CN108400427B - 天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天线系统。所述天线系统包括壳体、天线单元及收容于所述壳体内的电路板,所述电路板包括馈电部分和接地部分,所述天线单元包括辐射体、两端分别与所述辐射体和所述馈电部分电连接的馈电端子、两端分别与所述辐射体和所述接地部分电连接的接地端子,其特征在于,所述辐射体包括辐射主体、所述辐射主体断开形成的缝隙及串接于所述缝隙内的LC并联谐振电路,所述LC并联谐振电路包括并联连接的电容和电感。与相关技术相比,本发明利用LC并联谐振电路的阻抗特性满足天线不同频段的要求,有效减小天线所需空间,有利于更多MIMO天线的设计需求。
Description
【技术领域】
本发明涉及移动通讯领域,尤其涉及一种应用于移动终端的天线系统。
【背景技术】
随着移动互联网时代的到来,便携式移动电子设备已日益普及。而在众多移动设备之中,手机无疑是最常见、最便携的移动终端设备。随着人们对上网速度的持续追求,提升手机的数据传输速率已势在必行,MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术也因此得到了广泛应用。MIMO技术能够在不扩展通信频带带宽的前提下,显著提高信道容量,从而提高数据传输速率。目前市场上的很多手机厂商的旗舰手机天线除了主天线和分集天线,又额外的增加了至少两根MIMO天线,不仅如此,很多手机同时支持两个WIFI天线,而且随着未来5G技术的发展,天线数量会继续增加。
如果对应多种通信频段在手机内对应设置多个天线且同时保证天线自身的性能指标及各个天线之间的隔离度指标,会使得天线的整体占用体积较大,也使得产品整体成本较高,还与日趋流行的移动设备薄型化趋势不符。
如现有GPS/WIFI天线中GPS天线工作频段1550-1650MHz,WIFI2.4G天线工作频段2400-2500GHz,两者工作频段相距较远,在手机天线设计中,由于天线环境相对恶劣(空间有限,净空小),难以通过单支节的辐射单元同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段。
因此,实有必须提供一种改进的移动终端的天线系统以解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种在保证天线性能的基础上且能够缩小单个天线所占空间的天线系统。
为了达到上述目的,本发明提供了一种天线系统,应用于移动终端,其包括壳体、天线单元及收容于所述壳体内的电路板,所述电路板上设置有馈电点和接地点,所述天线单元包括与所述馈电点和所述接地点电连接的辐射体,其特征在于,所述辐射体包括辐射主体、至少一个由所述辐射主体断开形成的缝隙及串接于所述缝隙内的LC并联谐振电路。
优选的,所述缝隙的数量为多个,且每个所述缝隙内串接有相同的或不同的LC并联谐振电路。
优选的,所述天线单元为IFA天线结构形式或Loop天线结构形式或Monopole天线结构形式。
优选的,所述天线单元工作于至少两个频段,所述主辐射体的电长度取决于较低频段的波长,所述缝隙至接地点的电长度取决于较高频段的波长,当所述天线单元为IFA天线结构形式时,所述主辐射体的电长度为较低频段的波长的1/4,所述缝隙至所述接地点的电长度为较高频段的波长的1/4/。
优选的,所述壳体为金属壳体,所述壳体包括充当辐射主体的金属边框,所述缝隙开设于所述金属边框。
优选的,所述壳体为非金属壳体,所述辐射主体为通过LDS工艺或FPC工艺成型的金属化图案。
优选的,所述天线单元还包括两端分别与所述辐射体和所述馈电点电连接的馈电端子、两端分别与所述辐射体和所述接地点电连接的接地端子。
优选的,所述壳体包括与所述电路板间隔设置的底板及自所述底板朝靠近所述电路板方向延伸的侧板,所述辐射主体包括成型于所述侧板的第一辐射部、成型于所述底板的第三辐射部及连接所述第一辐射部和所述第三辐射部的第二辐射部,所述缝隙开设于所述第一辐射部,所述第一辐射部包括沿所述侧板的长度方向横向设置的第一辐射横条及由所述第一辐射横条的末端朝远离所述第一辐射横条水平方向延伸的第二辐射横条,所述第一辐射横条的纵向宽度大于所述第二辐射横条的纵向宽度,所述缝隙开设于所述第二辐射横条;所述第二辐射部包括由所述第二辐射横条的末端竖直向下延伸出的第一辐射纵条、由所述第一辐射纵条的末端朝靠近所述第一辐射部方向水平延伸出的第三辐射横条及由所述第三辐射横条的末端向远离所述第一辐射部方向竖直延伸出的第二辐射纵条;所述第三辐射部包括由所述第二辐射纵条的末端朝靠近所述第一辐射纵条方向水平延伸出的第四辐射横条、由所述第四辐射横条的末端朝靠近所述第三辐射横条方向竖直延伸出的第三辐射纵条及由所述第三辐射纵条的末端朝靠近所述第二辐射纵条方向延伸出的第五辐射横条,所述馈电端子和所述接地端子均与所述第五辐射横条连接。
