CN111430888A - 一种天线及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线，涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端，可提高天线单一方向上的辐射强度，有效利用资源，降低成本。该天线包括辐射体和寄生分支，辐射体一端馈接信号端，寄生分支接地设置，且寄生分支具有与辐射体耦合馈电的部分，寄生分支的谐振频率与辐射体的工作频率相同，且接地寄生分支设置在辐射体的一侧。本发明用于信号的发射和接收。

Description

一种天线及移动终端
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端。
背景技术
随着智能移动终端的发展，移动终端设备承载着越来越多的信息传递功能，而移动终端主要依靠天线来实现信息传递的功能。目前移动终端的天线以全向天线设计为主，但是在很多特殊应用场景下，例如北斗定位系统或者手机GPS(Global PositioningSystem,全球定位系统)功能等，常常只需要天线在某一特定方向上的辐射强度，即，需要天线具有单一方向上较好的方向性。
现有移动终端中的全向天线，如图1所示，图为现有移动终端全向天线的方向性结构剖图，现有全向天线至少设置有辐射件01，辐射件01馈接信号端02，该天线拥有较好的全向性；此外，部分天线还设置有寄生分支，其寄生分支的谐振频率不同于辐射体的工作频率，其寄生分支用于拓展天线的带宽。
现有的移动终端设备在使用的过程中，天线接收和发射信号一般是朝向天空的，这样，由于现有天线为全向天线形式，其在各个方向上的辐射强度均匀分布，不能增强天线单一方向上的辐射强度，不能达到较好的方向性，使得除朝向天空外其他方向的辐射不能有效利用，造成资源浪费。而且，如果需要增强天线在某一特定方向上的辐射强度，只能增加天线整体的辐射强度，进而可能增加天线的尺寸或成本等。
发明内容
本发明实施例提供一种天线及移动终端，可提高天线单一方向上的辐射强度，有效利用资源，降低成本。
为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种天线，包括辐射体和寄生分支，所述辐射体一端馈接信号端，所述寄生分支接地设置，且所述寄生分支具有与所述辐射体耦合馈电的部分，所述寄生分支的谐振频率与所述辐射体的工作频率相同，且所述接地寄生分支设置在所述辐射体的一侧。
本发明实施例的天线，包括辐射体和寄生分支，辐射体一端馈接信号端，信号端用于向辐射体输入电磁波信号，进而，通过辐射体将电磁波信号辐射出去；或者将辐射体接收到的电磁波信号通过馈线传输到其他元件中。寄生分支接地设置，使寄生分支与辐射体构成完整的天线回路。寄生分支具有与辐射体耦合馈电的部分，寄生分支在耦合馈电部分的作用下产生与辐射体的工作频率相同的谐振频率。由于寄生分支依赖耦合馈电产生谐振，进而辐射电磁波信号，因此可以有效的利用辐射体朝向寄生分支所在一侧的电磁波辐射。寄生分支位于辐射体的一侧，由于寄生分支的谐振频率与辐射体的辐射频率相同，寄生分支辐射的电磁波与辐射体辐射的电磁波发生干涉作用，使得天线在寄生分支所在的一侧的方向性能减弱，在寄生分支的另一侧的方向性能得到加强，进一步的，在无需增加天线整体的辐射强度的前提下，增加了天线单一方向上的辐射强度，使天线达到较好的方向性，有效的利用了天线寄生分支所在一侧的电磁波辐射，降低了成本。
另一方面，本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端包括上述的天线。
本发明实施例的移动终端，由于设置了上述的天线，可提高天线单一方向上的辐射强度，有效利用资源，降低成本。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统天线的方向性剖图；
图2为本发明实施例的天线的结构示意图；
图3为本发明实施例的天线的方向性剖图；
图4为本发明实施例的天线为双频天线时的结构示意图；
图5为本发明实施例的天线工作频率为f1时寄生分支的谐振长度的结构示意图；
图6为本发明实施例的天线工作频率为f2时寄生分支的谐振长度的结构示意图。
附图标记：
01-辐射件；02-信号端；1-辐射体；11-调谐段；12-馈电连接段；2-寄生分支；21-平行段；211第一平行段；212-第二平行段；22-连接段；221-第一连接段；222-第二连接段；23-接地段；3-信号端；4-接地走线；41-第一接地走线；42-第二接地走线；5-第一开关；6-第二开关；7-匹配器件。
