CN107317104A - 一种天线装置及无线通信设备 - Google Patents

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CN107317104A CN201710504033.3A CN201710504033A CN107317104A CN 107317104 A CN107317104 A CN 107317104A CN 201710504033 A CN201710504033 A CN 201710504033A CN 107317104 A CN107317104 A CN 107317104A
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Abstract

本发明公开了一种天线装置，其包括：馈电部、接地部、第二辐射体以及用于工作在第一频段下的第一辐射体；第一辐射体与馈电部耦接并与接地部耦接，第一辐射体的中部弯折形成一耦合区域；第二辐射体与第一辐射体间隔设置并与馈电部及接地部耦接，第二辐射体的中部弯折入耦合区域中并与第一辐射体具有耦合间隙，以使第二辐射体与第一辐射体进行馈电耦合而使第二辐射体工作在第二频段与第三频段下；其中，第二频段为第二辐射体固有的信号频段，第三频段为耦合谐振形成的信号频段，且第三频段的信号是第二频段的信号的倍频信号。本发明还公开了一种无线通信设备。本发明的天线装置的体积小且成产成本低。

Description

一种天线装置及无线通信设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线装置及无线通信设备。
背景技术
随着通信技术的发展，出现了各种类型的无线通信设备，诸如计算机、智能手机或平板电脑等。无线通信设备具有无线通信的功能，从而极大地方便了信息和数据的传输。现有的无线通信设备的天线一般可以工作在两个信号频段下，这两个信号频段分别设定为第一信号频段与第二信号频段，其实现方式是通过设置两个辐射体，其中一个辐射体工作在第一信号频段下，另一个辐射体工作在第二信号频段下。但是当现有的无线通信设备的天线需要可以同时工作在第三信号频段(第三信号频段为新的信号频段，且第三信号频段的信号频率大致为第二信号频段的信号频率的两倍)下时，就需要另外设置一个新的辐射体来进行发射与接收第三信号频段的信号。例如现有的无线通信设备的天线包括GPS辐射体与2.4G WiFi辐射体，分别工作在GPS频段与2.4G WiFi频段下，但是当现有的无线通信设备的天线需要可以同时工作在5.0G WiFi频段下时，就还需要另外设置一个5.0G WiFi辐射体。这样，一方面会使得天线的体积变大而会占据较大的无线通信设备空间，另一方面会增加天线的生产成本而使得无线通信设备的生产成本变高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种天线装置，其体积小且可以降低生产成本。本发明的目的还在于提供一种无线通信设备，其空间利用率高且可以降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种天线装置，其包括：
用于馈送信号的馈电部；
接地部；
用于工作在第一频段下的第一辐射体，与所述馈电部耦接并与所述接地部耦接；所述第一辐射体的中部弯折形成一耦合区域；以及，
第二辐射体，与所述第一辐射体间隔设置并与所述馈电部及所述接地部耦接；所述第二辐射体的中部弯折入所述耦合区域中并与所述第一辐射体具有耦合间隙，以使所述第二辐射体与所述第一辐射体进行馈电耦合而使所述第二辐射体工作在第二频段与第三频段下；其中，所述第二频段为所述第二辐射体固有的信号频段，所述第三频段为耦合谐振形成的信号频段，且所述第三频段的信号是所述第二频段的信号的倍频信号。
本发明实施例提供的所述天线装置，通过使工作在所述第一频段的所述第一辐射体的中部弯折形成一耦合区域，并通过使所述第二辐射体的中部弯折入所述耦合区域中并与所述第一辐射体具有耦合间隙，这样就可以使得所述第二辐射体与所述第一辐射体进行馈电耦合而使所述第二辐射体可以工作在所述第二频段与所述第三频段下。因此通过设置所述第一辐射体与所述第二辐射体就可以使得所述天线装置可以工作在三个频段下，这样就无需设置三个辐射体，因此本发明实施例的所述天线装置的体积更小且成产成本得到降低。
进一步地，所述第二辐射体与所述第一辐射体共面；所述第二辐射体包括依次连接的第一辐射段、第二辐射段及第三辐射段，所述第一辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第二辐射段弯折入所述耦合区域中并与所述第一辐射体具有所述耦合间隙，所述第三辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙。
