CN111613905A - 一种天线及移动终端 - Google Patents

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刘珂鑫
龚贻文
尤佳庆
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Abstract

本申请提供了一种天线及移动终端，该天线包括第一子天线及第二子天线，第一子天线和第二子天线的辐射体共用第一枝节；第一子天线及第二子天线的辐射体还包括第二枝节，在设置时，第二枝节与第一枝节电连接，并且第二枝节与第一枝节成设定角度相交，第二枝节的长度与特定工作频率的波长的比值位于设定阈值内，其中特定工作频率在第二子天线工作频段内，通过将第二枝节设置为与第一枝节成电连接且设定角度相交，并且同时限定第二枝节的长度，能够使第二枝节形成的谐振与第一枝节的二分之一模可相容，以展宽天线的频段带宽，而且能够减小第一枝节和第二枝节之间的反向电流，效率凹坑浅，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。

Description

一种天线及移动终端
技术领域
本申请涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种天线及移动终端。
背景技术
随着信息技术的发展，5G网络以其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb，比4G网络的传输速度快数百倍的传输优势已日渐流行。为了满足5G网络的传输需求，5G移动终端需要在有限的空间内配置更多的天线(N77、N78、N79)、覆盖更宽的频段。
现有天线中MHB(中高频)天线和N77天线通过共用一个辐射体来节省空间，其中MHB天线和N77天线共体设计在移动终端的边框上，wifi5G天线设置在边框的附近，但是这种设置方式中MHB天线和N77天线只用边框的二分之一模，覆盖频段的带宽较窄，不足以覆盖N77频段；为了改善这一状况通过在边框上增加一平行枝节，能够在N77天线增加一个谐振，展宽频段的带宽，但由于平行枝节和边框之间的反向电流作用，会在3.8GHz附近产生效率凹坑，最差点-7.5dBi。
发明内容
本申请提供了一种天线及移动终端，用以展宽天线的带宽，提高天线的通信效果。
第一方面，提供了一种天线，该天线包括第一子天线及第二子天线，在设置时，为了节省空间，所述第一子天线和第二子天线的辐射体共用第一枝节；为了展宽天线的带宽，所述第一子天线及所述第二子天线的辐射体还包括第二枝节，在设置时，所述第二枝节与所述第一枝节电连接，并且所述第二枝节与第一枝节成设定角度相交，所述第二枝节的长度与特定工作频率的波长的比值位于设定阈值内，其中所述特定工作频率在所述第二子天线工作频段内。
在上述技术方案中，通过将第二枝节设置为与第一枝节成电连接且设定角度相交，并且同时限定第二枝节的长度，能够使第二枝节形成的谐振与第一枝节的二分之一模可相容，以展宽天线的频段带宽，而且能够减小第一枝节和第二枝节之间的反向电流，使得第二枝节与第一枝节的二分之一模融合较好，效率凹坑浅，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。
在一个具体的实施方案中，所述的天线还包括第三子天线，所述第三子天线包括第三枝节和第四枝节，所述第三枝节和第四枝节位于所述第二枝节的两侧，且所述第三枝节和第四枝节耦合连接。
在一个具体的实施方案中，所述第二枝节用于调节所述第三枝节和第四枝节的耦合量。通过第二枝节增强第三子天线中第三枝节和第四枝节的耦合作用，同时能够增大天线辐射口径，优化谐振匹配，进而提升效率。
在一个具体的实施方案中，所述第二枝节和第一枝节所成的设定角度为10°-170°。通过将第二枝节设置成与第一枝节非平行，以减小第二枝节和第一枝节之间的反向电流。
在一个具体的实施方案中，所述第二枝节和第一枝节所成的设定角度为90°，以使的第二枝节和第一枝节之间的反向电流的最小。
