CN112838371A - 一种天线复用***和终端 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种天线复用***和终端，其中该天线复用***包括天线本体、第一天线匹配通路、第二天线匹配通路、切换模块和控制模块，第一天线匹配通路与第二天线匹配通路的谐振频率不同，控制模块与切换模块连接；其中，天线本体包括天线辐射枝节和耦合寄生单元，耦合寄生单元通过切换模块与第一天线匹配通路连接，天线辐射枝节与第二天线匹配通路连接，耦合寄生单元与天线辐射枝节通过彼此之间的第一缝隙相互耦合产生谐振。本实施例可以实现天线的复用，在不牺牲天线效率的前提下，满足多种谐振频率对天线数量的需求，并且在节省布局空间的基础上，提高天线的带宽和效率。
Description
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线复用***和终端。
背景技术
随着第五代移动通信***(5G)通信技术标准的加速成熟和全球5G预商用测试的深入开展，5G网络的超大带宽、超低时延和高可靠性的特性使得5G通信技术可以应用在教育、医疗、智能制造和车联网等多种行业。
5G通信技术提供给终端用户更大的数据吞吐率以及更小的时间延迟，大数据量传输需要更大的带宽，因此5G通信技术相比2G/3G/4G通信技术需要更宽的带宽，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线技术应运而生。智能终端为了支撑MIMO技术，天线的数量比2G/3G/4G终端更多，大带宽又意味着对电磁场的频段提出了更高的要求。由于天线谐振带宽与天线所占空间成正相关，谐振带宽越宽，需要的天线空间越大。目前天线设计的主要思路是在2G/3G/4G天线的基础上，通过天线数量的堆加来满足5G天线的需求，示例性的，参见图1，图1为现有技术中天线布局的示意图，5G频段为N41和N79，同时还需要支持2G/3G/4G频段和GPS/WIFI频段，考虑LTE B41 4 X 4MIMO的需求，天线数量将达到10颗：GPS/WIFI频段的天线数量为1颗、LTE+N41频段的天线数量为5颗以及N79频段的天线数量为4颗。但是这种增加天线数量的方式，天线需要占据印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)的布局空间，导致基带射频器件布局困难，给结构带来设计难点；利用终端的俩侧边增加的天线，其环境较差，基本没有净空，天线效率和覆盖带宽难以满足设计需求；增加成本，天线数量增加，导致天线之间间隔距离较短，天线隔离度较差，导致调试难度增加，进而效率受影响。
考虑到上述缺陷以及目前智能终端大屏占比的趋势，通过继续增加天线空间来提升带宽的可能性越来越小。现有技术中，虽然可以通过天线复用技术使5G频段天线和4G频段天线共存在终端空间，但是天线的带宽和效率不能满足需求。
发明内容
本申请实施例提供一种天线复用***和终端，以节省布局空间的基础上，提高天线的带宽和效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种天线复用***，包括天线本体、第一天线匹配通路、第二天线匹配通路、切换模块和控制模块，所述第一天线匹配通路与所述第二天线匹配通路的谐振频率不同，所述控制模块与所述切换模块连接；其中，所述天线本体包括天线辐射枝节和耦合寄生单元，所述耦合寄生单元通过所述切换模块与所述第一天线匹配通路连接，所述天线辐射枝节与所述第二天线匹配通路连接，所述耦合寄生单元与所述天线辐射枝节通过彼此之间的第一缝隙相互耦合产生谐振。
进一步的，所述第一天线匹配通路包括可变电容器、第一匹配电路和与所述第一匹配电路连接的第一馈电点。
进一步的，所述可变电容器一端与所述切换模块连接，所述可变电容器的另一端与所述第一匹配电路连接，所述可变电容器用于对谐振频率进行调谐。
进一步的，所述第二天线匹配通路包括第二匹配电路和与所述第二匹配电路连接的第二馈电点。
进一步的，所述天线辐射枝节设置有第二缝隙。
进一步的，所述第一缝隙的宽度、所述第二缝隙的宽度、所述天线辐射枝节的长度和所述耦合寄生单元的长度均支持调节。
进一步的，所述第一缝隙的宽度大于0.3毫米，所述耦合寄生单元的长度为波长的1/4倍。
进一步的，还包括至少两个接地的天线匹配通路，所述接地的天线匹配通路与所述切换模块连接，所述接地的天线匹配通路中的匹配电路支持调节。
进一步的，所述第一天线匹配通路的谐振频率为3.2GHz-5GHz、所述第二天线匹配通路的谐振频率为0.7GHz-2.7GHz，所述切换模块为包括至少四路通道的开关。
