CN111146569B - 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，将与射频信号源连接的天线辐射本体作为可重构天线的共用部分，同时设置至少两个具有不同频段的等效电长度且相互之间具有平行部分的接地天线耦合分支。由于各天线耦合分支具有不同频段的等效电长度，所以通过切换开关将天线辐射本体不同的天线耦合分支短接，可使该分支与天线辐射本体形成新的天线辐射体，实现天线辐射体的多频段兼容设计；同时，由于各天线耦合分支之间具有相互平行部分，所以剩余的接地天线耦合分支可作为上述新的天线辐射体的耦合接地分支，这样，在切换天线辐射体的同时还更换了耦合分支的角色，实现不同频段信号带宽的扩展，进而可以提供更为高效的天线宽频设计。

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

近年来，随着移动通信的迅猛发展，移动通信用户数量在迅速增长，相应的通信系统的带宽也越来越宽，因此需要移动终端同时集成多种不同频段的通信制式，这就要求移动终端中的天线具有多频段、宽带宽的设计。

目前常用的扩展终端天线带宽的设计中，一种是通过切换终端中不同的天线匹配电路的形式来扩展带宽；另一种是在天线中增加耦合接地分支来扩展带宽。但是，在第一种方式中，如果移动终端要支持多个工作频段，就要设置不同的匹配电路，而天线系统中信号源的信号总辐射功率是一定的，因此在宽带宽设计形式下，随着匹配电路的增多，天线的辐射效率也会下降，进而影响通信质量。另外，由于天线辐射的独特性，移动终端中对天线走线面积、天线高度、天线净空及天线对周边金属的规避对天线性能都有着直接的影响，而具有金属质感和高屏占的移动终端产品越来越受到消费者的青睐，因此上述设计趋势，会使移动终端天线设计空间不断缩小，相应的在有限的设计空间下，用上述增加耦合接地分支能够增加的耦合寄生分支的个数有限，进而能够支持的频段也有限，无法满足当前天线具有多频段、宽带宽的设计要求。

因此，如何在有限的设计空间和复杂的设计环境下，实现终端天线的多频段、宽带宽工作性能，成为天线设计的技术挑战。

发明内容

本发明实施例中提供了一种天线及终端设备，以解决恶劣终端设计环境下大带宽需求。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种天线，该天线包括射频信号源、与所述射频信号源连接的天线辐射本体、第一切换开关以及至少两个天线耦合分支，其中：

所述至少两个天线耦合分支均接地具有不同频段的等效电长度；

所述至少两个天线耦合分支中各天线耦合分支均存在与其它天线耦合分支相互平行的部分；

所述第一切换开关连接在所述天线辐射本体和所述至少两个天线耦合分支之间，用于将所述射频信号源与不同的所述天线耦合分支连接/断开。

根据本发明实施例的第二方面，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所述的天线。

由上述实施例可见，本实施例提供的天线及终端设备，将与射频信号源连接的天线辐射本体作为可重构天线的共用部分，同时设置至少两个具有不同频段的等效电长度且相互之间具有平行部分的接地天线耦合分支。由于各天线耦合分支具有不同频段的等效电长度，所以通过切换开关将天线辐射本体不同的天线耦合分支短接，可使该分支与天线辐射本体形成新的天线辐射体，实现天线辐射体的多频段兼容设计；同时，由于各天线耦合分支之间具有相互平行部分，所以剩余的接地天线耦合分支可作为上述新的天线辐射体的耦合接地分支，这样，在切换天线辐射体的同时还更换了耦合分支的角色，进而实现不同频段信号带宽的扩展。因此，上述设计将对天线辐射体形式的切换和天线接地耦合部分的重构切换相结合，可以实现更为高效的天线宽频设计。

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为本申请实施例提供的一种天线的基本结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种天线的基本结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图；

图6为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图；

图7为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种终端设备中天线的基本结构示意图。

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。

为实现终端中天线的宽频设计，本发明实施例提供了一种新型可重构体天线及终端设备，其基本实现原理为：将天线形式的可重构和天线耦合部分的切换可重构结合，提供更灵活和更高效的天线可重构方案。基于上述实现原理，下面将结合附图对本实施例提供的天线进行详细介绍。

图1为本申请实施例提供的一种天线的基本结构示意图。如图1所示，该天线包括射频信号源10、天线辐射本体20、第一切换开关30以及设置在射频信号源10近端三个不同周长度的天线耦合分支，本实施例将其命名为第一天线耦合分支41、第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43。具体的，射频信号源10通过相关调谐电路馈电到天线辐射本体20上；上述三个天线耦合分支均接地，并且每一个天线耦合分支均存在与其它天线耦合分支相互平行的部分；第一切换开关30设置在天线辐射本体20和三个天线耦合分支之间。

