CN110518342A - 多频多模天线 - Google Patents

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Abstract

一种多频多模天线，包括金属框架，以及与金属框架连接的天线组件，金属框架上开设一缝隙，天线组件包括天线馈电点和连接在金属框架上的滤波模块、近馈接地引脚和跨缝接地引脚，天线馈电点和滤波模块分别设置在缝隙的两侧，滤波模块一端与金属框连接，另一端接地，近馈接地引脚设置在天线馈电点远离缝隙的一侧，跨缝接地引脚设置在滤波模块远离所述缝隙的一侧。本发明将移动终端中的金属框架作为该多频多模天线的辐射体，精简了该多频多模天线的结构，同时满足移动终端中天线越来越多的频段需求。

Description

多频多模天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种多频多模天线。
背景技术
随着移动通信技术(5G)的逐步推广应用，移动终端的数据传输速率越来越快，人们对影音、游戏、高清实时视频通信等需求越来越多。在此趋势下，移动终端天线需要实现的频段也越来越多，导致终端中天线的数量增加。
当前大多数移动终端中天线实现多频段时，最多采用的还是增加天线数量的方法。这种方法经常会受限于移动终端的空间环境，特别是当前移动终端机型趋向轻薄、小型化设计。而且由于天线数量增多，天线间距变小导致天线间隔离度也出现恶化，难以确保所有天线都有较好的辐射环境以致部分天线性能偏差。因此通过增加数量来实现多频多模天线的方法已无法满足当前移动终端的需求。
发明内容
鉴于上述状况，有必要针对现有技术中移动终端中的天线受到机体空间限制和性能差的问题，提供一种多频多模天线。
一种多频多模天线，包括金属框架，以及与所述金属框架连接的天线组件，所述金属框架上开设一缝隙，所述天线组件包括天线馈电点和连接在所述金属框架上的滤波模块、近馈接地引脚和跨缝接地引脚，所述天线馈电点和所述滤波模块分别设置在所述缝隙的两侧，所述滤波模块一端与所述金属框连接，另一端接地，所述近馈接地引脚设置在所述天线馈电点远离所述缝隙的一侧，所述跨缝接地引脚设置在所述滤波模块远离所述缝隙的一侧。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述天线馈电点通过一匹配电路连接所述金属框。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述滤波模块在频率为2.2GHz附近时呈高阻态，在频率为5.2GHz附近时呈低阻态。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述滤波模块包括并联的第一电感和电容，以及与所述第一电感及所述电容串联的第二电感。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述滤波模块采用下述中的任意一形式：
包括一电容；
包括一电感；
包括并联连接的电容和电感；
包括串联连接的电容和电感。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述缝隙的宽度为0.5mm～2mm。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述金属框架内还设置一主板，所述天线馈电点和所述主板射频通路相连。
进一步的，上述多频多模天线，其中，所述天线组件设置在所述金属框架和所述主板之间的空隙区。
本发明实施例中将移动终端中的金属框架作为该多频多模天线的辐射体，精简了该多频多模天线的结构，同时通过该滤波模块可实现天线电流下地路径的长度，从而实现一个多频多模的效果。本发明实施例针对移动终端中天线越来越多的频段需求，以及越来越紧张的移动终端空间，设计一种紧凑环境下实现GPS、WIFI、2.4G/5G、LTE、Sub6G等功能的多频多模集成天线。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的多频多模天线的立体结构示意图；
图2为本发明第一实施例中的多频多模天线的结构示意图；
图3为本发明第一实施例中的滤波模块的电路示意图；
图4为本发明第一实施例中的匹配电路的电路示意图；
图5为本发明第一实施例中多频多模天线S参数模拟结果；
图6为本发明第二实施例中多频多模天线S参数模拟结果；
图7为本发明第三实施例中的滤波模块的电路示意图；
图8为本发明第三实施例中的匹配电路的电路示意图
图9为本发明第二实施例中多频多模天线S参数模拟结果。
主要元件符号说明
