CN107078387A - 一种多频天线及终端设备 - Google Patents

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Abstract

一种多频天线及终端设备，多频天线包括：馈点(41)、匹配网络(42)、电容组件(43)、辐射部(44)和连地部(45)；馈点(41)、匹配网络(42)、电容组件(43)、辐射部(44)和接地部(45)依次连接；匹配网络(44)至少由串联的电感(51)以及接地的电容(52‑53)或电感(54)组成，接地部(45)与地平面电连接，从馈点(41)到接地部(45)形成第一谐振回路，第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率工作在CRLH模式，第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。

Description

一种多频天线及终端设备 技术领域
本发明实施例涉及天线技术，尤其涉及一种多频天线及终端设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展，无线通信的终端设备中集成的功能越来越多，其中需要进行无线通信的功能都需要使用特定的无线频段进行无线通信。那么终端设备就需要覆盖更多的频段，终端设备也需要设置更多的天线，导致终端设备中需要更多的天线空间。
但是，由于用户对产品便携性及造型美观的需求，终端设备一直是朝向轻薄化的方向发展的，因此终端设备的天线空间反而被压缩的越来越小。传统的终端设备天线主要有倒F形天线(Inverted F Antenna，IFA)、单极天线(Monopole)、环天线等。上述天线类型实现多频的手段主要是靠增加分支数量或增加寄生单元，但上述天线类型本身就需要较长的走线空间，而增加分支或寄生单元的数量会使天线占用更多的空间。
综上所述，在无线通信的终端设备中，天线小型化与多频段需求这一矛盾日益剧烈，如何实现小型化的多频天线是解决矛盾的技术趋势。
发明内容
本发明实施例提供一种多频天线及终端设备，能够在缩小天线尺寸的前提下提供多个谐振频率。
第一方面提供一种多频天线，包括：馈点、匹配网络、电容组件、辐射部和接地部；
所述馈点、所述匹配网络，所述电容组件、所述辐射部和所述接地部依次连接；
所述匹配网络至少由串联的电感以及接地的电容或电感组成，所述接地部与地平面电连接，从所述馈点到所述接地部形成第一谐振回路，所述第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，所述第一谐振频率工作在 CRLH模式，所述第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述辐射部与所述接地部之间还包括滤波网络；
所述滤波网络为并联LC带阻滤波网络；
从所述馈电到所述接地部形成第二谐振回路，所述第二谐振回路产生第三谐振频率、第四谐振频率和第五谐振频率，所述第三谐振频率和所述第五谐振频率工作在CRLH模式，所述第四谐振频率工作在二分之一波长环模式。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述滤波网络包括并联的第一电感和第一电容。
结合第一方面至第一方面第二种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第二电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、接地的第二电容和接地的第三电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第三电感，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、串联的第四电容和接地的第三电感。
结合第一方面至第一方面第三种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述匹配网络中，串联的电感的电感值以及并联的电容的电容值或电感的电感值与所述第二谐振频率成反比。
结合第一方面至第一方面第四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述电容组件为集总式电容；或者所述匹配网络与所述辐射部之间间隔一间隙，所述间隙为呈现分布式电容特性的电容组件。
结合第一方面至第一方面第五种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述辐射部为终端设备印制电路板上的微带线；或者所述辐射部为终端设备的一段前壳金属件；或者所述辐射部为终端设备的一段金属边框；或者所述辐射部为终端设备的一部分金属背盖。
