CN104577359A - 天线装置 - Google Patents

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CN104577359A CN201410588697.9A CN201410588697A CN104577359A CN 104577359 A CN104577359 A CN 104577359A CN 201410588697 A CN201410588697 A CN 201410588697A CN 104577359 A CN104577359 A CN 104577359A
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金范谦
李泰烨
赵永镐
金本冀
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Abstract

本发明提供一种天线装置，其包括：辐射金属；连接至辐射金属的地；通过在辐射金属和地之间被连接而形成第一路径的第一阻抗，该第一阻抗具有随频率变化的阻抗值，并响应于预定频率而打开第一路径；以及通过在辐射金属和地之间被连接而形成的与第一路径并联的第二路径的第二阻抗，该第二阻抗具有随频率变化的阻抗值，并响应于预定频率而使第二路径短路。

Description

天线装置
技术领域
本发明实施例涉及一种天线装置，尤其涉及一种能够使高频频带和低频频带成为宽频带的天线装置。
背景技术
移动通信用户逐年增加，而且移动通信技术也在发展。近来移动通信设备使用长期演进(LTE)、码分多址(CDMA)以及宽带码分多址(WCDMA)作为移动通信标准。移动通信设备也使用全球定位系统(GPS)和Wi-Fi。
相比外置天线，智能手机等移动通信设备优选使用内置天线。内置天线包括：倒F天线、平面倒F天线、倒L天线以及平面倒L天线等。
另外，根据多功能性的趋势，智能手机需要处理多种频带的信号。因此，有必要针对低频信号和高频信号对智能手机进行优化，并且在信号的发送/接收过程中，将信号的传输损耗降到最低。
发明内容
一个实施例是：一种天线装置，其包括：辐射金属；第一阻抗，该第一阻抗在辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在辐射金属和地之间出现开路；以及第二阻抗，该第二阻抗在辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在辐射金属和地(GND)之间出现短路。
第一阻抗的第一电感器和第一电容器彼此并联连接。
第二阻抗的第二电感器和第二电容器彼此串联连接。
第一阻抗响应于频率小于预定频率的信号而成为电感器元件。第二阻抗响应于频率小于预定频率的信号而成为电容器元件。所述电感器元件和电容器元件在频率小于预定频率的信号下发生谐振。
第一阻抗响应于频率大于预定频率的信号而成为电容器元件。第二阻抗响应于频率大于预定频率的信号而成为电感器元件。所述电容器元件和电感器元件在频率大于预定频率的信号下发生谐振。
该天线装置包括与辐射金属串联连接的第三阻抗和第四阻抗。第三阻抗响应于预定频率而被开路。第四阻抗响应于预定频率而被短路。
第三阻抗的第三电感器和第三电容器彼此并联连接。
第四阻抗的第四电感器和第四电容器彼此串联连接。
第三阻抗响应于频率小于预定频率的信号而成为电感器元件。第四阻抗响应于频率小于预定频率的信号而成为电容器元件。所述电感器元件和电容器元件在频率小于预定频率的信号下发生谐振。
第三阻抗响应于频率大于预定频率的信号而成为电容器元件。第四阻抗响应于频率大于预定频率的信号而成为电感器元件。所述电容器元件和电感器元件在频率大于预定频率的信号下发生谐振。
辐射金属包括响应于频率小于预定频率的信号发生谐振的第一辐射金属，以及响应于频率大于预定频率的信号发生谐振的第二辐射金属。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的天线装置的电路图；
图2a至图2c为发送到图1所示的天线装置的信号的等效电路图；
图3a和图3b为发送到图1所示的天线装置的随机信号的频率的匹配特性图；
图4a为图3a对应的史密斯圆图；
图4b为图3b对应的史密斯圆图；
图5为根据本发明另一个实施例的天线装置的电路图；
图6a至图6c为发送到图5所示的天线装置的信号的等效电路图；
图7为发送到图5所示的天线装置的随机信号的频率的匹配特性图；
图8为图7对应的史密斯圆图；以及
图9为根据本发明的天线装置的结构图。
具体实施方式
结合附图给出的本发明的以下详细说明示出了本发明的特定实施例。实施例将以足够的细节来描述，使得本领域技术人员能够实现本发明。应当理解的是，本发明的各个实施例彼此不同，并且不必是互相排斥的。例如，本公开中相对于一个实施例描述的特定形状、结构和性质在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以在其他实施例中实施。此外，应注意，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以在每个公开的实施例中改变独立元件的位置或放置。因此，以下详细的说明并无限制之意。如果描述适当，本发明的范围只是由本发明所附的权利要求及其等同物进行限定。附图中类似的附图标记，在很多方面中，指示相同或相似的功能。
