CN114069228A - 天线的供电系统及电子设备 - Google Patents

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CN114069228A CN202010787112.1A CN202010787112A CN114069228A CN 114069228 A CN114069228 A CN 114069228A CN 202010787112 A CN202010787112 A CN 202010787112A CN 114069228 A CN114069228 A CN 114069228A
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Abstract

本申请公开了一种天线的供电系统及电子设备。天线包括间隔设置的多个天线枝节,供电系统包括一射频模组,从射频模组引出的馈电线分为多路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电。多路的至少一路串联设有开关控制电路,开关控制电路包括开关器件和与开关器件连接且并列设置的多条不同的匹配电路,开关器件的控制方式是通过开关器件切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与开关控制电路对应的天线枝节,以调节对应的天线枝节的谐振频率。本申请能够实现单天线的方向图的多种状态调节,通过多种状态的方向图覆盖不同的方向,来实现天线对整个空间内更好地覆盖。

Description

天线的供电系统及电子设备
技术领域
本申请涉及天线领域,尤其是涉及一种天线的供电系统及电子设备。
背景技术
目前终端上常规的天线包括主枝节和寄生枝节,通过馈电至主枝节,寄生枝节与主枝节之间耦合(即需要寄生枝节与主枝节之间距离较近),实现寄生枝节的激励。且这种天线的辐射方向图是固定不变的,即最大方向指向某一个固定的方向,这种情况下对单天线来说其它方向上的覆盖相对较差,特别当信号来波和最大辐射方向不一致时会影响手机的性能。
因此,对于单天线,需要方向图可调节来优化其对整个空间内的覆盖。
发明内容
本申请的目的在于解决现有技术中天线的辐射方向图是固定不变、无法调节的问题。因此,本申请实施例提供了一种天线的供电系统及电子设备,能够实现单天线的方向图的多种状态调节,通过多种状态的方向图覆盖不同的方向,来实现天线对整个空间内更好地覆盖。
本申请实施例提供了一种天线的供电系统,天线包括间隔设置的多个天线枝节,供电系统包括一射频模组,从射频模组引出的馈电线分为多路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电;
多路的至少一路串联设有开关控制电路,开关控制电路包括开关器件和与开关器件连接且并列设置的多条不同的匹配电路,开关器件的控制方式是通过开关器件切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与开关控制电路对应的天线枝节,以调节对应的天线枝节的谐振频率。
在本方案中,从射频模组引出的馈电线分为多路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电,同时能对多个天线枝节进行激励,利用这种馈电结构,再通过在多路中的至少一路的馈电线中串联设有开关控制电路,通过开关控制电路的开关器件切换至多条不同的匹配电路中的其中一条匹配电路,调节对对应的该天线枝节的谐振频率,从而调节该天线枝节的不同激励状态,即能实现方向图的多种状态的调节。
进一步地,分别对多个天线枝节馈电,即多个天线枝节都是可以被主动地激励,而并不是通过耦合的形式实现激励,这样使得该天线能够适用的场合(即天线枝节之间的相对位置关系不同的场合)更加广泛,即可以适用于两个天线枝节距离较近的场合,也可以适用于两个天线枝节距离较远的场合,灵活性较高。
在一些实施例中,多条不同的匹配电路的每一条匹配电路是短路或开路或电容或电感。
在一些实施例中,多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电容,该至少两条匹配电路的电容量大小不同。
在一些实施例中,多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电感,该至少两条匹配电路的电感值大小不同。
在一些实施例中,开关器件采用单刀多掷开关。
在一些实施例中,多路中的每一路均设有开关控制电路,多路中的开关器件按照以上开关器件的控制方式,以分别调节多个天线枝节的谐振频率。
在一些可能的实施例中,两路中的每一路均设有开关控制电路。
在一些实施例中,供电系统还包括在馈电线分为多路之前,还与地之间接有的阻抗匹配控制电路,阻抗匹配控制电路用于调节天线的匹配阻抗。
在本方案中,阻抗匹配控制电路能够调整不同状态下天线的阻抗匹配。
在一些实施例中,阻抗匹配控制电路包括阻抗开关器件和与阻抗开关器件连接且并列设置的多条不同的阻抗匹配电路,通过阻抗开关器件切换至多条不同的阻抗匹配电路之一,以调节天线的匹配阻抗。
在一些实施例中,多条不同的阻抗匹配电路的每一条阻抗匹配电路是短路或开路或电容或电感。
在一些实施例中,多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电容,该至少两条阻抗匹配电路的电容量大小不同。
在一些实施例中,多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电感,该至少两条阻抗匹配电路的电感值大小不同。
在一些实施例中,阻抗开关器件采用单刀多掷开关。
在一些实施例中,天线枝节具有两个,从射频模组引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电。
本申请实施例还提供了一种电子设备,其包括天线和天线的供电系统,供电系统采用以上任一实施例所提供的天线的供电系统。
在一些可能的实施例中,天线枝节可以通过电子设备的金属边框形成,也可以是金属片(比如钢片),也可以是柔性电路板(Flexible Printed Circuit简称FPC),也可以采用LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型)的形式形成。
在一些实施例中,天线枝节的一端接地板;
或者,天线枝节的两端接地板,以使天线枝节与地板之间形成闭合槽;
或者,天线枝节采用两端均未连接地板的线天线结构;
或者,天线枝节采用环形天线结构。
在一些实施例中,天线枝节具有两个时,两个天线枝节位于地板的同一侧或相邻侧或相反侧。
附图说明
图1为本申请实施例1的电子设备的一实施方式的结构示意图;
图2为本申请实施例1的天线的供电系统的结构示意图;
图3为本申请实施例1的天线的供电系统的第一开关控制电路的结构示意图;
图4为本申请实施例1的天线的供电系统的第二开关控制电路的结构示意图;
图5为本申请实施例1的天线的供电系统的阻抗匹配控制电路的结构示意图;
图6a为本申请实施例1的天线的供电系统的另一实施方式的结构示意图;
图6b为本申请实施例1的天线的供电系统的又一实施方式的结构示意图;
图6c为本申请实施例1的天线的供电系统的再一实施方式的结构示意图;
图7为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时的仿真结构示意图;
图8为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图;
图9为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图;
图10a~图10d为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图;
图11a~图11c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态1下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图;
图12a~图12c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态4下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图;
图13a~图13c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态2下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图;
图14a~图14c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态3下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图;
图15为本申请实施例2的电子设备的结构示意图;
图16为本申请实施例2的天线的供电系统的结构示意图;
图17为本申请实施例2的天线的供电系统的第一开关控制电路的结构示意图;
图18为本申请实施例2的天线的供电系统的第二开关控制电路的结构示意图;
图19为本申请实施例2的天线的供电系统的阻抗匹配控制电路的结构示意图;
图20为本申请实施例2的电子设备在进行仿真效果测试时的仿真结构示意图;
