CN112864587B - 天线装置及无线通讯设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种天线装置，包括金属地板，设置有净空区；馈电端口，与金属地板连接；第一辐射体，设于净空区且与金属地板连接；辐射枝节，一端与馈电端口连接，另一端与第一辐射体连接；以及第二辐射体，设于净空区，第二辐射体与金属地板连接且与第一辐射体形成电磁耦合。上述天线装置能够在单一天线上同时实现多个频段的谐振，且占用空间小。本申请还涉及一种无线通讯设备。

Description

天线装置及无线通讯设备

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，特别是涉及一种天线装置及具有该天线装置的无线通讯设备。

背景技术

无线通讯设备上的天线是安装在无线通讯设备上用来接收和发射收发机信号的结构。由于不同的无线通讯供应商会采用不同的信号传输频带，要保证无线通讯设备能够便利且清晰地接收无线信号，其天线装置需要能够实现多频带工作。

传统的多频天线中通常设置有多个馈电端口以形成多个天线，或是设置多个寄生谐振来增加频段。然而这种方法会使得天线装置的空间尺寸增大从而不利于在体积日益小型化的无线通讯设备中使用。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种适用于金属环境且体积小、能产生多频谐振的天线装置。

一种天线装置，包括金属地板，设置有净空区；馈电端口，与所述金属地板连接；第一辐射体，设于所述净空区且与所述金属地板连接；辐射枝节，一端与所述馈电端口连接，另一端与所述第一辐射体连接；以及，第二辐射体，设于所述净空区，所述第二辐射体与所述金属地板连接且与所述第一辐射体形成电磁耦合。

上述天线装置，所述第一辐射体和所述第二辐射体电磁耦合，并通过共享辐射枝节来实现多频段的谐振。因此，该天线装置布局紧凑合理，在实现多频谐振的同时也不会增加天线装置的空间尺寸。同时，该天线装置仅具有一个馈电端口，避免了馈电端口之间的相互影响，无需通过双工器等器件将馈电端口分离，从而降低了传输路径上的损耗，提高了信号的传输效率。

在其中一个实施例中，所述净空区包括开设于所述金属地板边缘的凹槽，所述第一辐射体的一端与所述凹槽的槽壁连接，另一端沿平行于所述凹槽槽底的方向延伸。

在其中一个实施例中，所述凹槽的槽底为平面或者曲面。

在其中一个实施例中，所述辐射枝节包括第一辐射枝节，与所述馈电端口连接且与所述第一辐射体平行设置；以及第二辐射枝节，一端与所述第一辐射枝节远离所述馈电端口的一端连接，另一端沿垂直于所述第一辐射枝节的方向延伸并与所述第一辐射体连接；所述第二辐射枝节将所述第一辐射体分隔成辐射区和耦合区，所述辐射区与所述金属地板连接，所述耦合区与所述第二辐射体间隔设置，用于与所述第二辐射体形成电磁耦合。

在其中一个实施例中，所述第二辐射体的一端连接于所述凹槽远离所述第一辐射体的一侧槽壁，另一端沿平行于所述凹槽槽底的方向延伸并与所述耦合区间隔设置。

在其中一个实施例中，还包括寄生辐射枝节，一端与所述金属地板连接，另一端为自由端，所述寄生辐射枝节与所述辐射枝节间隔设置以形成电磁耦合。

在其中一个实施例中，还包括匹配单元，所述匹配单元接入在所述馈电端口与所述辐射枝节之间，用于谐调所述天线装置的谐振频率以及带宽。

在其中一个实施例中，所述净空区中填充有塑胶材料，所述第一辐射体与所述第二辐射体均设置于所述塑胶材料的表面。

一种无线通讯设备，包括通讯模块，所述通讯模块包括射频单元，其中，所述通讯模块还包括如前所述的天线装置，所述馈电端口与所述射频单元连接，用于与所述射频单元进行信号传输。

上述无线通讯设备，通过调整天线装置中各枝节的位置、尺寸以及形状，能够同时满足多种信号传输频段，且该无线通讯设备具备金属外壳，外观时尚，符合市场需求。

在其中一个实施例中，所述辐射枝节、所述第一辐射体以及所述第二辐射体均由所述无线通讯设备上的导电结构形成。

附图说明

图1为本申请天线装置一实施例的结构示意图；

图2为本申请天线装置的电流路径示意图；

图3为本申请天线装置一个实施例的频率响应示意图；

图4为本申请天线装置另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统技术中，技术人员也通过增设孔径开关来增加天线支持的频段和带宽。但是由于孔径调谐本质上是天线在不同时间变换不同谐振来满足不同频段，因此只能满足频段的分时需求，如蜂窝天线等。而对于需要同时支持多个频段时，孔径开关便无法满足要求，而且增加孔径开关器件也会导致天线的制备成本增加。而对于利用单一谐振覆盖不同频段或是产生两个谐振满足不同频段的天线，通常对应存在单一谐振频段不宽或是两个谐振频率间距不远的问题。

