CN111883930B - 一种多频天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种多频天线及移动终端，该多频天线包括：第一天线辐射体、天线匹配电路和至少一个移动终端器件；其中，天线匹配电路用于将馈源的输出能量调节后传输到第一天线辐射体上，控制第一天线辐射体工作在不同通信频段；移动终端器件与第一天线辐射体的电场耦合用于调节第一天线辐射体的通信频段，和/或作为多频天线的第二天线辐射体。这样，利用移动终端中各个器件的金属特性和排布方式，移动终端器件可以与第一天线辐射体产生的电场耦合，来帮助第一天线辐射体产生尽可能多地谐振模式，或者移动终端器件自身也作为辐射体进行辐射，增强移动终端天线的辐射效率，提高天线性能。

Description

一种多频天线及移动终端

技术领域

本申请涉及通信技术，尤其涉及一种多频天线及移动终端。

背景技术

在当今的移动终端天线设计领域，采用金属边框和印刷金属片作为天线的辐射体，来满足移动终端天线的通信需求，但是现有的移动终端中天线设计结构难以满足多个频段的通信需求，随着5G技术的不断发展，现阶段需要移动终端同时兼容2G、3G、4G和5G的通信标准，也就需要天线能够满足更多频段的通信需求，因此，现有移动终端的天线设计难以满足多频段的通信需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供一种多频天线及移动终端。

本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，提供了一种多频天线，所述多频天线包括：第一天线辐射体、天线匹配电路、馈源和至少一个移动终端器件；其中，

所述第一天线辐射体的第一端固定在移动终端的电路板上，并连接所述电路板的地电位；所述馈源经过所述天线匹配电路与所述第一天线辐射体的第二端相连；

所述天线匹配电路用于将所述馈源的输出能量调节后传输到所述第一天线辐射体上，控制所述第一天线辐射体工作在不同通信频段；

所述至少一个移动终端器件设置在所述第一天线辐射体和所述电路板之间的预设区域，并固定在所述电路板上，连接所述电路板的地电位；

所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于调节所述第一天线辐射体的通信频段，和/或所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于作为所述多频天线的第二天线辐射体。

第二方面，提供了一种移动终端，所述移动终端包括第一方面的多频天线。

本申请实施例中提供了一种多频天线及移动终端，该多频天线包括：第一天线辐射体、天线匹配电路、馈源和至少一个移动终端器件；其中，所述第一天线辐射体的第一端固定在移动终端的电路板上，并连接所述电路板的地电位；所述馈源经过所述天线匹配电路与所述第一天线辐射体的第二端相连；所述天线匹配电路用于将所述馈源的输出能量调节后传输到所述第一天线辐射体上，控制所述第一天线辐射体工作在不同通信频段；所述至少一个移动终端器件设置在所述第一天线辐射体和所述电路板之间的预设区域，并固定在所述电路板上，连接所述电路板的地电位；所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于调节所述第一天线辐射体的通信频段，和/或所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于作为所述多频天线的第二天线辐射体。这样，利用移动终端中各个器件的金属特性和排布方式，移动终端器件可以与第一天线辐射体产生的电场耦合，来帮助第一天线辐射体产生尽可能多地谐振模式，或者移动终端器件自身也作为辐射体进行辐射，增强移动终端天线的辐射效率，提高天线性能。

附图说明

图1为本申请实施例中多频天线的第一组成结构示意图；

图2为本申请实施例中多频天线的第二组成结构示意图；

图3为多频天线工作在B20通信频段下的工作参数的波形示意图；

图4为本申请实施例中多频天线的第三组成结构示意图；

图5为多频天线工作在B39通信频段下的工作参数的波形示意图；

图6为本申请实施例中多频天线的第四组成结构示意图；

图7为多频天线工作在N78通信频段下的工作参数的波形示意图；

图8为本申请实施例中多频天线的第五组成结构示意图；

图9为多频天线工作在N79通信频段下的工作参数的波形示意图；

图10为本申请实施例中移动终端的组成结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。

本申请实施例提供了一种多频天线，图1为本申请实施例中多频天线的第一组成结构示意图，如图1所示，该多频天线包括：第一天线辐射体11、天线匹配电路12、馈源13和至少一个移动终端器件14；其中，

