CN106992359B - 天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线系统，包括闭合的金属环和设于金属环所围区域内的电路板。电路板包括馈电部分和接地部分，金属环上设有至少两个与接地部分短接的第一接地点，金属环位于两个第一接地点之间的部分为所述天线系统的辐射体。辐射体上设有与馈电部分电连接的第一馈电点、与第一馈电点间隔设置并分别与所述馈电部分和所述接地部分电连接的第二馈电点和与接地部分电连接的第二接地点。所述天线系统还包括用于控制第一馈电点与第二馈电点中仅有一个与馈电部分接通的匹配电路。本发明的天线系统通过多点馈电及匹配电路实现不开缝隙的金属框天线设计，且仅用金属环上的同一个辐射体就能实现低频、中频和高频段的全频段覆盖，天线尺寸较小。

Description

天线系统
技术领域
本发明涉及消费电子领域，尤其涉及一种用于便携式电子设备的天线系统。
背景技术
随着便携式电子设备朝着轻薄化发展，传统的天线结构已经不能适应消费者对便携式电子设备轻、薄的极致追求。为适应便携式电子设备的轻薄化发展，出现了全金属背壳的便携式电子设备，金属框天线结构也应运而生。
但是相关技术的金属框天线结构需要在金属边框上开缝，金属框天线通过断缝或开口向外辐射或者接收电磁能量。而金属框上的断缝或开口会影响全金属背壳的整体一致性，因此无断缝的金属框天线结构成为如今的研究热点。无断缝的金属框天线结构的设计以loop天线为基本架构，但loop天线要求尺寸较大，是有断缝天线结构尺寸的2倍，且当需要实现多个频段的覆盖时，需要利用金属环上的多个不同部分作为辐射体。
因此，有必要提供一种新的天线系统解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种无断缝、尺寸小、频率覆盖广的天线系统。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种天线系统，包括闭合的金属环以及设于所述金属环所围区域内的电路板；所述电路板的外边缘与所述金属环之间设有间隙，所述电路板包括馈电部分和接地部分，所述金属环上设有至少两个与所述接地部分短接的第一接地点，所述金属环位于两个所述第一接地点之间的部分为所述天线系统的辐射体，所述辐射体上设有与所述馈电部分电连接的第一馈电点、与所述第一馈电点间隔设置并分别与所述馈电部分和所述接地部分电连接的第二馈电点，以及与所述接地部分电连接的第二接地点；所述天线系统还包括用于控制所述第一馈电点与所述第二馈电点中有且仅有一个与所述馈电部分接通的匹配电路。
优选的，所述匹配电路包括用于控制所述第一馈电点与所述馈电部分连接或断开的第一开关、以及用于控制所述第二馈电点与所述接地部分连接或断开的第二开关；所述第一开关串联于所述第一馈电点与所述馈电部分之间，所述第二开关电连接于所述第二馈电点与所述接地部分之间；所述第一开关与所述第二开关同时接通或者断开。
优选的，所述匹配电路还包括用于控制所述第二接地点与所述接地部分连接或断开的第三开关，所述第三开关电连接于所述第二接地点与所述接地部分之间。
优选的，在所述第一开关与所述第二开关均断开且所述第三开关接通时，所述天线系统的工作频段范围为700-960MHz和2300-2690MHz。
优选的，在所述第一开关与所述第二开关均接通且所述第三开关断开时，所述天线系统的工作频段范围为1710-2170MHz。
优选的，在所述第一开关、所述第二开关与所述第三开关均断开时，所述天线系统的工作频段范围为3.3-3.6GHz。
优选的，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关均为射频开关。
优选的，所述金属环包括相对设置的较长侧边以及与两所述较长侧边相连且相对设置的较短侧边，两所述第一接地点分别设于两所述较长侧边上。
优选的，所述金属环还包括连接两所述较长侧边的加强筋。
优选的，所述金属环由非晶合金制成。
相较于现有技术，本发明的天线系统通过多点馈电及匹配电路实现不开缝隙的金属框天线设计，且仅用金属环上的同一个辐射体就能实现同一个天线对低频、中频和高频段的全频段覆盖，天线尺寸较小，在不增加天线净空条件下实现全频段覆盖。
附图说明
