CN105553500A - 一种天线匹配电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线匹配电路及电子设备，其中天线匹配电路包括电感及电容组件，电容组件的固定极板与活动极板相对设置，固定极板的一端垂直固定在固定杆上，活动极板的一端垂直设置在活动杆上，并且固定杆与活动杆通过弹簧连接，以通过弹簧调节固定杆与活动杆之间的距离从而调节固定极板与活动极板间的相对面积。通过上述方式，本发明可动态调节电容值，从而使电子设备通信时天线可以根据不同的通信频段选择不同的匹配电容值，使得天线的性能达到最佳状态。

Description

一种天线匹配电路及电子设备
技术领域
本发明涉及无线移动通信技术领域，特别是涉及一种天线匹配电路及电子设备。
背景技术
当前的电子设备(如智能手机)越来越薄，集成器件和功能也越来越多，很多设备开始采用金属外壳机身，留给天线的有效空间越来越小，对天线性能的要求也越来越高，天线的阻抗匹配直接影响到天线的性能。如图1所示，现有的手机天线包括手机基带11、射频收发器12、射频前端13、固定匹配电路14及天线15，其原理如下：在信号发射阶段，手机基带11处理过后的数字信号，经过射频收发器12转换为高频信号，然后经由手机射频前端13发送至固定匹配电路14，固定匹配电路14对信号进行匹配后发送至手机天线15，手机天线15将电信号转换为电磁波信号辐射出去。在信号接收阶段，手机天线15接收信号，将电磁波信号转换为电信号，然后通过固定匹配电路14发送至手机射频前端13，再经由手机射频前端13进入射频收发器12，然后转换为低频数字信号经手机基带11处理。
随着第四代移动通信LTE(英文为：LongTermEvolution；中文为：通用移动通信技术的长期演进)应用越来越广泛，LTE的频段也越来越多，目前手机通信频段覆盖了698MHZ～2690MHZ，带宽达到3GHZ，现有技术中对某个频带上的阻抗匹配利用史密斯圆图工具进行，即通过串、并联电感或电容即可实现由圆图上任一点到另一点的阻抗匹配，但这只是针对单频段的，而手机天线是多频的，对其中一个频段匹配，必然会对另外的频段造成影响，从而影响到天线的整体性能。
发明内容
本发明提供一种天线匹配电路及电子设备，将天线端的匹配电路设置为动态可调匹配电路，使得电子设备在通信时可以根据不同的频段选择不同的匹配电路，使天线的整体性能达到最优。
本发明的一方面提供一种天线匹配电路，其包括多个电感以及至少一个电容组件，电容组件的两端分别与电感连接，电容组件包括至少一个固定极板、一固定杆、第一弹簧、至少一个活动极板以及一活动杆，固定极板与活动极板相对设置，固定极板的一端固定在固定杆上，并与固定杆垂直设置；活动极板的一端垂直设置在活动杆上，固定杆与活动杆通过第一弹簧连接，第一弹簧用于调节固定杆与活动杆之间的距离，进而调节固定极板与活动极板间的相对面积。
其中，天线匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容组件、第二电容组件以及第三电容组件，第一电感的一端及第二电感的一端与第一电容组件的一端以及第二电容组件的一端连接，第一电容组件的另一端与第三电感的一端连接，第三电感的另一端与第三电容组件的一端以及第四电感的一端连接，第三电感的另一端还连接天线，第二电感的另一端、第二电容组件的另一端、第三电容组件的另一端以及第四电感的另一端接地。
其中，电容组件包括多个固定极板和多个活动极板，其中，多个固定极板和多个活动极板一一对应设置，多个固定极板平行等间距设置在固定杆上。
其中，电容组件还包括第二弹簧，固定极板与活动极板通过第二弹簧连接，第二弹簧用于调节固定极板与活动极板间的距离。
其中，电容组件还包括驱动马达，驱动马达与活动杆和/或活动极板连接，用于驱动活动杆和/或活动极板沿垂直于活动杆的方向，或平行于活动杆的方向运动。
本发明的另一方面提供一种电子设备，该电子设备包括天线匹配电路，天线匹配电路包括多个电感以及至少一个电容组件，电容组件的两端分别与电感连接，电容组件包括至少一个固定极板、一固定杆、第一弹簧、至少一个活动极板以及一活动杆，固定极板与活动极板相对设置，固定极板的一端固定在固定杆上，并与固定杆垂直设置；活动极板的一端垂直设置在活动杆上，固定杆与活动杆通过第一弹簧连接，第一弹簧用于调节固定杆与活动杆之间的距离，进而调节固定极板与活动极板间的相对面积。
