CN104183922A - 一种包括蜂窝天线和非蜂窝天线所有频段的新型天线图案 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置和包括该天线装置的无线通信装置。该天线装置包括：天线支架；天线单元，包括第一分支和第二分支，所述天线单元被布置在所述天线支架上。该天线装置还包括：第一寄生天线单元，所述第一寄生天线单元用于第一无线网络信号的谐振；第二寄生天线单元；所述第二寄生天线单元用于第二无线网络信号的谐振。所述第一无线网络信号不同于所述第二无线网络信号。

Description

一种包括蜂窝天线和非蜂窝天线所有频段的新型天线图案

技术领域

本发明涉及信息技术领域，更具体地，本发明涉及一种天线装置和包括其的无线通信装置。所述天线装置产生的新型天线图案包括天线装置中蜂窝天线和非蜂窝天线的所有频段。

背景技术

近来，随着信息技术的飞速发展，无线通信装置的使用越来越广泛。无线通信装置或移动终端的示例包括智能手机、个人数字助理（PDA）、便携多媒体播放器（PMP）、便携游戏机、平板电脑等等各种电子设备。

通常，设备制造商往往在无线通信装置或移动终端中配备了至少一个主天线，例如熟知的蜂窝天线，用于针对无线通信执行在不同频段的数据收发功能。同时，随着无线通信技术上的进步，智能终端的普及，大多数无线通信装置进一步配备了用于其他功能的非蜂窝天线，例如全球定位系统（GPS）天线和/或无线高保真（Wireless Fidelity）天线和蓝牙天线（下文简称为WiFi/BT天线）。所述GPS天线用于提供GPS信号的收发功能，而所述WiFi/BT天线可用于符合电气和电子工程师协会（IEEE）相关标准(例如，IEEE802.11a/n/b/g等标准)的WiFi信号的收发操作，以及用于蓝牙信号的收发操作。

图1示出根据现有技术的无线通信装置的天线分布的一个示例图。参考图1的示例，该无线通信装置包括有主天线、GPS天线和WiFi/BT天线。其中主天线位于无线通信装置的底部，而GPS天线和WiFi/BT天线分别位于无线通信装置的顶部，它们各自需要占据一定的空间位置。

此外，除了上述的天线示例外，无线通信装置还可以进一步包括提供其他功能的其他天线，例如用于接收广播信号的FM调频天线、用于无线通信装置在恶劣信道环境下增强接收灵敏度的分集天线，或用于接收其他卫星导航信号的天线，诸如俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）卫星导航系统和中国的北斗卫星导航系统（BDS）。

用户往往在追求丰富功能的同时，也希望无线通信装置具有良好的便携性。因此，为了满足美观和便携的要求，需要无线通信装置逐渐小型化。但是，目前如上所述的无线通信装置，一般至少可以包括上述三个天线，一个主天线，一个GPS天线和一个WiFi/BT天线，故在无线通信装置中分别需要占据三个天线的空间，使得无线通信装置难以小型化，如果还涉及其他功能天线，则无线通信装置更加难以实现小型化。

为了解决上述问题，本领域的技术人员进行了各种尝试，例如，一个解决方案用于尽量小型化每个天线。也即，对上述三个天线分别进行小型化的设计，但是，这样的设计会在一定程度上影响天线的性能，从而造成天线性能和无线通信装置工业设计上的冲突。

因此，亟需一种改善的天线装置，能够在解决终端装置小型化问题的同时又不对天线的性能造成影响。

发明内容

本发明示范实施例的一方面是解决至少以上所述的问题和/或不足并且提供至少以下所述的优点。各方面将部分在随后的描述中阐述，部分将从描述中明了，或可以通过提供的实施例的实践来领会。

针对上述问题和现有解决方案的缺陷,本发明提出一种独特设计的天线方案。在该设计方案的天线装置可以采用传统天线加双寄生天线单元的结构。其中传统天线的长分支作为低频的谐振分支，传统天线的短分支可以作为GPS频段或者高频的谐振分支，一个寄生天线单元作为GPS频段或者高频的谐振分支，另一个寄生天线单元作为WiFi/BT的谐振分支。