优选的,所述天线结构还包括两端分别与所述馈电点和所述馈电端子电连接的馈电引脚及两端分别与所述接地点和所述接地端子电连接的接地引脚。
优选的,所述天线单元的工作频段为频带1550~1650MHz、频带2400~2500MHz和频带5150-5850MHz。
与相关技术相比,本发明的天线系统将辐射主体断开形成一个或多个缝隙,每个所述缝隙内串接有并联的电容C和电感L,电容和电感取值根据不同天线设计要求作相应变化,利用LC并联谐振电路的阻抗特性满足天线不同频段的要求,有效减小天线所需空间,有利于更多MIMO天线的设计需求;通过在高频段2450MHz处断开形成缝隙并在所述缝隙内串接并联的电容C和电感L,利用LC并联谐振电路的阻抗特性可同时覆盖1550-1650MHz和2400-2500MHz的工作频段,即同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段,增加了天线宽带,实现了单辐射单元双频天线的设计目的,有效地减少了天线所需空间。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述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它的附图,其中:
图1为本发明天线系统实施例一的分解示意图;
图2为图1所示天线系统中壳体和天线单元的连接结构示意图;
图3为图2所示天线单元的缝隙处分别串接LC并联谐振电路与开路、短路时的回波损耗对比图;
图4为图2所示天线单元的缝隙处串接LC并联谐振电路时的辐射效率的曲线图。
【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,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
请同时参阅图1和图2,其中,图1为本发明天线系统的分解示意图,图2为图1所示天线系统中壳体和天线单元的连接结构示意图。本发明提供了一种天线系统100,应用于移动终端。所述天线系统100包括壳体10、天线单元50、收容于所述壳体10内的电路板30、馈电引脚60、接地引脚70和塑料支架90。该移动电子设备可以是手机、手持游戏设备、笔记本电脑、音乐播放器等。
所述壳体10包括与所述电路板30间隔设置的底板11及自所述底板11朝靠近所述电路板30方向延伸的侧板13。所述底板11和所述侧板13的连接处为弧形面。
在本实施例中,所述壳体10为非金属壳体,具体为陶瓷壳体。
所述电路板30上设置有馈电点31和接地点33,所述馈电点31通过馈电引脚60和所述天线单元50电连接,所述接地点33通过接地引脚70和所述天线单元50电连接。
所述天线单元50可以为IFA天线结构形式或Loop天线结构形式或Monopole天线结构形式,或者其他的天线结构形式,在本发明的实施例中不做限定。
所述天线单元50包括辐射体51、两端分别与所述辐射体51和所述馈电引脚60电连接的馈电端子53、两端分别与所述辐射体51和所述接地引脚70电连接的接地端子55。
所述辐射体51包括辐射主体511、所述辐射主体511断开形成的缝隙513及串接于所述缝隙513内的LC并联谐振电路515,所述LC并联谐振电路包括并联连接的电容和电感。
在本实施例中,所述辐射主体511为通过LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型技术)工艺或FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)工艺成型于所述壳体10的内表面的天线图案。在其他实施例中,所述辐射主体511也可以为通过LDS工艺或FPC工艺成型于所述塑料支架90的表面的天线图案。
在本实施例中,所述辐射主体511包括成型于所述侧板13的第一辐射部、成型于所述底板11的第三辐射部及连接所述第一辐射部和所述第三辐射部的第二辐射部。
所述第一辐射部包括沿所述侧板13的延伸方向横向设置的第一辐射横条5111及由所述第一辐射横条5111的末端朝远离所述第一辐射横条5111水平方向延伸的第二辐射横条5112。所述第一辐射横条5111的纵向宽度大于所述第二辐射横条5112的纵向宽度。
所述第二辐射部包括由所述第二辐射横条5112的末端竖直向下延伸出的第一辐射纵条5113、由所述第一辐射纵条5113的末端朝靠近所述第一辐射部方向水平延伸出的第三辐射横条5114及由所述第三辐射横条5114的末端向远离所述第一辐射部方向竖直延伸出的第二辐射纵条5115。
所述第三辐射部包括由所述第二辐射纵条5115的末端朝靠近所述第一辐射纵条5113方向水平延伸出的第四辐射横条5116、由所述第四辐射横条5116的末端朝靠近所述第三辐射横条5114方向竖直延伸出的第三辐射纵条5117及由所述第三辐射纵条5117的末端朝靠近所述第二辐射纵条5115方向延伸出的第五辐射横条5118。
