CN108432048B - 一种缝隙天线和终端 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种缝隙天线和终端，包括接地面、设置在接地面上的开口缝隙、缝隙馈电线和谐振电路，通过谐振电路有效激发接地面表面的电流，使得接地面成为主要辐射体而天线为次要辐射体，因此，能够缩小天线的体积而不影响天线的辐射效能。

Description

一种缝隙天线和终端
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种缝隙天线和终端。
背景技术
目前，使用大量金属材料作为电子设备的外观设计元素成为趋势，而大量金属材料会导致电子设备中的天线的辐射效能的下降。研究表明，缝隙天线相比于其它天线能够更好地抵抗天线周围的金属材质的影响。
而传统的缝隙天线，尤其是工作在低频段的缝隙天线尺寸过大，并不适合使用在体积受限的电子设备(例如手机)中。因此，如何在不降低辐射效能的前提下，减小缝隙天线的尺寸，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种缝隙天线和终端，目的在于解决如何在不降低辐射效能的前提下，减小缝隙天线的尺寸的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
本申请的第一方面提供了一种缝隙天线，包括：接地面、设置在所述接地面上的开口缝隙、缝隙馈电线和谐振电路，其中，所述缝隙馈电线横跨所述缝隙，并且一端与所述接地面相连，另一端与所述谐振电路相连，所述缝隙天线用于工作在第一谐振频率，所述缝隙天线的长度不超过所述第一谐振频率的五分之一波长，所述缝隙天线的宽度不超过所述缝隙天线长度的50％。
本申请提供的缝隙天线，基于开口缝隙、缝隙馈电线和谐振电路的连接关系以及开口缝隙的长度，使得接地面上的电流得到增强，从而使得辐射主体从天线主体变为接地面，因此，在减小天线主体的体积的情况下，不影响天线的辐射效能。
在第一方面的一种实现方式中，所述接地面包括第一长度和第一宽度，所述第一长度是缝隙天线长度的六倍至八倍，所述第一宽度小于第一长度。
在第一方面的一种实现方式中，所述谐振电路包括：串接在所述缝隙馈电线与射频电路之间的第一电容以及电感。进一步地，所述谐振电路还包括：串接在所述射频电路与所述电感之间的第二电容，进一步地，谐振电路还包括与所述电感及所述第二电容的公共端相连的第三电容。第二电容和第三电容能够增加谐振电路的调节自由度。
在第一方面的又一种实现方式中，所述缝隙馈电线包括：两条缝隙馈电线，其中，任意一条缝隙馈电线均横跨所述缝隙，并且一端与所述接地面相连，另一端与所述谐振电路相连。在此情况下，所述谐振电路包括：串接在一条缝隙馈电线与所述射频电路之间的第一电容和电感、以及一端与所述电感及所述射频电路的公共端相连、一端与另一条缝隙馈电线相连的第二电容。
基于上述两种实现方式，在第一方面的又一种实现方式中，所述缝隙天线还包括匹配电路，所述谐振电路通过所述匹配电路与所述射频电路相连，所述匹配电路包括：串接在所述射频电路及所述谐振电路的信号馈入端之间的电感、以及一端接地、另一端连接在所述谐振电路的信号馈入端与所述电感的公共端的电容。所述匹配电路能够提高缝隙天线的工作频带。
在第一方面的又一种实现方式中，所述谐振电路包括：串接在所述缝隙馈电线与射频电路之间的第一电容、以及一端与所述第一电容及所述射频电路的公共端相连，一端接地的第二电容。进一步地，所述缝隙天线还包括：匹配电路，所述谐振电路通过所述匹配电路与所述射频电路相连，所述匹配电路包括：串联在所述射频电路与所述谐振电路的信号馈入端之间的电感。
基于上述实现方式，在第一方面的又一种实现方式中，所述谐振电路中的电容和电感的值依据所述第一频段确定。