通过上述设计，当第一切换开关30断开时，天线辐射本体20与三个天线耦合分支是断开的，只有天线辐射本体20与射频信号源10馈接，此时的天线为只有天线辐射本体20的单极天线形式，具有工作频率f10。当第一切换开关30连接天线辐射本体20和第一天线耦合分支41时，此时天线辐射本体20和第一天线耦合分支41短接并同时馈接射频信号源10，进而形成具有工作频率f11的PIFA天线形式，同时由于第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43均与第一天线耦合分支41具有走线平行的部分，因此可以作为天线辐射本体20和第一天线耦合分支41所构成的天线辐射体的接地耦合分支，耦合出工作频率f12和f13。同理，当第一切换开关30短接天线辐射本体20和第二天线耦合分支42时，由于第二天线耦合分支42与第一天线耦合分支41的周长度不同，进而可以形成具有工作频率f14的PIFA天线形式，同时利用第一天线耦合分支41和第三天线耦合分支43耦合出工作频率f15和f16；当第一切换开关30短接天线辐射本体20和第三天线耦合分支43时，可以具有工作频率f17、f18和f19。

本实施例将与射频信号源10连接的天线辐射本体20作为可重构天线的共用部分，同时设置三个具有不同周长度且相互之间具有走线平行部分的接地的天线耦合分支41、42、43。设计各耦合分支的周长度不同，以使其具有不同频段的等效电长度，进而通过第一切换开关30将天线辐射本体20不同的天线耦合分支短接后，可使该分支与天线辐射本体20形成新的天线辐射体，实现天线辐射体的多频段兼容设计；同时，由于各天线耦合分支之间具有相互平行部分，所以剩余的接地天线耦合分支可作为上述新的天线辐射体的耦合接地分支，这样，在切换天线辐射体的同时还更换了耦合分支的角色，进而实现不同频段信号带宽的扩展。因此，上述设计将对天线辐射体形式的切换和天线接地耦合部分的重构切换相结合，与单一的天线重构方式相比，可以提供更为高效的天线宽频设计。

需要说明的是，本实施例将第一切换开关30设计为单刀三掷开关，当然还可以设计成为其它形式，如并联的三个单刀单掷开关且每个开关对应一个天线耦合分支。

上述实施例是以切换开关断开的情况下，天线辐射本体20为单极天线为例进行说明，当然并不限于该天线形式，还可以为PIFA、LOOP等天线多种形式，下面以PIFA天线为例进行说明。

图2为本申请实施例提供的另一种天线的基本结构示意图。如图2所示，该天线同样包括射频信号源10、天线辐射本体20、第一切换开关30以及设置在射频信号源10远端的三个不同周长度的天线耦合分支。与上述图1中的天线不同的是本实施例中天线辐射本体20靠近射频信号源10的一端是接地的，因此，当第一切换开关30断开的情况下，天线辐射本体20为PIFA天线形式，具有工作频率f20。当第一切换开关30连接天线辐射本体20和第一天线耦合分支41时，此时天线辐射本体20和第一天线耦合分支41短接并同时馈接射频信号源10，进而形成具有工作频率f21的LOOP天线形式，同时由于第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43均与第一天线耦合分支41具有平行的部分，因此可以作为天线辐射本体20和第一天线耦合分支41所构成的天线辐射体的接地耦合分支，耦合出工作频率f22和f23。同理，与第二天线耦合分支42短接后，形成可以具有工作频率f24、f25和f26的LOOP天线；与第三天线耦合分支43短接后，形成可以具有工作频率f27、f28和f29的LOOP天线。

进一步的，为了使上述天线可以实现更多的搭配设计，对不同频段信号带宽的扩展，在图2中天线结构的基础上，本实例还提供了天线耦合分支自身的可重构设计。下面以在相邻的两个天线耦合分支之间设置控制开关为例进行说明。

图3为本申请实施例提供的另一种天线的基本结构示意图。如图3所示，本实施例提供的天线同样包括射频信号源10、天线辐射本体20、第一切换开关30以及设置在射频信号源10远端的三个不同周长度的天线耦合分支，同时，天线辐射本体20靠近射频信号源10的一端是接地的。与上述图2中的天线不同的是本实施例中在第一天线耦合分支41和第二天线耦合分支42，以及第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43开关之间还设有第二切换开关，本实施例将两个开关分别命名为开关K1、开关K2。

