CN110931981B - 一种天线及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种天线及终端设备，具体的，在天线辐射体与终端中的参考地之间设置介质金属体，并且该介质金属体与天线辐射体具有相互平行的部分以构成等效电容。当天线辐射体与该参考地之间的相对位置存在偏离时，则通过控制单元选择该介质金属体通过不同的匹配电路接地或者选择不同的介质金属体接地。这样，利用该介质金属体将天线辐射体与参考地之间的等效电容分为：天线辐射体与介质金属体、介质金属体与地两个部分。利用介质金属体与参考地或者与天线辐射体之间的等效电容值的改变来抵消天线辐射体与参考地之间等效电容值的变化，从而有效解决产品中天线周期金属接地器件与天线之间的相对位置偏差造成的天线偏频问题。

Description

一种天线及终端设备

技术领域

本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及终端设备。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展和无线通信业务的增加，智能移动终端成为承载消费者交互信息的主要终端。移动终端的通信功能主要依靠其内部的天线系统实现，其中，天线作为天线系统的核心部件，主要用于在通信过程中进行电磁波信号的发射和接收。

基于天线的上述工作特性，因此天线周边的金属及参考地等元器件均会给其工作于性能带来影响。另外，为提高终端质感、外观美感以及散热性能，现有的移动终端大多采用全金属化以及超大面屏的设计，但是上述全金属化以及超大面屏的设计，使得天线与金属机壳、电路板上的金属器件以及终端屏幕上的金属器件之间的距离越来越近，相关器件对天线性能的影响也越来越明显。以天线周围的参考地为例，图1为现有技术中一种典型的金属边框终端中的天线基本结构示意图。如图1所示，该终端的金属边框被开缝分割为三部分，其中，102部分被作为天线辐射体，剩余的金属边框101、103与和金属板参考地20连接作为参考地的一部分，射频信号源40通过相关调谐电路30馈电到天线辐射体102上。由于天线辐射体102和金属板参考地20的距离很近，两者之间具有强等效电容，因此天线辐射体102和金属板参考地20距离的相对改变会影响天线与参考地的等效容值。根据天线的工作频段决定于LC(2πf)^2＝1，其中，L为天线等效电感，C为天线与参考地的等效电容，f为天线工作频率，因此上述天线距参考地的等效容值的改变，会使天线工作频率发生变化。

而在移动终端实际生产过程中，由于其内部元器件的加工公差、装配误差等原因，导致相关元器件与天线的实际距离往往与预设距离存在偏差，该偏差虽然很小，但会使天线工作频率产生偏离，并且该偏离值往往会超出天线性能指标可接受范围。面对上述问题，目前业内的做法通常是加大生产投入，加强各生产环节产品规格的管控，但该方式下相关金属器件与天线的距离还会存在一定的偏差，因此不仅会导致产品成本升高还不能消除产品天线性能一致性差的问题。

发明内容

本发明实施例中提供了一种天线及终端设备，以解决产品中天线周围器件与天线之间的相对位置偏差所造成的天线工作频率偏离问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种天线，包括天线辐射体介质金属体、匹配电路和控制单元，其中：

所述介质金属体设置在所述天线辐射体和参考地之间，所述介质金属体和所述天线辐射体具有用于形成等效电容的相互平行的部分；

所述匹配电路接地，用于改变所述介质金属体与参考地之间的等效电容；

所述控制单元连接在所述介质金属体和所述匹配电路之间，用于控制所述介质金属体悬空或控制所述介质金属体通过所述匹配电路接地。

根据本发明实施例的第二方面，提供了另一种天线，包括天线辐射体、控制单元和至少两个介质金属体，其中：

所述至少两个介质金属体设置在所述天线辐射体和参考地之间，各所述介质金属体与所述天线辐射体均具用于形成等效电容的相互平行的部分；

各所述介质金属体长度均不相同且在天线辐射体上的投影完全落在天线辐射体内，或者，各所述介质金属体长度相同且各个介质金属体在天线辐射体上投影的长度不相同；

所述控制单元与所述至少两个介质金属体连接，用于控制所述介质金属体悬空，或者，用于选择所述至少两个介质金属体中的一个或者多个介质金属体接地。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种终端设备，该终端设备包括本发明实施例第一方面或第二方面所提供的天线。

