CN104733861A - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

一种天线结构，包括辐射体、切换电路及电性连接至馈电臂的匹配电路，所述辐射体包括主天线及寄生耦合天线，所述主天线包括馈电臂及连接至馈电臂的第一辐射臂；所述寄生耦合天线包括接地臂及与接地臂连接的第二辐射臂，所述第二辐射臂与第一辐射臂间隔设置，所述第二辐射臂与第一辐射臂耦合使天线结构产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态；所述匹配电路用于对天线进行阻抗匹配，所述切换电路用于改变匹配电路的电感值，从而改变天线结构的低频谐振模态的中心频率。本发明还涉及一种具有所述天线结构的无线通信装置。

Description

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种可工作于多频段的天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
背景技术
现今的无线通信系统已逐渐朝向4G LTE通信系统演进。由于各个国家所需的以及正在使用的通讯系统各不相同，所以无线通信装置的天线系统需要能够工作于多个通信系统，即多个通信频段。由于多频天线的结构一般较为复杂，而无线通信装置亦更加趋向于轻薄与微型化，因此，极有必要在有限的空间内设计出符合工作频段要求的多频天线。
发明内容
针对上述现有技术的不足，有必要提供一种可工作于多个频段且体积较小的天线结构。
另，还有必要提供一种具有所述天线结构的无线通信装置。
一种天线结构，包括辐射体、切换电路及电性连接至馈电臂的匹配电路，所述辐射体包括主天线及寄生耦合天线，所述主天线包括馈电臂及连接至馈电臂的第一辐射臂；所述寄生耦合天线包括接地臂及与接地臂连接的第二辐射臂，所述第二辐射臂与第一辐射臂间隔设置，所述第二辐射臂与第一辐射臂耦合使天线结构产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态；所述匹配电路用于对天线进行阻抗匹配，所述切换电路用于改变匹配电路的电感值，从而改变天线结构的低频谐振模态的中心频率。
一种无线通信装置，包括电路板及天线结构，所述天线结构包括辐射体、切换电路及电性连接至馈电臂的匹配电路，所述辐射体包括主天线及寄生耦合天线，所述主天线包括馈电臂及连接至馈电臂的第一辐射臂；所述寄生耦合天线包括接地臂及与接地臂连接的第二辐射臂，所述第二辐射臂与第一辐射臂间隔设置，所述第二辐射臂与第一辐射臂耦合使天线结构产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态；所述匹配电路用于对天线进行阻抗匹配，所述切换电路用于改变匹配电路的电感值，从而改变天线结构的低频谐振模态的中心频率；所述切换电路及匹配电路均设置于所述电路板上。
所述的天线结构通过第二辐射臂与第一辐射臂之间的寄生耦合，使整个辐射体产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态，从而可有效缩短波导波长，减少了整个天线结构及使用该天线结构的无线通信装置的体积。此外，通过切换电路改变天线结构的低频谐振模态的中心频率，可有效扩宽天线结构的低频频宽。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的无线通信装置的立体组装图。
图2为本发明较佳实施方式的天线结构的电路图。
图3为图2所示天线结构的回波损耗图。
主要元件符号说明
无线通信装置 200
天线结构 100
天线载体 230
电路板 250
辐射体 10
匹配电路 30
切换电路 50
射频电路 70
主天线 1
寄生耦合天线 2
馈电臂 11
第一辐射臂 12
第一连接臂 13
接地臂 21
第二辐射臂 22
第三辐射臂 23
第二连接臂 24
馈电端 111
接地端 211
第一段 231
第二段 233
电容 C1
电感 L1~L4
开关 S1~S4
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的无线通信装置200包括天线结构100、天线载体230以及电路板250。天线结构100包括辐射体10、匹配电路30、切换电路50以及射频电路70。匹配电路30及切换电路50均设置于电路板250上。天线载体230固定于电路板250上，用于支撑辐射体10。
辐射体10包括主天线1以及寄生耦合天线2。主天线1包括馈电臂11、第一辐射臂12以及第一连接臂13。寄生耦合天线2包括接地臂21、第二辐射臂22、第三辐射臂23以及第二连接臂24。
馈电臂11呈长条状，其包括馈电端111。馈电端111电性连接至设置于电路板250上的匹配电路30，用于馈入电流。例如，馈电端111可以通过馈线（图未示）电性连接至电路板250。
第一辐射臂12通过第一连接臂13连接至馈电臂11相对于馈电端111的另一端，且第一辐射臂12与馈电臂11位于第一连接臂13的同一侧，且均垂直于第一连接臂13。第一辐射臂12与馈电臂11之间形成一第一缝隙14。
