CN105140640B - 一种天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线，设置在电子设备上，天线包括：接地电路、馈入部件、激励部件和匹配电路；其中，接地电路与电子设备的接地面相连接；接地电路与金属环相连，使金属环与接地面形成预设尺寸的闭合槽孔；馈入部件、激励部件和匹配电路均内置于闭合槽孔中。本发明将金属环通过接地电路与电子设备的接地面相连，使金属环的一部分与接地面形成一定尺寸的闭合槽孔，金属环在被激励后能够产生封闭回路的电流，结合闭合槽孔能够实现类似磁偶极子原理的天线设计，再通过对激励部件和匹配电路的设计，能够使得闭合槽孔激励出需要的谐振频段。在设计中无需再额外增加天线的净空区，能够在提高天线性能的同时使得电子设备轻薄化和小型化。

Description

一种天线及电子设备

技术领域

本发明涉及设备天线技术领域，尤其涉及一种天线及电子设备。

背景技术

目前，电子设备(如手机和具有通话功能的平板电脑)的发展趋势为轻薄化和个性化，为提升电子设备的质感、强度等性能，外壳通常采用金属材质或者外壳边缘整体采用金属环进行包裹。金属环对电子设备的外观质感有了很大的提升，但是会对电子设备中内置的天线的性能有很大的影响。

为了减小金属环对电子设备天线性能的影响，现有技术中，通常在天线区域保留足够大的净空区，使天线和金属环之间保留一定的距离，以减小金属环对天线性能的影响。但是，在电子设备中增加天线的净空区，不符合电子设备轻薄化和小型化的发展趋势。

发明内容

本发明提供了一种天线，能够提高天线的性能且使电子设备轻薄化和小型化。

本发明提供了一种天线，设置在电子设备上，所述电子设备包含一金属环，所述天线包括：接地电路、馈入部件、激励部件和匹配电路；

其中，所述接地电路与所述电子设备的接地面相连接；

所述接地电路与所述金属环相连，使所述金属环与接地面形成预设尺寸的闭合槽孔；

所述馈入部件、激励部件和匹配电路均内置于所述闭合槽孔中。

优选地，所述馈入部件一端与所述激励部件连接，另一端与射频信号的输出端连接。

优选地，所述激励部件的一端与所述馈入部件连接，另一端与所述匹配电路连接。

优选地，所述激励部件与所述金属环之间具有预设距离。

优选地，所述匹配电路的一端与所述激励部件连接，另一端与所述接地面连接。

优选地，所述激励部件为金属导体。

优选地，所述激励部件的形状为一字型、T型或L型。

优选地，所述匹配电路包括：电容或电感，或电容和电感构成的L型、T型或兀型电路。

一种电子设备，包括：一金属环、接地面和天线；

其中，所述天线包括：接地电路、馈入部件、激励部件和匹配电路；

其中，所述接地电路与所述电子设备的接地面相连接；

所述接地电路与所述金属环相连，使所述金属环与接地面形成预设尺寸的闭合槽孔；

所述馈入部件、激励部件和匹配电路均内置于所述闭合槽孔中。

由上述方案可知，本发明提供的一种天线，将电子设备的金属环通过接地电路与电子设备的接地面相连，使金属环的一部分与接地面形成一定尺寸的闭合槽孔，接地处理后的金属环在被激励后能够产生封闭回路的电流，结合闭合槽孔能够实现类似磁偶极子原理的天线设计，再通过对激励部件和匹配电路的设计，能够使得闭合槽孔激励出需要的谐振频段。在整个天线的设计中无需再额外增加天线的净空区，因此能够在提高天线性能的同时使得电子设备轻薄化和小型化。

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为本发明实施例一公开的一种天线的结构示意图；

图2为本发明实施例二公开的一种天线的结构示意图；

图3a为本发明公开的激励部件的结构示意图；

图3b为本发明公开的激励部件的结构示意图；

图3c为本发明公开的激励部件的结构示意图；

图4为本发明实施例三公开的电子设备的结构示意图。

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。

如图1所示，为本发明实施例公开的一种天线的结构示意图，其中，所述天线设置在电子设备上，所述的电子设备可以为在通讯中使用的计算机设备，广义的讲包括个人计算机、手机、笔记本、平板电脑、车载电脑等设备。所述的电子设备包含一金属环，例如外壳采用金属材质形成的金属环，或者外壳边缘整体采用金属环包裹形成的金属环。

