CN104979633B - 天线系统及应用该天线系统的通信终端 - Google Patents

Abstract

一种天线系统，包括馈入端、第一匹配电路、第一辐射体、第二辐射体、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第一接地端，所述馈入端与所述第一接地端间隔设置，所述第一辐射体包括相对的第一端和第二端，所述第一端通过所述第一匹配电路与所述馈入端电性连接，所述第二辐射体设置于所述第一辐射体的一侧，并与所述第一辐射体之间间隔形成一间隙，所述第二辐射体在位于所述第一端处通过所述第一切换开关与所述第一辐射体连接，在位于所述第二端处通过所述第二切换开关与所述第一辐射体连接，所述第二辐射体通过所述第三切换开关与所述第一接地端连接。所述天线系统具有较宽的频带范围。本发明还提供一种通信终端。

Description

天线系统及应用该天线系统的通信终端

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线系统及一种应用该天线系统的通信终端。

背景技术

在智能手机、平板电脑等通信终端中，用于发射和接收无线电波以传递、交换无线通信信号的天线组件，无疑是最重要的组件之一。随着第四代移动通信技术的普及，移动通信领域对通信终端宽带宽、多天线的要求越来越迫切。同时，以智能手机为代表的通信终端正朝着轻薄化的方向发展，使得终端内部可用空间有限，如何在有限的空间内设计出具备宽带宽和较好的辐射特性的天线，是无线通信领域技术人员普遍关注和热点研究的问题。

近年来，具备金属边框的通信终端产品受到消费者的青睐，因此越来越多的通信终端产品均采用了金属边框的设计。由于金属边框对无线通信信号存在一定的屏蔽性，可能会影响通信终端产品天线的辐射特性，因此，为防止金属边框对通信终端产品的通信性能产生影响，并充分利用金属边框良好的导电性，可以将金属边框作为通信终端产品天线系统的一部分，用于接收和发送无线通信信号。然而，由于现有的通信终端产品的金属边框在设计形式上受到产品外观的限制，在将其作为天线使用时，无法完全根据天线特性要求来改变金属边框的结构，因而使得天线的带宽受到限制。

发明内容

本发明提供一种天线系统，在不改变辐射体尺寸的情况下，通过引入切换开关实现多种天线形式之间的切换，从而使得该天线系统具有较宽的频带范围，能够满足宽频带的通信需求。

另，本发明还提供一种应用该天线系统的通信终端。

一种天线系统，包括馈入端、第一匹配电路、第一辐射体、第二辐射体、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第一接地端，所述馈入端与所述第一接地端间隔设置，所述第一辐射体包括相对的第一端和第二端，所述第一端通过所述第一匹配电路与所述馈入端电性连接，所述第二辐射体设置于所述第一辐射体的一侧，并与所述第一辐射体之间间隔形成一间隙，所述第二辐射体在位于所述第一端处通过所述第一切换开关与所述第一辐射体连接，在位于所述第二端处通过所述第二切换开关与所述第一辐射体连接，所述第二辐射体通过所述第三切换开关与所述第一接地端连接。

其中，所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关均具有导通和断开两种工作状态，通过改变所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的工作状态，使所述天线系统在环状天线模式与单极天线模式、倒F天线/平面倒F天线模式及耦合馈入天线模式之间相互转换。

其中，当所述第一切换开关导通，第二切换开关与第三切换开关均断开时，所述天线系统工作于单极天线模式，在该单极天线模式下，所述天线系统谐振于四分之一波长处和四分之一波长对应谐振频率的三倍频处。

其中，当所述第一切换开关导通，第二切换开关断开，第三切换开关导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

其中，当所述第一切换开关与第二切换开关均断开，所述第三切换开关导通时，所述天线系统工作于耦合馈入天线模式，在该耦合馈入天线模式下，所述第一辐射体与所述第二辐射体之间通过所述间隙形成耦合馈入，所述天线系统谐振于八分之一波长处。

其中，当所述第一切换开关断开，所述第二切换开关与第三切换开关均导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

其中，所述天线系统还包括第二接地端、第二匹配电路及第四切换开关，所述第二接地端通过所述第二匹配电路及所述第四切换开关与所述第一辐射体连接。

其中，当所述第一切换开关导通，所述第二切换开关与第三切换开关断开，且所述第四切换开关导通时，所述天线系统工作于倒F天线/平面倒F天线模式，在该倒F天线/平面倒F天线模式下，所述天线系统谐振于四分之一波长处。