在一个具体的实施方案中，所述第二枝节和第一枝节的交点位于所述第一枝节的中部，以减小第二枝节的引入对第一枝节的二分之一模以及第一枝节的谐振的影响。
在一个具体的实施方案中，还包括一电感，所述电感与所述第一枝节相连、且远离所述第一枝节的一端接地，从而优化天线的性能。
在一个具体的实施方案中，所述电感的电感值为2nh。
在一个具体的实施方案中，所述设定阈值为0.2-0.3。
在一个具体的实施方案中，所述第二枝节的长度与所述第二子天线工作频段的波长的比值为0.25，在第二枝节的长度为第二子天线工作频段的四分之一波长时，第二枝节与第一枝节的二分之一模的融合效果较好。
在一个具体的实施方案中，所述第一枝节的材料为金属。
在一个具体的实施方案中，所述第一枝节采用激光直接成型制备，或所述第一枝节为柔性电路板，但不限于这两种形式。
第二方面，提供了一种移动终端，该移动终端包括边框，还包括上述任一项所述的天线，所述边框中的部分复用为所述第一枝节。
在上述技术方案中，第一子天线和第二子天线的辐射体共用第一枝节，并且边框中的部分被复用作为第一枝节，通过将第二枝节设置为与第一枝节成电连接且设定角度相交，并且同时限定第二枝节的长度，能够使第二枝节形成的谐振与第一枝节的二分之一模可相容，以展宽天线的频段带宽，而且能够减小第一枝节和第二枝节之间的反向电流，使得第二枝节与第一枝节的二分之一模融合较好，效率凹坑浅，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。
附图说明
图1为现有技术提供的一种移动终端的结构示意图；
图2为现有技术提供的一种天线的结构示意图；
图3为图2所示的天线结构的回波损耗示意图；
图4为图2所示的天线结构的效率示意图；
图5为现有技术提供的一种天线另一的结构示意图；
图6为图4所示的天线结构的回波损耗示意图；
图7为图4所示的天线结构的效率示意图；
图8为图4所示的天线结构的电流流向示意图；
图9为本发明实施例提供的一种移动终端的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
图11为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线在3.7GHz处的电流流向示意图；
图12为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线在4.2GHz处的电流流向示意图；
图13为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线的回波损耗示意图；
图14为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线的效率示意图；
图15为图10所示的天线结构中第三子天线的回波损耗示意图；
图16为图10所示的天线结构中第三子天线的效率示意图；
图17为图10所示的天线结构中在复用第二枝节时第三子天线的回波损耗对比示意图；
图18为图10所示的天线结构中在复用第二枝节时第三子天线的效率对比示意图；
图19为图10所示的天线结构中第三子天线在5.3GHz处的电流流向示意图；
图20为图10所示的天线结构中第三子天线在5.5GHz处的电流流向示意图；
图21为图10所示的天线结构中第三子天线在5.7Hz处的电流流向示意图；
图22为图10所示的天线结构中第三子天线和第一子天线在有、无第二枝节以及第二枝节的不同位置三种情况的隔离度对比示意图；
图23为图10所示的天线结构中第三子天线在有、无第二枝节以及第二枝节的不同位置三种情况的回波损耗对比示意图；
图24为图10所示的天线结构中第三子天线在有、无第二枝节以及第二枝节的不同位置三种情况的效率对比示意图；
图25为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线的回波损耗的仿真示意图；
图26为图10所示的天线结构中第一子天线和第二子天线的效率的仿真示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
