CN110752445B

CN110752445B - 一种天线辐射系统及通信终端

Info

Publication number: CN110752445B
Application number: CN201911024502.7A
Authority: CN
Inventors: 徐才茂
Original assignee: Goertek Techology Co Ltd
Current assignee: Goertek Techology Co Ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: CN110752445A

Abstract

本发明公开了一种天线辐射系统及通信终端，该天线辐射系统包括部件区域和天线净空区域，部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关，开关断开原始电流回流路径时使电流流经缝隙的边缘以延长参考地电流的回流路径。当开关断开时，参考地电流无法再通过原始电流回流路径流通，而是沿着缝隙的边缘流通，使得当前电流回流路径的长度和方向均发生变化，因此，缝隙的开关的组合不仅增大了参考地的有效长度，并且参考地电流的方向也发生改变，使得天线的全向辐射得到改善。很显然，本天线辐射系统无需更改天线走线，设计难度大大降低，不受部件区域的尺寸限制，灵活度更高。

Description

一种天线辐射系统及通信终端

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线辐射系统及通信终端。

背景技术

在通信终端飞速发展的势头下，多个天线集成的情况越来越普遍，例如，MIMOWIFI(多输入多输出无线保真)天线等，由于这些天线同频且不具兼容性，因此，需要各自的天线实现。但是在小型化通信终端中，参考地的尺寸是有限的，通常是很小的，会造成天线无法实现全向辐射，形成在某方向的辐射信号较弱。

为了改善天线的全向辐射，现有技术中，通常是采用改变天线走线的方法来实现，但是改变天线走线的方法受限于天线辐射系统的尺寸，在小型化通信终端上改善的效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种天线辐射系统，用于改善天线的全向性。此外，本发明的目的还提供一种包含天线辐射系统的通信终端。

为解决上述技术问题，本发明提供一种天线辐射系统，包括部件区域和天线净空区域，所述部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，所述缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关，所述开关断开所述原始电流回流路径时使电流流经所述缝隙的边缘以延长参考地电流的回流路径；

其中，所述原始电流回流路径为所述金属区域未设置所述缝隙时的所述参考地电流的回流路径。

优选地，所述缝隙的长度为天线工作频段半波长的整数倍。

优选地，所述开关为一个或多个。

优选地，所述缝隙始于所述金属区域和所述天线净空区域的连接处，所述缝隙止于所述金属区域内。

优选地，所述缝隙具有弯折部。

优选地，所述开关位于所述缝隙的起始处。

优选地，所述金属区域和所述天线净空区域中的一者上具有延伸部分，另一者具有与所述延伸部分相配合的内凹部分，所述缝隙横穿所述原始电流回流路径，并部分位于所述延伸部分内。

优选地，所述缝隙为直线型。

优选地，所述开关位于所述缝隙的延伸方向的中部。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种通信终端，包括控制部件，还包括所述的天线辐射系统，所述控制部件与所述天线辐射系统中的开关的控制端连接，用于控制所述开关的通断。

本发明所提供的天线辐射系统，包括部件区域和天线净空区域，该部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关。当开关断开时，参考地电流无法再通过原始电流回流路径流通，而是沿着缝隙的边缘流通，使得当前电流回流路径的长度和方向均发生变化，因此，缝隙的开关的组合不仅增大了参考地的有效长度，并且参考地电流的方向也发生改变，使得天线的全向辐射得到改善。很显然，本天线辐射系统无需更改天线走线，设计难度大大降低，不受部件区域的尺寸限制，灵活度更高。

此外，本发明所提供的通信终端，包含上述天线辐射系统，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种天线辐射系统的结构图；

图2为图1中开关接通和断开时参考地电流的回流路径的对比图；

图3为本发明实施例提供的另一种天线辐射系统的结构图；

图4为图3中开关接通和断开时参考地电流的回流路径的对比图；

图5为本发明实施例提供的一种图3中开关闭合时对应的天线辐射强度的侧面剖视图；

图6为本发明实施例提供的一种图3中开关断开时对应的天线辐射强度的侧面剖视图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种天线辐射系统，用于改善天线的全向性。此外，本发明的目的还提供一种包含天线辐射系统的通信终端。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种天线辐射系统的结构图。如图1所示，天线辐射系统包括部件区域10和天线净空区域11。部件区域10中作为参考地的金属区域开设有缝隙12，缝隙12处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关13，开关13断开原始电流回流路径时使电流流经缝隙的边缘以延长参考地电流的回流路径；