以下将结合附图来描述根据本发明一个实施例的阻抗匹配电路。
图1为根据本发明一个实施例的天线装置的电路图。图2a至图2c为发送到图1所示的天线装置的信号的等效电路图。图2a为在具有预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。图2b为在所具有的频率大于预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。图2c为在所具有的频率小于预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。
参照图1，天线装置100可包括辐射金属110、第一阻抗120和第二阻抗130。第一阻抗120在辐射金属110和地(GND)之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在辐射金属110和地(GND)之间出现开路。第二阻抗130在辐射金属110和地(GND)之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于所述预定频率而发生谐振，从而在辐射金属110和地(GND)之间出现短路。
在天线装置100中，属于低频带的信号和属于高频带的信号可以在一个辐射金属110中发生谐振。同样，在天线装置100中，可提供两个辐射金属110可分别发送和接收属于低频带的信号和属于高频带的信号。为了使属于低频带的信号和属于高频带的信号可以在辐射金属110中发生谐振，第一阻抗120和第二阻抗130可在辐射金属110和地(GND)之间并联连接。第一阻抗120和第二阻抗130各自的阻抗值可响应发送到辐射金属110中的信号的频率而发生变化。同样，第一阻抗120和第二阻抗130各自都可响应于预定频率而发生谐振。
当具有预定频率的信号被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收时，第一阻抗120和第二阻抗130可分别响应于所述预定频率而发生谐振。当该发送/接收的信号在第一阻抗120中发生谐振时，第一阻抗120的阻抗值可无限地增大，并且当该发送/接收的信号在第二阻抗130中发生谐振时，第二阻抗130的阻抗值可变为0。当第一阻抗120的阻抗值为无限大，且第二阻抗130的阻抗值变为0时，如图2a所示，天线装置100的辐射金属110可以连接至地(GND)。相应地，发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收的信号被发送到地(GND)，从而信号不被发送到与天线装置100连接的外部设备(未示出)。
当属于高频带并且所具有的频率大于所述预定频率的信号被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收时，如图2b所示，天线装置100的第一阻抗120可具有电容器元件“CH1”，并且天线装置100的第二阻抗130可具有电感器元件“LH1”。被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收的高频带信号中特定的高频带信号可通过第一阻抗120的电容器元件“CH1”和第二阻抗130的电感器元件“LH1”发生谐振。
同样，当属于低频带并且所具有的频率小于预定频率的信号被发送到辐射金属110并被辐射金属110接收时，如图2c所示，天线装置100的第一阻抗120可具有电感器元件“LL1”，并且天线装置100的第二阻抗130可具有电容器元件“CL1”。被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收的低频带信号中特定的低频带信号可通过第一阻抗120的电感器元件“LL1”和第二阻抗130的电容器元件“CL1”发生谐振。
第一阻抗120和第二阻抗130各自的阻抗元件值可响应于被发送到辐射金属110并被辐射金属110接收的信号而发生变化。因此，当属于高频带的信号被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收时，第一阻抗120和第二阻抗130的阻抗值可不同于当属于低频带的信号被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收时，第一阻抗120和第二阻抗130的阻抗值。尽管示出了一个第一阻抗120和一个第二阻抗130，但本发明并不局限于此，可提供多个第一阻抗120和多个第二阻抗130。
第一阻抗120和第二阻抗130的阻抗值可随着被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收的信号的频率而发生变化。因此，当属于高频带的信号被发送到辐射金属110并被辐射金属110接收时，以及当属于低频带的信号被发送到辐射金属110并被辐射金属110接收时，信号都会通过第一阻抗120和第二阻抗130发生谐振。例如，在辐射金属110中发生谐振的低频带信号可为850MHz，在辐射金属110中发生谐振的高频带信号可为1850MHz。同样，预定频率可采用低频带信号频率和高频带信号频率的平均频率。然而，对此并没有限制。也可使用接近低频带信号和高频带信号的平均频率的频率。例如，当低频带信号的频率为850MHz并且高频带信号的频率为1850MHz时，该预定频率可为1250MHz。
