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CN109546310B - 一种天线结构及通信终端 - Google Patents

一种天线结构及通信终端 Download PDF

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CN109546310B CN201811519720.3A CN201811519720A CN109546310B CN 109546310 B CN109546310 B CN 109546310B CN 201811519720 A CN201811519720 A CN 201811519720A CN 109546310 B CN109546310 B CN 109546310B
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Abstract

本发明提供一种天线结构及通信终端，该天线结构包括：天线辐射体、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和信号源；天线辐射体的第一端接地，天线辐射体上设置有馈电点；第一阻抗匹配电路包括第一电感和第一电容，其中，第一电感的第一端与馈电点连接，第一电感的第二端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端与信号源的第一端连接；第二阻抗匹配电路的第一端与第一电感的第二端连接，第二阻抗匹配电路的第二端接地；信号源的第二端接地；天线辐射体的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值。这样，由于存在第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，可以减小天线的电压驻波比和降低匹配电路的热损耗，提升天线的性能。

Description

一种天线结构及通信终端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线结构及通信终端。
背景技术
随着终端技术的迅速发展，通信终端已经成为人们生活中必不可少的一种工具，并且为用户生活的各个方面带来了极大的便捷。日常生活中常见的金属中框或者全金属电池盖外形的通信终端，一般均设置有天线，并且天线可以工作在多个频段，例如可以在1.55～1.62GHz和2.4～2.5GHz的频段范围内进行工作。
但是现有技术中，天线的电压驻波比比较大，导致天线的性能比较差。
发明内容
本发明实施例提供一种天线结构及通信终端，以解决天线的性能比较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种天线结构，包括：天线辐射体、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和信号源；
所述天线辐射体的第一端接地，所述天线辐射体上设置有馈电点，所述馈电点与所述第一端之间的距离大于0；
所述第一阻抗匹配电路包括第一电感和第一电容，其中，所述第一电感的第一端与所述馈电点连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述信号源的第一端连接；
所述第二阻抗匹配电路的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二阻抗匹配电路的第二端接地；
所述信号源的第二端接地；
所述天线辐射体的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值。
第二方面，本发明实施例还提供一种通信终端，包括上述天线结构。
本发明实施例的一种天线结构，包括：天线辐射体、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和信号源；所述天线辐射体的第一端接地，所述天线辐射体上设置有馈电点，所述馈电点与所述第一端之间的距离大于0；所述第一阻抗匹配电路包括第一电感和第一电容，其中，所述第一电感的第一端与所述馈电点连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述信号源的第一端连接；所述第二阻抗匹配电路的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二阻抗匹配电路的第二端接地；所述信号源的第二端接地；所述天线辐射体的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值。这样，由于存在第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，可以减小天线的电压驻波比和降低匹配电路的热损耗，提升天线的性能，且可以满足第二谐振模态的谐振频率与所述第一谐振模态的谐振频率的比值小于2。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之一；
图2是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图之二；
