CN105375113A - 一种天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线系统,包括:低频耦合单元、高频耦合单元、激励单元、以及射频激励端口,其中,低频耦合单元和高频耦合单元,分别由通信终端的具有整体结构的金属边框的一部分构成;激励单元,位于通信终端中的印刷电路板PCB与第一侧面之间的净空区域中,且与第一侧面具有一定的距离,激励单元与射频激励端口相连,其中,第一侧面为金属边框中4个侧面中的任意一个侧面。通过本发明提供的技术方案,实现了采用通信终端的一部分金属边框构成通信终端中的天线系统,而无需对金属边框进行开槽处理,提高了通信质量,降低了金属边框的加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术,尤指基于通信终端的金属边框的一种天线系统。
背景技术
随着通信终端,例如,移动终端如手机、具有二代(2G)、三代(3G)和/或长期演进(LTE)无线通信功能的智能终端如平板电脑等的广泛应用和迅速发展,通信终端明显呈现出智能化、小型化、轻薄化、金属化的发展趋势。例如,国内外手机厂商在其推出的高端手机产品上,纷纷采用金属外壳。
金属外壳,增加了通信终端的质感,然而,金属外壳对无线信号有屏蔽作用,影响了通信终端中的天线系统的性能即天线系统的通信质量。为此,很多通信终端厂商采用基于通信终端的金属边框的天线系统,即通过金属边框上的开槽处理,将两个开槽之间的一部分金属边框作为通信终端中的天线系统的一个组成部分如激励单元。本文中,将这种基于开槽处理的金属边框的天线系统称为开槽的天线系统。开槽的天线系统,由于需要在通信终端的金属边框上进行开槽处理,增加了金属边框的加工流程的复杂度,从而提升了金属边框的加工成本;而且,在位于通信终端的两个开槽之间的、作为天线系统的一部分金属边框被覆盖(例如被使用者的手覆盖)的情况(下文将该情况简称为覆盖情况)下,开槽的天线系统的性能将降低,从而降低了通信质量。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种天线系统,无需对金属边框进行开槽处理,能够提高覆盖情况下的通信质量,降低金属边框的加工成本。
为了达到本发明目的,本发明公开了一种天线系统,包括:低频耦合单元、高频耦合单元、激励单元、以及射频激励端口,其中,
低频耦合单元和高频耦合单元,分别由通信终端的具有整体结构的金属边框的一部分构成,其中,低频耦合单元为第一射频接地点和第二射频接地点之间的金属边框,高频耦合单元为第一射频接地点和第三射频接地点之间的金属边框,第一射频接地点、第二射频接地点和第三射频接地点均通过通信终端中的印刷电路板PCB的接地面接地;
激励单元,位于所述PCB与第一侧面之间的净空区域中,且与第一侧面具有一定的距离,激励单元与射频激励端口相连,其中,第一侧面为第一射频接地点所在的金属边框的侧面。
所述激励单元在所述第一侧面的内表面上的垂直投影位于所述高频耦合单元上。
所述第一射频接地点靠近激励单元的、与所述第一侧面的内表面的中心点较近的端面。
所述第一侧面为所述金属边框中4个侧面中的任意一个侧面。
所述第一射频接地点和第二射频接地点,均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第二侧面上;
所述第一射频接地点和第三射频接地点,均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第三侧面上;
所述第二侧面和所述第三侧面为与所述第一侧面相连的所述金属边框的侧面。
所述激励单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。
所述低频耦合单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式;
所述高频耦合单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。
该天线系统还包括数量与所述低频耦合单元和高频耦合单元的射频接地点的数量一致的调谐器件,其中,
调谐器件,位于相应的所述低频耦合单元或高频耦合单元的射频接地点与所述PCB上的接地面之间,用于调整该天线系统的工作频段。
所述调谐器件为可变电容或者开关。
与现有技术相比,本发明的技术方案包括:低频耦合单元、高频耦合单元、激励单元、以及射频激励端口,其中,低频耦合单元和高频耦合单元,分别由通信终端的具有整体结构的金属边框的一部分构成,其中,低频耦合单元为第一射频接地点和第二射频接地点之间的金属边框,高频耦合单元为第一射频接地点和第三射频接地点之间的金属边框,第一射频接地点、第二射频接地点和第三射频接地点均通过通信终端中的印刷电路板PCB的接地面接地;激励单元,位于通信终端中的印刷电路板PCB与第一侧面之间的净空区域中,且与第一侧面具有一定的距离,激励单元与射频激励端口相连,其中,第一侧面为第一射频接地点所在的金属边框的侧面。通过本发明技术方案,无需对构成本发明天线系统的金属边框进行开槽处理,一方面,避免了覆盖情况下开槽的天线系统的性能降低的问题,有效保证了该情况下本发明天线系统的通信质量,另一方面,降低了金属边框的加工流程的复杂度,从而降低了金属边框的加工成本。
另外,本发明技术方案还包括调谐器件,实现了通过动态调整调谐器件调整天线系统的工作频段调,使得具有本发明天线系统的通信终端实现了支持国内全部和国外主流无线网络运营商采用的2G、3G和4G的无线通信网络标准,从而增加了具有本发明天线系统的通信终端的网络适应性和市场竞争力。