其中，当所述第一切换开关导通，所述第二切换开关断开，且所述第三切换开关和第四切换开关导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

一种通信终端，包括基板，所述基板上设置射频收发电路和系统接地面，其特征在于，所述通信终端还包括天线系统，所述天线系统包括馈入端、第一匹配电路、第一辐射体、第二辐射体、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第一接地端，所述馈入端与所述第一接地端间隔设置，所述第一辐射体包括相对的第一端和第二端，所述第一端通过所述第一匹配电路与所述馈入端电性连接，所述第二辐射体设置于所述第一辐射体的一侧，并与所述第一辐射体之间间隔形成一间隙，所述第二辐射体在位于所述第一端处通过所述第一切换开关与所述第一辐射体连接，在位于所述第二端处通过所述第二切换开关与所述第一辐射体连接，所述第二辐射体通过所述第三切换开关与所述第一接地端连接，所述射频收发电路与所述馈入端电性连接，用于为所述天线系统提供馈入信号，所述系统接地面与所述第一接地端和第二接地端电性连接，用于为所述天线系统提供接地。

本发明所述天线系统通过在所述第一辐射体和第二辐射体之间设置所述第一切换开关及第二切换开关，并在所述第二辐射体与所述第一接地端之间设置所述第三切换开关，以及在所述第一辐射体与所述第二接地端之间设置所述第四切换开关，通过切换所述第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第四切换开关的导通和断开状态来改变所述天线系统的天线模式，从而使得该天线系统可以在不改变所述第一辐射体和第二辐射体的物理结构的条件下，具备较宽的频带范围，可以符合所述通信终端宽带宽的通信需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明第一实施例的天线系统的第一种实施方式的结构示意图。

图2是本发明第一实施例的天线系统的第二种实施方式的结构示意图。

图3是本发明第一实施例的天线系统的第三种实施方式的结构示意图。

图4是本发明第一实施例的天线系统的第四种实施方式的结构示意图。

图5是本发明第二实施例的天线系统的第一种实施方式的结构示意图。

图6是本发明第二实施例的天线系统的第二种实施方式的结构示意图。

图7是本发明第三实施例的通信终端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种天线系统100，其应用于手机、平板电脑等通信终端中，用于发射和接收无线电波以传递、交换无线通信信号。

所述天线系统100包括馈入端110、接地端130、第一辐射体150、第二辐射体170、第一匹配电路M1、第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3。所述馈入端110用于与所述通信终端的射频收发电路(图未示)电性连接，用于为所述天线系统100提供馈入信号。所述接地端130用于与所述通信终端的系统接地面(图未示)电性连接，用于为所述天线系统100提供接地。在本发明实施例中，所述馈入端110与所述接地端130相互间隔设置，二者的间隔距离根据具体结构设计而调整。

所述第一辐射体150包括相对的第一端151和第二端153。所述第一端151通过所述第一匹配电路M1与所述馈入端110电性连接，所述第二端153朝向所述接地端130的方向水平延伸。所述第二辐射体170设置于所述第一辐射体150远离所述馈入端110的一侧，并与所述第一辐射体150之间形成一间隙S1。所述第二辐射体170在靠近所述第一端151处通过所述第一切换开关K1与所述第一辐射体150连接，并在靠近所述第二端153处通过所述第二切换开关K2与所述第一辐射体150连接，即，所述第一切换开关K1与所述第二切换开关K2均连接于所述第一辐射体150与所述第二辐射体170之间。所述第二辐射体170在靠近所述接地端130的一端通过所述第三切换开关K3与所述接地端130连接，即，所述第三切换开关K3连接于所述第二辐射体170与所述接地端130之间。

在本实施例中，所述第一辐射体150与第二辐射体170均为条状片体，所述第二辐射体170平行于所述第一辐射体150设置，且所述第二辐射体170的长度大于所述第一辐射体150的长度。可以理解，所述第一匹配电路M1可以由电容、电感、电阻等无源器件相互并联和/或串联组成。

