CN105337040B - 天线装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种天线装置和电子设备。所述天线装置包括：辐射部，用于辐射和接收天线信号；馈电端，位于所述辐射部的第一位置上，电连接到电子设备中的信号收发器，用于在所述辐射部和所述信号收发器之间馈送天线信号；第一接地端，位于所述辐射部的第二位置上，该第二位置不同于所述第一位置；耦接匹配单元，包括至少两个耦接匹配支路，每个耦接匹配支路能够将所述第一接地端连接到地，各个耦接匹配支路具有不同的阻抗匹配性能；控制单元，用于根据所述电子设备的工作模式将所述耦接匹配单元之一连接到地。通过根据本申请实施例的天线装置、包括该天线装置的电子设备的技术方案，能够简便地调整天线信号的频段以增加天线的信号带宽，从而满足了更多通信需求。

Description

天线装置和电子设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种天线装置和电子设备。

背景技术

当前，各类电子设备都能够利用天线来传送和/或接收数据，从而极大地方便了信息和数据的传输。在例如计算机、个人数字助理、移动通信终端、音频播放器等的各类便携式电子设备中，通常期望其具有漂亮的外观设计、高的结构强度、极致的屏占比、超窄的边框，良好的音效等。这使得电子设备的堆叠难度越来越大，其中最受影响的就是天线的环境急剧恶化，净空的缩减，相应地使天线设计造成了面临极大挑战。

此外，由于各个频段的频率资源都被规范化以进行无线通信，所以需要在电子设备中实现多个频段的天线来增强通信功能。可通过针对不同的通信频段要设置不同的天线来增强通信功能。然而，随着天线数量的增加，其所占用的空间也必然增加，这进一步增加了天线设计的难度。

因此，期望提供一种能够简便地增加天线的信号带宽的天线解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种天线装置、和包括该天线装置的电子设备，其能够简便地调整天线信号的频段以增加天线的信号带宽，从而满足更多通信需求。

一方面，提供了一种天线装置，应用于电子设备，该电子设备包括信号收发器，该天线装置可包括：辐射部，用于辐射和接收天线信号；馈电端，位于所述辐射部的第一位置上，电连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部和所述信号收发器之间馈送天线信号；第一接地端，位于所述辐射部的第二位置上，该第二位置不同于所述第一位置；耦接匹配单元，包括至少两个耦接匹配支路，每个耦接匹配支路能够将所述第一接地端连接到地，各个耦接匹配支路具有不同的阻抗匹配性能；控制单元，用于根据所述电子设备的工作模式将所述耦接匹配单元之一连接到地。

在所述天线装置中，所述辐射部可以是用于辐射第一频段的天线信号的辐射器件，该第一频段的频率可低于预定频率，所述天线装置还可包括：第二接地端，位于所述辐射部的第三位置上，该第三位置不同于所述第一位置和第二位置，该第二接地端直接电连接到地。

在所述天线装置中，所述第一接地端与所述馈电端之间的距离可小于所述辐射部的长度的一半。

在所述天线装置中，所述辐射部可以是用于辐射第二频段的天线信号的环形天线辐射器件，该第二频段的频率可高于预定频率。

在所述天线装置中，所述耦接匹配单元可包括：第一耦接匹配支路，包括具有第一电感值的第一电感器；和第二耦接匹配支路，包括具有第二电感值的第二电感器，该第二电感值不同于所述第一电感值。

在所述天线装置中，还可以包括：确定单元，用于确定所述电子设备的工作模式，并将确定结果传送到所述控制单元。所述工作模式对应于所述电子设备要使用的通信模式。

在所述天线装置中，所述控制单元可包括：开关，用于将所述第一接地端连接到所述至少两个耦接匹配支路之一；和控制部件，用于根据所述电子设备的工作模式来控制所述开关。

另一方面，提供了一种电子设备，可包括：信号收发器；如上所述的天线装置。

在本申请实施例的天线装置、和包括该天线装置的电子设备的技术方案中，通过利用至少两个耦接匹配支部改变天线装置的接地端与地之间的阻抗匹配性能，能够简便地调整天线信号的频段以增加天线的信号带宽，从而满足更多通信需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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它的附图。