采用上述天线方案之后的优势是:将所有天线单元的信号集成在一个天线图案中，节省了WiFi/BT天线和GPS天线的空间，使得移动终端可以向小型化发展。

根据本发明的一个实施例，提供一种天线装置。该天线装置可以包括：天线支架、天线单元、第一寄生天线单元和第二寄生天线单元。其中所述天线单元可以包括第一分支和第二分支，所述天线单元被布置在所述天线支架上。所述第一寄生天线单元可以用于第一无线网络信号的谐振；所述第二寄生天线单元可以用于第二无线网络信号的谐振。所述第一无线网络信号可以不同于所述第二无线网络信号。

优选地，所述天线单元的第一分支可以作为低频信号的谐振分支，第二分支可以作为高频信号的谐振分支。

优选地，低频信号的谐振分支可以包括第二代（2G）或第三代（3G）移动通信的低频频带，而高频信号的谐振分支可以包括2G或3G移动通信的高频频带。

优选地，2G移动通信的低频频带包括GSM800/900MHz的频带，并且2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。

优选地，所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号可以被集成在一个天线图案中。

优选地，第一无线网络信号可以包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号可以包括全球定位系统（GPS）无线网络信号。

优选地，第一无线网络信号可以包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号可以包括2G或3G移动通信的高频频带信号。

优选地，2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。

根据本发明的另一个实施例，提供一种无线通信装置，其包括根据以上描述的天线装置。

优选地，所述天线装置通过天线支架固定到所述无线通信装置的主板上。

优选地，所述天线装置的所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号被集成在一个天线图案中。

优选地，当所述无线通信装置工作在2G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支可以作为GSM800/900MHz的谐振分支，第二分支可以作为GSM1800/1900MHz的谐振分支。

优选地，当所述无线通信装置工作在3G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支可以作为WCDMA低频频带的谐振分支，第二分支可以作为WCDMA2100MHz的谐振分支。

优选地，当所述无线通信装置工作在4G移动通信模式时，所述天线装置的第一寄生天线单元可以用于4G LTE无线网络信号的谐振。

优选地，第一无线网络信号可以包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号可以包括全球定位系统（GPS）无线网络信号。

根据以上实施例，将天线装置的所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号均集成在一个天线图案中，从而可以节省WiFi/BT天线和GPS天线的空间，使得移动终端可以向小型化发展，同时不会影响各个天线的性能。

通过结合附图公开本发明的示范实施例的以下详细描述，本发明的其它方面、优点和显著特征将对本领域技术人员变得更明了。

附图说明

本发明的其它方面、优点和显著特征将通过结合附图的以下详细描述而变得明了，其中：

图1说明根据现有技术的无线通信装置的天线分布示意图。

图2是根据本发明的示范实施例的在无线通信装置中的天线装置的示意图。

图3说明根据本发明的示范实施例的图2的天线装置的详细的天线分布图。

图4是根据本发明的示范实施例的天线装置产生的新型天线图案。

贯穿附图，需注意相同附图参考数字将用于指代相同或相似组件、特征和结构。

具体实施方式

下面将参考附图来更完整地描述各个示范实施例，在附图中示出了某些示范实施例。但是本发明可以按多个不同的形式来实施，而不应被理解为限于这里阐述的示例性实施例。相反，这些例子被提供从而本发明更为全面和完整，并向本领域技术人员完整地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，层与区域的尺寸和相对尺寸被放大了。相同数字始终表示相同组件。此外，在本发明的以下说明中，出于清楚和简洁之故，这里并入的公知的功能和配置的具体说明被省去。