所述缝隙513的数量不作限定,可以为一个或多个,具体由天线频段数量决定,即可以将所述辐射主体511断开形成间隔设置的两段或者断开形成间隔设置的多段。每个所述缝隙513内均串接有相同或不相同的LC并联谐振电路,即不同的缝隙中串接的并联谐振电路的L/C值可以相同也可以不相同,在本发明实例中并不作限定,具体取值根据不同天线设计要求即不同频段做相应变化。在本实施例中,所述缝隙513的数量为一个,开设于所述第二辐射横条5112靠近所述第一辐射横条5111的一端
所述LC并联谐振电路包括并联连接的电容C和电感L,LC并联谐振电路对频段的调节原理具体如下:
LC并联谐振电路的阻抗特性:
LC并联谐振电路谐振频率处:
由于L的量级为10-9,C的量级为10-12,所述谐振频率阻抗Z的量级是十几κΩ。举例具体说明,电感L为4.7nH,电容为0.8pf,LC并联谐振电路的阻抗特性为Z=L/CR,R为L的串联等效电阻(在0.5Ω以下),通过计算,谐振频率在2500MHz频点附近,在此频点附近LC并联谐振电路等效为十几kΩ电阻,近似断路;在1550MHz频点附近LC并联谐振电路等效为电感,电感值中8nH左右。因此,可利用LC并联谐振电路对不同频点呈现不同阻抗特性这一特点来设计GPS/WIFI天线。
本实施例,天线单元50的工作频段为频带1550~1650MHz、频带2400~2500MHz和5150~5850MHz,其中频带1550~1650MHz(GPS)和频带2400~2500MHz(Wi-Fi2.4G)通过LC并联谐振电路设计。以此为例,对缝隙513的开设位置和LC并联谐振电路调振情况进行具体说明。
天线总电长度取决于多频段中的较低频段,缝隙的位置取决于较高频段,缝隙位置串接LC并联谐振电路。以天线单元为IFA天线结构形式为例,所述主辐射体的电长度为较低频段的波长的1/4,所述缝隙至所述接地点的电长度为较高频段的波长的1/4/。本实施例中,所述缝隙513开设于所述第二辐射横条5112靠近所述第一辐射横条5111的一端,在缝隙513内串联LC并联谐振电路。选取合适的L、C值,使得LC并联谐振电路谐振频率大致位于Wi-Fi2.4G频段内,同时,使得LC并联谐振电路在GPS频段等效为电感,产生另一个谐振。本发明专利通过引入LC并联谐振电路,增加了天线宽带,实现了单辐射单元双频天线的设计目的,可同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段,有效地减少了天线所需空间,有利于更多MIMO天线的设计需求。
所述馈电端子53夹设于所述第五辐射条5118和所述馈电引脚60之间,所述接地端子55夹设于所述第五辐射条5118和所述接地引脚70之间。
在本实施例中,所述馈电端子53和所述接电端子55沿所述底板11的长度方向并列设置。
在本实施例中,所述馈电端子53和所述接地端子55嵌设于所述塑料支架90内。
所述馈电引脚60夹设于所述馈电端子53和所述电路板30之间,并与所述馈电点31电连接,所述辐射主体511通过所述馈电端子53和所述馈电引脚60与所述电路板30的馈电点31电连接。
所述接地引脚70夹设于所述接地端子55和所述电路板30之间,并与所述接地点33电连接,所述辐射主体511通过所述接地端子55和所述接地引脚70与所述电路板30的接地点33电连接。
具体地,所述馈电引脚60和所述接地引脚70夹设于所述塑料支架90和所述电路板30之间。
请参阅图3和图4,其中,图3为图2所示天线单元的缝隙处串接LC并联谐振电路与开路、短路的回波损耗对比图,图4为图2所示天线单元的缝隙处串接LC并联谐振电路的效率的曲线图。图3中的I曲线表示在缝隙位置处开路时,除WIFI5G频段外,频率的覆盖范围接近2400-2500MHz,图3中的II曲线表示在缝隙位置处短路时,除WIFI5G频段外,频率的覆盖范围接近1550-1650MHz,图3中的III曲线表示在缝隙位置串接有LC并联谐振电路时,除WIFI5G频段外,频率的覆盖范围为1550-1650MHz和2400-2500MHz,从以上可以看出,通过在缝隙位置处串接LC并联谐振电路实现了单辐射单元双频天线的设计目的,可同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段。如图4所示,本发明提供的天线在同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段时且具有良好的辐射效率,能够保证天线的性能。
实施例二
在本实施例中,所述天线系统包括壳体、天线单元及收容于所述壳体内的电路板。所述壳体包括充当辐射主体的金属边框,所述缝隙开设于所述金属边框,同样也是在缝隙内串接LC并联电路组成的LC并联谐振电路,其调节频带的原理同上文所述,在此不再赘述。