优选地，所述第一辐射体包括依次连接的第四辐射段、第五辐射段及第六辐射段，所述第四辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第四辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙，所述第五辐射段弯折形成所述耦合区域并与所述第二辐射段具有所述耦合间隙，所述第六辐射段逐渐远离所述第三辐射段。
优选地，所述第一辐射体包括依次连接的第四辐射段、第五辐射段、第六辐射段及第七辐射段，所述第四辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第四辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙，所述第五辐射段弯折形成所述耦合区域并与所述第二辐射段具有所述耦合间隙，所述第六辐射段与所述第三辐射段相对并具有间隙，所述第七辐射段由所述第六辐射段的末端延伸出来并弯折向所述第一辐射段。
优选地，所述第一频段的频率范围为1.56GHz～1.62GHz，所述第二频段的频率范围为2.40GHz～2.50GHz，所述第三频段的频率范围为5.10GHz～5.85GHz。
优选地，所述第二辐射段的长度为1mm～2mm。
优选地，所述耦合间隙为0.5mm～2.0mm。
优选地，所述馈电部、所述接地部、所述第一辐射体与所述第二辐射体均设置在一介质板的同一面上。
优选地，所述馈电部与所述接地部的外表面均覆盖有一层金层。
本发明实施例还提供了一种无线通信设备，其包括如上所述的天线装置。
本发明实施例的所述无线通信设备，由于应用有上述的天线装置，这样可以使得所述无线通信设备的空间利用率更高且生产成本得到降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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1是本发明实施例提供的第一种优选的天线装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第二种优选的天线装置的结构示意图；
图3是图1示出的第一种优选的天线装置的工作电流的流向图；
图4是本发明实施例提供的一种天线装置的天线回波损耗测试图。
附图标号说明：1.馈电部；2.接地部；3.第二辐射体；300、310.第一辐射段；301、311.第二辐射段；302、310.第三辐射段；4.第一辐射体；400、410.第四辐射段；401、411.第五辐射段；402、412.第六辐射段；413.第七辐射段；5.介质板；6.耦合区域。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参见图1与图2，本发明实施例提供了一种天线装置，其包括：馈电部1、接地部2、第一辐射体4及与所述第一辐射体4邻近并间隔设置的第二辐射体3；所述馈电部1耦接至一信号源以用于向所述第一辐射体4与所述第二辐射体3馈送信号；所述第一辐射体4用于工作在第一频段下，所述第一辐射体4与所述馈电部1耦接并与所述接地部2耦接，所述第一辐射体4的中部弯折形成一耦合区域6；所述第二辐射体3固有的信号频段为第二频段，所述第二辐射体3与所述馈电部1耦接并与所述接地部2耦接，所述第二辐射体3的中部弯折入所述耦合区域6中并与所述第一辐射体4具有耦合间隙(所述耦合间隙即为所述所述第二辐射体3的中部与所述第一辐射体4的中部两者之间形成的间隙)，以使所述第二辐射体3与所述第一辐射体4在工作时进行馈电耦合，此时，所述第二辐射体3与所述第一辐射体4之间由于耦合而会产生倍频效应，因此会在所述第二辐射体3上倍频出第三频段的信号，从而使得所述第二辐射体3工作在第二频段与第三频段下；其中，所述第二频段为所述第二辐射体3固有的信号频段，所述第三频段为耦合谐振形成的信号频段，且所述第三频段的信号是所述第二频段的信号的倍频信号。因此通过设置所述第一辐射体4与所述第二辐射体3就可以同时工作在三个频段下，这样就无需设置三个辐射体，因此本发明实施例的所述天线装置的体积更小且成产成本得到降低。
