CN109273841B - 天线以及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线以及终端设备，该天线包括：折叠单极辐射器、馈电端口、至少一个可变匹配网络，馈电端口的一端与折叠单极辐射器一端连接，馈电端口的另一端接地，折叠单极辐射器的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地，至少一个可变匹配网络用于天线端口的阻抗匹配和天线的孔径调谐。本发明的天线能够产生较小的电器长度，扩展频率可调范围，并提高了天线的辐射性能。

Description

天线以及终端设备

技术领域

本公开涉及通信技术，尤其涉及一种天线以及终端设备。

背景技术

随着智能通信设备的快速发展，智能设备的尺寸越来越小，厚度越来越薄，于是，对智能通信设备中的天线的设计要求越来越高。

在用于智能无线通信设备的多频带天线设计中，减小天线尺寸的同时，仍然保持令人满意的辐射特性，这对于低频带操作频率来说，是不容易实现的，由于其中谐振电气尺寸变得太小而不能产生理想的辐射性能。现有技术中，该问题的一种解决方案是使用多种加载技术，曲折天线结构等；另一种技术包括使用超材料或左手材料，来实现比先前的天线设计更新颖的具有电磁和电路特性的辐射结构，利用这一概念可以产生所需的辐射性能。

但通常需要使用大尺寸天线，而带宽性能也有限，并且，当多频带操作时，频率可调范围也是有限的。

发明内容

本发明实施例提供一种天线以及终端设备，用于小尺寸天线带宽有限的问题以及多频带操作时，频率可调范围有限的问题。

第一方面，本发明提供一种一种天线，包括：

折叠单极辐射器、馈电端口、至少一个可变匹配网络；

所述馈电端口的一端与所述折叠单极辐射器一端连接，所述馈电端口的另一端接地；

所述折叠单极辐射器的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地；

所述至少一个可变匹配网络用于所述天线端口的阻抗匹配和所述天线的孔径调谐。

进一步地，所述折叠单极辐射器包括交叉指型部分、电容组件、电感组件和固定匹配网络；所述交叉指型部分与所述电容组件串联后，并联所述电感组件两端；

所述交叉指型部分与所述电感组件连接的一端接地，所述电容组件与所述电感组件连接的一端与所述固定匹配网络的一端连接，所述固定匹配网络的另一端与所述馈电端口连接。

在一种具体的实现方式中，所述至少一个可变匹配网络包括第一可变匹配网络和第二可变匹配网络。

在一种具体的实现方式中，每个可变匹配网络由电容和电感组成。

在一种具体的实现方式中，所述电感为可变阻抗电感。

进一步地，每个可变匹配网络包括一个电容和一个电感；其中，所述电容和所述电感之间为串联连接或者并联连接。

在一种具体的实现方式中，所述电容组件中的电容的电容值为0.3pF。

第二方面，本发明提供一种终端设备，包括：第一方面所述的天线。

在一种具体的实现方式中，所述天线与所述终端设备的前置摄像头、耳机插孔、扬声器、后置摄像头中的一种或几种器件集成。

本发明实施例提供的天线以及终端设备，天线包括折叠单极辐射器、馈电端口、至少一个可变匹配网络，馈电端口的一端与所述折叠单极辐射器一端连接，馈电端口的另一端接地，折叠单极辐射器的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地，至少一个可变匹配网络用于天线端口的阻抗匹配和所述天线的孔径调谐，本发明的天线能够产生较小的电器长度，扩展频率可调范围，并提高了天线的辐射性能。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中天线设计的说明性示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例一的结构示意图；

图3-a为一示例性实施例示出的可变匹配网络的结构示意图一；

图3-b为一示例性实施例示出的可变匹配网络的结构示意图二；

图4是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例二的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例三的结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种天线以及终端设备实施例的结构示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图一；

图8是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图二；

图9是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图三；

图10是根据一示例性实施例示出的一种终端设备1200的框图。

附图标记说明：

F：馈电端口；

G：地线；

M：匹配网络；

C：电容组件；

M2：电感组件；

M1：固定匹配网络；

I1：交叉指型部分；

VM1：可变匹配网络；

VM2：可变匹配网络

G1：地线；

G2：地线；

C1：电容；

L1：电感；

C2：电容；

L2：电感。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在用于智能无线通信设备的多频带天线设计中，需要减小天线尺寸并且仍然保持较好的辐射特性，但是对于低频带操作频率来说，变得更不容易实现，由于其中谐振电气尺寸变得太小而不能产生可接受的辐射性能，如图1所示，天线一端接地G，另一端与馈电端口F连接后接地，该天线还包括匹配网络M。图1为现有技术中天线设计的说明性示意图。在现有技术中，该问题的一个解决方案是使用各种加载技术，曲折的天线结构等，另一种技术包括使用超材料或左手材料概念来实现与相较于先前的天线设计更新颖的电磁和电路特性的辐射结构，通过以上方案可以产生所需的辐射性能，但通常需要使用大尺寸的天线，并且带宽性能有限，另一个限制是当需要多频带操作时的频率可调范围也有限。