第二方面提供一种终端设备，包括：外壳、基带处理电路、混频电路、馈电射频电路和多频天线，其中，所述基带处理电路、所述混频电路、所述 馈电射频电路和所述多频天线位于所述外壳内，所述基带处理电路、所述混频电路和所述馈电射频电路连接，所述多频天线包括：
馈点、匹配网络、电容组件、辐射部和接地部；
所述馈点、所述匹配网络，所述电容组件、所述辐射部和所述接地部依次连接；
所述匹配网络至少由串联的电感以及接地的电容或电感组成，所述接地部与地平面电连接，从所述馈点到所述接地部形成第一谐振回路，所述第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，所述第一谐振频率工作在CRLH模式，所述第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述辐射部与所述接地部之间还包括滤波网络；
所述滤波网络为并联LC带阻滤波网络；
从所述馈电到所述接地部形成第二谐振回路，所述第二谐振回路产生第三谐振频率、第四谐振频率和第五谐振频率，所述第三谐振频率和所述第五谐振频率工作在CRLH模式，所述第四谐振频率工作在二分之一波长环模式。
结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述滤波网络包括并联的第一电感和第一电容。
结合第二方面至第二方面第二种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第二电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、接地的第二电容和接地的第三电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第三电感，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、串联的第四电容和接地的第三电感。
结合第二方面至第二方面第三种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述匹配网络中，串联的电感的电感值以及并联的电容的电容值或电感的电感值与所述第二谐振频率成反比。
结合第二方面至第二方面第四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，所述电容组件为集总式电容；或者所述匹配网络与所述辐射部之间间隔一间隙，所述间隙为呈现分布式电容 特性的电容组件。
结合第二方面至第二方面第五种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第二方面第六种可能的实现方式中，所述辐射部为所述终端设备印制电路板上的微带线；或者所述终端设备包括前壳金属件，所述辐射部为一段前壳金属件；或者所述外壳包括金属边框，所述辐射部为一段金属边框；或者所述终端设备包括金属背盖，所述辐射部为一部分金属背盖。
本实施例提供的多频天线及终端设备，通过在馈点和辐射部之间设置电容组件和匹配网络，使多频天线产生两个谐振频率，其中一个谐振频率工作在CRLH模式，从而在缩小天线的尺寸基础上使天线能够提供两个谐振频率，使多频天线能够适用于小型化的终端设备中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A示出Monopole天线的基本形式的示意图；
图1B示出带有寄生单元的Monopole天线的示意图；
图2A示出IFA天线的基本形式的示意图；
图2B示出带有寄生单元的IFA天线的示意图
图3A示出环天线的基本形式的示意图；
图3B示出带有寄生单元的换天线的示意图；
图4为本发明实施例提供的多频天线实施例一的结构示意图；
图5A至图5D示出几种匹配网络的具体结构；
图6为本发明实施例提供的多频天线实施例二的结构示意图；
图7A为辐射部为终端设备的一段金属边框的示意图；
图7B为辐射部为终端设备的一部分金属背盖的示意图；
图8为本发明实施例提供的终端设备实施例一的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于终端设备中集成的功能越来越多，而终端设备中能够提供的天线空间有限，因此需要为终端设备配置能够提供多个谐振频率、且小型化的多频天线。目前终端设备中的天线主要有IFA、Monopole、环天线几种形式。图1A示出Monopole天线的基本形式的示意图，图1B示出带有寄生单元的Monopole天线的示意图，图2A示出IFA天线的基本形式的示意图，图2B示出带有寄生单元的IFA天线的示意图，图3A示出环天线的基本形式的示意图，图3B示出带有寄生单元的环天线的示意图。在图1A至图3B中，馈点11为天线的馈电端，接地部12为天线的接地端，辐射部13为天线的辐射端，寄生单元14为天线的寄生单元。
