CN107666034B - 一种天线装置和移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种天线装置和移动终端，其中天线装置包括短路谐振器、馈线、耦合线、微带天线和巴伦微带。其中短路谐振器位于两条耦合线之间，两条耦合线互相平行，且每条耦合线分别连接一条馈线，两条馈线之间具有缝隙，其中，一条馈线具有馈点，另一条馈线与巴伦微带的一端连接，巴伦微带的另一端连接微带天线。通过短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，使得该天线装置具备较好的滤波功能，有效降低了相邻频段信号的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，特别是涉及一种天线装置和移动终端。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，依托无线通信技术的移动终端，在逐渐实现小型化的同时，功能也在逐渐丰富。天线作为移动终端的重要组成部分，不仅直接影响移动终端设备的收发性能，也影响着移动终端的整体尺寸和美观。
现有技术中，传统的支架天线无法满足现代无线通信技术对移动终端结构的要求。微带天线虽然具有重量轻、体积小的特点，能够满足对移动终端结构的要求，然而，由于目前移动终端的应用中，天线需要同时兼容多个通信标准，因此目前天线存在相邻频段信号干扰的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种天线装置和移动终端，以解决在天线同时兼容多个通信标准的情况下，如何有效降低相邻频段信号干扰的问题。
第一方面，本发明公开了一种天线装置，包括：短路谐振器、馈线、耦合线、微带天线和巴伦微带；
所述短路谐振器位于两条耦合线之间；
所述两条耦合线互相平行，且每条耦合线分别连接一条馈线；
两条馈线之间具有缝隙，其中，一条馈线具有馈点，另一条馈线与巴伦微带的一端连接，所述巴伦微带的另一端连接所述微带天线；
所述微带天线，用于接收信号；
所述巴伦微带，用于匹配所述短路谐振器和微带天线之间的阻抗，以及将所述信号传输给所述馈线；
所述馈线，用于通过和所述短路谐振器耦合形成的阻带对接收的信号进行滤波，通过馈点输出；
两条互相平行的耦合线，用于增强所述馈线和所述短路谐振器的耦合；
所述微带天线接收信号，通过所述巴伦微带对所述短路谐振器和所述微带天线之间的阻抗的匹配，将所述信号传输给所述馈线，通过所述馈线和所述短路谐振器的耦合对所述信号进行滤波处理，将滤波的信号通过馈点输出。
可选的，如上所述的天线装置，包括：多于一个短路谐振器，其中，每个短路谐振器对应两条耦合线；则每个所述短路谐振器均位于两条所述耦合线之间。
可选的，如上所述的天线装置，包括：两个具有并联结构的短路谐振器，所述两个短路谐振器分别位于馈线两侧；一个短路谐振器外的两条耦合线分别连接馈线的一侧，另一个短路谐振器外的两条耦合线分别连接馈线的另一侧。
可选的，如上所述的天线装置，所述短路谐振器是由微带线构成的，所述短路谐振器采用开环结构，且所述开环结构的开环处具有缝隙；其中，通过调节所述短路谐振器开环处缝隙两侧微带线的长度，以调节阻带的带宽；通过调节所述短路谐振器开环处缝隙的宽度，以调节阻带的中心频点。
可选的，如上所述的天线装置，所述耦合线和所述馈线是由微带线构成的；通过调节所述两条耦合线之间缝隙的宽度，和/或调节所述两条馈线之间缝隙的宽度，以调节耦合强度。
可选的，如上所述的天线装置，所述短路谐振器具有圆形和/或多边形结构。
可选的，如上所述的天线装置，所述巴伦微带包括至少两个枝节。
可选的，如上所述的天线装置，通过调整所述巴伦微带每个枝节的长度，匹配所述巴伦微带两端的阻抗。
可选的，如上所述的天线装置，所述天线装置配置于印刷电路板上，所述印刷电路板的介质材料包括：双层介质，和/或渐变型介质，和/或混合介质。
