CN109830815A - 天线系统及应用该天线系统的移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天线系统及应用该天线系统的移动终端。移动终端包括金属边框及与金属边框间隔设置的系统地，天线系统至少包括第一天线模组、第二天线模组、第三天线模组和第四天线模组，第一天线模组包括形成于金属边框的辐射主体和与辐射主体耦合的寄生单元，辐射主体用于产生主谐振，寄生单元用于产生寄生谐振，第一天线模组还包括串接于辐射主体与系统地之间的第一调谐电路和串接于寄生单元和系统地之间的第二调谐电路；天线系统至少包括四种工作模式。本发明提供的天线系统能够实现不同LTE频段的载波聚合，并可作为MIMO天线系统。

Description

天线系统及应用该天线系统的移动终端
【技术领域】
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种天线系统及应用该天线系统的移动终端。
【背景技术】
随着移动通讯技术的发展，手机、PAD、笔记本电脑等逐渐成为生活中不可或缺的电子产品，并且该类电子产品都增设了天线模组使其变成具有通讯功能的电子通讯产品。
而移动终端的外观尺寸与美观设计是现有关注的焦点，为满足消费者的要求，现有的移动终端设计偏向于全面屏、玻璃后盖和金属边框的结构。全面屏的通讯设备带来的为小净空甚至无净空环境，严重降低单天线的性能和带宽，给低频覆盖和载波聚合(Carrier Aggregation，CA)设计带来很高的设计难度；同时，第五代行动通讯即将来临，为了提高传输速率与更高的传输数据容量，移动通信终端将支持手机更多MIMO天线收发系统，也意味着手机的天线布局从以前的2X2、4X4到8X8，进一步提高了天线设计困难。
因此，实有必要提供一种改进的天线系统以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题，本发明提供的天线系统能够覆盖LTE频段、实现不同频段的载波聚合，并可作为MIMO天线系统。
为实现上述目的，本发明提供一种天线系统，应用于移动终端，所述移动终端包括金属边框及与所述金属边框间隔设置的系统地；所述天线系统至少包括第一天线模组、第二天线模组、第三天线模组和第四天线模组；所述第一天线模组包括形成于所述金属边框的辐射主体和与所述辐射主体耦合的寄生单元，所述辐射主体用于产生主谐振，所述寄生单元用于产生寄生谐振；所述第一天线模组还包括串接于所述辐射主体与所述系统地之间的第一调谐电路和串接于所述寄生单元和所述系统地之间的第二调谐电路；所述天线系统至少包括四种工作模式：
第一种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路至少包括一小容值电容，所述小容值电容的容值小于0.8pF，该模式下所述第一天线模组与所述第二天线模组共同形成覆盖LTE低频、中频和高频的2*2MIMO系统；
第二种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中频且在LTE中频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频的4*4MIMO系统；
第三种工作模式，所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE高频且在LTE高频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE高频的4*4MIMO系统；
第四种工作模式，所述第一调谐电路固定于一种工作状态以使主谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频和高频的4*4MIMO系统。
优选的，所述天线模组还包括电连接所述辐射主体与所述系统地的馈地支路和电连接所述寄生单元与所述系统地的寄生支路，所述第一调谐电路串接于所述馈地支路，所述第二调谐电路串接于所述寄生支路。
优选的，在所述第一种工作模式、所述第二种工作模式和所述第三种工作模式中，每一工作状态下的第一调谐电路均通过电感接地。
优选的，在所述第四种工作模式中，所述第一调谐电路通过电感、电容或短路接地。
优选的，在所述第二种工作模式、第三种工作模式和第四种工作模式中，每一工作状态下的第二调谐电路均通过电容或电容与电感的组合接地。
优选的，在所述天线系统的任一工作模式下，所述第三天线模组还同时工作于GPS和WiFi频段，所述第四天线模组还工作于WiFi频段。
优选的，所述移动终端包括分别位于其顶部的顶部边框和位于其底部的底部边框，所述第一天线模组和所述第四天线模组分设于所述底部边框的两端，所述第二天线模组和所述第三天线模组分设于所述顶部边框的两端，且所述第一天线模组和所述第二天线模组呈对角设置。
优选的，所述第一天线模组还包括连接所述底部边框和所述系统地的金属连接件以及设于所述金属边框上的断缝，所述金属连接件和所述断缝之间的金属边框形成所述辐射主体，所述连接件至所述辐射主体远离所述连接件的一端的距离不大于所述底部边框长度的2/3。
本发明同时提供一种移动终端，所述移动终端包括上文所述的天线系统。
与相关技术相比，本发明提供的第一天线模组能够通过单天线产生LTE低、中、高频谐振，实现低、中、高频的载波聚合，并通过4种工作模式，有针对地实现低、中、高频的性能增强。本发明提供的包括第一天线模组的天线系统可作为MIMO天线系统。
【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为本发明提供的移动终端的部分立体分解结构示意图；
图2为本发明提供的第一天线模组应用于移动终端的结构示意图；
图3为本发明提供的第二调谐电路的拓扑结构图；
图4为本发明提供的第二调谐电路的另一拓扑结构图；
图5为本发明提供的第二调谐电路的另一拓扑结构图；