由上述实施例可见，本申请例提供的天线及终端设备，在天线辐射体与终端中的参考地之间设置介质金属体，并且该介质金属体与天线辐射体具有相互平行的部分以构成等效电容。当天线辐射体与该参考地之间的相对位置存在偏离时，则通过控制单元选择该介质金属体通过不同的匹配电路接地或者选择不同的介质金属体接地。这样，利用该介质金属体将天线辐射体与参考地之间的等效电容分为：天线辐射体与介质金属体、介质金属体与地两个部分。由于介质金属体可以利用匹配电路或其自身长度变化改变介质金属体与地之间的等效电容值，或者介质金属体还可以利用其在介质金属体在天线辐射体上的投影的部分的变化改变介质金属体与天线辐射体之间的等效电容值，因此可以利用上述等效电容值的改变来抵消天线辐射体与参考地之间等效电容值的变化，使天线工作频率恢复正常值，从而有效解决产品中天线周围金属接地器件与天线之间的相对位置偏差所造成的天线偏频问题。

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，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为现有技术中一种金属边框终端中的天线基本结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种天线基本结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种天线基本结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种天线基本结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种天线基本结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

针对在移动终端实际生产过程中，由于其内部元器件的加工公差、装配误差等原因，导致终端中的金属元件与其天线辐射体的实际距离与预设距离存在偏差，造成其天线的工作频率偏频的问题。本实施例提供了一种天线辅助设计，在现有天线设计基础上，在天线辐射体与存在位置变量的参考地之间增加介质金属体。当天线辐射体与参考地相对位置变化，导致天线工作频率偏频时，则通过介质金属体以中和变量，使该天线回归至预设工作频率。基于上述原理，下面将结合附图对本申请提供的天线及终端设备进行详细介绍。

图2为本申请实施例提供的一种天线基本结构示意图。如图2所示，该天线中以终端的金属边框作为其天线辐射体，具体的，终端的金属边框被开缝分割为三部分，其中，102部分被作为天线辐射体，剩余的金属边框101、103与和金属板参考地20连接作为参考地的一部分，射频信号源40通过相关调谐电路30馈电到天线辐射体102上。由于天线辐射体102与金属板参考地20的距离很近，进而两者之间具有强等效电容，所以天线辐射体102与金属板参考地20距离的相对改变会影响天线与参考地的等效容值，从而使天线工作频率产生频偏。因此，本实施例在天线辐射体102和影响该天线工作频率的金属板参考地20之间设置介质金属体50，并且该介质金属体50通过串联的控制单元60和匹配电路70接地，其中，匹配电路70由多个子匹配电路组成，不同的子匹配电路可以使介质金属体与参考地之间的等效电容不同。

具体的，当设计天线辐射体102与金属板参考地20的距离为d1，此时两者之间的等效电容为标准等效电容C1。当天线辐射体102与金属板参考地20实际生产距离为d1时，则使控制单元60断路，即使介质金属体50悬空，使其最小程度不影响天线辐射体102与金属板参考地20的原等效电容。反之，当天线辐射体102与金属板参考地20实际生产距离与设计值存在偏差，变为d2时，则此时两者的等效电容变为C2，根据公式LC(2πf)^2＝1算出此时的频偏差值为Δf＝1/2π(L*ΔC)1/2，其中，L为天线等效电感，C为天线与参考地的等效电容，f为天线工作频率，ΔC＝C2-C1。此时，则通过控制单元60选通匹配电路70中的某一个子匹配电路，使介质金属体50通过该子匹配电路接地。利用该介质金属体50将天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容分为：天线辐射体102与介质金属体50、介质金属体50与参考地两个部分，使该两个部分组合构成的等效电容值与介质金属体50悬空时的等效电容值差值为ΔCn，并且使ΔCn＝-ΔC，进而可以抵消ΔC对天线工作频率带来的影响。

