CN113241525A - 一种天线设备、天线设备控制方法及终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，揭露一种天线设备，包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道；第一辐射体连接所述终端中的射频信号馈入点；第二辐射体为终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，第一辐射体和第二辐射体之间采用非接触式信号连接；开关一端连接第二辐射体，并且开关分别连接至至少两路谐振通道，所述开关在所述终端的控制指令下可使所述第二辐射体切换连接至任一所述谐振通道，从而使所述第一辐射体和所述第二辐射体在相应的频段中进行谐振；任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路。本发明还提供一种天线设备控制方法及终端。本发明节约天线净空、实现4G和5G超宽频谱兼容覆盖，提升通信质量。

Description

一种天线设备、天线设备控制方法及终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线设备、天线设备控制方法及终端。

背景技术

目前，高屏占比是手机等移动终端的一个重要发展方向。一些厂商推出的主流机型的屏占比都在90％以上。

随着通信技术的快速发展，目前的通信技术已经由4G通信逐渐向5G通信过渡，于是在手机等移动终端就产生了兼容覆盖4G LTE和5G NR的超宽带频谱的通信需求。

发明人在研究中发现，高屏占比终端上通常搭载众多的设备，导致天线设备通常处于一个复杂的环境下，单个天线设备的性能受到影响，适合通信的带宽狭窄，满足不了5G频段和4G频段的超宽带兼容覆盖，尤其是难以兼容覆盖 5G NR中所需N77、N78、N79三个频段(即频率范围3300～5000MHZ)和HB 频段(即LTE B38/40/41和NR N41频段，频率范围2300～2690MHz)。现有技术为实现4G频段和5G频段的兼容覆盖，通常是选择在终端中搭载多个天线设备，并增加天线开关的技术方案，通过使不同天线设备在不同的频段中进行通信，利用天线开关在不同的天线设备之间进行切换。这种技术方案，需要更多的天线数目和天线开关，增加了成本，同时也需要更大的天线净空区域来容置这些天线设备，另外多个天线设备之间也会相互干扰，从而影响通信质量。

于是，需要对现有技术进行改进。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种天线设备、天线设备控制方法及终端，相比于现有技术，只需要在一个很小的天线净空区域中部署单个天线设备，就能实现4G LTE和5G NR的超宽带频谱的兼容覆盖，无需增加过多额外成本，并提高通信质量。

本发明实施例第一方面提供一种天线设备，适用于终端，所述天线设备包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道；

所述第一辐射体连接所述终端中的射频信号馈入点；

所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，所述第一辐射体和所述第二辐射体之间采用非接触式信号连接；

所述开关一端连接所述第二辐射体，并且所述开关分别连接至所述至少两路谐振通道，所述开关在所述终端的控制指令下可使所述第二辐射体切换连接至任一所述谐振通道，从而使所述第一辐射体和所述第二辐射体在相应的频段中进行谐振；

任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路。

在其中一个实施例中，所述天线设备处于由所述终端前金属面板和后金属面板组成的天线净空区域内，所述天线净空区域在所述终端的前金属面板或后金属面板的投影面积小于等于5mm×25mm。

在其中一个实施例中，所述第二辐射体为所述终端的金属边框的上顶面、下顶面、左侧面或右侧面上设置两个断点得到的孤立金属段，或者所述第二辐射体为所述终端的金属边框相邻顶面和侧面上设置两个断点得到的孤立金属段；

所述孤立金属段的总长度小于等于25mm；

任一所述断点的宽度为1.5至2mm。

在其中一个实施例中，所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域的长度小于所述孤立金属段的总长度；

所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域的长度小于等于 20mm。

在其中一个实施例中，所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域，与所述孤立金属段的距离不小于1.5mm，且不超过2mm。

在其中一个实施例中，所述第一辐射体为单极天线、倒F天线、PIFA天线或Loop天线。

本发明实施例第二方面提供一种天线设备控制方法，应用于终端，所述方法包括：

第一辐射体，从所述终端中的射频信号馈入点接收设定频谱范围的通信信号；

根据所述设定频谱范围，所述终端向开关发送控制指令，以使第二辐射体切换连接至至少两路谐振通道中的相应一路；所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，任一所述谐振通道为电阻、电容和/ 或电感元件组成的电路；

所述第二辐射体和所述第一辐射体在所述设定频谱范围内发生谐振，采用非接触方式进行所述通信信号的传输。

在其中一个实施例中，任意两路谐振通道所对应的第一辐射体与第二辐射体发生谐振的频谱范围不完全重叠。

本发明实施例第三方面提供一种终端，所述终端包括存储器和处理器，所述存储器中存储有天线设备控制程序，所述天线设备控制程序被所述处理器执行时，实现上述实施例中的天线设备控制方法；

