CN111244616B

CN111244616B - 一种天线结构及电子设备

Info

Publication number: CN111244616B
Application number: CN202010230111.7A
Authority: CN
Inventors: 林强
Original assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Vivo Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: CN111244616A

Abstract

本发明提供一种天线结构及电子设备，该天线结构中第一辐射臂的第一端与第二辐射臂的第一端之间具有第一缝隙，第一辐射臂的第二端和第二辐射臂的第二端分别接地；第一馈源与第一辐射臂连接；天线结构通过第一辐射臂工作在第一频段辐射模式，以及通过第一辐射臂和第二辐射臂工作在第二频段辐射模式；开关模组的第一端与第一区域连接，开关模组的第二端接地；开关模组的不同连接状态对应第一频段辐射模式下的不同频段；第一区域为第一辐射臂的中点到第一辐射臂的第一端之间的区域。本发明能够实现在有限的空间内通过有限的辐射臂实现辐射更多频段的同时还能保证在频段切换时各频段的天线性能不受影响。

Description

一种天线结构及电子设备

技术领域

本发明涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种天线结构及电子设备。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)的发展，电子设备的天线需满足5G各频段的工作要求也应兼容第四代移动通信技术(the 4th Generation mobilecommunication technology，4G)各频段的工作要求。由于各应用频段的相互独立，所以一般通过拆天线的方式实现4G和5G天线的兼容，但是这种拆天线的方式一方面受限于天线的设计空间，另一方面又要解决天线之间隔离度的问题。如何在有限的空间内通过有限的辐射臂实现辐射更多的频段，并且在频段切换时各频段的天线性能不受影响是目前电子设备中天线设计的一个难点。

发明内容

本发明实施例提供了一种天线结构及电子设备，以解决目前的电子设备中不能在有限的空间内通过有限的辐射臂实现辐射更多频段的同时在频段切换时各频段的天线性能不受影响的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种天线结构，包括：

第一辐射臂和第二辐射臂，所述第一辐射臂的第一端与所述第二辐射臂的第一端之间具有第一缝隙，所述第一辐射臂的第二端和所述第二辐射臂的第二端分别接地；

第一馈源，所述第一馈源与所述第一辐射臂连接；所述天线结构通过所述第一辐射臂工作在第一频段辐射模式，以及通过所述第一辐射臂和所述第二辐射臂工作在第二频段辐射模式；

开关模组，所述开关模组的第一端与第一区域连接，所述开关模组的第二端接地；所述开关模组包括至少两个连接状态，不同连接状态对应所述第一频段辐射模式下的不同频段；

其中，所述第一区域为：所述第一辐射臂的中点到所述第一辐射臂的第一端之间的区域。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的天线结构。

本发明的上述方案中，通过将开关模组设置在所述第一辐射臂的中点到所述第一辐射臂的第一端之间的区域，以保证天线结构在第一频段辐射模式下切换频段时，不影响第二频段辐射模式下的谐振，实现第一频段辐射模式和第二频段辐射模式的合天线，即实现在有限的空间内通过有限的辐射臂实现辐射更多频段的同时还能保证在频段切换时各频段的天线性能不受影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例的天线结构的示意图之一；

图2表示图1中天线结构的不同辐射模式的S11状态的示意图；

图3表示图1中天线结构在第一频段辐射模式下的不同频段对应第二频段辐射模式S11状态的示意图；

图4表示本发明实施例的天线结构的示意图之二；

图5表示本图4中天线结构的不同辐射模式的S11状态的示意图；

图6表示图1和图4中天线结构在第一频段辐射模式下的不同频段对应的S11状态的示意图；

附图标记说明：

1、第一辐射臂；

2、第二辐射臂；

3、第一馈源；

4、开关模组；

5、第一匹配电路；

6、第三辐射臂；

7、第二馈源；

8、第二匹配电路；

9、第三馈源；

10、第三匹配电路。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1，本发明实施例提供了一种天线结构，包括：

第一辐射臂1和第二辐射臂2，所述第一辐射臂1的第一端与所述第二辐射臂2的第一端之间具有第一缝隙，所述第一辐射臂1的第二端和所述第二辐射臂2的第二端分别接地；

第一馈源3，所述第一馈源3与所述第一辐射臂1连接；所述天线结构通过所述第一辐射臂1工作在第一频段辐射模式，以及通过所述第一辐射臂1和所述第二辐射臂2工作在第二频段辐射模式；

开关模组4，所述开关模组4的第一端与所述第一辐射臂1的第一区域连接，所述开关模组4的第二端接地；所述开关模组4包括至少两个连接状态，不同连接状态对应所述第一频段辐射模式下的不同频段；