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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例的天线，如图2所述，包括辐射体1和寄生分支2，辐射体1一端馈接信号端3，信号端3用于向辐射体1输入电磁波信号，进而，通过辐射体1将电磁波信号辐射出去；或者将辐射体1接收到的电磁波信号通过馈线传输到其他元件中。寄生分2接接地设置，使寄生分支2与辐射体1构成完整的天线回路。寄生分支2的一部分可以与辐射体1耦合馈电部分，寄生分支2在耦合馈电作用下产生与辐射体1的工作频率相同的谐振频率；由于寄生分支2依赖耦合馈电产生谐振，进而辐射电磁波信号，因此可以有效的利用辐射体1朝向寄生分支2所在一侧的辐射。寄生分支2位于辐射体1的一侧，由于寄生分支2的谐振频率与辐射体1的辐射频率相同，进而使得寄生分支2辐射的电磁波可以与辐射体1辐射的电磁波发生干涉和相互叠加，使得天线在寄生分支2所在的一侧的方向性减弱，在寄生分支2的另一侧的方向性得到加强，进一步的，在无需增加天线整体的辐射强度的前提下，增加了天线单一方向上的辐射强度，使天线达到较好的方向性，有效的利用了天线寄生分支2所在一侧的电磁波辐射，降低了成本。
需要说明的是，图1为现有技术的天线的方向性剖图，图3是本发明实施例的天线的方向性剖图，现有技术的天线不设置寄生分支2，或者寄生分支2的谐振频率与辐射体1的工作频率不相同时，由图可知，其天线的方向性剖图，其波瓣分为上下两部分，完全对称分布，此时天线的电磁波在四周均匀的辐射；图3为加入谐振频率与辐射体1的工作频率相同的寄生分支2后，天线的方向性剖图，其波瓣分为上下两部分，在电磁波干涉作用下，下方(寄生分支2所在的一侧)的方向性被削弱，上方(与寄生分支2关于辐射体1相对的另一侧)的方向性被增强。对比图2和图3天线的方向性剖图可以得知，加入谐振频率与辐射体1工作频率相同的寄生分支2后，天线与寄生分支2关于辐射体1相对的一侧的方向性可以得到显著提升。
本发明实施例的天线，寄生分支2包括平行段21、连接段22和接地段23，平行段21与辐射体1相互平行，平行段21与辐射体1构成电容关系，以与辐射体1组成耦合馈电部分，使寄生分支2具有被电磁激发的条件，在耦合馈电作用下，寄生分支2的谐振频率与辐射体1的工作频率相同，同时，上述平行段21与辐射体1相互平行的设计，可以保证电磁辐射从辐射体1向寄生分支2的电磁转化效率，提升寄生分支2的辐射强度，辐射体1和寄生分支2辐射的电磁波发生干涉叠加，进而提高天线的辐射效率。接地段23用于设置接地走线4，连接段22用于将平行段21和接地段23连接。本发明实施例的天线，如图2所述，接地段23与平行段21平行设置，连接段22分别于与平行段21和接地端23垂直设置。
需要说明的是，天线辐射效率是指天线辐射出去的功率和输入到天线的有功功率之比，即天线的辐射功率与输入功率之比。
由于移动终端设备的工作场景经常发生变化，单一频段的天线无法满足多变的环境使用要求，因此天线大多为多频天线设计。谐振特性表明，为保证寄生分支2的谐振频率与辐射体1的工作频率相同，辐射体1的辐射频率越低，寄生分支2与辐射体构成的耦合馈电部分越长，即所需平行段21的长度就越长。本发明实施例的天线，寄生分支2依赖谐振作用辐射频率与辐射体1工作频率相同的电磁波，当天线设置为多频天线时，由于辐射体1辐射的频率发生变化，对应的，为了保证寄生分支2的谐振频率与辐射体的工作频率相同，需要设置不同长度的平行段21。但是在实际设计制造过程中很难直接改变寄生分支2的平行段21的长度，因此设置多个平行段21与辐射体平行，通过改变发生谐振的平行段21的数量来改变与辐射体1平行的平行段21的长度，进而改变寄生分支2的谐振长度，从而确保辐射体1在不同频率下工作时，寄生分支2都能辐射与辐射体1相同频率的谐振频率。与多个平行段21相对应的，需要设置多个连接段22，连接段22的数量与平行段21的数量相等且一一对应连接，与之对应的，还需要设置多个接地走线4，多个接地走线4用以控制产生谐振的平行段21的数量，从而改变产生谐振的平行段21的长度，进而适应天线的多频辐射。
本发明实施例的天线，当天线为单一频率工作时，如图2所示，寄生分支2的接地段23设置有一个接地走线4，且接地走线4设置在接地段23上远离平行段21的一端。如图2所示，寄生分支2上接地走线3的左侧部分(包括平行段21、连接段22以及部分接地段23，)产生谐振作用，可以辐射电磁波信号，寄生分支2上接地走线3的右侧部分为结构设置需要，不产生谐振作用，不向外辐射电磁波信号。