所述终端还包括上述实施例中所述的天线设备。

在其中的一个实施例中，所述终端的前面或后面的长度为140～180mm，宽度为50～90mm。

本发明实施例的技术方案的有益效果包括：

本发明实施例提供的天线设备，包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道，第一辐射体连接终端中的射频信号馈入点，第一辐射体和第二辐射体之间为非接触信号连接，在进行通信时，由第一辐射体接入设定频谱范围的信号，由终端根据设定频谱范围控制开关的切换，将第二辐射体切换连接至其中一路谐振通道，使第二辐射体和第一辐射体在设定频谱范围内发生谐振以进行通信，由此通过至少两路谐振通道使通信频谱兼容覆盖4G LTE和 5G NR的范围，相比于现有技术，无需增加过多的天线和开关，所需要的天线净空也不大，从而节省空间和成本，提升通信质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例中提供的一种终端的模块结构示意图；

图2为本发明一个实施例中终端尺寸与天线净空尺寸的相对示意图；

图3为本发明一个实施例中提供的终端及其中天线设备的结构示意图；

图4为本发明一个实施例中提供的天线设备的测试结果示意图；

图5为本发明一个实施例中提供的天线设备的测试结果示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B。可以表示：单独存在A，同时存在A和B，以及单独存在B这三种情况。

参阅图1所示，是本发明一个实施例中提供的终端的模块结构示意图。

本实施例提供的终端10可以但不限于是移动终端，例如手机、平板电脑、对讲机等。在本实施例中，所提供的终端10优选是手机等移动终端，尤其是高屏占比的手机，其屏占比在90％以上。本实施例中的终端10，其尺寸为长 140-180mm，宽50-90mm，优选为长150mm，宽70mm。当然，本发明技术方案还可以应用于其它终端，例如屏占比低于90％的终端，或者其它尺寸的终端。

在本实施例中，所提供的终端10包括存储器11、处理器12、显示屏13和天线设备14。

其中，存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器11可以是终端10的内部存储单元，例如终端10的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器11也可以是终端10的外部存储设备。本实施例中，存储器11通常用于存储安装于终端10的操作系统、通信协议和其它各类应用软件，例如在本发明的实施例中，为了使终端1能够实现4G和5G频段范围内的通信，存储器11中必要存储相应的通信协议。且为了使得在通信中实现处理器12对天线设备14进行控制，在存储器11中也存储了相应的天线设备控制程序。

处理器12在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。处理器12通常用于控制终端1的总体操作。在本实施例中，处理器12还用于运行存储器11中存储的程序代码或者处理数据，例如基于通信协议，运行天线设备控制程序对天线设备14进行控制，以实现通信过程。

显示屏13，通常设置于终端10的前面板，例如可以但不限于是触摸显示屏，可以实现用户与终端10的相互交互。在本实施例中，终端10优选为高屏占比的终端，即显示屏13的面积相比于终端10的前面板达到90％以上。

本发明实施例中的终端10，还可以包括其它设备或器件，例如终端10还可以包括按键、听筒、摄像头等，在此就不再赘述。

请一并参阅图2和图3，为本发明实施例中提供的一种终端及应用于该终端的天线设备的结构示意图。

本发明实施例中的天线设备，包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道；其中，第一辐射体连接终端中的射频信号馈入点；第二辐射体为终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，第一辐射体和第二辐射体之间采用非接触式信号连接(两个物体的非接触式信号连接指的是这两个物体没有物理上的电连接关系，但这两个物体之间存在信号连接关系)；开关一端连接第二辐射体，并且开关分别连接至至少两路谐振通道，开关在终端的控制指令下可使第二辐射体切换连接至任一谐振通道，从而使第一辐射体和第二辐射体在相应的频段中进行谐振。

具体如图2，本实施例中提供的天线设备可适用于长140-180mm，宽 50-90mm的终端，本实施例中的终端设备仅以长150mm，宽70mm作为举例。

在现有技术中，要实现图2尺寸的终端在4G LTE和5G NR超宽频谱范围内的通信，一般选择增加天线设备和切换开关，如此就需要较大的天线净空尺寸，终端的硬件成本也会快速上升。

而在本发明实施例的技术方案中，只需要一个较小的天线净空区域，使用单个天线设备就能实现4G LTE和5G NR的信号覆盖。如图2，本发明实施例以天线设备的天线净空区域设置在终端的右侧面为例，天线净空尺寸仅为 3mm*20mm。当然，在其它的实施例中，天线净空区域还可以设置在终端的上顶面、左侧面或下侧面。在一些实施例中，还可以将天线净空区域设置在终端的边角位置。