值得指出的是，所述第三频段与所述第二频段之间的倍频系数在耦合谐振的过程中会受到天线线路底下的材质(比如印刷电路板)的介电常数的影响而会稍微发生变化，即所述第三频段与所述第二频段并不一定是严格的倍频的关系。例如当所述第三频段的信号与所述第二频段的信号是两倍频的关系时，所述第三频段与所述第二频段之间的倍频系数会在2.0～2.4之间浮动。因此，本发明所提到的“所述第三频段的信号是所述第二频段的信号的倍频信号”应理解为：所述第三频段的信号频率大致是所述第二频段的信号频率的N倍，其中，N为整数且大于等于2。此外，至于所述第三频段与所述第二频段之间的倍频系数的变化大小需要根据天线线路底下的材质的介电常数来进行计算。
需要说明的是，可以通过调整所述耦合间隙来调整所述天线装置的天线阻抗(阻抗值优选为50欧姆)，从而可以调节出所需要的第三工作频段。当然，在调整所述耦合间隙的同时也可以配合调整所述第一辐射体4与所述第二辐射体3的线路走向来调整所述天线装置的天线阻抗。此外，优选地，所述耦合区域6为凹形。
在天线设计领域中，辐射体与辐射体之间的相对位置、各个辐射体的走线形式等都可以决定各个辐射体的信号频段以及信号性能，从而决定天线的工作频段与天线性能。因此各个辐射体之间的相对位置以及各个辐射体的走线形式等是天线设计的关键点也是难点。为了让所述天线装置通过设置两个辐射体而能够工作在GPS频段、2.4GWiFi频段以及5.0GWiFi频段这三个频段下，在此提供本发明实施例的两种优选实施方式：
作为本发明的第一种优选实施例，较佳地，请参见图1，所述第二辐射体3与所述第一辐射体4共面；所述第二辐射体3包括依次连接的第一辐射段300、第二辐射段301及第三辐射段302，所述第一辐射体4包括依次连接的第四辐射段400、第五辐射段401及第六辐射段402。其中，所述第一辐射段300与所述馈电部1连接并与所述接地部2连接，这样，请参见图3，所述第一辐射体4的工作电流就会依次流过所述第一辐射段300、所述第二辐射段301及所述第三辐射段302；所述第二辐射段301弯折入所述耦合区域6中并与所述第一辐射体4具有所述耦合间隙，所述第三辐射段302与所述第一辐射段300相对并具有间隙。此外，所述第四辐射段400与所述第一辐射段300相对并具有间隙，所述第五辐射段401弯折形成所述耦合区域6并与所述第二辐射段301具有所述耦合间隙，所述第六辐射段402逐渐远离所述第三辐射段302。而且所述第四辐射段400与所述馈电部1连接并与所述接地部2连接，这样，所述第一辐射体4的工作电流就会依次流过所述第四辐射段400、所述第五辐射段401及所述第六辐射段402，从而使得第一辐射体4与所述第二辐射体3的工作电流的流向大致相同。在本优选实施例中，当所述天线装置工作时，所述耦合间隙可以使得所述第二辐射体3倍频出所述第三频段(即所述第三频段的频率大约为所述第二频段的频率的两倍)。其中，当所述第一辐射体4与所述第二辐射体3工作时，所述第一辐射体4工作在GPS信号频段下，即所述第一频段的频率范围为1.56GHz～1.62GHz；所述第二辐射体3工作在2.4G WiFi信号频段以及倍频出来的5.0G WiFi信号频段下，即所述第二频段的频率范围为2.40GHz～2.50GHz，所述第三频段的频率范围为5.10GHz～5.85GHz。由上分析可知，通过所述耦合间隙可以使得所述第二辐射体3倍频出5.10GHz～5.85GHz的所述第三频段，这样就可以使得所述第二辐射体3可以实现2.4G WiFi与5.0G WiFi的无线信号工作，从而可以使得所述天线装置的工作频段覆盖到GPS频段、2.4G WiFi频段与5.0GWiFi频段下，因此本优选实施例通过设置两个辐射体就可以让所述天线装置实现在更多频段下工作。此外，由于所述2.4G WiFi的工作频段与蓝牙的工作频段几乎相同，因此本优选实施例的所述第二辐射体3还可以工作在蓝牙频段下(需要说明的是，所述第二辐射体3不能同时工作在2.4G WiFi频段与蓝牙频段下)。
作为本发明的第二种优选实施例，较佳地，请参见图2，所述第二辐射体3与所述第一辐射体4共面；所述第二辐射体3包括依次连接的第一辐射段310、第二辐射段311及第三辐射段312，所述第一辐射体4包括依次连接的第四辐射段410、第五辐射段411、第六辐射段412及第七辐射段413。其中，所述第一辐射段310与所述馈电部1连接并与所述接地部2连接，这样，所述第一辐射体4的工作电流就会依次流过所述第一辐射段310、所述第二辐射段311及所述第三辐射段312；所述第二辐射段311弯折入所述耦合区域6中并与所述第一辐射体4具有所述耦合间隙，所述第三辐射段312与所述第一辐射段310相对并具有间隙。此外，所述第四辐射段410与所述第一辐射段310相对并具有间隙，所述第五辐射段411弯折形成所述耦合区域6并与所述第二辐射段311具有所述耦合间隙，所述第六辐射段412与所述第三辐射段312相对并具有间隙，所述第七辐射段413由所述第六辐射段412的末端延伸出来并弯折向所述第一辐射段30。