图21为本申请实施例2的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图;
图22为本申请实施例2的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图;
图23a~图23d为本申请实施例2的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图;
图24为本申请实施例3的电子设备的结构示意图;
图25为本申请实施例3的天线的供电系统的结构示意图;
图26为本申请实施例3的天线的供电系统的第一开关控制电路的结构示意图;
图27为本申请实施例3的天线的供电系统的第二开关控制电路的结构示意图;
图28为本申请实施例3的电子设备在进行仿真效果测试时的仿真结构示意图;
图29为本申请实施例3的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图;
图30为本申请实施例3的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图;
图31a~图31d为本申请实施例3的电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图;
图32为本申请实施例4的电子设备的一实施方式的结构示意图;
图33为本申请实施例4的电子设备的又一实施方式的结构示意图;
图34为本申请实施例4的电子设备的再一实施方式的结构示意图;
图35为本申请实施例5的电子设备的一实施方式的结构示意图;
图36为本申请实施例5的电子设备的另一实施方式的结构示意图;
图37为本申请实施例6的电子设备的一实施方式的结构示意图;
图38为本申请实施例6的电子设备的又一实施方式的结构示意图;
图39为本申请实施例6的电子设备的再一实施方式的结构示意图。
附图标记说明:
100:电子设备;
200:地板;
300:天线;310:第一天线枝节;311:一端;312:另一端;313:第一辐射体;314:第一馈电点;315:第一接地部;320:第二天线枝节;321:一端;322:另一端;323:第二辐射体;324:第二馈电点;325:第二接地部;
400:供电系统;
500:射频模组;
600:第一开关控制电路;SW1:开关器件;L11:电感;
700:第二开关控制电路;SW2:开关器件;C21:电容;C22:电容;C23:电容;
800:阻抗匹配控制电路;SW3:阻抗开关器件;C31:电容;C32:电容;C33:电容;
100A:电子设备;
200A:地板;
300A:天线;310A:第一天线枝节;313A:第一辐射体;315A:第一接地部;320A:第二天线枝节;323A:第二辐射体;325A:第二接地部;
400A:供电系统;
500A:射频模组;
600A:第一开关控制电路;SW1:开关器件;
700A:第二开关控制电路;SW2:开关器件;C21:电容;C22:电容;
800A:阻抗匹配控制电路;SW3:阻抗开关器件;C31:电容;C32:电容;
100B:电子设备;
200B:地板;
300B:天线;310B:第一天线枝节;313B:第一辐射体;315B:第一接地部;320B:第二天线枝节;323B:第二辐射体;325B:第二接地部;
400B:供电系统;
500B:射频模组;
600B:第一开关控制电路;SW1:开关器件;C11:电容;C12:电容;C13:电容;C14:电容;
700B:第二开关控制电路;SW2:开关器件;C21:电容;C22:电容;C23:电容;C24:电容;
100C:电子设备;
200C:地板;
300C:天线;310C:第一天线枝节;313C:第一辐射体;315C:第一接地部;320C:第二天线枝节;323C:第二辐射体;325C:第二接地部;
400C:供电系统;
100D:电子设备;
200D:地板;
300D:天线;310D:第一天线枝节;313D:第一辐射体;315D:第一接地部;320D:第二天线枝节;323D:第二辐射体;325D:第二接地部;
400D:供电系统;
100E:电子设备;
200E:地板;
310E:第一天线枝节;320E:第二天线枝节。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起介绍,但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反,结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解,以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外,为了避免混乱或模糊本申请的重点,有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意的是,在本说明书中,相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,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;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
请参见图1,图1为本申请实施例1的电子设备100的一实施方式的结构示意图。如图1所示,本申请实施例提供了一种电子设备100,其包括天线300和天线300的供电系统400。在本实施方式中,该电子设备100以智能手机进行举例说明。当然,本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,该电子设备100也可以为平板电脑或智能手表等其它电子设备,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
如图1所示,天线300包括间隔设置的两个天线枝节,两个天线枝节的其中一个天线枝节定义为第一天线枝节310,另一个定义为第二天线枝节320。在本实施方式中,第一天线枝节310和第二天线枝节320分别位于电子设备100的相邻两边上,具体为,第一天线枝节310位于电子设备100的横边(即电子设备100的短边)上,第二天线枝节320位于电子设备100的纵边(即电子设备100的长边)上。
当然,本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一天线枝节310和第二天线枝节320也可以位于电子设备100的同一边上,比如,同时位于电子设备100的横边或纵边上,也可以位于电子设备100的相对设置的两边上,比如,分别位于电子设备100的相对设置的两横边上,或者分别位于电子设备100的相对设置的两纵边上。
本领域技术人员可以理解的是,本实施例仅以天线包括两个天线枝节来举例说明,在可替代的其它实施方式中,天线也可以包括三个及以上间隔设置的天线枝节,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
进一步地,第一天线枝节310沿第一天线枝节310的长度方向具有一端311和另一端312。其中,第一天线枝节310包括沿第一天线枝节310的长度方向依次相接的第一辐射体313和第一接地部315,第一接地部315垂直于第一辐射体313,并连接于电子设备100的地板200。第一接地部315的远离第一辐射体313的一端为第一天线枝节310的一端311,第一辐射体313的远离第一接地部315的一端为第一天线枝节310的另一端312。第一天线枝节310的与供电系统400连接的位置处为第一馈电点314。
第二天线枝节320沿第二天线枝节320的长度方向具有一端321和另一端322。其中,第二天线枝节320包括沿第二天线枝节320的长度方向依次相接的第二辐射体323和第二接地部325,第二接地部325垂直于第二辐射体323,并连接于电子设备100的地板200。第二接地部325的远离第二辐射体323的一端为第二天线枝节320的一端321,第二辐射体323的远离第二接地部325的一端为第二天线枝节320的另一端322。第二天线枝节320的与供电系统400连接的位置处为第二馈电点324。
在本实施方式中,第一接地部315和第二接地部325分别位于第一辐射体313和第二辐射体323之间距离最近的位置处。其中,第一辐射体313和第二辐射体323之间距离最近的一端分别定义为近端,第一辐射体313和第二辐射体323之间距离最远的一端分别定义为远端。即第一接地部315位于第一辐射体313的近端,第二接地部325位于第二辐射体323的近端。
本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一接地部315和第二接地部325也可以分别位于第一辐射体313的远端和第二辐射体323的远端,或者,分别位于第一辐射体313的近端和第二辐射体323的远端,或者,分别位于第一辐射体313的远端和第二辐射体323的近端,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
在本实施方式中,第一天线枝节310和第二天线枝节320的长度为1/4λ,λ为天线的工作波长。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一天线枝节310和第二天线枝节320的长度也可以根据实际的需要选择合适的长度,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
