CN105977607A - 增强无线用户终端信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种增强无线用户终端信号的装置和方法，所述装置包括耦合天线和载体，所述耦合天线通过所述载体附着在所述无线用户终端上，所述耦合天线具有一端头，所述端头位于所述无线用户终端天线的耦合区域内，所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端，使得所述耦合天线与所述无线用户终端的天线耦合；其中，所述耦合区域为以所述无线用户终端的天线的馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。本发明在无线用户终端的耦合区域安装耦合天线，使得耦合天线能够精确与无线用户终端的天线耦合，借此来增大无线用户终端天线接收、发射工作信号的强度。

Description

增强无线用户终端信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种增强无线用户终端信号的装置和方法。

背景技术

无线通信技术是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年，在信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信技术给人们带来的影响无可争议：如今每一天大约有15万人成为新的无线用户，全球范围内的无线用户数量已经超过2亿。

目前，手持终端例如手机、平板电脑、移动数据采集器等是进行无线通信传输的重要设备之一，通过2G、3G、4G等无线网络可以传递各种电磁波信号，因此电磁波信号质量的优劣将极大地影响用户的使用体验。在一般情况下，手持终端中的内置天线能够实现电磁波信号的正常传输，但是，在无线通信环境较为恶劣的情况下，例如手持终端远离基站覆盖区域、电磁波信号被建筑物阻挡或手持终端接收信号能力差等其他原因，故手持终端中的内置天线在一些区域内不能实现电磁波信号的正常传输，影响用户数据量传输。

最近几年，wifi以其无线束缚的优势，已广泛地应用到人们的日常工作、生活中，给人们带来极大的便利，普通的家庭用电脑，甚至办公室电脑，装上无线接收器(天线)，就可以使用wifi网络，给人们的生活、工作环境带来更优的体验。但是wifi也存在上述的缺陷：路由器的信号覆盖面积有限，一些区域，信号弱，影响使用wifi的无线用户终端的信号接收和发射。本发明所称的无线用户终端是指手机、平板电脑、移动数据采集器、笔记本电脑、台式电脑等可以使用无线网络的设备。

针对上述问题，现有的解决方案是增设信号发射装置，以此来增大信号的覆盖面积，或者是更换功率更强的信号发射装置以增强信号，例如增加或更换基站，无线路由器。现有技术从改善信号源，来使覆盖范围内信号更强、覆盖范围更广，以此增强处于信号发射装置覆盖范围内的终端用户信号的强度。通过该方案，虽然可在一定范围内一定程度的增大了信号的强度，但基站设备成本高昂，更换成本大，并且，增强的信号区域固定，不能随使用者移动而移动。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提出一种增强无线用户终端信号的策略，不需要局限于固定地点，可以增加无线用户终端信号的强度，且所需成本较低。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种增强无线用户终端信号的装置和方法，不需要局限于固定地点，可以有效增强手持终端信号的强度，且所需成本极低。

为了解决上述问题，本发明公开了一种增强无线用户终端信号的装置，所述装置包括耦合天线和载体，所述耦合天线通过所述载体附着在所述无线用户终端上，所述耦合天线具有一端头，所述端头位于所述无线用户终端天线的耦合区域内，所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端，使得所述耦合天线与所述无线用户终端的天线耦合；其中，所述耦合区域为以所述无线用户终端的天线的馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。

本发明所述耦合天线的材质为用户终端的天线通常使用的材质，例如为铜、铜合金、铝或铝合金；或者为不锈钢镀金或镀镍；或者为柔性线路板。

所述耦合天线的形状因不同的用户终端内的天线形状的不同而不同，可以为长条形、L型、带孔长条形或者喇叭形的片状体。

当耦合天线的长度l在λ/4±5mm范围内时，无线用户终端的信号增强的幅度最大，其中，λ为无线用户终端信号的波长。

本发明还公开了一种增强无线用户终端信号的方法，包括如下步骤：

提供耦合天线和载体；

将所述耦合天线通过所述载体附着于所述无线用户终端，附着的条件满足：

所述耦合天线的端头位于所述无线用户终端天线的耦合区域内，

所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端；

其中，所述耦合区域为以无线用户终端的天线的馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号的波长的1/10为半径形成的球体区域。

本发明所述载体可以为绝缘卡片或为所述无线用户终端的保护壳、保护套。

本发明通过在使用无线信号的无线用户终端上，设置耦合天线，可有效增强无线用户终端的信号；本发明公开的增强无线用户终端信号的装置附着在无线用户终端上，体积小，造价极低，同时便于携带，可随着无线用户终端的移动而移动,不局限在固定地点；耦合天线不需要电源额外供电，节约能源，更环保；耦合天线借助于载体安装于所述手持终端中内置天线的耦合范围，安装位置精准，操作方便。由于上述多项有益效果的客观存在，本发明提高了用户的体验效果，极容易被推广使用。