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，为本发明第一实施例中的多频多模天线，应用于移动终端中，该移动终端例如为手机、平板电脑、可穿戴设备等。该多频多模天线包括金属框架10和与该属框架10连接的天线组件。该金属框架10为移动终端的金属组成部分的框架，例如手机中的金属中框、金属后壳或FPC(柔性主板)框架等。该金属框架开设有一缝隙11，该缝隙11作为天线电磁波的辐射口。该缝隙的11宽度可为0.5～2mm，缝隙宽度过大影响美观，过小则会导致电流串流或短路，致使辐射性能恶化。
该天线组件包括连接在金属框架10上的天线馈电点20、滤波模块40、近馈接地引脚G1和跨缝接地引脚G2。该天线馈电点20和滤波模块40分别设置在该缝隙11的两侧，该天线馈电点20可以馈入和接收射频信号。具体实施时，该天线馈电点20通过一匹配电路30连接金属框，该匹配电路30可由电感、电容、开关和可调电容组成，以用于匹配天线阻抗。
该滤波模40块用于控制该天线的阻抗状态，其一端与金属框10连接，另一端接地。如图3所示，该滤波模块40包括并联连接的第一电感L11和电容C11，以及与该第一电感L11和电容C11串联连接的第二电感L12。通过调整滤波模块中器件L11、C11和L12的取值使得该滤波模块在频率为2.2GHz附近呈开路、高阻态，在频率为5.2GHz附近呈短路、低阻态，在2.2GHz到5.2GHz之间呈随频率变化的电容。利用该滤波模块40的上述特性，可实现天线电流下地路径的长度。不同的电流路径可实现天线不同的天线频段，从而实现一个多频多模的效果。
该近馈接地引脚G1设置在天线馈电点远离该缝隙11的一侧，该跨缝接地引脚G2设置在滤波模块40远离所述缝隙11的一侧。该天线组件、缝隙11，以及该近馈接地引脚G1和跨缝接地引脚G2之间的金属框架10等组成该多频多模天线。具体实施时，该多频多模天线可分布于移动终端金属框架的顶端、低端、侧边等任意一位置。
可以理解，该移动终端中设置的多频多模天线不限于一个，在本发明的其他实施例在还可在该金属框架的其他区域开设分析，并设置一个或多个该多频多模天线，以实现更多天线频段。
该移动终端还包括主板70，该主板70设置在金属框架10中，为了保证该多频多模天线具有良好的性能，可将该天线组件设在金属框架10和主板70之间的空隙区。并且，该天线馈电点20和主板70之间射频通路相连。
具体的，本发明实施例中，该匹配电路如图4所示，包括并联且分别接地的电容C12、电感L13、电感L14，和连接在电感L13和电感L14之间的电容C13，该电容C12取值为0.2pF、电感L13取值为1.6nH、电感L14取值为17nH和电容C13取值为1.1pF。该滤波模块中电容C11取值为0.8pF、第一电感L11取值为6.4nH和第二电感L12取值为1.4nH。
根据该滤波模块和匹配电路的设计，本发明实施例中的多频多模天线的S参数如图5所示，在1.6GHz附近具有一个谐振，实现GPS频段工作；在2.4GHz附近具有一个谐振，可实现WIFI 2.4G、B7、B41和n41频段工作；在3.5GHz附近具有一个谐振，可实现n78频段工作；5.2GHz和5.8GHz附近分别具有一个谐振，其可实现5G频段工作。
在不加该滤波模块40时可以较容易实现图5中的前三个谐振，增加该滤波模块40后，利用该滤波模块40在不同频段的不同阻抗特性，同时调节匹配电路，既调整了原有模式的频率偏差，又新增了5.2GHz和5.8GHz附近的谐振。
该多频多模天线主要由缝隙11、分别设置在该缝隙11两侧的天线馈电点20和滤波模块40、与天线馈电点20同侧的近馈接地引脚G1、在该缝隙11另一侧远端的跨缝接地引脚G2，以及该近馈接地引脚G1和跨缝接地引脚G2之间的金属框架10组成，通过调整滤波模块40中的L1、C1、L2的值，使得该滤波模块40在2.2GHz附近呈开路高阻态，在5.2GHz附近呈短路低阻态，在2.2GHz到5.2GHz之间呈随频率变化的电容。本实施例中将移动终端中的金属框架作为该多频多模天线的辐射体，精简了该多频多模天线的结构，同时利用该滤波模块的上述特性，调节天线电流下地路径的长度，从而实现一个多频多模的效果。
本实施例针对移动终端中天线越来越多的频段需求，以及越来越紧张的移动终端空间，设计一种紧凑环境下实现GPS、WIFI2.4G/5G、LTE(包括频段B7、B41)、Sub6G(包括频段n41和n78)等功能的多频多模集成天线。