在本实施方式中,第一天线枝节310和第二天线枝节320可以通过电子设备100的金属边框形成,也可以是金属片(比如钢片),也可以是柔性电路板(Flexible PrintedCircuit简称FPC),也可以采用LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型)的形式形成。
本领域技术人员可以理解的是,本实施例仅以天线枝节(第一天线枝节310和第二天线枝节320)采用接地的天线枝节来举例说明,在可替代的其它实施方式中,天线枝节也可以采用其它结构的天线形式,比如,采用形成有闭合槽的天线枝节结构,或者,采用线天线结构,采用单端接地的环形天线结构。
在本实施方式中,地板200可以由电子设备100的中框的底板来形成。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,地板200也可以其它金属部分构成,比如,印制电路板。
请参见图2~图5,图2为本申请实施例1的天线的供电系统400的结构示意图。图3为本申请实施例1的天线的供电系统400的第一开关控制电路600的结构示意图。图4为本申请实施例1的天线的供电系统400的第二开关控制电路700的结构示意图。图5为本申请实施例1的天线的供电系统400的阻抗匹配控制电路800的结构示意图。
如图2所示,供电系统400包括一射频模组500,从射频模组500引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电。具体为,从射频模组500引出的馈电线分为两路,其中一路连接到第一天线枝节310的第一馈电点314,对第一天线枝节310馈电,另一路连接到第二天线枝节320的第二馈电点324,对第二天线枝节320馈电。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,在天线枝节具有多个时,从射频模组500引出的馈电线可分为多路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电。
两路中的每一路均串联设有开关控制电路。其中,连接于第一天线枝节310的第一馈电点314的一路上设置的开关控制电路定义为第一开关控制电路600。连接于第二天线枝节320的第二馈电点324的一路上设置的开关控制电路定义为第二开关控制电路700。
结合图2~图3予以理解,第一开关控制电路600包括开关器件SW1和与开关器件SW1连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW1的控制方式是通过开关器件SW1切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第一开关控制电路600对应的第一天线枝节310,以调节对应的第一天线枝节310的谐振频率。
结合图2和图4予以理解,第二开关控制电路700包括开关器件SW2和与开关器件SW2连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW2的控制方式是通过开关器件SW2切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第二开关控制电路700对应的第二天线枝节320,以调节对应的第二天线枝节320的谐振频率。
在本实施例中,从射频模组500引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的第一天线枝节310和第二天线枝节320上进行馈电,同时能对第一天线枝节310和第二天线枝节320进行激励,利用这种馈电结构,再通过在两路的馈电线中分别串联设有第一开关控制电路600和第二开关控制电路700,通过第一开关控制电路600的开关器件切换至对应的多条不同的匹配电路中的其中一条匹配电路,调节对对应的该第一天线枝节310的谐振频率,通过第二开关控制电路700的开关器件切换至对应的多条不同的匹配电路中的其中一条匹配电路,调节对对应的该第二天线枝节320的谐振频率,从而调节第一天线枝节310和第二天线枝节320的不同激励状态,即能实现方向图的多种状态的调节。
进一步地,分别对第一天线枝节310和第二天线枝节320馈电,即第一天线枝节310和第二天线枝节320都是可以被主动地激励,而并不是通过耦合的形式实现激励,这样使得该天线能够适用的场合(即第一天线枝节310和第二天线枝节320之间的相对位置关系不同的场合)更加广泛,即可以适用于两个天线枝节距离较近的场合,也可以适用于两个天线枝节距离较远的场合,灵活性较高。
本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,也可以仅在两路中的一路上串联设有开关控制电路,此时,仅调节与该路对应的天线枝节的谐振频率。
如图3所示,第一开关控制电路600包括开关器件SW1和与开关器件SW1连接的四条不同的匹配电路,其中两条匹配电路是开路(即不接匹配器件),一条匹配电路是短路,即图中的0ohm(表示0欧的电阻),即该条匹配电路中接有0ohm的匹配器件,剩余的一条匹配电路是电容L11,即该条匹配电路中接有电容L11。
本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一开关控制电路600包括不局限于四条的多条不同的匹配电路,且多条不同的匹配电路的每一条匹配电路是短路或开路或电容或电感。
多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电容时,该至少两条匹配电路的电容量大小不同。多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电感时,该至少两条匹配电路的电感值大小不同。
如图3所示,第一开关控制电路600的开关器件SW1采用单刀多掷开关。在本实施方式中,第一开关控制电路600的开关器件SW1采用单刀四掷开关。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一开关控制电路600的开关器件SW1也可以采用四刀四掷开关。
如图4所示,第二开关控制电路700包括开关器件SW2和与开关器件SW2连接的四条不同的匹配电路,其中一条匹配电路是开路(即不接匹配器件),剩余的三条匹配电路分别是电容C21、C22和C23,即剩余的三条匹配电路中分别接有电容C21、C22和C23。电容C21、C22和C23的电容量大小不同。
本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第二开关控制电路700包括不局限于四条的多条不同的匹配电路,且多条不同的匹配电路的每一条匹配电路是短路或开路或电容或电感。
如图4所示,第二开关控制电路700的开关器件SW2采用单刀多掷开关。在本实施方式中,第二开关控制电路700的开关器件SW2采用单刀四掷开关。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第二开关控制电路700的开关器件SW2也可以采用四刀四掷开关。
如图2所示,供电系统400还包括在馈电线分为两路之前,还与地之间接有的阻抗匹配控制电路800,阻抗匹配控制电路800用于调节天线的匹配阻抗。阻抗匹配控制电路800能够调整不同状态下天线的阻抗匹配。
结合图2和图5予以理解,阻抗匹配控制电路800包括阻抗开关器件SW3和与阻抗开关器件SW3连接且并列设置的多条不同的阻抗匹配电路。通过阻抗开关器件SW3切换至多条不同的阻抗匹配电路之一,以调节天线的匹配阻抗。
在本实施方式中,阻抗匹配控制电路800包括阻抗开关器件SW3和与阻抗开关器件SW3连接的四条不同的阻抗匹配电路,其中一条阻抗匹配电路是开路(即不接匹配器件),剩余的三条阻抗匹配电路分别是电容C31、C32和C33,即剩余的三条阻抗匹配电路中分别接有电容C31、C32和C33。电容C31、C32和C33的电容量大小不同。
本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,阻抗匹配控制电路800包括不局限于四条的多条不同的阻抗匹配电路,且多条不同的阻抗匹配电路的每一条阻抗匹配电路是短路或开路或电容或电感。
多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电容时,该至少两条阻抗匹配电路的电容量大小不同。多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电感时,该至少两条阻抗匹配电路的电感值大小不同。
如图5所示,阻抗开关器件SW3采用单刀多掷开关。在本实施方式中,阻抗开关器件SW3采用单刀四掷开关。本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,阻抗开关器件SW3也可以采用四刀四掷开关。