附图说明

图1为本发明的无线用户终端天线与耦合天线的电耦合原理示意图；

图2为本发明应用在手机的实施例的示意图；

图3为载体为翻盖式的皮套时，耦合天线的安装示意图；

图4为载体为拉伸式的背壳时，耦合天线的安装示意图；

图5为载体为旋转式的背壳时，耦合天线的安装示意图；

图6为iPhone5手机使用翻盖式皮套装载耦合天线被动测试的结果示意图；

图7为iPhone5手机使用拉伸式背壳装载耦合天线被动测试的结果示意图；

图8为iPhone5手机使用旋转式背壳装载耦合天线被动测试的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，在无线用户终端的合适位置安装耦合天线，使得耦合天线能够精确与无线用户终端的天线耦合，借此来增大无线用户终端天线接收、发射信号的强度。

本发明增强信号的方式基于电耦合原理。图1为本发明的无线用户终端天线与耦合天线的电耦合原理示意图。如图1所示，无线用户终端包括天线2、天线2在馈点22处，通过天线馈线21将天线接入IC电路板，接收和发送无线用户终端的信号。在无线用户终端的合适区域(下称耦合区域)内安装能够与无线用户终端的天线2相耦合的耦合天线1。在短波、超短波频段下，天线2与耦合天线1间不是开路状态，设置耦合天线后，耦合天线与天线间存在不能忽略的寄生电容3，耦合天线1与天线2耦合。耦合天线1与天线耦合后，耦合天线1为电流提供一条低阻抗的路径，从而将电磁波通过耦合天线1辐射出去，或者将基站、路由器等基地台的信号通过耦合天线1与天线2的组合接收进入无线用户终端的接收电路，借此提升无线用户终端天线的效率，增强无线用户终端信号的强度。容抗越大，耦合天线1与天线2之间的耦合量越大，对无线用户终端的信号强度的增强效果越好。

寄生电容量3的大小取决于天线2与耦合天线1的形状、尺寸以及相对位置等因素的影响。天线2与耦合天线1之间的容抗为：

$Xc=j\frac{1}{2\mathrm{\π}fC}$

其中，j常数，

f为电磁波信号频率，

C为电容量。

如上面公式所示，当无线用户终端确定后，所用信号频率已知，则天线与耦合天线间的容抗与寄生电容3的电容量C呈反比关系。而寄生电容3的电容量C与耦合天线1与天线2的形状、大小以及相对位置有关。即对一使用特定信号的无线用户终端而言，能够通过调整耦合天线1与天线2的相对位置、耦合天线1的形状、耦合天线1的大小中的任一参数，可以调节天线与耦合天线间的容抗值，即可调整无线用户终端的信号的强度。

需要说明的是，因一个无线用户终端可适用几个不同频率的信号，如一般的手机可适用2G、3G、4G、wifi几类不同的信号,而同一类的信号，如3G信号，不同的运营商使用的3G信的频率也不完全相同，wifi的信号也有2400Hz、有5000Hz之分。本发明所述的“无线用户终端的信号”，是指无线用户终端所使用的一个确定频率的信号，与之对应的确定耦合区域所用到的“无线用户终端信号波长”，是指该待增强的信号的波长。即在技术方案中，待增强的无线用户终端的信号是与耦合天线是一一对应的：一个手机面对不同频率的信号，天线的耦合区域不同，所使用的耦合天线也有所不同。

本发明所述的无线用户终端信号的强度，是指无线用户终端接收或发送信号的能力，可由天线的效率表示。

为了使得耦合天线与无线用户终端的天线成功耦合，耦合天线的基部设置在合适的区域内。耦合天线一般可制作成金属箔，如图1所示，耦合天线1为长条形，耦合天线的基部是指金属箔的一个端头11。本发明将该合适区域简称为耦合区域，经过试验验证，耦合区域是指以天线2的馈点22为圆心、以无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。本发明所称的“无线用户终端收、发信号波长”，是指本发明在发明目的中所述的待增强的信号。在图1的视角中，耦合区域为虚线围成的范围A。将上述耦合天线的基部置于耦合区域内，天线收发信号的强度有所增强。

