CN108808222B - 天线系统及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种天线系统及电子设备。天线系统包括第一天线、第二天线及射频信号源。射频信号源与第一天线及第二天线电性连接，用于为第一天线及第二天线提供射频信号。第一天线包括第一金属边框，第二天线包括第二金属边框，第一金属边框及第二金属边框设置在金属地板的同一侧，第一金属边框及第二金属边框之间设置有用于拓宽第一天线带宽的耦合缝隙。由此，在不增加天线面积和设备空间的情况下，设置了两个天线，并拓宽了第一天线的带宽。

Description

天线系统及电子设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种天线系统及电子设备。
背景技术
为了提高用户体验度及用户下载速率，目前主要在移动终端上使用CA(CarrierAggregation，载波聚合)、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)及MIMO+CA技术以拓宽带宽和增加频段复用率。对于移动终端而言，面临的主要问题是如何在有限的空间内覆盖更宽的频带及增加天线的数量。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明实施例的目的在于提供一种天线系统及电子设备，其能够在不增加天线面积和设备空间的情况下，设置了第一天线及第二天线，并拓宽了第一天线的带宽。
本发明实施例提供一种天线系统，所述天线系统包括第一天线、第二天线及射频信号源，
所述射频信号源与所述第一天线及所述第二天线电性连接，用于为所述第一天线及所述第二天线提供射频信号；
所述第一天线包括第一金属边框，所述第二天线包括第二金属边框，所述第一金属边框及所述第二金属边框设置在金属地板的同一侧，所述第一金属边框及所述第二金属边框之间设置有用于拓宽所述第一天线带宽的耦合缝隙。
可选地，在本发明实施例中，所述第一天线还包括第一匹配网络，所述射频信号源包括第一射频信号源，
所述第一匹配网络一端与所述第一射频信号源电性连接，另一端电性连接于所述第一金属边框的两端之间。
可选地，在本发明实施例中，所述第一天线还包括天线开关，
所述天线开关与所述第一金属边框及所述金属地板连接，用于调谐所述第一天线的谐振频率。
可选地，在本发明实施例中，所述第二天线还包括第二匹配网络、耦合枝节及连筋位，所述射频信号源还包括第二射频信号源，
所述第二匹配网络一端与所述第二射频信号源电性连接，另一端与所述耦合枝节连接，其中，所述耦合枝节设置在所述第二金属边框与所述金属地板之间；
所述连筋位一端连接于所述第二金属边框的两端之间，另一端与所述金属地板连接，其中，所述连筋位与所述第二金属边框的连接处靠近所述耦合缝隙，所述耦合枝节设置在所述连筋位远离所述耦合缝隙的一侧。
可选地，在本发明实施例中，所述第二天线还包括第二匹配网络及连筋位，所述射频信号源还包括第二射频信号源，
所述第二匹配网络一端与所述第二射频信号源电性连接，另一端连接于所述第二金属边框的两端之间；
所述连筋位一端连接于所述第二金属边框的两端之间，另一端与所述金属地板连接，其中，所述连筋位与所述第二金属边框的连接处靠近所述耦合缝隙，所述第二匹配网络与所述第二金属边框的连接处位于所述连筋位远离所述耦合缝隙的一侧。
可选地，在本发明实施例中，所述连筋位的宽度范围为4～5mm，和/或，所述连筋位的厚度范围为5～6mm。
可选地，在本发明实施例中，所述连筋位中设置有开槽，
所述开槽用于容置其他器件。
可选地，在本发明实施例中，所述耦合缝隙的宽度为0.4～0.5mm。
可选地，在本发明实施例中，所述第一天线的数量和所述第二天线的数量均为两个，
两个所述第一天线以镜像方式设置在所述金属地板相对的两侧；
两个所述第二天线以与两个所述第一天线相同的方式设置在所述金属地板相对的两侧。
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括所述的天线系统。
