CN107768811A - 一种缝隙天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种缝隙天线及移动终端。缝隙天线包括金属介质，金属介质上开设有实现缝隙天线的辐射开缝，还包括：至少两组天线单元，天线单元包括馈电点与馈地点，馈电点与馈地点之间的电流能够沿着所述辐射开缝的边沿形成天线信号的传导通路隔离开缝，设置于相邻的两组天线单元之间，用于切断所述相邻的两组天线单元之间的信号传导。本申请在辐射开缝的基础上增设隔离开缝，通过隔离开缝切断相邻的两组天线单元之间的信号传导，以提高各天线单元之间信号电流以及电磁辐射的隔离度，实现多组天线单元共用同一辐射开缝的近距离、高隔离度的缝隙天线设计，从而适应移动终端的小型化趋势。

Description

一种缝隙天线及移动终端

技术领域

本申请涉及天线领域，尤其涉及一种缝隙天线及移动终端。

背景技术

目前，移动终端的全金属外壳设计越来越普遍，受限于金属外壳对天线信号的屏蔽吸收特性，移动终端中缝隙天线的使用已成为常用设计。缝隙天线通常是利用金属壳体上的开缝形成天线，用以接收和辐射电磁波。

目前，移动终端内通常配置有主分集天线、GPS天线、WIFI天线以及蓝牙天线等多种信号天线，这些信号天线多为同频且不具有兼容性，因而需要各自的射频通路实现信号传输。以主分集天线为例，主集天线负责射频信号的发送和接收；分集天线辅助天线信号的接收，两个天线接收信号经过合并处理后，可获得分集增益。图1是一种常见的主分集形式的天线结构示意图。如图1所示，该天线结构包括两个独立的缝隙天线，分别作为该天线结构的主集天线和分集天线。每个缝隙天线均包括一个独立的缝隙1，天线信号源2和天线馈电点3位于缝隙1的一侧，天线馈地点4位于缝隙1的另一侧。天线信号源2的电流通过天线馈电点2沿缝隙1的边缘传导至天线馈地点4，从而形成电流传导的天线回路，实现天线信号的辐射和接收。

通常情况下，同频天线之间需要间隔一定距离，以避免天线信号之间的串扰。但随着移动终端的小型集成化，天线设计空间不断恶化，使得同频天线之间的间距达不到预定要求，降低两天线的隔离度和信号传输速率。

发明内容

本申请提供了一种缝隙天线及移动终端，以解决现有同频天线由于天线空间降低导致的隔离度低的问题。

第一方面，本申请提供了一种缝隙天线，包括金属介质，所述金属介质上开设有实现缝隙天线的辐射开缝，还包括：

至少两组天线单元，所述天线单元包括设置于所述辐射开缝第一侧的馈电点，以及设置于所述辐射开缝第二侧的馈地点，所述馈电点与所述馈地点之间的电流能够沿着所述辐射开缝的边沿形成天线信号的传导通路，其中，所述第一侧和所述第二侧为位于所述辐射开缝的两个相邻或者相对边侧；

隔离开缝，设置于相邻的两组天线单元之间，用于切断所述相邻的两组天线单元之间的信号传导。

第二方面，本申请还提供了一种移动终端，所述移动终端包括上述任意一种缝隙天线。

本申请的有益效果如下：

本申请公开了一种缝隙天线及移动终端。缝隙天线包括金属介质，金属介质上开设有实现缝隙天线的辐射开缝，还包括：至少两组天线单元，所述天线单元包括设置于所述辐射开缝第一侧的馈电点，以及设置于所述辐射开缝第二侧的馈地点，所述馈电点与所述馈地点之间的电流能够沿着所述辐射开缝的边沿形成天线信号的传导通路，从而实现天线信号的辐射和接收。其中，所述第一侧和所述第二侧为位于所述辐射开缝的两个相邻或者相对边侧；隔离开缝，设置于相邻的两组天线单元之间，用于切断所述相邻的两组天线单元之间的信号传导。本申请在辐射开缝的基础上增设隔离开缝，通过隔离开缝切断相邻的两组天线单元之间的信号传导，以提高各天线单元之间信号电流以及电磁辐射的隔离度，实现多组天线单元共用同一辐射开缝的近距离、高隔离度的缝隙天线设计，从而适应移动终端的小型化趋势。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种常见的主分集形式的天线结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的一种缝隙天线的结构示意图；