本实施例中，电感器L11和电容器C11可在第一阻抗120中彼此并联连接。电感器L21和电容器C21可在第二阻抗130中彼此串联连接。
因此，天线装置100可响应于高频带信号而发生谐振，并可响应于低频带信号而发生谐振，从而使高频带信号和低频带信号具有较宽的频带。
图3a和图3b为发送到图1所示的天线装置的随机信号的频率的匹配特性图。图4a为图3a对应的史密斯圆图。图4b为图3b对应的史密斯圆图。图3a可以示出辐射金属在“a”点的信号的频率的匹配特性。图3b可以示出辐射金属在“b”点的信号的频率的匹配特性。
当具有在700MHz和2300MHz之间的频率的信号被发送到图1所示的辐射金属110并从辐射金属110被接收时，图1中“a”点的频率和匹配特性可表示为如图3a所示。此外，史密斯圆图表示为如图4a所示。换言之，当具有约850MHz频率的信号被发送到辐射金属110时，以及当具有约1850MHz频率的信号被发送到辐射金属110时，可以看出，分别形成一个极。因此，可以理解的是，当具有约850MHz频率的信号和具有约1850MHz频率的信号被发送到辐射金属110并从辐射金属110被接收时，传输损耗可降到最低。另外，可以发现，当频率为1250MHz时，不会发生匹配。图1中“b”点处的频率和增益关系如图3b所示。此外，史密斯圆图表示为如图4b所示。通过使用图3b和图4来描述频率和增益关系，当具有约790MHz至980MHz之间频率的信号被发送到辐射金属110时，以及当具有约1700MHz至2100MHz之间频率的信号被发送到辐射金属110时，可以发现，分别形成两个极。换言之，通过第一阻抗120和第二阻抗130分别在低频带和高频带形成两个极。因此，具有低传输损耗的频率范围增大，并且具有更宽频带的信号被发送和接收。当频率为1250MHz时，被发送到辐射金属并从辐射金属被接收的信号被发送到地，从而不发生匹配。
图5为根据本发明另一个实施例的天线装置的电路图。图6a至图6c为发送到图5所述的天线装置的信号的等效电路图。图6a为在具有预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。图6b为在所具有的频率大于预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。图6c为在所具有的频率小于预定频率的信号被发送到辐射金属时的天线装置的等效电路图。
参照图5，天线装置200可包括辐射金属210、第一阻抗220、第二阻抗230、第三阻抗240以及第四阻抗250。第一阻抗220在辐射金属210和地(GND)之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在辐射金属210和地(GND)之间出现开路。第二阻抗230在辐射金属210和地(GND)之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在辐射金属210和地(GND)之间出现短路。第三阻抗240与辐射金属210串联连接，并响应于预定频率而被开路。第四阻抗250与辐射金属210串联连接，并响应于预定频率而被短路。
图5所示的天线装置200不同于图1所示的天线装置100，天线装置200还包括与辐射金属210串联连接的第三阻抗240和第四阻抗250。此处，将只描述与图1中的天线装置100的不同之处。
当具有预定频率的信号被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收时，第三阻抗240的阻抗值通过谐振无限地增大，并且第四阻抗250的阻抗值通过谐振变为0，从而天线装置200可以表示为如图6a所示。换言之，这与辐射金属210被第三阻抗240断开具有相同的效果。相应地，由于辐射金属210通过第二阻抗230连接至地(GND)，并且辐射金属210处于的状态是，辐射金属210被第三阻抗240从外部设备(未示出)断开，信号不被发送到辐射金属210并不从辐射金属210被接收，从而被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的信号可以不被发送到连接至天线装置200的外部设备(未示出)并不被该外部设备接收。
当属于高频带并具有大于预定频率的信号被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收时，第一阻抗220和第三阻抗240可分别具有电容器元件“CH2”和电容器元件“CH3”，并且第二阻抗230和第四阻抗250可分别具有电感器元件“LH2”和电感器元件“LH3”，从而天线装置200可以表示为如图6b所示。因此，第三阻抗240和第四阻抗250可串联连接至辐射金属210。被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的高频带信号可通过串联连接至辐射金属210的第三阻抗240的电容器元件“CH3”和串联连接至辐射金属210的第四阻抗250的电感器元件“LH3”来发生谐振。从而被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的高频带信号可绕过第三阻抗240和第四阻抗250。