请参见图6a,图6a为天线的供电系统400的另一实施方式的结构示意图。如图6a所示,本实施方式与一实施方式相比,天线的结构相同,即天线包括间隔设置的第一天线枝节310和第二天线枝节320。同时,供电系统400的结构基本相同,即供电系统400包括射频模组500,从射频模组500引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电,连接于第一天线枝节310的第一馈电点314的一路上串联设有第一开关控制电路600,连接于第二天线枝节320的第二馈电点324的一路上串联设有第二开关控制电路700,其不同之处在于,在馈电线分为两路之前,与地之间没有连接阻抗匹配控制电路800。阻抗匹配控制电路800用于调节天线的匹配阻抗,所以在不同的情况和环境下是不一定需要的。
请参见图6b,图6b为天线的供电系统400的又一实施方式的结构示意图。如图6b所示,本实施方式与另一实施方式相比,天线的结构相同,即天线包括间隔设置的第一天线枝节310和第二天线枝节320。同时,供电系统400的结构基本相同,即供电系统400包括射频模组500,从射频模组500引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电,连接于第一天线枝节310的第一馈电点314的一路上串联设有第一开关控制电路600,其不同之处在于,连接于第二天线枝节320的第二馈电点324的一路上没有设置第二开关控制电路700(参见图6a)。
请参见图6c,图6c为天线的供电系统400的再一实施方式的结构示意图。如图6c所示,本实施方式与又一实施方式相比,天线的结构相同,即天线包括间隔设置的第一天线枝节310和第二天线枝节320。同时,供电系统400的结构基本相同,即供电系统400包括射频模组500,从射频模组500引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的天线枝节上进行馈电,其不同之处在于,连接于第一天线枝节310的第一馈电点314的一路上没有设置第一开关控制电路600(参见图6b),连接于第二天线枝节320的第二馈电点324的一路上串联设有第二开关控制电路700。
以下结合图7-图14c对天线的性能做具体地说明。
为了验证本申请实施例的天线的方向性性能,采用全波电磁仿真软件HFSS进行仿真分析,获得了图8-图14c的仿真效果图。其中,图7为在进行仿真效果测试时电子设备100的仿真结构示意图。
如图7所示,在电子设备100的仿真结构中,天线300的第一天线枝节310和第二天线枝节320都用金属边框的形式实现。第一天线枝节310位于地板200的横边,长度为1/4波长左右,第一天线枝节310的开放末端朝右,第一接地部315在左侧。第二天线枝节320位于地板200的纵边,长度也为1/4波长左右,第二天线枝节320的开放末端在下侧,第二接地部325在上侧。本领域技术人员可以理解,天线枝节的接地部为天线枝节的用于与整体的地板相连接的部分。
第一天线枝节310的第一接地部315和第二天线枝节320的第二接地部325之间是一个较长的接地部,该接地部连接于地板200,可以保证第一天线枝节310和第二天线枝节320的隔离度好(即第一天线枝节310上的电流通过接地部回到整个地板200上,不会都流到第二天线枝节320上)。馈电线从射频模组500(采用射频芯片)延伸出后(图7中馈电线的右侧即连接到射频模组500),在天线附近区域分为两路,第一开关控制电路600和第二开关控制电路700都是串联在馈电线中,馈电线分别和第一天线枝节310和第二天线枝节320连接(一般是馈电线连接到弹片,通过弹片弹接到金属边框上)。且在馈电线分为两路之前,还与地之间连接阻抗匹配控制电路800。
在实际的电子设备(本实施例以智能手机为例)中,天线是通过手机的金属边框来实现的,所以第一天线枝节310和第二天线枝节320之间是相连接的,是共地的,所以在图7的实际仿真中是按照共地的方式来仿真的。但是共地与不共地在这里能实现的技术效果是一致的,因为在共地的情况下,当地的宽度足够宽,两个天线枝节之间也是隔离度较好的,跟两枝节拉开的效果是一致的。因此,通过对图7所示的仿真结构进行仿真获得的仿真效果也能证明图1~图2所示的结构中天线也能具有相应的效果。
如图7所示,在第一开关控制电路600中,匹配电路L11的电感值为4nH。通过开关器件SW1切换不同的匹配电路,调整第一天线枝节310的谐振频率。
在第二开关控制电路700中,匹配电路C21的电容值为0.3pF,匹配电路C22的电容值为0.5pF,匹配电路C23的电容值为0.6pF。通过开关器件SW2切换不同的匹配电路,调整第二天线枝节320的谐振频率。
在阻抗匹配控制电路800中,阻抗匹配电路C31的电容值为1pF,阻抗匹配电路C32的电容值为1.5pF,阻抗匹配电路C33的电容值为2pF。通过阻抗开关器件SW3切换至不同的匹配电路,调整天线的匹配阻抗。
通过开关器件SW1和SW2的切换不同匹配可以实现不同的状态,通过阻抗开关器件SW3切换至不同的匹配电路,调整天线的匹配阻抗,即主要是为了优化各个状态下的阻抗匹配。状态是跟天线枝节的位置、枝节长度、枝节指向、馈电线和周围环境等都有关系。当开关器件SW1串联电感时,该开关器件所对应的第一天线枝节310的谐振频率往高偏移,电感越大,往高偏移越多,当开关器件SW1串联电容时,该开关器件所对应的第一天线枝节310的谐振频率往低偏移,电容越大,往低偏移越多。当开关器件SW2串联电感时,该开关器件所对应的第二天线枝节320的谐振频率往高偏移,电感越大,往高偏移越多,当开关器件SW2串联电容时,该开关器件所对应的第二天线枝节320的谐振频率往低偏移,电容越大,往低偏移越多。具体单独激励某个枝节时,是串电容、电感还是0ohm(即表示0欧的电阻),跟上面的因素都有关系,需要就具体实例调整。
本实施例中以以下四种状态为例进行说明。
状态1(即State1):开关器件SW1切换至0ohm的短路匹配电路;开关器件SW2切换至断开匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为2pF的电容匹配电路。在该状态下,仅激励第一天线枝节310。
状态2(即State2):开关器件SW1切换至0ohm的短路匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.3pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为2pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310和第二天线枝节320,且第一天线枝节310的谐振频率和第二天线枝节320的谐振频率相比,第一天线枝节310的谐振频率在低,第二天线枝节320的谐振频率在高。
状态3(即State3):开关器件SW1切换至电感值为4nH的电感匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.6pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为1.5pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310和第二天线枝节320,且第一天线枝节310的谐振频率和第二天线枝节320的谐振频率相比,第一天线枝节310的谐振频率在高,第二天线枝节320的谐振频率在低。
状态4(即State4):开关器件SW1切换至断开匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.5pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为1pF的电容匹配电路。在该状态下,仅激励第二天线枝节320。
请参见图8~图9,图8为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图。图9为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图。
其中,在图8中,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示S11的幅度值,单位为dBa。S11属于S参数中的一种。S11表示反射系数,此参数表示天线的发射效率好不好,值越大,表示天线本身反射回来的能量越大,这样天线的效率就越差。图8中4条曲线“State1”、“State2”、“State3”和“State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下S11随频率变化的曲线图。
本实施例中,把所要对比的频段设置在WIFI天线的工作频率范围2.4GHz~2.5GHz内。在状态1中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-6dBa,即在状态1下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态2中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-6dBa,即在状态2下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态3中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-4dBa,即在状态3下天线的阻抗匹配性能相对于状态1和状态2的阻抗匹配性能有所下降。
在状态4中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-6dBa,即在状态4下天线具有较好的阻抗匹配。