所述第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3均具有导通和断开两种工作状态，通过改变所述第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3的工作状态，可使所述天线系统100在环状天线模式与单极天线模式、倒F天线(Inverted-F Antenna，IFA)/平面倒F天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)模式及耦合馈入天线模式之间相互转换。所述天线系统100在不同的天线模式下具有不同的谐振频率，从而使得该天线系统100的带宽可以覆盖长期演进(Long Term Evolution，LTE)通信系统、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)以及蓝牙/Wi-Fi等通信系统的工作频段。

图1所示为本发明第一实施例的天线系统100的第一种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1导通，第二切换开关K2与第三切换开关K3均断开时，所述天线系统100工作于单极天线模式。在该单极天线模式下，所述馈入端110提供馈入信号(如电流信号)，并将该电流信号馈入到所述第一辐射体150上，并通过所述第一切换开关K1馈入所述第二辐射体170。在该单极天线模式下，所述天线系统100谐振于四分之一波长处，同时，在三倍频处也能产生谐振。例如，当四分之一波长处的谐振频率为0.8GHz时，在三倍频2.4GHz处也能产生谐振，从而使得该天线系统100的带宽可以覆盖LTE700MHz频段和蓝牙/Wi-Fi的2.4GHz频段。

图2所示为本发明第一实施例的天线系统100的第二种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1导通，第二切换开关K2断开，第三切换开关K3导通时，所述天线系统100工作于环状天线模式。在该环状天线模式下，所述馈入端110将馈入到所述第一辐射体150上的电流信号通过所述第一切换开关K1馈入所述第二辐射体170，且电流信号通过所述接地端130接地以形成电流回路。在该环状天线模式下，所述天线系统100谐振于二分之一波长处。例如，当二分之一波长处的谐振频率为1575MHz时，该天线系统100的带宽可以覆盖GPS的工作频段。

图3所示为本发明第一实施例的天线系统的第三种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1与第二切换开关K2均断开，所述第三切换开关K3导通时，所述天线系统100工作于耦合馈入天线模式。在该耦合馈入天线模式下，所述第一辐射体150与所述第二辐射体170之间通过所述间隙S1形成耦合馈入，所述馈入端110馈入到所述第一辐射体150上的电流信号通过所述间隙S1耦合馈入到所述第二辐射体170上，并通过所述接地端130接地以形成电流回路。在该耦合馈入天线模式下，所述天线系统100谐振于八分之一波长处。

图4所示为本发明第一实施例的天线系统的第四种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1断开，所述第二切换开关K2与第三切换开关K3均导通时，所述天线系统100工作于环状天线模式。在该环状天线模式下，所述馈入端110馈入到所述第一辐射体150上的电流信号通过所述第二切换开关K2馈入到所述第二辐射体170，并通过所述接地端130接地以形成电流回路。在该环状天线模式下，所述天线系统100谐振于二分之一波长处。

所述天线系统100通过切换所述第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3的导通和断开状态来改变所述天线系统100的天线模式，从而使得该天线系统100可以在不改变所述第一辐射体150和第二辐射体170的物理结构的条件下，具备较宽的频带范围，可以符合LTE、GPS、蓝牙/Wi-Fi等常见通信系统的通信需求。

请参阅图5，本发明第二实施例提供一种天线系统200，其应用于手机、平板电脑等通信终端中，用于发射和接收无线电波以传递、交换无线通信信号。

所述天线系统200包括馈入端210、第一接地端231、第二接地端233、第一辐射体250、第二辐射体270、第一匹配电路M1、第二匹配电路M2、第一切换开关K1、第二切换开关K2、第三切换开关K3和第四切换开关K4。所述馈入端210用于与所述通信终端的射频收发电路(图未示)电性连接，用于为所述天线系统200提供馈入信号。所述第一接地端231和第二接地端233用于与所述通信终端的系统接地面(图未示)电性连接，用于为所述天线系统200提供接地。在本发明实施例中，所述馈入端210与所述第一接地端231和第二接地端233相互间隔设置，二者的间隔距离根据具体结构设计而调整。