当属于低频带并且所具有的频率小于预定频率的信号被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收时，第一阻抗220和第三阻抗240可分别具有电感器元件，第二阻抗230和第四阻抗250可具有电容器元件，从而天线装置200可以表示为如图6c所示。因此，第三阻抗240和第四阻抗250可串联连接至辐射金属210。被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的低频带信号可通过串联连接至辐射金属210的第三阻抗240的电感器元件“LL3”和串联连接至辐射金属210的第四阻抗250的电容器元件“CL3”发生谐振。从而被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的低频带信号可绕过第三阻抗240和第四阻抗250。尽管示出了一个第三阻抗240和一个第四阻抗250，但本发明并不局限于此，可提供多个第三阻抗240和多个第四阻抗250。
本实施例中，电感器L31和电容器C31可在第三阻抗240中彼此并联连接。电感器L41和电容器C41可在第四阻抗250中彼此串联连接。此外，低频带信号的频率可为850MHz，并且高频带信号的频率可为1850MHz。此外，所述预定频率可为1250MHz。
因此，天线装置100可响应于高频带信号发生谐振，并响应于低频带信号发生谐振，从而使高频带信号和低频带信号具有较宽的频带。
在上述描述中，尽管第一阻抗220、第二阻抗230、第三阻抗240和第四阻抗250都连接至辐射金属210，但并不仅限于此。可以仅将第一阻抗220和第二阻抗230连接至辐射金属210，或仅将第三阻抗240和第四阻抗250连接至辐射金属210。
图7为发送到图5所示的天线装置的随机信号的频率的匹配特性图。图8为图7对应的史密斯圆图。
参照图7和图8，当具有700MHz和2300MHz之间频率的信号被发送到图5所示的辐射金属210并从辐射金属210被接收时，图7中“C”点的频率和增益关系可以表示为如图7所示。此外，史密斯圆图表示为如图8所示。当具有约850MHz频率的信号被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收时，以及当具有约1850MHz频率的信号被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收时，可以发现，分别形成一个极。能够使一个极处的传输损耗降到最低的频率范围增大，从而能够大大增加能够使被发送到辐射金属210并从辐射金属210被接收的信号的传输损耗降到最低的频率范围。相应地，可以理解的是，信号的频带变得更宽。可以发现，当频率为1250MHz时，信号被发送到地，并且不会发生匹配。图9为根据本发明的天线装置的结构图。
参照图9，在天线装置1000中，电极1200在基板1100上形成并可用作地。第一辐射金属1300可在基板1100的一个方向上形成。第二辐射金属1400可在与第一辐射金属1300形成的方向垂直的方向上形成。第一辐射金属1300可以比第二辐射金属1400更长。第一辐射金属1300、第二辐射金属1400和电极1200可连接至馈电1500。具有低频带的信号可被发送至第一辐射金属1300并从该第一辐射金属1300被接收。具有高频带的信号可被发送至第二辐射金属1400并从该第二辐射金属1400被接收。具有低频带的信号的频率可为850MHz，并且具有高频带的信号的频率可为1850MHz。第一辐射金属1300和电极1200之间的距离“d1”可为8mm，第二辐射金属1400和电极1200之间的距离“d2”可为3mm。
此外，尽管此处天线装置基于倒L天线进行描述，但该天线装置并不限于此。
实施例中描述的特征、结构和效果等包含在本发明的至少一个实施例中，并不必仅限于一个实施例。此外，本领域技术人员可对各个实施例中所提供的特征、结构和效果等在这些实施例所属的其他实施例中进行合并或修改。因此，涉及合并和修改的内容也应理解为包含在本发明的范围内。
尽管以上描述了本发明的实施例，但这些实施例仅为示例而并不限制本发明。此外，本领域技术人员可以在不脱离本发明的本质特征的情况下，用多种方式改变和修改本发明。例如，本发明实施例中详细描述的元件可以被修改。另外，修改和应用产生的不同应理解为包含在所附权利要求描述的本发明的范围和精神内。

Claims (18)

1.一种天线装置，包括：
辐射金属；
第一阻抗，所述第一阻抗在所述辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于预定频率而发生谐振，从而在所述辐射金属和所述地之间出现开路；以及