为了方便理解本发明实施例提供的天线，为了方便理解本发明实施例提供的天线，首先说明一下天线性能检测的状态，天线性能检测采用自由空间(Free Space，FS)状态，此时，移动终端直接放置，不与人体接触。其次本发明实施例提供的天线可以是两个子天线的组合，也可以是三个子天线的组合，还可以是三个以上子天线的组合，而虽然子天线的数目不同，但是天线的频段带宽的展宽原理类似，为了方便描述，本发明实施例提供的天线是三个子天线的组合。最后说明一下本实施例提到的天线是中高频天线、N77天线以及wifi5G天线的组合，其中N77天线的频段为3.3GHz-4.2GHz，wifi5G天线的频段为5.15GHz-5.35GHz，5.725GHz-5.825GHz。为了方便描述，本申请实施例提到的效率凹坑是指在效率在某一频率段在骤降后骤生形成的凹坑状形态。
针对现有技术中的天线在有限的布置空间和配置更多的天线之间存在矛盾，目前选择多天线共体设计在边框上的结构形式，如图1所示，第一子天线1和第二子天线2共体设计移动终端的边框上，第三子天线3设置在边框的附近，其中第一子天线1为中高频天线，第二子天线2为N77天线，第三子天线3为wifi5G天线，如图2所示，第一子天线1和第二子天线2的辐射体共用一个第一枝节4，第三子天线3包括第三枝节5和第四枝节6，如图3以及图4可知，第一子天线1和第二子天线2只用边框的二分之一模，只有一个谐振，带宽较窄，带宽不足以覆盖N77频段，为了拓宽频段，如图5所示，在边框上增加一个第二枝节7，第二枝节7包括两段，第一段与第一枝节4相平行，第二段将第一段连接到第一枝节4上，第三子天线3不发生变换仍是包括第三枝节5和第四枝节6，如图6以及图7可知，N77天线增加了一个谐振，使得带宽展宽一些，如图8所示，天线在3.8GHz附近产生效率凹坑，最差点-7.5dBi，使得天线的通信效果较差，但是此时根据图8所示的电流流向可知，平行枝节和边框之间的反向电流作用。为了在不影响通信效果的基础上展宽天线的带宽，本申请实施例提供了一种天线及移动终端。
如图9以及图10所示，本发明实施例提供了一种天线，天线设置在移动终端内，该天线包括第一子天线1及第二子天线2，当然，在移动终端内容置天线的尺寸受限时第一子天线1和第二子天线2也可以合并为一个子天线，在移动终端内容置天线的尺寸充足时，还可以包括两个以上子天线，多个子天线的辐射体共体设计，其中第一子天线1为中高频天线，第二子天线2为N77天线，为了节省空间，便于在移动终端较为有限的空间内布置第一子天线1和第二子天线2，在具体设置时，第一子天线1和第二子天线2的辐射体共用第一枝节4。为了展宽天线的带宽，改善本发明实施例提供的天线功能，本发明实施例提供的天线还对第一子天线1和第二子天线2共用的第一枝节4进行了改进，在第一枝节4上增设了一个第二枝节7，即第一子天线1及第二子天线2的辐射体包括第一枝节4和第二枝节7，与现有技术中第一枝节4和第二枝节7设置的方式不同，在具体设置时，本发明实施例提供的第二枝节7与第一枝节4成设定角度相交，第二枝节7的长度与特定工作频率的波长的比值位于设定阈值内，其中，特定工作频率在第二子天线2工作频段内，限定了第二枝节7的长度，能够使第二枝节7形成的谐振与第一枝节4的二分之一模可相容，并且融合效果较好。
如图11以及图12所示，图11示出了第一子天线1和第二子天线2在3.7GHz处的电流流向，图12示出了第一子天线1和第二子天线2在4.2GHz处的电流流向，第一枝节4和第二枝节7之间的电流流向并不是方向相反，与图8所示的两个相平行的枝节内的电流流向相比，第一枝节4和第二枝节7之间的反向电流较小，因此，采用增加一个非平行的第二枝节7能够减小反向电流。如图13以及图14所示，图13示出了在增加第二枝节7后第一子天线1和第二子天线2的谐振数及位置，N77天线增加了一个谐振，展宽天线了的频段带宽，图14示出了在增加第二枝节7后第一子天线1和第二子天线2的效率变化，在3.9GHz附近处出现一个效率凹坑，最差点为-5.6978dBi，而现有技术中两个枝节相平行的天线在图7所示的3.8GHz附近产生效率凹坑，最差点-7.5dBi，二者相比较，本发明实施例提供的天线的效率凹坑浅，第二枝节7与第一枝节4的二分之一模融合较好，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。