所述第一天线辐射体11的第一端固定在移动终端的电路板15上，并连接所述电路板15的地电位；

所述馈源13经过所述天线匹配电路12与所述第一天线辐射体11的第二端相连；

所述至少一个移动终端器件14设置在所述第一天线辐射体11和所述电路板15之间的预设区域，并固定在所述电路板15上，连接所述电路板15的地电位；

所述天线匹配电路12用于将所述馈源13的输出能量调节后传输到所述第一天线辐射体11上，使所述第一天线辐射体11工作在不同通信频段；

所述至少一个移动终端器件14与所述第一天线辐射体11的电场耦合用于调节所述第一天线辐射体11的通信频段，和/或所述至少一个移动终端器件14与所述第一天线辐射体11的电场耦合用于作为所述多频天线的第二天线辐射体。

本申请实施例中，移动终端器件部分由金属材料制成，使移动终端能够与第一天线辐射体产生的电场进行耦合，从而使第一天线辐射体原本的谐振频点发生偏移，或者作为第二辐射体产生某些通信频段的辐射。

具体的，移动终端器件为移动终端的自身固有器件，比如，可以为移动终端中摄像头、扬声器、麦克风、传感器等自身固有器件。

本申请中描述的移动终端具备无线通信功能，比如，可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、可穿戴设备、智能手环等。

在一些实施例中，所述天线匹配电路12包括参数可调的至少一个匹配元件，按照预设的匹配参数调节所述至少一个匹配元件使所述第一天线辐射体11工作在环形天线模式；所述预设区域为所述第一天线辐射体11产生的电场强度大于电场强度阈值的区域。

也就是说，通过调节天线匹配电路的匹配元件参数可以调节第一天线辐射体的天线模式，并且通过将移动终端器件设置在第一天线辐射体的电场强度较大的区域，使得移动终端器件与第一天线辐射体的电场耦合效应足够影响第一天线辐射体的通信频段，或者使移动终端器件能够产生有效辐射。比如，匹配元件可以为电感、电容或电阻等元件。

具体的，预设区域为第一天线辐射体工作在环形天线模式时电场强度最大的区域。实际应用中，在环形天线模式(简称“环模”)下电场强度最大的区域可以通过仿真手段确定。

在一些实施例中，所述移动终端器件14上连接驱动器件，所述驱动器件用于调节所述移动终端器件14与所述第一天线辐射体11之间的相对位置。

实际应用中，移动终端器件14在预设区域中与第一天线辐射体11之间的相对位置(比如图1为竖直方向和水平方向上的相对位置)也会影响通信频段的调节效果，因此，本申请实施例还可以在移动终端器件14上设置驱动器件，以驱动移动终端器件14沿水平或竖直方向移动。比如，移动终端器件为摄像头时，驱动器件可以为摄像头的马达。

在上述实施例的基础上，对多频天线的匹配电路进一步的举例。

在一些实施例中，所述天线匹配电路包括：第一匹配支路和第二匹配支路；所述第一匹配支路的第一端固定在所述电路板上，并连接所述电路板上的地电位，所述第一匹配支路的第二端与所述第一天线辐射体相连；所述第二匹配支路的第一端与所述馈源相连，所述第二匹配支路的第二端与所述第一天线辐射体相连。

具体的，所述第一匹配支路包括可调的第一电感，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；所述第一电感的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。

在另一些实施例中，所述第一匹配支路包括可调的第二电容，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；所述第二电容的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。

在一些实施例中，所述第二匹配支路还包括可调的第二电感，所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第二电感的第二端连接所述电路板上的地电位。

这样，通过调节上述匹配电路中的匹配元件参数，可以使第一天线辐射体工作在不同通信频段，利用移动终端中各个器件的金属特性和排布方式，移动终端器件可以与第一天线辐射体产生的电场耦合，来帮助第一天线辐射体产生尽可能多地谐振模式，或者移动终端器件自身也作为辐射体进行辐射，增强移动终端天线的辐射效率，提高天线性能。