在本实施例中，所述天线可以包含以下结构：

接地电路11、馈入部件12、激励部件13和匹配电路14；

其中，接地电路11与电子设备10的接地面101相连接；

其中，所述的接地电路11可以为一段导体，电子设备10的接地面101可以为电子设备主板的接地点，或者是电子设备金属壳体的接地点。

接地电路11与金属环102相连，由于接地电路11与电子设备10的接地面101相连，因此，通过将接地电路11与金属环102相连，可以使得金属环102与接地面101之间形成预设尺寸的闭合槽孔15。其中，闭合槽孔15的预设尺寸可以根据天线的实际设计的需求进行调整，即通过调整接地电路11与金属环102的连接点，就可以灵活的改变闭合槽孔15的尺寸。接地电路11与金属环102的连接点为电流的零点，高频电磁波频率很高，波长很短(厘米甚至毫米级)，在导体上传播时电压和电流随相位呈类似正弦波的变化，在1/4波长的奇数倍位置上的电压最强电流最小，该位置也就是电流的零点。

通过接地电路11与金属环102相连形成闭合槽孔15后，将馈入部件12、激励部件13和匹配电路14均内置于闭合槽孔15中。通过馈入部件12馈入信号，并通过激励部件13通过容性耦合的方式将能量耦合到天线的辐射体上，接地处理得金属环102作为天线的一部分，在被激励后能够产生封闭回路电流，结合闭合槽孔15能够实现类似磁偶极子原理的天线设计，再通过对激励部件13和匹配电路14的设计，能够使得闭合槽孔15激励出需要的谐振频段。

由上述方案可知，本发明提供的一种天线实施例一，在整个天线的设计中无需再额外增加天线的净空区，即天线所需的无金属区域，因此能够在提高天线性能的同时使得电子设备轻薄化和小型化。

如图2所示，为本发明实施例公开的一种天线的结构示意图，其中，所述天线设置在电子设备上，所述的电子设备可以为在通讯中使用的计算机设备，广义的讲包括个人计算机、手机、笔记本、平板电脑、车载电脑等设备。所述的电子设备包含一金属环，例如外壳采用金属材质形成的金属环，或者外壳边缘整体采用金属环包裹形成的金属环。

在本实施例中，所述天线可以包含以下结构：

接地电路21、馈入部件22、激励部件23和匹配电路24；

其中，接地电路21与电子设备20的接地面201相连接；

其中，所述的接地电路21可以为一段导体，电子设备20的接地面201可以为电子设备主板的接地点，或者是电子设备金属壳体的接地点。

接地电路21与金属环202相连，由于接地电路21与电子设备20的接地面201相连，因此，通过将接地电路21与金属环202相连，可以使得金属环202与接地面201之间形成预设尺寸的闭合槽孔25。其中，闭合槽孔25的预设尺寸可以根据天线的实际设计的需求进行调整，即通过调整接地电路21与金属环202的连接点，就可以灵活的改变闭合槽孔25的尺寸。接地电路21与金属环202的连接点为电流的零点，高频电磁波频率很高，波长很短(厘米甚至毫米级)，在导体上传播时电压和电流随相位呈类似正弦波的变化，在1/4波长的奇数倍位置上的电压最强电流最小，该位置也就是电流的零点。

通过接地电路21与金属环202相连形成闭合槽孔25后，将馈入部件22、激励部件23和匹配电路24均内置于闭合槽孔25中。

其中，馈入部件22的一端与激励部件23相连，馈入部件22的另一端与射频信号的输出端26连接。

馈入部件22通过与射频信号的输出端26连接后，即可成为天线的信号源，通过馈入部件22馈入信号，并将产生的信号传递至与其相连的激励部件23。

激励部件23的一端与馈入部件22相连，另一端与匹配电路24连接，同时，激励部件23与金属环202之间具有预设的距离。

激励部件23根据接收到的信号，通过容性耦合的方式能够将能量耦合到天线的辐射体上，采用耦合式的馈入能够提高天线性能的稳定性，且天线不易受到环境的影响，即使接触到电子设备的金属环，由于金属环已经过接地处理，辐射的能量最集中的区域不在金属环上，因此也不会导致天线无法工作。