为了防止维修过程中的意外损坏，无线用户终端通常会设置有接地端，在手机中，常称为“手机的地”。该接地端一般为导电性良好的材质。需要注意的是，接地端与耦合天线之间在适当的条件下也会产生寄生电容，并且该寄生电容不容忽视：若不采取措施，接地端与耦合天线之间产生的寄生电容，将破坏耦合天线与天线的匹配。也就是说，一旦接地端与耦合天线产生寄生电容，耦合天线与天线的耦合效果将被影响。并且因为导电材质的设置面积一般比较大，会影响耦合天线和天线的辐射，即使有耦合天线的存在，也能够使得天线的辐射效率变差，因此，本发明要求，耦合天线要绕开无线用户终端的接地端。也就是说，在设置耦合天线时，耦合天线与用户中的接地端间隔设置，不接触。一般地，耦合天线绕开接地端在耦合天线设置面上的投影。一般地，为了更彻底地远离无线用户终端的接地端，耦合天线在背壳上的设置位置绕开接地端在耦合天线设置面上的投影，但本发明并不强制要求绕开开接地端在耦合天线设置面上的投影。

本发明所涉及耦合天线的材质，可选取与用户终端天线相同的材质，例如综合考虑成本以及传递信号的能力，优选可为铜、铜合金、铝或铝合金；或者为不锈钢镀金或镀镍；再或者，在一些经常弯折的场所，可以选择柔性线路板(Flexible Printed CircuitBoard，简称FPC板)。

天线效率的增强效果与天线和耦合天线的形状有关。耦合天线具体的形状可依天线形状而改变，常用的几种形状为长条形、L型、带孔长条形或者喇叭形。当耦合天线为喇叭形时，喇叭口端，也就是大端落入耦合区域内。

实验证明：当耦合天线的长度在天线的工作信号波段的1/4波长左右时，天线的辐射效率将得到明显的提升，信号的强度得到增强显著增强。优选的耦合天线的长度l可在λ/4±5mm范围内选取，其中，λ为无线用户终端收、发信号的波长。

基于上述原理，本发明提出一种增强无线用户终端信号的装置和方法。本发明所述的无线用户终端可以是使用2G、3G、4G、wifi等短波、超短波频段无线信号的手机、平板电脑、移动数据采集器、笔记本电脑、台式电脑等设备。为了将耦合天线准确牢固地附着于无线用户终端上，可借助于载体附着，载体可为无线用户终端的保护套、保护盖或者绝缘的塑料片。

下面通过具体实施例来对本发明做具体说明。应当理解的是，下述说明仅是对本发明优选实施方式的描述，而非对本发明的限制，本领域普通技术人员由本发明的发明构思以及具体实施方式所作的等效变形，均在本发明的保护范围，特此说明。

本发明公开一种增强无线用户终端信号的装置，包括耦合天线和载体，耦合天线通过载体附着在无线用户终端上，耦合天线具有一端头，端头位于无线用户终端天线的耦合区域内，耦合天线绕开无线用户终端的接地端，使得耦合天线与无线用户终端的天线耦合；其中，耦合区域为以无线用户终端的天线的馈点为圆心、以无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。

下面以手机为例来说明本发明增强无线用户终端信号的装置的具体结构。

如图2所示，在本实施例中，增强无线用户终端信号的装置包括耦合天线1和手机保护壳，手机保护壳即上述载体的具体体现。手机保护壳固定在手机的后壳上。耦合天线的附着于手机保护壳上，耦合天线1为长条形，其一端头11位于手机天线2的耦合区域A内。在本实施例中，耦合天线1绕开无线用户终端的接地端在手机后壳上的投影，即区域B，耦合天线1与天线2之间产生寄生电容3,耦合天线1与手机天线耦合，耦合天线1为电流提供一条低阻抗的路径从而将电磁波通过耦合天线1辐射出去，或者将基站或路由器等基地台的信号通过耦合天线2与天线的组合进入无线用户终端的接收电路，借此提升无线用户终端天线的效率，增强无线用户终端信号的强度。承前所述，耦合区域为以天线馈点22为圆心、以手机信号波长的1/10为半径形成的球体区域，在图2所示的平面，该耦合区域的投影为A。

在本实施例中，以频率为2.4GHz的wifi电磁波信号为例，1/4波长为31.25mm，则耦合天线的长度在26-36mm范围内选取，即在1/4波长加、减5mm范围之内选择。优选为1/4波长，可取31mm或32mm，或者为了便于加工，可选取整数30、35mm。