如图9所示,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示天线的效率,单位为dBi。本领域技术人员可以理解,效率一般是用百分比来表示,其与dBi之间存在相应的换算关系,效率越接近0dBi越好。
图9中4条曲线“效率,State1”、“效率,State2”、“效率,State3”和“效率,State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下效率随频率变化的曲线图。
从图9中可以看到,在状态1时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.2dBi~-2.2dBi。在状态2时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.2dBi~-2.4dBi。在状态3时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-6dBi~-4.8dBi。在状态4时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.8dBi~-2.2dBi。从上可知,在状态1、状态2和状态4下天线的效率均较高,在状态3下天线的效率相对其它状态低一点。
请参见图10a~图10d,图10a~图10d为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图。此时,天线的工作频率为2.45GHz。在图10a~图10d中,灰度越深,表示场强越大,其中,灰度最深的部分表示场强最大,且虚线方框所圈的白色箭头指的方向为天线的最大辐射方向。
从图10a~图10d可以看出,四种状态下天线的方向图都存在差异,特别的状态1、状态3和状态4的方向图明显不同,可以分别覆盖不同的方向,其最大辐射方向也不同。具体为,在状态1时,天线的最大辐射方向为图10a中上方偏右的方向;在状态2时,天线的最大辐射方向为图10b中下方偏右的方向;在状态3时,天线的最大辐射方向为图10c中前方偏左上的方向;在状态4时,天线的最大辐射方向为图10d中下方偏前的方向。因此,通过这几种状态的切换可以使天线对不同方向的覆盖更好。
下面结合图11a~图14c,对实现上述技术效果的原理做具体说明。
请参见图11a~图14c,图11a~图11c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态1下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图。图12a~图12c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态4下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图。图13a~图13c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态2下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图。图14a~图14c为本申请实施例1的电子设备在进行仿真效果测试时获得的状态3下的天线局部电流分布、整机整体电流分布以及整机整体电场分布图。
首先对比状态1(仅激励第一天线枝节)和状态4(仅激励第二天线枝节)的两种状态。
图11a~图11c是状态1下天线的局部电流和整机整体电流、电场的对比。因图11a为仿真结构,在第一开关控制电路、第二开关控制电路和阻抗匹配控制电路的位置并没有设置开关器件,也没有设置多个匹配电路,而是根据在各状态下第一开关控制电路、第二开关控制电路和阻抗匹配控制电路所需要切换的匹配电路直接加相应的匹配器件(比如电容、电感、短路、断路),即图11a中器件1、器件2和器件3的位置直接设置相应的匹配器件。
如图11a~图11c,可以看出在图11a中所示出的局部电流中,虚线框处的电流强度较大,即电流集中在第一天线枝节上。如图11b和图11c所示,因为第一天线枝节在电子设备整机地板的横边上,整机地板上的电流主要是横向的电流,电场也是横边上比较明显(参见图11c中虚线框所示部分)。在图11b中整体电流的方向可以看出且已增加辅助箭头。整机整体电流方向的判断主要是通过电流分布相对较强的区域,看其电流的流向。并且,在图11c中也给出了整机整体电场的分布强度,用整体电流分布和电场的分布结合来看。
图12a~图12c是状态4下天线的局部电流和整机整体电流、电场的对比。如图12a~图12c,可以看出在图12a中所示出的局部电流中,虚线框处的电流强度较大,即电流集中在第二天线枝节上。如图12b和图12c所示,因为第二天线枝节在电子设备整机地板的纵边上,整机地板上的电流主要是纵向的电流,电场也是纵边上比较明显(参见图12c中虚线框所示部分)。
下面再对比状态2(同时激励第一天线枝节和第二天线枝节,第一天线枝节的谐振频率在低,第二天线枝节的谐振频率在高)和状态3(同时激励第一天线枝节和第二天线枝节,第一天线枝节的谐振频率在高,第二天线枝节的谐振频率在低)的两种状态。
图13a~图13c是状态2下天线的局部电流和整机整体电流、电场的对比。如图13a~图13c,可以看出在图13a中所示出的局部电流中,虚线框处的电流强度较大,即电流在第一天线枝节和第二天线枝节上都有分布。如图13b和图13c所示,从整体的电流和电场上看,还是第一天线枝节所在的横边上的电场激励比较多,地板电流也偏横向电流。所以,从方向图来看,状态2的方向图介于状态1和状态4之间,但是偏向状态1。
并且,图13c中表示的是天线在工作频率为2.45GHz时的电场分布图,从图中可以看出,第一天线枝节处的电场相对较强,而低频率的谐振更靠近工作频率2.45GHz,所以是第一天线枝节谐振在低。当然,也可以直接看低频率处的电场分布,可以看到都是集中在第一天线枝节位置,所以低频率是第一天线枝节的谐振。从而可知,第一天线枝节的谐振频率和第二天线枝节的谐振频率相比,第一天线枝节的谐振频率在低,第二天线枝节的谐振频率在高。
图14a~图14c是状态3下天线的局部电流和整机整体电流、电场的对比。如图14a~图14c,可以看出在图14a中所示出的局部电流中,虚线框处的电流强度较大,即电流在第一天线枝节和第二天线枝节上都有分布,但是第二天线枝节上的电流更强。如图14b和图14c所示,从整体的电流和电场上看,还是第二天线枝节所在的纵边上的电场激励比较多,地板电流也偏纵向电流。所以,从方向图来看,状态3的方向图介于状态1和状态4之间,但是偏向状态4。
由上面的对比和分析可知,本申请得到多种不同方向图的关键即在于调整两个天线枝节上电流的分布比例,同时地板上的电流分布也会出现横向电流、纵向电流,甚至是斜向的电流等不同的状态,从而得到出现不同的方向图表现。
实施例2
请参见图15~图16,图15为本申请实施例2的电子设备100A的结构示意图。图16为本申请实施例2的天线300A的供电系统400A的结构示意图。如图15~图16所示,本实施例的电子设备的结构与实施例1所提供的电子设备的结构相比基本相同,其也包括天线300A和天线300A的供电系统400A,且天线300A包括第一天线枝节310A和第二天线枝节320A,供电系统400A中也包括射频模组500A、第一开关控制电路600A、第二开关控制电路700A和阻抗匹配控制电路800A,其不同之处在于,第一天线枝节310A的第一接地部315A位于第一辐射体313A的距离第二辐射体323A最近的一端,即第一接地部315A位于第一辐射体313A的近端,但第二天线枝节320A的第二接地部325A位于第二辐射体323A的距离第二辐射体323A最远的一端,即第二接地部325A位于第二辐射体323A的远端。
请参见图17,图17为第一开关控制电路600A的结构示意图。结合图16~图17予以理解,第一开关控制电路600A也包括开关器件SW1和与开关器件SW1连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW1的控制方式是通过开关器件SW1切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500A发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第一开关控制电路600A对应的第一天线枝节310A,以调节对应的第一天线枝节310A的谐振频率。在本实施方式中,第一开关控制电路600A包括四条不同的匹配电路,其中三条匹配电路是开路,一条匹配电路是短路,即图中的0ohm(表示0欧的电阻)。
请参见图18,图18为第二开关控制电路700A的结构示意图。结合图16和图18予以理解,第二开关控制电路700A也包括开关器件SW2和与开关器件SW2连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW2的控制方式是通过开关器件SW2切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500A发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第二开关控制电路700A对应的第二天线枝节320A,以调节对应的第二天线枝节320A的谐振频率。在本实施方式中,第二开关控制电路700A包括四条不同的匹配电路,其中两条匹配电路是开路,剩余的两条匹配电路分别是电容C21、C22。电容C21和C22的电容量大小不同。