其中，上述匹配电路70中的各子匹配电路可以选用电容、电感或者电容和电感的组合等元件，并且各子匹配电路与介质金属体50连接后所形成的等效电容值可以根据天线辐射体102与金属板参考地20实际公差的设置，例如，其与参考地具有不同的特性电容值C11、C12、C13...Cn，通过上述几组电容值的选择保证天线受ΔC影响偏离理想值时，介质金属体通过ΔCn＝-ΔC的选择切换来抵消ΔC的影响。另外，控制单元60对于匹配电路70中子匹配电路的选择，可以利用相应芯片及电路的信号耦合强度分析信号受到的影响并通过切换开关选择相应的子匹配电路，然后再通过信号耦合强度确认信号强度恢复到正常数值后，表明子匹配电路的选择正确。

需要说明的是，上述匹配电路70并不限于采用多个子匹配电路改变介质金属体与地之间的等效电容的方式，还可将其设计为电容、电感值可调的电路结构。

本实施例基于天线设计环境苛刻的条件下导致的产品天线工作频率偏频问题，通过介质金属体的设计并利用开关选择不同的匹配电路接地的变化，消除天线辐射体与参考地之间的公差对天线工作频率的影响，有效保证产品性能的一致性。

进一步的，上述设计是利用一个介质金属体通过不同匹配电路接地，另外还可以是多个不同长度金属体通过开关轮流接地以实现不同的等效电容值。图3为本申请实施例提供的另一种天线基本结构示意图。如图3所示，本实施例中与图2实施例的主要区别为：本实施例在天线辐射体102与金属板参考地20之间设置有三个长度不同的介质金属体，分别命名为介质金属体一501、介质金属体二502和介质金属体三503。

其中，上述三个介质金属体与天线辐射体102与所述天线辐射体102形成等效电容且平行，同时各所述介质金属体在天线辐射体102上均有投影的部分，以用于形成等效电容。另外，三个介质金属体与控制单元60的一端连接、控制单元60的另一端接地；控制单元60可以选择断开与介质金属体的连接，以使介质金属体悬空，或者，还可以选择上述介质金属体中的一个或者多个介质金属体接地。

具体的，当天线辐射体102与金属板参考地20的实际生产距离为设计距离时，则使控制单元60断路使各介质金属体悬空，使介质金属体最小程度不影响天线辐射体102与金属板参考地20的原等效电容。反之，当天线辐射体102与金属板参考地20实际生产距离与设计值存在偏差，则通过控制单元60选通某一个或者多个介质金属体接地。利用所选择的接地的介质金属体将天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容分为：天线辐射体与接地的介质金属体、接地的介质金属体与参考地两个部分，由于上述介质金属体的长度不同，所以其与参考地所形成的等效电容值也不同，进而可以抵消天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容的变化对天线工作频率带来的影响。

需要说明的是，上述各介质金属体还可以由多个长度相同的子介质金属体构成，在使用时，通过选择不同个数的子介质金属体，使其等效为长度不同的介质金属体。另外，上述天线辐射体与金属板参考地之间所设置的介质金属体的数目并不限于本实施例所设计的数目。

另外，还可以在上述控制单元60与各介质金属体所形成的回路中串联上述实施例中的匹配电路，同时利用该匹配电路改变各介质金属体与参考地之间的等效电容。

上述实施例均是通过改变介质金属体与地之间的等效电容值来补偿天线辐射体与参考地之间的电容变化，在具体实施中还可以利用介质金属体，并改变其与天线辐射体之间的等效电容值来抵消天线辐射体与参考地之间等效电容值的变化，使天线工作频率恢复正常值。图4为本申请实施例提供的又一种天线基本结构示意图。如图4所示，本实施例中的介质金属体与图3中实施例相同也是由三个介质金属体组成，分别命名为介质金属体一501、介质金属体二502和介质金属体三503，但是与上述实施例不同的是：本实施例中的三个介质金属体的长度相同，但是其与在天线辐射体102上投影的长度不相同，这样各介质金属体与天线辐射体102所形成的等效电容值便不同。

进而，当天线辐射体102与金属板参考地20实际生产距离与设计值存在偏差时，则通过控制单元60选通某一个或者多个介质金属体接地。利用所选择的接地的介质金属体将天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容分为：天线辐射体与接地的介质金属体、接地的介质金属体与参考地两个部分，同时利用天线辐射体与接地的介质金属体电容的变化，来抵消天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容的变化对天线工作频率带来的影响。