本申请的第二方面提供了一种终端，包括第一方面中提供的缝隙天线。
因为第一方面提供的缝隙天线可以在不影响天线辐射效果的情况下缩小天线的体积，所以，第三方面提供的终端可以具有更小的体积。
在第二方面的一种实现方式中，所述终端包括两个缝隙天线，所述两个缝隙天线设置在所述终端接地面的不同位置。其中，每一个缝隙天线均为第一方面中提供的缝隙天线。所述终端，除了可以在不降低辐射效能的情况下减小天线尺寸外，还具有较好的隔离性，从而避免在两个缝隙天线间设置隔离组件，能够进一步减小天线的体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。
图1为电子设备中的天线被拆分为天线主体和接地面两部分的示意图；
图2a为本发明实施例公开的一种缝隙天线的结构俯视图；
图2b为图2a所示的缝隙天线的结构侧视图；
图2c为图2a或图2b所示的缝隙天线与传统天线的接地面电流分布的对比示意图；
图3为本发明实施例公开的又一种缝隙天线的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的缝隙天线中的一种谐振电路的结构示意图；
图5为本发明实施例公开的缝隙天线中的又一种谐振电路的结构示意图；
图6为本发明实施例公开的缝隙天线中的又一种谐振电路的结构示意图；
图7为本发明实施例公开的缝隙天线中的一种匹配电路的结构示意图；
图8为本发明实施例公开的缝隙天线中的又一种谐振电路的结构示意图；
图9为本发明实施例公开的缝隙天线中的又一种匹配电路的结构示意图；
图10为本发明实施例公开的又一种缝隙天线的结构示意图；
图11为本发明实施例公开的缝隙天线中的又一种谐振电路的结构示意图；
图12为本发明实施例公开的缝隙天线的实测返回损失曲线(实线)与史密斯图曲线(虚线)示意图；
图13为本发明实施例公开的缝隙天线的实测辐射效率图；
图14为本发明实施例公开的缝隙天线的实体示意图；
图15为本发明实施例公开的缝隙天线构成的双天线系统。
具体实施方式
如图1所示，设置在电子设备中的天线可以被分为天线主体和接地面两部分，天线在激发时可以分别通过天线主体和接地面来辐射能量。传统的天线，例如倒F形天线(IFA)、单级(Monopole)天线、环天线(Loop)或是缝隙(Slot)天线，在辐射时，特别是在高频1.7GHz以上频带辐射时，其大部分能量都是透过天线主体来进行辐射，接地面仅辐射相对少量的能量。换句话说，此时天线是由天线主体主导，天线主体的尺寸大小决定天线所激发的频段范围。
而本发明实施例公开的天线结构，可以使得天线的接地面的电流增大，从而使得天线的辐射由接地面主导，而天线主体仅辐射少量的能量。在此情况下，可以减小天线主体的体积而不影响天线的辐射效能。
图2a(并未画出电路板的介质层)所示为本发明实施例公开的一种缝隙天线的结构的俯视图。
图2a中包括接地面21、设置在接地面上的开口缝隙22、缝隙馈电线23和谐振电路24。其中，缝隙馈电线23横跨缝隙22，并且一端通过A点与接地面21相连，另一端与谐振电路24相连。
所述谐振电路24用于激发接地面表面的电流，使得接地面成为主要辐射体。
图2a中所述缝隙天线的右视图如图2b所示，其中，接地面21布设在电路板的介质层的下表面，接地面21上设置有开口缝隙22，需要说明的是，介质层上并没有设置开口缝隙。缝隙馈电线23穿过介质层，在介质层的上表面横跨过开口缝隙22，与同样设置在介质层的上表面的谐振电路24相连。
图2a及图2b所示的缝隙天线用于工作在第一谐振频率，所述缝隙天线的长度不超过所述第一谐振频率的五分之一波长，所述缝隙天线的宽度不超过所述缝隙天线长度的50％，以使得所述缝隙天线具有较好的辐射性能。所述接地面包括第一长度和第一宽度，优选的，所述第一长度是缝隙天线长度的六到八倍，所述第一宽度小于第一长度。
