CN105655690B - 一种频段开关天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频段开关天线，应用于一电子设备，包括：天线辐射体，所述天线辐射体包括：天线接地点，天线馈电点，开关接入点及天线支路；所述天线馈电点与所述天线接地点之间设置有第一天线支路，所述第一天线支路位于所述天线接地点、所述天线馈电点及所述开关接入点之间的连线的两侧，以延长天线的低频辐射路径。在上述技术方案中，通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，即第一天线支路位于天线接地点、天线馈电点及开关接入点之间的连线的两侧，充分延长天线在低频的辐射路径，提高了天线的低频辐射效率。

Description

一种频段开关天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种频段开关天线。

背景技术

随着科学技术的不断发展，无线通信技术得到了快速的发展，将开关引入了天线设计。通过开关将不同的电路器件与天线相结合，以调节天线处于不同的频段。

现有技术中，开关包括调节点，导线从该调节点分岔到天线的调节电路。调节电路包括开关和由开关选择的连接到地的电抗元件。当电抗元件改变时，整个辐射器的谐振频率发生改变，在这种情形下，相应的操作频带移动。如果天线被制造成双频带天线，则，上述操作频带是它们中较低的一个。而较高操作频带需要基于由相同辐射器导线和单独的寄生辐射器(寄生单元)所实现的辐射缝隙。

然而，本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

由于需要寄生单元才能实现高频宽带，从天线的馈电点出来的能量会被寄生单元部分耦合，使得低频辐射效率难以提高，同时天线空间体积大，开关位于天线中间会造成天线辐射面积不足，低频辐射效率低。可见，现有技术中的天线存在低频辐射效率低的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种频段开关天线，用于解决现有技术中的天线低频辐射效率低的技术问题。

本申请实施例提供一种频段开关天线，应用于一电子设备，包括：

天线辐射体，所述天线辐射体包括：天线接地点，天线馈电点，开关接入点及天线支路；

所述天线馈电点与所述天线接地点之间设置有第一天线支路，所述第一天线支路位于所述天线接地点、所述天线馈电点及所述开关接入点之间的连线的两侧，以延长天线的低频辐射路径。

可选的，所述天线还包括：

调整电路，所述调整电路包含开关、短路电路及至少一个电感器，所述开关包括第一端及第二端，所述第一端与所述开关接入点相连，所述第二端与短路电路相连，或者，与所述至少一个电感器相连，所述开关用于在增加低频带宽时，连通所述开关接入点及所述短路电路，或者在形成天线谐振时，连通所述开关接入点及所述至少一个电感器。

可选的，所述第一天线支路包含倒L型开路分支和倒T型开路分支，所述倒L型开路分支用于产生低频辐射，所述倒T型开路分支用于产生高频辐射。

可选的，所述倒T型开路分支从所述天线馈电点出发形成单极天线辐射，所述倒T型开路分支的长度约为谐振频率的四分之一波长。

可选的，所述倒T型开路分支位于所述天线接地点下方，与所述天线接地点形成电容耦合。

可选的，所述天线馈电点与所述开关接入点之间设置有L型的第二天线支路，所述第二天线支路形成有电容耦合。

可选的，所述开关接入点与所述天线馈电点之间设置有第三天线支路，所述第三天线支路、所述第二天线支路及所述第一天线支路的部分支路构成双倒F天线。

可选的，所述天线设置在距离所述电子设备的地一预设高度处，所述天线通过弹脚与所述电子设备的地相连。

可选的，所述天线馈电点与所述天线接地点之间的第一天线支路中的倒L型开路分支位于所述电子设备的通用串行总线USB接口的正上方，所述第一天线支路中的倒T型开路分支向所述电子设备的地方向延伸。

可选的，所述至少一个电感器具体包括：电感量为10nH的电感器和/或电感量为15nH的电感器。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，即第一天线支路位于天线接地点、天线馈电点及开关接入点之间的连线的两侧，充分延长天线在低频的辐射路径，提高了天线的低频辐射效率。

2、通过为天线的开关输出点配置短路电路和至少一个电感器，当开关输出点与短路电路相连时，开关的配置为短路电抗，使得天线的低频带宽更宽；当开关输出点与至少一个电感器相连时，不同的电感器可形成不同的天线谐振，从而解决了现有技术中天线存在带宽较窄的技术问题，增大了天线带宽。

3、通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，及在天线馈电点与开关接入点之间设置L型的第二天线支路，以形成两个环天线谐振模式，从而产生两个新的高频频率，进而满足GSM、UMTS和LTE高频频段需求。

附图说明

图1为本申请实施例一提供的频段开关天线的布局示意图；

图2为本申请实施例一提供的频段开关天线的调整电路示意图；

图3为本申请实施例一提供的第一天线支路示意图；

图4为本申请实施例一提供的天线的低频电流路径示意图；

图5为本申请实施例一提供的天线的第一种和第三种高频电流分布示意图；

图6为本申请实施例一提供的天线的第二种高频电流分布示意图；

图7为本申请实施例一提供的天线的回波损耗示意图；

图8为本申请实施例一提供的频段开关天线的变化例示意图；

图9为本申请实施例一提供的半包围结构的变化例示意图。

具体实施方式

在本申请实施例提供的技术方案中，通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，即第一天线支路位于天线接地点、天线馈电点及开关接入点之间的连线的两侧，充分延长天线在低频的辐射路径，提高了天线的低频辐射效率。

