CN109193129B - 天线系统及终端 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种天线系统及终端，该天线系统包括：第一金属辐射体、第二金属辐射体、第一匹配网络、第二匹配网络、第一射频通路以及第二射频通路；所述第一金属辐射体的末端与所述天线系统的第一馈电点相连，所述第一馈电点通过第一匹配网络与所述第一射频通路相连；所述第二金属辐射体的末端与所述天线系统的第二馈电点相连，所述第二馈电点通过第二匹配网络与所述第二射频通路相连。本公开的天线系统中的两套天线系统之间能够有效的隔离彼此的射频信号，避免了二者之间的相互影响，提升天线系统的辐射效率。

Description

天线系统及终端
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线系统及终端。
背景技术
相关技术中，为了实现更多的功能，终端需增加能够传输更多频段的射频信号的天线，例如，为了提升卫星导航的定位精度，目前增加了1176.45MHz作为第三个民用信号，则终端也需增加能够传输该频段射频信号的天线。但如何在已经布满天线的终端中增加天线，又不对终端中原有的天线造成影响，则是目前亟待解决的问题。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种天线系统及终端。
根据本公开的一个方面，提供了一种天线系统，包括：第一金属辐射体、第二金属辐射体、第一匹配网络、第二匹配网络、第一射频通路以及第二射频通路；所述第一金属辐射体的末端与所述天线系统的第一馈电点相连，所述第一馈电点通过第一匹配网络与所述第一射频通路相连；所述第二金属辐射体的末端与所述天线系统的第二馈电点相连，所述第二馈电点通过第二匹配网络与所述第二射频通路相连。
可选地，所述第一金属辐射体为终端的第一金属边框，所述第二金属辐射体为所述终端的第二金属边框，所述第一金属边框的末端与所述第二金属边框的末端相邻，所述第一金属边框的末端与所述第二金属边框的末端之间具有缝隙。
可选地，所述缝隙宽0.5mm至3mm。
可选地，所述第一金属边框包括横向延长部分以及纵向延长部分，所述横向延长部分以及所述纵向延长部分的总长度为10mm至30mm，所述第二金属边框的长度小于30mm。
可选地，所述第一金属辐射体用于形成GPS L1波段对应的频段的谐振频率、WiFi的2.4GHz频段的谐振频率以及5GHz频段的谐振频率。
可选地，所述第二金属辐射体用于形成GPS L5波段对应的频段的谐振频率。
可选地，所述第一匹配网络包括：第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感；
所述第一电容的第一端与所述第一馈电点相连，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第一电感的第一端相连；所述第一电感的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二电感的第一端以及所述第一射频通路相连，所述第二电感的第二端接地。
可选地，所述第二匹配网络包括：第三电容以及第三电感；所述第三电容的第一端与所述第二馈电点以及所述第三电感的第一端相连，所述第三电容的第二端接地；所述第三电感的第二端与所述第二射频通路相连。
可选地，所述第一金属辐射体形成的谐振频率大于所述第二金属辐射体形成的谐振频率。
根据本公开的第二个方面，提供了一种终端，包括：本公开第一个方面所述的任意一种天线系统。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例的天线系统，使用两个匹配网络以及两个射频通路分别与第一金属辐射体以及第二金属辐射体相连，形成两套天线系统，该两套天线系统之间能够有效的隔离彼此的射频信号，避免了二者之间的相互影响，提升天线系统的辐射效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种天线系统的示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的第一匹配网络的示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的第二匹配网络的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的天线系统1在史密斯圆图上的轨迹示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的第二匹配网络的方向传输系数示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的天线系统1的回波损耗性能曲线图。
图7是根据一示例性实施例示出的天线系统2的回波损耗性能曲线图。
图8是根据一示例性实施例示出的通过第一匹配网络以及第二匹配网络进行匹配之前的天线系统1与天线系统2之间的隔离度随频率变化的曲线图。
图9是根据一示例性实施例示出的通过第一匹配网络以及第二匹配网络匹配后的天线系统1与天线系统2之间的隔离度随频率变化的曲线图。