图1A至图3B所示的天线中，天线本身就需要较大的走线空间，为了增加频段而增加的寄生单元又需要占用额外的天线空间，因此不适应目前终端设备小型化的趋势。
为了解决上述终端设备中多频天线需要占用较大的走线空间的问题，本发明实施例提供一种基于复合左右手(Composite Right/Left Handed，CRLH)设计的多频天线，以及应用该基于CRLH天线的终端设备。
图4为本发明实施例提供的多频天线实施例一的结构示意图，如图4所示，本实施例的多频天线包括：馈点41、匹配网络42、电容组件43、辐射部44和接地部45。
其中，馈点41、匹配网络42，电容组件43、辐射部44和接地部45依次连接。馈点41、匹配网络42，电容组件43、辐射部44和接地部45之间可以两两互相直接连接，也可以分别通过一段馈线连接。
其中，匹配网络42至少由一个串联的电感以及一个接地的电容或电感组成，接地部45与地平面46电连接，从馈点41到接地部46形成第一谐振回路，第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率工作在CRLH模式，第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。
馈点41、辐射部44和接地部45组成一个基本的天线结构。在加入匹配网络42和电容组件43之后，从馈点41到接地部46形成的第一谐振回路将呈现CRLH特性，第一谐振回路将产生工作在CRLH模式的第一谐振频率。同时，由于匹配网络42的存在，在第一谐振回路上将激发出第二谐振频率，第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。基于现有的天线形式，从天线馈点到接地部或开路端的长度一般为天线谐振频率对应波长的二分之一或四分之一。而根据CRLH的原理可知，符合CRLH原理的天线所需使用的天线长度将小于天线谐振频率对应波长的四分之一，一般为天线谐振频率对应波长的0.12至0.18倍。因此，本实施例提供的多频天线可以缩短从馈点41到接地部45之间天线的长度，从而可以减小多频天线所需使用的天线空间。进一步地，由于匹配网络42的存在，在第一谐振回路上激发出第二谐振频率，其并未在天线上添加支路或寄生单元，也即在没有增加天线所占用天线空间的前提下，使本实施例提供的多频天线产生了两个谐振频率。
电容组件43的作用是耦合匹配网络42与辐射部44之间的电流，电容组件43可以为集总式电容，也可以为分布式电容。若电容组件43为集总式电容，则将一确定好电容值的集总式电容器件连接(例如，通过焊接的方式)在匹配网络42与辐射部44之间即可。若电容组件43为分布式电容，则可以将匹配网络42与辐射部44之间预留一定间隙，该间隙将呈现分布式电容特性，通过调整匹配网络42与辐射部44之间的间隙宽度，即可调整该分布式电容的电容值。
本实施例提供的多频天线设置在需要工作在多个无线频段中的终端设备中，其中在终端设备中还具有馈电射频电路47，馈电射频电路47用于处理多频天线接收的射频信号或将产生的射频信号通过多频天线发射出去。并且终端设备中还设置有接地的地平面46，地平面46一般为终端设备电路板上的覆铜，例如电路板上的一层铺铜层。
辐射部44可以为任意的一段具有特定长度的金属器件，例如终端设备电路板上的一段微带线、终端设备的一段前壳金属件、终端设备的一段金属边框、终端设备的一部分金属背盖等。在图4所示实施例中，以辐射部44为终端设备的一段前壳金属件为例，在匹配网络42和终端设备的前壳金属件之间预留一定缝隙作为电容组件43，终端设备的前壳金属件从该缝隙到接地部45 的一段前壳金属件作为辐射部44，从而组成多频天线。
本实施例提供的多频天线，通过在馈点和辐射部之间设置电容组件和匹配网络，使多频天线产生两个谐振频率，其中一个谐振频率工作在CRLH模式，从而在缩小天线的尺寸基础上使天线能够提供两个谐振频率，使多频天线能够适用于小型化的终端设备中。
进一步地，在图4所示多频天线中，匹配网络42的形式可以有多种，只要保证匹配网络42包括至少一个串联的电感以及至少一个接地的电感或电容即可。图5A至图5D示出几种匹配网络的具体结构，但本发明实施例所提供的多频天线中的匹配网络不以此为限。
如图5A至图5D所示，在图5A中，匹配网络包括串联的第二电感51和接地的第二电容52。在图5B中，匹配网络包括串联的第二电感51、接地的第二电容52和接地的第三电容53。在图5C中，匹配网络包括串联的第二电感51和接地的第三电感54。在图5D中，匹配网络包括串联的第二电感51、串联的第四电容55接地的第三电感54。