另外,通过本发明技术方案,实现了在覆盖情况下本发明天线系统的通信质量不受影响,因此,无需像开槽的天线系统通过增加净空区域的尺寸的方式减轻覆盖情况下的通信质量降低的问题,这样,缩小了本发明天线系统所需的净空区域的宽度和高度,也就缩小了具有本发明天线系统的通信终端的尺寸,满足了更小型化机身的市场需求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案,并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例的天线系统的俯视图;
图2为本发明实施例的天线系统的三维示意图;
图3为本发明另一个实施例的天线系统的组成结构示意图;
图4为本发明另一个实施例的天线系统的射频端口的反射系数的曲线图。
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明白,下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1为本发明实施例的天线系统的俯视图,如图1所示,本发明天线系统包括:低频耦合单元101、高频耦合单元102、激励单元103、以及射频激励端口104,其中,
低频耦合单元101和高频耦合单元102,分别由通信终端的具有整体结构的金属边框的一部分构成。也就是说,本申请中无需对构成天线系统的金属边框的一部分的两端进行开槽处理。具体地,
低频耦合单元101为第一射频接地点1011和第二射频接地点1012之间的金属边框,在如图1所示的实施例中,低频耦合单元101的长度约为135毫米;
高频耦合单元102为第一射频接地点1011和第三射频接地点1022之间的金属边框,在如图1所示的实施例中,高频耦合单元102的长度约为70毫米。
其中,第一射频接地点1011、第二射频接地点1012和第三射频接地点1022均通过通信终端中的印刷电路板PCB105的接地面接地。
激励单元103,位于PCB105与第一侧面之间的净空区域中,且与第一侧面具有一定的距离,激励单元103与射频激励端口104相连,其中,第一侧面为第一射频接地点1011所在的金属边框的侧面。在如图1所示的实施例中,激励单元103的长度约为26毫米。其中,
射频激励端口104可以为微带线或者射频电缆。通常,射频激励端口104接地,并与PCB105上用于产生通信信号的射频系统相连。由于,射频系统不属于本发明天线系统的保护范围,因此,图1中未示出射频系统,但示例性地示出了射频激励端口104通过PCB105的接地面接地。
第一侧面为金属边框中4个侧面中的任意一个侧面。在如图1所示的实施例中,第一侧面为金属边框的下侧面。
低频耦合单元101的第一射频接地点1011和第二射频接地点1012,可以均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第二侧面上。在如图1所示的实施例中,第一射频接地点1011和第二射频接地点1012分别位于金属边框的下侧面和左侧面上。
高频耦合单元102的第一射频接地点1011和第三射频接地点1022,可以均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第三侧面上。在如图1所示的实施例中,第一射频接地点1011和第三射频接地点1022分别位于金属边框的下侧面和右侧面上。
其中,金属边框的第二侧面和第三侧面为与金属边框的第一侧面相连的金属边框的侧面。第二侧面和第三侧面可以互换,例如,在如图1所示的实施例中,第二侧面和第三侧面分别为金属边框的左侧面和右侧面,在另一个实施例中,第二侧面和第三侧面分别为金属边框的右侧面和左侧面。
在如图1所示的实施例中,净空区间的宽度106为8毫米。以现有一个开槽的天线系统的实施例来看,开槽的天线系统所需的净空区域的宽度为10毫米。在覆盖情况下本发明天线系统的通信质量不受影响,因此,本发明天线系统所需的净空区域的宽度可以进一步缩小。类似地,本发明天线系统所需的净空区域的高度也可以进一步缩小。
低频耦合单元101、高频耦合单元102和激励单元103构成耦合馈电结构的天线系统。耦合馈电结构的天线系统为本领技术人员公知的。
低频耦合单元101和高频耦合单元102共用的第一射频接地点1011靠近激励单元103的、与第一侧面的内表面的中心点较近的端面1031。本领域技术人员熟知的是,在设计本发明天线系统时,可通过测量天线系统的通信质量,来确定第一射频接地点1011和端面1031之间的距离是否合适。
激励单元103在金属边框的第一侧面的内表面上的垂直投影位于高频耦合单元102上。在如图1所示的实施例中,激励单元103与高频耦合单元102之间的距离为1毫米。通常,为了保证耦合效果,要求激励单元103与高频耦合单元102之间的距离小于2毫米。
在如图1所示的实施例中,激励单元103为单极天线,低频耦合单元101和高频耦合单元102均为环形天线。本领域技术人员容易理解的是,激励单元103和低频耦合单元101和高频耦合单元102的天线形式不局限于如图1所示的实施例中的形式。具体来讲,激励单元103可以为单极天线、环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。低频耦合单元101可以为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。高频耦合单元102可以为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。
需要说明的是:
1)低频耦合单元101和高频耦合单元102的长度与通信终端的工作频段、尺寸、材质、以及通信终端的目标外部环境有关,确定低频耦合单元101和高频耦合单元102的长度属于本领域人员的惯用技术手段,此处不再赘述。
2)金属边框的材质可以为不锈钢、镁铝合金,或其他通信终端中通用的金属边框的材质。
3)激励单元103的长度为与通信终端的工作波长、尺寸、材质、以及通信终端的目标外部环境有关,确定激励单元103的长度属于本领域人员的惯用技术手段,此处不再赘述。