图3为本申请实施例一提供的现有技术与本方案的效果对比图；

图4为本申请实施例二提供的一种缝隙天线的结构示意图；

图5为本申请实施例三提供的一种缝隙天线的结构示意图。

具体实施方式

针对移动终端空间小型化，导致各同频信号天线之间隔离度差、信号传输速率低的问题，本申请提出了一种缝隙天线，其核心思想是：在金属介质100上开设一条辐射开缝20，在辐射开缝20的边沿设置至少两组天线单元30，天线单元30能够沿着所述辐射开缝20的边沿形成天线信号的传导通路，从而实现天线信号的辐射和接收。本申请在辐射开缝20的基础上增设隔离开缝40，通过隔离开缝40切断相邻的两组天线单元30之间的信号传导，以提高各天线单元30之间信号电流以及电磁辐射的隔离度，实现多组天线单元30共用同一辐射开缝20的近距离、高隔离度的缝隙天线设计，从而适应移动终端的小型化趋势。

参见图2，所示为本申请实施例一提供的一种缝隙天线的结构示意图。由图2可见，本申请提供的缝隙天线包括金属介质100，金属介质100可以为移动终端的金属外壳或者移动终端内部的PCB板等。

在金属介质100上开设有实现缝隙天线的辐射开缝20，还包括：两组天线单元301和302，第一天线单元301和第二天线单元302均包括设置于辐射开缝20第一侧的馈电点31，以及设置于辐射开缝20第二侧的馈地点32，第一侧和第二侧为辐射开缝20相对的两个边侧。馈电点31与馈地点32之间的信号电流能够沿着辐射开缝20的边沿形成天线信号的传导通路，即天线的信号电流具有趋肤效应，能够自馈电点31沿着辐射开缝20的边沿传导至馈地点32，形成的电流回路(如图2中虚线部分所示)通过辐射开缝20激发电磁辐射，从而实现天线信号的辐射和接收。

本实施例中，辐射开缝20为一字型开缝，也可以是能够形成天线信号传导通路的其他形式，如T字形、环形、领结形、锥形以及扇形等其他形状。另外，辐射开缝20可以开设在金属介质100的中间，也可以将辐射开缝20延伸至金属介质100的边缘。

自第一天线单元301的馈电点31发出的信号电流会通过最短路径到达信号电流的接收端，此接收端可以是第一天线单元301中相对应的接地点32，也可以是第二天线单元302中的接收器件。由于本实施例针对的是小型化移动终端，天线的设计空间有限，并且本实施例中的第一天线单元301和第二天线单元302共用同一个辐射开缝20，使得第一天线单元301和第二天线单元302之间的间距较近，两个天线单元的信号电流不可避免的出现串扰现象，影响两天线单元的信号传输速率，甚至可能出现第一天线单元301发出的信号电流完全被第二天线单元302接收的情况，导致第一天线单元301天线信号的传导通路短路，无法实现缝隙天线的正常通讯。

为此，本缝隙天线还包括隔离开缝40，隔离开缝40与辐射开缝20交叉设置，其交点位于两组天线单元301和302之间。隔离开缝40能够延长两组天线单元301和302之间的信号电流传导路径，从而切断二者之间的信号传导，提高第一天线单元301和第二天线单元302的隔离度。

另外，在本辐射开缝20周围不设置其他与天线不相关的接地点；同时辐射开缝20应避开人体及其他导电材料接触的位置以避免短路造成的天线性能的降低。

本实施例在金属介质100上开设一条辐射开缝20，在辐射开缝20的边沿设置至少两组天线单元，天线单元能够沿着所述辐射开缝20的边沿形成天线信号的传导通路，从而实现天线信号的辐射和接收。本申请在辐射开缝20的基础上增设隔离开缝40，通过隔离开缝40切断相邻的两组天线单元之间的信号传导，以提高各天线单元之间信号电流以及电磁辐射的隔离度，实现多组天线单元共用同一辐射开缝20的近距离、高隔离度的缝隙天线设计，从而适应移动终端的小型化趋势。

参见图3，所示为本申请实施例一提供的现有技术与本方案的效果对比图。由图3可见，图中，横坐标是天线信号的频率，纵坐标是天线信号的回损或隔离度系数。现有技术为按照图1所示的结构设计而成的两个MIMO wifi天线；本方案指的是按照图2所示的结构设计而成的两个MIMO wifi天线。曲线1和2分别为两个MIMO wifi天线的驻波，两个MIMOwifi天线的驻波在2.4GHz频段隔离度最小。因此，本实施例在2.4GHz频段分别测试现有技术和本方案的MIMO wifi天线的隔离度，结果分别如曲线3和4所示。可见，在2.4GHz频段现有技术的MIMO wifi天线的隔离度仅为-6，明显低于双通路wifi正常传输情况下对隔离度-15以下的设计规范。本缝隙天线的隔离度为-17，符合设计规范要求。

