CN107453055B

CN107453055B - 天线以及移动终端

Info

Publication number: CN107453055B
Application number: CN201710302568.2A
Authority: CN
Inventors: 陈友春; 黄源烽; 戴有祥
Original assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Current assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2037-05-02
Also published as: CN107453055A

Abstract

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种天线以及移动终端。天线包括系统地、闭合的金属环和与系统地电连接的主板，金属环与系统地电连接；金属环上从第一位置至第二位置的部分形成辐射体；主板设置有接地线路、第一调谐开关、第二调谐开关、馈电线路以及阻抗匹配电路，接地线路与第一接地点电连接，并与金属环在金属环的第三位置电连接；第一调谐开关电连接于第一接地点和接地线路之间；第二调谐开关电连接于第二接地点和金属环的第四位置之间；馈电线路与馈电点电连接，并与金属环在金属环的第五位置电连接；阻抗匹配电路电连接于馈电点和馈电线路之间。

Description

天线以及移动终端

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种天线以及移动终端。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们对于移动终端的需求越来越多样化，因此，对于移动终端中天线设计的要求也越来越高。由于金属壳结构的稳定性以及美观性，使其在移动终端中，例如在手机中的应用越来越广泛。相关技术中，金属壳通常为闭合式金属环、断缝式金属环，以及金属后壳等。然而，金属壳通常构成天线的一部分，且金属材料的设置会对电磁波产生一定的屏蔽或吸收作用，从而导致天线无法灵活地调谐。因此，金属壳的设置增加了天线的设计难度。

发明内容

本发明提供了一种天线以及移动终端，能有效降低调谐开关的损耗。

本发明的第一方面提供了一种天线，包括：

系统地；

闭合的金属环，环绕所述系统地并与所述系统地间隔设置形成缝隙，并与所述系统地在所述金属环的第一位置和第二位置电连接；所述金属环上从所述第一位置至所述第二位置的部分形成辐射体；

主板，与所述系统地电连接，其上设置有：

第一接地点、第二接地点、馈电点，

接地线路，与所述第一接地点电连接，跨过所述缝隙并与所述金属环在所述金属环的第三位置电连接；

第一调谐开关，电连接于所述第一接地点和所述接地线路之间；

以及

第二调谐开关，电连接于所述第二接地点和所述金属环的第四位置之间；

馈电线路，与所述馈电点电连接，跨过所述缝隙并与所述金属环在所述金属环的第五位置电连接；

阻抗匹配电路，电连接于所述馈电点和所述馈电线路之间；所述第五位置位于所述第三位置和所述第四位置之间。

优选地，沿所述金属环的周向，所述第一位置、所述第四位置、所述第五位置、所述第三位置以及所述第二位置依次设置。

优选地，所述第一调谐开关和所述第二调谐开关中的至少一者为孔径调谐开关。

优选地，所述第一调谐开关设有断路状态、第一电容接入状态以及第二电容接入状态；

当所述第一调谐开关处于断路状态时，所述第一接地点与所述接地线路断开；当所述第一调谐开关处于第一电容接入状态时，所述第一接地点通过第一电容件与所述接地线路电连接；当所述第一调谐开关处于第二电容接入状态时，所述第一接地点通过第二电容件与所述接地线路电连接。

优选地，所述第二调谐开关设有断路状态、短路状态和第三电容接入状态；

当所述第二调谐开关处于断路状态时，所述第二接地点与所述第四位置断开；当所述第二调谐开关处于短路状态时，所述第二接地点通过0欧姆电阻与所述第四位置电连接；当所述第二调谐开关处于第三电容接入状态时，所述第二接地点通过第三电容件与所述第四位置电连接。

优选地，所述阻抗匹配电路包括电连接所述馈电点和所述馈电线路的开关电路，以及与所述开关电路串联的电感件；所述开关电路包括第三调谐开关和第四调谐开关；

所述第三调谐开关远离所述第四调谐开关的一端与馈电点电连接，所述第四调谐开关远离所述第三调谐开关的一端与馈电线路电连接；

所述电感件的一端连接于所述第三调谐开关与所述第四调谐开关之间，另一端与系统地连接。

优选地，所述第三调谐开关设有短路状态和第一可调电容接入状态；

当所述第三调谐开关处于短路状态时，所述馈电点通过0欧姆电阻与所述电感件和所述第四调谐开关电连接；当所述第三调谐开关处于第一可调电容接入状态时，所述馈电点通过第一可调电容件与所述电感件和所述第四调谐开关电连接。