第二方面，本申请实施例还提供了一种终端，配置有如上所述天线复用***。
本申请实施例提供了一种天线复用***和终端，其中天线复用***中第一天线匹配通路通过切换模块与耦合寄生单元连接，耦合寄生单元为第二天线匹配通路对应的天线本体中的一个分支，天线本体中的天线辐射枝节与第二天线匹配通路连接，控制模块通过控制切换模块将第一天线匹配通路连通时，可以产生第一天线匹配通路的谐振频率，第一天线匹配通路与第二天线匹配通路的谐振频率不同，实现天线的复用，在不牺牲天线效率的前提下，满足多种谐振频率对天线数量的需求，并且在节省布局空间的基础上，提高天线的带宽和效率。
附图说明
图1为现有技术中天线布局的示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种天线复用***的结构示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种天线回波损耗的示意图；
图4为本申请实施例中提供的另一种天线回波损耗的示意图；
图5为本申请实施例中提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。
图2为本申请实施例中提供的一种天线复用***的结构示意图。如图2所示，该天线复用***具体可以包括天线本体、第一天线匹配通路11、第二天线匹配通路12、切换模块13和控制模块(图中未示出)，第一天线匹配通路11与第二天线匹配通路12的谐振频率不同，控制模块与切换模块13连接；其中，天线本体包括天线辐射枝节14和耦合寄生单元15，耦合寄生单元15通过切换模块13与第一天线匹配通路11连接，天线辐射枝节14与第二天线匹配通路12连接，耦合寄生单元15与天线辐射枝节14通过彼此之间的第一缝隙16相互耦合产生谐振。
其中，天线本体可以为2G/3G/4G天线，即与天线本体中的天线辐射枝节14连接的第二天线匹配通路12的谐振频率为0.7GHz-2.7GHz，可以覆盖2G/3G/4G频段，例如4G频段可以包括LTE B40和B41，B40的谐振频率为2.3GHz-2.4GHz，B41的谐振频率为2.5GHz-2.7GHz。
进一步的，第二天线匹配通路12可以包括第二匹配电路121和与第二匹配电路121连接的第二馈电点122。该第二馈电点122可以为2G/3G/4G馈电点，对应2G/3G/4G频段。天线本体中的天线辐射枝节14通过第二匹配电路121与第二馈电点122连接，该天线辐射枝节14基于自身结构可以产生一个谐振频率为700MHz-960MHz的低频谐振和一个谐振频率为1710MHz-2200MH的中频谐振；耦合寄生单元15与天线辐射枝节14通过彼此之间的第一缝隙16相互耦合，可以产生谐振频率为2.3GHz-2.7GHz的2G/3G/4G高频谐振，从而实现天线的谐振频率能够覆盖2G/3G/4G频段的低中高频点。
进一步的，第一天线匹配通路11可以包括可变电容器111、第一匹配电路112和与第一匹配电路112连接的第一馈电点113。该第一馈电点113可以为5G馈电点，对应5G频段。可变电容器111一端与切换模块13连接，可变电容器111的另一端与第一匹配电路112连接，可变电容器111用于对谐振频率进行调谐。可变电容器111与切换模块13之间的连线以及可变电容器111与第一匹配电路112之间的连线可以设置为设定阻抗控制线，该设定阻抗可以根据实际情况进行设定，例如设定阻抗可以为50欧姆阻抗。本实施例中对可变电容器111的类型也不作限定，可以根据实际情况进行设定。
第一天线匹配通路11的谐振频率为3.2GHz-5GHz，即第一天线匹配通路11对应5G频段，例如5G频段可以包括n77、n78和n79，n77的谐振频率为3.3GHz-4.2GHz，n78的谐振频率为3.3GHz-3.8GHz，n79的谐振频率为4.4GHz-5GHz。可变电容器111可以对5G频段的谐振频率进行调谐。
耦合寄生单元15通过切换模块13与第一天线匹配通路11连接，当切换模块13将第一天线匹配通路11连通时，可以产生覆盖5G频段的谐振频率，实现5G天线的设计。
上述控制模块可以布置在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上，通过切换模块13可以控制该天线复用***的谐振频率为2G/3G/4G或5G频段。该印刷电路板上还包括2/3/4/5G发射接收电路模块。
进一步的，该天线复用***还包括至少两个接地的天线匹配通路，接地的天线匹配通路与切换模块13连接，接地的天线匹配通路中的匹配电路支持调节。图2中以该天线复用***中包括两个接地的天线匹配通路为例，包括第三天线匹配通路18和第四天线匹配通路19，第三天线匹配通路18和第四天线匹配通路19均与切换模块13连接。
