CN116073134A - 一种宽度不对称的单槽缝隙天线及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及射频微波通信领域,公开了一种宽度不对称的单槽缝隙天线及电子设备,所述单槽缝隙天线包括:缝隙结构;直接馈电结构;金属层;其中,所述缝隙结构设置于所述金属层上,所述缝隙结构包括第一缝隙、第二缝隙,所述第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度;所述直接馈电结构包括所述天线馈电探针和共面波导线,所述共面波导线一端与所述缝隙结构链接,另一端与所述天线馈电探针连接。本发明使用单个缝隙进行辐射,通过在合适的位置进行馈电来及激励出天线的辐射,具有结构简单的特点;进一步的,本发明使用了直接馈电技术,通过在缝隙的两端进行馈电,实现了天线体积的小型化。
Description
技术领域
本发明涉及射频微波通信技术领域,尤其是一种宽度不对称的单槽缝隙天线及电子设备。
背景技术
手机作为移动无线通信系统,需要通过天线接收外部的信号,随着目前手机内部摄像头、传感器等元器件数量逐渐增加和手机金属边框的流行,留给手机天线的空间越来越小,天线的辐射性能也受到较大的影响,手机天线设计的复杂度与难度逐渐增大。传统的手机天线如PIFA、环天线和单极子天线,需要较大的净空进行辐射,缝隙天线作为一种在金属上开槽并激励而进行辐射的天线,具有结构牢固、简单紧凑、易于加工、馈电方便、架设简单等优势。
手机缝隙天线有两种馈电方式:直接馈电和耦合馈电。直接馈电是馈电点和缝隙的一端直接相连接,能量在缝隙处激励起电场,耦合馈电则是馈电点和缝隙不直接相连,能量通过金属枝节和缝隙的相互耦合来进行传递。直接馈电的馈源与天线在同一面,具有损耗小,结构简单紧凑等优点,但是难以通过改变馈电枝节的结构对天线进行调谐。耦合馈电通常将馈源与天线分布在手机基本的两面,改变馈电的金属枝节对天线辐射有较大的影响,这样的设计具有较大的灵活性,同时也增大了设计的复杂度。
传统的手机缝隙天线为了覆盖LTE频段的低频段,需要在基板上多处进行开槽或者与其他种类的天线进行联合设计,缝隙的馈电方式多为耦合馈电,因此天线需要在基本两层分别进行设计,占用的体积与设计难度较大。
发明内容
为解决上述现有技术问题,本发明提供了一种宽度不对称的单槽缝隙天线,包括:
缝隙结构;
直接馈电结构;
金属层;
其中,
所述缝隙结构设置于所述金属层上,所述缝隙结构包括第一缝隙、第二缝隙,所述第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度;
所述直接馈电结构包括所述天线馈电探针和共面波导线,所述共面波导线一端与所述缝隙结构链接,另一端与所述天线馈电探针连接。
作为本申请的一可选实施例,还包括孔径调谐结构,用于对天线高频辐射进行调谐。
作为本申请的一可选实施例,所述孔径调谐结构包括贴片电容,所述贴片电容设置于所述第二缝隙中。
作为本申请的一可选实施例,还包括阻抗调谐结构,其中,所述阻抗调谐结构与所述共面波导线连接,用于对天线低频辐射进行调谐。
作为本申请的一可选实施例,还包括所述共面波导线串联设置第一电容,所述所述阻抗调谐结构包括接地电感、第一电感、第二电感、第三电感和单刀三掷射频开关;其中,所述单刀三掷射频开关的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别与所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感连接,所述单刀三掷射频开关的控制端连接有逻辑电平电路和接地线,所述第一电感、第二电感、第三电感的电感值均不相同。
作为本申请的一可选实施例,所述直接馈电结构还包括第一金属片和第二金属片,所述第一金属片竖直设置于所述第一凹槽一侧的金属层,所述第二金属片水平设置,第二金属片的一端与所述第一金属片连接,另一端与所述共面波导线连接。
作为本申请的一可选实施例,所述第二缝隙中设置有第三金属片。
作为本申请的一可选实施例,还包括单面低损耗介质基板,其中,所述所述金属层设置于所述单面低损耗介质基板上。
作为本申请的一可选实施例,还包括金属边框,其中,所述金属边框设置于所述介质基板的一侧。
为解决上述技术问题,本申请还提供了一种电子设备,包括上述实施例中任一项所述的宽度不对称的单槽缝隙天线