其中，原始电流回流路径为金属区域未设置缝隙时的参考地电流的回流路径。

天线的发展主要历经两个阶段，第一阶段-两根同时辐射的天线即偶极子天线；第二阶段-一根天线和理想参考地(无限大，作为另一根天线的镜子代替两根天线的作用)即单极子天线。但是参考地不是无限大，参考地的有效长度决定了其能起到对单极子天线辐射的影响，参考地的有效长度就是参考地电流(板级电流)经过的长度，因此电流路径不同，相当于镜子长度不同，能起到改变天线辐射方向的作用。

由于天线走线设计及参考地(大小、形状、周边金属器件等复杂原因)在现实设计中，尤其是高频天线设计，天线不是理想中的模型走线和无限大的镜面参考地，因此造成的天线辐射方向在某方向辐射信号较弱，很难实现理想中的全向性。本发明就是通过改变天线参考地形状以改变天线地回路电流的形式，从而能影响天线辐射方向的改变。

在具体实施中，部件区域通常为具有多层结构的PCB(印刷电路板)，其中，多层结构的目的是在不同层交叉走线，在其中一层或者两层铺铜设计，没有走线，作为天线的参考地，具体层数依据实际情况选取，本实施例不作限定。当然，除了铺铜外，还可以是铺设其他金属层。部件区域还包括天线调谐电路和信号源，天线调谐电路的两端分别与信号源和天线连接。本发明中提到的WIFI(无线保真)天线，具有一层铺铜设计，作为参考地，其它部件和参考地连接。天线净空区域和部件区域都是天线辐射系统上的两个区域，只不过二者的功能不同，天线净空区域中没有多余金属设计，即没有与天线的工作频段谐振的金属体，通常是包含有多个天线，例如多个WIFI天线，图1中，示出两个WIFI天线，因此，也可以称为MIMO WIFI天线。另外，本实施例中对于天线的种类不作限定，通常是全向性天线，例如，IFA(倒F天线)、PIFA(平面倒F天线)等，并且对于天线的频段也不作限定，可以是WIFI、4G(第四代通讯技术)或蓝牙等。

在金属区域内开缝得到缝隙，该缝隙的作用是切断原始电流回流路径，使得参考地电流流经缝隙的边缘，从而得到当前电流回流路径，本领域技术人员熟知，参考地电流流经的路径越长则改善的效果越明显，因此，当前电流回流路径必然是长于原始电流回流路径。需要说明的是，缝隙的开设位置不作限定，图1只是一种具体实现方式，在后文中还给出另一种实现方式，只要能够在开关的触点闭合时，接通原始电流回流路径，在开关的触点断开时，断开原始电流回流路径，使得参考地电流在经过缝隙时，沿着缝隙的边缘流经即可。需要说明的是，本实施例中，对于缝隙的宽度不作限定，根据实际金属区域的尺寸确定即可，虽然缝隙的宽度影响参考地电流的回流路径，但是影响较小，主要是缝隙的长度影响，因此，缝隙的宽度对于天线的辐射方向影响较小。

本实施例中，开关可以为有源开关，控制端与天线辐射系统所在的通信终端的控制部件，通常是处理芯片连接，处理芯片中预设有控制逻辑，根据逻辑的触发信号，控制开关的闭合和断开。优选地，开关可以采用CMOS器件实现。CMOS由PMOS管和NMOS管共同构成，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间要么PMOS导通、要么NMOS导通、要么都截止，比线性的三极管效率要高得多，因此功耗很低，因此，该天线辐射系统设置在通信终端中时，耗费通信终端的电池的电量很小。需要说明的是，本实施例中对于开关的数量不做限定，可以是一个，也可以是多个，对于多个的情况可以根据实际情况选取相应的开关，从而控制参考地电流的回流路径和方向。虽然多个开关能够提供多种长度的回流路径，但是由于部件区域的空间有限，通常是只设置一个开关。