本发明所述的载体可以为多种，举例来说，可以是附着在用户终端上的保护套或者保护壳，也可以是塑料等绝缘材料的卡片。

需要说明的是，本发明所述的载体，视情况与不同类型的无线用户终端匹配，而不强制一一对应，或一种载体适配所有类型的无线用户终端。如：保护套或者保护壳可适配手机、平板电脑以及移动数据采集器；塑料卡片可以适配手机、平板电脑以及移动数据采集器，对于笔记本电脑或台式电脑上设置耦合天线的方式，采用塑料卡片则是更优的选择；特别地，也可以在使用保护壳或者保护套的同时，同时使用塑料卡片等零件对柔软的耦合天线进行保护，防止耦合天线变形。下面逐一说明不同载体附着在无线用户终端的方式：

当载体是塑料卡片时，将耦合天线与塑料卡片集合成一个整体，可制作成一个如数据卡的零件，再将耦合天线与塑料卡片构成的整体，插入手机壳体对应位置处的卡槽或插孔内。

当载体是保护套时，如图3所示，以翻盖式的皮套为例，皮套包括背盖51和皮夹52，皮夹52与背盖51的连接区域可弯折区域。耦合天线1固定在皮夹的弯折区域，耦合天线的端头位于耦合区域内。在本实施例中，耦合天线可选用柔性电线板，柔性电线板抗弯折能力强，可大大提高耦合天线的使用寿命。

当载体是保护壳时，耦合天线附着于无线用户终端的方式随着保护壳的具体结构而有所不同：

如图4所示，保护壳为拉伸式背壳5a，背壳5a固定在无线用户终端的后盖上。背壳5a的对应手机耦合区域处设置有凹槽53a，在凹槽内设置与凹槽配合的拉条54a，拉条中内置有耦合天线1。此时，该拉条也可看做是耦合天线与塑料卡片的集合。通过在凹槽中抽、插拉条，进行耦合天线的安装和拆卸以及位置的调整。

如图5所示，保护壳为旋转式背壳5b，背壳5b固定在无线用户终端的后盖上。背壳5b包括转轴55b和活动条56b。转轴55b设置在背壳上，与背壳垂直，位于对应手机耦合区域内。活动条56b的一端铰接在转轴55b上，可绕转轴55b旋转。活动条56b可停止在任意所需的位置。耦合天线1设置在活动条56b内，或者，耦合天线粘贴在活动条的朝向无线用户终端的侧面。此时，该活动条也可看做是耦合天线与塑料卡片的集合。调整活动条56b的角度，即可调整无线用户终端收、发信号的强度。

将图3所示的翻盖式的皮套，应用到iPhone5手机上做效果验证：对iPhone5本身及装有翻盖式的皮套的iPhone5在同等条件下进行其在各种频率信号工作时的天线效率被动测试，测试环境为OTA全电波暗室(Satimo SG24)。测试结果如图6所示，从图中可以看出，在使用2400MHZ波段的wifi信号通讯时，iPhone5本身的内置天线效率约为20％，而当使用装有图3所示的皮套的iPhone5通讯，且皮套展开时，iPhone5内置天线效率增加为55％，可见，在wifi信号频段，增强皮套能够显著地提升wifi天线效率，即使在通信情况较差的环境下，也能获得不错的通信体验。

将图4所示的拉伸式背壳5a，应用到iPhone5手机上做效果验证：对iPhone5本身的信号及装有拉伸式背壳的iPhone5，在同等条件下进行其在各种频率信号工作时的天线效率被动测试。测试环境为OTA全电波暗室(Satimo SG24)。测试结果如图7所示，从图中可以看出，在使用2400MHZ波段的wifi信号通讯时，iPhone5本身的内置天线效率约为20％，当iPhone5套上拉伸式背壳5a，并将拉条拉出在最佳位置时，内置天线效率增加为47％，可见，在wifi信号频段，拉伸式背壳能够显著地提升wifi天线效率，即使在通信情况较差的环境下，也能获得不错的通信体验。

将图5所示的旋转式背壳，应用到iPhone5手机上做效果验证：对iPhone5本身的信号及装有旋转式背壳的iPhone5，在同等条件下进行其在各种频率信号工作时的天线效率被动测试。测试环境为OTA全电波暗室(Satimo SG24)。测试结果如图7所示。可以看出，在使用2400MHZ波段的wifi信号通讯时，iPhone5本身的内置天线效率约为20％，而当旋转式背壳的活动条的角度为60°时，内置天线效率增加为43％，当iPhone5活动条的角度为120°时，内置天线效率增加为48％，可见，在wifi信号频段，旋转式背壳能够显著地提升wifi天线效率，另外，不同的角度天线的效率也有所不同，在本发明实施例中可以通过转轴调整耦合天线和内置天线的相对位置关系，从而提高天线效率，并且通过旋转可以选择出通信效果最佳的角度，故即使在通信情况较差的环境下，也能获得较佳的通信体验。

