CN105393407B - 一种天线及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种天线及移动终端，涉及天线技术领域，以提高天线的辐射性能。所述天线包括：互不接触的第一天线臂和第二天线臂；其中，所述第一天线臂的一端用于接地，所述第二天线臂的一端用于与馈电点相连；所述第一天线臂和所述第二天线臂具有至少一处相对的区域。

Description

一种天线及移动终端
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端。
背景技术
LTE(Long Term Evolution)是第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd GenerationPartnership Project)的长期演进技术，被视为向4G演进的主流技术。在移动终端领域，尤其是在低频段的频谱范围内，需要更低频率、更宽带宽、更高性能的小型化天线设计方案来实现LTE技术，同时移动终端发展的趋势是超薄、多功能、大电量等，因此，对移动终端的天线提出了更高的设计要求。
偶极子天线在现有的手持移动终端中应用较为普遍，如图1所示，偶极子天线包括：两个天线臂(第一天线臂11和第二天线臂12)，且这两个天线臂处于同一平面，“F”表示馈电端(Feed)，“G”表示接地端(Ground)。
虽然偶极子天线能够产生一定的辐射能量，但是该天线的上半球辐射功率(UHPRP，Upper Hemisphere Partial Radiation Power)以及上半球接收灵敏度(UHIS，Upper Hemisphere Isotropic Sensitivity)都不高，降低了天线的辐射性能。
发明内容
本发明的实施例提供一种天线及移动终端，用以提高天线的辐射性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种天线，包括：互不接触的第一天线臂和第二天线臂；其中，所述第一天线臂的一端用于接地，所述第二天线臂的一端用于与馈电点相连；所述第一天线臂和所述第二天线臂具有至少一处相对的区域。
在第一种可能实现的方式中，根据第一方面，在任一处所述相对的区域内，所述第一天线臂和所述第二天线臂的臂间距离为一个定值。
在第二种可能实现的方式中，根据第一种可能实现的方式，所述第一天线臂和所述第二天线臂具有至少两处相对的区域，且在所述至少两处相对的区域内，所述第一天线臂和所述第二天线臂的臂间距离相等。
在第三种可能实现的方式中，结合第一方面或者第一方面的前两种任一可能实现的方式中，所述第一天线臂与所述第二天线臂为片状或线状。
在第四种可能实现的方式中，根据第三种可能实现的方式，所述第一天线臂与所述第二天线臂为片状，所述第一天线臂的宽度与所述第二天线臂的宽度相等。
第二方面，本发明实施例提供了一种移动终端，包括外壳，以及第一方面或者第一方面中任意一种可能实现的方式所述的天线，其中，所述天线的第一天线臂位于所述天线的第二天线臂的内侧。
在第一种可能实现的方式中，根据第二方面，所述天线位于所述移动终端的外壳内，且位于所述移动终端的一角。
在第二种可能实现的方式中，结合第二方面或者第二方面的第一种可能实现的方式，所述天线设置在所述移动设备的内部器件的外围。
本发明实施例提供的一种天线及移动终端，通过两个互不接触的第一天线臂与第二天线臂，其中，第一天线臂的一端用于接地，第二天线臂的一端用于与馈电点相连，且第一天线臂与第二天线臂具有至少一处相对的区域，以便第一天线臂与第二天线臂进行耦合，并且第一天线臂对第二天线臂的电磁波进行反射，以提高天线的辐射性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为现有技术提供的一种偶极子天线及其辐射方向示意图；
图2为本发明实施例提供的天线示意图；
图3为本发明实施例提供的天线中不同宽度的天线臂的相对区域的示意图；
图4为本发明实施例提供的天线的辐射方向示意图；
图5为现有技术提供的一种倒F天线及其辐射方向示意图；
图6为现有技术提供的一种PIFA天线及其辐射方向示意图；
图7为本发明实施例提供的一种应用于手机中的天线示意图。
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作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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了天线的一个具体实施例，如图2所示。对于本发明实施例中的天线也可作为耦合的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)天线，所述天线包括：互不接触的第一天线臂21和第二天线臂22；其中，所述第一天线臂21的一端210用于接地，所述第二天线臂22的一端220用于与馈电点相连；所述第一天线臂21与所述第二天线臂22具有至少一处相对的区域，如图2中A所示的区域。
可选的，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的形状可以是片状的，也可以是线状的。
