CN104752827B - 一种双馈天线系统和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈天线系统和电子设备，该双馈天线系统包括：第一天线、第二天线、第一馈源、第二馈源、耦合在第一天线和第一馈源之间的第一射频器件、耦合在第二天线和第二馈源之间的第二射频器件；第一射频器件允许第一天线辐射出的第一射频信号通过，第二射频器件阻止第一射频信号通过以使第二天线短路接地，第二天线作为第一天线的接地寄生，产生不同于第一天线中心频率的谐振频率；或者，第二射频器件允许第二天线辐射出的第二射频信号通过，第一射频器件阻止第二射频信号通过以使第一天线短路接地，第一天线作为第二天线的接地寄生，产生不同于第二天线中心频率的谐振频率。本发明利用相邻天线作为寄生，产生谐振，拓展带宽、增加频段。

Description

一种双馈天线系统和电子设备

技术领域

本发明涉及无线电通信领域，尤其涉及一种双馈天线系统和电子设备。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，用户对移动通信电子设备的功能及外观的要求也越来越高。为了提高电子设备的移动通信速度，天线工程师们也面临更加激烈的挑战。

天线具有中心频率和频带宽度，天线一般在某一频率调谐，并仅在此谐振频率为中心的一段频带上有效，因此该谐振频率为天线的中心频率，在偏离天线中心频率时，天线的某些电性能将会下降，电性能下降的允许值的频率范围则是天线的频带宽度，天线的频带宽度是天线有效的工作频率范围，天线的频带宽度通常以其中心频率为中心。以手机天线为例，现代无线通信的飞速发展对无线通信设备的设计提出了越来越高的要求，手机的小型化成为一个趋势，手机内置天线具有不易损坏，对人体辐射小等优点，已成为当今手机天线设计的首选。

然而，手机的金属边框、塑胶边框均会对天线产生影响，并且，手机天线环境日益恶劣，手机内置天线数量也在增加，随着手机等移动通信的飞速发展，移动通信领域对宽带宽、多天线的要求越来越迫切。

发明内容

本发明提供一种双馈天线系统和电子设备，以拓展移动通信设备的天线的频带宽度并增加其频段。

第一方面，本发明提供的一种双馈天线系统，包括：相互独立的第一天线和第二天线、第一射频器件、第二射频器件、第一馈源和第二馈源；

所述第一射频器件耦合在所述第一天线和所述第一馈源之间，所述第二射频器件耦合在所述第二天线和所述第二馈源之间；

所述第一天线向所述第一馈源馈电工作时，所述第一天线辐射出第一射频信号，所述第一射频器件允许所述第一射频信号通过，所述第二射频器件阻止所述第一射频信号通过以使所述第二天线短路接地，所述第二天线作为所述第一天线的接地寄生，产生不同于所述第一天线的中心频率的谐振频率；或者，

所述第二天线向所述第二馈源馈电工作时，所述第二天线辐射出第二射频信号，所述第二射频器件允许所述第二射频信号通过，所述第一射频器件阻止所述第二射频信号通过以使所述第一天线短路接地，所述第一天线作为所述第二天线的接地寄生，产生不同于所述第二天线的中心频率的谐振频率。

进一步地，所述第一天线为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线。

进一步地，所述第二天线为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线。

进一步地，所述第一射频器件为带通滤波器；所述第二射频器件为带通滤波器。

进一步地，所述第一射频器件和所述第二射频器件的频带范围完全不相同；或者，所述第一射频器件和所述第二射频器件的频带范围不完全相同。

进一步地，所述第一天线和所述第二天线的功能不同。

进一步地，所述第一天线为无线保真WIFI功能天线，所述第二天线为全球定位系统GPS和分集2合1功能天线；或者，所述第一天线为全球定位系统GPS和分集2合1功能天线，所述第二天线为无线保真WIFI功能天线。

第二方面，本发明提供的一种电子设备，至少包括：如第一方面所述的双馈天线系统。

进一步地，所述双馈天线系统中的至少一支天线为金属边框。

本发明提供的一种双馈天线系统和电子设备，当第一天线馈电工作时，第一射频器件允许第一射频信号通过，第二射频器件阻止第一射频信号通过以使第二天线短路接地，第二天线作为第一天线的接地寄生，产生不同于第一天线中心频率的谐振频率，拓展了第一天线的频带宽度并增加了其频段，或者当第二天线馈电工作时，第二射频器件允许第二射频信号通过，第一射频器件阻止第二射频信号通过以使第一天线短路接地，第一天线作为第二天线的接地寄生，产生不同于第二天线中心频率的谐振频率，拓展了第二天线的频带宽度并增加了其频段。本发明在射频器件的作用下，有效利用相邻天线作为寄生，以此产生谐振，拓展相应天线的带宽、增加其频段，不占用多余空间，实现了移动通信设备的天线宽带宽、多频段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例二中提供的一种双馈天线系统的示意图；