图3是本发明实施例提供的天线阻抗匹配示意图；
图4是本发明实施例提供的天线结构的电压驻波比对比示意图。
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作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。
参见图1，图1是本发明实施例提供的天线结构的结构示意图，如图1所示，天线结构包括天线辐射体1、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路2和信号源3；所述天线辐射体1的第一端11接地，所述天线辐射体1上设置有馈电点12，所述馈电点12与所述第一端11之间的距离大于0；所述第一阻抗匹配电路包括第一电感L1和第一电容C1，其中，所述第一电感L1的第一端与所述馈电点12连接，所述第一电感L1的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述信号源3的第一端连接；所述第二阻抗匹配电路2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二阻抗匹配电路2的第二端接地；所述信号源3的第二端接地；所述天线辐射体1的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值。
本实施例中，上述接地可以通过主板地、金属外壳或者金属地板等方式接地，对此本实施例不做限定。天线辐射体1可以包括第二端13，并且馈电点12与天线辐射体1的第二端13之间的长度可以大于馈电点12与天线辐射体1的第一端11之间的长度。上述第一特定值可以是一个合适的数值，具体的数值可以根据实际要求的精度来选择，对此本实施例不作限定。天线辐射体1的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值，可以理解为天线辐射体1的长度接近与其在定位频段(1.55～1.62GHz，即第一频段)的1/4波长且大于3/16波长和小于3/8波长，一般可以为16～28mm左右(该尺寸是应用于通信终端中的尺寸，不同媒介中1/4波长的实际长度不同)，优选值可以为20mm。馈电点12与天线辐射体1的第二端13之间的长度可以小于WIFI2.4G频段(2.4～2.5GHz)的3/8波长，一般可以为0～18mm，优选值可以为15mm。
需要说明的是，以上具体尺寸只是针对定位频段和WIFI2.4G频段的需求。操作频段不同则具体的尺寸需要做相应调整，对此本实施例不做限定，但仍属于本方案的保护范围。
本实施例中，所述馈电点12与所述第一端11之间的距离大于0，即馈电点12不能接天线辐射体1的第一端11。因为第一端11为天线辐射体1的接地端，馈电点12与该接地端连接会导致天线失效。从而所述馈电点12与所述第一端11之间的距离大于0，可以避免天线失效。
本实施例中，上述第二阻抗匹配电路2可以由并联的一个电感和一个电容组成；或者，第二阻抗匹配电路2也可以由两个子电路并联构成，其中一个子电路为多个串联的电感组成，另一个子电路由多个电容并联组成等等。
这样，由于第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路2的存在，从而可以使信号源3处的阻抗达到需要匹配的阻抗附近。例如，通过第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路2可以将信号源3处的阻抗拉到50欧附近，从而可以更好的与信号源3的50欧端口阻抗进行匹配，使减小天线的电压驻波比，从而提升天线的性能。并且，亦可以降低匹配电路的热损耗，且可以满足第二谐振模态的谐振频率与所述第一谐振模态的谐振频率的比值小于2。其中，第一谐振模态的谐振频率指的是第一谐振模态中天线电压驻波比最小的点所对应的频率，第二谐振模态的谐振频率指的是第二谐振模态中天线电压驻波比最小的点所对应的频率。
可选的，所述第二阻抗匹配电路2包括第二电感L2和第二电容C2；
所述第二电感L2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二电感L2的第二端接地；
所述第二电容C2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二电容C2的第二端接地。
为了更好的理解上述设置方式，请参阅图2，图2为本发明实施例提供的天线结构的结构示意图。如图2所示，第二阻抗匹配电路2由第二电感L2和第二电容C2并联构成，并且所述第二电感L2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二电感L2的第二端接地；所述第二电容C2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二电容C2的第二端接地。
该实施方式中，随着馈电点12往远离天线辐射体1的第二端13的方向移动，则信号源3处的WIFI2.4G频段(2.4～2.5GHz)阻抗将由第三象限往第二象限顺时针旋转。请再参阅图3，图3为本发明实施例提供的天线阻抗匹配示意图。