优选地，第一可调电容件的电容值为1.2～3pF。

优选地，所述第四调谐开关设有短路状态和第二可调电容接入状态；

当所述第四调谐开关处于短路状态时，所述馈电线路通过0欧姆电阻与所述电感件和所述第三调谐开关电连接；在所述第四调谐开关处于第二可调电容接入状态时，所述馈电线路通过第二可调电容件与所述电感件和所述第三调谐开关电连接。

优选地，所述第二可调电容件的电容值为1～3.3pF。

本发明的第二方面提供了一种移动终端，包括上述任一项所述的天线。

本发明提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本发明所提供的天线，与第一接地点和馈电点连接的阻抗匹配电路、第一调谐开关分别通过馈电线路、接地线路与金属环电连接，这样可实现多个频段之间灵活的调谐，并可优化天线模组在不同频段下的回波损耗以及天线效率，大大地消除了金属壳对移动终端的天线模组的限制。因此，本发明的天线模组可在保持移动终端整体美观的同时覆盖较宽的信号频段。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的天线的一种具体实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的移动终端的一种具体实施例的底板、金属环以及接地元件的结构示意图；

图3为图2所示实施例的俯视图；

图4为图2的局部侧视图；

图5为本发明实施例所提供的天线的一种具体实施例的局部结构示意图；

图6为图5所示实施例的俯视图；

图7为图6中I处的放大视图；

图8为图6中II处的放大视图；

图9为第一调谐开关的等效电路图；

图10为第二调谐开关的等效电路图；

图11为阻抗匹配电路的等效电路图；

图12为第一辐射部、第二辐射部的回波损耗图；

图13为第一辐射部、第二辐射部的辐射效率图；

图14为第三辐射部、第四辐射部的回波损耗图；

图15为第三辐射部、第四辐射部的辐射效率图；

图16为第五辐射部的回波损耗图；

图17为第五辐射部的辐射效率图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种天线，该天线可应用于手机、平板等移动终端中，下面以手机为例进行说明，天线包括系统地2、闭合的金属环1以及主板9。金属环1环绕系统地2设置，并与系统地2之间间隔设置形成缝隙；此外，金属环1与系统地2在金属环1的第一位置A1和第二位置A2(参见图6)电连接。当然，在其他实施例中，该金属环1与系统地2之间还可以在多个位置电连接。

具体地，如图2所示，手机包括金属底板，金属底板常常用作系统地2，同时用于支撑手机的显示屏(未示出)。金属环1的材质为金属材质，金属环1呈环形框结构。其中，如图3-4所示，沿金属环1的厚度方向，金属环1的顶部101与底部102的尺寸H1，可以大于金属环1的侧部103的尺寸H2；在本实施例中，尺寸H1可以是尺寸H2的两倍，以便于在手机设有曲面屏或者曲面壳体时方便安装，当然，本发明并不限于曲面屏或者曲面壳体。通常，金属底板位于金属环1内，金属底板通过接地元件(如图1-3中的第一接地元件3和第二接地元件4)与金属环1连接，这些接地元件可以沿金属环1的周向设置于不同的位置，以使金属环1连接到系统地2。接地元件可以设有多个，以使金属环1与系统地2实现更好地接地，且接地元件的材质可以为金属材质。

参考图5-8所示，主板9通常与系统地2层叠设置，可以位于金属环1内；金属环1在其上的第一位置A1和第二位置A2分别通过第一接地元件3、第二接地元件4与系统地2电连接。主板9与系统地2电连接，主板9上设置有：第一接地点901、第二接地点902、馈电点903，此外，主板9上还设置有接地线路6、第一调谐开关7、第二调谐开关8、馈电线路5以及阻抗匹配电路。接地线路6与第一接地点901电连接，且该接地线路6还跨过缝隙与金属环1在金属环1的第三位置A3电连接。第一调谐开关7电连接于第一接地点901和接地线路6之间。第二调谐开关8电连接于第二接地点902和金属环1的第四位置A4之间。馈电线路5与馈电点903电连接，且该馈电线路5还跨过缝隙与金属环1在金属环1的第五位置A5电连接；阻抗匹配电路电连接于馈电点903和馈电线路5之间。其中，第五位置A5位于第三位置A3和第四位置A4之间。

也就是说，金属环1上设有第一位置A1、第二位置A2、第三位置A3、第四位置A4和第五位置A5，第一接地元件3的两端分别与系统地2和第一位置A1连接；第二接地元件4的两端分别与系统地2和第二位置A2连接；第一调谐开关7的两端分别与第一接地点901与接地线路6的一端连接，接地线路6的另一端与第三位置A3连接；第二调谐开关8的两端分别与第二接地点902与第四位置A4连接；馈电点903经阻抗匹配电路以及馈电线路5与第五位置A5连接。