激励部件23与金属环202之间具有预设的距离，即激励部件23与金属环202之间没有直接接触，激励部件23与金属环202的组成结构可以等同于一个电容，电容在高频时的容抗是电容值和角频率乘积的倒数，频率越高这个倒数越小，接近0。所以对于一定频率的高频信号，这个电容的阻抗接近0，相当于处于断路状态，所以能够将高频信号耦合到闭合槽孔25形成的回路上。

匹配电路24的一端与激励部件23连接，匹配电路24的另一端与接地面201连接。

在上述实施例中，通过对金属环202进行接地处理，在金属环202与接地面201之间能够形成一定尺寸的闭合槽孔25，通过激励部件23对闭合槽孔25的激励，信号馈入到激励部件后，由于闭合槽孔23的尺寸设计成和相应频段的波长成一定比例,在闭合槽孔23上会也会产生相应频段的感应电流，可以实现2.4G频段的二分之一波长共振，激励部件23通过容性耦合的方式实现，激励部件23与金属环202之间没有直接连接。

对2.4G频段共振频率的调谐，即使天线工作在需要的频段上，可以通过几种方式来实现，可以通过对激励部件23长度的调整，对激励部件23长度的调整，把它的长度变长或变短，宽度增加或减小，在低频的闭合槽孔天线设计上会导致耦合电容的变化，耦合电容的变化也就是天线阻抗匹配的变化，能够实现低频谐振频率的调谐。对耦合部件作为单极子实现的高频谐振来说，长度变长或变短，宽度增加或减小，也会实现单极子谐振频率的偏低或偏高，实现高频的频率调谐。对激励部件23到金属环202之间的距离的调整以及金属环202接地位置的调整，即调整闭合槽孔25的尺寸。

天线尺寸能够很大程度的减小就是因为采用这种直接利用金属环形成槽孔天线的设计方式，避免了在金属内部进行天线设计所需要的空间。并且传统天线设计要求天线到接地面要有一定的净空高度，因而需要较大的净空空间，而槽孔天线由于是在环形结构上激励电流而产生共振，只需要环形结构可以满足共振波长所需要的电长度，对天线到接地面的净空高度没有严格的要求，环形结构到接地面的距离可以进行很大的压缩，然后在环形结构的长度上进行补偿，只需要保证总体结构所呈现的电长度不变，所以金属环到接地面的距离可以比传统天线设计方案大大减小。

5G频段的共振主要有两个部分组成，一个是利用2.4G频段激励部件23在高频段所产生的四分之一波长单极子共振型态，这里是把传统天线设计方法结合到环形槽孔天线设计中，实现多频和宽频的设计。这个单极子共振对到接地面的净空距离有一定要求，但是由于是针对5G频段的设计，波长只有2.4G频段的一半所需要的净空距离大大减小，因而可以在这个小型化的设计中实现。另外2.4G频段的高次模在5G频段产生一个高频共振频率，共振型态为全波长共振，它的调谐需要和2.4G频段同时完成，在进行2.4G频段共振调谐时充分兼顾5G频段的共振频率。匹配电路24部分还可以针对5G频段增加拓宽带宽的匹配设计，使阻抗匹配更合理，或是增加串联或并联谐振拓展带宽，使5G频段的共振达到宽频覆盖的需求。

具体的，在上述实施例中，如图3a、3b、3c所示，激励部件的形状可以为一字型、T型或L型。激励部件的形状根据天线设计的实际需求进行布置。

具体的，在上述实施例中，匹配电路可以包括电容或电感，或电容和电感构成的L型、T型或兀型电路。匹配电路的构成由激励部件的长度宽度，激励部件到金属环之间的距离，以及金属环的接地位置共同决定，通过匹配电路的匹配设计能够使得天线工作在稳定的谐振频率上。