相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种天线系统及电子设备。所述天线系统包括第一天线、第二天线及射频信号源。所述射频信号源与所述第一天线及所述第二天线电性连接以向所述第一天线及所述第二天线提供射频信号。其中，所述第一天线包括第一金属边框，所述第二天线包括第二金属边框，所述第一金属边框及所述第二金属边框设置在金属地板的同一侧，并且，所述第一金属边框及所述第二金属边框之间设置有耦合缝隙，该耦合缝隙用于拓宽所述第一天线的带宽。由此，在不增加天线面积和设备空间的情况下，设置了第一天线及第二天线，并拓宽了第一天线的带宽。
进一步地，所述第二天线还包括连筋位，该连筋位可增加所述第一天线与所述第二天线的隔离度。并且，通过所述连筋位与所述耦合缝隙的配合可进一步拓宽所述第一天线的带宽。
为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明实施例提供的天线系统的结构示意图之一。
图2是本发明实施例提供的天线系统的结构示意图之二。
图3是本发明实施例提供的天线系统的结构示意图之三。
图4是本发明实施例提供的天线系统的结构示意图之四。
图标：100-天线系统；110-第一天线；111-第一金属边框；1111-第一端；1112-第二端；113-第一匹配网络；115-天线开关；120-第二天线；121-第二金属边框；1211-第三端；1212-第四端；123-第二匹配网络；125-连筋位；1251-开槽；127-耦合枝节；130-耦合缝隙；141-第一射频信号源；142-第二射频信号源；150-金属地板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请发明人提出本申请实施例中的技术方案之前，保证天线间隔离度的设置方式通常会增加电子设备的尺寸或设计复杂。比如，目前支持4×4MIMO电子设备的天线实现方式为：增加主天线和MIMO天线间的距离来保证良好的隔离度；在金属地板开槽或者引入去耦网络来提高天线的隔离度。
而拓宽天线带宽的方式有：增加天线辐射体枝节产生新的谐振频率，比如，在天线支架上印刷LDS(Laser Direct Structuring，激光直接成型)天线；利用天线开关切换不同的谐振状态，所有状态组合成宽频带。但是，LDS天线需要保证与金属地板间隔一定的空间才能达到良好的辐射性能，不利于电子设备轻薄设计理念。而利用天线开关切换谐振状态，每种状态仅能单独存在，带宽仅能覆盖单一频段，满足不了宽带。
针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得到的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的天线系统100的结构示意图之一。所述天线系统100包括第一天线110、第二天线120及与所述第一天线110和所述第二天线120电性连接以为所述第一天线110和所述第二天线120提供射频信号的射频信号源。所述第一天线110包括第一金属边框111，所述第二天线120包括第二金属边框121，所述第一金属边框111与所述第二金属边框121设置在金属地板150的同一侧，所述第一金属边框111与所述第二金属边框121之间设置有用于构造所述第一天线110新的谐振模式的耦合缝隙130。由此，在不增加天线面积和设备空间的情况下，设置了第一天线110及第二天线120，并拓宽了所述第一天线110的带宽。
可选地，由图1可看出，所述第一金属边框111与所述第二金属边框121属于一金属边框，在与金属地板150分离的该金属边框上通过增加所述耦合缝隙130得到分离的所述第一金属边框111及所述第二金属边框121，所述第一天线110及所述第二天线120位于所述耦合缝隙130的两侧。可选地，在本实施例的一种实施方式中，所述耦合缝隙130的宽度为0.4～0.5mm。
在本实施例中，所述第一天线110还包括第一匹配网络113，所述射频信号源包括第一射频信号源141。所述第一匹配网络113的一端与所述第一射频信号源141电性连接，所述第一匹配网络113的另一端电性连接于所述第一金属边框111的两端之间，由此所述第一射频信号源141通过所述第一匹配网络113与所述第一金属边框111连接，以为所述第一天线110提供射频信号。由于所述第一匹配网络113电性连接于所述第一金属边框111的两端之间，并且所述第一金属边框111与所述第二金属边框121之间设置有耦合缝隙130，由此所述第一天线110可产生两种谐振频率，从而拓宽了所述第一天线110的带宽。