继续参考图10，图10示出了本发明实施例提供的一种天线的具体结构，该天线还包括第三子天线3，第三子天线3为wifi5G天线，为了节省空间，便于在移动终端较为有限的空间内能够布置第一子天线1、第二子天线2以及第三子天线3，具体设置时，将第三子天线3设置在移动终端的边框的附近，且靠近第一子天线1和第二子天线2的位置。本发明实施例提供的第三子天线3包括第三枝节6和第四枝节5，第三枝节6和第四枝节5相对设置，并且第三枝节6和第四枝节5位于第二枝节7的两侧，第三枝节6和第四枝节5与第二枝节7位于第一枝节4的同一侧，同时第三枝节6和第四枝节5之间存在一定的间隙，第二枝节7位于第三枝节6和第四枝节5之间，并且第二枝节7伸入到第三枝节6和第四枝节5之间的间隙内。
在具体设置第二枝节7时，第二枝节7用于第三枝节6和第四枝节5的耦合量。如图15、图16、图17以及图18所示，图15示出了第三子天线3的回波损耗变化，图16示出了第三子天线3的效率变化，图17示出了在复用第二枝节7时第三子天线3的回波损耗变化，图18示出了在复用第二枝节7时第三子天线3的效率变化，第三枝节6和第四枝节5耦合连接，在没有复用第二枝节7时第三子天线3具有两个谐振点，一个谐振点位于5.2794GHz附近，最低点为-16.96dBa，另一个谐振点位于5.6964GHz附近，最低点为-14.948dBa，在复用第二枝节7时第三子天线3同样具有两个谐振点，一个谐振点位于5.3266GHz附近，最低点为-7.6364dBa，另一个谐振点位于5.5476GHz附近，最低点为-7.0917dBa，从上述数据可知，在复用第二枝节7后第三枝节6和第四枝节5的耦合效果较好，第二枝节7能够调节第三枝节6和第四枝节5的耦合量。在没有复用第二枝节7时第三子天线3在5.8GHz附近具有效率凹坑，最差点为-8.272dBi，在复用第二枝节7时第三子天线3在5.8GHz附近的效率为-5.3126dBi，通过上述数据可知，在复用第二枝节7时第三子天线3的效率凹坑变浅了，通过第二枝节7增强第三子天线3中第三枝节6和第四枝节5的耦合作用，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。
继续参考图17以及图18，在没有复用第二枝节7时第三子天线3在5.2GHz附近的效率为-4.9433dBi，在5.3GHz附近的效率为-3.6844dBi，在复用第二枝节7时第三子天线3在5.2GHz附近的效率为-2.7737dBi，在5.3GHz附近的效率为-2.4073dBi，通过上述数据可知，通过上述数据可知，复用第二枝节7时第三子天线3能够增大天线辐射口径。一并参考图19、图20以及图21，图19示出了第三子天线3在5.3GHz处的电流流向，图20示出了第三子天线3在5.5GHz处的电流流向，图21示出了第三子天线3在5.7Hz处的电流流向，第三枝节6的电流逐渐减小，第四枝节5内的电流逐渐向第四枝节5的内部靠拢，因此，采用增加一个正交设置的第二枝节7能够减小反向电流。
在具体设置时，通过将第二枝节7设置成与第一枝节4非平行，以减小第二枝节7和第一枝节4之间的反向电流。其中，第二枝节7和第一枝节4所成的设定角度为10°-170°，具体选择时，第二枝节7和第一枝节4所成的设定角度为10°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、175°、180°、185°，当然，第二枝节7和第一枝节4所成的设定角度并不局限于所列举的上述数值，还可以为在10°-170°范围内的其他数值，而第二枝节7和第一枝节4所成的设定角度的具体值根据天线的实际情况进行选择。