可以理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里被用来描述不同的元件，这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来相互区分元件。如这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举的项目的任何和全部组合。除非另外定义，这里使用的所有术语具有本发明所属领域的一般技术人员通常所理解的相同含义。还应该理解术语，例如在通常使用的字典中定义的那些，将被理解为具有和在相关领域的上下文中的含义一致的含义，且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除非这里明确这样定义。

天线通常可以根据天线所处位置分为外置天线和内置天线两类。外置天线的优点是频带范围宽接受稳定，但外置天线易损坏，人体靠近时性能影响较大，发展趋势必将是小型化、内置化、多频段和智能化。

内置天线的形式多样，其特点是小型化、可以安装多个，同时能够减小对人体的辐射。目前主流的示例主要包括PIFA(Planar Inverted F Antenna)皮法天线和单极（Monopole）天线。

PIFA天线是目前广泛使用的一种内置天线，具有体积小，增益高，带宽相对较宽的特征，但是PIFA天线要求的天线空间相对较大。单极天线出现在PIFA天线之后，对天线自身的空间要求与PIFA天线相比要求降低很多，主要是要看主板设计时所留净空位置。与PIFA天线相比，单极天线更加适应目前日趋小型化的移动终端的工业设计，能够在较小的空间中设计出满足性能要求的合适天线。不过，单极天线受周边金属器件和金属装饰影响较大，一般设计时要求天线所在面尽可能远离金属器件。另外，作为内置天线的衍生，在PIFA天线和单极天线的基础上还发展出IFA天线(Inverted F Antenna，倒F天线)。该IFA天线同时拥有单极天线低剖面、体积小、效率高以及PIFA天线抗干扰能力强的诸多优点。合理的设计天线的走线形式可以激励出多个谐振信号，从而覆盖较广的带宽。因此，IFA天线特别适用于各种小型化，超薄的移动通信终端。

本发明的天线装置属于内置天线的范畴。下面将参考图2和3进行具体的描述。

图2是根据本发明的示范实施例的在无线通信装置中的天线装置的示意图。参考图2，根据本发明的示范实施例的天线装置通过天线支架固定到无线通信装置的主板上。优选地，图2所示的天线可以采用IFA天线。当然，本领域的技术人员能够理解，考虑所述天线装置适用的无线通信装置，根据不同的设计需要，图2所示的天线也可以采用其他类型的内置天线，如PIFA天线或单极天线，或其他改进的天线装置。在一个实施例中，图2所示的天线优选地采用天线支架热熔固定的实现方式，当然，对本领域的技术人员而言，其他固定连接的方式也是可以预期的。

图3说明根据本发明的示范实施例的图2的天线装置的详细的天线分布图。参考图3，本发明提出一种独特的天线设计方案。在该设计方案的天线装置采用了主天线加双寄生天线单元的结构。如上所述，所述主天线的类型可以包括常用的各种内置天线。在本领域中，寄生天线单元一般是为了拓展天线的带宽而被引入，以便满足目前天线的宽频带要求。

具体地，结合图2和图3，根据本发明的示范实施例的天线装置包括：天线支架、天线单元、第一寄生天线单元（寄生1）和第二寄生天线单元（寄生2）。其中所述天线单元是作为主天线，用于实现无线通信装置的移动通信功能。所述天线单元可以包括第一分支和第二分支，所述天线单元被布置在所述天线支架上。如上所述，再通过天线支架固定到无线通信装置的主板上。在一个实施例中，图3所示的天线优选地采用天线支架热熔固定的实现方式，当然，对本领域的技术人员而言，其他固定连接的方式也是可以预期的。

在一个实施例中，所述天线单元的第一分支作为低频信号的谐振分支，第二分支作为高频信号的谐振分支。具体地，低频信号的谐振分支可以包括第二代（2G）或第三代（3G）移动通信的低频频带，而高频信号的谐振分支可以包括2G或3G移动通信的高频频带。

例如，通用的2G移动通信的低频频带包括GSM800/900MHz或GSM850/900MHz的频带，并且2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。