图2(a)是本发明实施例二中提供的第一天线馈电工作的示意图；

图2(b)是本发明实施例二中提供的第二天线馈电工作的示意图；

图3是本发明实施例三中提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种双馈天线系统，本实施例的技术方案适用于在有限的环境下，通过电子设备上至少两个相互独立且相邻的天线的使用，拓展电子设备中任意一个天线工作时的频带宽度、并增加频段的情况。在此电子设备可以为任意带有至少两个天线的设备，典型的如手机等。该系统可以采用硬件的方式实现，配置在手机等电子设备中执行。

本发明实施例一提供的一种双馈天线系统，包括：相互独立的第一天线和第二天线、第一射频器件、第二射频器件、第一馈源和第二馈源；第一射频器件耦合在第一天线和第一馈源之间，第二射频器件耦合在第二天线和第二馈源之间。

如上所述，第一天线的输入端连接第一射频器件的一端，第一射频器件的另一端与第一馈源连接，第一天线向第一馈源馈电。第二天线的输入端连接第二射频器件的一端，第二射频器件的另一端与第二馈源连接，第二天线向第二馈源馈电。在此第一天线组成的分支和第二天线组成的分支相互独立且相邻。

对于天线，任一支天线的具体形式可能会对天线的传输速率和盲点产生影响，但并不会具体影响天线的具体功能，在此任意一支天线，其功能都是在于作为一种变换器，把传输线上传播的导行波，变换成在自由空间中传播的电磁波，或者进行相反的变换，因此第一天线的形式和第二天线的形式可以相同也可以不相同。在此可选地，第一天线为单极天线，或偶极天线，或环形(Loop)天线，或倒F(IFA)天线，或F天线等，可选地，第二天线为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线等天线形式，此外第一天线或第二天线还可以为其他天线形式，基于天线形式的多样化，不再对第一天线或第二天线的形式过多列举。

已知第一天线和第二天线的形式可能相同，并且本实施例的技术方案是第一天线工作时，第二天线拓展第一天线频宽、增加频段，或者第二天线工作时，第一天线拓展第二天线频宽、增加频段，因此第一天线和第二天线应不同步、分别独立的馈电工作，而当第一天线和第二天线的功能相同时，第一天线和第二天线无法独立的进行馈电工作，因此可选地，第一天线和第二天线的功能不同。

以第一天线工作，第二天线分支用于拓展第一天线的频宽为例，本实施例若需要通过相邻的第二天线分支达到拓展第一天线的频宽、增加频段的目的，则第二天线分支需产生额外的谐振点，以提供谐振频率，该提供的谐振频率还应在第一天线的中心频率附近，从而才能达到第二天线分支拓展第一天线的频宽、增加频段的目的。而对于元器件或布线而言，只有当第二天线分支是第一天线的寄生电容或寄生电感时，根据寄生效应，第二天线分支才能产生谐振点，其谐振频率在中心频率附近，可以把第一天线的频带宽度拓宽。

如上所述，第一天线分支和第二天线分支分别馈电工作，即双馈，当一支天线工作时，另一支天线分支作为寄生，拓展频宽、增加频段。具体地，当第一天线工作时，第二天线分支作为寄生拓展第一天线的频宽、增加频段，当第二天线工作时，第一天线分支作为寄生拓展第二天线的频宽、增加频段。

在一支天线工作时，另一支天线分支如何作为寄生，则需要相应的射频器件进行限定。以第二天线分支作为寄生为例，第二天线分支作为寄生，则第二天线分支等效为与第一天线临近的一根导线，以此产生谐振频率，拓展第一天线的频带宽度、增加频段。因此若需将第二天线分支作为寄生，则第二天线应处于短路状态，那么在第二天线分支中，只有第二射频器件能够将第二天线对地短路。同理，第一射频器件将第一天线对地短路时，第一天线才能作为寄生，拓展第二天线频带宽度、增加频段。