而且所述第四辐射段410与所述馈电部1连接并与所述接地部2连接，这样，所述第一辐射体4的工作电流就会依次流过所述第四辐射段410、所述第五辐射段411、所述第六辐射段412及所述第七辐射段413，从而使得第一辐射体4与所述第二辐射体3的工作电流的流向大致相同。在本优选实施例中，当所述天线装置工作时，所述耦合间隙可以使得所述第二辐射体3倍频出所述第三频段(即所述第三频段的频率大约为所述第二频段的频率的两倍)。其中，当所述第一辐射体4与所述第二辐射体3工作时，所述第一辐射体4工作在GPS信号频段下，即所述第一频段的频率范围为1.56GHz～1.62GHz；所述第二辐射体3工作在2.4G WIFI信号频段以及倍频出来的5.0G WiFi信号频段下，即所述第二频段的频率范围为2.40GHz～2.50GHz，所述第三频段的频率范围为5.10GHz～5.85GHz。由上分析可知，通过所述耦合间隙可以使得所述第二辐射体3倍频出5.10GHz～5.85GHz的所述第三频段，这样就可以使得所述第二辐射体3可以实现2.4G WiFi与5.0G WiFi的无线信号工作，从而可以使得所述天线装置的工作频段覆盖到GPS频段、2.4G WiFi频段与5.0GWiFi频段下，因此本优选实施例通过设置两个辐射体就可以让所述天线装置实现在更多频段下工作。此外，由于所述2.4G WiFi的工作频段与蓝牙的工作频段几乎相同，因此本优选实施例的所述第二辐射体3还可以工作在蓝牙频段下(需要说明的是，所述第二辐射体3不能同时工作在2.4G WiFi频段与蓝牙频段下)。
在上述两个优选实施例中，需要说明的是，通过调整所述第二辐射段31的长度及调整所述第二辐射段31与所述第五辐射段401的耦合间隙就可以调整好所述天线装置的天线阻抗(阻抗值优选为50欧姆)，从而使得所述第一辐射体4与所述第二辐射体3在进行馈电耦合时可以使得所述第二辐射体3能够倍频出所述第三频段(即所述第三频段的频率大小大约是所述第二频段的频率大小的两倍)。此外，值得指出的是，所述第一辐射体4与所述第二辐射体3的结构还可以是其他结构，在此不再赘述。
在上述两个优选实施例中，请参见图4，所述第二辐射体3工作在2.40GHz～2.50GHz之间的所述第二频段的回波损耗均小于10dB，所述第二辐射体3工作在5.10GHz～5.85GHz之间的所述第三频段的回波损耗也均小于10dB，因此本发明实施例的所述第二辐射体3能够正常工作在2.40GHz～2.50GHz频段以及5.10GHz～5.85GHz频段下。此外，请参见图4，所述第一辐射体4工作在1.56GHz～1.62GHz之间的所述第一频段的回波损耗也均小于10dB，因此本发明实施例的所述第一辐射体4能够正常工作在1.56GHz～1.62GHz频段下。
需要说明的是，经过测试，发现上述两个优选实施例的所述天线装置由于具有上述结构，请参见表1，这样上述两个优选实施例的所述天线装置在所述第一频段、所述第二频段与所述第三频段工作下时的天线效率均在45％以上，尤其是工作在倍频出来的所述第三频段下的天线效率甚至可以高达70％。
表1:天线效率测试结果表
在上述发明实施例中，为了能够有效地倍频出5.10GHz～5.85GHz的所述第三频段，较佳地，所述耦合间隙为0.5mm～2.0mm。此外，优选地，设于所述耦合区域中的所述第二辐射段(301，311)的长度为1mm～2mm。当然，所述耦合间隙与所述第二辐射段(301，311)的长度还可以根据实际需要设定为其他数值。此外，通过调节各个辐射段的长度以及走向，可以使得所述天线装置占用的净空面积仅在6.4mm*9.3mm左右。
在上述发明实施例中，优选地，请参见图1与图2所述馈电部1、所述接地部2、所述第一辐射体4与所述第二辐射体3均可以通过焊接、印制或贴合等方式设置在一介质板5的同一面上，这样，可以使得所述天线装置的体积比较小。当然，所述馈电部1、所述第一辐射体4与所述第二辐射体3还可以为金属块结构(即由各个金属块相互组成)。
其中，较佳地，所述介质板5为印刷电路板，所述馈电部1、所述接地部2、所述第一辐射体4与所述第二辐射体3均可以印制在所述印刷电路板上。需要说明的是，所述介质板5还可以为陶瓷电路板甚至是塑料板等，在此不做具体限定。更佳地，所述印刷电路板为柔性电路板，由于柔性电路板的造价低廉，这样降低所述天线装置的生产成本。
在上述发明实施例中，优选地，所述馈电部1与所述接地部2的外表面均覆盖有一层金层，这样可以防止所述馈电部1与所述接地部2容易发生氧化。需要说明的是可以通过喷涂或者电镀等方式来在所述馈电部1的外表面与所述接地部2的外表面覆盖有所述金层。