如上所述，所述天线单元是作为主天线，用于无线通信装置的移动通信功能，因此，在某些实施例中，为了提供无线通信装置在恶劣的通信环境下的接收无线信号的灵敏度，还可以给该主天线配备辅助的分集天线，这里，可以单独设置分集天线，从而独立于本发明的天线装置采用的主天线加双寄生天线单元的结构。众所周知，分集天线的目的是配合主天线，有效提高无线通信装置在恶劣的传播环境下接收无线信号的灵敏度。分集天线在强信号环境下基本不使用，但是在弱信号环境或主天线受干扰时才起作用，从而使得通话质量和上网速度在弱信号环境下不受太大影响。

这里，所述第一寄生天线单元和第二寄生天线单元形成本发明提出的双寄生天线单元的结构。具体地，所述第一寄生天线单元可以用于第一无线网络信号的谐振；所述第二寄生天线单元可以用于第二无线网络信号的谐振。所述第一无线网络信号可以不同于所述第二无线网络信号。

在一个实施例中，所述第一无线网络信号可以包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号包括全球定位系统（GPS）无线网络信号。也即，所述第一寄生天线单元可以用作WiFi/BT天线，而所述第二寄生天线单元可以用作GPS天线。如上所述，除了GPS导航系统外，在世界范围比较常用的卫星导航系统还包括俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导航系统（BDS）。因此，在其他的实施例中，所述第二寄生天线单元也可以用作BDS天线，用于接收北斗卫星导航的信号。

虽然，如上所述，目前的无线通信装置一般至少包括上述三个天线：主天线，GPS天线和WiFi/BT天线，但是，在有些情况下，某些厂商基于其他因素的考虑也可以在无线通信装置中不包括GPS天线，例如，针对不同的消费者目标群体而设计的此类终端产品。那么，在这种情况下，在图3所示的天线装置中，第一无线网络信号可以包括WiFi/BT无线网络信号；而第二无线网络信号可以包括2G或3G移动通信的高频频带信号。同样，实现2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。这里，所述第一寄生天线单元可以用作WiFi/BT天线，而所述第二寄生天线单元可以充当主天线的分集天线，仅在弱信号环境或主天线受干扰时才发挥作用。

在根据本发明的实施例的主天线加双寄生天线单元的结构中，所述主天线和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号被集成在一个天线图案中。也即，在一个示例中，主天线产生的2G或3G移动通信的信号、WiFi/BT天线产生的WiFi/BT无线网络信号，和GPS天线产生的GPS信号均集成在一个天线图案中。

本发明所提供的双寄生天线单元的结构，可在不占用额外的电路主板面积的条件下加强天线的辐射效能，亦即在要求相同性能的前提下，寄生型天线的尺寸将比单独的天线的尺寸更小，整体看来，电路主板的面积也将因为采用寄生型天线的设计而得以缩小，提升了产品的竞争力。

下面将结合图4来详细说明根据本发明的示范实施例的所述天线图案的特征。

图4是根据本发明的示范实施例的天线装置产生的新型天线图案。

图4示出由计算机仿真的天线图案。这里，作为示例，可以采用Windows平台的CST（Computer Simulation Technology）仿真软件来进行。众所周知的，CST是纯电磁场仿真软件，该软件产品是覆盖全电磁场频段的时域频域全波仿真软件。通过该专业仿真软件包，可以直观地显示本发明的天线装置协调工作时的结果。

参考图4，水平轴表示无线信号的频率，而垂直轴表示天线信号的回波损耗水平。在该曲线图中，清楚地示出本发明的主天线产生的移动通信的信号、WiFi/BT天线产生的WiFi/BT无线网络信号，和GPS天线产生的GPS信号均集成在同一个天线图案中。

具体地，图4中，从左到右的四个圆圈中，第一和第三圆圈分别标记出主天线产生的低频信号谐振分支和高频信号的谐振分支；第二圆圈标记GPS天线产生的GPS信号；以及第四圆圈标记WiFi/BT天线产生的WiFi/BT无线网络信号。