图1是示意性图示了根据本申请实施例的天线装置的框图；

图2是示意性图示了根据本申请实施例的天线装置中的第一接地端与地之间的连接结构；

图3是示意性图示了根据本申请另一实施例的天线装置的框图；

图4是图示了利用根据本申请实施例的天线装置进行宽带宽通信的仿真结果图；

图5是示意性图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

图1是示意性图示了根据本申请实施例的天线装置100的框图。该天线装置100可应用于任何电子设备，包括但不限于计算机、个人数字助理、移动通信终端、视听播放器等。天线装置所应用于的电子设备的类型不构成对本申请的限制。所述电子设备中包括信号收发器。当要发射天线信号时，该信号收发器能够输出信号、并将该信号经由天线装置发射出去；当要接收天线信号时，天线装置接收天线信号，并将该天线信号传送给信号收发器进行接收处理。

如图1所示，该天线装置100包括：辐射部110，用于辐射和接收天线信号；馈电端120，位于所述辐射部的第一位置上，电连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部和所述信号收发器之间馈送天线信号；第一接地端130，位于所述辐射部的第二位置上，该第二位置不同于所述第一位置；耦接匹配单元140，包括至少两个耦接匹配支路141、142，每个耦接匹配支路能够将所述第一接地端连接到地，各个耦接匹配支路具有不同的阻抗匹配性能；控制单元150，用于根据所述电子设备的工作模式将所述耦接匹配支路之一连接到地。

所述辐射部110根据所述天线装置100的类型的不同而相应地变化。在天线装置100为环形天线的情况中，所述辐射部110可以为导体环；在天线装置100为缝隙天线的情况中，所述辐射部110可以为具有开缝的导体；在天线装置100为单极天线的情况中，所述辐射部110可以为利用金属布线形成的不同形状的导电分支；在天线装置100为平面倒F形天线(PIFA)的情况中，所述辐射部110可以为利用金属布线形成的倒F形状的导电分支。可以采用现有的或将来出现的各种技术来实现所述辐射部110，其可以根据天线装置的带宽、电子设备的空间尺寸等适当选择。

电子设备所占用的通信频段在逐渐拓展。可以针对不同的通信频带来选择不同类型的天线。作为示例，当电子设备的通信频率为频率低于预定频率(例如1GHz)的第一频段时，可以采用单极天线或PIFA天线的辐射部来辐射该第一频段的天线信号；当电子设备的通信频率为频率高于所述预定频率的第二频段时，可以采用环形天线的环形天线辐射器件作为辐射部来辐射第二频段的天线信号。所述预定频率的数值仅仅是示例，其还可以是900MHz、1300MHz等。替换地，所述环形天线也可以用于辐射第一频段的天线信号。

位于所述辐射部的第一位置上的所述馈电端120被电连接到电子设备的信号收发器，用于在所述辐射部和所述信号收发器之间馈送天线信号。在环形天线中，馈电端120可以位于导体环的一端。在单极天线或PIFA天线中，馈电端120可以位于其辐射部中距离主板较近的位置。根据天线装置100的类型和电子设备的空间限制，可以选择所述辐射部110上的合适位置来设置该馈电端120，以将经由所述辐射部110接收的天线信号传送到电子设备中的信号收发器进行处理，并且将所述信号收发器产生的射频信号耦接到辐射部110而辐射出去。

该馈电端120可以设置在所述辐射部110上，也可以从所述辐射部110延伸出去。此外，所述馈电端120可以直接连接到所述信号收发器，也可以经由其它部件连接到所述信号收发器。例如，可以在所述馈电端120和所述信号收发器之间设置阻抗匹配电路，以改进天线装置的性能。在辐射部110的靠近馈电端120的附近区域上具有较大的信号电流，可以在辐射部110上具有较好净空条件的位置上设置所述馈电端120。