在本实施例中，第一射频器件和第二射频器件的特性相同。

当第一天线向第一馈源馈电工作时，第一天线辐射出第一射频信号，第一射频器件应允许第一射频信号通过，由此才能使第一天线正常向第一馈源馈电。而第二天线分支此时是作为寄生用于拓展第一天线的频带宽度、增加频段，因此第二天线分支中的第二射频器件应使第二天线短路到地，即第二射频器件阻止第一射频信号通过，由此使得第二天线作为第一天线的接地寄生，产生额外的谐振，其第二天线产生的谐振频率不同于第一天线的中心频率但谐振频率在第一天线的中心频率附近，由此达到拓展第一天线频带宽度、增加频段的目的。

同理，当第二天线向第二馈源馈电工作时，第二天线辐射出第二射频信号，第二射频器件允许第二射频信号通过，以使第二天线正常工作，而当前为了使第一天线分支作为寄生，则第一射频器件必须阻止第二射频信号通过以使第一天线短路到地，第一天线作为第二天线的接地寄生，产生谐振，该谐振频率不同于第二天线的中心频率但该谐振频率在第二天线的中心频率附近，由此拓展第二天线的频带宽度、增加频段。

基于上述工作原理，第一射频信号的频段和第二射频信号的频段不相同或者不能完全相同。若完全相同，则第一天线工作时，第二天线无法对地短路，进而不能作为寄生产生谐振、拓展第一天线频宽、增加频段，或者，第二天线工作时，第一天线无法对地短路，进而不能作为寄生产生谐振、拓展第二天线频宽、增加频段。

对于射频器件，第一射频器件是允许第一射频信号通过、阻止第二射频信号通过的一种滤波器件，并且还有将特定的第二射频信号屏蔽或衰减到0的作用，以使得当第二天线工作时，第一天线对地短路。同理可知，第二射频器件是允许第二射频信号通过、阻止第一射频信号通过的一种滤波器件，并且还有将特定的第一射频信号屏蔽或衰减到0的作用，以使得第一天线工作时，第二天线对地短路。

如上所述，第一射频器件和第二射频器件应是对电源线中特定频率的频点进行有效滤除，以得到一个特定频率的电源信号的滤波器件；或者，第一射频器件和第二射频器件应是对电源线中特定频率的频点以外的频率进行有效滤除，以消除一个特定频率后的电源信号。在此，结合消除的电源信号使天线对地短路的特性，可选地，第一射频器件为带通滤波器；第二射频器件为带通滤波器。带通滤波器允许特定频段的波通过、同时屏蔽其他频段的波，并且会将特定频段之外的波会衰减到0，具有带外短路的特性。

设置第一射频器件的特定频段为第一射频信号的频段，设置第二射频信号的特定频段为第二射频信号的频段，已知第一射频信号的频段和第二射频信号的频段完全不相同或不完全相同，因此可选地，第一射频器件和第二射频器件的频带范围完全不相同；或者，第一射频器件和第二射频器件的频带范围不完全相同。

本发明实施例一提供的一种双馈天线系统，至少包括相互独立的第一天线和第二天线，通过将第一射频器件耦合在第一天线和第一馈源之间，将第二射频器件耦合在第二天线和所述第二馈源之间，使得第一天线向第一馈源馈电工作时，第一射频器件允许第一天线辐射出的第一射频信号通过，第二射频器件阻止第一射频信号通过以使第二天线短路接地，第二天线作为第一天线的接地寄生，产生不同于第一天线的中心频率的谐振频率，拓展第一天线的频宽、增加频段；或者，第二天线向第二馈源馈电工作时，第二射频器件允许第二天线辐射出的第二射频信号通过，第一射频器件阻止第二射频信号通过以使第一天线短路接地，第一天线作为第二天线的接地寄生，产生不同于第二天线的中心频率的谐振频率。本发明将相邻的具有其他功能的天线作为寄生，可以产生额外的谐振点，拓展带宽、增加频段。

实施例二

参考图1，为本发明实施例二提供的一种双馈天线系统的示意图。本实施例的技术方案适用于两支靠的较近的独立天线，分别馈电，即双馈，以达到拓展带宽、增加频段的情况。

本发明实施例二提供的一种双馈天线系统，包括：相互独立的第一天线10和第二天线20、第一射频器件11、第二射频器件21、第一馈源12和第二馈源22；第一射频器件11耦合在第一天线10和第一馈源12之间，第二射频器件21耦合在第二天线20和第二馈源22之间。