在本实施例中，所述第一天线110还可以包括天线开关115。所述天线开关115与所述第一金属边框111及所述金属地板150连接，用于调谐所述第一天线110的谐振频率。其中，所述天线开关115通过与所述金属地板150电性连接实现接地。可选地，所述天线开关115与所述第一金属边框111的连接处位于所述第一金属边框111的两端之间。
在本实施例中，所述第二天线120还可以包括第二匹配网络123、连筋位125及耦合枝节127，所述射频信号源还可以包括第二射频信号源142。所述第二匹配网络123的一端与所述第二射频信号源142电性连接，所述第二匹配网络123的另一端与所述耦合枝节127连接。其中，所述耦合枝节127设置在所述第二金属边框121与所述金属地板150之间。
所述连筋位125一端连接于所述第二金属边框121的两端之间，另一端与所述金属地板150连接。所述连筋位125用于增加所述第一天线110与所述第二天线120的隔离度，并通过与所述耦合缝隙130的配合进一步拓宽所述第一天线110的带宽。其中，所述连筋位125为金属连筋位。所述连筋位125与所述第二金属边框121的连接处靠近所述耦合缝隙130，所述耦合枝节127设置在所述连筋位125远离所述耦合缝隙130的一侧。
其中，所述第二金属边框121的两端分别为第三端1211及第四端1212，所述第三端1211靠近所述耦合缝隙130。在所述第二金属边框121与所述金属地板150之间的空隙内，所述耦合枝节127可以朝向所述第三端1211延伸，也可以朝向所述第四端1212延伸，具体延伸方向可以根据实际情况确定。
在本实施例中，第一金属边框111、第一匹配网络113及金属地板150构成缝隙天线，产生第一谐振频率f1，通过天线开关115切换不同状态可以使得第一谐振频率f1工作带宽覆盖在617～960MHz。耦合缝隙130可以改变第一金属边框111的电流分布，构成一种新的谐振模式，产生第二谐振频率f2。并且，第一匹配网络113、耦合缝隙130、连筋位125、金属地板150及第一匹配网络113和连筋位125之间的金属边框部分构成另一种新的谐振模式，即，等效于在第一天线110的第一金属边框111上加载耦合缝隙130构造耦合电容，耦合电容与连筋位125的等效电感构成复合型谐振天线，产生第三谐振频率f3，f2+f3工作带宽覆盖在1710～2690MHz。由此，所述第一天线110覆盖LTE(Long Term Evolution，长期演进)全频段。并且，所述第一天线110通过构造新的谐振模式产生第三谐振频率f3，工作带宽覆盖了LTE全频段，有效地缩短了天线的尺寸。
所述第一金属边框111包括两端，分别为第一端1111及第二端1112，其中，所述第一端1111远离所述耦合缝隙130，所述第二端1112靠近所述耦合缝隙130。在所述第一射频信号源141的射频信号经第一匹配网络113在所述第一金属边框111朝向所述第一端1111进行信号传输时，可得到第一谐振频率f1。在所述第一射频信号源141的射频信号经第一匹配网络113在所述第一金属边框111朝向所述第二端1112进行信号传输，可到第二谐振频率f2。所述第一射频信号源141的射频信号经所述第一匹配网络113传输到所述第一金属边框111的第二端1112上后，在耦合激励作用下通过所述连筋位125在靠近所述耦合缝隙130的金属边框上可得到第三谐振频率f3。
所述第二金属边框121、金属连筋位125、耦合枝节127及金属地板150构成IFA天线，从而产生第四谐振频率f4和第五谐振频率f5，f4+f5工作带宽覆盖在1710～2690MHz。
所述第二天线120使用耦合馈电方式，可以有效抑制所述第一天线110的耦合电流导入所述第二天线120的第二射频信号源142，进一步提高了两天线的隔离度。并且，耦合馈电方式可以使得天线本体不直接接触匹配网络器件，即所述第二金属边框121与所述第二匹配网络123不直接接触，大大降低了TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)的失效概率。
可选地，所述匹配网络(包括第一匹配网络113及第二匹配网络123)的组成方式可以是，但不限于，由并联电感和串联电容组成、由串联电感和并联电容组成或者单独的电容和电感组成等。