第二方面，本发明实施例还提供了一种移动终端，包括第一方面所述的天线装置。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，使得具有这种结构的天线装置具备了较好的滤波功能，有效降低了相邻频段信号的干扰，如可有效降低WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)、LTE(LongTerm Evolution，长期演进)以及WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)中各相邻频段之间的信号干扰，从而使WCDMA band4和WCDMA band1之间，WCDMA band1和LTEband34之间，LTE band7和WLAN之间的干扰达到最小。同时，由于采用短路谐振器与馈线耦合的方式实现滤波功能，相比在设备外部添加滤波器的天线，设备体积得到大幅缩减，从而满足了小型化天线的需求，进而满足了移动终端超薄外观的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种天线装置的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种天线装置的回波损耗曲线图；
图3为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构框图。
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。
本发明实施例提供一种天线装置，可以通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，使得具有这种结构的微带天线具备了较好的滤波功能，有效降低了相邻频段信号的干扰，从而具备宽频、平坦的通带增益和高带外抑制度的特点。同时，由于采用短路谐振器与馈线耦合的方式实现滤波功能，相比在设备外部添加滤波器的天线，设备体积得到大幅缩减，从而满足了小型化天线的需求，进而满足了无线终端超薄外观的需求。
实施例一
本发明提供的天线装置应用于移动终端，该移动终端包括但不限于智能手机、智能手表、平板电脑等智能设备。
该天线装置包括：短路谐振器、馈线、耦合线、微带天线和巴伦微带。其中，短路谐振器为位于两条耦合线之间，且该短路谐振器为开环结构，其开口处缝隙在靠近馈线一侧。包围短路谐振器的两条耦合线互相平行，且每条耦合线分别连接一条馈线。两条馈线之间也具有缝隙，这两条馈线之间缝隙的宽度可以相同也可以不同于短路谐振器开口处缝隙，本实施例中对此不做限定。在两条馈线中，一条馈线具有馈点，另一条馈线与巴伦微带的一端连接，该巴伦微带的另一端连接微带天线。
为了更加便于理解本发明实施例，下面将就该天线装置中所用到的组件进行简要的介绍：
微带天线用于接收来自外部的无线信号，可以在介质基板上用光刻腐蚀的方法制成的具有一定形状的天线。
巴伦微带可以作为连接不同阻抗元件的阻抗转换器，巴伦微带用于匹配该天线装置中短路谐振器和微带天线之间的阻抗，以及将微带天线接收到的信号传输至与其连接的馈线。
馈线是可以起到连接作用的信号线，馈线用于通过和短路谐振器耦合形成的阻带对接收的信号进行滤波，并将经过滤波的信号通过馈点输出至该天线装置所在移动终端的对应部件，其中阻带的数量与该天线装置中短路谐振器的数量对应。
通过两条互相平行的耦合线来增强馈线和短路谐振器的耦合，增强耦合效果具体体现为增强信号强度。
通过这些组件之间的组合，能够使得天线装置实现信号传输的功能，具体来说，在由上述组件所构成的天线装置中，根据信号传输方向的不同，可以有两种可能的信号传输方式，分别为上行信号传输和下行信号传输，下面将对这两种信号传输方式分别进行介绍。
作为该天线装置一种可能的信号传输方式，在进行下行信号传输时，首先由微带天线接收外部无线信号，进而通过巴伦微带对短路谐振器和微带天线之间的阻抗的匹配，将微带天线接收到的信号通过巴伦微带传输给与巴伦微带连接的馈线，再通过馈线和短路谐振器的耦合对接收到的信号进行滤波处理，最后将经过滤波的信号通过馈点以馈电的方式输出至该天线装置所在移动终端的对应部件，完成下行信号的接收过程。
作为该天线装置另一种可能的信号传输方式，在进行上行信号传输时，首先由馈点以馈电的方式接收移动终端相应元件的信号，通过馈线和短路谐振器的耦合对接收到的信号进行滤波处理之后，再通过馈线将经过滤波的信号传输至巴伦微带，进而通过巴伦微带的阻抗匹配作用，使信号传输至微带天线，并由微带天线以无线信号的方式进行发射，完成上行信号的发送过程。
因此，本发明实施例所述的移动终端，可以通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，使得具有这种结构的天线装置具备了较好的滤波功能，有效降低了相邻频段信号的干扰。