需要说明的是,本发明并不限制所述天线系统的工作频段,即其可应用于GPS/Wi-Fi天线模块,也可用于其他天线模块,如主天线、分集天线。
此外,本发明并不限制LC并联谐振电路的实现方式。例如,可以通过分立的电感元件和电容元件搭接具有固定值的并联电路,也可以配合射频开关形成可调谐的并联电路。当本发明所述的天线系统应用于主天线或分集天线时,可以将可调谐的LC并联谐振电路串接在缝隙中,通过切换L、C值,可以调谐LC并联谐振电路的谐振频率,最终实现多频段工作。
与相关技术相比,本发明的天线系统将辐射主体断开形成一个或多个缝隙,每个所述缝隙内串接有并联的电容C和电感L,电容和电感取值根据不同天线设计要求作相应变化,利用LC并联谐振电路的阻抗特性满足天线不同频段的要求,有效减小天线所需空间,有利于更多MIMO天线的设计需求;通过在高频段2450MHz处断开形成缝隙并在所述缝隙内串接并联的电容C和电感L,利用LC并联谐振电路的阻抗特性可同时覆盖1550-1650MHz和2400-2500MHz的工作频段,即同时覆盖GPS/WIFI2.4G频段,增加了天线宽带,实现了单辐射单元双频天线的设计目的,有效地减少了天线所需空间。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种天线系统,应用于移动终端,其包括壳体、天线单元及收容于所述壳体内的电路板,所述电路板上设置有馈电点和接地点,所述天线单元包括与所述馈电点和所述接地点电连接的辐射体,其特征在于,所述辐射体包括辐射主体、至少一个由所述辐射主体断开形成的缝隙及串接于所述缝隙内的LC并联谐振电路;所述天线单元还包括两端分别与所述辐射体和所述馈电点电连接的馈电端子、两端分别与所述辐射体和所述接地点电连接的接地端子;所述壳体包括与所述电路板间隔设置的底板及自所述底板朝靠近所述电路板方向延伸的侧板,所述辐射主体包括成型于所述侧板的第一辐射部、成型于所述底板的第三辐射部及连接所述第一辐射部和所述第三辐射部的第二辐射部,所述缝隙开设于所述第一辐射部,所述第一辐射部包括沿所述侧板的长度方向横向设置的第一辐射横条及由所述第一辐射横条的末端朝远离所述第一辐射横条水平方向延伸的第二辐射横条,所述第一辐射横条的纵向宽度大于所述第二辐射横条的纵向宽度,所述缝隙开设于所述第二辐射横条;所述第二辐射部包括由所述第二辐射横条的末端竖直向下延伸出的第一辐射纵条、由所述第一辐射纵条的末端朝靠近所述第一辐射部方向水平延伸出的第三辐射横条及由所述第三辐射横条的末端向远离所述第一辐射部方向竖直延伸出的第二辐射纵条;所述第三辐射部包括由所述第二辐射纵条的末端朝靠近所述第一辐射纵条方向水平延伸出的第四辐射横条、由所述第四辐射横条的末端朝靠近所述第三辐射横条方向竖直延伸出的第三辐射纵条及由所述第三辐射纵条的末端朝靠近所述第二辐射纵条方向延伸出的第五辐射横条,所述馈电端子和所述接地端子均与所述第五辐射横条连接,所述天线单元还包括两端分别与所述馈电点和所述馈电端子电连接的馈电引脚及两端分别与所述接地点和所述接地端子电连接的接地引脚。
2.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述缝隙的数量为多个,且每个所述缝隙内串接有相同的或不同的LC并联谐振电路。
3.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述天线单元为IFA天线结构形式或Loop天线结构形式或Monopole天线结构形式。
4.根据权利要求3所述的天线系统,其特征在于,所述天线单元工作于至少两个频段,主辐射体的电长度取决于较低频段的波长,所述缝隙至接地点的电长度取决于较高频段的波长,当所述天线单元为IFA天线结构形式时,所述主辐射体的电长度为较低频段的波长的1/4,所述缝隙至所述接地点的电长度为较高频段的波长的1/4。
5.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述壳体为金属壳体,所述壳体包括充当辐射主体的金属边框,所述缝隙开设于所述金属边框。
6.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述壳体为非金属壳体,所述辐射主体为通过LDS工艺或FPC工艺成型的金属化图案。
7.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述天线单元的工作频段为频带1550~1650MHz、频带2400~2500MHz和频带5150-5850MHz。
8.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,所述LC并联谐振电路包括射频开关,所述LC并联谐振电路的谐振频率可调谐。
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