在一些实施例中，第一天线辐射体可以为移动终端中的金属边框。示例性的，第一天线辐射体为L型金属边框；L型金属边框的第一端固定在电路板上，L型金属边框的第二端悬空。

实际应用中，L型金属边框也可以固定手机的金属主框架上，并连接金属主框架的地电位，金属主框架中固定有电路板。

在上述实施例的基础上，对多频天线的工作在不同通信频段下进行举例说明。

实际应用中，所述第一匹配支路包括可调的第一电感，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；所述第一电感的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。第一匹配支路包括第一开关，第一开关用于调节第一电感的电感值，第二匹配支路包括第二开关，第二开关用于调节第二电感的电感值。也就是说，通过开关切换不同的电感或电容，使第一天线辐射体(即金属边框)可以工作在700～960MHz、1710～2690MHz、3400～3600MHz、4800～4900MHz等通信频段。

图2为本申请实施例中多频天线的第二组成结构示意图，如图2所示，所述金属边框21的第一端固定在电路板15上，并连接电路板15的地电位；多频天线中至少一个移动终端器件包括前置摄像头23和扬声器24，前置摄像头23和扬声器24设置在金属边框21和电路板22之间空间内，并固定在电路板22上，连接电路板15的地电位。当馈源工作时，第一匹配支路上第一开关将第一电感L1调节为大电感，比如，L1的电感值为15nH，第二匹配支路上第二开关将第一电容C1调节为小电容，比如C1的电容值为1.5pF。此时金属边框的等效长度约为0.83GHz电磁波等效波长的四分之一，即等效长度L约为9cm，可以工作在到F天线(Inverted F Antenna，IFA)模式。

图3为多频天线工作在B20通信频段下的工作参数的波形示意图，图3中横坐标为天线频率，纵坐标为天线反射系数、辐射效率和系统效率取值，此时多频天线工作在B20(0.792～0.862GHz)的通信频段，图3中点1和点2之间的通信频段，在B20的通信频段天线的反射系数最小，且辐射效率和系统效率最高，其系统效率均值可达-6.6dB。通过第一开关切换L1不同的电感值，可以使该天线工作在B28(0.704～0.803GHz)、B5(0.824～0.896GHz)或B8(0.88～0.96GHz)。

在一些实施例中，所述第二匹配支路还包括可调的第二电感，所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第二电感的第二端连接所述电路板上的地电位。

图4为本申请实施例中多频天线的第三组成结构示意图，如图4所示，所述金属边框21的第一端固定在电路板15上，并连接电路板15的地电位；多频天线中至少一个移动终端器件包括前置摄像头23和扬声器24，前置摄像头23和扬声器24设置在金属边框21和电路板22之间空间内，并固定在电路板22上，连接电路板15的地电位。当馈源工作时，第一匹配支路上第一开关将第一电感L1调节为小电感，比如，L1的电感值为2nH，第二匹配支路上第二开关将第一电容C1调节为小电容，比如C1的电容值为2pF，第二开关还在第二匹配支路中通过第二电感L2与地相连，比如，L2的电感值为2nH。此时电流主要分布金属边框末端，金属边框末端与第二匹配支路到地可以视为天线辐射枝节长度为工作频率1.9GHz电磁波等效波长的四分之一(等效长度L约为4cm)，可以工作为类IFA模式。

图5为多频天线工作在B39通信频段下的工作参数的波形示意图，图5中横坐标为天线频率，纵坐标为天线反射系数、辐射效率和系统效率取值，此时多频天线工作在B39(1.88～1.92GHz)的通信频段，图5中点1和点2之间的通信频段，在B39的通信频段天线的反射系数最小，且辐射效率和系统效率最高，其系统效率均值可达-5.6dB。通过第二开关切换得到C1不同的电容值，可以使该天线工作在B3(1.71～1.88GHz)、B1(1.92～2.17GHz)、B40(2.3～2.4GHz)或B41(2.5～2.69GHz)。

实际应用中，金属边框的通信频段在不需要调节时，移动终端器件也可以不影响金属边框的通信频段，比如，在图2和图4这两种天线模式下，前置摄像头和扬声器的位置电场强度较弱或无电场，因此前置摄像头和扬声器对金属边框的通信频段影响可以忽略。