图10是根据一示例性实施例示出的天线系统的效率曲线图。
图11是根据一示例性实施例示出的一种终端的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种天线系统的示意图。如图1所示，该天线系统包括：
第一金属辐射体11、第二金属辐射体12、第一匹配网络、第二匹配网络、第一射频通路以及第二射频通路；
如图1所示，第一金属辐射体11的末端与天线系统的第一馈电点13相连，第一馈电点13通过第一匹配网络与第一射频通路相连；
第二金属辐射体12的末端与天线系统的第二馈电点14相连，第二馈电点14通过第二匹配网络与第二射频通路相连。
在一种可实现方式中，上述天线系统可设置于终端中，为了充分利用终端的金属边框良好的辐射能力，可利用终端的部分金属边框作为上述第一金属辐射体以及第二金属辐射体。
上述天线系统可分为天线系统1以及天线系统2两套天线系统，其中，天线系统1可包括第一金属辐射体以及该天线系统主地，第一辐射体的首端(与末端相反的另一端)与天线系统1的主地连接，天线系统2可包括第二金属辐射体以及该天线系统的主地，第二辐射体的首端(与末端相反的另一端)与天线系统2的主地连接，其中，天线系统的主地可包括终端的部分金属后壳以及终端的金属中框等，天线系统1以及天线系统2可共用同一主地。
如图1所示，其中，区域15为天线系统中的非金属材质的缝隙和/或断裂点，该缝隙或断裂点例如可为1.5mm。上述第一射频通路以及第二射频通路可以是用于进行射频信号处理以及信号传输的链路，该链路可包括多个电子元器件，例如，可包括低噪声放大器、选择开关、功率放大器以及射频收发器等中的一种或多种。
在一种可实现方式中，第一匹配网络与第二匹配网络可为具有不同结构的LC电路，以使得天线系统1以及天线系统2分别可以覆盖不同的频段。
本公开实施例的天线系统，使用两个匹配网络以及两个射频通路分别与第一金属辐射体以及第二金属辐射体相连，形成两套天线系统，该两套天线系统之间能够有效的隔离彼此的射频信号，避免了二者之间的相互影响，提升天线系统的辐射效率。
在一种可实现方式中，如图1所示，上述天线系统可应用于一终端中，基于此，第一金属辐射体可为终端的第一金属边框，第二金属辐射体可为终端的第二金属边框，第一金属边框的末端与第二金属边框的末端相邻，第一金属边框的末端与第二金属边框的末端之间具有缝隙，由于第一馈电点与第一金属辐射体的末端相连，第二馈电点与第二金属辐射体的末端相连，在本实施例中，第一馈电点与第二馈电点之间的距离较近，故可提高第一馈电点所属的天线系统1与第二馈电点所属的天线系统2之间的隔离性，以尽量降低二者之间的相互影响。
在一种可实现方式中，上述第一金属边框与上述第二金属边框之间的缝隙的宽度可为0.5mm至3mm。该缝隙越宽，则两天线系统之间的隔离性越好，但该缝隙越宽则终端的尺寸也相应越大，故该缝隙的宽度可根据实际需求进行设定。
在一种可实现方式中，如图1所示，第一金属边框可包括横向延长部分(例如沿终端短边延长的部分)以及纵向延长部分(例如沿终端长边延长的部分)，该横向延长部分以及纵向延长部分需要使得GPS L5波段的相应频点以及WIFI 5G频段的相应频点能落在史密斯圆图的感性区，WIFI 2.4G频段的相应频点能落在史密斯圆图的容性区。此时通过匹配网络1的容感值的调整，即可实现三个频段的对应谐振。考虑实际终端设计时，金属边框及非金属材料填充缝隙的差异，根据天线波长原理，所述横向延长部分以及所述纵向延长部分的总长度可为10至30mm。在天线系统1以及天线系统2的两个馈电点距离较近的情况下，会导致两天线系统之间的隔离性较差，为了避免这种情况，可合理地缩短天线系统2中第二金属边框的长度，结合第二匹配网络的等效低通滤波器的作用来解决。通常，如果需形成1.2GHz频段的谐振频率，金属辐射体的有效长度为四分之一波长，约为60mm，在本实施例中，将第二金属辐射体的长度设置为小于30mm，可使得1.2GHz的频点落在史密斯圆图(是在反射系散平面上标绘有归一化输入阻抗(或导纳)等值圆族的计算图)上的第一象限，同样通过第二匹配网络可将天线系统2匹配到史密斯圆图上50欧姆附近的区域。
在一种可实现方式中，考虑到GPS(Global Positioning System，全球定位系统)L5波段对应的频段的实际频段带宽窄，可将第二金属边框的长度设置的相应短一些，例如，可将第二金属边框的长度设置为12mm。
在另一种可实现方式中，考虑到天线系统的带宽和天线传输效率等性能，可以在12mm的基础上适当增加第二金属边框的长度，例如，将第二金属边框的长度设置为30mm。
在一种可实现方式中，上述第一金属辐射体可用于形成GPS L1波段对应的频段的谐振频率、WiFi的2.4GHz频段的谐振频率以及5GHz频段的谐振频率，相应的，上述第一射频通路可为GPS L1波段对应的频段、WiFi 2.4频段以及5GHz频段的三合一射频通路，可用于处理以及传输这些频段的射频信号。