为了让本领域技术人员更加清楚本技术方案，本实施例给出图2，图2为图1中开关接通和断开时参考地电流的回流路径的对比图。其中，虚线表示参考地电流的回流路径。天线的信号源，分别通过两路输出与天线调谐电路1和天线调谐电路2连接，天线调谐电路1和天线调谐电路2再分别与天线1和天线2导通连接。如图2所示，左边图中，开关为接通状态，缝隙被短路，由于电流具有集肤效应(又叫趋肤效应)，因此，参考地电流会沿着金属区域的边缘流过，在右边图中，开关为断开状态，此时缝隙起作用，金属区域被缝隙断开，参考地电流到达缝隙的左侧时，由于金属区域被断开，所以参考地电流只能沿着缝隙的边缘流过，直到到达缝隙的右侧时，再按照原始电流回流路径流过。很显然，图2中，当开关断开时，参考地电流的回流路径要长于原始电流回流路径，相当于增大了参考地的有效长度，并且，参考地电流的方向也发生改变，故使得天线的全向辐射得到改善。

本实施例提供的天线辐射系统，包括部件区域和天线净空区域，该部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关。当开关断开时，参考地电流无法再通过原始电流回流路径流通，而是沿着缝隙的边缘流通，使得当前电流回流路径的长度和方向均发生变化，因此，缝隙的开关的组合不仅增大了参考地的有效长度，并且参考地电流的方向也发生改变，使得天线的全向辐射得到改善。很显然，本天线辐射系统无需更改天线走线，设计难度大大降低，不受部件区域的尺寸限制，灵活度更高。

在上述实施例的基础上，缝隙的长度为天线工作频段半波长的整数倍。

上一实施例中，对于缝隙的长度不作限定，由于缝隙的长度为天线工作频段半波长的整数倍时，能够提高天线隔离度。本实施例中缝隙的长度是指缝隙的总长度，例如图1中，缝隙具有弯折部，为L型，其长度为垂直长度和水平长度的和。例如，WIFI天线工作频率2.4GHz，其半波长通常小于10mm，所以缝隙的长度并不需要特别长，所以占用板路面积较小。由此可见，在提高天线的全向辐射性能外，通过设置缝隙的长度还能够提高天线隔离度。

优选地，缝隙的长度具体为半波长的长度，此时，缝隙也可以看做是一个缝隙天线，如天线1的信号试图通过参考地电流的形式或辐射形式影响同频的天线2，但中间有缝隙的存在，能够吸收并消耗试图跨界的信号，从而减小天线之间的串扰。并且，半波长的长度相对于其它整数倍的长度更短，容易实施。

如图1所示，作为优选地实施方式，缝隙始于金属区域和天线净空区域的连接处，缝隙止于金属区域内。

可以理解的是，缝隙的始端和末端最多有一处与金属区域的边界重合，如图1所示，缝隙的始端与金属区域的边界重合，缝隙的末端在金属区域内。这种方式通常是在金属区域的面积较小时采用。进一步的，为了在较小的面积上得到更好的全向辐射效果，缝隙具有弯折部。如图1所示，缝隙具体为L型，能够通过弯折延长参考地电流的回流路径，可以理解的是，除了图1中的L型，还可以是其它弯折方式，本实施例不作限定。进一步的，开关位于缝隙的起始处。

图3为本发明实施例提供的另一种天线辐射系统的结构图。与图1相对应的，金属区域10和天线净空区域11的一者上具有延伸部分100(图3中金属区域10具有延伸部分100)，另一者具有与延伸部分相配合的内凹部分(图3中天线净空区域11具有内凹部分)，缝隙12横穿原始电流回流路径，并部分位于延伸部分内。

图3所示的天线辐射系统，缝隙的边缘不与金属区域的边缘重合，全部在金属区域内，缝隙与原始电流回流路径有交叉。天线辐射系统的布局适用于天线占地面积较小的情况，当天线占地面积较小时，金属区域10的面积就可以变大，能够保证参考地的有效长度边长，从而达到更好的全向辐射效果。由于金属区域10具有延伸部分100，所以缝隙12的一部分位于延伸部分100内，使得缝隙可以较长，避免弯折，容易加工。作为优选地实施方式，缝隙为直线型，如图3所示。进一步的，开关位于缝隙的延伸方向的中部。本实施例中的中部并不是缝隙在延伸方向的中点，而是指除缝隙的始端和末端外的位置。