通过上述设置，使金属环1上从第一位置A1至第二位置A2的部分形成辐射体，以形成闭环天线，即金属环1上位于第一位置A1与第二位置A2之间的部分从第一位置A1、经第一接地元件3、系统地2、第二接地元件4至金属环1的第二位置A2，形成闭环天线。

上述结构中，通过第一调谐开关7、第二调谐开关8以及阻抗匹配电路三者不同状态的组合，能够使辐射体覆盖多个频段，且与第一接地点901和馈电点903连接的阻抗匹配电路、第一调谐开关7分别通过馈电线路5、接地线路6与金属环1电连接，能够有效地减小流经各调谐开关的电流，降低各调谐开关的损耗，进而能够提升天线整体性能。

需要说明的是，上述馈电线路5可以包括串联的馈电引脚和导电片，其中，引脚可以为弹针，以保证馈电线路5与馈电点903连接的可靠性。

上述实施例中，沿金属环1的周向，第一位置A1、第四位置A4、第五位置A5、第三位置A3以及第二位置A2依次设置，进一步地，第三位置A3可以较第四位置A4靠近第五位置A5，其各个位置具体可以根据天线覆盖的频率范围进行设定。当然，也可以第一位置A1、第三位置A3、第五位置A5、第四位置A4以及第二位置A2依次设置。通常，第三位置A3和第五位置A5位于移动终端的USB口附近。

通常，第一调谐开关7和第二调谐开关8均为孔径调谐开关，以保证天线的谐振效果，从而提高天线的性能。可以理解地，也可以第一调谐开关7和第二调谐开关8中仅一者为孔径调谐开关，或者，第一调谐开关7和第二调谐开关8为可调式阻抗匹配调谐开关。

图9示出了该第一调谐开关7的等效电路图。如图9所示，第一调谐开关7设有断路状态701、第一电容接入状态702以及第二电容接入状态703。具体的，当第一调谐开关7处于断路状态701时，第一接地点901与接地线路6断开，使第一接地点901与第三位置A3断开。当第一调谐开关7处于第一电容接入状态702时，第一接地点901通过第一电容件C1与接地线路6电连接，从而使第一接地点901通过第一电容件C1与第三位置A3电连接。当第一调谐开关7处于第二电容接入状态703时，第一接地点901通过第二电容件C2与接地线路6电连接，从而使第一接地点901通过第二电容件C2与第三位置A3电连接。其中，第一电容件C1与第二电容件C2均为定值电容件。

图10示出了第二调谐开关8的等效电路。如图10所示，第二调谐开关8设有断路状态801、短路状态802和第三电容接入状态803。当第二调谐开关8处于断路状态801时，第二接地点902与第四位置A4断开。当第二调谐开关8处于短路状态802时，第二接地点902通过0欧姆电阻与第四位置A4电连接。当第二调谐开关8处于第三电容接入状态803时，第二接地点902通过第三电容件C3与第四位置A4电连接。其中，第三电容件C3为定值电容件。

图11示出了阻抗匹配电路的等效电路图。如图11所示，阻抗匹配电路包括电连接馈电点903和馈电线路5的开关电路，以及与开关电路串联的电感件L。其中，开关电路具体包括第三调谐开关10和第四调谐开关11。第三调谐开关10远离第四调谐开关11的一端与馈电点903电连接，第四调谐开关11远离第三调谐开关10的一端与馈电线路5电连接；电感件L的一端分别与第三调谐开关10和第四调谐开关11连接，另一端与系统地2连接。也就是说，第三调谐开关10远离馈电电903的一端分别连接两段支路。第一支路经第四调谐开关11以及馈电线路5与第五位置A5连接，即与金属环1连接，以实现与系统地2的连接。第二支路经电感件L实现与系统地2的连接。

其中，第三调谐开关10和第四调谐开关11可以分别为单极双掷开关。继续参考图11，在本实施例中，该第三调谐开关10设有短路状态1001和第一可调电容接入状态1002。在第三调谐开关10处于短路状态1001时，馈电点903通过0欧姆电阻接入第一支路和第二支路，即馈电点903通过0欧姆电阻与电感件L、第四调谐开关11电连接。当第三调谐开关10处于第一可调电容接入状态1002时，馈电点903通过第一可调电容件TC1与第一支路、第二支路连接，即馈电点903通过第一可调电容件TC1与电感件L以及第四调谐开关11电连接。在本实施例中，该第一可调电容件TC1的电容值可以选为1.2～3pF。