其中，天线匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容组件、第二电容组件以及第三电容组件，第一电感的一端及第二电感的一端与第一电容组件的一端以及第二电容组件的一端连接，第一电容组件的另一端与第三电感的一端连接，第三电感的另一端与第三电容组件的一端以及第四电感的一端连接，第三电感的另一端还连接天线，第二电感的另一端、第二电容组件的另一端、第三电容组件的另一端以及第四电感的另一端接地。
其中，电容组件包括多个固定极板和多个活动极板，其中，多个固定极板和多个活动极板一一对应设置，多个固定极板平行等间距设置在固定杆上。
其中，电容组件还包括第二弹簧，固定极板与活动极板通过第二弹簧连接，第二弹簧用于调节固定极板与活动极板间的距离。
其中，电容组件还包括驱动马达，驱动马达与活动杆和/或活动极板连接，用于驱动活动杆和/或活动极板沿垂直于活动杆的方向，或平行于活动杆的方向运动。
通过上述方案，本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明的天线匹配电路包括电感以及至少电容组件，其中电容组件的两端分别与电感连接，电容组件包括固定极板、固定杆、弹簧、活动极板以及活动杆，固定极板与活动极板相对设置，并且固定杆与活动杆通过弹簧连接，通过弹簧调节固定杆与活动杆之间的距离进而调节固定极板与活动极板间的相对面积，从而实现动态调节电容值，使得电子设备在通信时天线可以根据不同的通信频段选择不同的匹配电容值，使天线性能达到最佳状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1是现有技术的手机天线原理图；
图2是本发明实施例的天线匹配电路及使用该电路的电子设备的结构示意图；
图3是电容容值—电压特性的曲线示意图；
图4是图2中的天线匹配电路的电容组件的结构示意图；
图5是图2中的天线匹配电路为π型架构时的电路结构示意图。
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的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。
请参看图2，图2是本发明实施例的天线匹配电路及使用该电路的电子设备的结构示意图。如图2所示，本实施例的电子设备1包括：基带21、射频收发器22、射频前端23、天线匹配电路24、天线25及偏置控制电路26，其中，偏置控制电路26连接在基带21及天线匹配电路24之间。基带21(英文为：Baseband)为电子设备1的数据运算处理中心。射频收发器22(英文为：Transceiver)可以实现信号的高低频转换。射频前端23(英文为：RFfront-endmobilephones；缩写为：FEM)包括射频功放、双工器、滤波器以及开关等器件(图未示)。
电子设备1如智能手机，在信号发射阶段，基带21处理过后的信号，经过射频收发器22转换为高频信号，然后经由射频前端23发送至天线匹配电路24，这里指高频信号依次经过射频功放、双工器、滤波器以及开关等器件到达天线匹配电路24，再通过天线匹配电路24发送至天线25，天线25将电信号转换为电磁波信号辐射出去。
请参看图3，图3是电容容值—电压特性的曲线示意图。由公式C＝Q/U可知，电容容值C与电压U呈反比例关系，其中C为电容容值，Q为电量，U为电容器两端的电压。当电量Q为一恒定数值时，电压U越大，则电容C的容值越小。
进一步地，根据公式C＝εs/d，其中C为电容容值，ε为介电常数，d为电容两个极板之间的距离，s电容两个极板之间的相对面积，由公式可知，通过改变电容两个极板之间的距离d或电容两个极板之间的相对面积s可以改变电容容值C。因此，本发明可以通过改变电容两个极板之间的距离d或电容两个极板之间的相对面积s来改变电容容值C从而实现动态调节天线匹配电路24。
在本实施例中，天线匹配电路24包括多个电感及至少一个电容组件，电容组件的两端分别与电感连接。请参看图4，图4是图2中的天线匹配电路的电容组件的结构示意图，其是一种微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)的架构图。如图4所示，电容组件3包括第一弹簧30、至少一个固定极板31、一固定杆32、至少一个活动极板33以及一活动杆34。其中，固定极板31与活动极板33相对设置形成一个电容的两个极板，固定极板31的一端固定在固定杆32上，并与固定杆32垂直设置。活动极板33的一端垂直设置在活动杆34上，并且固定杆32与活动杆34通过第一弹簧30连接，利用第一弹簧30调节固定杆32与活动杆34之间的距离，使得活动杆34带动活动极板33沿Y轴方向移动进而调节固定极板31与活动极板33间的相对面积s。在本实施例中，电容组件3还包括第二弹簧(图未示)，其中，固定极板31和活动极板33通过第二弹簧连接，利用第二弹簧可以使得活动极板33沿X轴方向上移动，从而实现调节固定极板31与活动极板33之间的距离d。其中，第一弹簧30及第二弹簧均为绝缘弹簧。
