CN106207498A - 天线的阻抗匹配电路及终端 - Google Patents

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    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种天线的阻抗匹配电路及终端。本发明中，天线的阻抗匹配电路，包括：天线匹配网络与电感耦合器；天线匹配网络、电感耦合器依次串联在射频电路与天线之间；其中，天线的阻抗为R+jX，R为电阻值，X为电抗分量，j为虚部单位；天线匹配网络的阻抗为_jX，其中，天线匹配网络的电阻值为零，电抗分量等于X；电感耦合器的电阻值与天线的电阻值之和等于射频电路的电阻值。本发明实施方式还提供了一种终端。相对于现有技术，本发明实施方式可以降低天线与射频电路的匹配难度，有助于提升天线性能，且实现简单。

Description

天线的阻抗匹配电路及终端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线的阻抗匹配电路及终端。
背景技术
在移动终端中，需要用天线来接收和发射信号，而在天线接收信号的过程中，天线与射频电路之间的阻抗是否匹配会直接影响天线收发信号的性能。
在实现本发明的过程中，发明人发现存在如下问题：当前手机天线覆盖频段越来越广，由于天线的高、低频段特性阻抗差异较大，而传统的天线匹配网络由固定值的电感与固定值的电容组成，要么在天线的高频段使得天线与射频电路之间匹配较好，要么在天线的低频段使得天线与射频电路之间匹配较好，很难同时兼顾所有频段。
而且，传统的天线匹配网络及要消除天线的电抗部分，又要使自身的电阻值与天线的电阻值之和接近射频电路的电阻值，调试难度大、天线性能也不理想。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种天线的阻抗匹配电路及终端，可以降低天线与射频电路的匹配难度，有助于提升天线性能，且实现简单。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种天线的阻抗匹配电路，包括：天线匹配网络与电感耦合器；所述天线匹配网络、所述电感耦合器依次串联在射频电路与所述天线之间；其中，所述天线的阻抗为R+jX，所述R为电阻值，所述X为电抗分量，j为虚部单位；所述天线匹配网络的阻抗为-jX，其中，所述天线匹配网络的电阻值为零，电抗分量等于所述X；所述电感耦合器的电阻值与所述天线的电阻值之和等于所述射频电路的电阻值。
本发明的实施方式还提供了一种终端，包含：包括天线、射频电路以及上述的天线的阻抗匹配电路。
本发明实施方式相对于现有技术而言，阻抗匹配电路不但包括天线匹配网络，还包括电感耦合器。天线匹配网络仅用于消除天线阻抗的电抗分量，而不用于匹配电阻部分。而电感耦合器，用来提高天线特性阻抗，匹配天线的电阻部分。这样天线匹配网络和电感耦合器，一个仅匹配电抗分量，一个仅匹配电阻，从而可以降低天线与射频电路的匹配难度，有助于提升天线性能，且实现简单。
另外，所述电感耦合器包括第一电感L1与第二电感L2；所述第一电感L1串联在所述天线匹配网络与所述天线之间；所述第二电感L2一端连接于所述第一电感L1与所述天线之间的节点，另一端接地。这样电路简单，易于实现。
另外，所述第一电感L1与所述第二电感L2之间相互耦合；所述第一电感L1与所述第二电感L2之间的互感系数其中，k为所述第一电感L1与所述第二电感L2之间耦合系数；所述电感耦合器的等效电路包括第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5与第六电感L6；所述第三电感L3一端连接于所述天线匹配网络，另一端接地；所述第四电感L4一端连接于所述第三电感L3与所述天线匹配网络之间的节点，另一端接地；所述第五电感L5一端接地，另一端连接于所述第六电感L6的一端，所述第六电感L6的另一端连接于所述天线；所述第四电感L4与所述第五电感L5之间相互耦合，且耦合电压比为n:1，且所述第三电感L3为寄生并联电感，且L3＝L1+L2+2M；所述第六电感L6为寄生串联电感，且通过电感耦合器电路的等效变化，便于计算耦合电压比，从而方便通过不同的电感值得到需要的耦合电压比。
另外，在耦合变换前，所述等效电路的特性阻抗包括电抗、第一电阻R1、所述第四电感L4与所述第五电感L5；所述电抗一端接地，另一端连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻R1的另一端与所述第四电感L4连接；在耦合变换后，所述等效电路的特性阻抗包括所述电抗、第二电阻R2、所述第四电感L4与所述第五电感L5；所述电抗一端接地，另一端与所述第四电感L4连接，所述第五电感L5一端接地，另一端接所述第二电阻R2；其中，通过耦合变换可以提高天线特性阻抗，使得天线匹配更有效。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式天线的阻抗匹配电路的电路图；