若所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的形状均为片状的，如图3(a)所示，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域可以以所述第一天线臂21所在的平面为参考面，在该参考面的垂直方向上，所述第二天线臂22在所述参考面上的投影区域，与所述第一天线臂21重叠的区域作为所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对区域，如图3(a)中的斜线区域；也可以以所述第二天线臂22所在的平面为参考面，在该参考面的垂直方向上，所述第一天线臂21在所述参考面上的投影区域，与所述第二天线臂22重叠的区域作为所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对区域。
若所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的形状均为线状的，则所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的垂线所在的平面是一定的，那么以与所述垂面相垂直的平面作为参考面，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22在所述参考面上投影后相互重叠的区域则为所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对区域。
可选的，在任一处相对的区域内，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22可以是直线形，也可以是弧形的。
可选的，在任一处所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域内，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离为一个定值。
可选的，若在相对的区域内，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22是直线形，即所述第一天线臂21与所述第二天线臂22是直的，则所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域相互平行。
可选的，若在相对的区域内，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22是弧形的，则在相对的区域内所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的法向距离处处相等，即所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离为一定值。
可选的，若所述第一天线臂21与所述第二天线臂22具有至少两处相对的区域，且在所述至少两处相对的区域内，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离均相等。
可选的，若所述第一天线臂21与所述第一天线臂22为片状，那么所述第一天线臂21与所述第一天线臂22的宽度可以相等，也可以不相等。也就是说，所述第一天线臂21与所述第一天线臂22的宽度要么是相等的，要么所述第一天线臂21的宽度小于所述第一天线臂22的宽度，要么所述第一天线臂21的宽度大于所述第一天线臂22的宽度。
如图3(a)中所示，所述第一天线臂21的宽度为k1，所述第二天线臂22的宽度均为k2，且k1＝k2，则所述第一天线臂21与所述第一天线臂22的相对的区域的宽度(如图3(a)中斜线表示的区域)可以与所述第一天线臂21的宽度或所述第一天线臂22的宽度相等。
如图3(b)中所示，所述第一天线臂21的宽度为k1，所述第二天线臂的宽度为k2，且k1＞k2，则所述第一天线臂21与所述第一天线臂22的相对的区域的宽度(如图3(b)中斜线表示的区域)可以与所述第二天线臂22的宽度相等。
如图3(c)中所示，所述第一天线臂21的宽度为k1，所述第二天线臂的宽度为k2，且k1＜k2，则所述第一天线臂21与所述第一天线臂22的相对的区域的宽度(如图3(c)中斜线表示的区域)可以与所述第一天线臂21的宽度相等。
需要说明的是，图2和图3中所示的天线仅仅为一种示意图，任何具有上述第一天线臂和上述第二天线臂，以及上述第一天线臂与上述第二天线所具有的特征所构成的天线均为本发明所要保护的范围。
本发明实施例提供的一种天线，通过两个互不接触的第一天线臂与第二天线臂，其中，第一天线臂的一端用于接地，第二天线臂的一端用于与馈电点相连，且第一天线臂与第二天线臂具有至少一处相对的区域，以便第一天线臂与第二天线臂进行耦合，并且第一天线臂对第二天线臂的电磁波进行反射，以提高天线的辐射性能。
以图2中所述的天线为例，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的电磁波的辐射方向图如图4所示。