在一种可实现方式中，上述第二金属辐射体可用于形成GPS L5波段对应的频段的谐振频率，相应的，上述第二射频通路可为GPS L5波段对应的频段的射频通路，可用于处理以及传输该频段的射频信号。在本实施例中，充分的利用了金属边框的优异辐射能力，单独使用一个射频通路来传输新增的GPS L5频段的射频信号，与该射频通路相连的第二匹配网络既能充当匹配的作用，也能作为一个低通滤波器来隔离原有三合一天线的射频信号，以实现大幅提升两天线系统之间的隔离度，在保证原有的三频段天线系统的性能不下降的基础上，提升了GPS L5的辐射效率，系统隔离度也得到保障。
图2是根据一示例性实施例示出的第一匹配网络的示意图，如图2所示，该第一匹配网络可包括如下组成部分：
第一电容21、第二电容22、第一电感23以及第二电感24；
第一电容21的第一端与第一馈电点13相连，第一电容21的第二端与第二电容22的第一端以及第一电感23的第一端相连；
第一电感23的第二端与第二电容22的第二端、第二电感24的第一端以及第一射频通路25相连，第二电感24的第二端接地。该第一匹配网络可将天线系统1的GPS L1波段对应的频段、WiFi 2.4GHz以及WiFi 5GHz匹配到史密斯圆图中的50欧姆区域附近，以激励该三个频段的谐振频率。
图3是根据一示例性实施例示出的第二匹配网络的示意图，如图3所示，该第二匹配网络可包括：第三电容31以及第三电感32；第三电容31的第一端与第二馈电点14以及第三电感32的第一端相连，第三电容31的第二端接地；第三电感32的第二端与第二射频通路相连33。该第二匹配网络可将GPS L5波段对应的频段匹配到史密斯圆图中50欧姆区域附近，以激励该频段的谐振频率，如图4所示，曲线A为天线系统1不加任何匹配网络时，在史密斯圆图上的轨迹，其中，mark1点为GPS L5波段的中心频率，曲线B为第二匹配网络对mark1点所起到的匹配作用。该第二匹配网络还可作为一个低通滤波器，图5是根据一示例性实施例示出的第二匹配网络的方向传输系数示意图，如图5所示，在GPS L1波段对应的频段的中心频点处有16dB以上的插入损耗，在WiFi 2.4GHz以及WiFi 5GHz频段范围内的插入损耗更高，故基于第二匹配网络，天线系统2可有效隔离天线系统1的射频信号。
上述第二匹配网络还可以采用更加复杂的滤波器网络，例如，并联电感、串联电容、并联电容、串联电感的选频器，或针对天线系统2的陷波器等中的任意一种。在一种可实现方式中，在一个终端中，天线系统2可用于传输最低频频段的射频信号，天线系统1可用于传输其余高频频段的射频信号，例如，天线系统2覆盖GPS L1波段对应的频段，天线系统1覆盖蜂窝移动通信网络的中、高常用频段(1.71GHz-2.69GHz)。
上述天线系统1以及天线系统2，分别可实现图6和图7所示的天线系统回波损耗性能。图8为通过第一匹配网络以及第二匹配网络进行匹配之前的天线系统1与天线系统2之间的隔离度随频率变化的曲线图，通过图8可见，两天线系统之间的隔离度性能较差，最差的频点隔离度只有-2.44dB。图9为通过第一匹配网络以及第二匹配网络匹配后的天线系统1与天线系统2之间的隔离度随频率变化的曲线图，通过图9可见，匹配后的两天线系统之间的隔离度可达-14.34dB，有11.9dB的大幅提升。
图10是根据一示例性实施例示出的天线系统的效率曲线图，如图10所示，该天线系统的在各频段的效率均可满足现有移动终端天线的常规标准。经过实际测试，上述天线系统能有效的提高定位精度，尤其是在带有桥梁的城市道路和高楼林立的不开阔环境下，定位和获取行动轨迹的准确性具有明显的提升。本公开实施例的天线系统中的天线系统2的尺寸较小，在而GPS L5波段的效率较高，对其余三个频段的天线的影响较小，且由于使用单独的第二匹配网络以及第二射频通路，使得射频通路的损耗会更小；另一方面使得其余三个频段的天线的调试更加独立灵活，可解决四频天线调试某一频段会影响另外三个频段频偏的问题。
本公开还提供了一种终端，该终端可包括上述任意一种天线系统，该终端例如智能移动终端或者内置其他包含定位以及WiFi用途的智能设备。
图11是根据一示例性实施例示出的一种终端的框图。例如，终端800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。
参照图11，终端800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(I/O)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
处理组件802通常控制终端800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在终端800的操作。