图6为本发明提供的第一天线模组处于第一种工作模式时的辐射效率仿真效果曲线图；
图7为本发明提供的第一天线模组处于第二种工作模式和第三种工作模式、第一调谐电路处于某一工作状态时的辐射效率仿真效果曲线图；
图8为对比第一天线模组的辐射效率仿真效果曲线图。
【具体实施例】
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。
如图1至图2所示，本发明提供了一种移动终端1，所述移动终端1可以为手机、平板电脑、多媒体播放器等，为便于理解，以下实施例以智手机为例进行描述。
所述移动终端1包括金属边框10、与所述金属边框10间隔设置的系统地20以及天线系统。
所述金属边框10包括位于其顶部位置的顶部边框11和位于其底部位置的底部边框13。其中，所述底部边框13上设置有断缝138以及与所述系统地20连接的连接件90。
所述天线系统至少包括4个天线模组，分别为分设于所述底部边框13两端的第一天线模组30和第四天线模组304，分设于所述顶部边框11两端的第二天线模组302和第三天线模组303，其中，所述第一天线模组30和所述第二天线模组302呈对角设置。
所述第一天线模组30包括形成于所述金属边框10的辐射主体31以及与所述辐射主体31耦合的寄生单元32。具体的，所述辐射主体31为所述金属边框10上位于所述连接件90和所述断缝138之间的部分。所述寄生单元32为与所述系统地20电连接的、呈条状的金属化图层。
所述第一天线模组30还包括与所述辐射主体31连接的馈电支路50、连接所述寄生单元32与系统地20的寄生支路40以及连接所述辐射主体31与所述系统地20的馈地支路60。所述寄生支路40和所述馈地支路60分设于所述馈电支路50的两侧。
所述第一天线模组30占用移动终端的空间很小，所述连接件90至所述辐射主体31远离所述连接件90的一端的距离不大于所述底部边框13长度的2/3。这里所说的距离，是指沿所述底部边框延伸方向的距离。
另外，所述系统地20与所述底部边框13间隔设置形成小净空区。具体地，所述净空区的宽度小于2毫米，所述宽度为所述系统地20指向所述底部边框13的方向。
在所述第一天线模组30中，所述辐射主体31用于产生主谐振，所述寄生单元32用于产生寄生谐振。为了调谐主谐振，所述馈地支路60设有第一调谐电路80，为了调谐寄生谐振，所述寄生支路40设有第二调谐电路70。
所述天线系统至少包括以下四种工作模式：
第一种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路至少包括一小容值电容，所述小容值电容的容值小于0.8pF，该模式下所述第一天线模组与所述第二天线模组共同形成覆盖LTE低频、中频和高频的2*2MIMO系统；
第二种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中频且在LTE中频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频的4*4MIMO系统；
第三种工作模式，所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE高频且在LTE高频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE高频的4*4MIMO系统；
第四种工作模式，所述第一调谐电路固定于一种工作状态以使主谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频和高频的4*4MIMO系统。
其中，在所述第一种工作模式、所述第二种工作模式和所述第三种工作模式中，每一工作状态下的第一调谐电路80均通过电感接地，即通过切换电感值，使主谐振工作于不同的低频波段。
在所述第四种工作模式中，所述第一调谐电路80通过电感、电容或短路接地，即在此种模式下并不限制第一调谐电路80的构成，只要能将主谐振调谐至中、高频即可。
在所述第一种工作模式中，所述第二调谐电路70至少包括一小容值电容，所述小容值电容的容值小于0.8pF。在所述第二种工作模式、第三种工作模式和第四种工作模式中，每一工作状态下的第二调谐电路70均通过电容或电容与电感的组合接地。
具体的，第二调谐电路70的具体可以为如图3-5所示。图3中，所述第二调谐电路70包括串接的可变电容C和电感L；图4中，第二调谐电路70具有4条支路，在不同的工作状态，导通不同的支路，每一支路上串接有电容C，有的支路上同时串接有电感L；图5中，与图4相同的是第二调谐电路70具有4条支路，在不同的工作状态，导通不同的支路，不同的是，在总路上串接有电容C，而支路上可以串接电容也可以没有电容。需要说明的是，图3-图5也仅是第二调谐电路70的3种实施例，本申请并不限制第二调谐电路70的拓扑结构，只要保证，在每种工作状态下，第二调谐电路70的导通电路里串接有电容即可。尤其，在上述第一种工作模式下，第二调谐电路70需要串接容值较小的电容，以减小寄生单元32对低频段的影响。这是因为，通常情况下，由于寄生单元32和系统地20之间的容性耦合效应会在一定程度上使低频谐振频率向更低频率偏移，低频辐射体的口径需要减小，从而导致低频性能下降。因此，在本申请中，为了克服寄生单元32对低频的影响，增强低频性能，在第二调谐电路70串接了电容，以减小寄生单元32对低频的干扰，实现天线低频性能的增强效果。该技术效果可以理解为，电容与寄生单元32和辐射主体31之间的耦合电容形成串联，从而减小对低频的干扰。
需要说明的是，本申请并不限制第二天线模组302、第三天线模组303和第四天线模组304的具体结构，只要第二天线模组302可同时覆盖LTE低频、中频和高频，第三天线模组303和第四天线模组304分别可同时覆盖LTE中频和高频即可。优选的，第二天线模组302具有与第一天线模组30大致相同的结构和工作模式，第三天线模组303和第四天线模组304不采用调谐电路以简化天线系统的工作模式。