本实施例中，沿着隔离开缝40形成的天线信号的传导通路的路径长度大于沿着辐射开缝20形成的天线信号的传导通路的路径长度。传导通路的路径长度由馈电点31和馈地点32的相对位置决定，沿着辐射开缝20形成的天线信号传导通路的路径长度优选为天线自谐振频率在金属介质100上对应的半波长，此时天线阻抗小，天线信号强度较高。当然，该沿着辐射开缝20形成的天线信号传导通路的路径长度也可以是1/2、5/8波长等其他常用设计。

对应的，沿着隔离开缝40形成的天线信号的传导通路的路径长度，应大于天线自谐振频率在金属介质100上对应的半波长，这样，信号电流将选择辐射开缝20形成的天线信号的传导通路作为辐射路径，信号电流绕过隔离开缝40后到达其他天线单元的馈电点及馈地点时的电流串扰最小，从而实现对各天线单元之间辐射的有效吸收，提高各天线单元之间信号电流以及电磁辐射的隔离度。此外，由于天线倍频原因，该频段的信号衰弱较大，进一步提高隔离开缝40对信号电流的隔离效果。

本实施例中，辐射开缝20和隔离开缝40均为一字型开缝，所述辐射开缝和所述隔离开缝相互垂直并平分设置，辐射开缝20和隔离开缝40的交点为辐射开缝20和隔离开缝40的中点，隔离开缝40和辐射开缝20将所述金属介质100分隔为两个面积相等的辐射区域，第一天线单元301和第二天线单元302对应设置于所述辐射区域内，以相同的工作频率辐射天线信号。

第一天线单元301和第二天线单元302还包括自个对应的信号源33，两组信号源33为同频信号源。信号源33泛指天线信号源，可以为主集天线信号源、分集天线信号源、GPS天线信号源、WIFI天线信号源以及蓝牙天线信号源等。

为了节约天线的设计空间，本申请其他实施例中，辐射开缝20和隔离开缝40也可以以交叉但不垂直的方式设置，这样，隔离开缝40和辐射开缝20则将金属介质100分隔为两个面积不相等的辐射区域，第一天线单元301和第二天线单元302分别设置于以上两个辐射区域内。由于第一天线单元301和第二天线单元302对应的辐射区域的面积不同，使得各辐射区域的天线阻抗不同，导致第一天线单元301和第二天线单元302的辐射频率不同，第一天线单元301和第二天线单元302辐射的天线信号存在相位差，影响天线信号效果。

为此，本实施例可信号源33和馈电点31之间的增设阻抗匹配电路34，以调谐天线的阻抗使每天线自谐振在特定频点。信号源33、阻抗匹配电路34以及馈电点31之间通过信号传输线相连接。其阻抗匹配电路可以是L型或π型等多种形式。根据公式LC(2πf)^2＝1，其中，L为天线自身的电感值加电路的电感值，C为天线自身的电容值加电路的电容值，f为天线频率。当天线自身感容值不足以形成特定的工作频率时，需要电路上增加电容或电感以调谐天线。不同类型的阻抗匹配电路能够为缝隙天线预留不同个数的调谐器件，比如L型阻抗匹配电路能够与两个调谐器件相导通，π型阻抗匹配电路能够与三个调谐器件相导通。

进一步的，为了增加本缝隙天线的带宽，以及增加本缝隙天线的工作频段，可以在信号源33与馈电点31之间增设有源开关，通过有源开关的匹配和导通形式的切换，可以改变缝隙天线谐振频点，以实现天线变相的宽频覆盖。

为了进一步缩减缝隙天线的空间，本实施例在确保隔离度的前提下，还提供了另一种缝隙天线。参见图4，所示为本申请实施例二提供的一种缝隙天线的结构示意图。由图4可见，隔离开缝40包括交叉设置的第一部分41和第二部分42，所述第一部分41或所述第二部分42与所述辐射开缝20相连接。

隔离开缝40的隔离效果与天线信号的传导通路的路径长度有关，本实施例中，将隔离开缝40设计为交叉设置的两部分，隔离开缝中横向的部分，有利于缩减缝隙天线的使用空间，同时，横向部分的延伸空间较大，能够延长传导通路的路径长度，从而进一步提高隔离开缝40的隔离性能。本申请中的隔离开缝40不限于图3所示的工字型结构，T形、L形、Z形以及具有上述改进优势的其他结构设计。