图1为本发明一种天线系统的结构示意图；
图2为图1所示的天线系统中匹配电路的结构示意图；
图3为图1所示的天线系统在状态1时的回波损耗图；
图4为图1所示的天线系统在状态2时的回波损耗图；
图5为图1所示的天线系统在状态3时的回波损耗图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种天线系统100包括无断缝的金属环101、设于由金属环101围设形成的区域内的电路板102。金属环101包括两相对设置的较长侧边101a、与两较长侧边101a相连且相对设置的较短侧边101b以及连接两较长侧边101a的加强筋110。整个金属环101均由非晶合金制成。非晶合金具有比一般金属都高的强度，而且强度的尺寸效应很小。非晶合金的弹性也比一般金属好，弯曲形变可达50％以上，硬度和韧性也很高。此外非晶合金没有晶界的限制，而且由于良好的流动性，可以一次成型，便于形成加强筋。
电路板102的外边缘与两较长侧边101a和两较短侧边101b之间设有间隙103，该间隙103为天线系统100的净空区，净空区有利于降低周边元器件对天线系统100的干扰。电路板102包括用于馈电的馈电部分(如图2中的馈点FEED)以及用于接地的接地部分(如图2接地符号显示的部分)。两较长侧边101a上分别设有第一接地点104，金属环101上两个第一接地点104之间的部分即为天线系统100的辐射体105。在本实施例中，该两个第一接地点104关于金属环101的平行于该较长侧边101a的中心线对称设置。当然，在其他实施例中，两个第一接地点104也可以非对称设置。
两个第一接地点104之间的部分包括自图1中左侧的较长侧边101a上的第一接地点104沿顺时针方向延伸，经过位于图1上方的较短侧边101b，一直延伸至图1中右侧的较长侧边101a上的第一接地点104。此外，两较长侧边101a上均还设有若干个与接地部分短接的接地点106。
辐射体105上设有与馈电部分电连接的第一馈电点107、与第一馈电点107间隔设置并分别与馈电部分和接地部分电连接且更靠近图1中右侧的较长侧边101a的第二馈电点108以及与接地部分电连接并更靠近图1中左侧的较长侧边101a的第二接地点109。
如图2所示，该天线系统100还包括匹配电路，匹配电路用于控制第一馈电点107与第二馈电点108中有且仅有一个与馈电部分接通。本发明中的匹配电路包括用于控制第一馈电点107与馈电部分连接或断开的第一开关SW1、用于控制第二馈电点108与接地部分连接或断开的第二开关SW2以及用于控制第二接地点109与接地部分连接或断开的第三开关SW3。其中，第一开关SW1串联于第一馈电点107与馈电部分的馈点(FEED)之间。第二馈电点108有一路直接与馈电部分上的馈点(FEED)电连接，第二开关SW2串联于第二馈电点108的旁路与接地部分之间。第三开关SW3电连接于第二接地点109与接地部分之间。进一步地，第二开关SW2所在旁路还串联有电容或者电感，通过控制第二开关SW2使得其所在的旁路导通或者断开。将第二开关SW2接在旁路上有利于降低信号损耗，提高天线性能。且可以理解的，第一开关SW1也可放在第一馈电点107与接地部分之间的旁路上从而降低信号损耗。再者，第一开关SW1和第二开关SW2同时接通或者断开，从而实现第一馈电点107与第二馈电点108中只有一个与馈电部分接通(即馈电)。在本发明的优选实施例中，第一开关SW1、第二开关SW2与第三开关SW3均为射频开关。
在一个实施例中，该馈电部分和接地部分可分别形成于两个独立的子电路板上，由此使馈电部分和接地部分单独工作而不会相互影响。然而，在其他实施例中，可以理解，电路板可以为一个整体，即将该馈电部分和接地部分集成在同一个电路板上，以使同一个电路板既能实现馈电又能实现接地。
表1
状态 SW1 SW2 SW3
状态1 OFF RF2 ON
状态2 ON RF1 OFF
状态3 OFF RF2 OFF
如表1所示，通过控制上述几个开关的通断可实现以下几个状态：