图2a及图2b所示的谐振电路24、缝隙馈电线23以及接地面21的连接方式用于激发接地面21在第一频段的模态，使得接地面具有较强的电流分布。仿真证明，在馈入信号源功率为1W且第一谐振频率为2000MHz的条件下，图2a及图2b所示的缝隙天线的接地面表面电流密度有大致一半的区域大于2A/m，明显高于传统天线接地面的电流密度，如图2c所示。
实验表明，可以将图2a或图2b所示的缝隙天线的天线尺寸从原来的0.25倍操作波长降低到0.10～0.14倍操作波长，因此，天线适合放置在电子设备例如手机的内部。
可选地，图2a所示的缝隙天线还可以包括匹配电路25，如图3所示，匹配电路25一端与谐振电路24相连，一端与射频电路相连，其中，射频电路的作用可以参见技术，这里不再赘述。
匹配电路的作用为增加缝隙天线的带宽，以满足电子设备对于多种频段带宽(例如1800～2690MHz带宽)的覆盖要求。
可选地，图2和图3所示的缝隙天线中，缝隙馈电线23靠近缝隙22的开口位置，例如距离开口位置2～5毫米，目的在于获得更好的天线效能。可选地，开口缝隙的尺寸可以为20*2mm2。
图2和图3所示的缝隙天线，通过谐振电路有效激发接地面表面的电流，使得接地面成为主要辐射体而天线为次要辐射体，因此，能够缩小天线的体积而不影响天线的辐射效能。
下面将详细说明几种谐振电路和匹配电路的具体电路结构。
图4为谐振电路的一种具体实现方式，包括第一电容C1和电感L。其中，C1和L串联在缝隙馈电线(即接地点A)与匹配电路的输出端之间。
图5为谐振电路的又一种具体实现方式，包括第一电容C1、电感L和第二电容C2。其中，C1、L和C2串联在缝隙馈电线(即接地点A)与即匹配电路的输出端之间。相比于图4，图5中增加的C2的作用为增加在电路调式时的自由度。
图6为谐振电路的又一种具体实现方式，包括第一电容C1、电感L、第二电容C2和第三电容C3。其中，C1、L和C2串联在缝隙馈电线(即接地点A)与即匹配电路信号输出端之间，C3的一端与L和C2的公共端相连，另一端开路。
与图4、图5或图6所示的谐振电路相匹配的匹配电路如图7所示，包括电感L和电容C，其中，L串接在射频电路与谐振电路的信号馈入端之间，C一端接地、另一端连接在谐振电路的信号馈入端与L的公共端。
图8为谐振电路的又一种具体实现方式，包括第一电容C1和第二电容C2，其中，C1串接在缝隙馈电线(即接地点A)与匹配电路的输出端之间，C2一端接地，另一端与C1及匹配电路的输出端的公共端相连。
与图8所示的谐振电路相匹配的匹配电路如图9所示，包括串联在射频电路与谐振电路的信号馈入端之间的电感L。
图2和图3所示的缝隙天线中，还可以包括另一条缝隙馈电线，如图10所示，缝隙天线中包括两条缝隙馈电线。在此情况下，谐振电路的又一种具体实现方式如图11所示，包括第一电容C1、第二电容C2和电感L。其中，C1和L串接在一条缝隙馈电线(即接地点A)与匹配电路的输出端之间，C2的一端与另一条缝隙馈电线(即接地点A’)相连，另一端与L和匹配电路的输出端的公共端相连。
与图11相匹配的匹配电路可以参见图7所示。
以图11为例，假设C1＝0.2pF，C2＝0.2pF，L＝16nH，及以图7为例，假设C＝0.3pF，L＝5.6nH，由以上数值的元器件组成的谐振电路和匹配电路构成的天线的实测返回损失曲线(实线)与史密斯图曲线(曲线)如图12所示，天线带宽可以大致涵盖Band 1/2/3/7/39/40/41等应用频带，若以-6dB来计算天线的阻抗带宽则约为1,250MHz(1,600～2,850MHz)，换算其带宽百分比则是约为56％。参考图13所示为本实施例天线的实测辐射效率图，在1,600～2,850MHz频段之效率约为-1.2～-3.5dB，由量测所得知数据可知本天线的辐射效能符合实际应用的需求。