需要说明的是，在此实施例中并未对短路谐振器的数量以及短路谐振器两侧耦合线的数量进行限定。作为一种可能的实现方式，短路谐振器的数量为一个，在这种方式中，该短路谐振器以及该短路谐振器两侧的耦合线位于馈线的一侧。作为另一种可能的实现方式，短路谐振器的数量为两个，在这种方式中，该天线装置具有两个并联结构的短路谐振器，这两个短路谐振器分别位于馈线两侧，其中一个短路谐振器两侧的耦合线分别连接馈线的一侧，另一个短路谐振器两侧的耦合线分别连接馈线的另一侧。此外，作为更多可能的实现方式，短路谐振器的数量可以为多于两个，其中每个短路谐振器都对应两条耦合线，并位于对应的两条耦合线之间。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例中对短路谐振器的数量为一个的天线装置进行详细说明，图1为本发明实施例提供的一种天线装置的结构框图。
参照图1所示，当移动终端仅需要天线装置对单通带进行滤波时，使用这种仅具有一个短路谐振器的天线装置。
该天线装置具体包括短路谐振器104、馈线、耦合线、微带天线110和巴伦微带109。本实施例中，馈线具有两条，分别为馈线106和馈线107。耦合线也具有两条，分别为耦合线102和耦合线103。具体的，短路谐振器104位于耦合线102和耦合线103之间，并且该短路谐振器104作为一种开环结构在靠近馈线一侧具有缝隙105。两条耦合线互相平行，且与短路谐振器104外周平行，两条耦合线在短路谐振器104远离馈线一侧具有缝隙111。两条馈线之间同样具有缝隙108，但两条馈线的缝隙108的宽度与短路谐振器104的缝隙105的宽度可以相同，也可以不同，因为两者的作用不同，本实施例中对此不做限定。通过调节两条馈线的缝隙108的宽度，以调节耦合后的信号的强度；通过调节短路谐振器104的缝隙105的宽度，以调节阻带的中心频点。
两条馈线中馈线106具有馈点101，通过此馈点101与移动终端的射频测试座进行馈电，具体地，作为这一种可能的馈电方式，馈线106通过与射频测试座中的金属辐射单元直接连接的方式进行馈电，作为另一种可能的馈电方式，馈线106通过与射频测试座中的金属辐射单元耦合的方式实现馈电，作为再一种可能的馈电方式，馈线106通过探针与射频测试座中的金属辐射单元实现馈电。两条馈线中的另一条馈线107与巴伦微带109的一端连接，该巴伦微带109的另一端连接微带天线110，再通过两条馈线之间的耦合作用，为信号传输提供完整的通路。
短路谐振器104、馈线、耦合线和微带天线110均由微带线构成，该微带线为在介质基板上的单一导体带构成的微波传输线，可以用来制作微波集成电路的平面结构传输线。其中，微带天线110用于接收信号，当微带天线110接收到信号后，由于微带天线110所使用的微带线的阻抗不同于馈线和短路谐振器104所使用微带线的阻抗，因而具有不同的电特性，不能简单地相互连接，需要巴伦微带109作为转换器，为两种不同微带线提供阻抗转换，使微带天线110、馈线以及短路谐振器104之间实现阻抗匹配，才能使微带天线110接收到的信号顺利传输至馈线107，进而耦合至短路谐振器104。其中用于阻抗转换的巴伦微带109包含至少两个枝节，且每个枝节的长度可以调节，以产生不同的匹配效果。短路谐振器104采用开环结构，在该开环结构的开口处具有缝隙105，该缝隙105在靠近馈线一侧。通过在缝隙105处耦合形成的阻带对接收到的信号进行滤波，可以通过调节短路谐振器104开环处缝隙105两侧微带线1041和1042的长度，以调节阻带的带宽，并通过调节短路谐振器104开环处缝隙105的宽度，以调节阻带的中心频点。可选的，用于滤波的短路谐振器104可以为1/4波长的短路谐振器，且短路谐振器104的形状可以为矩形，也可以为其他多边形或圆形。将经过滤波的信号耦合至馈线106，并通过馈点101以馈电的方式输出至该天线装置所在移动终端的对应部件。在信号传输的过程中，两条互相平行的耦合线102和耦合线103，共同用于增强短路谐振器104与馈线之间的耦合，以增强信号强度。
为了满足小型化天线的需求，缩减天线装置占用的体积，优选的，将具有该结构的天线装置，布置于移动终端的印刷电路板上，布置方向可根据移动终端布局需要进行调整。例如可以将该天线装置可布置于印刷电路板中靠近移动终端USB一侧。为使天线装置具有更好的信号接收和传输性能，该印刷电路板的介质材料可以为双层介质、渐变介质或混合介质。例如，可使用一种介电常数为4.2，厚度为1mm的介质基板作为印刷电路板的介质材料，并在该印刷电路板上印刷使用宽度为1.8mm的微带线制成的天线装置。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种天线装置的回波损耗曲线图。其中，该天线装置的通带中心频率分别位于2.5GHz，通带为2.4GHz-2.6GHz，可见本发明实施例所述的天线装置，通带增益平坦，且在通带以外的频段回波损耗较高，具有较强的带外抑制能力。需要说明的是，该回波损耗曲线图，仅为在实测过程中其中一种可能的实现形式，通过调整该天线装置的结构、微带线材质等参数，可以根据具体使用环境获得最适合的该天线装置的通带带宽和通带中心频点。