切换模块13为包括至少四路通道的控制开关，图2中以包括四路通道的开关为例，即图中切换模块13可以为单刀四掷(Single-pole 4-Throw，SP4T)开关。切换模块13中的第一通道与耦合寄生单元15连接，第二通道与第一天线匹配通路11连接，第三通道与第三天线匹配通路18连接，第四通道与第四天线匹配通路19连接。
当切换模块13选择第一通道以及第三通道接通，或者第一通道以及第四通道接通时，耦合寄生单元15与天线辐射枝节14通过彼此之间的第一缝隙16相互耦合，并且通过调节第三天线匹配通路18或第四天线匹配通路19中匹配电路的电感或电容，可以产生谐振频率为2.3GHz-2.7GHz的2G/3G/4G高频谐振。
当切换模块13选择第一通道、第二通道以及第三通道，或者第一通道、第二通道以及第四通道接通时，可以产生谐振频率覆盖5G频段的谐振。并且通过设置可变电容器111，可变电容器111的电压从预置的寄存器里面调取合适的电压值并形成调谐电容，可以改善5G频段的天线谐振模式，使调谐的幅度更大。
第三天线匹配通路18和第四天线匹配通路19的结构相同，但是当切换模块13接通的通道不同时，其中匹配电路中的电感或电容的取值不同。当天线的谐振频率为2G/3G/4G频段时，如果切换模块13选择第一通道和第三通道接通，第三天线匹配通路18中匹配电路中的电感或电容的取值与2G/3G/4G频段对应；如果切换模块13选择第一通道和第四通道接通，第四天线匹配通路19中匹配电路中的电感或电容的取值与2G/3G/4G频段对应。当天线的谐振频率为5G频段时，如果切换模块13选择第一通道、第二通道以及第三通道接通，第三天线匹配通路18中匹配电路中的电感或电容的取值与5G频段对应；如果切换模块13选择第一通道、第二通道以及第四通道接通，第四天线匹配通路19中匹配电路中的电感或电容的取值与5G频段对应。
本实施例中，通过调节第一天线匹配通路11中的第一匹配电路112、第二天线匹配通路12中的第二匹配电路121以及两个接地的天线匹配通路中的匹配电路，可以优化天线在2G/3G/4G频段和5G频段的性能。
进一步的，如图2所示，天线辐射枝节14中设置有第二缝隙17。耦合寄生单元15与天线辐射枝节14之间的第一缝隙16的宽度、第二缝隙17的宽度、天线辐射枝节14的长度和耦合寄生单元15的长度均支持调节，以进一步优化天线在2G/3G/4G频段和5G频段的性能。第一缝隙16的宽度可以大于0.3毫米，耦合寄生单元15的长度可以为波长的1/4倍，其中波长通过公式
得到，其中λ表示波长，C表示真空中光速，光速为3*10^8m/s，F表示谐振频率，F介于2300MHz-2700MHz之间，ε为天线之间的相对介电常数。天线辐射枝节14中的一部分还接地。
针对上述可以优化天线性能的调整过程可以为：第一步，计算天线辐射枝节14与耦合寄生单元15的长度，2G/3G/4G天线本体中天线辐射枝节14的俩根枝节长度为别为低频带宽中心频率点1/4波长的尺寸和中频段带宽中心频率点1/4波长的尺寸；耦合寄生单元15的长度为高频段带宽中心频率点1/4波长的尺寸。第二步，根据天线回波损耗，调整天线辐射枝节14的长度及其枝节间第二缝隙17的宽度、耦合寄生单元15和天线辐射枝节14之间的第一缝隙16的宽度，并调节第四天线匹配通路19(或第三匹配通路18)中的匹配电路，对天线在2G/3G/4G频段的性能进行优化。第三步，通过调节第一天线匹配通路11中的第一匹配电路112对天线在5G频段的性能进行优化。第四步，通过调节第三天线匹配通路18(或第四匹配通路19)中的匹配电路，可以优化或改变天线在5G频段的天线形式，由单极天线(Monopole Antenna)更换为倒F天线(Inverted-F antenna，IFA)，实现其性能优化。
图3为本申请实施例中提供的一种天线回波损耗的示意图，表示天线的谐振频率能够覆盖2G/3G/4G频段，图中箭头所指的7个点的谐振频率依次为824.00MHz、896.0MHz、960.0MHz、1.71GHz、2.17GHz、2.30GHz和2.69GHz。
图4为本申请实施例中提供的另一种天线回波损耗的示意图，表示天线的谐振频率在图3所示的基础上，能够覆盖5G频段，图中箭头所指的两个点的谐振频率依次为4.4GHz和5.0GHz。
本实施例中，通过将5G频段的天线匹配通路与2G/3G/4G天线一个分支(即耦合寄生单元15)相连，根据5G天线和2G/3G/4G天线的谐振频率不同，从而实现天线复用，在不牺牲天线效率的前提下，可以满足5G天线和2G/3G/4G天线对天线数量的需求；另一方面又能节省布局空间，满足终端产品的外观设计需求，从而使产品市场上具有竞争力。