第一接地端130位于所述辐射部的第二位置上，用于将所述辐射部110连接到地。如下面所描述的，该第一接地端130并不是直接连接到地，而是经由耦接匹配单元连接到地，并且所述耦接匹配单元可以改变以具有不同的阻抗匹配性能。该阻抗匹配性能的改变可以改变天线装置所传送的信号的中心频率，从而加宽了天线装置所覆盖的频率范围。

该第一接地端130所在的第二位置可以根据天线装置的类型而改变。关于该第二位置，可以根据天线信号的性能来适当地选择。例如，当天线信号的带宽较宽时，可以选择其耦接匹配性能能够较大改变天线信号的中心频率的位置。该第一接地端130可以是天线装置中原有的接地端，也可以是在天线装置中另外添加的接地端。

在特定类型的天线方法中，例如当天线装置为单极天线时，在天线装置的辐射部上可能没有接地端，此时需要在天线装置的辐射部上添加接地端。也就是说，本申请实施例中的天线装置必要具有接地端。在例如环形天线中，该第一接地端130可以位于环形天线的辐射部(例如导体环)上的与馈电端所在的端部不同的另一端上。在PIFA天线中，可能具有多于一个接地端，则可以选择该多于一个接地端之一作为所述第一接地端130，也可以在PIFA天线中增加一个接地端来作为所述第一接地端130。因此，在天线装置中，可以将一个接地端作为第一接地端130经由耦接匹配单元连接到地，而如果还有其它的接地端，则将其它接地端直接连接到地。作为示例，所述天线装置除了包括第一接地端130之外，还可以包括第二接地端，位于所述辐射部的第三位置上的，该第三位置不同于所述第一位置和第二位置，该第二接地端直接电连接到地。

要注意，所述第一接地端130与所述馈电端120之间的距离小于所述辐射部的长度的一半，特别是在PIFA天线、IFA天线、单极天线、缝隙天线中。典型地，可以将第一接地端130与所述馈电端120之间的距离设置为所述辐射部的长度的三分之一。这是因为第一接地端130相对于馈电端120的位置可以改变天线信号的电流分布特征，从而改变天线信号的频率、带宽等特性。如果该第一接地端130远离所述馈电端120，则可能改变天线信号的特性，导致不能满足通信需求。

所述耦接匹配单元140可以包括第一耦接匹配支路141、第二耦接匹配支路142。每个耦接匹配支路能够将所述第一接地端130连接到地，各个耦接匹配支路具有不同的阻抗匹配性能。天线装置的接地端的阻抗匹配特性能够用于调整天线装置的性能。这是因为当接地端在辐射部中的位置改变时，天线装置的电流分布也会改变，相应地其谐振特性改变，从而能够适用于不同频段或性能的天线通信。作为示例，第一耦接匹配支路141可包括具有第一电感值的第一电感器，所述第二耦接匹配支路142可包括具有第二电感值的第二电感器，该第二电感值不同于所述第一电感值。也就是说，在第一接地端130和地之间连接具有不同电感值的电感器性能，从而改变第一接地端130与地之间的阻抗匹配性能。此外，还可以利用电容器来改变第一接地端130与地之间的阻抗匹配性能。

图2是示意性图示了根据本申请实施例的天线装置中的第一接地端与地之间的连接结构。如图2所示，在第一接地端130和地之间设置了六条连接线路作为六个耦接匹配支路，在图2中从左向右依次为第一耦接匹配支路、第二耦接匹配支路、第三耦接匹配支路、第四耦接匹配支路、第五耦接匹配支路和第六耦接匹配支路。所述第一耦接匹配支路包括第一电容器C1；第二耦接匹配支路为导线连接通路，其形成第一接地端130与地之间的直接连接；所述第三耦接匹配支路包括第一电感器L1；所述第四耦接匹配支路包括第二电感器L2；所述第五耦接匹配支路包括第三电感器L3；所述第六耦接匹配支路包括第四电感器L4。