因此，采用本发明实施例结构的移动终端，通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，使得具有这种结构的天线装置具备了较好的滤波功能，有效降低了相邻频段信号的干扰，可根据具体应用环境调节通带带宽和中心频点，具备宽频、平坦的通带增益和高带外抑制度的特点。如可有效降低WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)以及WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)中各相邻频段之间的信号干扰，从而尽量减少WCDMA band4和WCDMA band1之间，WCDMA band1和LTE band34之间，以及LTE band7和WLAN之间的干扰。同时，由于采用短路谐振器与馈线耦合的方式实现滤波功能，相比在设备外部添加滤波器的天线，设备体积得到大幅缩减，从而满足了小型化天线的需求，进而满足了移动终端超薄外观的需求。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施例中对短路谐振器的数量为两个的天线装置进行详细说明，图3为本发明实施例提供的另一种天线装置的结构框图。
参照图3所示，本发明实施例提供的天线装置包括短路谐振器、耦合线、馈线、微带天线110和巴伦微带109。本实施例中，为实现双通带滤波功能，短路谐振器为两个，分别为短路谐振器104和短路谐振器204。耦合线为四条，每两条耦合线为一组，两组耦合线分别为耦合线102-103和耦合线202-203。其中，耦合线102与耦合线103平行，耦合线202与耦合线203平行，且每个短路谐振器均位于一组两条互相平行的耦合线之间。
每组耦合线在与其对应的短路谐振器远离馈线一侧都具有缝隙，分别为缝隙221和缝隙222，两条馈线之间具有缝隙208。其中，馈线间缝隙的宽度与短路谐振器开口处缝隙的宽度可以相同，也可以不同，本实施例中对此不做限定。通过调节两条馈线间缝隙的宽度，和/或调节两条互相平行的耦合线间缝隙的宽度，可以调节的强度，进而调节信号强度。
两个具有并联结构的短路谐振器104和短路谐振器204分别位于馈线两侧。短路谐振器104外的耦合线102和耦合线103分别连接馈线的一侧，短路谐振器204外的耦合线202和耦合线203分别连接馈线的另一侧。其中，短路谐振器104和短路谐振器204可以采用开环结构，在开环结构靠近馈线一侧的开口处分别具有缝隙105和缝隙205。这两个短路谐振器分别通过在缝隙105和缝隙205处耦合形成的阻带对接收到的信号进行滤波，可以通过分别调节缝隙105和缝隙205两侧微带线1041-1042和2041-2042的长度，以调节两个短路谐振器各自阻带的带宽，并通过分别调节短路谐振器104和短路谐振器204开环处缝隙105和缝隙205的宽度，以调节各自阻带的中心频点。从而形成两个可独立调节的阻带。进而实现两个通带独立设计的具有双通带滤波功能的天线装置。由于信号的传输方式以及其它组件的作用在上一实施例中已有详细说明，此处不再赘述。
因此，采用本发明实施例结构的移动终端，通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过多组短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，得到多通带滤波器频率响应。使得具有这种结构的天线装置不仅可有效降低相邻频段信号的干扰，如可有效降低WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)以及WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)中各相邻频段之间的信号干扰，从而使WCDMA band4和WCDMA band1之间，WCDMA band1和LTE band34之间，LTE band7和WLAN之间的干扰达到最小。还可以实现对多通带信号进行滤波，以使具有这种结构的天线装置有效兼容多个通信标准。同时，由于采用短路谐振器与馈线耦合的方式实现滤波功能，相比在设备外部添加滤波器的天线，设备体积得到大幅缩减，从而满足了小型化天线的需求，进而满足了移动终端超薄外观的需求。