此外，在本实施例中，电容组件3还包括驱动马达35，驱动马达35与活动极板33和/或活动杆34连接，以驱动活动极板33和/或活动杆34沿垂直于活动杆34的方向或平行于活动杆34的方向运行。通过改变驱动马达35的驱动电压即可以改变驱动马达35的驱动能力，从而施加不同的力给活动极板33和/或活动杆34，实现拖动活动极板33移动不同的距离，进而改变活动极板33与固定极板31之间的距离d或者相对面积s，从而改变电容容值的大小。其中，图4所示的驱动马达35与活动杆34连接。其应用场景如下：建立一平面直角坐标系，当提供一信号给驱动马达35，以使驱动马达35带动活动杆34沿Y轴方向移动，则使得活动杆34及设置在活动杆34上的活动极板33一起沿Y轴方向移动，从而使活动极板33与固定极板31之间的相对面积s增大或减小，从而动态调节电容容值。其中，当驱动马达35带动活动杆34沿Y轴方向移动，驱动马达35只是带动与其相连接的活动杆34，使得设置在该活动杆34上面的活动极板33也随着一起移动，而没有与驱动马达35连接的其他活动杆34保持静止，并且设置在静止的活动杆34上的活动极板33也同样保持静止，从而实现只是改变部分电容容值，而其他的电容容值保持不变。
在其他实施例中，驱动马达35与活动极板33连接，当提供一信号给驱动马达35，以使驱动马达35带动活动极板33沿X轴移动，则使得活动极板33与固定极板31之间的距离d增大或减小，从而动态调节电容容值。并且，可设置同一驱动马达35与多个活动极板33连接，使得驱动马达35可以同时驱动多个活动极板33移动，实现同时改变部分电容容值。也可设置多个驱动马达35与多个活动极板33一一对应连接，使得每个驱动马达35只驱动对应的活动极板33，从而实现独立改变某个电容容值。
因此，本实施例中可以通过调节活动极板33与固定极板31之间的相对面积或活动极板33与固定极板31之间的距离从而调节电容容值，实现动态调节天线匹配电路24。
在其他实施例中，电容组件3还可以包括多个固定极板31和多个活动极板33，并且，多个固定极板31和多个活动极板33一一对应设置，并且多个固定极板31平行等间距设置在固定杆32上。
以下举例说明本实施例的电子设备1的天线匹配电路24的实现原理，结合图2，如下：
电子设备1如智能手机在出厂前，预先对手机的所要应用的天线频段进行调试，其中，测试时以50欧姆为测试点，以获得最佳的匹配，并记录每个频段对应的电容容值。在调试时，所有电感感值不变，只改变电容容值，根据电容的容值—电压特性曲线图，对到对应的电压，根据对应的电压调节电容容值，将频段-电容容值-电压特征表存储至手机中。
手机出厂后，在基带21发射信号时，基带21根据射频收发器22所要发射的频段，控制电源芯片(图未示)输出不同的电压，通过电压偏置电路26改变电容两端的电压从而改变电容两极板的相对面积或者距离，实现改变电容的容值，从而获得对应频段的最佳匹配，实现天线性能最优化。
请参看图5，图5是图2中的天线匹配电路为π型架构时的电路结构示意图。如图5所示，天线匹配电路24包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容组件C1、第二电容组件C2以及第三电容组件C3。其中，第一电感L1的一端及第二电感L2的一端与第一电容组件C1的一端及第二电容组件C2的一端连接，第一电容组件C1的另一端与第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端与第三电容组件C3的一端及第四电感L4的一端连接，第三电感L3的另一端还连接天线25，第二电感L2的另一端、第二电容组件C2的另一端、第三电容组件C3的另一端及第四电感L4的另一端接地。优选的，电感感值优选为nH级，电容容值优选为pF级。
本发明还提供一种电子设备1，该电子设备1包括上述天线匹配电路24，在此不再赘述。