本实施例中的天线净空区域优选设置在终端的左右侧面或上下顶面处，天线净空区域中可通过单个天线设备实现4G和5G频段信号的覆盖，还可以预留下更低频段范围的天线设备的空间，这些天线设备可用作3G等其它环境下的通信。

具体参见图3，本发明实施例中的第一辐射体3连接终端中的射频信号馈入点4，第一辐射体3的形状在本发明实施例中并不受限定，例如第一辐射体3可以是单极天线，倒F天线(Inverted F-shaped Antenna)、PIFA天线(Planar Inverted F-shaped Antenna)或环形(Loop)天线。

本实施例中的天线净空区域处于终端的前后部分金属面板之间，终端的前金属面板和后金属面板通过金属边框相连接，且终端的前后金属面板和金属边框接地。其中，所述的金属材质可以但不限于是铜。本实施例中，第二辐射体为终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段。在一个优选实施例中，终端尺寸为150mm×70mm，为了使得该终端天线设备中的第一辐射体和第二辐射体发生谐振的频段能够兼容覆盖所需的4G LTE和5G NR通讯频段，并且尽可能节约终端控件，可以设计天线设备处于终端前金属面板、后金属面板组成的天线净空区域内，并且天线净空区域在终端的前或后金属面板的投影面积小于等于5mm×25mm，在该阈值范围内，可以实现通信的兼容覆盖4G和5G频段，节约空间，并且在终端尺寸进行微调时，天线净空区域也可以在该阈值以下的范围内一并微调。

图3中，在一个例子中，第二辐射体为终端的右侧面上设置两个断点6得到的孤立金属段1。在其它的实施例中，第二辐射体还可以是金属边框的上顶面、下顶面或左侧面上设置两个断点得到的孤立金属段，即第二辐射体整体呈现为长方形的片状金属。在一些实施例中，第二辐射体还可以是金属边框相邻顶面和侧面上设置两个断点得到的孤立金属段，即第二辐射体整体上为弯曲状。在本发明实施例中，断点6的宽度为1.5-2mm。

如图3，第二辐射体的孤立金属段1长度为25mm。

在图3实施例中，第一辐射体上与孤立金属段发生谐振的区域的长度小于该孤立金属段的长度。具体的，第一辐射体可以是长度为20mm的金属片。

在本实施例中，开关2一端连接作为第二辐射体的孤立金属段1，一端接地。并且开关2分别连接至至少两路谐振通道。任一谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路，并且该电路接地。在图3的图中，示意性地绘出开关连接至4路谐振通道，那么所述开关可以选用一个单刀四掷开关SP4T来实现四路通道的切换。然而，在实现4G LTE和5G NR信号兼容覆盖，需要两路谐振通道即可，这时所述的开关选用一个单刀双掷的开关就可实现两路通道的切换。当然，在其它的实施例中，所述的开关还可以选用其它形式的开关，也可以连接更多的谐振通道。

当开关2在终端的控制下进行切换，第二辐射体1就与不同的谐振通道相连接。第二辐射体1和第一辐射体3之间是非接触信号连接，也就是第二辐射体1在选择连接不同的谐振通道时，在不同的频段范围内与第一辐射体3产生断点耦合，将对应频谱的通信信号传输出去。

在一个实施例中，以开关连接两路谐振通道为例，其中一路谐振通道RF1 为4.3nH电感接地，另一路谐振通道RF2为0欧姆接地。图4和图5为相应的测试结果图。

在图4中，为相应的天线回波损耗示意图，横轴为通信频率，纵轴为回波损耗，RF1和RF2对应的情形用不同形式的曲线标出。图5为相应的天线效率示意图，横轴为通信频率，纵轴为表示天线效率的百分比，相应地，RF1和RF2 对应的情形用不同形式的曲线标出。以图5的天线效率来表示通信质量，选用 30％的天线效率作为基准，选用通道RF1或RF2都有部分频段的效率在30％以上，又有部分频段的效率在30％以下，然而将RF1和RF2较优通信质量的频段相叠加，就覆盖了2300-2700MHz(HB频段)和3300-4200MHZ、4800-5000MHZ(N77、N78、N79)，并且效率都在30％以上。反过来来说，在不同的频段中通信，就需选择不同的谐振通道，例如通信频段为2500-2600MHZ，相应谐振通道应当切换至RF2，即作为第二辐射体的孤立金属段应当通过0欧姆接地。