需要说明的是，在具体实施中，上述介质金属体的长度也可以设计为不同，即各介质金属体的长度不同并且各介质金属体与在天线辐射体102上投影的长度也不同。另外，上述天线辐射体102与金属板参考地20之间所设置的介质金属体的数目并不限于本实施例所设计的数目。

进一步的，在终端中除了作为参考地的金属件可能对天线的辐射性能有影响外，天线周边未接地的金属元件对天线的辐射性能也会有影响。因此，还可以在天线辐射体与终端中影响天线工作频率的未接地金属体之间设置介质金属体，以消除天线辐射体与未接地金属体相对位置的变化对天线性能的影响。

图5为本申请实施例提供的又一种天线基本结构示意图。如图5所示，本实施例中的介质金属体包括第一介质金属体51和第二介质金属体52。其中，第一介质金属体51设置在天线辐射体102和影响该天线工作频率的金属板参考地20之间，第二介质金属体52设置在天线辐射体102和影响该天线工作频率的未接地金属体80之间。上述第一介质金属体51和第二介质金属体52均存在与天线辐射体102用于形成等效电容的平行部分。该第一介质金属体51和第二介质金属体52通过串联的控制单元60和匹配电路70接地，其中，匹配电路70由多个子匹配电路组成，不同的子匹配电路可以使介质金属体与参考地之间的等效电容不同。

利用上述结构，当天线辐射体102与金属板参考地20实际生产距离与设计值存在偏差，则通过控制单元60选通匹配电路70中的某一个子匹配电路，使介质金属体50通过该子匹配电路接地，以抵消天线辐射体102与金属板参考地20之间的等效电容值变化对天线工作频率带来的影响。同样的，当天线辐射体102与未接地金属体80实际生产距离与设计值存在偏差，则通过控制单元60选通匹配电路70中的某一个子匹配电路，使介质金属体50通过该子匹配电路接地，以抵消天线辐射体102与未接地金属体80之间的等效电容值变化对天线工作频率带来的影响。

需要说明的是，上述第一介质金属体51和第二介质金属体52除了共用匹配电路外，还可以单独设置匹配电路。另外，上述第二介质金属体52除了利用匹配电路改变第二介质金属体52与参考地之间的等效电容值以外，还可以采用上述实施例中改变第二介质金属体的长度或者改变第二介质金属体在天线辐射体上投影的长度的方式。

本实施例提供的天线，通过设置介质金属体并通过对介质金属体不同状态的切换，以抵消产品生产过程中的偏差对天线性能带来的影响，以一种新的设计方式解决生产对产品带来的难题。

基于上述实施例提供的天线，本实施例还提供了一种终端设备，该终端设备包括上述任一实施例提供的天线，其中，本实施例所述的终端设备可以为手机、可穿戴设备、平板电脑等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种天线，包括天线辐射体，其特征在于，所述天线还包括控制单元和至少两个介质金属体，其中：

所述至少两个介质金属体设置在所述天线辐射体和参考地之间，各所述介质金属体与所述天线辐射体均具用于形成等效电容的相互平行的部分；

各所述介质金属体长度均不相同且在天线辐射体上的投影完全落在天线辐射体内，或者，各所述介质金属体长度相同且各个介质金属体在天线辐射体上投影的长度不相同；

所述控制单元与所述至少两个介质金属体连接，用于控制所述介质金属体悬空，或者，用于选择所述至少两个介质金属体中的一个或者多个介质金属体接地。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括匹配电路，其中：

所述匹配电路串联在所述控制单元与所述介质金属体形成的回路中，用于改变所述介质金属体与参考地之间的等效电容。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质金属体包括第一介质金属体和第二介质金属体，其中：

所述第一介质金属体设置在所述天线辐射体和参考地之间，所述第二介质金属体设置在所述天线辐射体和未接地金属体之间；

所述第一介质金属体和所述第二介质金属体均存在与所述天线辐射体用于形成等效电容的平行部分。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述匹配电路包括电容、电感或者电容和电感的组合。

5.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括权利要求1至4中任一所述的天线。

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