如图3所示，左边的史密斯圆图表示未添加第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2和第二电容C2时，信号源3处的原始阻抗。在天线结构中加入添加第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2和第二电容C2之后，可以参阅右边的史密斯圆图，两个频段(1.55～1.62GHz和2.4～2.5GHz)下信号源3处的阻抗被匹配至50欧附近。
并且，进一步的可以参阅图3中右边的史密斯圆图。在添加第一电感L1、第二电容C2和第二电感L2时，1.55～1.62GHz下信号源3处的阻抗位于位置A，2.4～2.5GHz下信号源3处的阻抗位于位置B。在添加第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2和第二电容C2时，1.55～1.62GHz下信号源3处的阻抗位于位置C，2.4～2.5GHz下信号源3处的阻抗位于位置D。
第二电容C2和第二电感L2对第一谐振模态的谐振频率(1.55～1.62GHz)有很大影响，而第一电感L1和第二电容C2对第二谐振模态的谐振频率(2.4～2.5GHz)有很大影响。一般来说，第一电感L1的大小可以为0～6nH，优选值可以为3nH。第二电容C2的大小可以为0.3pf～1pf，优选值可以为0.5pf。第二电感L2的大小可以为10nH～68nH，优选值可以为16nH。第一电容C1的大小可以为0.4p～1.2pf，优选值可以为0.5pf。
需要说明的是，上述第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和第二电感L2的具体值只是针对定位频段和WIFI2.4G频段的需求。操作频段不同则具体的尺寸需要做相应调整，对此本实施方式不做限定。但仍属于本方案的保护范围。
请再参阅图4，图4为天线结构的电压驻波比对比示意图。图4中，虚线E和虚线F表示现有技术中的天线的电压驻波比，实线G和实线H表示添加第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2和第二电容C2之后天线的电压驻波比。可见，天线失配损耗得到明显的改善。同时，由于增加了第二电容C2，使得串联电感即第一电感L1可以明显减小，因此第一电感L1的热损耗明显减小，而第一电容C1和第二电容C2的损耗是很小的，所以此阻抗匹配电路的热损耗可以明显降低。
在相同的天线空间下，例如全面屏通信终端，此时天线距离地约1.2mm(俗称天线净空距离)。天线辐射体1总长度20mm。对比现有技术和本实施方式下的实测天线效率。定位频段(1.55～1.62GHz)的天线效率平均提高了1.2dB，WIFI2.4G频段(2.4～2.5GHz)的天线效率平均提高了0.7dB，且可以满足第二谐振模态的谐振频率与第一谐振模态的谐振频率的比值小于2，具体数值请参阅下表：
Figure BDA0001902915320000061
Figure BDA0001902915320000071
上述阻抗匹配电路还可以应用于主天线(0.7～0.96GHz，1.71～2.69GHz)，如用于产生低频段(0.7～0.96GHz)和中频段(1.71～2.17GHz)的两个谐振模态或低频段(0.7～0.96GHz)和高频段(2.3～2.69GHz)的两个谐振模态；也可以用于产生中频段(1.71～2.17GHz)和高频段(2.3～2.69GHz)的两个谐振模态。只需要适当调整天线辐射体1和馈电点12与天线辐射体1的第二端13之间的长度，同时配合调整上述阻抗匹配电路(第一阻抗匹配电路或者第二阻抗匹配电路)的值即可。比如产生低频段(0.7～0.96GHz)和高频段(2.3～2.69GHz)的两个谐振模态，则天线辐射体1的长度加长至低频段的1/4波长附近，如40mm，而馈电点12与天线辐射体1的第二端13之间的长度小于高频段(2.3～2.69GHz)的3/8波长，一般可以为0～18mm，优选值可以为15mm，同时适当调整第二电感L2为33nH，第二电容C2为0.8pf即可。
上述阻抗匹配电路还可以应用于如下情况，第一频段和第二频段可以为2.4～2.5GHz、2.5～2.69GHz、3.3～3.8GHz、4.4～4.9GHz和5.1～5.85GHz等频率段中任一满足第二谐振模态的谐振频率除以第一谐振模态的谐振频率小于2的两两组合。
可选的，第一长度与第二长度的比值大于1/20，其中，所述第一长度为所述馈电点12与所述天线辐射体1的第一端11之间的长度，所述第二长度为所述天线辐射体1的长度。
该实施方式中，第一长度与第二长度的比值大于1/20，可以更好的满足天线阻抗匹配的需求，提升天线的性能。
可选的，所述馈电点12与所述天线辐射体的第一端11之间的长度，小于所述馈电点12与所述天线辐射体的第二端13之间的长度。
该实施方式中，所述馈电点12与所述天线辐射体的第一端11之间的长度，小于所述馈电点12与所述天线辐射体的第二端13之间的长度，从而可以更好的进行阻抗匹配，提升天线的性能。馈电点12远离天线辐射体的第二端13时，可以减小馈电结构对天线辐射的影响，提升天线辐射能力，进一步提升天线性能。
可选的，所述馈电点12与所述天线辐射体1的第二端13之间的长度小于第二频段的3/8波长。