请参见图19,图19为本申请实施例2的天线的供电系统400A的阻抗匹配控制电路800A的结构示意图。结合图16和图19予以理解,阻抗匹配控制电路800A包括阻抗开关器件SW3和与阻抗开关器件SW3连接且并列设置的多条不同的阻抗匹配电路。通过阻抗开关器件SW3切换至多条不同的阻抗匹配电路之一,以调节天线的匹配阻抗。在本实施方式中,阻抗匹配控制电路800A包括四条不同的阻抗匹配电路,其中两条阻抗匹配电路是开路,剩余的两条阻抗匹配电路分别是电容C31、C32。电容C31、C32的电容量大小不同。
以下结合图20-图23d对天线的性能做具体地说明。
为了验证本申请实施例的天线的方向性性能,采用全波电磁仿真软件HFSS进行仿真分析,获得了图21-图23d的仿真效果图。其中,图20为在进行仿真效果测试时电子设备的仿真结构示意图。
如图20所示,在电子设备100A的仿真结构中,天线300A的第一天线枝节310A和第二天线枝节320A都用金属边框的形式实现。第一天线枝节310A位于地板200A的横边,长度为1/4波长左右,第一天线枝节310A的开放末端朝右,第一接地部315A在左侧。第二天线枝节320A位于地板200A的纵边,长度也为1/4波长左右,第二天线枝节320A的开放末端在上侧,第二接地部325A在下侧。第一天线枝节310A的第一接地部315A的设置位置相比于图15~图16的位置进行了调整,但这并不会影响所能实现的技术效果。因此,通过对图20所示的仿真结构进行仿真获得的仿真效果也能证明图15~图16所示的结构中天线也能具有相应的效果。
如图20所示,在第一开关控制电路600A中,通过开关器件SW1切换不同的匹配电路,调整第一天线枝节310A的谐振频率。
在第二开关控制电路700A中,匹配电路C21的电容值为0.2pF,匹配电路C22的电容值为0.3pF。通过开关器件SW2切换不同的匹配电路,调整第二天线枝节320A的谐振频率。
在阻抗匹配控制电路800A中,阻抗匹配电路C31的电容值为1pF,阻抗匹配电路C32的电容值为2pF。通过阻抗开关器件SW3切换至不同的匹配电路,调整天线的匹配阻抗。
本实施例中以以下四种状态为例进行说明。
状态1(即State1):开关器件SW1切换至0ohm的短路匹配电路;开关器件SW2切换至断开匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为2pF的电容匹配电路。在该状态下,仅激励第一天线枝节310A。
状态2(即State2):开关器件SW1切换至0ohm的短路匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.2pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为1pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310A和第二天线枝节320A,且第一天线枝节310A的谐振频率和第二天线枝节320A的谐振频率相比,第一天线枝节310A的谐振频率在低,第二天线枝节320A的谐振频率在高。
状态3(即State3):开关器件SW1切换至0ohm的短路匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.3pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为2pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310A和第二天线枝节320A,且第一天线枝节310A的谐振频率和第二天线枝节320A的谐振频率相比,第一天线枝节310A的谐振频率在高,第二天线枝节320A的谐振频率在低。
状态4(即State4):开关器件SW1切换至断开匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.3pF的电容匹配电路;阻抗开关器件SW3切换至电容值为1pF的电容匹配电路。在该状态下,仅激励第二天线枝节320A。
请参见图21~图22,图21为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图。图22为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图。
其中,在图21中,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示S11的幅度值,单位为dBa。图21中4条曲线“State1”、“State2”、“State3”和“State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下S11随频率变化的曲线图。
本实施例中,把所要对比的频段设置在WIFI天线的工作频率范围2.4GHz~2.5GHz内。在状态1中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-4.5dBa,即在状态1下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态2中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-6.5dBa,即在状态2下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态3中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-7dBa,即在状态3下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态4中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-2.5dBa,即在状态4下天线具有较好的阻抗匹配。
如图22所示,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示天线的频率,单位为dBi。图22中4条曲线“效率,State1”、“效率,State2”、“效率,State3”和“效率,State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下效率随频率变化的曲线图。
从图22中可以看到,在状态1时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-4dBi~-2.4dBi。在状态2时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.5dBi~-2.8dBi。在状态3时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.5dBi~-3dBi。在状态4时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-7dBi~-3.5dBi。从上可知,在状态1、状态2和状态3下天线的效率均较高,在状态4下天线的效率相对其它状态低一点。
请参见图23a~图23d,图23a~图23d为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图。此时,天线的工作频率为2.45GHz。在图23a~图23d中,灰度越深,表示场强越大,其中,灰度最深的部分表示场强最大,且虚线方框所圈的白色箭头指的方向为天线的最大辐射方向。
从图23a~图23d可以看出,四种状态下天线的方向图都存在差异,可以分别覆盖不同的方向,其最大辐射方向也不同。具体为,在状态1时,天线的最大辐射方向为图23a中右侧偏上的方向;在状态2时,天线的最大辐射方向为图23b中下方偏右前方的方向;在状态3时,天线的最大辐射方向为图23c中下方偏前方的方向;在状态4时,天线的最大辐射方向为图23d中下方的方向。因此,通过这几种状态的切换可以使天线对不同方向的覆盖更好。
实施例3
请参见图24~图25,图24为本申请实施例3的电子设备100B的结构示意图。图25为本申请实施例3的天线300B的供电系统400B的结构示意图。如图24~图25所示,本实施例的电子设备的结构与实施例1所提供的电子设备的结构相比基本相同,其也包括天线300B和天线300B的供电系统400B,且天线300B包括第一天线枝节310B和第二天线枝节320B,供电系统400B中也包括射频模组500B、第一开关控制电路600B、第二开关控制电路700B,其不同之处在于,第一天线枝节310B的第一接地部315B位于第一辐射体313B的距离第二辐射体323B最远的一端,即第一接地部315B位于第一辐射体313B的远端,且第二天线枝节320B的第二接地部325B位于第二辐射体323B的距离第二辐射体323B最远的一端,即第二接地部325B位于第二辐射体323B的远端。并且,在供电系统400B中未设置有阻抗匹配控制电路。