接地臂21呈矩形片状，其包括接地端211。接地端211电性连接至电路板250上的系统地。接地臂21位于馈电端111的一侧，并与馈电端111间隔设置。接地臂21的纵向延伸方向与馈电臂11的纵向延伸方向相互垂直。
第二辐射臂22呈长条状，其平行于第一辐射臂12且与第一辐射臂12间隔设置。第二辐射臂22与第一辐射臂12之间形成一第二缝隙25。
第三辐射臂23与第二辐射臂22位于同一直线。第三辐射臂23由第二辐射臂22的一端朝远离第一辐射臂12的方向延伸而成。第三辐射臂23包括连接至第二辐射臂22的第一段231及由第一段231延伸而成的第二段233。第二段233的宽度大于第一段231的宽度。第三辐射臂23与第二辐射臂22之间的连接处通过第二连接臂24连接至接地臂21远离接地端211的一端，且第二连接臂24垂直于第三辐射臂23及第二辐射臂22。
在本实施方式中，为了合理设置天线结构100的整体尺寸，馈电臂11、接地臂21以及第一连接臂13位于一第一平面；而第二辐射臂22、第三辐射臂23以及第二连接臂24位于一与第一平面相互垂直的第二平面。如此，第二连接臂24垂直连接于接地臂21。
匹配电路30包括电容C1以及电感L1~L4。切换电路50包括开关S1~S4。电容C1电性连接至辐射体10的馈电端111与射频电路70之间。电感L1~L4的一端接地，另一端分别通过开关S1~S4电性连接至电容C1与馈电端111之间的节点。匹配电路30用于实现辐射体10在低频频段的阻抗匹配。通过合理设置开关S1~S4的开关状态，可以使得匹配电路30具有不同的电感值，从而改变辐射体10在低频频段的谐振模态。
天线结构100在使用时，馈电臂11、第一连接臂13以及第一辐射臂12构成主天线1；而第二辐射臂22、第三辐射臂23、第二连接臂24以及接地臂21构成寄生耦合天线2。电流从馈电臂11馈入后，由于第一辐射臂12与馈电臂11之间存在第一缝隙14，使得第一辐射臂12与馈电臂11之间可以产生电磁耦合；同时由于第一辐射臂12与第二辐射臂22之间存在第二缝隙25，使得第二辐射臂22与第一辐射臂12耦合并在第二辐射臂22上产生寄生电流，该寄生电流在第二辐射臂22、第三辐射臂23以及接地臂21上形成电流回路，从而使得整个天线结构100产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态，以收发高频频段(1710~2400MHz)的无线信号，即，天线结构100可工作于DCS1800/PCS1900/UMTS/LTE2300等通信系统。此外，通过切换电路50合理设置匹配电路30的电感参数，可以改变天线结构100的低频谐振模态的中心频率，使得天线结构100收发低频频段(698~960MHz)的无线信号，即，天线结构100可工作于LTE700/GSM850/EGSM900等通信系统。也就是说，通过设置开关S1-S4的开关状态，可以使得辐射体10选择性地谐振于700MHz、850MHz或者900MHz附近。例如，使开关S1保持闭合状态，当开关S2闭合而开关S3及开关S4断开时，辐射体10谐振于700MHz附近；当开关S3闭合而开关S2及开关S4断开时，辐射体10谐振于850MHz附近；当开关S4闭合而开关S2及开关S3断开时，辐射体10谐振于900MHz附近。当然，无论开关S1-S4的开关状态如何，辐射体10均可收发高频频段(1710~2400MHz)的无线信号。
请参阅图3，图3所示为天线结构100在仿真条件下测得的回波损耗(Return Loss, RL)图。其中，La、Lb、以及Lc分别表示辐射体10在低频频段谐振于700MHz、850MHz以及900MHz附近时的S11曲线。由图3可看出，天线结构100可有效收发低频频段在698~960MHz以及高频频段在1710~2400MHz的无线信号。
请参阅表1，表1所示为天线结构100在不同频段下接收及发送无线信号的增益效率。由表1可以看出，天线结构100在多个频段，如LTE700/GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS/LTE2300等频段均具有较好的信号收发效果。
表1
频段(MHz)/接收 增益效率(dB) 频段(MHz)/发送 增益效率(dB)
GSM 850 -2.23 GSM 850 -2.69
EGSM 900 -2.81 EGSM 900 -3.56
DCS 1800 -1.74 DCS 1800 -1.77
PCS 1900 -1.34 PCS 1900 -1.48
UMTS 2100 -1.78 UMTS 2100 -1.56
LTE 700 -3.28 LTE 700 -2.29
LTE 2300 -2.13 LTE 2300 -2.13
所述的天线结构100通过第二辐射臂22与第一辐射臂12之间的寄生耦合，使整个辐射体10产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态，从而可有效缩短波导波长，减少了整个天线结构100及使用该天线结构100的无线通信装置200的体积。此外，通过切换电路50改变天线结构的低频谐振模态的中心频率，可有效扩宽天线结构100的低频频宽。

