CN104577340B - 多波段可调天线和无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多波段可调天线和无线通信装置。该多波段可调天线包括：接地层，其用于连接地电势；辐射层，其具有开路端、用于与接地层电连接的短路端、用于射频信号馈入的馈电端、第一电容端以及第二电容端，其中，该第一电容端与该开路端的距离小于该第一电容端与该短路端的距离，该第二电容端与该短路端的距离小于该第二电容端与该开路端的距离；介质载体，其位于该接地层和该辐射层之间；第一电容元件，其连接于该第一电容端与该接地层之间，并且该第一电容元件的电容值能够变化。第二电容元件，其连接于该第二电容端与该接地层之间，并且该第二电容元件的电容值能够变化。本申请能使天线的调谐范围较大，并具有良好的匹配性能和辐射性能。

Description

多波段可调天线和无线通信装置

技术领域

本申请涉及射频电路技术领域，尤其涉及一种多波段可调天线和无线通信装置。

背景技术

近年来，因多种无线通信系统相继被推出，市面上的无线通信装置大多支持两种通信频带以上的无线通信系统。由于不同的无线通信系统使用不同的波段进行通信，因此，对于具有波段可调天线的需求量越来越多。

波段可调天线的研究由来已久，尤其是近年来采用可变电容来改变天线工作频率的研究也越来越多，并且，在天线中加入电感来调谐工作频率的方法也已经开始应用于实践。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，在增加可变电容元件来改变天线工作频率的情况下，增加的电容元件必然会改变天线原有的馈电端输入阻抗，并且，增加的电容元件对天线频率的调谐范围越大，对其馈电端输入阻抗的影响就越大。为了不对天线的匹配性能或辐射性能产生较大影响，需要谨慎选择电容元件的放置位置及电容值，但是，这样又会使天线频率的调谐范围受到限制。

本申请提供一种多波段可调天线和无线通信装置，通过在天线的辐射层的短路端附近和开路端附近分别设置电容值可变的电容元件，在使天线的调谐范围较大的同时，保证天线的匹配性能或辐射性能不会受到太大影响。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种多波段可调天线，所述多波段可调天线包括：

接地层，其用于连接地电势；

辐射层，其具有开路端、用于与接地层电连接的短路端、用于射频信号馈入的馈电端、第一电容端以及第二电容端，其中，所述第一电容端与所述开路端的距离小于所述第一电容端与所述短路端的距离，所述第二电容端与所述短路端的距离小于所述第二电容端与所述开路端的距离；

介质载体，其位于所述接地层和所述辐射层之间；

第一电容元件，其连接于所述第一电容端与所述接地层之间，并且所述第一电容元件的电容值能够变化；

第二电容元件，其连接于所述第二电容端与所述接地层之间，并且所述第二电容元件的电容值能够变化。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第一电容元件和所述第二电容元件中的至少一者包括变容二极管。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第一电容元件和所述第二电容元件中的至少一者具有开关和电容器组，其中，所述电容器组包括至少两个电容器。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述至少两个电容器的电容值相同或不同。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述开关和所述电容器组串联连接于所述辐射层和所述接地层之间。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述开关为单刀单掷开关；或者，所述开关为单刀N掷开关，N为大于2的整数。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述第一电容端与所述开路端的距离为不大于所述多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，所述第二电容端与所述短路端的距离为不大于所述多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，其中，所述多波段可调天线的基准工作频率是指所述多波段可调天线在不连接所述第一电容元件和所述第二电容元件的情况下的工作频率。

根据本申请实施例的又一个方面，提供一种无线通信装置，其中，

所述无线通信装置具备如本申请上述实施例所述的多波段可调天线，以及与该天线连接的通信电路，其中，所述通信电路用于生成馈入到所述多波段可调天线的馈电端的射频信号。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述无线通信装置还包括控制电路，其用于控制所述第一电容元件和第二电容元件中至少一者的电容值的变化。

本申请的有益效果在于：通过在天线的辐射层的开路端附近设置电容值可变的电容元件，能使天线的调谐范围较大，并且，通过在天线的辐射层的短路端附近设置电容值可变的电容元件，能使天线保持良好的匹配性能或辐射性能。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是该多波段可调天线的剖面结构示意图；

图2是本实施例中电容值可变的电容元件的结构示意图；

图3是本实施例2的无线通信装置的一个组成示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种多波段可调天线。

图1是该多波段可调天线的剖面结构示意图，如图1所示，该多波段可调天线100具有接地层101、辐射层102、介质载体103、第一电容元件104和第二电容元件105。