当采用不同的耦接匹配支路时，天线信号的中心频率会发生改变。相对于在第一接地端130与地之间的直接连接的情况，在第一接地端130与地之间增加电容器可以将增加天线信号的中心频率；在第一接地端130与地之间增加电感器可以将降低天线信号的中心频率。电感器的电感值越大，天线信号的中心频率降低越多；电感器的电感值越小，天线信号的中心频率降低越少。

上面关于耦接匹配单元140的描述仅仅是示意性的，其中为了清楚而分别地示出了第一接地端130与地之间的各个耦接匹配支路。还可以采用其它的方式来形成所述耦接匹配单元140中的各个耦接匹配支路，例如可以利用一个可变电感器来产生不同的电感值来产生各个不同的耦接匹配支路。各个耦接匹配支路的具体形成方式不构成对本申请实施例的限制。

图1的天线装置100中的控制单元150可根据所述电子设备的工作模式将所述耦接匹配单元中的耦接匹配支路之一连接到地。所述电子设备的工作模式可以与所述天线装置的工作频段、和所述电子设备的使用状况中的至少一个对应。所述天线装置的工作频段例如包括用于全球移动通信系统的GSM频段(890MHz-954MHz)、用于传输数字蜂窝系统的DSG频段(1710－1830MHz)等。电子设备的使用状况例如可包括电子设备处于自由空间、电子设备被手持、电子设备靠近使用者的头部中的至少一个。此外，取决于不同电子设备的功能，电子设备还可以有其它的使用状况。要注意，电子设备的工作模式并不限于对应于所述天线装置的工作频段、或所述电子设备的使用状况，其可以对应于其中需要调整天线装置的结构以保证电子设备的通信性能的任何状况。

当电子设备的使用状况改变时，例如当电子设备从处于自由空间变换为被手持时，手持的遮挡或屏蔽效应会例如使天线装置的通信频率发生偏移，从而需要调整天线装置的中心频率以适应手持状态。在本申请的实施例中，可以选择所述耦接匹配支路之一将接地端连接到地，从而使得可能调整天线装置的结构来适应电子设备的不同工作模式。

作为示例，所述控制单元可包括：开关，用于将所述第一接地端连接到所述至少两个耦接匹配支路之一；和控制部件，用于根据所述电子设备的工作模式来控制所述开关。在图2中所示的在第一接地端与地之间的连接结构中，所述开关为1×6开关151，所述控制部件152可以产生3比特的控制信号C1C2C3。例如，当该控制信号为000时，选择第一耦接匹配支路；当该控制信号为001时，选择第二耦接匹配支路；当该控制信号为010时，选择第三耦接匹配支路；当该控制信号为011时，选择第四耦接匹配支路；当该控制信号为100时，选择第五耦接匹配支路；当该控制信号为101时，选择第六耦接匹配支路。

根据电子设备的需要，可通过测试预先确定在各个耦接匹配支路与电子设备的各个工作模式之间的对应关系。在天线装置的工作过程中，可以实时地或定期地检测电子设备的工作模式，从而通过所述控制单元150相应地选择耦接匹配支路来连接所述第一接地端130和地。为了确定电子设备的工作模式，可以在天线装置中设置确定单元，该确定单元也可以位于天线装置100外部，而仅仅将检测结果(即所检测的电子设备的工作模式)传送给所述控制单元150。如上所述，所述工作模式可以对应于所述电子设备要使用的通信模式和使用状况中的至少一个。

在本申请实施例的天线装置的技术方案中，通过利用至少两个耦接匹配支路改变天线装置的接地端与地之间的阻抗匹配性能，能够简便地调整天线信号的频段以增加天线的信号带宽，从而满足更多通信需求。