该实施方式中，所述馈电点12与所述天线辐射体1的第二端13之间的长度小于第二频段的3/8波长，一般可以为0～18mm，优选值可以为15mm。由于所述馈电点12与所述天线辐射体1的第二端13之间的长度小于第二频段的3/8波长，可以满足天线阻抗匹配的需求提升天线的性能。
可选的，所述天线结构用于产生第一谐振模态和第二谐振模态，且所述第一谐振模态的谐振频率低于所述第二谐振模态的谐振频率。
该实施方式中，上述天线结构用于产生第一谐振模态和第二谐振模态，且所述第一谐振模态的谐振频率低于所述第二谐振模态的谐振频率。从而可以配合阻抗匹配电路降低第一谐振模态和第二谐振模态的电压驻波比，从而提升天线的性能。需要说明的是，第二谐振模态的谐振频率与第一谐振模态的谐振频率的比值可以小于2。
可选的，所述第二谐振模态的谐振频率与所述第一谐振模态的谐振频率的比值小于2。
该实施方式中，所述第二谐振模态的谐振频率与所述第一谐振模态的谐振频率的比值小于2，可以配合阻抗匹配电路降低第一谐振模态和第二谐振模态的电压驻波比，从而提升天线的性能。
可选的，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段和所述第二频段为2.4～2.5GHz、2.5～2.69GHz、3.3～3.8GHz、4.4～4.9GHz和5.1～5.85GHz中不同的频段。
该实施方式中，在第二谐振模态的谐振频率与第一谐振模态的谐振频率的比值小于2的条件下，所述第一频段和所述第二频段为2.4～2.5GHz、2.5～2.69GHz、3.3～3.8GHz、4.4～4.9GHz和5.1～5.85GHz中不同的频段，从而可以根据实际情况选择合适的频段，从而使天线在不同的场景下可以有较好的性能。
可选的，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段为1.71～2.17GHz，所述第二频段为2.3～2.69GHz。
该实施方式中，1.71～2.17GHz为中频段，2.3～2.69GHz为高频段，从而天线可以覆盖中频段和高频段，提升天线的适应能力。
可选的，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段为0.7～0.96GHz，所述第二频段为1.71～2.17GHz或者2.3～2.69GHz。
该实施方式中，0.7～0.96GHz为低频段，1.71～2.17GHz为中频段，2.3～2.69GHz为高频段。这样，天线可以覆盖低频段和中频段，或者覆盖低频段和高频段，从而可以根据实际的需要选择合适的频段，从而使天线在不同的场景下可以有较好的性能。
可选的，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第一频段为1.55～1.62GHz；所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第二频段为2.4～2.5GHz或者2.5～2.69GHz。
该实施方式中，上述第一频段亦可以称为定位频段，如用于GPS、北斗等定位服务。
可选的，所述第一电感L1的大小为0～6nH。
该实施方式中，所述第一电感L1的大小为0～6nH，优选值可以为3nH。第一电感L1的大小可以根据所述第一频段确定。
可选的，所述第二电容C2的大小为0.3pf～1pf。
该实施方式中，所述第二电容C2的大小为0.3pf～1pf，优选值可以为0.5pf。第二电容C2的大小可以根据所述第一频段和所述第二频段确定。
可选的，所述第二电感L2的大小为10nH～68nH，所述第一电容C1的大小为0.4p～1.2pf。
该实施方式中，所述第二电感L2的大小为10nH～68nH，优选值可以为16nH，第二电感L2的大小可以根据所述第二频段确定。所述第一电容C1的大小为0.4pf～1.2pf，优选值可以为0.5pf，第一电容C1的大小可以根据所述第一频段和所述第二频段确定。
可选的，所述天线结构为通信终端的金属边框或者金属壳的一部分，或者为设置于通信终端的壳体内的金属体。
该实施方式中，所述天线结构为通信终端的金属边框或者金属壳的一部分，或者为设置于通信终端的壳体内的金属体，可以根据实际情况进行选择，从而满足适合的设置方式。并且，该金属体的材质可以是FPC、LDS、镁合金或者不锈钢等等。
本发明实施例的天线结构，包括天线辐射体1、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路2和信号源3；所述天线辐射体1的第一端11接地，所述天线辐射体1上设置有馈电点12，所述馈电点12与所述第一端11之间的距离大于0；所述第一阻抗匹配电路包括第一电感L1和第一电容C1，其中，所述第一电感L1的第一端与所述馈电点12连接，所述第一电感L1的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端与所述信号源3的第一端连接；所述第二阻抗匹配电路2的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，所述第二阻抗匹配电路2的第二端接地；所述信号源3的第二端接地；所述天线辐射体1的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值。这样，由于存在第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，可以减小天线的电压驻波比和降低匹配电路的热损耗，提升天线的性能。