这些数据的示例包括用于在终端800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件806为终端800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端800生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件808包括在所述终端800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当终端800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当终端800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为终端800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到终端800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为终端800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测终端800或终端800一个组件的位置改变，用户与终端800接触的存在或不存在，终端800方位或加速/减速和终端800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件816被配置为便于终端800和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端800可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，终端800可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、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公开的一般性原理并包括本公开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，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开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。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：
第一金属辐射体、第二金属辐射体、第一匹配网络、第二匹配网络、第一射频通路以及第二射频通路；
所述第一金属辐射体的末端与所述天线系统的第一馈电点相连，所述第一馈电点通过第一匹配网络与所述第一射频通路相连；
所述第二金属辐射体的末端与所述天线系统的第二馈电点相连，所述第二馈电点通过第二匹配网络与所述第二射频通路相连；
所述第一金属辐射体用于形成全球定位系统GPS L1波段对应的频段的谐振频率、WiFi的2.4GHz频段的谐振频率以及5GHz频段的谐振频率，所述第一匹配网络的容感值可调，用于实现GPS L1波段对应的频段的谐振频率、WiFi的2.4GHz频段的谐振频率以及5GHz频段的谐振频率；所述第二金属辐射体用于形成GPS L5波段对应的谐振频率，所述第二匹配网络用于作为低通滤波器，以隔离所述第一金属辐射体发出的信号；
所述第一金属辐射体为终端的第一金属边框，所述第二金属辐射体为所述终端的第二金属边框，所述第一金属边框的末端与所述第二金属边框的末端相邻，所述第一金属边框的末端与所述第二金属边框的末端之间具有缝隙，所述第一金属辐射体的首端与所述天线系统的主地连接，所述第二金属辐射体的首端与所述主地连接，所述主地为所述终端的部分金属后壳和所述终端的金属中框。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述缝隙宽0.5mm至3mm。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一金属边框包括横向延长部分以及纵向延长部分，所述横向延长部分以及所述纵向延长部分的总长度为10mm至30mm，所述第二金属边框的长度小于30mm。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二金属辐射体用于形成GPS L5波段对应的频段的谐振频率。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一匹配网络包括：
第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感；
所述第一电容的第一端与所述第一馈电点相连，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第一端以及所述第一电感的第一端相连；
所述第一电感的第二端与所述第二电容的第二端、所述第二电感的第一端以及所述第一射频通路相连，所述第二电感的第二端接地。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二匹配网络包括：
第三电容以及第三电感；
所述第三电容的第一端与所述第二馈电点以及所述第三电感的第一端相连，所述第三电容的第二端接地；
所述第三电感的第二端与所述第二射频通路相连。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一金属辐射体形成的谐振频率大于所述第二金属辐射体形成的谐振频率。
8.一种终端，其特征在于，包括：
权利要求1至7任一项所述的天线系统。
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