CN202759016U - 可调谐耦合馈电天线*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可调谐耦合馈电天线***,其中,该***包括:PCB基板,辐射单元,耦合单元,其中,PCB基板上设置有射频接地点和射频激励端口;辐射单元通过射频激励端口与PCB基板相连;耦合单元通过射频接地点与PCB基板相连,在射频接地点与耦合单元之间设置有调谐控制单元,其中,调谐控制单元用于对耦合单元的高频和低频特性进行控制以产生不同的输入阻抗。本实用新型解决了现有技术中小型化和超薄化的天线难以覆盖不同的频段的终端的需求的技术问题,达到了增加终端上天线频率的覆盖范围的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信领域,具体而言,涉及一种可调谐耦合馈电天线***。
背景技术
长期演进(Long Term Evolution,简称为LTE)作为新一代移动宽带技术的领军技术,已经在全球范围内快速地展开商用,目前,全球共有38个国家部署了64张LTE网络。当前LTE的规划和商用频段主要包括:2600、2100、1900、1800、1700、1500、900、850以及700(MHz),其频率比较分散而且各运营商的语音方案也不相同,因此,对于LTE兼容2G/3G频段后对终端天线提出了更高的要求。目前如何设计一种可灵活覆盖0.7GHz-2.7GHz的超宽带全向天线成为亟待解决的问题。在已有的拓展天线带宽的设计方法中,一种是对PFIA,IFA等天线形式加以改进,例如,在贴片的最大电流点处增加短路点,从而实现天线的双频特性并减少天线的尺寸,或者是附加寄生结构,以增加开槽结构,延展电流路径等。针对低频带宽不足的特点,还可以将低频和高频天线分开设计然后再合路成为天线***。上述的改进方式都需要有较好的天线环境作为支撑,难以在小型化、超薄化的终端上实现。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型提供了一种可调谐耦合馈电天线***,以至少解决现有技术中小型化和超薄化的天线难以覆盖不同的频段的终端的需求的技术问题。
根据本实用新型的一个方面,提供了一种可调谐耦合馈电天线***,包括:印制电路板PCB基板,辐射单元,耦合单元,其中,上述PCB基板上设置有射频接地点和射频激励端口;上述辐射单元通过上述射频激励端口与上述PCB基板相连;上述耦合单元通过上述射频接地点与上述PCB基板相连,在上述射频接地点与上述耦合单元之间设置有调谐控制单元,其中,上述调谐控制单元用于对上述耦合单元的高频和低频特性进行控制以产生不同的输入阻抗。
优选地,上述调谐控制单元由开关控制单元和负载电路组成,或者由可调电容器和可调电感器组成。
优选地,上述开关控制单元是单刀多掷开关。
优选地,上述开关控制单元上设置有一个导通控制单元和一个或多个电平控制单元,其中,上述导通控制单元用于对上述开关控制单元的通断进行控制;上述电平控制单元用于在上述开关控制单元处于导通状态时,根据输入的电平的大小对与上述开关控制单元相连的上述负载电路进行控制,以产生不同的输入阻抗。
优选地,上述开关控制单元是CMOS开关或者MEMS开关。
优选地,上述耦合单元包括低频支路和高频支路。
优选地,上述低频支路长度为70mm,上述高频支路长度为45mm。
优选地,上述耦合单元与上述辐射单元之间存在间隙。
优选地,上述间隙为0.7mm。
优选地,上述辐射单元与上述PCB基板之间的间隙大于或等于3mm,上述耦合单元与上述PCB基板之间的间隙大于或等于3mm。
在本实用新型中,在耦合单元和射频接地点之间设置有进行调谐控制的模块,该调谐控制单元可以对耦合单元进行调整以实现对不同频率的覆盖,从而使得天线***可以满足LTE终端多频段的需求,且耦合单元和辐射单元的结构比较简单可以有效地缩小天线的体积。通过上述方式解决了现有技术中小型化和超薄化的天线难以覆盖不同的频段的终端的需求的技术问题,达到了增加终端上天线频率的覆盖范围的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1是根据本实用新型实施例的可调谐耦合馈电天线***的一种优选示意图;
图2是本实用新型实施例的天线结构的一种优选示意图;
图3是本实用新型实施例的辐射单元,耦合单元以及调谐控制单元的平面结构示意图;
图4是本实用新型实施例的开关芯片及其附带电路的结构框图;
图5是本实用新型实施例的常温常压下0.6GHz-3GHz天线反射系数-频率曲线示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。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。
本实用新型实施例提供了一种可调谐耦合馈电天线***,如图1所示,包括:印制电路板(Printed Circuit Board,简称为PCB)基板102,辐射单元104,以及耦合单元106,下面对这几个单元进行具体的描述。