本实施例中的天线设备控制方法，包括：

S1、第一辐射体，从所述终端中的射频信号馈入点接收设定频谱范围的通信信号；

S2、根据所述设定频谱范围，所述终端向开关发送控制指令，以使第二辐射体切换连接至至少两路谐振通道中的相应一路；

所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路。例如可以通过两路谐振通道就可实现4G LTE和5G NR的通信频段的兼容覆盖。

S3、所述第二辐射体和所述第一辐射体在所述设定频谱范围内发生谐振，采用非接触方式进行所述通信信号的传输。

在本发明的一个实施例中，终端10中的存储器11存储的天线设备控制程序是多个计算机程序的组合，在处理器12中运行时，可以实现：

S1、第一辐射体，从所述终端中的射频信号馈入点接收设定频谱范围的通信信号；

S2、根据所述设定频谱范围，所述终端向开关发送控制指令，以使第二辐射体切换连接至至少两路谐振通道中的相应一路；

所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路。例如可以通过两路谐振通道就可实现4G LTE和5G NR的通信频段的兼容覆盖。

S3、所述第二辐射体和所述第一辐射体在所述设定频谱范围内发生谐振，采用非接触方式进行所述通信信号的传输。

进一步地，终端10集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质可以是易失性，也可以是非易失性。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。

上述本发明实施例提供的天线设备，包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道，第一辐射体连接终端中的射频信号馈入点，第一辐射体和第二辐射体之间为非接触信号连接，在进行通信时，由第一辐射体接入设定频谱范围的信号，由终端根据设定频谱范围控制开关的切换，将第二辐射体切换连接至其中一路谐振通道，使第二辐射体和第一辐射体在设定频谱范围内发生谐振以进行通信，由此通过至少两路谐振通道使通信频谱兼容覆盖4G LTE 和5G NR的范围，相比于现有技术，无需增加过多的天线和开关，所需要的天线净空也不大，从而节省空间和成本，提升通信质量。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线设备，应用于终端，其特征在于，所述天线设备包括第一辐射体、第二辐射体、开关以及至少两路谐振通道；

所述第一辐射体连接所述终端中的射频信号馈入点；

所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，所述第一辐射体和所述第二辐射体之间采用非接触式信号连接；

所述开关一端连接所述第二辐射体，并且所述开关分别连接至所述至少两路谐振通道，所述开关在所述终端的控制指令下可使所述第二辐射体切换连接至任一所述谐振通道，从而使所述第一辐射体和所述第二辐射体在相应的频段中进行谐振；

任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路。

2.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述天线设备处于由所述终端的前金属面板和后金属面板组成的天线净空区域内，所述天线净空区域在所述终端的前金属面板或后金属面板的投影面积小于等于5mm×25mm。

3.根据权利要求1所述的天线设备，其特征在于，所述第二辐射体为所述终端的金属边框的上顶面、下顶面、左侧面或右侧面上设置两个断点得到的孤立金属段，或者所述第二辐射体为所述终端的金属边框相邻顶面和侧面上设置两个断点得到的孤立金属段；

所述孤立金属段的总长度小于等于25mm；

任一所述断点的宽度为1.5至2mm。

4.根据权利要求3所述的天线设备，其特征在于，所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域的长度小于所述孤立金属段的总长度；

所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域的长度小于等于20mm。

5.根据权利要求4所述的天线设备，其特征在于，所述第一辐射体上与所述孤立金属段发生谐振的区域，与所述孤立金属段的距离不小于1.5mm，且不超过2mm。

6.根据权利要求1至5任一项所述的天线设备，其特征在于，所述第一辐射体为单极天线、倒F天线、PIFA天线或Loop天线。

7.一种天线设备控制方法，应用于终端，其特征在于，所述方法包括：

第一辐射体，从所述终端中的射频信号馈入点接收设定频谱范围的通信信号；

根据所述设定频谱范围，所述终端向开关发送控制指令，以使第二辐射体切换连接至至少两路谐振通道中的相应一路；所述第二辐射体为所述终端的金属边框上设置两个断点得到的孤立金属段，任一所述谐振通道为电阻、电容和/或电感元件组成的电路；

所述第二辐射体和所述第一辐射体在所述设定频谱范围内发生谐振，采用非接触方式进行所述通信信号的传输。

8.根据权利要求7所述的天线设备控制方法，其特征在于，任意两路谐振通道所对应的第一辐射体与第二辐射体发生谐振的频谱范围不完全重叠。

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括存储器和处理器，所述存储器中存储有天线设备控制程序，所述天线设备控制程序被所述处理器执行时，实现权利要求7至8所述的天线设备控制方法；

所述终端还包括权利要求1至6任一项所述的天线设备。

10.根据权利要求9所述的终端，其特征在于，所述终端的前面或后面的长度为140～180mm，宽度为50～90mm。

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