图6为本申请实施例中多频天线的第四组成结构示意图，如图6所示，所述金属边框21的第一端固定在电路板15上，并连接电路板15的地电位；多频天线中至少一个移动终端器件包括前置摄像头23和扬声器24，前置摄像头23和扬声器24设置在金属边框21和电路板22之间空间内，并固定在电路板22上，连接电路板15的地电位。当馈源工作时，第一开关将第一电感L1调节为小电感，比如，L1的电感值为2nH，第二开关将第一电容C1调节为小电容，比如C1的电容值为0.5pF。此时电流主要分布金属边框与电路板相接部分及第一匹配支路之间。原先这段等效长度为某个频点电磁波等效长度的二分之一波长，即天线工作在环模状态(loop)，但是此时该谐振频点远大于N78(3.4～3.6GHz)，由于扬声器本体是金属，将扬声器放置在环形电流反向处，此处电压最大，相比于接地电位的两端，电流从两端流向此处，即此处发生电流反向。环形电流反向处的电场强度最强，扬声器在此处与电场耦合，可以将该环模半波长的谐振频点调节到N78。

图7为多频天线工作在N78通信频段下的工作参数的波形示意图，图7中横坐标为天线频率，纵坐标为天线反射系数、辐射效率和系统效率取值，此时多频天线工作在N78(3.4～3.6GHz)的通信频段，图7中点1和点2之间的通信频段，在B78的通信频段天线的反射系数最小，且辐射效率和系统效率最高，其系统效率均值可达-5.5B，金属边框的辐射性能较好。

在图6这种环模状态下，由于前置摄像头的位置电场强度较弱，因此前置摄像头对金属边框的通信频段影响可以忽略，实际应用中，图6中也可以只包括扬声器，或者与扬声器具有同样调节功能的其他移动终端器件，比如，麦克风、距离传感器、温度传感器。

在一些实施例中，所述第一匹配支路包括可调的第二电容，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；所述第二电容的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。

所述第二匹配支路还包括可调的第二电感，所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第二电感的第二端连接所述电路板上的地电位。

需要说明的是，本申请实施例只是示例性的给出了几种匹配电路的组成结构，其他用于调节天线通信频段的匹配电路同样适用本申请实施例。

图8为本申请实施例中多频天线的第五组成结构示意图，如图8所示，所述金属边框21的第一端固定在电路板15上，并连接电路板15的地电位；多频天线中至少一个移动终端器件包括前置摄像头23和扬声器24，前置摄像头23和扬声器24设置在金属边框21和电路板22之间空间内，并固定在电路板22上，连接电路板15的地电位。当馈源工作时，第一开关将第二电容C2调节为小电容，比如，C2的电容值为0.3pF，第二开关将第一电容C1调节为大电容，比如C1的电容值为8.2pF，第二开关还在第二匹配支路中通过第二电感L2与地相连，比如，L2的电感值为2nH。此时电流主要分布金属边框与电路板相接部分及第二匹配支路之间。原先这段天线的等效长度为某个频点电磁波的一倍波长，本申请利用铜箔将前置摄像头的金属外壳接地，并将前置摄像头放置在环形电流反向处，此处环模天线的电场强度最强，前置摄像头在此处与电场耦合，将环模天线由一倍波长模式的谐振频点调节到N79(4.8～4.9GHz)。图8中第一匹配支路也可视为位于环形电流的电场强度最强，用于调节金属边框的通信频段。

实际应用中，金属边框工作在图8这种环形天线模式下，前置摄像头靠近金属边框的回地点，第一匹配支路靠近馈电点即可。

图9为多频天线工作在N79通信频段下的工作参数的波形示意图，图9中横坐标为天线频率，纵坐标为天线反射系数、辐射效率和系统效率取值，此时多频天线工作在N79(4.8～4.9GHz)的通信频段，图9中点1和点2之间的通信频段，在B79的通信频段天线的反射系数最小，且辐射效率和系统效率最高，其系统效率均值可达-4.4B，金属边框的辐射性能优异。

图8中利用铜箔将前置摄像头的金属外壳接地，将前置摄像头放置在环形电流反向处，此处为环形电流的电场强度最强，前置摄像头在此处与电场耦合，还可以等效为一个谐振在N79(4.8～4.9GHz)的寄生枝节，铜箔与前置摄像头金属外壳等效长度为频率为N79电磁波的四分之一波长，即可产生有效辐射。

也就是说，前置摄像头与金属边框的电场耦合时，前置摄像头既可以作为第二辐射体，通信频段为N79(4.8～4.9GHz)，前置摄像头也可以将金属边框的通信频段调节到N79(4.8～4.9GHz)，从而增强天线的辐射效率，提高天线的辐射性能。