其中，第一天线10为单极天线，第二天线20为Loop天线。本发明提供的双馈天线形式并不仅仅局限于这种天线形式组合，其他天线形式组合也属于该发明所属范围，例如Loop和Loop组合，IFA和Loop组合等等，目前在本实施例二中仅以单极和Loop组合形式进行说明。此外，当双馈天线形式中至少一支天线为Loop天线时，则如图1所示，Loop天线的第一端始终接地，第二端再接射频器件；当双馈天线形式中至少一支天线非Loop天线时，则以图1所示为例，非Loop天线的天线，第一端不接地，第二端再接射频器件。在此第一天线10和第二天线20的功能不同。

其中，第一射频器件11和第二射频器件21为相同特性的带通滤波器，第一射频器件11和第二射频器件21的频带范围完全不相同。在本发明中，第一射频器件11和第二射频器件21的频带范围也可以不完全相同，在本实施例中，以第一射频器件11和第二射频器件21的频带范围完全不相同为例进行描述。在此，设置第一天线10辐射的第一射频信号为第一射频器件11的频带范围或频段，设置第二天线20辐射的第二射频信号为第二射频器件21的频带范围或频段，则第一射频信号为第二射频器件21的特定频带或频段之外的频段，第二射频信号为第一射频器件11的特定频带或频段之外的频段。

为了对图1所示的双馈天线系统的工作过程进行描述，下面分别对第一天线10的馈电工作过程和第二天线20的馈电工作过程进行详细描述。

根据图1所示的双馈天线系统，当第一天线10向第一馈源12馈电工作时，第一天线10辐射出第一射频信号，第一射频器件11允许第一射频信号通过，则第一天线10向第一馈源12正常馈电。同时，第二射频器件21阻止第一射频信号通过，根据带通滤波器的带外短路特性，第二射频器件21的带外短路特性等效于将第二天线20的第二端短路到地。由此可知，如图2(a)所示，为本发明实施例二提供的第一天线馈电工作的示意图，当第一天线10馈电工作时，第二天线20会作为第一天线10的一个双接地寄生，产生谐振，其谐振频率在第一天线10的中心频率附近，进而拓展了第一天线10的带宽、增加了第一天线10的频段。

根据图1所示的双馈天线系统，当第二天线20向第二馈源22馈电工作时，第二天线20辐射出第二射频信号，第二射频器件21允许第二射频信号通过，则第二天线20向第二馈源22正常馈电。同时，第一射频器件11阻止第二射频信号通过，根据带通滤波器的带外短路特性，第一射频器件11的带外短路特性等效于将第一天线10的第二端短路到地。由此可知，如图2(b)所示，为本发明实施例二提供的第二天线馈电工作的示意图，当第二天线20馈电工作时，第一天线10会作为第二天线20的一个接地寄生，产生谐振，其谐振频率在第二天线20的中心频率附近，进而拓展了第二天线20的带宽、增加了第二天线20的频段。

本发明实施例二提供的一种双馈天线系统，当单极天线馈电工作时，第二射频器件21的带外短路特性等效于将Loop天线的第二端短路到地，Loop天线作为单极天线的一个双接地寄生，可以拓展单极天线的带宽、增加其频段；当Loop天线馈电工作时，第一射频器件11的带外短路特性等效于将单极天线的第二端短路到地，单极天线作为Loop天线的一个对地寄生，可以拓展Loop天线的带宽、增加其频段。同时本发明还节省了天线所占用的空间。

实施例三

本实施例的技术方案适用于将双馈天线系统应用到具体的电子设备中的情况。在此，电子设备可以为任意带有至少两个天线的设备，典型的如具有内置或外置天线的手机、以金属边框作为其中一个天线的手机等设备。

参考图3所示，为本发明实施例三提供的一种电子设备的示意图。本发明实施例三提供的一种电子设置，至少包括：双馈天线系统，其中，双馈天线系统中的至少一支天线为金属边框。此外，该电子设备30还包括一个到地寄生分支31和系统地32。

其中，该双馈天线系统，包括：相互独立的第一天线33和第二天线34、第一射频器件35、第二射频器件36、第一馈源37和第二馈源38；第一射频器件35耦合在第一天线33和第一馈源37之间，第二射频器件36耦合在第二天线34和第二馈源38之间。第一天线33为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线；第二天线34为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线。如图3所示，该电子设备30中的第一天线33和第二天线34均为金属边框。