请参见图26,图26为第一开关控制电路600B的结构示意图。结合图25~图26予以理解,第一开关控制电路600B也包括开关器件SW1和与开关器件SW1连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW1的控制方式是通过开关器件SW1切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500B发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第一开关控制电路600B对应的第一天线枝节310B,以调节对应的第一天线枝节310B的谐振频率。在本实施方式中,第一开关控制电路600B包括四条不同的匹配电路,四条匹配电路分别是电容C11、C12、C13和C14。电容C11、C12、C13和C14的电容量大小不同。
请参见图27,图27为第二开关控制电路700B的结构示意图。结合图25和图27予以理解,第二开关控制电路700B也包括开关器件SW2和与开关器件SW2连接且并列设置的多条不同的匹配电路。开关器件SW2的控制方式是通过开关器件SW2切换至多条不同的匹配电路之一,使得从射频模组500B发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与第二开关控制电路700B对应的第二天线枝节320B,以调节对应的第二天线枝节320B的谐振频率。在本实施方式中,第二开关控制电路700B包括四条不同的匹配电路,四条匹配电路分别是电容C21、C22、C23和C24。电容C21、C22、C23和C24的电容量大小不同。
以下结合图28-图31d对天线的性能做具体地说明。
为了验证本申请实施例的天线的方向性性能,采用全波电磁仿真软件HFSS进行仿真分析,获得了图28-图31d的仿真效果图。其中,图28为在进行仿真效果测试时电子设备的仿真结构示意图。
如图28所示,在电子设备的仿真结构中,天线300B的第一天线枝节310B和第二天线枝节320B都用金属边框的形式实现。第一天线枝节310B位于地板200B的横边,长度为1/4波长左右,第一天线枝节310B的开放末端朝左,第一接地部315B在右侧。第二天线枝节320B位于地板200B的纵边,长度也为1/4波长左右,第二天线枝节320B的开放末端在上侧,第二接地部325B在下侧。
如图28所示,在第一开关控制电路600B中,匹配电路C11的电容值为0.15pF,匹配电路C12的电容值为0.35pF,匹配电路C13的电容值为3pF,匹配电路C14的电容值为0.2pF。通过开关器件SW1切换不同的匹配电路,调整第一天线枝节310B的谐振频率。
在第二开关控制电路700B中,匹配电路C21的电容值为3pF,匹配电路C22的电容值为0.25pF,匹配电路C23的电容值为0.15pF,匹配电路C24的电容值为0.1pF。通过开关器件SW2切换不同的匹配电路,调整第二天线枝节320B的谐振频率。
本实施例中以以下四种状态为例进行说明。
状态1(即State1):开关器件SW1切换至电容值为0.2pF的电容匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为3pF的电容匹配电路。在该状态下,激励第一天线枝节310B,但开关器件SW2切换至电容值为3pF的电容匹配电路也是可以激励对应的第二天线枝节320B,只是该第二天线枝节320B的谐振频率会偏低很多,远离所需关注的频带范围。
状态2(即State2):开关器件SW1切换至电容值为0.15pF的电容匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.25pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310B和第二天线枝节320B,且第一天线枝节310B的谐振频率和第二天线枝节320B的谐振频率相比,第一天线枝节310B的谐振频率在高,第二天线枝节320B的谐振频率在低。
状态3(即State3):开关器件SW1切换至电容值为0.35pF的电容匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.1pF的电容匹配电路。在该状态下,同时激励第一天线枝节310B和第二天线枝节320B,且第一天线枝节310B的谐振频率和第二天线枝节320B的谐振频率相比,第一天线枝节310B的谐振频率在低,第二天线枝节320B的谐振频率在高。
状态4(即State4):开关器件SW1切换至电容值为3pF的电容匹配电路;开关器件SW2切换至电容值为0.15pF的电容匹配电路。在该状态下,激励第二天线枝节320B,但开关器件SW1切换至电容值为3pF的电容匹配电路也是可以激励对应的第一天线枝节310B,只是该第一天线枝节310B的谐振频率会偏低很多,远离所需关注的频带范围。
参见图29~图30,图29为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的S参数对比的效果曲线图。图30为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的效率对比的效果曲线图。
其中,在图29中,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示S11的幅度值,单位为dBa。图29中4条曲线“State1”、“State2”、“State3”和“State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下S11随频率变化的曲线图。
本实施例中,把所要对比的频段设置在WIFI天线的工作频率范围2.4GHz~2.5GHz内。在状态1中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-4dBa,即在状态1下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态2中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-12dBa,即在状态2下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态3中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-6dBa,即在状态3下天线具有较好的阻抗匹配。
在状态4中,在2.4GHz~2.5GHz的频段内,S11小于-4dBa,即在状态4下天线具有较好的阻抗匹配。
如图30所示,横坐标表示频率,单位为GHz,纵坐标表示天线的频率,单位为dBi。图30中4条曲线“效率,State1”、“效率,State2”、“效率,State3”和“效率,State4”分别表示在状态1、状态2、状态3和状态4下效率随频率变化的曲线图。
从图30中可以看到,在状态1时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-5.3dBi~-4.5dBi。在状态2时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-3.75dBi~-2.9dBi。在状态3时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-4.5dBi~-2.9dBi。在状态4时,天线在频段2.4GHz~2.5GHz内的效率为-4.7dBi~-3.3dBi。从上可知,在状态2、状态3和状态4下天线的效率均较高,在状态1下天线的效率相对其它状态低一点。
请参见图31a~图31d,图31a~图31d为电子设备在进行仿真效果测试时获得的四种状态下的天线的方向图。此时,天线的工作频率为2.45GHz。图31a~图31d,灰度越深,表示场强越大,其中,灰度最深的部分表示场强最大,且虚线方框所圈的白色箭头指的方向为天线的最大辐射方向。
从图31a~图31d可以看出,四种状态下天线的方向图都存在差异,以分别覆盖不同的方向,其最大辐射方向也不同。其中,状态2和状态3的方向图差异可能没有那么明显,但是状态1和状态4的差异还是很明显的。具体为,在状态1时,天线的最大辐射方向为图31a中右侧的方向;在状态2时,天线的最大辐射方向为图31b中下方的方向;在状态3时,天线的最大辐射方向为图31c中下方偏左前方的方向;在状态4时,天线的最大辐射方向为图31d中下方偏右前方的方向。因此,通过这几种状态的切换可以使天线对不同方向的覆盖更好。
实施例4
请参见图32,图32为本申请实施例4的电子设备100C的一实施方式的结构示意图。如图32所示,本实施例的电子设备的结构与实施例3所提供的电子设备的结构相比基本相同,其也包括天线300C和天线300C的供电系统400C,且天线300C包括第一天线枝节310C和第二天线枝节320C,供电系统400C中也包括射频模组、第一开关控制电路、第二开关控制电路,其不同之处在于,第一天线枝节310C和第二天线枝节320C位于地板200C的同一侧,具体地,位于电子设备100C的横边。
进一步地,第一天线枝节310C的第一接地部315C位于第一辐射体313C的距离第二辐射体323C最近的一端,即第一接地部315C位于第一辐射体313C的近端,且第二天线枝节320C的第二接地部325C位于第二辐射体323C的距离第二辐射体323C最近的一端,即第二接地部325C位于第二辐射体323C的近端。