继续参考图10，图10示出了第二枝节7和第一枝节4之间的角度，第二枝节7和第一枝节4所成的设定角度设置为90°，第二枝节7和第一枝节4正交设置，激起正交枝节的模式，一并参考图8、图11以及图12，图8示出了两个枝节平行时的电流，图11示出了第一子天线1和第二子天线2在3.7GHz处的电流，图12示出了第一子天线和第二子天线在4.2GHz处的电流，第一枝节4和第二枝节7之间的电流流向并不是方向相反，与图8所示的两个相平行的枝节内的电流流向相比，第一枝节4内的电流逐渐向第一枝节4的内部靠拢，第三枝节6的电流逐渐减小，第四枝节5内的电流逐渐向第四枝节5的内部靠拢，第二枝节7和第一枝节4之间的反向电流的较小，第二枝节7和第一枝节4的二分之一模融合较平行枝节较好。一并参考图7以及图14，图7示出了在没有第二枝节7时第一子天线1和第二子天线2的效率变化，图14示出了在增加第二枝节7后第一子天线1和第二子天线2的效率变化，在没有第二枝节7时第一子天线1和第二子天线2在3.8GHz附近产生效率凹坑，最差点-7.5dBi，在增加第二枝节7后第一子天线1和第二子天线2在3.9GHz附近处出现一个效率凹坑，最差点为-5.6978dBi，因此，在第二枝节7和第一枝节4正交设置时本发明实施例提供的天线的效率凹坑浅，天线的性能较好。
一并参考图22、图23以及图24，图22示出了第三子天线3和第一子天线1在有、无第二枝节7以及第二枝节7正交设置三种情况的隔离度变化示化，图23示出了第三子天线3在有、无第二枝节7以及第二枝节7正交设置三种情况的回波损耗变化，图24示出了第三子天线3在有、无第二枝节7以及第二枝节7正交设置三种情况的效率变化，复用第二枝节7时，在3.8059GHz附近处出现一个高点，高点为-19.128dBa，在5.2363GHz附近处出现另一个高点，高点为-15.363dBa，第三子枝节3的系统效率平均提升2dBa，因此，本发明实施例提供的天线通过正交设置第二枝节7能够优化谐振匹配，进而提升系统效率。
继续参考图10，图10示出了第二枝节7与第一枝节4相交的位置，在具体设置时，第二枝节7设置在靠近第一枝节4中间的位置，第二枝节7和第一枝节4的交点位于第一枝节4的中部，一并参考图11以及图12，图11示出了第一子天线1和第二子天线2在3.7GHz处的电流，图12示出了第一子天线和第二子天线在4.2GHz处的电流，第一枝节4的中部为第一枝节4的二分之一模的电流强点区域，通过将第二枝节7设置在第一枝节4中间的位置，一方面能够减小第二枝节7的引入对第一枝节4的二分之一模的影响，另一方面还能够降低第二枝节7的引入对第一枝节4的谐振的影响。
继续参考图10，图10示出了天线的具体结构，天线在设置时，需要将第一枝节4预选接地设置，接地点可以设置在第一枝节4靠近两端端部的位置。天线还包括一电感8，电感8用于减小甚至抵消第二枝节7的引入对第一枝节4造成的不利影响，电感8的电感值可以根据天线以及引入的第二枝节2的具体实际情况进行选择，在第二枝节7与第一枝节4正交设置时，电感2的电感值可以为2nh，当然并不局限在2nh，在2nh的上下的较小浮动的电感值均可以。在具体设置时，电感8的一端与第一枝节4相连，远离第一枝节4的一端接地，电感8与第二枝节7位于第一枝节4的同一侧，并且，电感8与第一枝节4的连接点靠近第一枝节4的接地点。通过电感8的接地以及第一枝节4本身的接地，以进一步优化天线的性能。
在具体设置第二枝节7的长度时，第二枝节7的长度与第二子天线2工作频段的波长的比值位于设定阈值0.2-0.3内。具体选择时，第二枝节7的长度与第二子天线2工作频段的波长的比值可以为0.22、0.24、0.25、0.26、0.28、0.3，当然，第二枝节7的长度与第二子天线2工作频段的波长的比值并不局限于所列举的上述数值，还可以为在0.2-0.3范围内的其他数值，而第二枝节7的长度与第二子天线2工作频段的波长的比值的具体值根据天线的实际情况进行选择。
