CN105958190A - 平衡差分馈电天线及其无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种平衡差分馈电天线及其无线通信设备，该平衡差分馈电天线包括：平衡差分馈电单元，用以接收或发射平衡差分信号；传输线，用以传输所述平衡差分信号，包括构成一对平衡差分传输线的第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和第二传输线的各始端分别连接所述平衡差分馈电单元的正端口和负端口，所述第一传输线传输所述平衡差分信号的正信号，所述第二传输线传输所述平衡差分信号的负信号；辐射体，连接所述第一传输线和第二传输线的各末端，用以辐射。本发明可以有效地激励印刷线路板上甚至导体机身的辐射，提高整个天线系统的辐射效率与其他辐射性能。

Description

平衡差分馈电天线及其无线通信设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及的是一种平衡差分馈电天线及其无线通信设备。

背景技术

现今，无线通信设备上集成的器件与功能越来越多，相应的，所需天线数目在增加，而设备所能提供的安装空间却在不断缩减，这需要创新的天线设计方法以保证天线在更小的空间内也能获得足够好的性能。天线的性能主要体现在带宽，效率，一直以来，天线的设计创新的主要方向是提高天线带宽，而在如何提高天线辐射效率这一方向上有成效的设计创新并不多。一般认为，天线的辐射效率取决于天线的辐射电阻与天线以及周围物体的损耗。天线辐射电阻越大，天线辐射效率越高；天线与周围物体的损耗越大，则天线辐射效率越高。天线与周围物体的损耗主要取决于材料本身，一般是无法改变的，所以提高天线辐射效率的技术问题在于如何提高天线的辐射电阻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种平衡差分馈电天线，可以有效地激励印刷线路板上甚至导体机身的辐射，提高整个天线系统的辐射效率与其他辐射性能。

可以适用到小型智能可穿戴设备中，增强天线辐射性能。

为解决上述问题，本发明提出一种平衡差分馈电天线，包括：

平衡差分馈电单元，用以接收或发射平衡差分信号；

传输线，用以传输所述平衡差分信号，包括构成一对平衡差分传输线的第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和第二传输线的各始端分别连接所述平衡差分馈电单元的正端口和负端口，所述第一传输线传输所述平衡差分信号的正信号，所述第二传输线传输所述平衡差分信号的负信号；

辐射体，连接所述第一传输线和第二传输线的各末端，用以辐射。

根据本发明的一个实施例，还包括印刷线路板，其上设置有所述平衡差分馈电单元、传输线及辐射体。

根据本发明的一个实施例，所述辐射体为两个分立部件，所述两个分立部件分别连接第一传输线的末端和第二传输线的末端，且所述两个分立部件设置在所述印刷线路板上的位置与间距取决于天线工作频率。

根据本发明的一个实施例，所述辐射体设置在所述印刷线路板的边缘位置。

根据本发明的一个实施例，所述辐射体与采用所述平衡差分馈电天线的电子设备的金属结构部件集成或相连，所述金属结构部件为分立部件或者集成部件。

根据本发明的一个实施例，所述金属结构部件为金属壳体，所述金属壳体由至少两块互不导通的金属导体构成、或由一整块金属导体构成。

根据本发明的一个实施例，所述第一传输线和第二传输线的传输系数S21相等或接近相等。

根据本发明的一个实施例，所述平衡差分馈电单元包括单端转差分巴伦电路，具有正端口、负端口和单端射频端口，用以实现单端射频信号和差分信号之间的转换。

根据本发明的一个实施例，所述平衡差分馈电单元包括自身带有平衡差分电路及平衡差分端口的IC芯片。

根据本发明的一个实施例，所述第一传输线和第二传输线的各末端通过匹配网络连接所述辐射体、或直接连接所述辐射体。

本发明还提供一种无线通信设备，包括通信电路和与该通信电路相连的天线装置，所述天线装置采用如前述实施例中任意一项所述的平衡差分馈电天线。

根据本发明的一个实施例，所述无线通信设备为可穿戴智能设备，所述平衡差分馈电天线设置在可穿戴智能设备的印刷线路板上，所述辐射体和所述可穿戴智能设备的金属壳体集成或相连。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：采用平衡差分馈电单元进行馈电，使得第一传输线和第二传输线上分别传输由平衡差分馈电单元输出的正信号和负信号，平衡差分信号通过一对平衡差分信号传输，能够有效地激励辐射体辐射。

进一步而言，将辐射体设置在印刷线路板边缘，可以最大化地激励印刷线路板的辐射，提升辐射效率。当辐射体集成或连接到采用平衡差分馈电天线的无线通信设备的金属结构部件上时，可以进一步激励该金属结构部件进行辐射，使得辐射效率最大化。

附图说明

图1是本发明一实施例的平衡差分馈电天线的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的平衡差分馈电天线的结构示意图；

图3是本发明一实施例的无线通信设备的立体结构示意图；

图4是图3的无线通信设备的A-A方向的剖面结构示意图；

图5是图3的无线通信设备的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本实施例的平衡差分馈电天线，包括：平衡差分馈电单元102，传输线和辐射体。采用平衡差分馈电，能有效提高天线带宽与辐射效率。