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供的一种天线以及终端设备，能够产生较小的电器长度，扩展频率可调范围，提高辐射性能，下面通过几个具体实施例对该方案进行详细说明。

图2是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例一的结构示意图，如图2所示，该天线10，包括：

折叠单极辐射器11、馈电端口12、至少一个可变匹配网络13。

所述馈电端口12的一端与所述折叠单极辐射器11一端连接，所述馈电端口12的另一端接地，馈电端口用于给天线供电。

所述折叠单极辐射器11的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地，所述至少一个可变匹配网络用于所述天线馈电端口的阻抗匹配和所述天线的孔径调谐。

在上述方案中，应理解，折叠单极辐射器11耦合到馈电端口12和两个连接有可变匹配网络的接地端口。

在一种具体的实施方式中，所述至少一个可变匹配网络包括第一可变匹配网络和第二可变匹配网络，且每个可变匹配网络由电容和电感组成，具体的，所述电感为可变阻抗电感。

在一种具体的实施方式中，图3-a为一示例性实施例示出的可变匹配网络的结构示意图一，图3-b为一示例性实施例示出的可变匹配网络的结构示意图二，每个可变匹配网络包括一个电容和一个电感；其中，所述电容C1和所述电感L1之间为串联连接，如图3-b所示，或者如图3-a所示的电容C2与电感L2并联连接，其中，所述电感L1个L2为可变阻抗电感，所述可变匹配网络可以调谐至不同的调谐状态，因此，可变匹配网络可以进一步产生扩展的可调谐频带范围。

进一步地，天线中可以包括一个或者多个可变匹配网络，用于匹配天线馈电端口阻抗，以及进行孔径调谐。

本发明实施例提供了一种天线，该天线包括：折叠单极辐射器、馈电端口、至少一个可变匹配网络，所述馈电端口的一端与所述折叠单极辐射器一端连接，所述馈电端口的另一端接地，所述折叠单极辐射器的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地，所述至少一个可变匹配网络用于所述天线端口的阻抗匹配和所述天线的孔径调谐，本发明的天线能够产生较小的电器长度，扩展频率可调范围，并提高了天线的辐射性能。

图4是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例二的结构示意图，如图4所示，在上述实施例的基础上，所述折叠单极辐射器具体包括：

交叉指型部分I1、电容组件C、电感组件M2和固定匹配网络M1，并且交叉指型部分I1、电容组件C、电感组件M2和固定匹配网络M1之间电性连接。

所述交叉指型部分I1与所述电容组件C串联后，并联在所述电感组件M2两端。

所述交叉指型部分I1与所述电感组件M2连接的一端接地，所述电容组件C与所述电感组件M2连接的一端与所述固定匹配网络M1的一端连接，所述固定匹配网络M1的另一端与所述馈电端口F连接。

在上述方案中，应理解，交叉指型部分I1通过电容组件C耦合到VM2接地端口和馈电端口F，其中，电容组件C用于实现高通滤波，以便只有高频信号可以通过，同时，电容组件C还用于利用馈电端口的输入，对折叠单极辐射器实现加载效应，并且可以起到在最低操作频带，增加天线电气长度的作用。

可选的，所述电感组件M2和所述固定匹配网络M1可以是固定或可变阻抗调谐网络。

可选的，VM1和VM2均为可变匹配网络，VM1的一端接地G1，另一端和折叠单极辐射器连接，类似的，VM2的一端接地G1，另一端和折叠单极辐射器连接。

在一种具体的实施方式中，VM1由一个电容和一个可变阻抗电感并联组成，与交叉指型部分连接电感组件M2的一端连接；VM2由一个电容和一个可变阻抗电感串联组成，与交叉指型部分连接电容组件C的一端连接，可变匹配网络VM1和VM2可以调谐至不同的调谐状态，因此，可变匹配网络可以进一步产生扩展的可调谐频带范围。

可选的，电容组件C的电容值可以是0.3pF的小电容值。

在一种具体的实施方式中，馈电端口一端接地，另一端与固定匹配网络M1连接。

图5是根据一示例性实施例示出的一种天线实施例三的结构示意图，如图5所示，在上述图4所示实施例的基础上，图5为该天线对应的等效电路图。

其中，M可以是类似于M1的匹配网络，交叉指型部分的等效电路，可以由三个电容并联组成。

在一种具体的实施方式中，电容组件C、交叉指型部分以及接地的可变匹配网络VM2组成了天线的复合左手右手材料传输线路部分，可以实现宽带特性以及增加所需工作频带的可调范围。

图6是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的结构示意图，如图6所示，该终端设备包括上述实施例所述的天线，以及前置摄像头、耳机插孔、扬声器、后置摄像头。

在一种具体的实施方式中，所述天线可以与前置摄像头、耳机插孔、扬声器、后置摄像头中的一种或者几种器件集成。

可选的，所述天线可由印刷电路板或其他电介质基板上的导电结构形成。如果需要，可由导电的电子设备结构形成用于天线的导电结构，例如导电内部支撑结构、导电外壳内壁、显示器挡板、导电外壳侧壁、或其他导电结构。用于天线的导电结构也可由电子组件的部分形成，诸如开关、集成电路、显示模块等。屏蔽胶带、屏蔽罩、导电泡沫和电子设备内的其他导电材料也可用于形成天线结构。