所述第一辐射体250包括相对的第一端251和第二端253。所述第一端251通过所述第一匹配电路M1与所述馈入端210电性连接，所述第二端253朝向所述第一接地端231的一侧水平延伸。所述第二辐射体270设置于所述第一辐射体250远离所述馈入端210的一侧，并与所述第一辐射体250之间形成一间隙S1。所述第二辐射体270在靠近所述第一端251处通过所述第一切换开关K1与所述第一辐射体250连接，并在靠近所述第二端253处通过所述第二切换开关K2与所述第一辐射体250连接，即，所述第一切换开关K1与所述第二切换开关K2均连接于所述第一辐射体250与所述第二辐射体270之间。所述第二辐射体270在靠近所述第一接地端231的一端通过所述第三切换开关K3与所述第一接地端231连接，即，所述第三切换开关K3连接于所述第二辐射体270与所述第一接地端230之间。所述第一辐射体250还通过所述第四切换开关K4与所述第二匹配电路M2连接，并通过所述第二匹配电路M2与所述第二接地端233连接，即，所述第四切换开关K4连接于所述第一辐射体250与所述第二匹配电路M2之间。

在本实施例中，所述第一辐射体250与第二辐射体270均为条状片体，所述第二辐射体270平行于所述第一辐射体250设置，且所述第二辐射体270的长度大于所述第一辐射体250的长度。可以理解，所述第一匹配电路M1和第二匹配电路M2可以由电容、电感、电阻等无源器件相互并联和/或串联组成。

图5所示为本发明第二实施例的天线系统200的第一种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1导通，第二切换开关K2与第三切换开关K3断开，第四切换开关K4导通时，所述天线系统200工作于IFA/PIFA天线模式。在该IFA/PIFA天线模式下，所述馈入端210馈入到所述第一辐射体250上的电流信号通过所述第一切换开关K1馈入到所述第二辐射体270，并通过所述第二接地端233接地以形成电流回路。在该IFA/PIFA天线模式下，所述天线系统200谐振于四分之一波长处。

图6所示为本发明第二实施例的天线系统200的第二种实施方式的平面示意图。当所述第一切换开关K1导通，第二切换开关K2断开，第三切换开关K3和第四切换开关K4导通时，所述天线系统200工作于环状天线模式。在该环状天线模式下，所述馈入端210馈入到所述第一辐射体250上的一部分电流信号通过所述第一切换开关K1馈入到所述第二辐射体270，并通过所述第一接地端231接地形成一条电流回路，所述馈入端210馈入到所述第一辐射体250上的另一部分电流信号通过所述第二接地端233接地，从而形成另一条不同的电流回路。在该环状天线模式下，所述天线系统200谐振于二分之一波长处。

本实施例所述天线系统200通过在第一实施例所述的天线系统100的基础上增加所述第四切换开关K4及第二接地端233，当所述第四开关K4导通时，使得所述天线系统200可同时通过所述第一接到端231和第二接地端233接地，一定程度上加宽了所述天线系统200的接地宽度。同时，通过切换所述第三切换开关K3的导通和断开状态来改变所述天线系统200的天线模式，从而使得该天线系统200可以在不改变所述第一辐射体250和第二辐射体270的物理结构的条件下，具备较宽的频带范围，可以符合LTE、GPS、蓝牙/Wi-Fi等常见通信系统的通信需求。

请参阅图7，本发明第三实施例提供一种通信终端300，包括基板310和天线系统200。所述基板310为该通信终端300的系统电路板，该基板310上设置有射频收发电路311和系统接地面313，该射频收发电路311用于为该天线系统200提供馈入信号，该系统接地面313用于为该天线系统200提供系统接地。

所述天线系统200包括馈入端210、第一接地端231、第二接地端233、第一辐射体250、第二辐射体270、第一匹配电路M1、第二匹配电路M2、第一切换开关K1、第二切换开关K2、第三切换开关K3和第四切换开关K4。所述馈入端210用于与所述通信终端的射频收发电路311电性连接，用于为所述天线系统200提供馈入信号。所述第一接地端231和第二接地端233用于与所述通信终端的系统接地面313电性连接，用于为所述天线系统200提供接地。所述馈入端210与所述第一接地端231和第二接地端233相互间隔设置，二者的间隔距离根据具体结构设计而调整。