综上所述,本申请的单槽不对称缝隙天线,具有结构简单,小型化和频率可重构等优点,适用于移动通信手机中。具体的,首先采用了不对称缝隙宽度设计,所述缝隙结构包括第一缝隙和第二缝隙,并且第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度,优化了天线的辐射性能,使得天线在LTE中频具有较好的辐射性能;本发明仅使用单个缝隙进行辐射,通过在合适的位置进行馈电来及激励出天线的辐射,具有结构简单的特点;进一步的,本发明使用了直接馈电技术,通过在缝隙的两端进行馈电,实现了天线体积的小型化。
附图说明
图1为本发明所提供的宽度不对称的单槽缝隙天线的结构示意图;
图2为本发明所提供的单槽缝隙天线的直接馈电结构的结构示意图;
图3为本发明所提供的单槽缝隙天线的阻抗调谐结构的结构示意图
图4为本发明所提供的宽度不对称的单槽缝隙天线的结构示意图;
图5为本发明所提供的S11参数测试的示意图。
附图标记:
1、第一缝隙;2、第二缝隙;3、直接馈电结构;31、天线馈电探针;32、第二金属片;33、第一金属片;51、接地电感;52、第一电容;53、第一电感;54、第二电感;55、第三电感;56、单刀三掷射频开关;57、共面波导线;58、逻辑电平电路;59、接地线;6、金属边框;7、金属层;8、单面低损耗介质基板。
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。
实施例1:
传统的手机缝隙天线为了覆盖LTE频段的低频段,需要在基板上多处进行开槽或者与其他种类的天线进行联合设计,缝隙的馈电方式多为耦合馈电,因此天线需要在基本两层分别进行设计,占用的体积与设计难度较大。
为解决上述现有技术问题,参见图1和图4,本发明提供了一种宽度不对称的单槽缝隙天线,包括:
缝隙结构;
直接馈电结构3;
金属层7;
其中,
所述缝隙结构设置于所述金属层7上,所述缝隙结构包括第一缝隙1、第二缝隙2,所述第一缝隙1的宽度大于所述第二缝隙2的宽度;
所述直接馈电结构3包括所述天线馈电探针31和共面波导线57,所述共面波导线57一端与所述缝隙结构链接,另一端与所述天线馈电探针31连接。
作为本申请的一可选实施例,还包括单面低损耗介质基板8,其中,所述所述金属层7设置于所述单面低损耗介质基板8上。
具体的,天线馈电探针31的信号先后通过共面波导线57和直接馈电结构3,将信号传输到宽度不对称的缝隙结构进行激励,解决了传统缝隙天线高频带宽不足的缺点,并且,通过在合适的位置进行馈电来及激励出天线的辐射,具有结构简单的特点;进一步的,本发明使用了直接馈电技术,通过在缝隙的两端进行馈电,将天线与馈电放置在同一端面,从而实现了天线纵向体积的缩小,有别于传统的耦合馈电双层天线,实现了天线体积的小型化。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步进行改进,由于实施例1的方案采用直接馈电方式进行馈电,直接馈电的馈源与天线在同一面,具有损耗小,结构简单紧凑等优点,但是难以通过改变馈电枝节的结构对天线进行调谐,故作为本申请的一可选实施例,还包括孔径调谐结构,用于对天线高频辐射进行调谐。
具体的,手机天线主要有两种频率可重构技术:阻抗调谐和孔径调谐。阻抗调谐主要使用集总元件在天线馈源处进行调谐,例如在匹配网络中使用射频开关切换集总元件进行调谐,频率可调是不连续的。孔径调谐是在天线结构中使用集总元件进行调谐,例如针对特定的天线结构,使用变容二极管调谐能够避免增加天线的体积,使频率具有连续可调性。两者都需要引入新的控制电路,也都会带来额外的损耗,可以根据具体的设计场景选择方法。
天线具有多个固有谐振频率,且谐波相关:例如,天线的谐振频率可以是900MHz、1800MHz(二阶谐波)、2700MHz(三阶谐波)等等。通过孔径调谐开关来调谐每个谐振频率,可使单个天线支持分布在非常宽的频谱范围内的多个频段。
在本实施例中,为了实现宽度不对称的单槽缝隙天线的孔径调谐,本宽度不对称的单槽缝隙天线还包括孔径调谐结构,所述孔径调谐结构能够对天线的高频辐射进行调谐,具体的,可将一个开关连接在天线和接地之间用于调整天线的谐振频率,以匹配电话当前用于通信的频率,并且可在开关和辐射元件之间添加不同的调谐组件(电容或电感)可用于进一步调节谐振频率,以支持不同的频段。
作为本申请的一可选实施例,所述孔径调谐结构包括贴片电容,所述贴片电容设置于所述第二缝隙2中,通过改变贴片电容的负载,将天线的谐振频率与的工作频率相匹配。