下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。

实施例一

请参考图1和图2，本申请实施例提供一种频段开关天线，应用于一电子设备，包括：

天线辐射体，所述天线辐射体包括：天线接地点G，天线馈电点F，开关接入点S及天线支路；

本申请实施例中，天线包含第一天线支路11。其中，天线接地点G与天线馈电点F之间设置有第一天线支路11，对天线接地点G和天线馈电点F形成半包围布局结构，即：第一天线支路11位于天线接地点G、天线馈电点F及开关接入点S之间的连线AA'的两侧，以延长天线的低频辐射路径。

本申请实施例中，天线还包括：调整电路，所述调整电路包含开关、短路电路及至少一个电感器，所述开关包括第一端及第二端，所述第一端与所述开关接入点S相连，所述第二端与短路电路相连，或者，与所述至少一个电感器相连，所述开关用于在增加低频带宽时，连通所述开关接入点及所述短路电路，或者在形成天线谐振时，连通所述开关接入点及所述至少一个电感器。

在具体实施过程中，本申请实施例提供的天线具体可以应用于手机等便携式电子设备。天线的调整电路中包含的开关具体可以是单刀双掷开关，也可以是单刀多掷开关。开关从天线的开关接入点S接入，开关输出点选择短路或者至少一个电感器输出。其中，至少一个电感器中电感器的元件值和数量可以根据实际需要做调整和增减。

当开关输出点与短路电路相连时，开关配置到短路状态，天线频段覆盖全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)的频段GSM850和GSM900。当开关输出点与至少一个电感器中的任一电感器相连时，开关配置到电感器状态，不同的电感器可形成不同的天线谐振，例如，配置的电感器的电感量为10nH时，天线覆盖长期演进(Long Term Evolution，LTE)的LTE band20；配置的电感器的电感量为15nH时，天线覆盖LTE band17。开关配置只使用短路电抗，即零欧姆和电感器，不使用开路状态，避免开关处于开路电抗如电容或者纯粹的开路而导致高阻抗，进而增大天线带宽。

本申请实施例中，天线还包括：第二天线支路12和第三天线支路13，其中，开关接入点S与天线馈电点F之间设置有L型的第二天线支路12，L型的第二天线支路12可以形成电容耦合。开关接入点S与天线馈电点F之间设置有第三天线支路13。

具体来讲，第一天线支路11具体可以包含倒L型开路分支和倒T型开路分支，所述倒L型开路分支用于产生低频辐射，所述倒T型开路分支用于产生高频辐射。其中，倒T型开路分支可以位于天线接地点G的下方，与天线接地点G形成电容耦合。另外，第一天线支路11包含的倒T型开路分支还可以是反向L型(如图8所示)，用于产生单极高频谐振。与此同时，天线馈电点F与开关接入点S之间的L型第二天线支路12，及开关接入点S与天线接地点G之间的第三天线支路13共同作用于高低频的辐射。

请参考图3，在电子设备中如手机，天线本体位于距离电子设备的地31一预设高度处，天线通过弹脚Pogo Pin与电子设备的地相连；天线馈电点F与天线接地点G之间的第一天线支路11中的倒L型开路分支位于电子设备的USB接口32的正上方，第一天线支路11中的倒T型开路分支向电子设备的地31方向延伸。

请参考图4，为天线的低频电流路径示意图。双倒F天线模式，即两个倒F天线的叠加。天线馈电点F、开关接入点S共同影响天线的低频谐振频率。开关接入点S所在的第三天线支路13位于天线馈电点F与天线接地点G之间。天线馈电点F与天线接地点G形成半包围布局结构，充分延长了天线在低频的辐射路径，相比现有技术的低频辐射提高约1dB，且相比现有技术的单倒F天线模式即开关接入点S存在开路电抗，本申请在开关处于电感器状态下天线带宽增大。

请参考图5和图6，为天线的高频电流分布示意图。天线的高频谐振包含三种模式。第一种：请参考图5，天线的倒T型开路分支从天线馈电点F出发形成单极天线辐射模式，倒T型开路分支长度约为谐振频率的四分之一波长。请参考图7，为天线的回波损耗示意图，第一种高频谐振模式产生高频频段的最低谐振频率f1。第三种：请参考图5，天线馈电点F与开关接入点S之间的第二天线支路12(F-S路径)，产生高频频段的中间谐振频率f3(如图7所示)，为环天线谐振模式，由于环天线需要半波长的谐振长度，为有效地缩短长度，天线F-S路径中引入电容耦合，如区域51所示。第二种：请参考图6，天线馈电点F与开关接入点S之间的电流路径，开关接入点S与天线接地点G之间的部分电流路径形成天线馈电点F到天线接地点G之间的电流路径(F-G路径)，产生高频频段的最高谐振频率f2，同样，如区域61所示形成电容耦合，缩短环天线谐振长度。其中，高频谐振f1、f3覆盖数字蜂窝系统(DigitalCellular System，DCS)的频段DCS1800、个人通讯服务(Personal CommunicationsService，PCS)的频段PCS1900、通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunications System，UMTS)的频段UMTS2100，高频谐振f2覆盖LTE band 7。