图14为上述缝隙天线的实体示意图(未画出电路板的介质层)。
需要说明的是，上述图例中均以缝隙天线同时包括谐振电路和匹配电路为例进行说明，在不包括匹配电路的情况下，上述图例中所述“匹配电路的输出端”均为所述射频电路。
利用上述缝隙天线，可构成双天线系统，双天线系统可以由两个图2、图3或图10所示的缝隙天线组成。如图15所示，两个缝隙天线可以共用一个接地面。两个缝隙天线的谐振电路可以集成设置在一个电路中，两个缝隙天线的匹配电路也可以集成设置在一个电路中。
图15所述的双天线系统，除了可以在不降低辐射效能的情况下减小天线尺寸外，还具有较好的隔离性，从而避免在两个缝隙天线间设置隔离组件，能够进一步减小天线的体积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种缝隙天线，其特征在于，包括：
接地面、设置在所述接地面上的开口缝隙、缝隙馈电线和谐振电路；
其中，所述缝隙馈电线横跨所述缝隙，并且一端与所述接地面相连，另一端与所述谐振电路相连；
所述缝隙天线用于工作在第一谐振频率，所述缝隙天线的长度不超过所述第一谐振频率的五分之一波长，所述缝隙天线的宽度不超过所述缝隙天线长度的50％；
所述谐振电路用于激发所述接地面表面的电流，使得所述接地面成为主要辐射体；所述接地面设置于介质层的下表面，所述谐振电路设置于所述介质层的上表面，所述缝隙馈电线穿过所述介质层。
2.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述谐振电路包括：
串接在所述缝隙馈电线与射频电路之间的第一电容以及电感。
3.根据权利要求2所述的缝隙天线，其特征在于，所述谐振电路还包括：
串接在所述射频电路与所述电感之间的第二电容。
4.根据权利要求3所述的缝隙天线，其特征在于，所述谐振电路还包括：
与所述电感及所述第二电容的公共端相连的第三电容。
5.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述谐振电路包括：
串接在所述缝隙馈电线与射频电路之间的第一电容、以及一端与所述第一电容及所述射频电路的公共端相连，一端接地的第二电容。
6.根据权利要求5所述的缝隙天线，其特征在于，还包括：匹配电路；
所述谐振电路通过所述匹配电路与所述射频电路相连；
所述匹配电路包括：串联在所述射频电路与所述谐振电路的信号馈入端之间的电感。
7.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述缝隙馈电线包括：
两条缝隙馈电线，其中，任意一条缝隙馈电线均横跨所述缝隙，并且一端与所述接地面相连，另一端与所述谐振电路相连。
8.根据权利要求7所述的缝隙天线，其特征在于，所述谐振电路包括：
串接在一条缝隙馈电线与射频电路之间的第一电容和电感、以及一端与所述电感及所述射频电路的公共端相连、一端与另一条缝隙馈电线相连的第二电容。
9.根据权利要求2、3、4或8所述的缝隙天线，其特征在于，还包括：匹配电路；
所述谐振电路通过所述匹配电路与所述射频电路相连；
所述匹配电路包括：串接在所述射频电路及所述谐振电路的信号馈入端之间的电感、以及一端接地、另一端连接在所述谐振电路的信号馈入端与所述电感的公共端的电容。
10.一种终端，其特征在于，包括：权利要求1至9任一项所述的缝隙天线。
11.根据权利要求10所述的终端，其特征在于，所述终端包括两个所述缝隙天线。
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