综上所述，本发明的天线匹配电路包括电感及电容组件，电容组件的固定极板与活动极板相对设置，固定极板的一端垂直固定在固定杆上，活动极板的一端垂直设置在活动杆上，并且固定杆与活动杆通过弹簧连接，以通过弹簧调节固定杆与活动杆之间的距离从而调节固定极板与活动极板间的相对面积，因此，本发明可动态调节电容值，使电子设备通信时天线可以根据不同的通信频段选择不同的匹配电容值，使得天线的性能达到最佳状态。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种天线匹配电路，其特征在于，所述天线匹配电路包括多个电感以及至少一个电容组件，所述电容组件的两端分别与所述电感连接，所述电容组件包括至少一个固定极板、一固定杆、第一弹簧、至少一个活动极板以及一活动杆，所述固定极板与所述活动极板相对设置，所述固定极板的一端固定在所述固定杆上，并与所述固定杆垂直设置；所述活动极板的一端垂直设置在所述活动杆上，所述固定杆与所述活动杆通过所述第一弹簧连接，所述第一弹簧用于调节所述固定杆与所述活动杆之间的距离，进而调节所述固定极板与所述活动极板间的相对面积。
2.根据权利要求1所述的天线匹配电路，其特征在于，所述天线匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容组件、第二电容组件以及第三电容组件，所述第一电感的一端及所述第二电感的一端与所述第一电容组件的一端以及所述第二电容组件的一端连接，所述第一电容组件的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第三电容组件的一端以及所述第四电感的一端连接，所述第三电感的另一端还连接所述天线，所述第二电感的另一端、所述第二电容组件的另一端、所述第三电容组件的另一端以及所述第四电感的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的天线匹配电路，其特征在于，所述电容组件包括多个固定极板和多个活动极板，其中，所述多个固定极板和所述多个活动极板一一对应设置，所述多个固定极板平行等间距设置在所述固定杆上。
4.根据权利要求1所述的天线匹配电路，其特征在于，所述电容组件还包括第二弹簧，所述固定极板与所述活动极板通过所述第二弹簧连接，所述第二弹簧用于调节所述固定极板与所述活动极板间的距离。
5.根据权利要求4所述的天线匹配电路，其特征在于，所述电容组件还包括驱动马达，所述驱动马达与所述活动杆和/或所述活动极板连接，用于驱动所述活动杆和/或所述活动极板沿垂直于所述活动杆的方向，或平行于所述活动杆的方向运动。
6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括天线匹配电路，所述天线匹配电路包括多个电感以及至少一个电容组件，所述电容组件的两端分别与所述电感连接，所述电容组件包括至少一个固定极板、一固定杆、第一弹簧、至少一个活动极板以及一活动杆，所述固定极板与所述活动极板相对设置，所述固定极板的一端固定在所述固定杆上，并与所述固定杆垂直设置；所述活动极板的一端垂直设置在所述活动杆上，所述固定杆与所述活动杆通过所述第一弹簧连接，所述第一弹簧用于调节所述固定杆与所述活动杆之间的距离，进而调节所述固定极板与所述活动极板间的相对面积。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述天线匹配电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容组件、第二电容组件以及第三电容组件，所述第一电感的一端及所述第二电感的一端与所述第一电容组件的一端以及所述第二电容组件的一端连接，所述第一电容组件的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述第三电容组件的一端以及所述第四电感的一端连接，所述第三电感的另一端还连接所述天线，所述第二电感的另一端、所述第二电容组件的另一端、所述第三电容组件的另一端以及所述第四电感的另一端接地。
8.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电容组件包括多个固定极板和多个活动极板，其中，所述多个固定极板和所述多个活动极板一一对应设置，所述多个固定极板平行等间距设置在所述固定杆上。
9.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电容组件还包括第二弹簧，所述固定极板与所述活动极板通过所述第二弹簧连接，所述第二弹簧用于调节所述固定极板与所述活动极板间的距离。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电容组件还包括驱动马达，所述驱动马达与所述活动杆和/或所述活动极板连接，用于驱动所述活动杆和/或所述活动极板沿垂直于所述活动杆的方向，或平行于所述活动杆的方向运动。
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