其中，所述第一区域为：所述第一辐射臂1的中点到所述第一辐射臂1的第一端之间的区域。

可选的，所述第一区域在所述第二频段辐射模式下，形成为所述第一辐射臂1上的强电流分布区域或者称为弱辐射区域；可选的，该开关模组4可以是位于第一区域内的该第一辐射臂1的三等分点位置，或四等分点位置等。

可选的，开关模组4的一端与第一辐射臂1连接，另一端接地。

可选的，第一辐射臂1和第二辐射臂2之间的缝隙可以通过在金属边框上设置断缝实现，也可以是通过激光直接成型技术(Laser-Direct-structuring，LDS)实现，本发明实施例不做具体限定。

可选的，如图1中，CF段上的D位置可以称为是第一辐射臂1上的馈电点，用于与第一馈源3连接；第一辐射臂1中远离所述第一缝隙的一端，即图1中的C位置接地；第二辐射臂2中远离所述第一缝隙的一端接地(即图1中的G位置)。

可选的，第一频段辐射模式对应低频频段的辐射模式，频率覆盖范围可以是699MHz～960MHz；第二频段辐射模式对应的频率覆盖范围可以是2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz。

当第一馈源3的低频电流流入第一辐射臂1(即CF段)时，形成一个四分之一波长电流分布，通过E位置处的开关模组4切低频频段来实现低频覆盖699MHz～960MHz。

当第一馈源3流入的电流在第一辐射臂1和第二辐射臂2(即CG段)，形成二分之一波长的环形(loop)模式用以实现频率覆盖2490MHz～2690MHz；当第一馈源3流入的电流在第一辐射臂1和第二辐射臂2(即CG段)，形成二分之三倍波长的loop模式用以实现频率覆盖3300MHz～3800MHz。

根据天线结构在频率覆盖2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz时，在CG段的强电流分布区域设置开关模组4，如图1中CF段上的E位置。这样，在实现切换低频频段(699MHz～960MHz)的同时不影响2490MHz～2690MHz的频段和3300MHz～3800MHz的频段的谐振，从而实现低频频段(699MHz～960MHz)和2490MHz～2690MHz的频段以及3300MHz～3800MHz频段的合天线，即实现在有限的空间内通过有限的辐射臂实现辐射更多频段的同时保证在频段切换时各频段的天线性能不受影响。

可选的，所述天线结构还包括：第一匹配电路5，所述第一馈源3通过所述第一匹配电路5与所述第一辐射臂1连接。

具体的，可以通过第一匹配电路5中器件的不同频率对应的阻抗特性，用以激励相应的天线辐射模式。

可选的，本发明实施例给出了一种第一匹配电路5的示例。其中第一匹配电路5包括：第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1；

所述第一电感L1的第一端与所述第二电感L2的第一端连接，所述第一电感L1的第二端接地；所述第一电容C1的第一端与所述第二电感L2的第一端连接，所述第一电容C1的第二端接地；所述第二电感L2的第一端与所述第一辐射臂1连接，所述第二电感L2的第二端与所述第一馈源3连接。

需要说明的是，可以是根据天线结构所需覆盖的频率范围确定第一匹配电路5的结构及器件型号等，本发明实施例不以此为限。

可选的，所述天线结构还包括：

第三辐射臂6，所述第三辐射臂6的第一端与所述第一辐射臂1的第二端之间具有第二缝隙，所述第三辐射臂6的第二端接地；

第二馈源7，所述第二馈源7与所述第三辐射臂6连接；所述天线结构通过第一辐射部分工作在第三频段辐射模式，通过第二辐射部分工作在第四频段辐射模式，以及通过所述第一辐射部分和所述第二辐射部分工作在第五频段辐射模式；

其中，所述第一辐射部分是：所述第三辐射臂6上与所述第二馈源7的连接端到所述第三辐射臂6上的接地端(即所述第三辐射臂6的第二端)之间的部分；所述第二辐射部分是：所述第三辐射臂6上与所述第二馈源7的连接端到所述第一辐射臂1上的接地端(即所述第一辐射臂1的第二端)之间的部分。

如图1所示，第一辐射臂1位于第二辐射臂2和第三辐射臂6之间，且第一辐射臂1与第二辐射臂2和第三辐射臂6之间分别具有缝隙。可选的，第一辐射臂1，第二辐射臂2和第三辐射臂6之间可以通过在金属边框上设置断缝实现，也可以是通过LDS实现，本发明实施例不做具体限定。