其中，接地层101由导体材料形成，用于连接地电势；辐射层102由导体材料形成，其具有开路端1021、用于与接地层电连接的短路端1022、用于射频信号馈入的馈电端(未图示)、第一电容端1023以及第二电容端1024，其中，该第一电容端1023与该开路端1021的距离小于该第一电容端1023与该短路端1022的距离，该第二电容端1024与该短路端1022的距离小于该第二电容端1024与该开路端1021的距离；介质载体103由电介质形成，其位于该接地层101和该辐射层102之间；第一电容元件104的电容值能够变化，并且，其连接于该第一电容端1023与该接地层101之间；第二电容元件105的电容值能够变化，并且，其连接于该第二电容端1024与该接地层之间101。

在本实施例中，第一电容端1023与开路端1021的距离可以是不大于该多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，该第二电容端1024与短路端1022的距离可以是不大于该多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，其中，该多波段可调天线的基准工作频率是指个该多波段可调天线在不连接该第一电容元件104和该第二电容元件105的情况下的工作频率。在一个具体的实施方式中，该第一电容端1023与开路端1021的距离例如可以是天线短路端至开路端距离的1/9，例如3.7mm；该第一电容端1023与该短路端1022的距离例如可以是天线短路端至开路端距离的8/9，例如29.2mm；该第二电容端1024与该短路端1022的距离例如可以是天线开路端至短路端距离的2/5，例如13.2mm，该第二电容端1024与该开路端1021的距离例如可以是天线开路端至短路端距离的3/5，例如19.7mm。当然，上述距离仅是举例，本实施例并不限于此。在本实施例的精神的启示下，本领域技术人员可以根据天线设计的具体需要，设置上述距离。

根据本实施例，将电容值可变的第一电容元件连接至开路端附近，由此，能够通过调整该第一电容元件的电容值，调整该多波段可调天线的谐振频率，并且，将电容值可变的第二电容元件连接至短路端附近，由此，能够通过调整该第二电容元件的电容值，使该多波段可调天线在不同的谐振频率下工作时，能与电路中的其它元件之间具有良好的阻抗匹配，以保证该天线的阻抗性能或辐射型能。

图2是本实施例中电容值可变的电容元件的结构示意图。在本实施例中，该第一电容元件104和第二电容元件105可以分别是图2(a)和图2(b)所示的电容元件的一种。

如图2(a)所示，电容值可变的A型电容元件可以至少具有一个变容二极管C1’，该变容二极管C1’可以根据加载在其两电之间的电压值的改变来改变电容值。此外，该A型电容元件还可以具有与该变容二极管C1’串联的其它的电容器C2’-Cn’，其中，该其它的电容器C2’-Cn’中可以包括变容二极管，也可以包括固定电容值的电容器。

如图2(b)所示，电容值可变的B型电容元件可以由开关K和电容器组C构成，并且，该开关K和电容器组C串联连接。其中，该电容器组C包括至少两个电容器C1-Cn，这些电容器C1-Cn一端相连，另一端分别连接开关K的对应的管脚，由此，通过开关K能够选择接入到串联路径中的电容器。

在本实施例中，电容器C1-Cn中的每一个可以是固定电容值的电容器，并且，电容值可以相同或不同；或者，电容器C1-Cn中可以具有电容值可变的电容器，例如变容二极管。

在本实施例中，该开关K可以是单刀单掷开关，也可以是单刀N掷开关，其中，N为大于2的整数。

在本实施例中，可以按照如下的四种方式设置该第一电容元件104和第二电容元件105，例如：

方式一：

第一电容元件104和第二电容元件105均选用图2(a)的A型电容元件。

可变容值电容可仅为一个接入电路中，也可为多个串联后接入电路中。该路通过改变加载在可变电容上的电压来改变电容容值。

在辐射层开路端附近的电容容值变化，可明显改变天线的谐振频率，不同的电压值可产生不同的可变电容容值，从而使天线可工作在不同的波段。该路电容在改变天线谐振频率的同时，会使天线的阻抗匹配程度变坏。

在辐射层短路端附近的电容容值变化对天线的谐振频率影响不大，其主要作用为调节天线的阻抗匹配。

方式二：

第一电容元件104和第二电容元件105均选用图2(b)的B型电容元件。

例如，采用n个(n≥2)不同容值的固定电容元件，各自与开关相连。通过开关通路的切换，使不同容值的电容接入天线辐射层与接地层之间。

在辐射层开路端附近的开关切换，使不同容值的电容接入天线时，会改变天线的谐振频率，使天线工作于不同波段。在改变天线谐振频率的同时，会使天线的阻抗匹配程度变坏。

在辐射层短路端附近的开关切换，使不同容值的电容接入天线时，对天线的谐振频率影响不大，其主要作用为调节天线的阻抗匹配。

方式三：

第一电容元件104采用图2(a)的A型电容元件。第二电容元件105采用图2(b)的B型电容元件。

靠近天线开路端的电容元件，采用n个(n≥2)不同容值的固定电容元件，各自与开关相连。通过开关通路的切换，使不同容值的电容接入天线辐射层与接地层之间。不同容值的电容接入天线时，会改变天线的谐振频率，使天线工作于不同波段。在改变天线谐振频率的同时，会使天线的阻抗匹配程度变坏。