状态1：第一开关SW1断开，第二开关SW2所在的旁路断开(表1中的RF2状态)，第三开关SW3接通。第一开关SW1断开则第一馈电点107与馈电部分断开不给辐射体105馈电，第二开关SW2控制其所在旁路断开则第二馈电点108与馈电部分直接电连接从而给辐射体105馈电，同时第三开关SW3接通，天线系统100工作在700-960MHz、以及2300-2690MHz频段，该状态下天线系统100的回波损耗图如图3所示，横坐标为频率，单位GHz；纵坐标为回波损耗，单位为dB。
状态2：第一开关SW1接通，第二开关SW2控制其所在旁路接通(表1中的RF1状态)，第三开关SW3断开。第一开关SW1接通则第一馈电点107与馈电部分电连接给辐射体105馈电，第二开关SW2控制其所在旁路接通，从而使得电流流向接地部分，第二馈电点108断开不工作，其信号会被抑制，同时第三开关SW3断开，天线系统100此时工作在1710-2170MHz频段，该状态下天线系统100的回波损耗图如图4所示，横坐标为频率，单位GHz；纵坐标为回波损耗，单位为dB。
状态3：第一开关SW1断开、第二开关SW2控制其所在旁路断开(表1中的RF2状态)，第三开关SW3断开。第一开关SW1断开则第一馈电点107不给辐射体105馈电，第二开关SW2控制其所在旁路断开则使得第二馈电点108直接与馈电部分上的馈点FEED电连接从而给辐射体105馈电，同时第三开关SW3断开，天线系统100此时工作在3.3-3.6GHz的频段(即5G频段)，该状态下天线系统100的回波损耗图如图5所示，横坐标为频率，单位GHz；纵坐标为回波损耗，单位为dB。
本发明通过上述的匹配电路、在同一个辐射体105即金属环101上位于两个第一接地点104之间的部分上设置多个馈电点来实现同一个天线对低频、中频和高频的全频段(2G、3G、4G和5G全频段)的覆盖，无需增加净空区域，具有尺寸小的优点。且本发明的天线系统无需在金属环上开设缝隙或者开口，具有强度高的优点。
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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种天线系统，其特征在于，包括闭合的金属环以及设于所述金属环所围区域内的电路板；所述电路板的外边缘与所述金属环之间设有间隙，所述电路板包括馈电部分和接地部分，所述金属环上设有至少两个与所述接地部分短接的第一接地点，所述金属环位于两个所述第一接地点之间的部分为所述天线系统的辐射体，所述辐射体上设有与所述馈电部分电连接的第一馈电点、与所述第一馈电点间隔设置并分别与所述馈电部分和所述接地部分电连接的第二馈电点，以及与所述接地部分电连接的第二接地点；所述天线系统还包括用于控制所述第一馈电点与所述第二馈电点中有且仅有一个与所述馈电部分接通的匹配电路；
所述匹配电路包括用于控制所述第一馈电点与所述馈电部分连接或断开的第一开关、以及用于控制所述第二馈电点与所述接地部分连接或断开的第二开关；所述第一开关电串联于所述第一馈电点与所述馈电部分之间，所述第二开关电连接于所述第二馈电点与所述接地部分之间；所述第一开关与所述第二开关同时接通或者断开；
所述匹配电路还包括用于控制所述第二接地点与所述接地部分连接或断开的第三开关，所述第三开关电连接于所述第二接地点与所述接地部分之间；
在所述第一开关与所述第二开关均断开且所述第三开关接通时，所述天线系统的工作频段范围为700-960MHz和2300-2690MHz；
在所述第一开关与所述第二开关均接通且所述第三开关断开时，所述天线系统的工作频段范围为1710-2170MHz；
在所述第一开关、所述第二开关与所述第三开关均断开时，所述天线系统的工作频段范围为3.3-3.6GHz。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关均为射频开关。
3.根据权利要求1-2任一项所述的天线系统，其特征在于，所述金属环包括相对设置的较长侧边以及与两所述较长侧边相连且相对设置的较短侧边，两所述第一接地点分别设于两所述较长侧边上。
4.根据权利要求3所述的天线系统，其特征在于，所述金属环还包括连接两所述较长侧边的加强筋。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述金属环由非晶合金制成。
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