作为本实施例的进一步改进,所述第二缝隙2中设置有第三金属片,第三金属片为方形金属片,和所述第二缝隙2的宽度匹配,通过第三金属片有利于增大第二缝隙2间的耦合电容,第三金属片和贴片电容结合可以调整天线高频辐射的带宽与谐振中心频率。
实施例3
阻抗调谐最大限度地提高射频前端与天线之间的功率传输,并通过最小化天线与天线前端之间的失配损耗来增加TRP和TIS。阻抗调谐还有助于补偿环境影响,如一个人的手在智能手机上的位置。
故作为本申请的一可选实施例,参见图3,所述宽度不对称的单槽缝隙天线还包括阻抗调谐结构,其中,所述阻抗调谐结构与所述共面波导线57连接,用于对天线低频辐射进行调谐。
具体的,所述共面波导线57串联设置第一电容52,所述所述阻抗调谐结构包括接地电感51、第一电感53、第二电感54、第三电感55和单刀三掷射频开关56;其中,所述单刀三掷射频开关56的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别与所述第一电感53、所述第二电感54和所述第三电感55连接,所述单刀三掷射频开关56的控制端连接有逻辑电平电路58和接地线59,所述第一电感53、第二电感54、第三电感55的电感值均不相同。
在所述共面波导线57串联设置第一电容52能够为天线提供容性分量,所述单刀三掷射频开关56的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别与所述第一电感53、所述第二电感54和所述第三电感55连接,单刀三掷射频开关56由第一公共端连接有逻辑电平电路58控制,选择不同的电感,再通过连接射频开关与天线的传输线为天线提供感性分量,通过控制单刀三掷射频开关56的逻辑电平电路58改变该感性分量可以对天线低频辐射进行调谐。
如图5所示,为本实施例中宽度不对称的单槽缝隙天线的S11参数测试结果,S11是S参数中的最常用到的一个指标,S参数,也称散射参数-scatteringparameters,是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数,适于微波电路分析,是以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络;
从图5可以看出,在本实施例中,第一电感53为7.5nH,第二电感54为12nH,第三电感55为20nH,由图可知,在0.7-0.96GHz未经过阻抗调谐的天线S11为窄带辐射,单个状态无法覆盖整个频段,经过阻抗调谐后三个状态可覆盖该频段;天线在1.7-2.7GHz频段为宽带辐射,受阻抗调谐影响较小,仍能覆盖该频段。
在一实施例中,所述宽度不对称的单槽缝隙天线同时包括所述孔径调谐结构和所述阻抗调谐结构,实现了天线频率可重构与辐射性能的优化,当使用阻抗调谐对低频辐射进行调整时对高频辐射性能影响较小,孔径调谐技术与阻抗调谐技术结合的设计,可以广泛应用于其它的单极子天线、环形天线和缝隙天线中,具有高自由设计度和普适性。
实施例4
参见图4,作为本申请的一可选实施例,还包括金属边框6,其中,所述金属边框6设置于所述介质基板的一侧。
本实施例中,宽度不对称的单槽缝隙天线装配了金属边框6,解决了传统缝隙天线不能适用于金属边框6手机的局限。
实施例5
为解决上述技术问题,本申请还提供了一种电子设备,包括上述实施例中任一项所述的宽度不对称的单槽缝隙天线。
具体的,由于本实施例中电子设备包括所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,首先采用了不对称缝隙宽度设计,优化了天线的辐射性能,使得天线在LTE中频具有较好的辐射性能;仅使用单个缝隙进行辐射,通过在合适的位置进行馈电来及激励出天线的辐射,具有结构简单的特点;将孔径调谐技术与阻抗调谐技术结合,实现了天线频率可重构与辐射性能的优化,当使用阻抗调谐对低频辐射进行调整时对高频辐射性能影响较小;使用了直接馈电技术,通过在缝隙的两端进行馈电,实现了天线体积的小型化;并且天线装配了金属边框,解决了传统缝隙天线不能适用于金属边框手机的局限。