靠近辐射层短路端的电路，可变容值电容可仅为一个接入电路中，也可为多个串联后接入电路中。该路通过改变加载在可变电容上的电压来改变电容容值。在辐射层短路端附近的电容容值变化对天线的谐振频率影响不大，其主要作用为调节天线的阻抗匹配。

方式四：

第二电容元件105采用图2(b)的B型电容元件。第一电容元件104采用图2(a)的A型电容元件。

靠近辐射层开路端的电路，可变容值电容可仅为一个接入电路中，也可为多个串联后接入电路中。该路通过改变加载在可变电容上的电压来改变电容容值。不同容值的电容接入天线时，会改变天线的谐振频率，使天线工作于不同波段。在改变天线谐振频率的同时，会使天线的阻抗匹配程度变坏。

靠近辐射层短路端的电路，采用n个(n≥2)不同容值的固定电容元件，各自与开关相连。通过开关通路的切换，使不同容值的电容接入天线辐射面与接地面之间。在天线短路端附近的电容容值变化对天线的谐振频率影响不大，其主要作用为调节天线的阻抗匹配。

需要说明的是，以上说明只是举例，本申请实施例并不限于此，该第一电容元件和第二电容元件可以有其它的结构。

实施例2

实施例2提供一种无线通信装置，其具备实施例1中的多波段可调天线。

图3是本实施例2的无线通信装置的一个组成示意图。如图3所示，该无线通信装置300具有多波段可调天线100，以及通信电路301。

在本实施例中，关于多波段可调天线100的说明可参照实施例1，此处不再赘述；通信电路301可以连接该多波段可调天线100，其中，该通信电路301可以用于生成馈入到该多波段可调天线的馈电端的射频信号。

在本实施例中，根据图3所示，该无线通信装置300还可以具有控制电路302。该控制电路302用于控制该第一电容元件和第二电容元件中至少一者的电容值的变化，例如，当第一电容元件和/或第二电容元件是上述A型电容元件时，该控制电路302可以控制加载在该A型电容元件上的电压，从而控制该A型电容元件的电容值；或者，当第一电容元件和/或第二电容元件是上述B型电容元件时，该控制电路302可以控开关K的切换，以控制接入到天线辐射层和接地层之间的B型电容元件的电容值。

根据本实施例，能够使多波段可调天线的谐振频率的调谐范围较大，并且，使该多波段可调天线在不同的谐振频率下工作时，能与电路中的其它元件之间具有良好的阻抗匹配；由此，扩展了该无线通信设备的通信频段，并保证良好的通信质量。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (8)

1.一种多波段可调天线，其特征在于，所述多波段可调天线包括：

接地层，其用于连接地电势；

辐射层，其具有开路端、用于与接地层电连接的短路端、用于射频信号馈入的馈电端、第一电容端以及第二电容端，其中，所述第一电容端与所述开路端的距离小于所述第一电容端与所述短路端的距离，所述第二电容端与所述短路端的距离小于所述第二电容端与所述开路端的距离；

介质载体，其位于所述接地层和所述辐射层之间；

第一电容元件，其连接于所述第一电容端与所述接地层之间，并且所述第一电容元件的电容值能够变化；以及

第二电容元件，其连接于所述第二电容端与所述接地层之间，并且所述第二电容元件的电容值能够变化，

其中，所述第一电容端与所述开路端的距离为不大于所述多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，

所述第二电容端与所述短路端的距离为不大于所述多波段可调天线的基准工作频率对应波长的1/8，

其中，所述多波段可调天线的基准工作频率是指所述多波段可调天线在不连接所述第一电容元件和所述第二电容元件的情况下的工作频率。

2.如权利要求1所述的多波段可调天线，其特征在于，

所述第一电容元件和所述第二电容元件中的至少一者包括变容二极管。

3.如权利要求1所述的多波段可调天线，其特征在于，

所述第一电容元件和所述第二电容元件中的至少一者具有开关和电容器组，其中，所述电容器组包括至少两个电容器。

4.如权利要求3所述的多波段可调天线，其特征在于，

所述至少两个电容器的电容值相同或不同。

5.如权利要求3所述的多波段可调天线，其特征在于，

所述开关和所述电容器组串联连接于所述辐射层和所述接地层之间。

6.如权利要求5所述的多波段可调天线，其特征在于，

所述开关为单刀单掷开关；

或者，所述开关为单刀N掷开关，N为大于2的整数。

7.一种无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置具备如权利要求1-6中任一项所述的多波段可调天线，以及与该天线连接的通信电路，其中，所述通信电路用于生成馈入到所述多波段可调天线的馈电端的射频信号。

8.如权利要求7所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置还包括控制电路，其用于控制所述第一电容元件和第二电容元件中至少一者的电容值的变化。