通过上述设计，当第一切换开关30断开的情况下，天线辐射本体20为PIFA天线形式，具有工作频率f30。当第一切换开关30连接天线辐射本体20和第一天线耦合分支41时，并且当开关K1和开关K2断开时，同样形成具有工作频率f31的LOOP天线形式，由于第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43均与第一天线耦合分支41具有平行的部分，因此可以作为天线辐射本体20和第一天线耦合分支41所构成的天线辐射体的接地耦合分支，耦合出工作频率f32和f33；进一步的，当K2闭合后，第二天线耦合分支42和第三天线耦合分支43短接，接地耦合分支的形式变化，进而可以耦合出工作频率f34；当K1闭合后，第二天线耦合分支42和第一天线耦合分支41短接，进而形成天线辐射体的一部分，进而使天线辐射体形成具有两个天线分支的天线形成式，且具有f35和f36，并且利用第三天线耦合分支43耦合出工作频率f37；同理，当K1和K2闭合后，三个天线耦合分支都作为天线辐射体的一部分，得到具有新的工作频率的天线。

需要说明的是，本实施例仅以将第二控制开关设置在相邻的两个天线耦合分支之间为例，在具体实施过程可以将其设置在任意两个天线耦合分支之间。

上述实施例通过设计周长度不同的接地耦合分支，来实现各耦合分支具有不同频段有效电长度的目的，在具体实施过程还可以是设计周长度相同接地耦合分支通过短接不同的匹配器件(如电容或电感)形成不同成的自谐振频率，或者还可以将两种方式结合实现耦合分支有效电长度不同。

图4为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图。如图4所示，与图2中的天线一样，本实施例中的天线也包括射频信号源10、天线辐射本体20、第一切换开关30以及设置在射频信号源10远端的三个天线耦合分支。而与图2中的天线不同的是三个天线耦合分支分别通过匹配器件51、52、53接地，其中，上述匹配器件可以为电容、电感或者电容与电感的组合。本实施例通过在天线耦合分支的接地端设置匹配器件，可以更为灵活的改变其有效电长度，减少天线耦合分支所占用的空间。

为进一步扩展上述天线的带宽，还可以设计上述至少两个天线耦合分支中的至少一个天线耦合分支与天线辐射本体具有平行部分，这样在天线辐射本体与天线耦合分支断开时，各天线耦合分支可以作为天线辐射本体的接地耦合分支，耦合出更多的工作频率。

图5为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图。如图5所示，本实施例中的天线包括射频信号源10、与射频信号源10馈接的天线辐射本体20，天线辐射本体20靠近射频信号源10的一端接地，远离射频信号源10的一端设置有第一切换开关30，同时，第一切换开关30还连接有接地的第四天线耦合分支44和第五天线耦合分支45，并且第四天线耦合分支44和第五天线耦合分支45均与天线辐射本体20具有走线平行部分。

利用上述设计，当第一切换开关30断开时，天线辐射本体20与射频信号源10馈接，此时的天线为只有天线辐射本体20的PIFA天线形式，具有工作频率f50，同时由于第四天线耦合分支44和第五天线耦合分支45均与天线辐射本体20具有走线平行部分，因此可以耦合出工作频率f51和f52。当第一切换开关30连接天线辐射本体20和第四天线耦合分支44时，此时天线辐射本体20和和第四天线耦合分支44短接并同时馈接射频信号源10，进而形成具有工作频率f55的LOOP天线形式，同时第五天线耦合分支45作为新构成的天线辐射体的接地耦合分支，可以耦合出工作频率f56。同理，当第一切换开关30连接天线辐射本体20和第五天线耦合分支45时，可以具有工作频率f57和f58。

上述实施例均以单一的天线辐射本体为例，还可以将天线辐射本体的天线分支数量、天线辐射本体的数量设计为多个，以扩展天线的带宽。

图6为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图。如图6所示，本实施例中包括第一天线辐射本体21和第二天线辐射本体22，第二天线辐射本体22的一端接地，并且，第一天线辐射本体21和第二天线辐射本体22通过第三切换开关60与射频信号源10连接。设置射频信号源10的馈电点，使第三切换开关60将射频信号源10与第一天线辐射本体21馈接时构成单极天线，进一步的，通过设置在第一天线辐射本体21与三个天线耦合分支41/42/43之间的切换开关31，对第一天线辐射本体21进行天线重构扩频。同理，设置射频信号源10的馈电点，使当第三切换开关60将射频信号源10与第二天线辐射本体22馈接时可以构成PIFA或LOOP等天线形式，进一步的，通过设置在第二天线辐射本体22与三个天线耦合分支41/42/43之间的切换开关32，对第二天线辐射本体22进行天线重构扩频。