当天线设计为多频天线时，为了适应天线辐射体1的多频率段辐射，在寄生分支2上设置了多个平行段21，为了改变产生谐振的平行段21的长度，需要控制产生谐振的平行段21的数量，因此同样需要设置多个接地走线4，多个接地走线4可控制产生谐振的平行段21的数量，进而控制平行段21的长度，从而适应多频天线的多屏段工作需求。多个接地走线4都设置在寄生分支2的接地段23上，为了使天线始终可以保持构成完整的天线回路，多个接地走线4至少有一个始终保持接地状态，始终保持接地状态的接地走线3设置在接地段23的远离平行段21的一端；其余靠近平行段21的多个接地走线4上设置有第一开关5，根据天线不同辐射频率的实际需要，第一开关5可以选择是否闭合，进而控制与之相连的接地走线4是否接地，进一步的，可以控制寄生分支2上产生谐振的平行段21的数量，改变寄生分支2与辐射体1之间的耦合馈电部分的长度，以使辐射体1在各个频段工作时，寄生分支2都能产生与辐射1工作频率相同的谐振频率。
本发明实施例的天线，以双频天线为例，如图4所示，寄生分支2的平行段21有两个，分别为第一平行段211和第二平行段212；对应的连接段22同样设置两个，分别为第一连接段221和第二连接段222；还设置有两个接地走线4，分别为第一接地走线41和第二接地走线42。第一连接段221用于连接第一平行段211和接地段23，第二连接段222用于连接第二平行段212和接地段23；第一接地走线41位于接地段23靠近第一连接段221的一端，第二接地走线42设置在接地段23远离第一连接段221的一端，第二平行段212以及与之相连的第二连接段222位于接地段23上第一接地走线41和第二接地走线42之间，靠近第一连接段221的一端的第一接地走线41选择性接地设置，即在第一接地走线41上设置有第一开关5，第一开关5可以选择是否闭合，以控制第一接地走线41是否接地，远离第一连接段221的一端的第二接地走线42始终接地设置。当辐射体1辐射较高频率电磁波信号时，第一开关5闭合时，第一接地走线41连通并接地，此时，如图5所述，只有第一平行段211、第一连接段221和部分接地段23(图5中寄生分支2的阴影部分)产生谐振，第二平行段212、第二连接段222以及第一接地走线41和第二接地走线42之间的部分接地段23(图5中寄生分支2的白色部分)不产生谐振；当辐射体1辐射较低频率电磁波信号时，第一开关5打开，第二接地走线41断开，此时，如图6所示，寄生分支2上的各个部分(图6中寄生分支2的阴影部分)都会产生谐振。
本发明实施例的天线，如图2和图4所示，辐射体1分为调谐段11和馈电连接段12，调谐段11与寄生分支2的平行段21平行，调谐段11与平行段21构成耦合馈电部分。馈电连接段12与信号端3馈接，信号端3通过馈线将电磁波信号传输到辐射体1，辐射体1向外辐射电磁波。
需要说明的是，寄生分支2的平行段21与辐射体1的调谐段11相互平行，平行段21与调谐段11构成电容关系。可以近似的将信号端3和辐射体1看成一组天线系统；将信号端3、辐射体1、寄生分支2和接地走线4看成另外一套天线系统，此天线系统，通过平行段21与调谐段11构成的等效的电容产生耦合馈电作用，使寄生分支2产生感应电磁波信号，无需为寄生分支2设置单独的信号输入装置。两套天线系统的辐射频率相同，在电磁波干涉叠加作用下，增强了天线的单一方向的信号辐射强度，从而使天线达到了较好的方向性。
当天线为多频天线时，辐射体1的馈电连接段12和信号端3之间连接有第二开关6和多个匹配器件7，多个匹配器件7相互并联设置，且匹配器件7的数量与寄生分支2的平行段21的数量相同，第二开关6可以切换链接多个匹配器件7中的任意一个或者其中多个匹配器件7与辐射体1连接导通，每种不同的选择连接方式都对应一种不同的输入频率，与之对应的，第一开关4选择是否接地，以适应相应频率的谐振需求。本发明实施例以双频天线为例，如图4所示，匹配器件7的数量为两个，两个匹配器件7互不相同，通过两个不同的匹配器件7可以向辐射体1输入不同的电信号，以使辐射体1可以向外辐射不同频率的电磁波信号。第二开关6可以选择将两个匹配器件7的任意一个单独与辐射体1连接，对应的，使辐射体1可以辐射两种不同频率的电磁波信号，天线拥有两个不同的工作频段。