在图4的仿真天线图案中，低频信号的谐振分支包括GSM800/900MHz的频带，以及WCDMA频带V/VIII或EVDO信号。并且高频信号的谐振分支包括GSM1800/1900MHz的频带，以及3G移动通信的高频频带，例如WCDMA频带IV/VII的信号。

最后，进一步说明本发明提供的一种无线通信装置，其包括根据以上描述的天线装置。具体地，所述天线装置通过天线支架固定到无线通信装置的主板上。

如上所述，所述天线装置的所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号被集成在一个天线图案中。

当所述无线通信装置工作在2G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支作为GSM800/900MHz的谐振分支，第二分支作为GSM1800/1900MHz的谐振分支。当所述无线通信装置工作在3G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支作为WCDMA低频频带的谐振分支，第二分支作为WCDMA2100MHz的谐振分支。同样，在根据本发明的实施例中，第一寄生天线单元产生WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二寄生天线单元产生GPS信号。

这里，无线通信装置的示例包括但不局限于智能手机、便携多媒体播放器（PMP）、平板电脑等等各种电子设备。

通过以上各个实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，本发明将天线装置的所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号均集成在一个天线图案中，从而可以节省WiFi/BT天线和GPS天线的空间，使得无线通信装置能够顺利地实现小型化的设计，同时不会影响各个天线的性能。

在上面参考附图详细描述了本发明的各个实施例。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改，组合或子组合，并且这样的修改应落入本发明的范围内。本发明的范围由所附的权利要求及其等价物定义。

Claims (15)

1.一种天线装置，包括：

天线支架；

天线单元，包括第一分支和第二分支，所述天线单元被布置在所述天线支架上；

第一寄生天线单元，所述第一寄生天线单元用于第一无线网络信号的谐振；

第二寄生天线单元；所述第二寄生天线单元用于第二无线网络信号的谐振；

所述第一无线网络信号不同于所述第二无线网络信号。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述天线单元的第一分支作为低频信号的谐振分支，第二分支作为高频信号的谐振分支。

3.如权利要求2所述的装置，其中低频信号的谐振分支包括第二代（2G）或第三代（3G）移动通信的低频频带，而高频信号的谐振分支包括2G或3G移动通信的高频频带。

4.如权利要求3所述的装置，其中2G移动通信的低频频带包括GSM800/900MHz的频带，并且2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号被集成在一个天线图案中。

6.如权利要求5所述的装置，其中第一无线网络信号包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号包括全球定位系统（GPS）无线网络信号。

7.如权利要求5所述的装置，其中第一无线网络信号包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号包括2G或3G移动通信的高频频带信号。

8.如权利要求7所述的装置，其中2G移动通信的高频频带包括GSM1800/1900MHz的频带，而3G移动通信的高频频带包括WCDMA2100MHz的频带。

9.一种无线通信装置，包括根据权利要求1所述的天线装置。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述天线装置通过天线支架固定到无线通信装置的主板上。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述天线装置的所述天线单元和第一寄生天线单元、第二寄生天线单元产生的天线信号被集成在一个天线图案中。

12.如权利要求11所述的装置，其中当所述无线通信装置工作在2G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支作为GSM800/900MHz的谐振分支，第二分支作为GSM1800/1900MHz的谐振分支。

13.如权利要求11所述的装置，其中当所述无线通信装置工作在3G移动通信模式时，所述天线装置的所述天线单元的第一分支作为WCDMA低频频带的谐振分支，第二分支作为WCDMA2100MHz的谐振分支。

14.如权利要求11所述的装置，其中当所述无线通信装置工作在4G移动通信模式时，所述天线装置的第一寄生天线单元用于4G LTE无线网络信号的谐振。

15.如权利要求11所述的装置，其中第一无线网络信号包括WiFi/BT蓝牙无线网络信号；而第二无线网络信号包括全球定位系统（GPS）无线网络信号。