第一射频器件35为带通滤波器；第二射频器件36为带通滤波器。第一射频器件35和第二射频器件36的频带范围完全不相同；或者，第一射频器件35和第二射频器件36的频带范围不完全相同。第一射频器件35的频带范围或频段为第一天线33辐射出的第一射频信号，第二射频器件36的频带范围或频段为第二天线34辐射出的第二射频信号。

当第一天线33向第一馈源37馈电工作时，第一天线33辐射出第一射频信号，第一射频器件35允许第一射频信号通过，第二射频器件36阻止第一射频信号通过以使第二天线34短路接地，第二天线34作为第一天线33的接地寄生，产生不同于第一天线33的中心频率的谐振频率；或者，当第二天线34向第二馈源38馈电工作时，第二天线34辐射出第二射频信号，第二射频器件36允许第二射频信号通过，第一射频器件35阻止第二射频信号通过以使第一天线33短路接地，第一天线33作为第二天线34的接地寄生，产生不同于第二天线34的中心频率的谐振频率。

第一天线33和第二天线34的功能不同，因此第一天线33可以为无线保真WIFI功能天线，第二天线34为全球定位系统GPS和分集2合1功能天线；或者，第一天线33为GPS和分集2合1功能天线，第二天线34为WIFI功能天线。

在本实施例中，以第一天线33为GPS和分集2合1天线，第二天线34为WIFI天线为例。当第一天线33馈电工作时，第二射频器件36等效为将第二天线34对地短路，作为GPS和分集2合1功能天线的寄生，拓展GPS和分集2合1天线频宽、增加频段。当第二天线34分支馈电工作时，第一射频器件35等效为将第一天线33对地短路，作为WIFI功能天线的寄生，拓展WIFI天线频宽、增加频段。

本发明实施例提供的一种电子设备，有效利用射频器件的带外短路特性，将相邻具有其他功能天线作为寄生，可以额外产生谐振点，拓展带宽和增加频段。此外，当金属边框作为天线的辐射体时，同样能够通过双馈天线系统实现电子设备天线的宽带宽、多频段的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种双馈天线系统，其特征在于，包括：相互独立的第一天线和第二天线、第一射频器件、第二射频器件、第一馈源和第二馈源；

当所述第一天线工作时，所述第二天线拓展所述第一天线的频宽，或者，当所述第二天线工作时，所述第一天线拓展所述第二天线的频宽；

所述第一射频器件耦合在所述第一天线和所述第一馈源之间，所述第二射频器件耦合在所述第二天线和所述第二馈源之间；所述第一天线向所述第一馈源馈电工作时，所述第一天线辐射出第一射频信号，所述第一射频器件允许所述第一射频信号通过，所述第二射频器件阻止所述第一射频信号通过以使所述第二天线短路接地，所述第二天线作为所述第一天线的接地寄生，产生不同于所述第一天线的中心频率的谐振频率；或者，

所述第二天线向所述第二馈源馈电工作时，所述第二天线辐射出第二射频信号，所述第二射频器件允许所述第二射频信号通过，所述第一射频器件阻止所述第二射频信号通过以使所述第一天线短路接地，所述第一天线作为所述第二天线的接地寄生，产生不同于所述第二天线的中心频率的谐振频率；

其中，所述第一射频器件为带通滤波器；所述第二射频器件为带通滤波器。

2.根据权利要求1所述的双馈天线系统，其特征在于，所述第一天线为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线。

3.根据权利要求1所述的双馈天线系统，其特征在于，所述第二天线为单极天线，或偶极天线，或环形天线，或倒F天线，或F天线。

4.根据权利要求1所述的双馈天线系统，其特征在于，所述第一射频器件和所述第二射频器件的频带范围完全不相同；或者，所述第一射频器件和所述第二射频器件的频带范围不完全相同。

5.根据权利要求1所述的双馈天线系统，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线的功能不同。

6.根据权利要求5所述的双馈天线系统，其特征在于，所述第一天线为无线保真WIFI功能天线，所述第二天线为全球定位系统GPS和分集2合1功能天线；或者，所述第一天线为全球定位系统GPS和分集2合1功能天线，所述第二天线为无线保真WIFI功能天线。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备至少包括：如权利要求1-6任一项所述的双馈天线系统。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述双馈天线系统中的至少一支天线为金属边框。