平衡差分馈电单元102可以接收或发射平衡差分信号，平衡差分信号包括等幅反相的正信号和负信号，换言之，平衡差分馈电单元102的正端口和负端口上的射频信号为等幅反相的差分信号。

传输线用来传输平衡差分信号，包括第一传输线103和第二传输线104。第一传输线103和第二传输线104构成一对平衡差分传输线，第一传输线103的始端A和第二传输线104的始端B分别连接平衡差分馈电单元102的正端口和负端口，第一传输线103传输平衡差分信号的正信号，第二传输线104传输平衡差分信号的负信号。

辐射体包括两个馈电端，分别连接第一传输线103的末端A’和第二传输线104的末端A’，辐射体用来实现平衡差分馈电天线的信号辐射。

传输线的类型可以是任意能够传输准TEM波(准TEM波：微带线是部分填充介质的双导体传输线，线上传输的主模是准TEM模)，具体不做限制，可以是微带线、带状线、共面波导等。第一传输线103和第二传输线104的类型可以是不同或相同的。在本实施例中，例如采用微带线进行传输。

与数字电路中用到的差分传输线不同的是，本发明的第一传输线103与第二传输线104之间可以不存在强互耦关系，第一传输线103与第二传输线104的走线方向与路径可以完全不同，两者之间除了在始端A和始端B两个连接点附近存在一定互耦外，其他位置点上互耦基本为0。

第一传输线103和第二传输线104的传输系数S21相等或接近相等，以保证从第一传输线始端A到末端A’的传输路径与从第二传输线始端B到末端B’的传输路径上的信号保持等幅、反相，实现天线的平衡差分馈电。

在一个实施例中，继续参看图1，平衡差分馈电天线还包括印刷线路板101，其上设置有平衡差分馈电单元102、传输线及辐射体。平衡差分馈电单元102、传输线及辐射体分别可以形成在印刷电路板101上或安装到印刷电路板101上。传输线激励辐射体进行辐射时，可以激励印刷电路板进行辐射，提高辐射效率。

可选的，辐射体为两个分立部件，两个分立部件分别连接第一传输线103的末端A’和第二传输线104的末端B’，且两个分立部件设置在印刷线路板101上的位置与间距取决于天线工作频率。在图1中，辐射体包括分立的辐射单元105和辐射单元106，第一传输线103的末端A’和第二传输线104的末端B’分别连接辐射单元105和辐射单元106进行辐射。

辐射单元105和辐射单元106的类型不作为限定，辐射单元105和辐射单元106的类型与尺寸可以相同或不同。从简易性角度考虑，辐射单元105和辐射单元106的天线阻抗在工作频率内尽量一致。

较佳的，辐射体设置在印刷线路板101的边缘位置，换言之，辐射体可以设置在印刷线路板101的边界部位或者是靠近印刷线路板101的边界部位，以最大化地激励印刷线路板同时进行辐射。

在一个实施例中，将平衡差分馈电天线用到电子设备中，辐射体与采用平衡差分馈电天线的电子设备的金属结构部件集成或相连，金属结构部件为分立部件或者集成部件。平衡差分馈电天线在平衡差分信号的馈电驱动下，可以进一步激励辐射体连接或集成于的金属结构部件，有效地激励印刷线路板及金属结构部件的辐射，利用电子设备所具有的印刷线路板和金属结构部件的辐射，进一步提高整个天线的辐射效率与其他辐射性能。

可选的，金属结构部件为金属壳体，金属壳体由至少两块互不导通的金属导体构成、或由一整块金属导体构成。金属结构部件的具体形状构造不作为限制。

可选的，平衡差分馈电单元102可以包括自身带有平衡差分电路及平衡差分端口的IC芯片。平衡差分电路输出或接收平衡差分信号，平衡差分端口的正端口和负端口分别连接第一传输线的始端和第二传输线的始端，正端口上为差分信号中的正信号，负端口上为差分信号中的负信号。

在一个实施例中，平衡差分馈电单元可以包括单端转差分巴伦电路，具有正端口、负端口和单端射频端口，用以实现单端射频信号和差分信号之间的转换。可选的，参看图2，通过具有单端射频接口的IC芯片202和单端转差分巴伦电路203连接，单端转差分巴伦电路203的单端射频端口和该的IC芯片202的单端射频端口连接，IC芯片用以接收或发射射频信号，或还可用以处理射频信号。单端转差分巴伦电路203的正端口和负端口上的射频信号等幅反相，正端口连接第一传输线103的始端A，负端口连接第二传输线104的始端B。

可选的，第一传输线103和第二传输线104的各末端可以通过匹配网络连接辐射体、或可以直接连接辐射体。在图1中，第一传输线103的末端A’和第二传输线104的末端B’直接连接到辐射体105、106。图2中，第一传输线103的末端A’和第二传输线104的末端B’分别通过匹配网络204、205连接辐射体105、106。