利用上述方式，三个耦合分支可以分别与两个天线辐射本体短接，进而可以实现更多的天线搭配，实现更灵活、高效的天线重构扩展带宽的设计。需要说明的是，在具体应用中，上述两个天线辐射本体还可以同时与射频信号源10馈接，或者还可以设置单独各馈接一个射频信号源。

图7为本申请实施例提供的又一种天线的基本结构示意图。如图7所示，本实施例中天线与图1中天线的主要区别在于：天线辐射本体包括两个天线辐射本体分支，分别为第一天线辐射本体分支201、第二天线辐射本体分支202。进一步的，上述两个分支与天线耦合分支之间设有切换开关31、32，利用该开关可以将上述两个天线辐射本体分支中的任一天线辐射本体分支和不同的天线耦合分支连接/断开，以进行天线重构。

本实施例还提供了将上述天线实际应用于终端中的示例。图8为本申请实施例提供的一种终端设备中天线的基本结构示意图。本实施例中的终端设备为具有金属边框手机，如图8所示，图中50为手机的合金部分及整机的参考地，并且和金属边框501和502部分连接，其中，金属边框502作为一个天线耦合分支；金属边框505通过两侧开缝独立于接地的合金部分，作为天线辐射本体；同时，设有其它两个接地的天线耦合分支503和504，并且与金属边框502形成的天线耦合分支三者之间的走线具有平行的部分。进一步的，设置将单刀三掷开关作为第一切换开关30，用于将辐射本体与天线耦合分支502、503和504选择短接；设置射频信号源10馈接辐射本体形成单极天线部分，通过单刀三掷开关短接其中一个分支形成PIFA天线形式，同时其它分支便会根据不同短接场景耦合出不同的天线频段。

需要说明的是，上述天线辐射本体中的天线分支数量、天线辐射本体的数量、以及天线耦合分支的数量并不限于上述实施例中的数目，均可以是多个。另外，天线辐射本体与所述天线耦合分支断开时，构成的天线形式可以为单极天线、PIFA天线、LOOP天线等天线形式；当天线辐射本体与天线耦合分支连接时，构成的天线形式可以PIFA天线LOOP天线等天线形式。只要是通过不同电长度接地的天线耦合分支对天线结构形式的可重构，同时剩余的接地耦合分支耦合出不同频段的结合设计均属于本发明实施例的保护范畴。

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 (9)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括射频信号源、与所述射频信号源连接的天线辐射本体、第一切换开关以及至少两个天线耦合分支，其中：

所述至少两个天线耦合分支具有不同频段的等效电长度，且各天线耦合分支通过不同的匹配电路接地；

所述至少两个天线耦合分支中各天线耦合分支均存在与其它天线耦合分支相互平行的部分，各个天线耦合分支之间的平行部分可产生耦合作用；

所述第一切换开关连接在所述天线辐射本体和所述至少两个天线耦合分支之间，用于将所述射频信号源与不同的所述天线耦合分支连接/断开，其中，连通的天线耦合分支与天线辐射本体形成新的天线辐射体，断开的耦合接地分支形成新的天线辐射体的耦合接地分支。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述至少两个天线耦合分支中的至少一个天线耦合分支与所述天线辐射本体相互平行。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述至少两个天线耦合分支中各天线耦合分支之间设有第二切换开关，其中，所述第二切换开关用于控制所述至少两个天线耦合分支中的天线耦合分支与其它的天线耦合分支连接/断开。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述至少两个天线耦合分支中各天线耦合分支具有不同的周长度。

5.根据权利要求1至4任一所述的天线，其特征在于，所述天线辐射本体由多个子天线辐射本体构成，其中：

所述切换开关用于将所述多个子天线辐射本体中的一个子天线辐射本体与不同的所述天线耦合分支连接/断开。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第三切换开关，其中：

所述第三切换开关用于将所述多个子天线辐射本体中的一个或多个子天线辐射本体与所述射频信号源连接/断开；

所述第一切换开关，用于将与所述射频信号源连接的子天线辐射本体和不同的所述天线耦合分支连接/断开。

7.根据权利要求1至4任一所述的天线，其特征在于，所述天线辐射本体由多个天线辐射本体分支构成，其中：

所述第一切换开关，用于将所述多个天线辐射本体分支中的任一天线辐射本体分支和不同的所述天线耦合分支连接/断开。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线辐射本体与所述天线耦合分支断开时，构成的天线形式包括单极、PIFA天线或LOOP天线；

所述天线辐射本体与所述天线耦合分支连接时，构成的天线形式包括PIFA天线或LOOP天线。

9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括权利要求1至8任一所述的天线。

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