CN104852148A - 一种可调谐天线及终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，本发明实施例提供一种可调谐天线及终端，包括：天线辐射单元，位于所述天线辐射单元中的信号馈电点和第一地馈电点；信号端通过所述信号馈电点与所述天线辐射单元连接，第一开关的第一端通过所述第一地馈电点与所述天线辐射单元连接，所述第一开关的第二端接地；调谐电路，所述调谐电路至少由第一匹配元件与第二开关串联组成，所述第一匹配元件的第一端同时与所述信号馈电点、信号端连接，所述第一匹配元件的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端接地。

Description

一种可调谐天线及终端

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种可调谐天线及终端。

背景技术

天线的阻抗对天线的工作频率有着重要影响，不同的阻抗对应着天线的不同工作频率。由于多种通信系统同时存在，而且它们的工作频段又各不相同，因此用户设备需要支持的频率范围越来越宽，在不对天线进行改进的前提下，用户设备的通信性能很难在满足客户外观的基础上同时实现多模多天线的同时使用。同时由于用户设备天线自身频带窄的特性，目前用户设备的天线已经无法满足覆盖所有频段的需求。

目前对天线调谐的方法主要是通过设计多个射频通路，通过软件控制的方式进行控制天线的工作状态，使得天线的能够接受多个频段的信号。这种调谐天线的方法成本很高，调节起来并不精准，容易产生偏差，给通信带来影响，而且调节起来也不是很方便。同时这种方法增加了天线的体积，增加了硬件的设计复杂度。

发明内容

本发明实施例提供一种可调谐天线，用以灵活的根据需要调谐天线阻抗，实现天线多频段工作。

本发明实施例提供的一种可调谐天线，该天线包括：

天线辐射单元，位于所述天线辐射单元中的信号馈电点和第一地馈电点；

信号端通过所述信号馈电点与所述天线辐射单元连接，第一开关的第一端通过所述第一地馈电点与所述天线辐射单元连接，所述第一开关的第二端接地；

调谐电路，所述调谐电路至少由第一匹配元件与第二开关串联组成，所述第一匹配元件的第一端同时与所述信号馈电点、信号端连接，所述第一匹配元件的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端接地。

本发明实施例提供的一种终端，包括上述可调谐天线。

根据本发明实施例提供的可调谐天线及终端，在天线中加入至少一个开关和匹配元件组成的调谐电路，通过控制调谐电路中与匹配元件连接的开关开启或断开，使天线获得不同的阻抗，从而扩大天线的接收和/或发送信号的频率覆盖范围。

附图说明

图1为天线的阻抗匹配电路示意图；

图2为无源天线的带宽谐振示意图；

图3为本发明实施例提供的第一种可调谐天线的结构图；

图4为本发明实施例提供的第二种可调谐天线的结构图；

图5为本发明实施例提供的第三种可调谐天线的结构图；

图6为本发明实施例提供的第四种可调谐天线的结构图；

图7为本发明实施例提供的第一种天线工作频率与回波损耗示意图；

图8为本发明实施例提供的第二种天线工作频率与回波损耗示意图；

图9为本发明实施例提供的第三种天线工作频率与回波损耗示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例做详细描述。

如图1所示，传统手机天线的阻抗匹配电路中，RF是天线的信号输入端，111是天线的信号馈电点，从信号输入端经由121，122，123，124四个匹配元器件对天线进行匹配使天线的谐振频率调谐到需要的频段上。121，122串联在信号链路上，123，124并联在信号链路并通过接地点13进行接地。112和113是天线的地馈电点，通过接地点13进行接地。

在宽频天线设计时，常规无源天线一般的带宽谐振如图2所示。图2中S11是天线的回波损耗曲线，f是频率。Spec是天线谐振深度的标准值，一般低于Spec值的谐振宽度才会有较好的天线辐射效率。图2中，天线在频段f1、f2和f4处可以实现较好的辐射性能，但是在频道f3处无法保证有效的性能指标。如果将f2和f4的谐振位置往中间f3处调谐，则f2的低频边沿和f4的高频边沿处的性能指标又会变差。同样的，当低频f1处的带宽需求增加时，低频f1处的带宽覆盖也是一个比较难以解决的问题。

在无线设备发送数据时，将数据经过编码、调制、放大以及滤波等操作，最后将承载数据的信号通过天线的阻抗匹配电路传输到天线的发射端。在无线设备接收数据时，通过天线的输入端将承载数据的信号通过天线的阻抗匹配电路传输到信号接收机。