同理，第四调谐开关11设有短路状态1101和第二可调电容接入状态1102。当第四调谐开关11处于短路状态1101时，馈电线路5通过0欧姆电阻与第三调谐开关10和电感件L连接，即第一支路仅包括馈电线路5。在第四调谐开关11处于第二可调电容接入状态1102时，馈电线路5通过第二可调电容件TC2与电感件L和第三调谐开关10电连接，即第二支路同时包括第二可调电容件TC2和馈电线路5，第二可调电容件TC2的电容值可选为1～3.3pF。

上述实施例中，当第一调谐开关7处于第一电容接入状态702，第二调谐开关8处于第三电容接入状态803，第三调谐开关10处于第一可调电容接入状态1002，第四调谐开关11处于第二可调电容接入状态1102时，第一接地点901经第一电容件C1、接地线路6与第三位置A3连接，第二接地点902经第三电容件C3与第四位置A4连接，馈电点903经第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2、馈电线路5与第五位置A5连接。此时，金属环1上从第四位置A4经第五位置A5至第二位置A2的部分形成第一辐射部，第一辐射部覆盖的频段为700～800MHZ和2500～2690MHZ，具体地，第一辐射部可以用于LTE700(700～800MHZ)天线、LTE2600(2500～2690MHZ)天线，第一辐射部的回波损耗图见图12中的曲线B1，第一辐射部的辐射效率图见13中的曲线D1。

当第一调谐开关7处于第一电容接入状态702，第二调谐开关8处于断路状态801，第三调谐开关10处于第一可调电容接入状态1002，第四调谐开关11处于短路状态1101时，第一接地点901经第一电容件C1、接地线路6与第三位置A3连接，第二接地点902与第四位置A4处于断开状态，馈电点903经第一可调电容件TC1、0欧姆电阻、馈电线路5与第五位置A5连接。此时，金属环1上从第一位置A1经第四位置A4至第三位置A3的部分形成第二辐射部，第二辐射部覆盖的频段为824～894MHZ和880～960MHZ，第二辐射部可以用于GSM850(824～894MHZ)天线和GSM900(880～960MHZ)天线。在该状态通过改变电感件L的电感值，可以形成不同的回波损耗图以及辐射效率图，以满足天线不同的频段以及带宽。其中，图12中的曲线B2、B3为电感件L选取不同的两个电感值时第二辐射部的回波损耗图，图13中的曲线D2、D3为电感件L选取不同的两个电感值时第二辐射部的辐射效率图。

因此，从图12-13可以看出，本发明实施例提供的天线，在低频段(700～960MHZ)的辐射效率基本在20％以上，在高频段(2500～2690MHZ)的辐射效率在40％以上。

当第一调谐开关7处于断路状态701，第二调谐开关8处于短路状态802，第三调谐开关10处于第一可调电容接入状态1002，第四调谐开关11处于第二可调电容接入状态1102时，第一接地点901与第三位置A3处于断开状态，第二接地点902通过0欧姆电阻与第四位置A4连接，馈电点903经第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2、馈电线路5与第五位置A5连接。此时，金属环1上从第四位置A4至第二位置A2的部分形成第三辐射部，第三辐射部覆盖的频段为1710～1800MHZ、1850-1900和1920～2170MHZ，第三辐射部可以用于DCS(1710～1800MHZ)天线、PCS(1850-1900)天线以及WCDMA(1920～2170MHZ)天线。在该状态，可以通过改变第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2的电容值以及电感件L的电感值，形成不同的回波损耗图以及辐射效率图，以满足天线不同的频段以及带宽。其中，图14中的曲线B4、B5为第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2以及电感件L选取不同的两组值时第三辐射部的回波损耗图，图15中的曲线D4、D5为第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2以及电感件L选取不同两组值时第三辐射部的辐射效率图。

当第一调谐开关7处于第一电容接入状态702，第二调谐开关8处于短路状态802，第三调谐开关10处于短路状态1001，第四调谐开关11处于第二可调电容接入状态1102时，第一接地点901通过第一电容件C1、接地线路6与第三位置A3连接，第二接地点902通过0欧姆电阻与第四位置A4连接，馈电点903经0欧姆电阻、第二可调电容件TC2、馈电线路5与第五位置A5连接。此时，金属环1上从第五位置A5经第三位置A3至第二位置A2的部分形成第四辐射部，第四辐射部覆盖的频段为2300～2400MHZ，第四辐射部可用于LTE2300(2300～2400MHZ)天线，其回波损耗图见图14的曲线B6，辐射效率图见图15的曲线D6。