请参见图33,图33为本申请实施例4的电子设备100C的又一实施方式的结构示意图。本实施方式与以上描述的一实施方式相比,电子设备的结构基本相同,其不同之处在于,第一接地部315C和第二接地部325C的相对位置不同,具体为,第一天线枝节310C的第一接地部315C位于第一辐射体313C的距离第二辐射体323C最远的一端,即第一接地部315C位于第一辐射体313C的远端,且第二天线枝节320C的第二接地部325C位于第二辐射体323C的距离第二辐射体323C最近的一端,即第二接地部325C位于第二辐射体323C的近端。
请参见图34,图34为本申请实施例4的电子设备100C的再一实施方式的结构示意图。本实施方式与以上描述的一实施方式相比,电子设备的结构基本相同,其不同之处在于,第一接地部315C和第二接地部325C的相对位置不同,具体为,第一天线枝节310C的第一接地部315C位于第一辐射体313C的距离第二辐射体323C最远的一端,即第一接地部315C位于第一辐射体313C的远端,且第二天线枝节320C的第二接地部325C位于第二辐射体323C的距离第二辐射体323C最远的一端,即第二接地部325C位于第二辐射体323C的远端。
实施例5
请参见图35,图35为本申请实施例5的电子设备100D的一实施方式的结构示意图。如图32所示,本实施例的电子设备的结构与实施例3所提供的电子设备的结构相比基本相同,其也包括天线300D和天线300D的供电系统400D,且天线300D包括第一天线枝节310D和第二天线枝节320D,供电系统400D中也包括射频模组、第一开关控制电路、第二开关控制电路,其不同之处在于,第一天线枝节310D和第二天线枝节320D位于地板200D的不同侧。具体地,位于电子设备100D的相对设置的两纵边。
进一步地,第一天线枝节310D的第一接地部315D和第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第一辐射体313D和第二辐射体323D的相对设置的一端。具体为,第一天线枝节310D的第一接地部315D位于第一辐射体313D的近端,第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第二辐射体323D的近端;或者,第一天线枝节310D的第一接地部315D位于第一辐射体313D的远端,第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第二辐射体323D的远端。
请参见图36,图36为本申请实施例5的电子设备100D的另一实施方式的结构示意图。本实施方式与以上描述的一实施方式相比,电子设备的结构基本相同,其不同之处在于,第一接地部315D和第二接地部325D的相对位置不同,即第一天线枝节310D的第一接地部315D和第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第一辐射体313D和第二辐射体323D的相反端。具体为,第一天线枝节310D的第一接地部315D位于第一辐射体313D的近端,第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第二辐射体323D的远端;或者,第一天线枝节310D的第一接地部315D位于第一辐射体313D的远端,第二天线枝节320D的第二接地部325D位于第二辐射体323D的近端。
实施例6
请参见图37,图37为本申请实施例6的电子设备100E的一实施方式的结构示意图。如图37所示,本实施例与实施例3的结构相比,电子设备的结构基本相同,其不同之处在于,第二天线枝节320E的结构形式不同,具体为,第二天线枝节320E的两端接地板200E,以使第二天线枝节320E与地板200E之间形成闭合槽。
在本实施方式中,第二天线枝节320E采用长度为1/2波长的闭合槽结构形式。其中,波长为天线的工作波长。
当然,本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一天线枝节310E和第二天线枝节320E均可以采用长度为1/2波长的闭合槽结构形式,或者,仅第一天线枝节310E采用长度为1/2波长的闭合槽结构形式,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
请参见图38,图38为本申请实施例6的电子设备100E的又一实施方式的结构示意图。如图38所示,本实施方式与以上描述的一实施方式相比,结构基本相同,其不同之处在于,第二天线枝节320E采用两端均未连接地板200E的线天线结构。具体为,第二天线枝节320E采用1/2波长的线天线结构。其中,波长为天线的工作波长。
当然,本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一天线枝节310E和第二天线枝节320E均可以采用两端均未连接地板200E的线天线结构,或者,仅第一天线枝节310E采用两端均未连接地板200E的线天线结构,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
请参见图39,图39为本申请实施例6的电子设备100E的再一实施方式的结构示意图。如图39所示,本实施方式与以上描述的一实施方式相比,结构基本相同,其不同之处在于,第二天线枝节320E采用环形天线结构。具体为,环形天线结构的单端接地。
当然,本领域技术人员可以理解的是,在可替代的其它实施方式中,第一天线枝节310E和第二天线枝节320E均可以采用环形天线结构,或者,仅第一天线枝节310E采用环形天线结构,在此并不对本申请的保护范围产生限定作用。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种天线的供电系统,所述天线包括间隔设置的多个天线枝节,其特征在于,所述供电系统包括一射频模组,从所述射频模组引出的馈电线分为多路分别连接到各自对应的所述天线枝节上进行馈电;
所述多路的至少一路串联设有开关控制电路,所述开关控制电路包括开关器件和与所述开关器件连接且并列设置的多条不同的匹配电路,所述开关器件的控制方式是通过所述开关器件切换至所述多条不同的匹配电路之一,使得从所述射频模组发出的射频信号通过该匹配电路馈电至与所述开关控制电路对应的所述天线枝节,以调节对应的所述天线枝节的谐振频率。
2.如权利要求1所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的匹配电路的每一条匹配电路是短路或开路或电容或电感。
3.如权利要求2所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电容,该至少两条匹配电路的电容量大小不同。
4.如权利要求2或3所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的匹配电路中的至少两条匹配电路为电感,该至少两条匹配电路的电感值大小不同。
5.如权利要求1~4中任一项所述的天线的供电系统,其特征在于,所述开关器件采用单刀多掷开关。
6.如权利要求1~5中任一项所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多路中的每一路均设有所述开关控制电路,所述多路中的所述开关器件按照以上所述开关器件的控制方式,以分别调节多个所述天线枝节的谐振频率。
7.如权利要求1~6中任一项所述的天线的供电系统,其特征在于,所述供电系统还包括在所述馈电线分为多路之前,还与地之间接有的阻抗匹配控制电路,所述阻抗匹配控制电路用于调节所述天线的匹配阻抗。
8.如权利要求7所述的天线的供电系统,其特征在于,所述阻抗匹配控制电路包括阻抗开关器件和与所述阻抗开关器件连接且并列设置的多条不同的阻抗匹配电路,通过所述阻抗开关器件切换至所述多条不同的阻抗匹配电路之一,以调节所述天线的匹配阻抗。
9.如权利要求8所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的阻抗匹配电路的每一条阻抗匹配电路是短路或开路或电容或电感。
10.如权利要求9所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电容,该至少两条阻抗匹配电路的电容量大小不同。
11.如权利要求8或9所述的天线的供电系统,其特征在于,所述多条不同的阻抗匹配电路中的至少两条阻抗匹配电路为电感,该至少两条阻抗匹配电路的电感值大小不同。
12.如权利要求8~11中任一项所述的天线的供电系统,其特征在于,所述阻抗开关器件采用单刀多掷开关。
13.如权利要求1~12中任一项所述的天线的供电系统,其特征在于,所述天线枝节具有两个,从所述射频模组引出的馈电线分为两路分别连接到各自对应的所述天线枝节上进行馈电。
14.一种电子设备,其包括天线和所述天线的供电系统,其特征在于,所述供电系统采用如权利要求1~13中任一项所述的天线的供电系统。
15.如权利要求14所述的电子设备,其特征在于,所述天线枝节的一端接地板;
或者,所述天线枝节的两端接地板,以使所述天线枝节与所述地板之间形成闭合槽;
或者,所述天线枝节采用两端均未接地板的线天线结构;
或者,所述天线枝节采用环形天线结构。
16.如权利要求14或15所述的电子设备,其特征在于,当所述天线枝节具有两个时,两个所述天线枝节位于地板的同一侧或相邻侧或相反侧。
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