阻抗匹配是天线技术中常见的一种工作状态，当天线接收的信号的频率和天线实现阻抗匹配时，将获得传输效率。反之，当电路阻抗失配时，天线不但接收不到该信号，还可能对电路产生损害。例如，无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致，发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来，产生驻波，严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即信号源或功率源的内阻等于电路的输入阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输入、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件，由它们所组成的电路称为电抗电路，其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。

天线的一个阻抗对应一个接收频率，若需要接收多个频率的信号，则需要对天线的阻抗进行调谐，现有技术中是通过在天线中加入可变电容器或可变电感器等，通过调节可变电容器或可变电感器实现获得不同的阻抗，由于可变电容器或可变电感器的精确度不高，且很昂贵，所以很难得到推广。

本发明实施例提供一种可调谐天线，通过开关对接入天线的电路中的匹配元件进行选择性连接，从而使得天线获得不同的阻抗，使得天线能够接收和发送不同频段的信号。

需要说明的是，本发明实施例提供的可调谐天线可以应用于多种无线系统，如全球移动通讯系统、通用分组无线业务系统、无线局域网络、蓝牙网络、全球定位系统、近场通信系统等，本发明实施例对此并不限定。

同时本发明实施例提供的可调谐天线还可以应用于多种终端，例如手机、平板电脑等。

如图3所示，本发明实施例提供的第一种可调谐天线的结构图，包括：

天线辐射单元306，位于所述天线辐射单元306中的信号馈电点301和第一地馈电点302；

信号端300通过所述信号馈电点301与所述天线辐射单元306连接，第一开关303的第一端通过所述第一地馈电点302与所述天线辐射单元306连接，所述第一开关303的第二端接地；

调谐电路，所述调谐电路至少由第一匹配元件304与第二开关305串联组成，所述第一匹配元件304的第一端同时与所述信号馈电点301、信号端300连接，所述第一匹配元件304的第二端与所述第二开关305的第一端连接，所述第二开关305的第二端接地。

此时，可以通过控制第一开关303的开启和闭合使得第一地馈电点302选择性的与该天线连接，从而使得天线获得不同的阻抗。同样的道理，可以通过控制第二开关305的开启和闭合，使得第一匹配元件304选择性的与该天线连接，从而使得天线获得不同的阻抗。

调谐电路中的第一匹配元件304一般为固定电容器或者固定电感器，第一匹配元件304为固定电容器时，如果需要在低频段对天线的阻抗进行调谐，第一匹配元件304的电容量的范围为6nF至10nF之间的任意值；如果需要在高频段对天线的阻抗进行调谐，第一匹配元件304的电容量的范围为1pF至4pF之间的任意值，具体可以根据实际情况去选取。当然，为了获得更覆盖范围更广的天线，第一匹配元件304也可以为可变电容器。

配置有该天线的终端会根据自身所处的无线环境信息，发出开启或闭合第一开关303和/或第二开关305的指令。无线环境信息是通过该终端的传感器或者检测器获取到的信息，包括无线环境中侦听到的可用频段、信道质量等信息。例如，终端的天线工作在第一频段，此时第一开关303为开启状态，当终端根据其所处的无线环境信息，确定出需要工作在第二频段时，通过调谐电路关闭第一开关303，此时天线能够工作在第二频段。

为了使得天线的接收或发送信号的频率的覆盖范围更广，可以增加多个匹配元件，使得天线的阻抗变化范围更广。

具体的，如图4所示，本发明实施例提供的第二种可调谐天线的结构图，包括：天线辐射单元306，位于所述天线辐射单元306中的信号馈电点301和第一地馈电点302；

信号端300通过所述信号馈电点301与所述天线辐射单元306连接，第一开关303的第一端通过所述第一地馈电点302与所述天线辐射单元306连接，所述第一开关303的第二端接地；

图4中的调谐电路中还包括第二匹配元件307和第三匹配元件308；

第一匹配元件304的第一端通过所述第二匹配元件307与所述信号端300连接，所述第一匹配元件304的第一端通过所述第三匹配元件308与所述信号馈电点301连接，所述第一匹配元件304的第二端与第二开关305的第一端连接，所述第二开关305的第二端接地。