第三辐射臂6上远离所述第二缝隙的一端(即图1中的A位置)接地，B位置也可以称为第三辐射臂6上的馈电点，用于与第二馈源7连接。AB段表示第一辐射部分，BC段表示该第二辐射部分，AC段即为该第一辐射部分和第二辐射部分。

可选的，AB段，BC段和AC段对应的辐射部分可以分别对应一个天线谐振，来实现频率覆盖1710MHz～2500MHz，即中高频段(MHB)天线和WIFI_2.4G天线，以及频率覆盖3400MHz～3500MHz。

可选的，所述天线结构还包括：

第二匹配电路8，所述第二馈源7通过所述第二匹配电路8与所述第三辐射臂6连接。

具体的，通过选择第三辐射臂6上的馈电点的位置，即第三辐射臂6上与该第二匹配电路8的连接端的位置，以及选择第二匹配电路8，即可以实现激励3400MHz～3500MHz频段的谐振模式。

可选的，所述第二匹配电路8包括：第三电感L3、第四电感L4和第二电容C2；

所述第三电感L3的第一端与所述第四电感L4的第一端连接，所述第三电感L3的第二端接地；所述第四电感L4的第一端与所述第三辐射臂6连接，所述第四电感L4的第二端与所述第二电容C2的第一端连接，所述第二电容C2的第二端与所述第二馈源7连接。

其中，第四电感L4和第二电容C2在1710MHz～2500MHz频段模式下等效为串电容，用来调谐该频段，对于3400MHz～3500MHz频段来说是等效为大电感，呈大阻抗特性，当第二馈源7的电流在AC段形成二分之一波长loop模式的电流分布弱区时，3400MHz～3500MHz频段的二分之一波长loop模式可以被激励。

如图2给出了第一馈源3对应的天线部分和第二馈源7对应的天线部分的天线接收信号与发射信号之比(S11)的状态示意图，其中实线对应第一馈源3对应的天线部分，虚线对应第二馈源7对应的天线部分。以及结合图3可看出第一馈源3对应的天线部分通过2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz的频段辐射模式下在CG段上的强电流分布区放置开关模组4，实现切换低频频段(699MHz～960MHz)的同时对2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz频段的谐振基本不影响，图3中的不同区域对应频率覆盖范围699MHz～960MHz内的不同频段与2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz的频段。

上述方案可以实现4G全频段，5G(sub-6G，即工作频率在450MHz～6000MHz的6G以下频段)全频段和WIFI_2.4G的天线设计方式，并且第一天线部分和第二天线部分的之间相互独立，以及在4G低频段切换时不影响4G中高频段和5G中高频的天线状态。并且该天线结构实现的各个天线辐射模式清晰，且各个辐射模式下没有共用的辐射臂，保证该天线结构工作个各频段的辐射模式下具有较好的隔离度。

如图4，根据以上至少一个实施例，所述天线结构还包括：

第三馈源9，所述第三馈源9与所述第二辐射臂2连接；所述天线结构通过所述第二辐射臂2工作在第六频段辐射模式。

如图4中，H位置也可被称为第二辐射臂2上的馈电点，第三馈源9连接于所述H位置。可选的，第六频段辐射模式可以是对应GPS_L1频段。

可选的，所述天线结构还包括：第三匹配电路10，所述第三馈源9通过所述第三匹配电路10与所述第二辐射臂2连接。

具体的，通过选择第二辐射臂2上的馈电点的位置以及第三匹配电路10，能够在不影响天线结构的第一频段辐射模式和第二频段辐射模式的情况下，实现GPS_L1频段覆盖。并且由于第一馈源3和第三馈源9在物理距离上比较远，能够保证较好的隔离度，以及由于第二馈源7对应的天线部分的低频段和与第三馈源9对应的天线部分没有共用的辐射臂部分，且通过第三匹配电路10来消除第二馈源7对应的天线部分的高频影响，从而可以保证第一馈源3对应的天线部分，第二馈源7对应的天线部分以及第三馈源9对应的天线部分之间具有较好的隔离度，且上述这三个天线部分可以独立共存，能够实现4G全频段和5G(sub-6G)全频段和GPS_L1天线以及WIFI_2.4G天线的同时工作。

如图5给出了第一馈源3对应的天线部分，第二馈源7对应的天线部分以及第三馈源9对应的天线部分的S11状态示意图。其中，粗虚线对应第一馈源3对应的天线部分，实线对应第二馈源7对应的天线部分，细虚线对应第三馈源9对应的天线部分。