所述第一辐射体250包括相对的第一端251和第二端253。所述第一端251通过所述第一匹配电路M1与所述馈入端210电性连接，所述第二端253朝向所述第一接地端231的一侧水平延伸。所述第二辐射体270设置于所述第一辐射体250远离所述馈入端210的一侧，并与所述第一辐射体250之间形成一间隙S1。所述第二辐射体270在靠近所述第一端251处通过所述第一切换开关K1与所述第一辐射体250连接，并在靠近所述第二端253处通过所述第二切换开关K2与所述第一辐射体250连接。所述第二辐射体270在靠近所述第一接地端231的一端通过所述第三切换开关K3与所述第一接地端231连接。所述第一辐射体250还通过所述第四切换开关K4与所述第二匹配电路M2连接，并通过所述第二匹配电路M2与所述第二接地端233连接。在本实施例中，所述第一辐射体250与第二辐射体270均为条状片体，所述第二辐射体270平行于所述第一辐射体250设置，且所述第二辐射体270的长度大于所述第一辐射体250的长度。可以理解，所述第一匹配电路M1和第二匹配电路M2可以由电容、电感、电阻等无源器件相互并联和/或串联组成。

在本实施例中，当所述第四切换开关K4断开时，所述天线系统200与本发明第一实施例所述的天线系统100相同；当所述第四切换开关K4导通时，所述天线系统200与本发明第二实施例所述的天线系统200相同，在此不再赘述。

所述通信终端300通过在所述天线系统200的第一辐射体250和第二辐射体270之间设置所述第一切换开关K1及第二切换开关K2，并在所述第二辐射体270与所述第一接地端231之间设置所述第三切换开关K3，以及在所述第一辐射体250与所述第二接地端233之间设置所述第四切换开关K4，通过切换所述第一切换开关K1、第二切换开关K2、第三切换开关K3和第四切换开关K4的导通和断开状态来改变所述天线系统200的天线模式，从而使得该天线系统200可以在不改变所述第一辐射体250和第二辐射体270的物理结构的条件下，具备较宽的频带范围，可以符合LTE、GPS、蓝牙/Wi-Fi等常见系统的通信需求。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种天线系统，用于发射和接收无线通信信号，其特征在于，所述天线系统包括馈入端、第一匹配电路、第一辐射体、第二辐射体、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第一接地端，所述馈入端与所述第一接地端间隔设置，所述第一辐射体包括相对的第一端和第二端，所述第一端通过所述第一匹配电路与所述馈入端电性连接，所述第二辐射体设置于所述第一辐射体的一侧，并与所述第一辐射体之间间隔形成一间隙，所述第二辐射体在位于所述第一端处通过所述第一切换开关与所述第一辐射体连接，在位于所述第二端处通过所述第二切换开关与所述第一辐射体连接，所述第二辐射体通过所述第三切换开关与所述第一接地端连接；

所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关均具有导通和断开两种工作状态，通过改变所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关的工作状态，使所述天线系统在环状天线模式与单极天线模式、倒F天线/平面倒F天线模式及耦合馈入天线模式之间相互转换。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关导通，所述第二切换开关与第三切换开关均断开时，所述天线系统工作于单极天线模式，在该单极天线模式下，所述天线系统谐振于四分之一波长处和四分之一波长对应谐振频率的三倍频处。

3.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关导通，第二切换开关断开，第三切换开关导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

4.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关与第二切换开关均断开，所述第三切换开关导通时，所述天线系统工作于耦合馈入天线模式，在该耦合馈入天线模式下，所述第一辐射体与所述第二辐射体之间通过所述间隙形成耦合馈入，所述天线系统谐振于八分之一波长处。

5.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关断开，所述第二切换开关与第三切换开关均导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

6.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括第二接地端、第二匹配电路及第四切换开关，所述第二接地端通过所述第二匹配电路及所述第四切换开关与所述第一辐射体连接。

7.如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关导通，所述第二切换开关与第三切换开关断开，且所述第四切换开关导通时，所述天线系统工作于倒F天线/平面倒F天线模式，在该倒F天线/平面倒F天线模式下，所述天线系统谐振于四分之一波长处。

8.如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，当所述第一切换开关导通，所述第二切换开关断开，且所述第三切换开关和第四切换开关导通时，所述天线系统工作于环状天线模式，在该环状天线模式下，所述天线系统谐振于二分之一波长处。

9.一种通信终端，包括基板，所述基板上设置射频收发电路和系统接地面，其特征在于，所述通信终端还包括如权利要求1-8任意一项所述的天线系统，所述射频收发电路与所述馈入端电性连接，用于为所述天线系统提供馈入信号，所述系统接地面与所述第一接地端和第二接地端电性连接，用于为所述天线系统提供接地。