基于同一发明构思，本发明还提供一种增强无线用户终端信号的方法，具体为：

提供上述的耦合天线和载体；

将所述耦合天线通过所述载体附着于所述无线用户终端，附着的条件满足：

所述耦合天线的端头位于所述无线用户终端天线的耦合区域内，

所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端；

其中，所述耦合区域为以无线用户终端天线馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。

本发明增强无线用户终端信号的方法，涉及到信号的网络(也就是信号的频率)、无线用户终端的类型，都与上述增强无线用户终端信号的装置涉及到的相同，不再详细描述。

上述方法中的载体为绝缘卡片或为所述无线用户终端的保护壳、保护套。

耦合天线的材质为铜、铜合金、铝或铝合金；或者为不锈钢镀金或镀镍；或者为柔性线路板。

耦合天线为长条形、L型、带孔长条形或者喇叭形的片状体。

耦合天线的长度l为λ/4±5mm，其中，λ为无线用户终端信号的波长。

本发明实施例的无线用户终端适配的载体可以是与无线用户终端适配的背壳，保护壳或保护套或者小巧的卡片，因此在实际中方便携带，并且由于保护壳与无线用户终端是适配的，因此本发明实施例在设置耦合天线时，能够根据不同型号的无线用户终端，如不同型号的手机，设置适配的耦合天线的在保护壳的对应位置，使得耦合天线能够精确地与无线用户终端上的天线耦合，借此增强了内置天线的信号强度。由于是耦合天线是内嵌于载体之中，用户在使用过程中不会感受到耦合天线的存在，提高了用户的体验效果。

本发明针对同一型号的无线用户终端，可根据无线用户终端所使用的不同信号频率，同时设置不同的耦合天线与之相匹配。

以上对本发明所提供的一种无线用户终端信号增强的装置和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种增强无线用户终端信号的装置，其特征在于，所述装置包括耦合天线和载体，所述耦合天线通过所述载体附着在所述无线用户终端上，所述耦合天线具有一端头，所述端头位于所述无线用户终端天线的耦合区域内，所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端，使得所述耦合天线与所述无线用户终端的天线耦合；其中，所述耦合区域为以所述无线用户终端的天线的馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号波长的1/10为半径形成的球体区域。

2.如权利要求1所述的增强无线用户终端信号的装置，其特征在于，所述耦合天线的材质为铜、铜合金、铝或铝合金；

或者为不锈钢镀金或镀镍；

或者为柔性线路板。

3.如权利要求1所述的增强无线用户终端信号的装置，其特征在于，所述耦合天线为长条形、L型、带孔长条形或者喇叭形的片状体。

4.如权利要求1所述的增强无线用户终端信号的装置，其特征在于，所述耦合天线的长度l为λ/4±5mm，其中，λ为所述无线用户终端收、发信号的波长。

5.如权利要求1所述的增强无线用户终端信号的装置，其特征在于，所述载体为绝缘卡片，所述绝缘卡片上附着有所述耦合天线，所述绝缘卡片和所述耦合天线通过插槽或插孔附着于所述无线用户终端。

6.一种增强无线用户终端信号的方法，其特征在于,包括如下步骤：

提供耦合天线和载体；

将所述耦合天线通过所述载体附着于所述无线用户终端，附着的条件满足：

所述耦合天线的端头位于所述无线用户终端的天线的耦合区域内，

所述耦合天线绕开无线用户终端的接地端；

其中，所述耦合区域为以所述无线用户终端的天线的馈点为圆心、以所述无线用户终端收、发信号的波长的1/10为半径形成的球体区域。

7.如权利要求6所述的增强无线用户终端信号的方法，其特征在于：所述载体为绝缘卡片，或者所述载体为所述无线用户终端的保护壳、保护套。

8.如权利要求6所述的增强无线用户终端信号的方法，其特征在于：所述耦合天线的材质为铜、铜合金、铝或铝合金；

或者为不锈钢镀金或镀镍；

或者为柔性线路板。

9.如权利要求6所述的增强无线用户终端信号的方法，其特征在于：所述耦合天线为长条形、L型、带孔长条形或者喇叭形的片状体。

10.如权利要求6所述的增强无线用户终端信号的方法，其特征在于：所述耦合天线的长度l为λ/4±5mm，其中，λ为所述无线用户终端收、发信号的波长。