如图4所示，为本发明实施例公开的一种电子设备的结构示意图，所述的电子设备可以为在通讯中使用的计算机设备，广义的讲包括个人计算机、手机、笔记本、平板电脑、车载电脑等设备。所述的电子设备包含一金属环，例如外壳采用金属材质形成的金属环，或者外壳边缘整体采用金属环包裹形成的金属环。

在本实施例中，所述电子设备包含以下结构：

一金属环41、接地面42和天线43；

所述的金属环41可以为电子设备外壳采用金属材质形成的金属环，或者外壳边缘整体采用金属环包裹形成的金属环。接地面42可以为电子设备主板的接地点，或者是电子设备金属壳体的接地点。

其中，所述天线43包括：接地电路431、馈入部件432、激励部件433和匹配电路434；

其中，接地电路431与电子设备的接地面42相连接；

所述的接地电路431可以为一段导体。

接地电路431与金属环41相连，使金属环41与接地面42形成预设尺寸的闭合槽孔435；

接地电路431与金属环41相连，由于接地电路431与电子设备的接地面42相连，因此，通过将接地电路431与金属环41相连，可以使得金属环41与接地面42之间形成预设尺寸的闭合槽孔435。其中，闭合槽孔435的预设尺寸可以根据天线的实际设计的需求进行调整，即通过调整接地电路431与金属环41的连接点，就可以灵活的改变闭合槽孔435的尺寸。接地电路431与金属环41的连接点为电流的零点，高频电磁波频率很高，波长很短(厘米甚至毫米级)，在导体上传播时电压和电流随相位呈类似正弦波的变化，在1/4波长的奇数倍位置上的电压最强电流最小，该位置也就是电流的零点。

馈入部件432、激励部件433和匹配电路434均内置于闭合槽孔435中。

通过接地电路431与金属环41相连形成闭合槽孔435后，将馈入部件432、激励部件433和匹配电路434均内置于闭合槽孔435中。通过馈入部件432馈入信号，并通过激励部件433通过容性耦合的方式将能量耦合到天线的辐射体上，接地处理得金属环41作为天线的一部分，在被激励后能够产生封闭回路电流，结合闭合槽孔435能够实现类似磁偶极子原理的天线设计，再通过对激励部件433和匹配电路434的设计，能够使得闭合槽孔435激励出需要的谐振频段。

具体的，在上述实施例中，馈入部件432的一端与激励部件433相连，馈入部件432的另一端与射频信号的输出端44连接。

馈入部件432通过与射频信号的输出端44连接后，即可成为天线的信号源，通过馈入部件432馈入信号，并将产生的信号传递至与其相连的激励部件433。

激励部件433的一端与馈入部件432相连，另一端与匹配电路434连接，同时，激励部件433与金属环41之间具有预设的距离。

激励部件433根据接收到的信号，通过容性耦合的方式能够将能量耦合到天线的辐射体上，采用耦合式的馈入能够提高天线性能的稳定性，且天线不易受到环境的影响，即使接触到电子设备的金属环，由于金属环已经过接地处理，辐射的能量最集中的区域不在金属环上，因此也不会导致天线无法工作。

激励部件433与金属环41之间具有预设的距离，即激励部件433与金属环41之间没有直接接触，激励部件433与金属环41的组成结构可以等同于一个电容，电容在高频时的容抗是电容值和角频率乘积的倒数，频率越高这个倒数越小，接近0。所以对于一定频率的高频信号，这个电容的阻抗接近0，相当于处于断路状态，所以能够将高频信号耦合到闭合槽孔435形成的回路上。

匹配电路434的一端与激励部件433连接，匹配电路434的另一端与接地面42连接。

在上述实施例中，通过对金属环41进行接地处理，在金属环41与接地面42之间能够形成一定尺寸的闭合槽孔435，通过激励部件433对闭合槽孔435的激励，信号馈入到激励部件433后，由于闭合槽孔435的尺寸设计成和相应频段的波长成一定比例,在闭合槽孔435上会也会产生相应频段的感应电流，可以实现2.4G频段的二分之一波长共振，激励部件433通过容性耦合的方式实现，激励部件433与金属环41之间没有直接连接。