需要说明的是，以双频天线为例，如图5和图6所示，假设天线有两个工作频率f1和f2，且频率f1大于频率f2，当第二开关6选择其中一个匹配器件7时，辐射体1的辐射频率为f1，此时第一开关4处于闭合状态，短路了部分产生谐振的寄生分支2，寄生分支2的谐振长度为图5中寄生分支2的阴影部分长度；当第二开关6选择另外一个匹配器件7时，辐射体1的辐射频率为f2，由于频率f2小于频率f1，为了适应更低的谐振频率，此时第一开关4处于断开状态，寄生分支2拥有更长的谐振长度，产生谐振的部分为图6中寄生分支2的阴影部分长度。
本发明实施例的天线，如图4所示，第一开关和第二开关6均为有源开关，有源开关相较于普通开关而言，更容易实现智能控制，不需要人工手动操作开启或者关闭，方便操作使用，在需要接受或者辐射不同工作频率的电磁波时，天线能够更快捷更方便的适应多变的实际应用场景。
本发明实施例的天线，辐射体1为全向天线形式，天线方向性的改善是基于全向天线的基础上设计的。天线辐射体1为常规天线设计，可以是单极天线、PIFA天线(平面形状天线)、LOOP天线(环形天线)等常见天线形式。
需要说明的时，根据傅里叶原理，一个天线具有f1的工作频率，其在2f1也有谐振频率，比如GSM900MHz和GSM1800MHZ同属通话频段。实施上，天线在主频率f1时，在2f1的谐振但是其信号较弱了，在天线辐射体1设计上可以这么用，在寄生分支2上本来电磁转换就有能量损失，如果采用较弱的频段设计，不容易更好的达到提升天线辐射效率和改善天线方向性的效果，所以将寄生分支2的谐振频率设置与辐射体1的工作频率相同，同时增加寄生分支2上的电磁转换率。因此本发明实施例的天线，即使多频天线的多个工作频段符合傅里叶原理，也最好采用多个接地走线3，调整寄生分支2的谐振长度，以保证寄生分支2的谐振频率与辐射体1的工作频率相同，从而更好地提升天线辐射效率、改善天线的方向性能。
另一方面，本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端包括上述的天线，移动终端包括但不仅限于手机、运动手环、平板电脑和可穿戴设备等多种移动通讯设备。
本发明实施例的移动终端，由于设置了上述的天线，可提高天线单一方向上的辐射强度，有效利用资源，降低成本。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种天线，包括辐射体和寄生分支，所述辐射体一端馈接信号端，其特征在于，所述寄生分支接地设置，且所述寄生分支具有与所述辐射体耦合馈电的部分，所述寄生分支的谐振频率与所述辐射体的工作频率相同，且所述接地寄生分支设置在所述辐射体的一侧。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述寄生分支包括平行段、连接段和接地段，所述平行段与所述辐射体相互平行，以与所述辐射体组成耦合馈电部分，所述接地段用于接地，所述连接段用于将所述平行段和所述接地段连接。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述寄生分支具有多个所述平行段，以及一一对应多个所述平行段设置的多个所述连接段，多个所述连接段用于将多个所述平行段与所述接地段连接。
4.根据权利要求2或3所述的天线，其特征在于，所述接地段远离所述平行段的一端接地。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述接地段靠近所述平行段的一端通过第一开关接地。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述辐射体包括调谐段和馈电连接段，所述调谐段与所述辐射体的所述平行段平行，所述馈电连接段与信号端馈接。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述馈电连接段与信号端之间连接有第二开关和多个匹配器件，且多个所述匹配器件并联设置，且数量与多个所述平行段一致，所述第二开关用于切换多个所述匹配器件中的某个或多个工作。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为有源开关。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射体为全向天线。
10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的天线。
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