在本发明的实施例的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”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,仅是为了使于描述本发明和简化描述,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发明的限制。其中,“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的,而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中,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”、“组装”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发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中,需要理解的是,“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围,并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A,且小于或等于B的范围。“A~B”表示大于或等于A,且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中,本文中术语“和/或”,仅仅是一种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,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,包括:
缝隙结构;
直接馈电结构;
金属层;
其中,
所述缝隙结构设置于所述金属层上,所述缝隙结构包括第一缝隙、第二缝隙,所述第一缝隙的宽度大于所述第二缝隙的宽度;
所述直接馈电结构包括所述天线馈电探针和共面波导线,所述共面波导线一端与所述缝隙结构链接,另一端与所述天线馈电探针连接。
2.根据权利要求1所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,还包括孔径调谐结构,用于对天线高频辐射进行调谐。
3.根据权利要求2所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,所述孔径调谐结构包括贴片电容,所述贴片电容设置于所述第二缝隙中。
4.根据权利要求1所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,还包括阻抗调谐结构,其中,所述阻抗调谐结构与所述共面波导线连接,用于对天线低频辐射进行调谐。
5.根据权利要求3所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,还包括所述共面波导线串联设置第一电容,所述所述阻抗调谐结构包括接地电感、第一电感、第二电感、第三电感和单刀三掷射频开关;其中,所述单刀三掷射频开关的第一接线端、第二接线端和第三接线端分别与所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感连接,所述单刀三掷射频开关的控制端连接有逻辑电平电路和接地线,所述第一电感、第二电感、第三电感的电感值均不相同。
6.根据权利要求1所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,所述直接馈电结构还包括第一金属片和第二金属片,所述第一金属片竖直设置于所述第一凹槽一侧的金属层,所述第二金属片水平设置,第二金属片的一端与所述第一金属片连接,另一端与所述共面波导线连接。
7.根据权利要求1所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,所述第二缝隙中设置有第三金属片。
8.根据权利要求1所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,还包括单面低损耗介质基板,其中,所述所述金属层设置于所述单面低损耗介质基板上。
9.根据权利要求6所述的宽度不对称的单槽缝隙天线,其特征在于,还包括金属边框,其中,所述金属边框设置于所述介质基板的一侧。
10.一种电子设备,包括上述权利要求1-9中任一项所述的宽度不对称的单槽缝隙天线。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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