图4为图3中开关接通和断开时参考地电流的回流路径的对比图。其中，虚线表示参考地电流的回流路径。天线的信号源，分别通过两路输出与天线调谐电路1和天线调谐电路2连接，天线调谐电路1和天线调谐电路2再分别与天线1和天线2导通连接。其工作原理如下：左边图中，开关为闭合状态，缝隙被短路，由于电流具有集肤效应(又叫趋肤效应)，因此，参考地电流的最强场沿着金属区域边缘流过，即此状态下参考地电流流经的是原始电流回流路径；当开关断开时，缝隙将原始电流回流路径断开，参考地电流只能通过缝隙的边缘绕回金属区域的边缘。很显然，图4中，当开关断开时，参考地电流的回流路径要长于原始电流回流路径，相当于增大了参考地的有效长度，并且，参考地电流的方向也发生改变，故使得天线的全向辐射得到改善。

图5为本发明实施例提供的一种图3中开关闭合时对应的天线辐射强度的侧面剖视图。图6为本发明实施例提供的一种图3中开关断开时对应的天线辐射强度的侧面剖视图。如图5所示，当开关断开时，天线的两个主波瓣分别为第一主波瓣20和第二主波瓣30，此时第一主波瓣20侧的箭头处由于天线设计或参考地等复杂原因造成的辐射强度不足，而第二主波瓣30侧的箭头处的辐射强度较强。如图6所示，在开关闭合时，天线的两个主波瓣分别为第一主波瓣20和第二主波瓣30，此时第一主波瓣20侧的箭头处的辐射强度被补足。

最后，本发明还提供一种通信终端，包括控制部件，还包括上述各实施例提到的天线辐射系统，控制部件与天线辐射系统中的开关的控制端连接，用于控制开关的通断。

由于上文中对于天线辐射系统的实施例进行了详细说明，本实施例不再赘述。本实施例中的通信终端可以为智能手表、智能手环、AR(增强现实)产品、VR(虚拟现实)产品或音响等。

本实施例提供的通信终端，包含有天线辐射系统，该板路包括部件区域和天线净空区域，该部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关。当开关断开时，参考地电流无法再通过原始电流回流路径流通，而是沿着缝隙的边缘流通，使得当前电流回流路径的长度和方向均发生变化，因此，缝隙的开关的组合不仅增大了参考地的有效长度，并且参考地电流的方向也发生改变，使得天线的全向辐射得到改善。很显然，本天线辐射系统无需更改天线走线，设计难度大大降低，不受部件区域的尺寸限制，灵活度更高。

以上对本发明所提供的天线辐射系统及通信终端进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种天线辐射系统，包括部件区域和天线净空区域，其特征在于，所述部件区域中作为参考地的金属区域开设有缝隙，所述缝隙处设置有用于接通或断开原始电流回流路径的开关，所述开关断开所述原始电流回流路径时使电流流经所述缝隙的边缘以延长参考地电流的回流路径；

其中，所述原始电流回流路径为所述金属区域未设置所述缝隙时的所述参考地电流的回流路径；

所述缝隙始于所述金属区域和所述天线净空区域的连接处，所述缝隙止于所述金属区域内；

或所述金属区域具有延伸部分，所述天线净空区域具有与所述延伸部分相配合的内凹部分，所述缝隙横穿所述原始电流回流路径，并部分位于所述延伸部分内。

2.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述缝隙的长度为天线工作频段半波长的整数倍。

3.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述开关为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述缝隙具有弯折部。

5.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述开关位于所述缝隙的起始处。

6.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述缝隙为直线型。

7.根据权利要求1所述的天线辐射系统，其特征在于，所述开关位于所述缝隙的延伸方向的中部。

8.一种通信终端，包括控制部件，其特征在于，还包括权利要求1-7任意一项所述的天线辐射系统，所述控制部件与所述天线辐射系统中的开关的控制端连接，用于控制所述开关的通断。