图4中第二匹配元件307和第三匹配元件308可以为固定电容器、电阻或者固定电感器，当然，第二匹配元件307和第三匹配元件308也可以为可变电容器或者可变电感器，本发明实施例对此并不限定。

进一步的，还可以通过控制多个地馈电点实现扩大天线的工作频率范围。详见下面的描述。

如图5所示，本发明实施例提供的第三种可调谐天线结构图，包括：

天线辐射单元306，位于所述天线辐射单元306中的信号馈电点301和第一地馈电点302，第二地馈电点309；

信号端300通过所述信号馈电点301与所述天线辐射单元306连接，第一开关303的第一端通过所述第一地馈电点302与所述天线辐射单元306连接，所述第一开关303的第二端接地；

调谐电路中的第一匹配元件304的第一端通过第二匹配元件307与所述信号端300连接，所述第一匹配元件304的第一端通过第三匹配元件308与所述信号馈电点301连接，所述第一匹配元件304的第二端与第二开关305的第一端连接，所述第二开关305的第二端接地；

调谐电路中还包括第三开关310，第三开关310的第一端与所述第二地馈电点309连接，所述第三开关310的第二端接地。

图5中通过在调谐电路中通过第三开关310，使得天线的阻抗有更多的选择，从而获得更宽的工作频段。第一开关303、第二开关305以及第三开关310的开启或闭合的状态互相独立，彼此并不干扰。

如图6所示，本发明实施例提供的第四种可调谐天线结构图，包括：

天线辐射单元306，位于所述天线辐射单元306中的信号馈电点301和第一地馈电点302，第二地馈电点309；

信号端300通过所述信号馈电点301与所述天线辐射单元306连接，第一开关303的第一端通过所述第一地馈电点302与所述天线辐射单元306连接，所述第一开关303的第二端接地；

调谐电路中的第一匹配元件304的第一端通过第二匹配元件307与所述信号端300连接，所述第一匹配元件304的第一端通过第三匹配元件308与所述信号馈电点301连接，所述第一匹配元件304的第二端与第二开关305的第一端连接，所述第二开关305的第二端接地；

调谐电路中的第三开关310的第一端与所述第二地馈电点309连接，所述第三开关310的第二端接地；

图6中的调谐电路中还包括第四匹配元件311和第四开关312；

第四匹配元件311的第一端与所述信号馈电点301连接，所述第四匹配元件311的第二端与所述第四开关312的第一端连接，所述第四开关312的第二端接地。

第四匹配元件311可以为固定电容器、电阻或者固定电感器，当然，第四匹配元件311也可以为可变电容器或者可变电感器，本发明实施例对此并不限定。

下面结合图6通过具体的实施例详细描述第四种可调谐天线的调谐天线的方法，其他可调谐天线不再一一赘述。

结合图6，如图7所示，本发明实施例提供的第一种天线工作频率与回波损耗示意图，图7中横坐标f表示天线的工作频率，纵坐标S11表示天线的回波损耗，图7中实线曲线为图6中的天线的第一开关303、第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合时对应的曲线，虚线曲线为图6中的天线的第一开关303、第三开关310、第四开关312均闭合，同时第二开关305开启时对应的曲线。图6中的天线的第一开关303、第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合时，图6中的天线工作频率图7中实线所示，此时天线在频段f1、f3和f5处时，天线工作时的回波损耗较小，可以实现较好的辐射性能，但是在频段f4处时，天线工作时的回波损耗较大，无法保证有效的性能指标。若图6中天线的第一匹配元件304为固定电容器，可以在低频段对天线的阻抗进行调谐，同时不对高频段有较大影响，第一匹配元件304的电容量的范围为6nF至10nF之间的任意值。将第二开关305开启后，第一匹配元件304与调谐电路分离开，不对天线的阻抗产生影响，由于第一匹配元件304在低频段对天线的阻抗有较大影响，使得天线工作频率从f1频段调谐到f2频段，即天线的低频段有较大的调整，但高频段中，天线的工作频率分别从f3调谐到f4，f7调谐到f8，并未有太大改变。