因此，从图14-15可以看出，本发明实施例提供的天线，在中频段(1710～2170MHZ)和高频段(2300～2400MHZ)的辐射效率在40％以上。

当第一调谐开关7处于第二电容接入状态703，第二调谐开关8处于短路状态802，第三调谐开关10处于第一可调电容接入状态1002，第四调谐开关处于第二可调电容接入状态时1102，第一接地点901通过第二电容件C2、接地线路6与第三位置A3连接，第二接地点902通过0欧姆电阻与第四位置A4连接，馈电点903经第一可调电容件TC1、第二可调电容件TC2、馈电线路5与第五位置A5连接。此时，金属环1上从第五位置A5经第三位置A3至第二位置A2的部分形成第五辐射部，第五辐射部覆盖的频段为1880～1920MHZ和2500～2690MHZ，第五辐射部可以用于LTE39(1880～1920MHZ)天线和LTE41(2500～2690MHZ)天线，第五辐射部的回波损耗图见图16中的曲线B7，辐射效率图见图17中的曲线D7。

因此，从图16-17可以看出，本发明实施例提供的天线，LTE39频段(1880～1920MHZ)的辐射效率在45％以上，LTE41频段(2500～2690MHZ)的辐射效率在30％以上。

可见，本发明通过使用可调匹配网络，能够优化天线性能，且能够使天线工作在更宽的频带以及更多的频段。

需要说明的是，上述第一调谐开关7、第二调谐开关8、第三调谐开关10、第四调谐开关11任意一者都可以设有其它状态，以实现天线各部件之间不同的电连接状态。另外，由于对于用于调谐主天线的每个不同调谐配置，并联的电感件L需要不同的电感值，为了方便操作和接入不同的电感值，阻抗匹配电路还可以包括射频开关，用于在不同电感值之间切换。

此外，上述馈电线路5和接地线路6中至少一者为金属片，进一步地，二者可以均为金属片。通常，沿金属环1的厚度方向，底板位于金属环1的一侧，馈电线路5、接地线路6可以呈弯折结构，由金属环1的另一侧弯折向底板所在的一侧，以与主板9连接。

基于上述结构，本发明还提供了一种移动终端，其包括上述任一实施例的天线。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天线，其特征在于，包括：

系统地；

主板，与所述系统地电连接，其上设置有：

第一接地点、第二接地点、馈电点，

第一调谐开关，电连接于所述第一接地点和所述接地线路之间，所述第一调谐开关设有断路状态、第一电容接入状态以及第二电容接入状态；以及

第二调谐开关，电连接于所述第二接地点和所述金属环的第四位置之间，所述第二调谐开关设有断路状态、短路状态和第三电容接入状态；

阻抗匹配电路，电连接于所述馈电点和所述馈电线路之间；所述第五位置位于所述第三位置和所述第四位置之间；

所述第一调谐开关、所述第二调谐开关以及所述阻抗匹配电路三者不同状态的组合，能够使所述辐射体覆盖多个频段。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，沿所述金属环的周向，所述第一位置、所述第四位置、所述第五位置、所述第三位置以及所述第二位置依次设置。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一调谐开关和所述第二调谐开关中的至少一者为孔径调谐开关。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，当所述第一调谐开关处于断路状态时，所述第一接地点与所述接地线路断开；当所述第一调谐开关处于第一电容接入状态时，所述第一接地点通过第一电容件与所述接地线路电连接；当所述第一调谐开关处于第二电容接入状态时，所述第一接地点通过第二电容件与所述接地线路电连接。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，当所述第二调谐开关处于断路状态时，所述第二接地点与所述第四位置断开；当所述第二调谐开关处于短路状态时，所述第二接地点通过0欧姆电阻与所述第四位置电连接；当所述第二调谐开关处于第三电容接入状态时，所述第二接地点通过第三电容件与所述第四位置电连接。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括电连接所述馈电点和所述馈电线路的开关电路，以及与所述开关电路串联的电感件；所述开关电路包括第三调谐开关和第四调谐开关；

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第三调谐开关设有短路状态和第一可调电容接入状态；

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，第一可调电容件的电容值为1.2～3pF。

9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第四调谐开关设有短路状态和第二可调电容接入状态；

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第二可调电容件的电容值为1～3.3pF。

11.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的天线。