Claims (9)

1.一种天线结构，包括辐射体，所述辐射体包括主天线及寄生耦合天线，其特征在于：所述主天线包括馈电臂及连接至馈电臂的第一辐射臂；所述寄生耦合天线包括接地臂及与接地臂连接的第二辐射臂，所述第二辐射臂与第一辐射臂间隔设置，所述第二辐射臂与第一辐射臂耦合使天线结构产生多个高频谐振模态及一个低频谐振模态；所述天线结构还包括切换电路及电性连接至馈电臂的匹配电路，所述匹配电路用于对天线进行阻抗匹配，所述切换电路用于改变匹配电路的电感值，从而改变天线结构的低频谐振模态的中心频率。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述主天线还包括第一连接臂，所述第一辐射臂通过第一连接臂连接至所述馈电臂，所述第一辐射臂及馈电臂均垂直于所述第一连接臂，且均位于所述第一连接臂的同一侧。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述馈电臂及第一连接臂位于一第一平面，所述第一辐射臂位于与第一平面垂直的第二平面。
4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述寄生耦合天线还包括第二连接臂，所述第二辐射臂通过所述第二连接臂连接至所述接地臂，且所述第二辐射臂垂直于所述第二连接臂。
5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：所述寄生耦合天线还包括第三辐射臂，所述第三辐射臂与所述第二辐射臂位于同一直线，且所述第三辐射臂连接至所述第二辐射臂与第二连接臂之间的连接处。
6.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于：所述第三辐射臂包括连接至第二辐射臂的第一段及由第一段延伸而成的第二段；所述第二段的宽度大于第一段的宽度。
7.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于：所述接地臂位于一第一平面，所述第二辐射臂、第三辐射臂及第二连接臂位于与第一平面垂直的第二平面。
8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括射频电路，所述匹配电路包括电容以及第一至第四电感，所述切换电路包括第一至第四开关；所述电容电性连接至所述馈电臂与射频电路之间，所述第一至第四电感的一端接地，另一端分别通过第一至第四开关电性连接至所述电容与所述馈电臂之间的节点。
9.一种无线通信装置，包括电路板，其特征在于：所述无线通信装置还包括如权利要求1-8任一项所述的天线结构，所述切换电路及匹配电路均设置于所述电路板上。
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