如果需要在高频段对天线的阻抗进行调谐，此时，第一匹配元件304的电容量的范围可以为1pF至4pF之间的任意值，将第二开关305开启后，第一匹配元件304与调谐电路分离开，不对天线的阻抗产生影响。具体如图8所示，本发明实施例提供的第二种天线工作频率与回波损耗示意图，图8中横坐标f表示天线的工作频率，纵坐标S11表示天线的回波损耗，图8中实线曲线为图6中的天线的第一开关303、第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合时对应的曲线，虚线曲线为图8中的天线的第一开关303、第三开关310、第四开关312均闭合，同时第二开关305开启时对应的曲线。

由于第一匹配元件304在高频段对天线的阻抗有较大影响，使得天线的工作频率分别从f3调谐到f4，f7调谐到f8，对天线的高频段有较大的调整，而在低频段，天线工作频率从f1频段调谐到f2频段，并未有太大改变。

当图6所示的天线希望在f4处有较好的辐射效率时，也可以通过调谐电路进行调谐。具体的如图9所示，本发明实施例提供的第三种天线工作频率与回波损耗示意图，图9中横坐标f表示天线的工作频率，纵坐标S11表示天线的回波损耗，图9中实线曲线为图6中的天线的第一开关303、第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合时对应的曲线，虚线曲线为图9中的天线的第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合，同时第一开关303开启时对应的曲线。图6中的天线的第一开关303、第二开关305、第三开关310、第四开关312均闭合时，图6中的天线工作频率图9中实线所示，此时天线在频段f1、f3和f5处时，天线工作时的回波损耗较小，可以实现较好的辐射性能，但是在频段f4处时，天线工作时的回波损耗较大，无法保证有效的性能指标。若将第一开关303开启后，第一地馈电点302不再通过第一开关303接地，不对天线的阻抗产生影响，图6中的天线会变为单极子天线形式，此时天线在低于f3的低频段不能有效工作，原来在f4处回波损耗较大，经过调谐后天线在f4处回波损耗很小，能够达到有效的辐射。同时经过调谐后，天线在f3、f6处不再能够有效工作。

需要说明的是，上面的实施例只是本发明实施例的一部分，本领域技术人员可以根据以上描述获得其他的调谐天线均在本发明实施例的保护范围之内，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种终端，包括上面描述的任意一种可调谐天线。该终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、无线路由器等设备。对于该终端中其他结构的特征，本发明实施例对此并不限定。

上述内容可以看出，根据本发明实施例提供的可调谐天线及终端，在天线中加入至少一个开关和匹配元件组成的调谐电路，通过控制调谐电路中与匹配元件连接的开关开启或断开，使天线获得不同的阻抗，从而扩大天线的接收和/或发送信号的频率覆盖范围

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种可调谐天线，其特征在于，该天线包括：

天线辐射单元，位于所述天线辐射单元中的信号馈电点和第一地馈电点；

信号端通过所述信号馈电点与所述天线辐射单元连接，第一开关的第一端通过所述第一地馈电点与所述天线辐射单元连接，所述第一开关的第二端接地；

调谐电路，所述调谐电路至少由第一匹配元件与第二开关串联组成，所述第一匹配元件的第一端同时与所述信号馈电点、信号端连接，所述第一匹配元件的第二端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端接地。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述调谐电路中还包括第二匹配元件和第三匹配元件；

所述第一匹配元件的第一端通过所述第二匹配元件与所述信号端连接，所述第一匹配元件的第一端通过所述第三匹配元件与所述信号馈电点连接。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线辐射单元中还包括第二地馈电点，所述调谐电路中还包括第三开关；

所述第三开关的第一端与所述第二地馈电点连接，所述第三开关的第二端接地。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述调谐电路中还包括第四匹配元件和第四开关；

所述第四匹配元件的第一端与所述信号馈电点连接，所述第四匹配元件的第二端与所述第四开关的第一端连接，所述第四开关的第二端接地。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一匹配元件、所述第二匹配元件、所述第三匹配元件以及所述第四匹配元中至少有一个匹配元件为固定电容器或者固定电感器。

6.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一匹配元件、所述第二匹配元件、所述第三匹配元件以及所述第四匹配元中至少有一个匹配元件为可变电容器或者可变电感器。

7.如权利要求1至6任一项所述的天线，其特征在于，所述第一匹配元件为固定电容器，所述第一匹配元件的电容量的范围为6nF至10nF之间的任意值。

8.如权利要求1至6任一项所述的天线，其特征在于，所述第一匹配元件为固定电容器，所述第一匹配元件的电容量的范围为1pF至4pF之间的任意值。

9.一种终端，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的可调谐天线。