在所述天线系统100中，第一天线110可以产生第一谐振频率f1及第二谐振频率f2，并通过与所述第二天线120的部分器件(比如，连筋位125)的配合产生第三谐振频率f3。所述第二天线120则产生两个相近的谐振驻波f4和f5。其中，f2+f3与f4+f5组成MIMO架构。由此可以明显看出，所述天线系统100在不增加天线面积和设备空间的情况下，通过在天线金属边框上增加耦合缝隙130，并通过所述第一天线110与所述第二天线120的配合，构造出新的谐振模式实现了主天线覆盖617～960MHz、1710～2690MHz，MIMO天线覆盖1710～2690MHz。因此，所述天线系统100具有多频段、宽频带的特点。
在本实施例中，所述连筋位125对提升两天线的隔离度起关键作用。如图1所示，所述连筋位125在x方向越宽，即宽度越宽，天线间的隔离度越好；同样地，所述连筋位125在z方向越厚，即厚度越厚，天线间的隔离度就越好。连筋位125在x方向的宽度与在z方向上的厚度对隔离度作用一致。其中，z方向与x方向及y方向构成的平面垂直，x方向为所述金属地板150的宽度方向，y方向为所述金属地板150的长度方向，z方向为所述金属地板150的厚度方向。
可选地，所述连筋位125在图1中x方向的宽度在4～5mm内，和/或，所述连筋位125在图1中z方向的厚度在5～6mm内。按照上述范围设置所述连筋位125的尺寸，可进一步保证天线间的隔离度。
可选地，可以增加所述连筋位125在z方向上的厚度，减小在x方向上的宽度，由此可以在保证天线间的隔离度时，减小天线尺寸。
请参照图2，图2是本发明实施例提供的天线系统100的结构示意图之二。在本实施例的一种实施方式中，所述连筋位125中还可以设置有一开槽1251，也就是说，在保持所述连筋位125宽度不变的基础上，将中间部分去除，由此，既不影响连筋位125的作用，还可以在所述开槽1251处容置其他器件，比如，将MIC、耳机等器件放置在所述开槽1251处，由此可充分利用设备空间。
请参照图3，图3是本发明实施例提供的天线系统100的结构示意图之三。与上述实施例不同的是，在本实施例的另一种实施方式中，所述第二天线120采用直接馈电方式。所述第二天线120还包括第二匹配网络123及连筋位125，所述射频信号源还包括第二射频信号源142。所述第二匹配网络123一端与所述第二射频信号源142电性连接，另一端连接于所述第二金属边框121的两端之间。所述连筋位125一端连接于所述第二金属边框121的两端之间，另一端与所述金属地板150连接。关于所述连筋位125的作用描述可以参照上文。其中，所述连筋位125与所述第二金属边框121的连接处靠近所述耦合缝隙130，所述第二匹配网络123与所述第二金属边框121的连接处位于所述连筋位125远离所述耦合缝隙130的一侧。
在图3所示的天线系统100中，所述第二天线120可以使用直接馈电方式，通过调节所述第二匹配网络123产生两个谐振模式覆盖1710～2690MHz，由此在减少天线结构件，不使用耦合枝节127时，同样使得所述天线系统100具有多频段、宽频带的特点。
请参照图4，图4是本发明实施例提供的天线系统100的结构示意图之四。在本实施例的一种实施方式中，所述第一天线110的数量为两个，两个所述第一天线110以镜像方式设置在所述金属地板150相对的两侧，使得所述第一天线110与其镜像天线组成2×2MIMO架构。
在本实施例的另一种实施方式中，所述第二天线120的数量为两个，两个所述第二天线120以镜像方式设置在所述金属地板150相对的两侧，使得所述第二天线120与其镜像天线组成2×2MIMO架构。
在本实施例的另一种实施方式中，所述第一天线110的数量及所述第二天线120的数量均为两个。两个所述第一天线110以镜像方式设置在所述金属地板150相对的两侧，两个所述第二天线120以与两个所述第一天线110相同的方式设置在所述金属地板150相对的两侧。由此，第一天线110、第二天线120及其对应的镜像天线组成4×4MIMO架构。
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括所述的天线系统100。所述电子设备可以是，但不限于，智能手机、平板电脑等。