此外，本申请并不限制所述断缝138位于所述底部边框13上，根据实际需要，也可以将所述断缝设置于邻近所述底部边框13的侧边框上。
第一天线模组30的性能请参阅图6-7。根据图6所示，当第一天线模组处于第一种工作模式时，第一调谐电路80处于4种工作状态(分别为状态1、状态2、状态3和状态4)，主谐振相对应的产生4个低频谐振，寄生谐振产生中、高频谐振，且从曲线图可知在低频谐振切换的同时，中高频性能基本不变。根据图7所示，当第一天线模组处于第二种工作模式和第三种工作模式时，以第一调谐电路80处于某一种工作状态为例，第二调谐电路70处于4中工作状态(分别为状态1、状态2、状态3和状态4)，主谐振产生低频谐振，寄生谐振产生中频和/或高频谐振，且相比于第一种工作模式，中、高频谐振性能更强。从图7的曲线图可知在中、高频谐振切换的同时，低频性能基本不变。
图8为一对比第一天线模组的辐射效率曲线图，所述对比第一天线模组与图7所述的第一天线模组一致，区别在于第二调谐电路70未串接电容，从曲线可以看出，当中、高频谐振切换时，对比第一天线模组的低频谐振出现明显偏移和性能恶化。
与相关技术相比，本发明提供的第一天线模组能够通过单天线产生LTE中、高频谐振，实现低、中、高频的载波聚合，并通过4种工作模式，有针对地实现低、中、高频的性能增强。本发明提供的包括第一天线模组的天线系统可作为MIMO天线系统。
以上所述的仅是本发明的实施例，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 (9)

1.一种天线系统，应用于移动终端，所述移动终端包括金属边框及与所述金属边框间隔设置的系统地；
所述天线系统至少包括第一天线模组、第二天线模组、第三天线模组和第四天线模组；
所述第一天线模组包括形成于所述金属边框的辐射主体和与所述辐射主体耦合的寄生单元，所述辐射主体用于产生主谐振，所述寄生单元用于产生寄生谐振；
所述第一天线模组还包括串接于所述辐射主体与所述系统地之间的第一调谐电路和串接于所述寄生单元和所述系统地之间的第二调谐电路；
其特征在于，所述天线系统至少包括四种工作模式：
第一种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路至少包括一小容值电容，所述小容值电容的容值小于0.8pF，该模式下所述第一天线模组与所述第二天线模组共同形成覆盖LTE低频、中频和高频的2*2MIMO系统；
第二种工作模式，所述第一天线模组的所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中频且在LTE中频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频的4*4MIMO系统；
第三种工作模式，所述第一调谐电路切换于多个工作状态以使主谐振覆盖LTE低频且在LTE低频的多个波段内切换，所述第二调谐电路切换于多个工作状态以使寄生谐振覆盖LTE高频且在LTE高频的多个波段内切换，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE高频的4*4MIMO系统；
第四种工作模式，所述第一调谐电路固定于一种工作状态以使主谐振覆盖LTE中、高频，所述第二调谐电路固定于一种工作状态以使寄生谐振覆盖LTE中、高频，该模式下所述第一天线模组、所述第二天线模组、所述第三天线模组和所述第四天线模组共同形成覆盖LTE中频和高频的4*4MIMO系统。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线模组还包括电连接所述辐射主体与所述系统地的馈地支路和电连接所述寄生单元与所述系统地的寄生支路，所述第一调谐电路串接于所述馈地支路，所述第二调谐电路串接于所述寄生支路。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在所述第一种工作模式、所述第二种工作模式和所述第三种工作模式中，每一工作状态下的第一调谐电路均通过电感接地。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在所述第四种工作模式中，所述第一调谐电路通过电感、电容或短路接地。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在所述第二种工作模式、第三种工作模式和第四种工作模式中，每一工作状态下的第二调谐电路均通过电容或电容与电感的组合接地。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在所述天线系统的任一工作模式下，所述第三天线模组还同时工作于GPS和WiFi频段，所述第四天线模组还工作于WiFi频段。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述移动终端包括分别位于其顶部的顶部边框和位于其底部的底部边框，所述第一天线模组和所述第四天线模组分设于所述底部边框的两端，所述第二天线模组和所述第三天线模组分设于所述顶部边框的两端，且所述第一天线模组和所述第二天线模组呈对角设置。
8.根据权利要求7所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线模组还包括连接所述底部边框和所述系统地的金属连接件以及设于所述金属边框上的断缝，所述金属连接件和所述断缝之间的金属边框形成所述辐射主体，所述连接件至所述辐射主体远离所述连接件的一端的距离不大于所述底部边框长度的2/3。
9.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括权利要求1至8任一项所述的天线系统。
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