CN104377444B - 一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，该天线采用可调电容构成的天线匹配电路与覆于支架上的天线本体构成整个天线结构。其中，天线本体结构为IFA天线，适合用于愈来愈小型化的移动终端设备，而第一可调电容的第一端连接天线本体，第二端连接外部设备，第二可调电容连接第一可调电容的第一端，另一端接地，这种基本结构构成的天线匹配电路方便对天线的工作频段进行调整，以使其实现天线本体与外部设备的阻抗匹配，使天线的工作带宽得以有效扩展。本发明提供的天线结构简单，易于制作，适于恶劣环境中应用，体积较小不占用过多的空间，方便了配备该天线的移动终端的小型化设计。

Description

一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线

技术领域

本发明涉及移动终端天线，特别涉及一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线。

背景技术

近年来，随着LTE系统在手机上使用愈来愈普及，手机天线不断朝向轻薄短小设计演进，LTE天线可占用的空间日趋减少，频宽却须相对增加，造成天线效率降低。工程师正面临三大技术困难点，包括如何有效扩增LTE手机天线支持的频段；手机使用者的手势将造成阻抗的偏移，降低天线传输的效率；以及天线的尺寸要如何在更小的体积下设计，亦即在维持RF天线性能下，不影响系统占位空间。

为了解决这种空间和性能的矛盾，科研和工程领域逐渐发展出一些性能优良的新型天线，包括MIMO天线，开关天线，LOOP天线，可调天线等。这其中由可调电容构成阻抗匹配的可调天线由于占用面积小，频带宽，引起了业界的广泛关注。

可调天线的工作原理是：通过控制可调电容芯片的偏置电压，从而对可调电容的容值大小进行微调，天线的阻抗匹配将会由于可调电容容值大小可调而产生多种不同的状态，这些不同的阻抗匹配状态组合在一起，便可形成频带很宽的宽带手机天线，在不同场景下，由手机控制电路给出其对应的匹配状态，使得该状态下的天线回波损耗和效率最佳。

然而在实际工程应用中，由于可调电容本身存在一定的插入损耗及寄生效应，其本身射频性能和等电容值大小的定值电容存在一定的差别，导致可调天线缺乏很好的天线和匹配电路组合形式，难以实现对高低频段内的各个子频带的定向覆盖，同时对频带的拓宽能力有限，效率降低的也较为明显，并不能如理论预测的那样广泛应用于各种高效率、宽带应用场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，以解决现有的可调电容天线存在的可调电容本身的插入损耗及寄生效应所导致的天线不能广泛应用与高效率、宽带应用场合的问题。

本发明的第二目的在于提供一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，以实现移动终端宽带天线的工作频段在较宽的范围内变化，同时实现对高低频段内的各个子频带的定向覆盖。

本发明的第三目的在于提供一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，以实现移动终端宽带天线的制作简单、占用空间较小的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，包括支架及固定在所述支架上的天线本体及天线匹配电路，所述天线本体与天线匹配电路电连接，所述天线本体为长条形结构，该长条形结构上具有一馈电点及一接地点，所述长条形结构被所述馈电点分为一长臂及一短臂，所述接地点位于所述短臂上；

所述天线匹配电路包括第一可调电容及第二可调电容，所述天线匹配电路通过所述第一可调电容的第一端与所述馈电点电连接，所述第一可调电容的第二端与外部设备电连接，所述第二可调电容的第一端接地，所述第二可调电容的第二端与所述第一可调电容的第二端电连接；

其中，所述第一可调电容用于调整低频信号频段，所述第二可调电容用于调整高频信号频段。

较佳地，所述长臂及所述短壁的宽度为所述支架的最大宽度，所述长条形结构的长度为所述支架的最大长度。

较佳地，所述长条形结构在所述长臂一侧的端点处具有第一延长结构，所述第一延长结构覆盖对应端处的所述支架的端点；所述长条形结构在所述短臂一侧的端点处具有第二延长结构，所述第二延长结构覆盖对应端处的所述支架的端点。