图2是根据本发明第二实施方式中的电感耦合器的电路图；
图3是根据本发明第二实施方式中的电感耦合器的等效电路图；
图4是根据本发明第二实施方式中的电感耦合器在耦合变换之前的电路图；
图5是根据本发明第二实施方式中的电感耦合器在耦合变换之后的电路图；
图6是根据本发明第二实施方式中的电感耦合器和天线的电路图；
图7是根据本发明第二实施方式中的没有增加电感耦合电路的输入反射系数S11的曲线图；
图8是根据本发明第二实施方式中的增加电感耦合电路之后的输入反射系数S11的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种天线的阻抗匹配电路，包括天线匹配网络与电感耦合器，其电路结构框图如图1所示。
天线匹配网络、电感耦合器依次串联在射频电路与天线之间；其中，天线的阻抗为R+jX，R为电阻值，X为电抗分量，j为虚部单位。
天线匹配网络的阻抗为-jX，其中，天线匹配网络的电阻值为零，电抗分量等于X；电感耦合器的电阻值与天线的电阻值之和等于射频电路的电阻值。
本实施方式相对于现有技术而言，阻抗匹配电路不但包括天线匹配网络，还包括电感耦合器。天线匹配网络仅用于消除天线阻抗的电抗分量，而不用于匹配电阻部分。而电感耦合器，用来提高天线特性阻抗，匹配天线的电阻部分。这样天线匹配网络和电感耦合器，一个仅匹配电抗分量，一个仅匹配电阻，从而可以降低天线与射频电路的匹配难度，有助于提升天线性能，且实现简单。
本发明的第二实施方式涉及一种天线的阻抗匹配电路。在本实施方式中，天线可以看做是接入射频电路的一个负载，其特性阻抗为Z(阻抗)＝R(电阻)+jX(感抗、容抗)，感抗及容抗随工作频率改变，所以天线在不同频率下表现出的特性阻抗并不一致，射频电路的电阻值一般为50Ω，而天线由于受尺寸限制，其电阻值R一般在10～20Ω。当天线工作在低频频段时，天线的电阻值R为10欧姆；天线工作在高频频段时，天线的电阻值R为20欧姆。为了使射频电路能量更好的传递到天线上，在射频电路和天线之间增加匹配电路。
在纯电阻电路中，当负载电阻等于射频电路内阻时，则负载输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。当射频电路内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时，为使负载得到最大功率，负载阻抗与内阻必须满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。因此本实施方式中，通过提高天线阻抗(负载)至50Ω(射频电路内阻)时，匹配电路只需消除电抗部分，同时使得天线得到的功率最大即可。
本实施方式中的电感耦合器包括第一电感L1与第二电感L2，第一电感L1串联在天线匹配网络与天线之间，第二电感L2一端连接于第一电感L1与天线之间的节点，另一端接地，如图2所示。
具体的说，第一电感L1与第二电感L2之间相互耦合；第一电感L1与第二电感L2之间的互感系数其中，k为第一电感L1与第二电感L2之间耦合系数。
电感耦合器的等效电路如图3所示，包括第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5与第六电感L6。第三电感L3一端连接于天线匹配网络，另一端接地；第四电感L4一端连接于第三电感L3与天线匹配网络之间的节点，另一端接地；第五电感L5一端接地，另一端连接于第六电感L6的一端，第六电感L6的另一端连接于天线。第四电感L4与第五电感L5之间相互耦合，且耦合电压比为n:1，且第三电感L3为寄生并联电感，且L3＝L1+L2+2M；第六电感L6为寄生串联电感，且
该电感耦合器的等效电路的特性阻抗可看做2部分，在耦合变换前，如图4所示，等效电路的特性阻抗包括电抗X、第一电阻R1、第四电感L4与第五电感L5；电抗X一端接地，另一端连接于所述第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端与第四电感L4连接。
在耦合变换后，如图5所示，等效电路的特性阻抗包括电抗X、第二电阻R2、第四电感L4与第五电感L5；电抗X一端接地，另一端与第四电感L4连接，第五电感L5一端接地，另一端接第二电阻R2，其中，
将电路中的电感耦合器件视为天线的一部分，其电路如图6所示。其中Z1为天线匹配网络与电感耦合器之间的节点处的阻抗，Z2为天线与电感耦合器之间的节点处的阻抗。
由可以得出Z1＝Z2n，由于当L1与L2值近似时，n≈2。即第一电感等于第二电感时，n等于2，Z1＝2Z2。也就是说，经过电感耦合后Z1处阻抗为天线端Z2的2倍。