通过调整匹配网络中各电感的电感值和各电容的电容值，可能对第二谐振频率进行调整。在匹配网络中，串联的电感的电感值以及并联的电容的电容值或电感的电感值与第二谐振频率成反比。即增大匹配网络中的每个电感或电容的值，都会使第二谐振频率往低频偏移。
图6为本发明实施例提供的多频天线实施例二的结构示意图，如图6所示，本实施例的多频天线在图4所示多频天线的基础上，还包括滤波网络61。
滤波网络61位于辐射部44与接地部45之间。滤波网络61为并联LC带阻滤波网络。如图6所示，滤波网络61至少包括一个并联的第一电感62和一个并联的第一电容63。
由于滤波网络61的存在，从馈电41到接地部45将形成第二谐振回路，第二谐振回路产生第三谐振频率、第四谐振频率和第五谐振频率共三个谐振频率。也就是说，滤波网络61将在图4所示实施例提供的多频天线的基础上，激发一个额外的谐振频率。其中，第三谐振频率和第五谐振频率工作在CRLH模式，第四谐振频率工作在二分之一波长环模式。
由于加入了滤波网络61，在图4所示多频天线的基础上，当滤波网络61等效为电感时，第一谐振频率将向低频偏移，而形成第三谐振频率。当滤波 网络61等效为电容时，第一谐振频率将向低频偏移，而形成第五谐振频率。滤波网络61对于第二谐振频率而言等效为一个大电容，其对第二谐振频率影响不大，将形成第四谐振频率。
本实施例提供的多频天线，通过在馈点和辐射部之间设置电容组件和匹配网络，以及在辐射部和接地部之间设置滤波网络，使多频天线产生三个谐振频率，其中两个谐振频率工作在CRLH模式，从而在缩小天线的尺寸基础上使天线能够提供三个谐振频率，使多频天线能够适用于小型化的终端设备中。
需要说明的是，图6所示多频天线中，滤波网络61中的第一电感62为集总式的电感元件，可选地，第一电感62还可以是一段传输线，该传输线呈现分布式电感特性而成为第一电感62。
图4和图6所示多频天线仅示出辐射部为终端设备的一段前壳金属件的实现方式。但本发明实施例提供的多频天线不以此为限，图7A和图7B示出辐射部分别为终端设备的一段金属边框以及终端设备的一部分金属背盖时的情况。如图7A所示，图7A为辐射部为终端设备的一段金属边框的示意图，在图7A中，仅示出馈点41、电容组件43、辐射部44和接地部45，匹配网络42以及滤波网络61均为示出。终端设备包括金属边框71，从图中可以看出，辐射部44是使用了一段金属边框来实现的。如图7B所示，图7B为辐射部为终端设备的一部分金属背盖的示意图，在图7B中，仅示出馈点41、电容组件43、辐射部44和接地部45，匹配网络42以及滤波网络61均为示出。终端设备包括金属背盖72，从图中可以看出，辐射部44是使用了一部分金属背盖来实现的。
图8为本发明实施例提供的终端设备实施例一的结构示意图，如图8所示，本实施例的终端设备包括：外壳81、基带处理电路82、混频电路83、馈电射频电路47和多频天线84，其中，基带处理电路82、混频电路83、馈电射频电路47和多频天线84位于外壳81内。外壳81内还可以有其他器件85。
其中，馈电射频电路47用于处理多频天线84接收的射频信号并将处理后的信号发送给混频电路83进行下变频处理，混频电路83经下变频得到的中频信号发送给基带处理电路82中进行处理，或者基带处理电路82将基带 信号发送给混频电路83进行上变频得到射频信号，然后混频电路83将射频信号发送给馈电射频电路47并通过多频天线84发射出去。
本实施例所示的终端设备可以为手机、平板电脑等任一种需要进行无线通信的便携式终端设备。其中多频天线84可以为图4或图6所示实施例中的任一种多频天线。多频天线84的具体结构和实现原理可参见图4或图6所示实施例的多频天线，此处不再赘述。
在本实施例提供的终端设备中，由于使用的多频天线符合CRLH原理，因此天线所需空间可以减少。在采用本实施例提供的终端设备的一种实现方式中，实现全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和无线保真(WIreless-Fidelity，WIFI)双谐振天线，需要约65mm2的走线面积。而采用IFA或Monopole天线实现GPS和WIFI双谐振天线，则需约85mm2的走线面积。由此可见，采用本实施例提供的终端设备，更符合小型化的设计趋势。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

  1. 一种多频天线，其特征在于，包括：馈点、匹配网络、电容组件、辐射部和接地部；
    所述馈点、所述匹配网络，所述电容组件、所述辐射部和所述接地部依次连接；
    所述匹配网络至少由串联的电感以及接地的电容或电感组成，所述接地部与地平面电连接，从所述馈点到所述接地部形成第一谐振回路，所述第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，所述第一谐振频率工作在复合左右手CRLH模式，所述第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。