由于开关器件本身的电时延，以及开关接电感器件，天线馈电点F与开关接入点S之间的电流路径(F-S路径)可能长于天线馈电点F到天线接地点G之间的电流路径(F-G路径)，从而产生的谐振频率f3为中间谐振频率而不是最高谐振频率，此时适当调节开关在天线上的开关接入点S的位置并使开关器件尽可能地靠近开关接入点S，可以使谐振频率f3高于F-G路径产生的谐振频率f2；同时也可以通过延长F-G路径使谐振频率f2低于谐振频率f3。

由于开关状态配置只影响高频谐振频率中的f3，对于受路径长度影响的谐振频率f2和受单极模式的分支长度影响的f1，不能通过开关配置调节，但可以通过天线辐射形状的改变，天线馈电点F接入匹配电路进行调节和优化。如图7所示，曲线71为开关配置为电感器状态的频率曲线，低频覆盖频段LTE band20，高频覆盖频段DCS、PCS、UMTS、LTE band7。曲线72为开关配置为短路状态的频率曲线，低频覆盖频段GSM 850、GSM900、DCS，高频覆盖频段DCS、PCS、UMTS、LTE band7。

在具体实施过程中，请参考图8，为了较好地适应柔性电路板FPC生产工艺，天线馈电点F与天线接地点G位置交换，同时天线馈电点F与天线接地点G形成半包围布局结构，天线馈电点F，天线接地点G，开关接入点S之间的走线满足走线分布在AA'两侧，即形成半包围结构，AA'为天线馈电点F，天线接地点G，开关接入点S三点连线。需要说明的是，本申请并不限制天线馈电点F与天线接地点G之间半包围布局结构的具体形状，只要天线馈电点F与天线接地点G之间的支路分布在AA'两侧即可，例如还可以是图9中的任一半包围结构。

通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下一个或多个技术效果：

1、通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，即第一天线支路位于天线接地点、天线馈电点及开关接入点之间的连线的两侧，充分延长天线在低频的辐射路径，提高了天线的低频辐射效率。

2、通过为天线的开关输出点配置短路电路和至少一个电感器，当开关输出点与短路电路相连时，开关的配置为短路电抗，使得天线的低频带宽更宽；当开关输出点与至少一个电感器相连时，不同的电感器可形成不同的天线谐振，从而解决了现有技术中天线存在带宽较窄的技术问题，增大了天线带宽。

3、通过在天线馈电点与天线接地点之间设置半包围布局的第一天线支路，及在天线馈电点与开关接入点之间设置L型的第二天线支路，以形成两个环天线谐振模式，从而产生两个新的高频频率，进而满足GSM、UMTS和LTE高频频段需求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种频段开关天线，应用于一电子设备，包括：

天线辐射体，所述天线辐射体包括：天线接地点，天线馈电点，开关接入点及天线支路，所述天线接地点、天线馈电点、开关接入点设置在所述天线支路上，所述天线支路至少包括第一天线支路；

所述天线馈电点与所述天线接地点之间设置有所述第一天线支路，所述第一天线支路位于所述天线接地点、所述天线馈电点及所述开关接入点之间的连线的两侧，以延长天线的低频辐射路径。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述天线还包括：

调整电路，所述调整电路包含开关、短路电路及至少一个电感器，所述开关包括第一端及第二端，所述第一端与所述开关接入点相连，所述第二端与短路电路相连，或者，与所述至少一个电感器相连，所述开关用于在增加低频带宽时，连通所述开关接入点及所述短路电路，或者在形成天线谐振时，连通所述开关接入点及所述至少一个电感器。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线支路包含倒L型开路分支和倒T型开路分支，所述倒L型开路分支用于产生低频辐射，所述倒T型开路分支用于产生高频辐射。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述倒T型开路分支从所述天线馈电点出发形成单极天线辐射，所述倒T型开路分支的长度约为谐振频率的四分之一波长。

5.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述倒T型开路分支位于所述天线接地点下方，与所述天线接地点形成电容耦合。

6.如权利要求1～5任一所述的天线，其特征在于，所述天线馈电点与所述开关接入点之间设置有L型的第二天线支路，所述第二天线支路形成有电容耦合。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述开关接入点与所述天线馈电点之间设置有第三天线支路，所述第三天线支路、所述第二天线支路及所述第一天线支路的部分支路构成双倒F天线。

8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线设置在距离所述电子设备的地一预设高度处，所述天线通过弹脚与所述电子设备的地相连。

9.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述天线馈电点与所述天线接地点之间的第一天线支路中的倒L型开路分支位于所述电子设备的通用串行总线USB接口的正上方，所述第一天线支路中的倒T型开路分支向所述电子设备的地方向延伸。

10.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述至少一个电感器具体包括：电感量为10nH的电感器和/或电感量为15nH的电感器。