图2为图1所示的天线系统的三维示意图,如图2所示,明显地示出了低频耦合单元101对应的射频接地点1011和射频接地点1012之间的金属边框上面没有开槽,同样地,高频耦合单元102对应的射频接地点1011和射频接地点1022的之间的金属边框上面没有开槽。
进一步地,
本发明天线系统还可以包括数量与低频耦合单元101和高频耦合单元102的射频接地点的数量一致的调谐器件。其中,
调谐器件,位于与其相应的低频耦合单元101或高频耦合单元102的射频接地点即第一射频节点1011、第二射频节点1012和第三射频节点1022与PCB105上的接地面之间,用于调整该天线系统的工作频段。调谐器件为可变电容或者开关。
图3为本发明另一个实施例的天线系统的组成结构示意图,如图3所示,包括:低频耦合单元101、高频耦合单元102、激励单元103、射频激励端口104和用作调谐器件的可变电容3061-3063。
在如图3所示的天线系统中,相比于如图1所示的天线系统,增加了可变电容3061-3063。
通过可变电容的控制输入端,可变电容3061-3063的容值可以进行改变。在如图3所示的实施例中,可变电容3061和3062用于低频耦合单元101的调谐,可变电容3063用于高频耦合单元102的调谐。
下面,参考图4说明可变电容3061-3063的容值分别为表1所示的各组数值时,如图3所示的天线系统的工作频段。
可变电容3061 | 可变电容3062 | 可变电容3063 | |
第一组 | 22PF | 22PF | 33PF |
第二组 | 22PF | 15PF | 33PF |
第三组 | 22PF | 9.2PF | 33PF |
表1
图4为如图3所示的天线系统在0.6GHz-3.0GHz频段内射频端口的反射系数的曲线图。其中,横坐标代表频率,单位为MHz,纵坐标代表射频端口的反射系数,单位dB。曲线一代表可变电容3061-3063为表1中第一组数值时射频端口的反射系数的曲线图,曲线二代表可变电容3061-3063为表1中第二组数值时射频端口的反射系数的曲线图,曲线三代表可变电容3061-3063为表3中第三组数值时射频端口的反射系数的曲线图。
从图4中可以看出,通过改变可变电容3062的容值,如图3所示的天线系统的低频带宽得到了较大的拓展,可以覆盖0.7GHz-1GHz的带宽频段,而高频带宽在没有调谐作用下已能覆盖1.7GHz-2.6GHz的频段范围。
需要说明的是,如图3所示的天线系统,可以动态调整可变电容3061-3063中一个或多个的容值,从而实现该天线系统对低频带宽和高频带宽的更大范围的扩展。因此,如图3所示的天线系统不仅可以支持国内全部和国外主流的2G、3G和LTE无线通信标准对天线系统的工作频段的需求,而且对未来新的天线系统的频带需求也具有良好的扩展性。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种天线系统,其特征在于,包括:低频耦合单元、高频耦合单元、激励单元、以及射频激励端口,其中,
低频耦合单元和高频耦合单元,分别由通信终端的具有整体结构的金属边框的一部分构成,其中,低频耦合单元为第一射频接地点和第二射频接地点之间的金属边框,高频耦合单元为第一射频接地点和第三射频接地点之间的金属边框,第一射频接地点、第二射频接地点和第三射频接地点均通过通信终端中的印刷电路板PCB的接地面接地;
激励单元,位于所述PCB与第一侧面之间的净空区域中,且与第一侧面具有一定的距离,激励单元与射频激励端口相连,其中,第一侧面为第一射频接地点所在的金属边框的侧面。
2.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述激励单元在所述第一侧面的内表面上的垂直投影位于所述高频耦合单元上。
3.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述第一射频接地点靠近激励单元的、与所述第一侧面的内表面的中心点较近的端面。
4.根据权利要求1、2或3所述的天线系统,其特征在于,所述第一侧面为所述金属边框中4个侧面中的任意一个侧面。
5.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,
所述第一射频接地点和第二射频接地点,均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第二侧面上;
所述第一射频接地点和第三射频接地点,均位于金属边框的第一侧面上、或者分别位于金属边框的第一侧面和第三侧面上;
所述第二侧面和所述第三侧面为与所述第一侧面相连的所述金属边框的侧面。
6.根据权利要求1或2所述的天线系统,其特征在于,
所述激励单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。
7.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,
所述低频耦合单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式;
所述高频耦合单元为单极天线,环形天线、或者单极天线和环形天线的混合形式。
8.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,该天线系统还包括数量与所述低频耦合单元和高频耦合单元的射频接地点的数量一致的调谐器件,其中,
调谐器件,位于相应的所述低频耦合单元或高频耦合单元的射频接地点与所述PCB上的接地面之间,用于调整该天线系统的工作频段。
9.根据权利要求8所述的天线系统,其特征在于,所述调谐器件为可变电容或者开关。
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