联，负阻抗元件并联于电小天线，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相抵消。

6.如权利要求5所述的CMMB天线系统，其特征在于，负阻抗元件产生的负电感/负电容与电小CMMB天线单元本身产生的电感/电容相加为零。

7.如权利要求5所述的CMMB天线系统，其特征在于，负阻抗元件采用了负阻抗变换电路。

8.如权利要求5或6所述的CMMB天线系统，其特征在于，LC匹配电路包括若干串联或并联的电容和电感组成。

9.如权利要求5所述的用于通信终端的CMMB天线系统，其特征在于，匹配后的电抗在-30欧姆到30欧姆范围内。

10.一种用于通信终端的CMMB天线系统匹配方法，其特征在于，包括：

检测欲匹配CMMB天线的电感/电容值d；

设置负电感/负电容为-d的负阻抗元件；

通过LC匹配电路将所述电小CMMB天线单元在整个CMMB频带上匹配至50欧姆。

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