较佳地，天线匹配电路还包括一第一电感，所述第一电感的一端接地，另一端与所述第一可调电容的第二端电连接，所述第二可调电容与所述第一电感构成LC谐振电路。

较佳地，天线匹配电路还包括第二电感及第三可调电容，所述第二电感的第一端接地，所述第二电感的第二端与所述天线本体的接地点电连接，所述第三可调电容的第一端接地，所述第三可调电容的第二端与所述第一可调电容的第一端电连接；其中，所述第二电感用于改善低频段信号的回波损耗，所述第三可调电容用于改善天线信号的高频性能。

本发明提供了一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，该天线采用可调电容构成的天线匹配电路与覆于支架上的天线本体构成整个天线结构。其中，天线本体结构为IFA天线，适合用于愈来愈小型化的移动终端设备，而可调电容构成的天线匹配电路方便对天线的工作频段进行调整，以使其实现天线本体与外部设备（如信号处理装置）的阻抗匹配，可调电容构成的多个不同匹配状态与相应的通讯频段分别对应，通过切换的方式，使天线的工作带宽得以有效扩展，实现了对高低频段内的各个子频带的定向覆盖。

本发明提供的天线结构简单，易于制作，适于恶劣环境中应用，体积较小不占用过多的空间，方便了配备该天线的移动终端的小型化设计。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的天线的整体结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的天线本体结构示意图；

图3为本发明实施例一的天线匹配电路结构示意图；

图4为本发明实施例二的天线匹配电路结构示意图；

图5为本发明实施例三的天线匹配电路结构示意图；

图6为本发明实施例三的天线实测回波损耗多状态合成图；

图7为本发明实施例三的天线实测效率多状态合成图；

图8为本发明实施例三的多状态与各可调电容的不同值对应示意图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，结合附图给出本发明的较佳实施例，以对本发明进行详细说明，具体如下：

实施例一：

如图1所示，本发明提供的采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，包括支架100及固定在支架100上的天线本体200及天线匹配电路300（图1中未示出），天线本体200与天线匹配电路300电连接。如图2所示，天线本体200为长条形结构，该长条形结构上具有一馈电点201及一接地点202，该长条形结构被馈电点201分为一长臂204及一短臂203，接地点202位于短臂203上。

长臂204及短臂203的宽度为支架100的最大宽度，该长条形结构的长度为支架100的最大长度，即天线本体尽可能地铺满在支架上，可最大限度拓宽单个状态在高低频段占据的带宽，以便天线匹配电路采用最少的状态数覆盖整个工作频带。

此外，长条形结构在长臂204一侧的端点处具有第一延长结构206，第一延长结构206覆盖对应端处的支架100的端点；长条形结构在所述短臂203一侧的端点处具有第二延长结构205，第二延长结构205覆盖对应端处的支架100的端点。

如图3所示，本实施例所提供的天线匹配电路300包括第一可调电容301及第二可调电容302，天线匹配电路300通过第一可调电容301的第一端与天线本体200的馈电点相连接，第一可调电容302的第二端与该天线结构外部的一信号处理装置等设备相连，第二可调电容302的第一端接地，第二可调电容302的第二端与第一可调电容301的第二端相连。

本实施例中的第一可调电容301用于调整天线的低频信号频段，第二可调电容302用于调整天线高频信号频段。当调整第一可调电容的电容值时，天线的高频段信号不受影响，而低频段698~960MHz带内谐振信号则随着电容值增大逐渐往低频方向移动。当调整第二可调电容的电容值时，天线的低频段信号不受影响，而高频段1710~2170MHz带内谐振信号则随着电容值增大逐渐往高频方向移动。

实施例二：

本实施例中除天线匹配电路与实施例一有所不同外，其余部分均与实施例一相同。本实施例中的天线匹配电路300如图4所示，其在实施例一所提供的天线匹配电路的基础上增加了第一电感303。其中，第一电感303的一端接地，另一端与第一可调电容301的第二端相连。本实施例中的第二可调电容302与第一电感303构成了LC谐振电路。该LC谐振回路构成的谐振波将与既有的低频谐振波共同在698~960MHz频段内形成双谐振波，拓宽了单个状态的频带宽度。