在PCB基板102上设置有射频接地点1022和射频激励端口1024;
辐射单元,通过射频激励端口1024与PCB基板102相连;
耦合单元,通过射频接地点1022与PCB基板102相连,在射频接地点1022与耦合单元106之间设置有调谐控制单元108,其中,调谐控制单元108用于对耦合单元106的高频和低频特性进行控制以产生不同的输入阻抗。
在上述优选实施方式中,在耦合单元106和射频接地点1022之间设置有进行调谐控制的模块,该调谐控制单元108可以对耦合单元106进行调整以实现对不同频率的覆盖,从而使得天线***可以满足LTE终端多频段的需求,且耦合单元106和辐射单元104的结构比较简单可以有效地缩小天线的体积。通过上述方式解决了现有技术中小型化和超薄化的天线难以覆盖不同的频段的终端的需求的技术问题,达到了增加终端上天线频率的覆盖范围的技术效果。
因上述的调谐控制单元108主要是为了实现多频段的需求,因此,该调谐控制单元108可以由开关控制单元和负载电路组成,或者由可调电容器和可调电感器组成。对于上述的开关控制单元可以是具有开关功能的开关芯片。
优选地,上述的开关控制单元可以选择单刀多掷开关。
当选择开关控制单元和负载电路作为开关调谐单元时,可以在开关控制单元上设置一个导通控制单元和一个或多个电平控制单元,其中,导通控制单元用于对开关控制单元的通断进行控制;电平控制单元用于在开关控制单元处于导通状态时,根据输入的电平的大小对与开关控制单元相连的负载电路进行控制,以产生不同的输入阻抗。
对于上述开关的开关类型,可以选择CMOS开关(Complementary Metal OxideSemiconductor,互补金属氧化物半导体,是电压控制的一种放大器件开关)或者微机电***(Micro-Electro-Mechanical Systems,简称为MEMS)开关,本实用新型对此不做限定。
为了提高天线的耦合性能,可以将天线的耦合单元106分为低频支路和高频支路两个部分,对于低频支路的长度可以设置为70mm,对于高频支路的长度可以设置为45mm。
为了实现较好的耦合效果,在耦合单元106与辐射单元104之间应该留有一定的间隙,在一个优选实施方式中,该间隙可以是0.7mm。
考虑到天线设计的环境要求,辐射单元104和耦合单元106需要高出PCB基板102的地板3mm以上,即,辐射单元104与PCB基板102之间的间隙大于或等于3mm,耦合单元106与PCB基板102之间的间隙大于或等于3mm。
针对终端产品尺寸的小型化,超薄化以及LTE发展对天线技术的要求,本实用新型实施例提出了一种可调谐的耦合馈电天线***结构,以满足当前和潜在的LTE网络的需求。
在本优选实施例所提供的方案中,可调谐耦合馈电天线***,包括:辐射单元、耦合单元、射频激励端口以及射频接地点、可调谐电路以及地板。其中,上述的射频激励端口、射频接地点以及地板都位于PCB板上。
上述的辐射单元和耦合单元都可以通过FPC、LDS或者是其他的加工工艺设计在终端后壳上或者是设置在独立的支架上。辐射单元与地板上的射频激励端口连接,耦合单元与地板上的射频接地点连接,从而构成耦合馈电天线结构。
优选地,在耦合单元与射频接地点之间可以加入可调谐电路,该可调谐电路的实现形式可以是开关芯片及其附带电路,也可以是可调电容器和可调电感器组成的网络。当使用开关电路调谐时,开关芯片上控制信号的变化可以使天线接入不同的负载电路,当天线的输入阻抗发生变化时,谐振点将会发生偏移,从而天线***可以实现多频段的覆盖。
通过上述的天线***降低了天线本身的设计要求,在天线空间较为复杂甚至恶劣的情形下,尽管天线带宽不足,但通过开关电路切换不同的工作状态,天线***仍然可以满足LTE终端宽频段和多频段的需求,尤其适应于小型化、超薄化的终端产品。
值得注意的是,本实用新型实施例上述所提及的可调谐天线技术也适用于多种耦合馈电天线结构,例如,带有耦合单元的PIFA天线、IFA天线以及环形天线等等。根据频段需求的不同,开关芯片可以选择单刀双掷开关,或者是单刀多掷开关,对于开关的类型可以选择CMOS或者MEMS开关。上述的可调谐天线技术不仅适用于单天线,还适用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put,简称为MIMO)***的多个天线。考虑到天线设计的环境要求,辐射单元和耦合单元需要高出PCB基板的地板3mm以上。可调谐电路设计在耦合单元下方的PCB基板的地板上。优选地,PCB基板上的地板在天线正下方需要一定的净空区域,其净空区域的宽度可以设置在6mm左右。
下面将结合一个具体的实施例对上述的可调谐耦合馈电天线进行描述。
如图2所示,辐射单元104和耦合单元106可以通过FPC,LDS或其他工艺贴在终端后壳或者支架上。辐射单元104与地板上的射频激励端口1024连接,耦合单元106与地板上的射频接地点1022连接,构成了耦合馈电天线结构。