本实施例的技术方案，天线复用***中第一天线匹配通路通过切换模块与耦合寄生单元连接，耦合寄生单元为第二天线匹配通路对应的天线本体中的一个分支，天线本体中的天线辐射枝节与第二天线匹配通路连接，控制模块通过控制切换模块将第一天线匹配通路连通时，可以产生第一天线匹配通路的谐振频率，第一天线匹配通路与第二天线匹配通路的谐振频率不同，实现天线的复用，在不牺牲天线效率的前提下，满足多种谐振频率对天线数量的需求，并且在节省布局空间的基础上，提高天线的带宽和效率；并且本实施例中通过可变电容器的设置，可以改善5G频段的天线谐振模式，使调谐的幅度更大，进而降低设计难度，减少天线对手机空间的依赖。
图5为本申请实施例中提供的一种终端的结构示意图。如图5所示，终端上配置有如上述实施例所述的天线复用***。本实施例中终端可以为移动终端。
参见图5，天线辐射枝节14通过第二天线匹配通路12与印刷电路板22上的2G/3G/4G接收发射电路相连接，耦合寄生单元15通过切换模块13与第一天线匹配通路11连接，第一天线匹配通路11与5G接收发射电路和印刷电路板22上的主地相连接。图中天线净空区21的高度不作限定，可以根据实际情况进行设定。第一天线匹配通路11的谐振频率为3.2GHz-5GHz，即第一天线匹配通路11对应5G频段，第二天线匹配通路12的谐振频率为0.7GHz-2.7GHz，可以覆盖2G/3G/4G频段。
本实施例提供了一种终端，终端上通过配置上述实施例所述的天线复用***，天线布局更合理，可以使终端在不牺牲天线效率的前提下，满足2G/3G/4G频段和5G频段的谐振频率对天线数量的需求，并且在节省布局空间的基础上，提高天线的带宽和效率。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种天线复用***，其特征在于，包括天线本体、第一天线匹配通路、第二天线匹配通路、切换模块和控制模块，所述第一天线匹配通路与所述第二天线匹配通路的谐振频率不同，所述控制模块与所述切换模块连接；其中，所述天线本体包括天线辐射枝节和耦合寄生单元，所述耦合寄生单元通过所述切换模块与所述第一天线匹配通路连接，所述天线辐射枝节与所述第二天线匹配通路连接，所述耦合寄生单元与所述天线辐射枝节通过彼此之间的第一缝隙相互耦合产生谐振。
2.根据权利要求1所述的天线复用***，其特征在于，所述第一天线匹配通路包括可变电容器、第一匹配电路和与所述第一匹配电路连接的第一馈电点。
3.根据权利要求2所述的天线复用***，其特征在于，所述可变电容器一端与所述切换模块连接，所述可变电容器的另一端与所述第一匹配电路连接，所述可变电容器用于对谐振频率进行调谐。
4.根据权利要求1所述的天线复用***，其特征在于，所述第二天线匹配通路包括第二匹配电路和与所述第二匹配电路连接的第二馈电点。
5.根据权利要求1所述的天线复用***，其特征在于，所述天线辐射枝节设置有第二缝隙。
6.根据权利要求5所述的天线复用***，其特征在于，所述第一缝隙的宽度、所述第二缝隙的宽度、所述天线辐射枝节的长度和所述耦合寄生单元的长度均支持调节。
7.根据权利要求1所述的天线复用***，其特征在于，所述第一缝隙的宽度大于0.3毫米，所述耦合寄生单元的长度为波长的1/4倍。
8.根据权利要求1所述的天线复用***，其特征在于，还包括至少两个接地的天线匹配通路，所述接地的天线匹配通路与所述切换模块连接，所述接地的天线匹配通路中的匹配电路支持调节。
9.根据权利要求1-8中任一所述的天线复用***，其特征在于，所述第一天线匹配通路的谐振频率为3.2GHz-5GHz、所述第二天线匹配通路的谐振频率为0.7GHz-2.7GHz，所述切换模块为包括至少四路通道的控制开关。
10.一种终端，其特征在于，配置有如权利要求1-9中任一所述的天线复用***。
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| CN113471681A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-01 | 安徽安努奇科技有限公司 | 一种多形态天线结构及电子设备 |
| CN113471681B (zh) * | 2021-07-02 | 2023-09-26 | 安徽安努奇科技有限公司 | 一种多形态天线结构及电子设备 |
| CN114843783A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-08-02 | 展讯通信（上海）有限公司 | 天线模块、天线装置和终端 |
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