如图4所示，单箭头实线表示所述第二天线臂22向外辐射电磁波，双箭头实线表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22进行耦合，单箭头虚线表示所述第一天线臂21对所述第二天线臂22辐射的电磁波进行反射，因此，使得该天线的上半球的电磁波增强；进一步的，与原有的天线(例如，偶极子天线、单极子天线、环形天线等)相比较，本发明的天线具有较高的上半球辐射功率和上半球接收灵敏度，提高天线的性能。
示例的，图5为现有技术中所采用的倒F形天线(Invert F Antenna，简称IFA)的辐射方向图，图5中的单箭头实线表示IFA天线的电磁波辐射方向。图6为现有技术中所采用的印刷电路板倒F形天线(Printed Invert F Antenna，简称PIFA天线)的辐射方向图，图6中的单箭头实线表示PIFA天线的电磁波辐射方向；其中，图5和图6中的G表示接地端，F表示馈电端；从图5和图6可以看出，现有的IFA天线和PIFA天线的具有馈电端的天线分支(即第一天线臂)与印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)有很强的耦合。而如图4所示，在本发明中天线的辐射方向图中，与馈电点连接的天线分支(即第二天线臂22)与接地端连接的天线分支(即第一天线臂21)具有很强的耦合，减少了与印刷电路板之间的耦合，并且与接地端连接的天线分支(即第一天线臂21)对与馈电点连接的天线分支(即第二天线臂22)的电磁波辐射进行反射。
进一步的，本发明实施例还提供了对现有环形天线以及本发明中的天线的仿真比较，证明本发明中的天线能够很好的提高上半球辐射功率，进而提高天线的辐射性能。
表1环形天线的仿真参数
其中，表1(a)中的Free表示当环形天线处于自由空间(Free Space，简称FS)测试状态时的天线参数，表1(b)中的BHHR表示当环形天线处于右头手模(Beside Head andHand Right Side in Head and Hand Phantom，简称BHHR)测试状态时的天线参数，表1(a)和表1(b)中的Freq(MHz)表示频率，单位为兆赫，Eff(dB)表示效率，单位为分贝，Eff(％)表示效率，UHPRP/TRP Ratio(％)表示环形天线的上半球辐射功率(Upper HemispherePartial Radiation Power，简称UHPRP)占总辐射功率(Total Radiation Power，简称TRP)的百分比。
表2本发明天线的仿真参数
其中，表2为本发明图2中所示的天线的仿真参数。表2(a)中的Free表示本发明的天线处于自由空间测试状态时的天线参数，表2(b)中的BHHR表示本发明的天线处于BHHR测试状态时的天线参数，表2(a)和表2(b)中的Freq(MHz)表示频率，单位为兆赫，Eff(dB)表示效率，单位为分贝，Eff(％)表示效率，UHPRP/TRP Ratio(％)表示本发明的天线的上半球辐射功率占总辐射功率的百分比。
其中，表1(a)和表2(b)中的自由空间是指无任何衰减、无任何阻挡、无任何多径的传播空间，表1(b)和表2(b)中的右手头模测试状态为天线在实际使用时所处有衰减、有阻挡、多径传播等空间状态；同时对于表1和表2中的Eff(dB)和Eff(％)所表示的含义是相同的，只是采用两种不同的单位来进行表示，两者是可以相互转换的。
通过比较表1(a)和表2(a)可以得出，当环形天线与本发明中的天线均处于Free测试状态时，由于本发明中的天线使得天线的辐射方向图产生改变，所以本发明的天线的效率与环形天线相比较差，但是上半球辐射功率占总辐射功率的百分比相当。
通过比较表1(b)和表2(b)可以得出，当环形天线与本发明中的天线均处于BHHR测试状态时，在频率高于1565MHz(包括1565MHz)的范围内，本发明的天线的效率、以及上半球辐射功率占总辐射功率的百分比都比环形天线的高。而天线在实际的使用过程中，总是处于BHHR状态下，所以本发明的天线比原有的环形天线具有较高的上半球辐射功率。进一步的，本发明的天线的辐射方向图使得天线的上半球辐射功率和上半球接收灵敏度提高，进而提高天线的辐射性能。
进一步的，针对所述第一天线臂21与所述第二天线臂22所具有的特征，计算所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的容量以及所存储的能量。
具体的，若所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的形状，以及所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间绝缘体的介电性能是已知的，则可以计算电容。
示例的，以图2中所示天线为例，假设所述第一天线臂21与所述第一天线臂22为片状，那么所述第一天线臂21与所述第一天线臂22之间的电容可以通过第一公式进行计算；其中，所述第一公式为：