图3是示意性图示了根据本申请另一实施例的天线装置300的框图。图3中的天线装置300中的辐射部110、馈电端120、第一馈电端130、耦接匹配单元140与图1的天线装置100中的辐射部110、馈电端120、第一馈电端130、耦接匹配单元140相同，并且可以参见前面结合图1－2进行的描述。

图3中的天线装置300与图1中的天线装置100的不同之处在于各个耦接匹配支路之一连接到地以及增加了第二接地端160和确定单元170。

相对于图1中的各个耦接匹配支路都直接连接到地，图3中的各个耦接匹配支路之一被连接，这例如可通过开关151-2来实现。也就是说，所述控制单元150可包括：开关151-1，用于将所述第一接地端连接到所述至少两个耦接匹配支路之一；开关151-2，用于将所述至少两个耦接匹配支路之一连接到地；和控制部件152，用于根据所述电子设备的工作模式来控制所述开关151-1和151-2。开关151-2与开关151-1选择连接相同的耦接匹配支路，也可以利用控制部件152来控制。当开关151-1将第一接地端130连接到第一耦接匹配支路时，开关151-2将第一耦接匹配支路连接到地；当开关151-1将第一接地端130连接到第N耦接匹配支路时，开关151-2将第N耦接匹配支路连接到地。这里，采用开关151-2来将耦接匹配支路之一连接到地，可以避免其它耦接匹配支路对天线性能的影响。

图3中的天线装置300除了包括第一接地端130之外，还包括第二接地端160，该第二接地端直接电连接到地，并位于所述辐射部的第三位置上，该第三位置不同于馈电端120所在的第一位置和第一接地端130所在的第二位置。该第一接地端130可以是为实现天线信号的带宽调节而增加的接地端，该第二接地端可以是天线装置的设计中固有的接地端。在天线装置中新增接地端，并利用耦接匹配支路改变新增接地端与地之间的阻抗匹配特性，这使得能够更加灵活地在天线装置中调整天线信号的中心频率。

相对于图1中的天线装置100，图3中的天线装置300还包括确定单元170，用于确定所述电子设备的工作模式，并将确定结果传送到所述控制单元。基于所述工作模式的不同定义，该确定单元170可以采用不同的方式来确定电子设备的工作模式。在电子设备的工作模式对应于所述天线装置的工作频段时，可以利用测频仪作为确定单元170来检测天线信号的频率；在电子设备的工作模式对应于其使用状况时，可以使用重力传感器或压力传感器作为所述确定单元170来测量电子设备是否处于自由空间、是否被手持、是否靠近使用者的头部等。要注意，该确定单元170可以设置在天线装置的外部，而作为电子设备的一部分。

根据电子设备的需要，可通过测试预先确定在所采用的耦接匹配支路与电子设备的各个工作模式之间的对应关系。在天线装置的工作过程中，确定单元170可以确定检测电子设备的工作模式，从而通过所述控制单元150相应地各个耦接匹配支路与第一接地端130和地的连接。

图4是图示了利用根据本申请实施例的天线装置进行宽带宽通信的仿真结果图。图4中的横轴是天线信号的频率，其以吉赫兹(GHz)为单位；图4中的纵轴是天线信号的S参数，其以dB为单位。在图4中，以天线装置为环形天线为例进行仿真，馈电端和第一接地端分别位于所述环形天线的辐射部的两端，所述第一接地端经由如图2所述的第一耦接匹配支路到第六耦接匹配支路连接到地。

图4示出了六条曲线a、b、c、d、e、f，曲线a是利用第一耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果，该第一耦接匹配支路中的第一电容器C1的电容值为4.7皮法(pF)；曲线b是利用第二耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果；曲线c是利用第三耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果，该第三耦接匹配支路中的第一电感器L1的电感值为1纳亨(nH)；曲线d是利用第四耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果，该第四耦接匹配支路中的第二电感器L2的电感值为5纳亨(nH)；曲线e是利用第五耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果，该第五耦接匹配支路中的第三电感器L3的电感值为10纳亨(nH)；曲线f是利用第六耦接匹配支路连接第一接地端和地的仿真结果，该第六耦接匹配支路中的第四电感器L4的电感值为15纳亨(nH)。