本发明实施例还提供一种通信终端，包括上述天线结构。
本实施例中，上述通信终端可以是手机、平板电脑(Tablet Personal Computer)、膝上型电脑(Laptop Computer)、个人数字助理(personal digital assistant，简称PDA)、移动上网装置(Mobile Internet Device，MID)或可穿戴式设备(Wearable Device)等等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (13)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：天线辐射体、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和信号源；
所述天线辐射体的第一端接地，所述天线辐射体上设置有馈电点，所述馈电点与所述第一端之间的距离大于0；
所述第一阻抗匹配电路包括第一电感和第一电容，其中，所述第一电感的第一端与所述馈电点连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述信号源的第一端连接；
所述第二阻抗匹配电路的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二阻抗匹配电路的第二端接地；
所述信号源的第二端接地；
所述天线辐射体的长度与第一频段的1/4波长的差值的绝对值小于第一特定值；
所述天线结构用于产生第一谐振模态和第二谐振模态，且所述第一谐振模态的谐振频率低于所述第二谐振模态的谐振频率；
所述第二阻抗匹配电路包括第二电感和第二电容；
所述第二电感的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二电感的第二端接地；
所述第二电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二电容的第二端接地；
所述第二谐振模态的谐振频率与所述第一谐振模态的谐振频率的比值小于2。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，第一长度与第二长度的比值大于1/20，其中，所述第一长度为所述馈电点与所述天线辐射体的第一端之间的长度，所述第二长度为所述天线辐射体的长度。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述馈电点与所述天线辐射体的第一端之间的长度，小于所述馈电点与所述天线辐射体的第二端之间的长度。
4.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述馈电点与所述天线辐射体的第二端之间的长度小于第二频段的3/8波长。
5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段和所述第二频段为2.4～2.5GHz、2.5～2.69GHz、3.3～3.8GHz、4.4～4.9GHz和5.1～5.85GHz中不同的频段。
6.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段为1.71～2.17GHz，所述第二频段为2.3～2.69GHz。
7.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第一频段为0.7～0.96GHz，所述第二频段为1.71～2.17GHz或者2.3～2.69GHz。
8.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述第一谐振模态的谐振频段为所述第一频段，所述第一频段为1.55～1.62GHz；所述第二谐振模态的谐振频段为所述第二频段，所述第二频段为2.4～2.5GHz或者2.5～2.69GHz。
9.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第一电感的大小为0～6nH。
10.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第二电容的大小为0.3pf～1pf。
11.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述第二电感的大小为10nH～68nH，所述第一电容的大小为0.4pf～1.2pf。
12.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构为通信终端的金属边框或者金属壳的一部分，或者为设置于通信终端的壳体内的金属体。
13.一种通信终端，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的天线结构。
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