其中，C表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的电容，A表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对的区域，d表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离，εr表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间介质的介电常数，真空情况下，εr＝1，ε0表示电学常数，一般情况下，ε0≈8.854×10-12F/m(法拉/米)。
由上述第一公式可以得到，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的电容C与所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域A成正比，与所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的臂间距离d成反比。因此，在实际的天线设计中，为了使所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的电容C越大，应该使所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域A尽可能的大，和/或，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离尽可能的小；当然，在对天线进行设计布局时，也应该考虑该天线所应用的场景，以在满足需求的情况下，设计合理的天线。
进一步的，当所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的臂间距离d，相对于所述第一天线臂21与所述第二天线臂22形状的其他参数(如相对的区域A)非常小时，通过所述第一天线臂21与所述第二天线臂22相对的区域A的电场基本上是一致的；当所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的距离d变大之后，在所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的边缘区域所产生的边缘场也能起到一定的作用。
进一步的，按照国际通用的单位制式，即厘米-克-秒单位制(Centimeter-Gram-Second，简称CGS)，对上述第一公式进行推导可以得到所述第一公式的另外一种描述形式：
其中，C表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的电容，A表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对的区域，d表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离，εr表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间介质的介电常数，真空情况下，εr＝1。
进一步的，结合国际单位制(System International，简称SI)等式，上述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间所存储的能量可以用第二公式进行计算；其中，所述第二公式为：
其中，Wstored表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间所存储的能量，单位为焦耳(J)，C表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的电容，单位为法拉(F)，V表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的电压，单位为伏特(V)，A表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的相对的区域，d表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的臂间距离，εr表示所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间介质的介电常数，真空情况下，εr＝1，ε0表示电学常数，一般情况下，ε0≈8.854×10-12F/m。
通过所述第一公式和第二公式可以得出，当所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间的臂间距离越小、所述第一天线臂21与所述第二天线臂22之间相对的区域越大时，所述第一天线臂21与所述第二天线臂22的电容(也就是电磁场)也越来越强；并且由于所述第二天线臂22对所述第一天线臂21的电磁波进行反射，因此使得所述天线的电磁场更加集中，从而提高了天线的辐射性能。
本发明实施例还提供了一种移动终端，包括外壳，以及上述任一实施例中所述天线，其中，所述天线的第一天线臂位于所述天线的第二天线臂的内侧。其中，所述的内侧，是以移动终端的中心点为基准的，离中心点近的为内侧，离中心点远的为外侧。由于本实施例提供的移动终端设置了上述任一实施例中所述的天线，所以也能产生相同的技术效果，解决相同的技术问题。其中，上述移动终端为在移动中使用的通讯设备，可以为手机，也可以为平板电脑，当然不限于此。