  2. 根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述辐射部与所述接地部之间还包括滤波网络；
    所述滤波网络为并联LC带阻滤波网络；
    从所述馈电到所述接地部形成第二谐振回路，所述第二谐振回路产生第三谐振频率、第四谐振频率和第五谐振频率，所述第三谐振频率和所述第五谐振频率工作在CRLH模式，所述第四谐振频率工作在二分之一波长环模式。
  3. 根据权利要求2所述的多频天线，其特征在于，所述滤波网络包括并联的第一电感和第一电容。
  4. 根据权利要求1～3任一项所述的多频天线，其特征在于，所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第二电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、接地的第二电容和接地的第三电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第三电感，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、串联的第四电容和接地的第三电感。
  5. 根据权利要求1～4任一项所述的多频天线，其特征在于，所述匹配网络中，串联的电感的电感值以及并联的电容的电容值或电感的电感值与所述第二谐振频率成反比。
  6. 根据权利要求1～5任一项所述的多频天线，其特征在于，所述电容组件为集总式电容；或者所述匹配网络与所述辐射部之间间隔一间隙，所述间隙为呈现分布式电容特性的电容组件。
  7. 根据权利要求1～6任一项所述的多频天线，其特征在于，所述辐射部为终端设备印制电路板上的微带线；或者所述辐射部为终端设备的一段前 壳金属件；或者所述辐射部为终端设备的一段金属边框；或者所述辐射部为终端设备的一部分金属背盖。
  8. 一种终端设备，包括：外壳、基带处理电路、混频电路、馈电射频电路和多频天线，其中，所述基带处理电路、所述混频电路、所述馈电射频电路和所述多频天线位于所述外壳内，所述基带处理电路、所述混频电路和所述馈电射频电路连接，其特征在于，所述多频天线包括：
    馈点、匹配网络、电容组件、辐射部和接地部；
    所述馈点、所述匹配网络，所述电容组件、所述辐射部和所述接地部依次连接；
    所述匹配网络至少由串联的电感以及接地的电容或电感组成，所述接地部与地平面电连接，从所述馈点到所述接地部形成第一谐振回路，所述第一谐振回路产生第一谐振频率和第二谐振频率，所述第一谐振频率工作在复合左右手CRLH模式，所述第二谐振频率工作在二分之一波长环模式。
  9. 根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，所述辐射部与所述接地部之间还包括滤波网络；
    所述滤波网络为并联LC带阻滤波网络；
    从所述馈电到所述接地部形成第二谐振回路，所述第二谐振回路产生第三谐振频率、第四谐振频率和第五谐振频率，所述第三谐振频率和所述第五谐振频率工作在CRLH模式，所述第四谐振频率工作在二分之一波长环模式。
  10. 根据权利要求9所述的终端设备，其特征在于，所述滤波网络包括并联的第一电感和第一电容。
  11. 根据权利要求8～10任一项所述的终端设备，其特征在于，所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第二电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、接地的第二电容和接地的第三电容，或者所述匹配网络包括串联的第二电感和接地的第三电感，或者所述匹配网络包括串联的第二电感、串联的第四电容和接地的第三电感。
  12. 根据权利要求8～11任一项所述的终端设备，其特征在于，所述匹配网络中，串联的电感的电感值以及并联的电容的电容值或电感的电感值与所述第二谐振频率成反比。
  13. 根据权利要求8～12任一项所述的终端设备，其特征在于，所述电 容组件为集总式电容；或者所述匹配网络与所述辐射部之间间隔一间隙，所述间隙为呈现分布式电容特性的电容组件。
  14. 根据权利要求8～13任一项所述的终端设备，其特征在于，所述辐射部为所述终端设备印制电路板上的微带线；或者所述终端设备包括前壳金属件，所述辐射部为一段前壳金属件；或者所述外壳包括金属边框，所述辐射部为一段金属边框；或者所述终端设备包括金属背盖，所述辐射部为一部分金属背盖。
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