对2.4G频段共振频率的调谐，即使天线工作在需要的频段上，可以通过几种方式来实现，可以通过对激励部件433长度的调整，对激励部件433长度的调整，把它的长度变长或变短，宽度增加或减小，在低频的闭合槽孔天线设计上会导致耦合电容的变化，耦合电容的变化也就是天线阻抗匹配的变化，能够实现低频谐振频率的调谐。对耦合部件作为单极子实现的高频谐振来说，长度变长或变短，宽度增加或减小，也会实现单极子谐振频率的偏低或偏高，实现高频的频率调谐。对激励部件433到金属环41之间的距离的调整以及金属环41接地位置的调整，即调整槽孔435的尺寸。

天线尺寸能够很大程度的减小就是因为采用这种直接利用金属环形成槽孔天线的设计方式，避免了在金属内部进行天线设计所需要的空间。并且传统天线设计要求天线到接地面要有一定的净空高度，因而需要较大的净空空间，而槽孔天线由于是在环形结构上激励电流而产生共振，只需要环形结构可以满足共振波长所需要的电长度，对天线到接地面的净空高度没有严格的要求，环形结构到接地面的距离可以进行很大的压缩，然后在环形结构的长度上进行补偿，只需要保证总体结构所呈现的电长度不变，所以金属环到接地面的距离可以比传统天线设计方案大大减小。

5G频段的共振主要有两个部分组成，一个是利用2.4G频段激励部件433在高频段所产生的四分之一波长单极子共振型态，这里是把传统天线设计方法结合到环形槽孔天线设计中，实现多频和宽频的设计。这个单极子共振对到接地面的净空距离有一定要求，但是由于是针对5G频段的设计，波长只有2.4G频段的一半所需要的净空距离大大减小，因而可以在这个小型化的设计中实现。另外2.4G频段的高次模在5G频段产生一个高频共振频率，共振型态为全波长共振，它的调谐需要和2.4G频段同时完成，在进行2.4G频段共振调谐时充分兼顾5G频段的共振频率。匹配电路434部分还可以针对5G频段增加拓宽带宽的匹配设计，使阻抗匹配更合理，或是增加串联或并联谐振拓展带宽，使5G频段的共振达到宽频覆盖的需求。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种天线，设置在电子设备上，所述电子设备包含一金属环，其特征在于，所述天线包括：接地电路、馈入部件、激励部件和匹配电路；

其中，所述接地电路与所述电子设备的接地面相连接；

所述接地电路与所述金属环相连，使所述金属环与接地面形成预设尺寸的闭合槽孔；

所述馈入部件、激励部件和匹配电路均内置于所述闭合槽孔中；

所述匹配电路中包括用于拓展频段带宽的串联谐振或者并联谐振，且所述匹配电路的构成由所述激励部件的长度、所述激励部件的宽度、所述激励部件到所述金属环之间的距离以及所述金属环的接地位置共同确定；

其中，所述馈入部件一端与所述激励部件连接，另一端与射频信号的输出端连接，所述激励部件的一端与所述馈入部件连接，另一端与所述匹配电路连接，所述匹配电路的一端与所述激励部件连接，另一端与所述接地面连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述激励部件与所述金属环之间具有预设距离。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述激励部件为金属导体。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述激励部件的形状为一字型、T型或L型。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述匹配电路包括：电容或电感，或电容和电感构成的L型、T型或兀型电路。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：一金属环、接地面和天线；

其中，所述天线包括：接地电路、馈入部件、激励部件和匹配电路；

其中，所述接地电路与所述电子设备的接地面相连接；

所述接地电路与所述金属环相连，使所述金属环与接地面形成预设尺寸的闭合槽孔；

所述馈入部件、激励部件和匹配电路均内置于所述闭合槽孔中；

所述匹配电路中包括用于拓展频段带宽的串联谐振或者并联谐振，且所述匹配电路的构成由所述激励部件的长度、所述激励部件的宽度、所述激励部件到所述金属环之间的距离以及所述金属环的接地位置共同确定；

其中，所述馈入部件一端与所述激励部件连接，另一端与射频信号的输出端连接，所述激励部件的一端与所述馈入部件连接，另一端与所述匹配电路连接，所述匹配电路的一端与所述激励部件连接，另一端与所述接地面连接。