参见图5，所示为本申请实施例三提供的一种缝隙天线的结构示意图。由图5可见，本实施例中的辐射开缝20为口字型开缝，隔离开缝40为一字型开缝。口字型开缝包括四条侧边，隔离开缝40包括四个子隔离开缝401，分别与辐射开缝20的四条侧边垂直设置。通过以上口字型开缝和子隔离开缝401的垂直设置，金属介质100可被分隔为四个面积相等的辐射区域，各天线单元中对应设置于辐射区域内，至少各天线单元中的馈电点31和馈地点32设置于相应的辐射区域内。

本实施例中，各个天线单元的馈电点31和馈地点32位于辐射开缝的两个相邻边侧。馈电点31与馈地点32之间的信号电流能够沿着辐射开缝20的边沿形成天线信号的传导通路，即天线的信号电流具有趋肤效应，能够自馈电点31沿着辐射开缝20的相邻侧边沿传导至馈地点32，形成的电流回路(如图4中虚线部分所示)通过辐射开缝20激发电磁辐射，从而实现天线信号的辐射和接收。

本实施例在实施例一和二的基础上，通过优化辐射开缝20和隔离开缝40的结构，可将四组天线单元集成于同一辐射开缝20的四周，从而早保证各天线单元隔离度的基础上，进一步提高缝隙天线的空间利用率。本实施例可以为不同信号源的同频天线设计，即各天线单元对应的信号源为频率相同的独立信号源，也可以是共用单一信号源，通过单一信号源可将位于辐射开缝20四周的各天线单元构成阵列天线。另外，本实施例中也可信号源33和馈电点31之间的增设阻抗匹配电路34，以调谐天线的阻抗使每天线自谐振在特定频点。

在实施例三的设计构思的基础上，本申请其他实施例中，辐射开缝20也可以为圆形、椭圆形以及环形灯其他形状的开缝，并通过4-8条子隔离开缝将金属介质100分隔为等面积的辐射区域，当然，金属介质100也可以被分隔为面积不等的辐射区域，这种情况下，需要配置匹配电路，以协调各个辐射区域的阻抗。通过上述设计，能够继续扩展天线单元的数量，压缩缝隙天线的设计空间，但是，共用一条辐射开缝20的天线单元的数量也不宜过多，数量过多的天线单元难以避免的出现辐射信号的叠加和串扰，影响天线信号效果。

此外，本申请还提供一种移动终端，该移动终端包括上述任意一种缝隙天线。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，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。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种缝隙天线，包括金属介质，所述金属介质上开设有实现缝隙天线的辐射开缝，其特征在于，还包括：

至少两组天线单元，所述天线单元包括设置于所述辐射开缝第一侧的馈电点，以及设置于所述辐射开缝第二侧的馈地点，所述馈电点与所述馈地点之间的电流能够沿着所述辐射开缝的边沿形成天线信号的传导通路，其中，所述第一侧和所述第二侧为位于所述辐射开缝的两个相邻或者相对边侧；

隔离开缝，设置于相邻的两组天线单元之间，用于切断所述相邻的两组天线单元之间的信号传导。

2.如权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，

沿着所述辐射开缝形成的天线信号传导通路的路径长度为天线自谐振频率在所述金属介质上对应的半波长；

沿着所述隔离开缝形成的天线信号的传导通路的路径长度大于天线自谐振频率在所述金属介质上对应的半波长。

3.如权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述辐射开缝和所述隔离开缝均为一字型开缝，所述辐射开缝和所述隔离开缝相互垂直且平分设置，所述隔离开缝和所述辐射开缝将所述金属介质分隔为两个面积相等的辐射区域，所述天线单元对应设置于所述辐射区域内。

4.如权利要求3所述的缝隙天线，其特征在于，所述隔离开缝包括交叉设置的第一部分和第二部分，所述第一部分或所述第二部分与所述辐射开缝相连接。

5.如权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述辐射开缝为口字型开缝，所述隔离开缝为一字型开缝，所述隔离开缝包括与所述辐射开缝四条侧边分别垂直设置的四个子隔离开缝，所述四个子隔离开缝和所述辐射开缝将所述金属介质分隔为四个面积相等的辐射区域，所述天线单元对应设置于所述辐射区域内。

6.如权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述天线单元还包括：通过信号传输线与所述馈地点依次连接的阻抗匹配电路和信号源，各天线单元中信号源的工作频率相同。

7.如权利要求5所述的缝隙天线，其特征在于，各辐射区域内的天线单元通过单一信号源构成阵列天线。

8.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括权利要求1-7任意一项所述的缝隙天线。