本发明的前述各个实施例可根据需要作相应的结合，具体不再赘述。

本发明的无线通信设备，包括通信电路和与该通信电路相连的天线装置，天线装置采用如前述实施例中任意一项的平衡差分馈电天线。

在一个具体的实施例中，无线通信设备可以为可穿戴智能设备，可穿戴智能设备例如是智能手表，平衡差分馈电天线设置在可穿戴智能设备的印刷线路板上，辐射体和可穿戴智能设备的金属壳体集成或相连。

参看图3、4和5，辐射体可以连接或集成于手表的金属外壳302，也就是说金属外壳302也成为了辐射体，天线工作在2.4GHz，相比于传统天线，平衡差分馈电能有效提高天线带宽与效率。

图3为具有金属外壳302的手表，其中，手表上表面具有非金属表盖301，一般可以为玻璃材质，手表侧面为金属外壳302，手表下表面为底部表壳303，一般为非金属材质。

图4为沿图3中线A-A’的剖面图，其中，在非金属表盖301下面设有显示屏304，在手表内还具有印刷线路板305，印刷线路板305与金属外壳302之间的缝隙宽度非常重要，为保证足够高的天线性能，一般要求缝隙宽度不小于1mm；在印刷线路板305上还设有屏蔽盒306，在屏蔽盒306里放置有通信电路和其他相关电路，此外，在手表内还可以设有电池307等。

图5为略去非金属表盖301和底部表壳303后的手表的内部结构示意图，包括金属外壳302，印刷电路板307，辐射体，一对平衡差分传输线、单端转差分巴伦电路311和单端口射频电路312(带有单端射频接口的IC芯片)。其中，辐射体可以为天线馈电弹片308.a、308.b，平衡差分传输线各线的末端分别通过匹配电路309.a、309.b连接天线馈电弹片308.a、308.b，天线馈电弹片308.a、308.b分别位于印刷线路板307的边缘且位于印刷线路板307相对的两端，这样能最大程度激励起印刷线路板的辐射。单端转差分巴伦电路311的差分端口连接一对平衡差分传输线310，单端转差分巴伦电路311的单端射频端口连接单端口射频电路312。

以天线接收信号为例，辐射体(包括天线馈电弹片308.a、308.b，手表的金属外壳302和印刷线路板)接收辐射信号，通过平衡差分传输线310传输，平衡差分传输线301上的平衡差分信号经过单端转差分巴伦电路311后转成单端信号，接入到单端口射频电路312中进行处理，单端口射频电路312例如可以是蓝牙芯片。

本发明的无线通信设备通过平衡差分馈电的天线装置来最有效的激励印刷线路板上甚至导体机身的辐射，无线通信设备在通信工作时，印刷线路板甚至整个导体机身都参与辐射，从而可以提高整个天线系统的辐射效率与其他辐射性能。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种平衡差分馈电天线，其特征在于，包括：

平衡差分馈电单元，用以接收或发射平衡差分信号；

传输线，用以传输所述平衡差分信号，包括构成一对平衡差分传输线的第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和第二传输线的各始端分别连接所述平衡差分馈电单元的正端口和负端口，所述第一传输线传输所述平衡差分信号的正信号，所述第二传输线传输所述平衡差分信号的负信号；

辐射体，连接所述第一传输线和第二传输线的各末端，用以辐射。

2.如权利要求1所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，还包括印刷线路板，其上设置有所述平衡差分馈电单元、传输线及辐射体。

3.如权利要求2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述辐射体为两个分立部件，所述两个分立部件分别连接第一传输线的末端和第二传输线的末端，且所述两个分立部件设置在所述印刷线路板上的位置与间距取决于天线工作频率。

4.如权利要求2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述辐射体设置在所述印刷线路板的边缘位置。

5.如权利要求2或4所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述辐射体与采用所述平衡差分馈电天线的电子设备的金属结构部件集成或相连，所述金属结构部件为分立部件或者集成部件。

6.如权利要求5所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述金属结构部件为金属壳体，所述金属壳体由至少两块互不导通的金属导体构成、或由一整块金属导体构成。

7.如权利要求1或2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述第一传输线和第二传输线的传输系数S21相等或接近相等。

8.如权利要求1或2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述平衡差分馈电单元包括单端转差分巴伦电路，具有正端口、负端口和单端射频端口，用以实现单端射频信号和差分信号之间的转换。

9.如权利要求1或2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述平衡差分馈电单元包括自身带有平衡差分电路及平衡差分端口的IC芯片。

10.如权利要求1或2所述的平衡差分馈电天线，其特征在于，所述第一传输线和第二传输线的各末端通过匹配网络连接所述辐射体、或直接连接所述辐射体。

11.一种无线通信设备，包括通信电路和与该通信电路相连的天线装置，其特征在于，所述天线装置采用如权利要求1-4中任意一项所述的平衡差分馈电天线。

12.如权利要求11所述的无线通信设备，其特征在于，所述无线通信设备为可穿戴智能设备，所述平衡差分馈电天线设置在可穿戴智能设备的印刷线路板上，所述辐射体和所述可穿戴智能设备的金属壳体集成或相连。