因为辐射单元实现了一部分的高频模式,耦合单元106可以实现低频模式和另一部分的高频模式。辐射单元104的电尺寸可以大致遵循高频波长的四分之一的要求,优选地,辐射单元104的长度可以设置为25mm,宽度设置为9mm。耦合单元106的电尺寸分别包括:低频支路和高频支路,同样也都遵循低频和高频波长的四分之一的要求,优选地,耦合单元106的低频支路可以设置为70mm,高频支路设置为长45mm,宽度均设置为1mm。
在耦合单元106与辐射单元104之间需要保持一定的间距以实现较好的耦合效果,优选地,间距可以设置为0.7mm。
如图3所示,在耦合单元106与射频接地点1022之间增加了开关电路,其中,开关的输入端1081接负载电路与射频接地点连接,开关的输出端1082与天线耦合单元连接。
在本实施例中以单刀三掷开关为例进行说明,其结构框图如图4所示,其中,VDD是开关的导通电平,当开关工作时,该导通电平处于高电平状态;V1和V2属于控制电平,当控制电平的大小发生改变时,开关将会选择不同的负载电路。
开关工作的逻辑状态表可以如表1所示:
表1
状态 | V1 | V2 | VDD |
天线-负载电路1 | 高 | 低 | 高 |
天线-负载电路2 | 低 | 高 | 高 |
天线-负载电路3 | 低 | 低 | 高 |
通过设计的三个负载电路,天线表现出三种不同的输入阻抗,从而使得谐振发生偏移。在这三种状态下,天线***的反射系数的频率响应曲线如图5所示。通过如图所示的三种工作状态,该天线***基本覆盖了LTE2600,2100,1900,1800,1700,900,850以及700(MHz)的频段范围,如图5所示,在这些频段内的天线的反射系数均在-5dB以下,基本满足了当前终端的多频段的需求。
优选地,在终端实际工作的过程中,开关的控制信号线可以与附有频段选择信息的GPIO或者SPI总线相连。辐射单元和耦合单元的高度设置为3mm,同时PCB基板的全净空区域为6mm,且天线的宽度基本和PCB基板的宽度相当,从而可以有效减小天线的体积。
通过本实用新型实施例介绍的天线***,辐射单元和耦合单元的结构简单,大大缩小了天线体积,且天线高度较低,更加有利于终端超薄化设计的设计要求;通过可调谐电路的有效设计使天线***能够满足LTE终端多频段的需求。这种天线结构简单、调试灵活、可以很好地满足当前LTE通信网络对天线的电性能要求。
从以上的描述中,可以看出,本实用新型实现了如下技术效果:在耦合单元和射频接地点之间设置有进行调谐控制的模块,该调谐控制单元可以对耦合单元进行调整以实现对不同频率的覆盖,从而使得天线***可以满足LTE终端多频段的需求,且耦合单元和辐射单元的结构比较简单可以有效地缩小天线的体积。通过上述方式解决了现有技术中小型化和超薄化的天线难以覆盖不同的频段的终端的需求的技术问题,达到了增加终端上天线频率的覆盖范围的技术效果,这种天线形式对环境要求较低,容易在小型超薄化的终端上实现。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调谐耦合馈电天线***,其特征在于,包括:印制电路板PCB基板,辐射单元,耦合单元,其中,
所述PCB基板上设置有射频接地点和射频激励端口;
所述辐射单元通过所述射频激励端口与所述PCB基板相连;
所述耦合单元通过所述射频接地点与所述PCB基板相连,在所述射频接地点与所述耦合单元之间设置有调谐控制单元,其中,所述调谐控制单元用于对所述耦合单元的高频和低频特性进行控制以产生不同的输入阻抗。
2.根据权利要求1所述的天线***,其特征在于,所述调谐控制单元由开关控制单元和负载电路组成,或者由可调电容器和可调电感器组成。
3.根据权利要求2所述的天线***,其特征在于,所述开关控制单元是单刀多掷开关。
4.根据权利要求2或3所述的天线***,其特征在于,所述开关控制单元上设置有一个导通控制单元和一个或多个电平控制单元,其中,
所述导通控制单元用于对所述开关控制单元的通断进行控制;
所述电平控制单元用于在所述开关控制单元处于导通状态时,根据输入的电平的大小对与所述开关控制单元相连的所述负载电路进行控制,以产生不同的输入阻抗。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线***,其特征在于,所述开关控制单元是CMOS开关或者MEMS开关。
6.根据权利要求1所述的天线***,其特征在于,所述耦合单元包括低频支路和高频支路。
7.根据权利要求6所述的天线***,其特征在于,所述低频支路长度为70mm,所述高频支路长度为45mm。
8.根据权利要求1所述的天线***,其特征在于,所述耦合单元与所述辐射单元之间存在间隙。
9.根据权利要求8所述的天线***,其特征在于,所述间隙为0.7mm。
10.根据权利要求1所述的天线***,其特征在于,所述辐射单元与所述PCB基板之间的间隙大于或等于3mm,所述耦合单元与所述PCB基板之间的间隙大于或等于3mm。
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