实施例四
本发明实施例提供一种移动终端包括上述实施例所述的天线装置。
因此，采用本发明实施例结构的移动终端，通过将微带天线接收到的信号，经由巴伦微带传送至馈线，并通过一个或多个短路谐振器与馈线的耦合，以及耦合线对耦合作用的强化，得到单通带滤波器频率响应或多通带滤波器频率响应。使得包括具有上述结构天线装置的移动终端，不仅可有效降低相邻频段信号的干扰，如可有效降低WCDMA(WidebandCode Division Multiple Access，宽带码分多址)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)以及WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)中各相邻频段之间的信号干扰，从而使WCDMA band4和WCDMAband1之间，WCDMA band1和LTE band34之间，LTE band7和WLAN之间的干扰达到最小。还可以实现对单通带或多通带信号进行滤波，以使该移动终端可有效兼容多个通信标准。同时，由于采用短路谐振器与馈线耦合的方式实现滤波功能，相比在设备外部添加滤波器的天线，设备体积得到大幅缩减，从而满足了小型化天线的需求，进而满足了移动终端超薄外观的需求。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种天线装置，其特征在于，包括：短路谐振器、馈线、耦合线、微带天线和巴伦微带；
所述短路谐振器位于两条耦合线之间；
所述两条耦合线互相平行，且每条耦合线分别连接一条馈线；
两条馈线之间具有缝隙，其中，一条馈线具有馈点，另一条馈线与巴伦微带的一端连接，所述巴伦微带的另一端连接所述微带天线；
所述微带天线，用于接收信号；
所述巴伦微带，用于匹配所述短路谐振器和微带天线之间的阻抗，以及将所述信号传输给所述馈线；
所述馈线，用于通过和所述短路谐振器耦合形成的阻带对接收的信号进行滤波，通过馈点输出；
两条互相平行的耦合线，用于增强所述馈线和所述短路谐振器的耦合；
所述微带天线接收信号，通过所述巴伦微带对所述短路谐振器和所述微带天线之间的阻抗的匹配，将所述信号传输给所述馈线，通过所述馈线和所述短路谐振器的耦合对所述信号进行滤波处理，将滤波的信号通过馈点输出；
所述天线装置配置于印刷电路板上，所述印刷电路板的介质材料包括：双层介质，和/或渐变型介质，和/或混合介质。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，包括：多于一个短路谐振器，其中，每个短路谐振器对应两条耦合线；
则每个所述短路谐振器均位于两条所述耦合线之间。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，包括：两个具有并联结构的短路谐振器，所述两个短路谐振器分别位于馈线两侧；
一个短路谐振器外的两条耦合线分别连接馈线的一侧，另一个短路谐振器外的两条耦合线分别连接馈线的另一侧。
4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述短路谐振器是由微带线构成的，所述短路谐振器采用开环结构，且所述开环结构的开环处具有缝隙；
其中，通过调节所述短路谐振器开环处缝隙两侧微带线的长度，以调节阻带的带宽；
通过调节所述短路谐振器开环处缝隙的宽度，以调节阻带的中心频点。
5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述耦合线和所述馈线是由微带线构成的；
通过调节所述两条耦合线之间缝隙的宽度，和/或调节所述两条馈线之间缝隙的宽度，以调节耦合强度。
6.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，所述短路谐振器具有圆形和/或多边形结构。
7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述巴伦微带包括至少两个枝节。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，通过调整所述巴伦微带每个枝节的长度，匹配所述巴伦微带两端的阻抗。
9.一种移动终端，其特征在于，包括如上述权利要求1至8任一项所述的天线装置。
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