综上所述，本发明实施例提供一种天线系统及电子设备。所述天线系统包括第一天线、第二天线及射频信号源。所述射频信号源与所述第一天线及所述第二天线电性连接以向所述第一天线及所述第二天线提供射频信号。其中，所述第一天线包括第一金属边框，所述第二天线包括第二金属边框，所述第一金属边框及所述第二金属边框设置在金属地板的同一侧，并且，所述第一金属边框及所述第二金属边框之间设置有耦合缝隙，该耦合缝隙用于拓宽所述第一天线的带宽。由此，设置了两个天线，并拓宽了第一天线的带宽。
进一步地，所述第二天线还包括连筋位，该连筋位可增加所述第一天线与所述第二天线的隔离度。并且，通过所述连筋位与所述耦合缝隙的配合可进一步拓宽所述第一天线的带宽。
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 (9)

1.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统包括第一天线、第二天线及射频信号源，
所述射频信号源与所述第一天线及所述第二天线电性连接，用于为所述第一天线及所述第二天线提供射频信号；
所述第一天线包括第一金属边框和第一匹配网络，所述射频信号源包括第一射频信号源，所述第一匹配网络一端与所述第一射频信号源电性连接，另一端电性连接于所述第一金属边框的两端之间；所述第二天线包括第二金属边框和连筋位，所述第一金属边框及所述第二金属边框设置在金属地板的同一侧，所述第一金属边框及所述第二金属边框之间设置有用于拓宽所述第一天线带宽的耦合缝隙；所述连筋位一端连接于所述第二金属边框的两端之间，另一端与所述金属地板连接，其中，所述连筋位与所述第二金属边框的连接处靠近所述耦合缝隙；
所述第一金属边框、所述第一匹配网络及所述金属地板构成缝隙天线，以产生第一谐振频率；
所述耦合缝隙用于改变所述第一金属边框的电流分布，以产生第二谐振频率；
所述耦合缝隙还用于在所述第一天线的所述第一金属边框上构造耦合电容，所述耦合电容与所述连筋位的等效电感构成复合型谐振天线，以产生第三谐振频率。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线还包括天线开关，
所述天线开关与所述第一金属边框及所述金属地板连接，用于调谐所述第一天线的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线还包括第二匹配网络和耦合枝节，所述射频信号源还包括第二射频信号源，
所述第二匹配网络一端与所述第二射频信号源电性连接，另一端与所述耦合枝节连接，其中，所述耦合枝节设置在所述第二金属边框与所述金属地板之间；
所述耦合枝节设置在所述连筋位远离所述耦合缝隙的一侧。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线还包括第二匹配网络，所述射频信号源还包括第二射频信号源，
所述第二匹配网络一端与所述第二射频信号源电性连接，另一端连接于所述第二金属边框的两端之间；
所述第二匹配网络与所述第二金属边框的连接处位于所述连筋位远离所述耦合缝隙的一侧。
5.根据权利要求3或4所述的天线系统，其特征在于，所述连筋位的宽度范围为4～5mm，和/或，所述连筋位的厚度范围为5～6mm。
6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，所述连筋位中设置有开槽，
所述开槽用于容置其他器件。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述耦合缝隙的宽度为0.4～0.5mm。
8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线的数量和所述第二天线的数量均为两个，
两个所述第一天线以镜像方式设置在所述金属地板相对的两侧；
两个所述第二天线以与两个所述第一天线相同的方式设置在所述金属地板相对的两侧。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-8中任意一项所述的天线系统。
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