可选的，所述天线可以在所述移动终端的外部，也可以在所述移动终端的内部，且位于所述移动终端的一角。优选的，所述天线为在所述移动终端的内部，且一般位于所述移动终端的左上方或者右上方。
可选的，所述天线设置在所述移动终端设备的内部器件的外围。一般情况下，由于移动终端的体积都非常的小，且移动终端内部包含有其他的电子器件，因此在满足需求的情况下，按照所述移动终端设备内部器件的外围设计合理的天线。
本发明实施例提供的一种移动终端，该移动终端中的天线为两个互不接触的第一天线臂与第二天线臂，其中，第一天线臂的一端用于接地，第二天线臂的一端用于与馈电点相连，且第一天线臂与第二天线臂具有至少一处相对的区域，以便第一天线臂与第二天线臂进行耦合，并且第一天线臂对第二天线臂的电磁波进行辐射，以提高天线的辐射性能。
本发明实施例提供了一种应用于手机中的天线，如图7所示。其中，图7中G表示接地端，F表示馈电端。
具体的，将图7中所示的天线分为A、B、C、D、E、F六个区域，这六个区域分别为第一天线臂和第二天线臂相对的区域。其中，对于图7中A区域的第一天线臂为71A，第二天线臂为72A；B区域的第一天线臂为71B，第二天线臂为72B；C区域的第一天线臂为71C，第二天线臂为72C；D区域的第一天线臂为71D，第二天线臂为72D；E区域的第一天线臂为71E，第二天线臂为72E；F区域的第一天线臂为71F，第二天线臂为72F；所有A、B、C、D、E、F区域中的第一天线臂(71A、71B、71C、71D、71E、71F)为所述天线的第一天线臂71，所有A、B、C、D、E、F区域中的第二天线臂(72A、72B、72C、72D、72E、72F)为所述天线的第二天线臂72。
从图7中可以看出，区域A中的第一天线臂71A和第二天线臂72A是相互平行的，区域B中的第一天线臂71B和第二天线臂72B是相互平行直的，区域C中的第一天线臂71C和第二天线臂72C是相互平行的、区域D中的第一天线臂71D和第二天线臂72D是相互平行的，区域F中的第一天线臂71F和第二天线臂72F是相互平行的；区域E中的第一天线臂71E与所述第二天线臂72E是弧形的，且法向距离相等。
需要说明的是，对于图7中所示手机天线仅仅是一种示意图，且对于图7中所示手机天线的区域划分也仅仅是为了便于简化描述，对于其他具有上述技术特征的第一天线臂和第二天线臂所构成的天线，均属于本发明所要保护的范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种GPS天线，其特征在于，包括：互不接触的第一天线臂和第二天线臂；其中，所述第一天线臂的一端用于接地，所述第二天线臂的一端用于与馈电点相连；所述第一天线臂和所述第二天线臂具有至少两处相对的区域，所述第一天线臂和所述第二天线臂的臂间距离相等；所述第一天线臂与所述第二天线臂通过所述相对区域耦合，所述第一天线臂在所述相对区域对所述第二天线臂辐射的电磁波进行反射；
其中，所述第一天线臂与所述第二天线臂为片状或线状；
当所述第一天线臂与所述第二天线臂的形状均为片状时，所述第一天线臂与所述第二天线臂相对的区域是以所述第一天线臂所在的平面为第一参考面，在所述第一参考面的垂直方向上，所述第二天线臂与所述第一天线臂平行部分在所述第一参考面上的投影区域，与所述第一天线臂重叠的区域作为所述第一天线臂与所述第二天线臂的所述平行部分的相对区域；或者，是以所述第二天线臂所在的平面为第二参考面，在所述第二参考面的垂直方向上，所述第一天线臂与所述第二天线臂平行部分在所述第二参考面上的投影区域，与所述第二天线臂重叠的区域作为所述第一天线臂与所述第二天线臂的所述平行部分的相对区域；其中，所述第一天线臂至少有一个所述第一参考面，所述第二天线臂至少有一个所述第二参考面；
当所述第一天线臂与所述第二天线臂的形状均为线状时，所述第一天线臂与所述第二天线臂的垂线所在的平面是一定的，以与所述第一天线臂与所述第二天线臂的垂线所在的平面相垂直的平面作为第三参考面，所述第一天线臂与所述第二天线臂在所述第三参考面上投影后相互重叠的区域则为所述第一天线臂与所述第二天线臂的相对区域。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线臂与所述第二天线臂为片状，所述第一天线臂的宽度与所述第二天线臂的宽度相等。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在每一处相对的区域内，所述第一天线臂与所述第二天线臂为直线形或者弧形。
4.一种移动终端，其特征在于，包括外壳，以及如权利要求1-3 中任一项所述的天线，其中，所述天线的第一天线臂位于所述天线的第二天线臂的内侧。
5.根据权利要求4所述的移动终端，其特征在于，所述天线位于所述移动终端的外壳内，且位于所述移动终端的一角。
6.根据权利要求4或5所述的移动终端，其特征在于，所述天线设置在所述移动设备的内部器件的外围。
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