上述的天线装置采用PIFA天线设计，这样可以使得上述的天线装置的特定吸收比(SAR，SpecificAbsorption Rate)的比值比较低。
综上所述，本发明实施例提供的所述天线装置，通过使工作在所述第一频段的所述第一辐射体4的中部弯折形成一耦合区域6，并通过使所述第二辐射体3的中部弯折入所述耦合区域6中并与所述第一辐射体4具有耦合间隙，这样就可以使得所述第二辐射体3与所述第一辐射体4进行馈电耦合而使所述第二辐射体3可以工作在所述第二频段与所述第三频段下。因此通过设置所述第一辐射体4与所述第二辐射体3就可以使得所述天线装置可以工作在三个频段下，这样就无需设置三个辐射体，因此本发明实施例的所述天线装置的体积更小且成产成本得到降低。
本发明实施例还提供了一种无线通信设备，其包括如上所述的天线装置。
本发明实施例所述的无线通信设备，由于应用有上述的天线装置，这样可以使得所述无线通信设备的空间利用率更高且生产成本得到降低。
以上所揭露的仅为本发明一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
用于馈送信号的馈电部；
接地部；
用于工作在第一频段下的第一辐射体，与所述馈电部耦接并与所述接地部耦接；所述第一辐射体的中部弯折形成一耦合区域；以及，
第二辐射体，与所述第一辐射体间隔设置并与所述馈电部及所述接地部耦接；所述第二辐射体的中部弯折入所述耦合区域中并与所述第一辐射体具有耦合间隙，以使所述第二辐射体与所述第一辐射体进行馈电耦合而使所述第二辐射体工作在第二频段与第三频段下；其中，所述第二频段为所述第二辐射体固有的信号频段，所述第三频段为耦合谐振形成的信号频段，且所述第三频段的信号是所述第二频段的信号的倍频信号。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二辐射体与所述第一辐射体共面；所述第二辐射体包括依次连接的第一辐射段、第二辐射段及第三辐射段，所述第一辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第二辐射段弯折入所述耦合区域中并与所述第一辐射体具有所述耦合间隙，所述第三辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一辐射体包括依次连接的第四辐射段、第五辐射段及第六辐射段，所述第四辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第四辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙，所述第五辐射段弯折形成所述耦合区域并与所述第二辐射段具有所述耦合间隙，所述第六辐射段逐渐远离所述第三辐射段。
4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一辐射体包括依次连接的第四辐射段、第五辐射段、第六辐射段及第七辐射段，所述第四辐射段与所述馈电部连接并与所述接地部连接，所述第四辐射段与所述第一辐射段相对并具有间隙，所述第五辐射段弯折形成所述耦合区域并与所述第二辐射段具有所述耦合间隙，所述第六辐射段与所述第三辐射段相对并具有间隙，所述第七辐射段由所述第六辐射段的末端延伸出来并弯折向所述第一辐射段。
5.根据权利要求3或4所述的天线装置，其特征在于，所述第一频段的频率范围为1.56GHz～1.62GHz，所述第二频段的频率范围为2.40GHz～2.50GHz，所述第三频段的频率范围为5.10GHz～5.85GHz。
6.根据权利要求2至4任意一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二辐射段的长度为1mm～2mm。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的天线装置，其特征在于，所述耦合间隙为0.5mm～2.0mm。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的天线装置，其特征在于，所述馈电部、所述接地部、所述第一辐射体与所述第二辐射体均设置在一介质板的同一面上。
9.根据权利要求1至4任意一项所述的天线装置，其特征在于，所述馈电部与所述接地部的外表面均覆盖有一层金层。
10.一种无线通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的天线装置。
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