第二阻抗，所述第二阻抗在所述辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于所述预定频率而发生谐振，从而在所述辐射金属和所述地(GND)之间出现短路。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述第一阻抗的第一电感器和第一电容器彼此并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中所述第二阻抗的第二电感器和第二电容器彼此串联连接。
4.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述第一阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电感器元件，其中所述第二阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电容器元件，并且其中所述电感器元件和所述电容器元件在频率小于所述预定频率的信号下发生谐振。
5.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述第一阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电容器元件，其中所述第二阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电感器元件，并且其中所述电容器元件和所述电感器元件在频率大于所述预定频率的信号下发生谐振。
6.根据权利要求1所述的天线装置，包括与所述辐射金属串联连接的第三阻抗和第四阻抗，其中所述第三阻抗响应于所述预定频率而被开路，所述第四阻抗响应于所述预定频率而被短路。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其中所述第三阻抗的第三电感器和第三电容器彼此并联连接。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其中所述第四阻抗的第四电感器和第四电容器彼此串联连接。
9.根据权利要求6所述的天线装置，其中所述第三阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电感器元件，其中所述第四阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电容器元件，并且其中所述电感器元件和所述电容器元件在频率小于所述预定频率的信号下发生谐振。
10.根据权利要求6所述的天线装置，其中所述第三阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电容器元件，其中所述第四阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电感器元件，并且其中所述电容器元件和所述电感器元件在频率大于所述预定频率的信号下发生谐振。
11.根据权利要求1所述的天线装置，其中所述辐射金属包括响应于频率小于所述预定频率的信号而发生谐振的第一辐射金属，并且包括响应于频率大于所述预定频率的信号而发生谐振的第二辐射金属。
12.一种天线装置，包括：
辐射金属；
第三阻抗，所述第三阻抗的一端连接至所述辐射金属；以及
第四阻抗，所述第四阻抗的一端连接至所述第三阻抗，
其中所述第三阻抗响应于预定频率而被开路，并且所述第四阻抗响应于所述预定频率而被短路。
13.根据权利要求12所述的天线装置，其中所述第三阻抗的第三电感器和第三电容器彼此并联连接。
14.根据权利要求12所述的天线装置，其中所述第四阻抗的第四电感器和第四电容器彼此串联连接。
15.根据权利要求12所述的天线装置，其中所述第三阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电感器元件，其中所述第四阻抗响应于频率小于所述预定频率的信号而成为电容器元件，并且其中所述电感器元件和所述电容器元件在频率小于所述预定频率的信号下发生谐振。
16.根据权利要求12所述的天线装置，其中所述第三阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电容器元件，其中所述第四阻抗响应于频率大于所述预定频率的信号而成为电感器元件，并且其中所述电容器元件和所述电感器元件在频率大于所述预定频率的信号下发生谐振。
17.根据权利要求12所述的天线装置，包括：
第一阻抗，所述第一阻抗在所述辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于所述预定频率而发生谐振，从而在所述辐射金属和所述地之间出现开路；以及
第二阻抗，所述第二阻抗在所述辐射金属和地之间连接，具有随频率变化的阻抗值，并且响应于所述预定频率而发生谐振，从而在所述辐射金属和所述地(GND)之间出现短路。
18.根据权利要求12所述的天线装置，其中所述辐射金属包括响应于频率小于所述预定频率的信号而发生谐振的第一辐射金属和响应于频率大于所述预定频率的信号而发生谐振的第二辐射金属。
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