下面以手机天线为例进行说明，一般手机天线阻抗较低，低频在10Ω，高频在20Ω左右。通过提高天线特性阻抗(接近50Ω)，使得进入天线的功率最大，此时反射的功率最小，天线端口处的反射系数Γ＝(ZL-Z0)/(ZL+Z0)愈趋近于0(当天线阻抗为50Ω时)，其中ZL为发射波，Z0为入射波。S参数中S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S11＝20lg(Г)。反射系数Γ越小，则S11参数在图上越靠下，有效带宽越宽。没有增加电感耦合电路的输入反射系数S11如图7中所示，(图中71为低波段阻抗，72为高波段阻抗)，增加电感耦合电路后的输入反射系数S11如图8所示，(图中81为低波段阻抗，82为高波段阻抗)。由此可见，天线与射频电路(特性阻抗50Ω)进行匹配的难度大大减小。
本发明第三实施方式涉及一种终端，包括天线、射频电路以及第一、第二实施方式中的天线的阻抗匹配电路。
为本实施方式中，阻抗匹配电路包括天线匹配网络和电感耦合器。其中天线匹配网络仅用于消除天线阻抗的电抗分量，而不用于匹配电阻部分。而电感耦合器，用来提高天线特性阻抗，匹配天线的电阻部分。这样天线匹配网络和电感耦合器，一个仅匹配电抗分量，一个仅匹配电阻，从而可以降低天线与射频电路的匹配难度，有助于提升天线性能，且实现简单。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种天线的阻抗匹配电路，其特征在于，包括：天线匹配网络与电感耦合器；
所述天线匹配网络、所述电感耦合器依次串联在射频电路与所述天线之间；其中，所述天线的阻抗为R+jX，所述R为电阻值，所述X为电抗分量，j为虚部单位；
所述天线匹配网络的阻抗为-jX，其中，所述天线匹配网络的电阻值为零，电抗分量等于所述X；所述电感耦合器的电阻值与所述天线的电阻值之和等于所述射频电路的电阻值。
2.根据权利要求1所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，所述电感耦合器包括第一电感L1与第二电感L2；
所述第一电感L1串联在所述天线匹配网络与所述天线之间；所述第二电感L2一端连接于所述第一电感L1与所述天线之间的节点，另一端接地。
3.根据权利要求2所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，所述第一电感L1与所述第二电感L2之间相互耦合；所述第一电感L1与所述第二电感L2之间的互感系数其中，k为所述第一电感L1与所述第二电感L2之间耦合系数；
所述电感耦合器的等效电路包括第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5与第六电感L6；所述第三电感L3一端连接于所述天线匹配网络，另一端接地；所述第四电感L4一端连接于所述第三电感L3与所述天线匹配网络之间的节点，另一端接地；所述第五电感L5一端接地，另一端连接于所述第六电感L6的一端，所述第六电感L6的另一端连接于所述天线；
所述第四电感L4与所述第五电感L5之间相互耦合，且耦合电压比为n:1，且所述第三电感L3为寄生并联电感，且L3＝L1+L2+2M；所述第六电感L6为寄生串联电感，且
4.根据权利要求3所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，在耦合变换前，所述等效电路的特性阻抗包括电抗、第一电阻R1、所述第四电感L4与所述第五电感L5；所述电抗一端接地，另一端连接于所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端与所述第四电感L4连接；
在耦合变换后，所述等效电路的特性阻抗包括所述电抗、第二电阻R2、所述第四电感L4与所述第五电感L5；所述电抗一端接地，另一端与所述第四电感L4连接，所述第五电感L5一端接地，另一端接所述第二电阻R2；其中，
5.根据权利要求4所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，其中，Z1为所述天线匹配网络与所述电感耦合器之间的节点处的阻抗，Z2为所述天线与所述电感耦合器之间的节点处的阻抗。
6.根据权利要求5所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，所述第一电感等于所述第二电感时，n等于2，Z1＝2Z2。
7.根据权利要求6所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，所述R的取值范围为10欧姆至20欧姆；
所述射频电路的电阻值为50欧姆。
8.根据权利要求7所述的天线的阻抗匹配电路，其特征在于，所述天线工作在低频频段时，所述天线的电阻值为10欧姆；
所述天线工作在高频频段时，所述天线的电阻值为20欧姆。
9.一种终端，其特征在于，包括天线、射频电路以及权利要求1至8中任一项所述的天线的阻抗匹配电路。
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