在图8这种环模状态下，由于扬声器的位置电场强度较弱，因此扬声器对金属边框的通信频段影响可以忽略，实际应用中，图8中也可以只包括前置摄像头，或者与前置摄像头具有同样调节功能的其他移动终端器件，比如，麦克风、距离传感器等。

这样，利用移动终端中各个器件的金属特性和排布方式，在金属边框作为天线辐射体时，移动终端器件可以与金属边框产生的电场耦合，来帮助金属边框产生尽可能多地谐振模式，或者受到金属边框电场的影响移动终端器件自身也作为辐射体进行辐射，增强移动终端天线的辐射效率，提高天线性能。

本申请实施例中还提供了一种移动终端，如图10所示，该移动终端包括：本申请实施例中任一种多频天线101。这种天线设计思路提供了一种移动终端器件与传统天线的融合方法，利用移动终端中各个器件的金属特性和排布方式，与第一辐射体产生的电场耦合，来帮助第一天线辐射体产生尽可能多地谐振模式，或者移动终端器件自身也作为辐射体进行辐射，增强移动终端天线的辐射效率，提高天线性能。

具体的，移动终端器件为移动终端的自身固有器件，比如，可以为移动终端中摄像头、扬声器、麦克风、传感器等自身固有器件。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请所提供的几个多频天线实施例中所揭露的天线结构，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的多频天线实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种多频天线，其特征在于，所述多频天线包括：第一天线辐射体、天线匹配电路、馈源和至少一个移动终端器件；其中，

所述第一天线辐射体的第一端固定在移动终端的电路板上，并连接所述电路板的地电位；所述馈源经过所述天线匹配电路与所述第一天线辐射体的第二端相连；

所述天线匹配电路用于将所述馈源的输出能量调节后传输到所述第一天线辐射体上，控制所述第一天线辐射体工作在不同通信频段；

所述至少一个移动终端器件设置在所述第一天线辐射体和所述电路板之间的预设区域，并固定在所述电路板上，连接所述电路板的地电位；

所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于调节所述第一天线辐射体的通信频段，和/或所述至少一个移动终端器件与所述第一天线辐射体的电场耦合用于作为所述多频天线的第二天线辐射体；

所述移动终端器件上连接驱动器件，所述驱动器件用于调节所述移动终端器件与所述第一天线辐射体之间的相对位置，以通过调节所述移动终端器件与所述第一天线辐射体之间的相对位置来调节通信频段。

2.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述天线匹配电路包括工作参数可调的至少一个匹配元件，按照预设的匹配参数调节所述至少一个匹配元件控制所述第一天线辐射体工作在环形天线模式；

所述预设区域为所述第一天线辐射体产生的电场强度大于电场强度阈值的区域。

3.根据权利要求2所述的多频天线，其特征在于，所述天线匹配电路包括：第一匹配支路和第二匹配支路；

所述第一匹配支路的第一端固定在所述电路板上，并连接所述电路板上的地电位，所述第一匹配支路的第二端与所述第一天线辐射体相连；

所述第二匹配支路的第一端与所述馈源相连，所述第二匹配支路的第二端与所述第一天线辐射体相连。

4.根据权利要求3所述的多频天线，其特征在于，所述第一匹配支路包括可调的第一电感，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；

所述第一电感的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。

5.根据权利要求3所述的多频天线，其特征在于，所述第一匹配支路包括可调的第二电容，所述第二匹配支路的包括可调的第一电容；

所述第二电容的两端分别作为所述第一匹配支路的两端，所述第一电容的两端分别作为所述第二匹配支路的两端。

6.根据权利要求4或5所述的多频天线，其特征在于，所述第二匹配支路还包括可调的第二电感，所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端相连，所述第二电感的第二端连接所述电路板上的地电位。

7.根据权利要求1-5任一项所述的多频天线，其特征在于，所述至少一个移动终端器件包括摄像头、扬声器、麦克风、传感器中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述第一天线辐射体为L型金属边框；

所述L型金属边框的第一端固定在所述电路板上，所述L型金属边框的第二端悬空。

9.一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括权利要求1-8任一项所述的多频天线。

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