请参阅图6，为本发明第二实施例中的多频多模天线的S参数，本实施例中，通过调整滤波模块和匹配电路中各器件的值，可以在实施例一种天线结构的基础上实现天线在GPS、WIFI 2.4G、5G、B7、B41、n41、n78、n79频段上工作。本实施例与本发明第一实施例中的滤波模块和匹配电路的结构化基本相同，不同之处在于，本实施例滤波模块中，电容C11取值为0.7pF、第一电感L11取值为6.4nH和第二电感L12取值为3.5nH；匹配电路中各器件值与第一实施例中相同，分别为：电容C12取值为0.2pF、电感L13取值为1.6nH、电感L14取值为17nH和电容C13取值为1.1pF。
如图6所示，本实施例中，在1.6GHz附近具有一个谐振，实现GPS频段工作；在2.5GHz附近具有一个谐振，可实现WIFI 2.4G、B7、B41和n41频段工作；在3.5GHz附近具有一个谐振，可实现n78频段工作；4.9GHz和5.8GHz附近分别具有一个谐振，其可实现n79和WIFI5G频段工作。
进一步的，在本发明的其他实施例中，滤波模块可以根据具体天线环境，以及所需工作频段的不同来选取不同的实现形式。例如还可采用下述中的任意一实现形式：
包括并联连接的电容和电感；
包括串联连接的电容和电感；
该滤波模块包括一电容；
包括一电感。
采用上述任一一形式的滤波模块可根据实际工作频段的需要确定各器件的值。具体实施时，可通过串联开关到滤波模块，可以实现本发明实施中提到的几种滤波模块形式之间的切换，以实现多种天线频段特性。
例如，在本发明的第三实施例中，采用如图7所示的滤波模块，包括串联连接的电感L36和电容C35，其电感L36和电容C35分别取值为2.4nH和0.3pF。如图8所示，本实施例中，匹配模块包括并联连接且分别接地的电容C31、电感L31、滤波电路、电感L35和电容C34，以及串联连接在滤波电路和电感L35之间的电感L32和电容C33。该滤波电路由电感L33和电容C32并联，而后再串联上接地的电感L34。其中，匹配模块中电容C31为1.4pF、电感L31为4nH、电感L33为2.5nH、电容C32为2.5pF、电感L34为1.4nH、电感L35为18nF、电容C34为0.1pF、电感L32为5nH和电容C33为0.7pF。
本发明第三实施例中的多频多模天线的S参数如图9所示。本实施例中可以在实施例一的基础上实现天线在GPS、WIFI 2.4G、5G、B1、B3、B7、B39、B41、n41和n79频段上工作。其中，图中1.6GHz、2GHz和2.5GHz附近的谐振组合在一起可实现GPS、WIFI 2.4G、B1、B3、B7、B39、B41和n41频段上工作，5GHz附近的谐振可实现n79频段的工作，5GHz和5.8GHz附近的谐振组合在一起形成WIFI 5G频段上工作。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多频多模天线，包括金属框架，以及与所述金属框架连接的天线组件，其特征在于，所述金属框架上开设一缝隙，所述天线组件包括天线馈电点，和连接在所述金属框架上的滤波模块、近馈接地引脚和跨缝接地引脚，所述天线馈电点和所述滤波模块分别设置在所述缝隙的两侧，所述滤波模块一端与所述金属框连接，另一端接地，所述近馈接地引脚设置在所述天线馈电点远离所述缝隙的一侧，所述跨缝接地引脚设置在所述滤波模块远离所述缝隙的一侧。
2.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述天线馈电点通过一匹配电路连接所述金属框。
3.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述滤波模块在频率为2.2GHz附近时呈高阻态，在频率为5.2GHz附近时呈低阻态。
4.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述滤波模块包括并联的第一电感和电容，以及与所述第一电感及所述电容串联的第二电感。
5.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述滤波模块采用下述中的任意一形式：
包括一电容；
包括一电感；
包括并联连接的电容和电感；
包括串联连接的电容和电感。
6.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述缝隙的宽度为0.5mm～2mm。
7.如权利要求1所述的多频多模天线，其特征在于，所述金属框架内还设置一主板，所述天线馈电点和所述主板射频通路相连。
8.如权利要求7所述的多频多模天线，其特征在于，所述天线组件设置在所述金属框架和所述主板之间的空隙区。
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