可选的，所述第三匹配电路10包括：第五电感L5、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6；

所述第五电感L5的第一端和所述第三电容C3的第一端分别与所述第二辐射臂2连接，所述第五电感L5的第二端和所述第三电容C3的第二端分别与所述第五电容C5的第一端连接，所述第五电容C5的第二端与所述第三馈源9连接；所述第四电容C4的第一端与所述第五电容C5的第一端连接，所述第四电容C4的第二端接地；所述第六电容C6的第一端与所述第五电容C5的第二端连接，所述第六电容C6的第二端接地。

具体的，第三匹配电路10为双并串电容电感滤波电路，其中第五电感L5和第三电容C3主要用于阻3300MHz～3800MHz频段，第四电容C4，第五电容C5和第六电容C6是用来调GPS_L1天线谐振。

由于2490MHz～2690MHz频段的频率较低，且第二辐射臂2上的馈电点位置H和第二辐射臂2上的接地位置G的距离较近，第三匹配电路10在2490MHz～2690MHz频段等效为一个大电感，相当于对应2490MHz～2690MHz频段的电流会通过一个大电感后再下地，这与上述图1所述实施例中在2490MHz～2690MHz频段辐射模式下的等效路径差异不大，所以第三馈源9对应的天线部分对2490MHz～2690MHz频段的影响较小。并且由于3300MHz～3800MHz频段的频率较高，第三馈源9对应的天线部分对3300MHz～3800MHz频段产生的频偏，可以通过第三匹配电路10来阻止，从而可以维持3300MHz～3800MHz频段本来的电流分布路径，效果如图6所示。

需要说明的是，本发明实施例中的天线结构可以结合实际的印制电路板(PCB)布局，也可用于多种频段的分配。如3300MHz～3800MHz频段也可以替换为实现WIFI_5G，这样WIFI_5G和WIFI_2.4G天线还可以就近使用一个射频前端模块(FEM)，以减小射频通路损耗；或者，2490MHz～2690MHz频段也可以通过第二天线部分实现，这样2490MHz～2690MHz频段可以和第二天线部分上的MHB共一个分频器等，本发明实施例不以此为限。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如上至少一个实施例所述的天线结构。

具体的，本发明实施例中的电子设备可以实现以上至少一个实施例中的天线结构所能够达到的技术效果，这里不再赘述。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

其中，所述第一区域为：所述第一辐射臂的中点到所述第一辐射臂的第一端之间的区域，所述第一区域在所述第二频段辐射模式下，形成为所述第一辐射臂上的强电流分布区域；

所述第一频段辐射模式对应的频率覆盖范围是699MHz～960MHz，所述第二频段辐射模式对应的频率覆盖范围是2490MHz～2690MHz和3300MHz～3800MHz。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

第一匹配电路，所述第一馈源通过所述第一匹配电路与所述第一辐射臂连接。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第一匹配电路包括：第一电感、第二电感和第一电容；

所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第一电感的第二端接地；

所述第一电容的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；

所述第二电感的第一端与所述第一辐射臂连接，所述第二电感的第二端与所述第一馈源连接。

4.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

第三辐射臂，所述第三辐射臂的第一端与所述第一辐射臂的第二端之间具有第二缝隙，所述第三辐射臂的第二端接地；

第二馈源，所述第二馈源与所述第三辐射臂连接；所述天线结构通过第一辐射部分工作在第三频段辐射模式，通过第二辐射部分工作在第四频段辐射模式，以及通过所述第一辐射部分和所述第二辐射部分工作在第五频段辐射模式；

其中，所述第一辐射部分是：所述第三辐射臂与所述第二馈源的连接端到所述第三辐射臂上的接地端之间的部分；所述第二辐射部分是：所述第三辐射臂与所述第二馈源的连接端到所述第一辐射臂上的接地端之间的部分。

5.根据权利要求4所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

第二匹配电路，所述第二馈源通过所述第二匹配电路与所述第三辐射臂连接。

6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述第二匹配电路包括：第三电感、第四电感和第二电容；

所述第三电感的第一端与所述第四电感的第一端连接，所述第三电感的第二端接地；

所述第四电感的第一端与所述第三辐射臂连接，所述第四电感的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第二馈源连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

第三馈源，所述第三馈源与所述第二辐射臂连接；所述天线结构通过所述第二辐射臂工作在第六频段辐射模式。

8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

第三匹配电路，所述第三馈源通过所述第三匹配电路与所述第二辐射臂连接。

9.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第三匹配电路包括：第五电感、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容；

所述第五电感的第一端和所述第三电容的第一端分别与所述第二辐射臂连接，所述第五电感的第二端和所述第三电容的第二端分别与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端与所述第三馈源连接；

所述第四电容的第一端与所述第五电容的第一端连接，所述第四电容的第二端接地；

所述第六电容的第一端与所述第五电容的第二端连接，所述第六电容的第二端接地。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的天线结构。