可选的，所述终端设备可以是便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，电脑、平板电脑、智能手机、可穿戴智能设备(如智能手表式、智能项链设备、智能耳机设备等)。

终端设备还应该包括外壳和显示器。显示器可以是电容形触摸电极或电阻型触摸屏，可以是基于声学触摸、光学触摸或基于力的触摸技术的触摸传感器结构或其他合适的触摸传感器，本方案对此不做要求。

图7是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图一，如图7所示，该终端设备使用电磁模拟器，例如Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件(HighFrequency Structure Simulator，HFSS)，针对天线的一个调谐状态进行优化并模拟产生相应的宽带阻抗响应。

图8是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图二，如图8所示，该终端设备使用电磁模拟器，例如HFSS的全波电磁模拟器，对于所覆盖的宽阻抗带宽，所提出的天线的示例性仿真模型占据了相当小的体积，44×7.5×2.5(mm)。

图9是根据一示例性实施例示出的一种终端设备实施例的模拟效果示意图三，如图9所示，根据图7所示的反射系数曲线，针对天线的一个调谐状态获取到图9所示的模拟辐射效率。

请参考图10，图10是根据一示例性实施例示出的一种终端设备1200的框图。例如，该终端设备可以是用户的手机、通话平板等设备。

参照图10，终端设备1200可以包括以下一个或多个组件：处理组件1202，存储器1204，电源组件1206，多媒体组件1208，音频组件1210，输入/输出(I/O)的接口1212，传感器组件1214，以及通信组件1216。

处理组件1202通常控制终端设备1200的整体操作，诸如与显示，数据通信，多媒体操作和记录操作相关联的操作。处理组件1202可以包括一个或多个处理器1220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1202可以包括一个或多个模块，便于处理组件1202和其他组件之间的交互。例如，处理组件1202可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件1208和处理组件1202之间的交互。

存储器1204被配置为存储各种类型的数据以支持在终端设备1200的操作。这些数据的示例包括用于在终端设备1200上操作的任何应用程序或方法的指令，各类数据，消息，图片，视频等。存储器1204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1206为智能设备1200的各种组件提供电力。电源组件1206可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端设备1200生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件1208包括在终端设备1200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。触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。

音频组件1210被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件1210包括一个麦克风(MIC)，当终端设备1200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1204或经由通信组件1216发送。在一些实施例中，音频组件1210还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口1212为处理组件1202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。

传感器组件1214包括一个或多个传感器，用于为终端设备1200提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件1214可以检测到终端设备1200的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如组件为终端设备1200的显示器和小键盘，传感器组件1214还可以检测终端设备1200或终端设备1200一个组件的位置改变，用户与终端设备1200接触的存在或不存在，终端设备1200方位或加速/减速和终端设备1200的温度变化。传感器组件1214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1214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，传感器组件1214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1216被配置为便于终端设备1200和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端设备1200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1216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，通信组件1216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，终端设备1200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。

在示例性实施例中，终端设备还包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器1204，上述指令可由终端设备1200的处理器1220执行以完成上述方案。例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

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，本发明的真正范围和精神由权利要求书指出。

应当理解的是，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书来限制。

Claims (6)

1.一种天线，其特征在于，包括：

折叠单极辐射器、馈电端口、至少一个可变匹配网络；

所述馈电端口的一端与所述折叠单极辐射器一端连接，所述馈电端口的另一端接地；

所述折叠单极辐射器的其他端口分别与每个可变匹配网络的一端连接，每个可变匹配网络的另一端接地；

所述至少一个可变匹配网络用于所述天线端口的阻抗匹配和所述天线的孔径调谐；

其中，所述折叠单极辐射器包括交叉指型部分、电容组件、电感组件和固定匹配网络；所述交叉指型部分与所述电容组件串联后，并联在所述电感组件两端；所述电容组件与所述电感组件连接的一端与所述固定匹配网络的一端连接，所述固定匹配网络的另一端与所述馈电端口连接；

所述至少一个可变匹配网络包括第一可变匹配网络VM1和第二可变匹配网络VM2；所述第一可变匹配网络VM1的一端接地，所述可变匹配网络VM1的另一端连接至所述交叉指型部分与所述电感组件之间；所述可变匹配网络VM2的一端接地，所述可变匹配网络VM2的另一端连接至所述交叉指型部分与所述电容组件之间。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个可变匹配网络由电容和电感组成；

其中，所述电感为可变阻抗电感。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个可变匹配网络包括一个电容和一个电感；其中，所述电容和所述电感之间为串联连接或者并联连接。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述电容组件中的电容的电容值为0.3pF。

5.一种终端设备，其特征在于，包括：权利要求1至4任一项所述的天线。

6.根据权利要求5所述的终端设备，其特征在于，所述天线与所述终端设备的前置摄像头、耳机插孔、扬声器、后置摄像头中的一种或几种器件集成。

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