实施例三：

本实施例中除天线匹配电路与实施例一有所不同外，其余部分均与实施例一相同。本实施例中的天线匹配电路300如图5所示，其在实施例二所提供的天线匹配电路的基础上增加了第二电感305及第三可调电容304。其中，第二电感305的一端接地，另一端与天线本体200的接地点202相连；第三可调电容304的一端接地，另一端与第一可调电容301的第一端相连。本实施例中的第二电感305可以有效地改善天线低频段信号的回波损耗，第三可调电容304用于改善天线在高频段的性能。当调整第三可调电容的电容值时，随着第三可调电容的电容值增大，高频谐波信号的回波损耗将进一步降低。

本发明所提供的天线，其实施环境如下，PCB尺寸为120mm×60mm，净空高度为3mm，支架尺寸为60mm×5mm×3mm。参考图6和图7，为本发明实施例三所提供的天线性能测试结果图（状态1至状态7的不同电容值如图8所示），其中，测试时的第一电感值为3.6nH，第二电感值为12nH，测试结果表明该天线可以实现698MHz～960MHz、1710MHz～2170MHz较宽频带范围内信号的接收及发送，同时测试显示该天线的回波损耗小于-5dB，效率大于-4dB，可以较好地满足LTE通信协议的应用需求。

应当理解，上面所述的各器件间的连接均为电连接，且天线匹配电路中的电感值仅为说明本发明实施例效果，同样地，图8中所示状态1至状态7的可变电容参数也仅为说明本发明的技术效果，本领域技术人员应当理解，实施例中所公开的各组电感、可变电容参数值，以及实施环境的PCB尺寸、支架尺寸等均不受此限制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，包括支架及固定在所述支架上的天线本体及天线匹配电路，所述天线本体与天线匹配电路电连接，其特征在于，所述天线本体为长条形结构，该长条形结构上具有一馈电点及一接地点，所述长条形结构被所述馈电点分为一长臂及一短臂，所述接地点位于所述短臂上；

所述天线匹配电路包括第一可调电容及第二可调电容，所述天线匹配电路通过所述第一可调电容的第一端与所述馈电点电连接，所述第一可调电容的第二端与外部设备电连接，所述第二可调电容的第一端接地，所述第二可调电容的第二端与所述第一可调电容的第二端电连接；所述天线匹配电路还包括一第一电感，所述第一电感的一端接地，另一端与所述第一可调电容的第二端电连接，所述第二可调电容与所述第一电感构成LC谐振电路；所述天线匹配电路还包括第二电感及第三可调电容，所述第二电感的第一端接地，所述第二电感的第二端与所述天线本体的接地点电连接，所述第三可调电容的第一端接地，所述第三可调电容的第二端与所述第一可调电容的第一端电连接；其中，所述第一可调电容用于调整低频信号频段，所述第二可调电容用于调整高频信号频段，具体的，当调整所述第一可调电容的电容值时，天线的高频段信号不受影响，而低频段698～960MHz带内谐振信号则随着电容值增大逐渐往低频方向移动，当调整所述第二可调电容的电容值时，天线的低频段信号不受影响，而高频段1710～2170MHz带内谐振信号则随着电容值增大逐渐往高频方向移动；所述第二电感用于改善低频段信号的回波损耗，所述第三可调电容用于改善天线信号的高频性能；

其中，所述天线本体上具有若干IFA形式的宽枝节。

2.根据权利要求1所述的采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，其特征在于，所述长臂及所述短臂 的宽度为所述支架的最大宽度，所述长条形结构的长度为所述支架的最大长度。

3.根据权利要求1所述的采用可调电容进行阻抗匹配的移动终端宽带天线，其特征在于，所述长条形结构在所述长臂一侧的端点处具有第一延长结构，所述第一延长结构覆盖对应端处的所述支架的端点；所述长条形结构在所述短臂一侧的端点处具有第二延长结构，所述第二延长结构覆盖对应端处的所述支架的端点。