根据图4可以看出，利用各个耦接匹配支路将天线信号的覆盖带宽扩大到了约200MHz的范围，即从大约720MHz至大约920MHz，这极大地扩展了天线信号的带宽。相对于在第一接地端与地之间的直接连接(即经由第二耦接匹配支路连接)的情况，利用第一耦接匹配支路在第一接地端130与地之间增加电容器可以将增加天线信号的中心频率；第三至第六耦接匹配支路在第一接地端130与地之间增加电感器可以将降低天线信号的中心频率。而且，电感器的电感值越大，天线信号的中心频率降低越多；电感器的电感值越小，天线信号的中心频率降低越少。

根据上述公开可以看出，通过利用至少两个耦接匹配单元改变天线装置的接地端与地之间的阻抗匹配性能，在不增加天线的辐射部的情况下调整了天线信号的频段。这简便地增加天线的信号带宽，满足了更多通信需求。

在上面结合图1至3描述了根据本发明各个实施例的天线装置之后，任何包括所述天线装置的电子设备也都处于本发明的公开范围。

图5是示意性图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。如图5所示，所述电子设备可包括：信号收发器；如上所述的天线装置。当要发射天线信号时，该信号收发器能够产生射频信号、并将该射频信号经由天线装置发射出去；当要接收天线信号时，天线装置接收天线信号，并将该天线信号传送给信号收发器进行信号处理，以获得天线信号上所携带的数据。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、装置和单元，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述组成部分的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种天线装置，应用于电子设备，该电子设备包括信号收发器，该天线装置包括：

辐射部，用于辐射和接收天线信号；

馈电端，位于所述辐射部的第一位置上，电连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部和所述信号收发器之间馈送天线信号；

第一接地端，位于所述辐射部的第二位置上，该第二位置不同于所述第一位置；

耦接匹配单元，包括至少两个耦接匹配支路，每个耦接匹配支路能够将所述第一接地端连接到地，各个耦接匹配支路具有不同的阻抗匹配性能；

控制单元，用于根据所述电子设备的工作模式将所述耦接匹配单元之一连接到地；

确定单元，用于确定所述电子设备的工作模式，并将确定结果传送到所述控制单元，

其中，所述工作模式对应于所述电子设备的使用情况，所述使用情况包括电子设备处于自由空间、电子设备被手持、电子设备靠近使用者的头部中的至少一个。

2.根据权利要求1的天线装置，其中，所述辐射部是用于辐射第一频段的天线信号的辐射器件，该第一频段的频率低于预定频率，所述天线装置还包括：

第二接地端，位于所述辐射部的第三位置上，该第三位置不同于所述第一位置和第二位置，该第二接地端直接电连接到地。

3.根据权利要求2的天线装置，其中，所述第一接地端与所述馈电端之间的距离小于所述辐射部的长度的一半。

4.根据权利要求1的天线装置，其中，所述辐射部是用于辐射第二频段的天线信号的环形天线辐射器件，该第二频段的频率高于预定频率。

5.根据权利要求1的天线装置，其中，所述耦接匹配单元包括：

第一耦接匹配支路，包括具有第一电感值的第一电感器；和

第二耦接匹配支路，包括具有第二电感值的第二电感器，该第二电感值不同于所述第一电感值。

6.根据权利要求1的天线装置，其中，所述控制单元包括：

开关，用于将所述第一接地端连接到所述至少两个耦接匹配支路之一；和

控制部件，用于根据所述电子设备的工作模式来控制所述开关。

7.一种电子设备，包括：

信号收发器；

如权利要求1－6中任一项所述的天线装置。