如图25以及图26所示，图25示出了第一子天线和第二子天线的回波损耗的仿真示意图，图26示出了第一子天线和第二子天线的效率的仿真示意图，在具体设置时，第二枝节7的长度与第二子天线2工作频段的波长的比值为0.25，在第二枝节7的长度为第二子天线2工作频段的四分之一波长时，第二枝节7与第一枝节4的二分之一模的融合效果较好，进而使得天线的性能较好，天线的通信效果较佳。
在本发明的实施例中，第一枝节4的材料可以为金属。第一子天线1、第二子天线2以及第三子天线3均可以采用金属材料制备，本发明的实施例所提供的天线为一种全金属天线。
在本发明的实施例中，第一枝节4可以采用激光直接成型制备，第一枝节4还可以采用柔性电路板的形态，但第一枝节4不限于这两种形式，还可以为其他结构形式，第一枝节4的结构形式根据第一子天线1、第二子天线2以及第三子天线3以及移动终端的具体实际情况进行选择。
此外，本发明还提供了一种移动终端，该移动终端可以为手机、平板电脑或者智能手表等。并且移动终端包括上述任一项的天线。该移动终端包括边框，还包括上述任一项的天线，边框中的部分复用为第一枝节4。
在本发明的实施例中，第一子天线1和第二子天线2的辐射体共用第一枝节4，并且边框中的部分被复用作为第一枝节4，通过将第二枝节7设置为与第一枝节4成电连接且设定角度相交，并且同时限定第二枝节7的长度，能够使第二枝节7形成的谐振与第一枝节4的二分之一模可相容，以展宽天线的频段带宽，而且能够减小第一枝节4和第二枝节7之间的反向电流，使得第二枝节7与第一枝节4的二分之一模融合较好，效率凹坑较浅，进而改善天线的性能，提高天线的通信效果。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种天线，包括第一子天线及第二子天线，其中，所述第一子天线及所述第二子天线的辐射体共用第一枝节；其特征在于，所述第一子天线及所述第二子天线的辐射体还包括第二枝节，且所述第二枝节与所述第一枝节电连接且成设定角度相交，所述第二枝节的长度与特定工作频率的波长的比值位于设定阈值内，其中所述特定工作频率在所述第二子天线工作频段内。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括第三子天线，所述第三子天线包括第三枝节和第四枝节，所述第三枝节和第四枝节位于所述第二枝节的两侧，且所述第三枝节和第四枝节耦合连接。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第二枝节用于调节所述第三枝节和所述第四枝节的耦合量。
4.根据权利要求1-3所述的天线，其特征在于，所述第二枝节和第一枝节所成的设定角度为10°-170°。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第二枝节和第一枝节所成的设定角度为90°。
6.根据权利要求1-5任一项所述的天线，其特征在于，所述第二枝节和第一枝节的交点位于所述第一枝节的中部。
7.根据权利要求1-6任一项所述的天线，其特征在于，还包括一电感，所述电感与所述第一枝节相连、且远离所述第一枝节的一端接地。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述电感的电感值为2nh。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述设定阈值为0.2-0.3。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第二枝节的长度与所述第二子天线工作频段的波长的比值为0.25。
11.根据权利要求1-6任一项所述的天线，其特征在于，所述第一枝节的材料为金属。
12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述第一枝节采用激光直接成型制备，或所述第一枝节为柔性电路板。
13.一种移动终端，包括边框，其特征在于，还包括如权利要求1～12任一项所述的天线，所述边框中的部分复用为所述第一枝节。
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