另外，无线通讯设备为了追求外观的时尚性，通常使用金属来制备无线通讯设备的边框，然而金属环境会对信号的传输形成损耗，因此也对天线装置的设计提出了挑战。

针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得到的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。

请参考图1，本申请提供一种天线装置，可以用于作为手机等移动终端的背壳，包括金属地板100、天线主体以及馈电端口10，馈电端口10与金属地板100连接。金属地板100上开设有净空区20，用于给天线留出开阔的空间，避免天线发射和接收电磁波时电磁波被金属地板100屏蔽或干扰。

天线主体设于金属地板100，包括辐射枝节103、第一辐射体101以及第二辐射体102。

具体的，第一辐射体101设于净空区20并通过辐射枝节103与金属地板100连接。此时，辐射枝节103、第一辐射体101以及金属地板100形成第一辐射结构。通过对第一辐射体101的尺寸、位置、形状进行调整，可以使得第一辐射结构具备两条电流路径，进而使第一辐射结构实现双频谐振。如图2所示，该两条电流路径分别为第一电流路径1和第二电流路径2，其中第一电流路径1由带箭头的较粗的实线示出，对应的谐振频率为第一谐振频率f1，第二电流路径2由带箭头的虚线示出，对应的谐振频率为第二谐振频率f2。

第二辐射体102设于净空区20，第二辐射体20与金属地板100连接且与第一辐射体101形成电磁耦合。在本案中所提及的电磁耦合均意味着非直接电气连接。此时，辐射枝节103、第二辐射体102以及金属地板100形成第二辐射结构。如图2所示，第二辐射结构中形成有第三电流路径3，由带箭头的点划线示出，对应的谐振频率为第三谐振频率f3。

上述天线装置，第一辐射体101和第二辐射体102形成电磁耦合，并通过共享辐射枝节103来实现至少三个频段的谐振。该天线装置为单天线装置，布局紧凑合理，在实现多频谐振的同时也不会增加天线装置的空间尺寸。同时，该天线装置仅具有一个馈电端口10，避免了不同馈电端口之间的相互影响，无需通过双工器等器件将馈电端口分离，从而降低了传输路径上的损耗，提高了信号的传输效率。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，净空区20包括开设于金属地板100边缘的凹槽，第一辐射体101连接于该凹槽的槽壁并沿平行于凹槽槽底的方向延伸，其中该凹槽的槽底可以为平面或者曲面。通过将第一辐射体101沿平行于净空区20槽底的方向设置，方便了对第一电流路径1的长度调整，同时也使得第一辐射结构的布局更为合理有序，有利于减小天线主体的占用空间。另外，将净空区20的槽底设置为平面也方便了天线装置的加工，而将净空区20的槽底设置为曲面则可以充分利用净空区20的空间，方便调整第一辐射体101和第二辐射体102的长度，进而有利于调控天线装置实现不同频段的谐振。

进一步的，请继续参考图1，辐射枝节103包括第一辐射枝节1031，第一辐射枝节1031与馈电端口10连接且与第一辐射体101平行设置；以及第二辐射枝节1032，第二辐射枝节1032的一端与第一辐射枝节1031远离馈电端口10的一端连接，另一端沿垂直于第一辐射枝节1031的方向延伸并与第一辐射体101的中部连接；第二辐射枝节1032将第一辐射体101分隔成辐射区1011和耦合区1012。进一步的，辐射区1011与金属地板100连接，从而与辐射枝节103以及金属地板100形成第一辐射结构；耦合区1012与第二辐射体间隔设置，用于与第二辐射体102形成电磁耦合，从而使得辐射枝节103通过耦合区1012与第二辐射体102以及金属地板100形成第二辐射结构。其中第一辐射结构和第二辐射结构的谐振模式可以是环路谐振模式。

进一步的，第二辐射体102的一端连接于净空区20远离第一辐射体101的一侧槽壁，另一端则沿平行于净空区20槽底的方向延伸并与耦合区1012间隔设置。优选的，第二辐射体102与第一辐射体101位于平行于净空区20槽底的平面内。需要指出的是，第二辐射体102靠近耦合区1012的一端与耦合区1012之间的间隙大小可以根据实际的谐振频率需求进行调整，从而实现本申请天线装置的多频段谐振。

另外，通过将辐射枝节103设置为首尾垂直相连的第一辐射枝节1031和第二辐射枝节1032，也有利于对辐射枝节103的位置、尺寸以及形状进行调整，从而方便了对天线装置的谐振频率以及带宽的调整。

根据本发明的一些实施例，天线装置还包括寄生辐射枝节104。具体的，寄生辐射枝节104的一端通过连接件105与金属地板100连接，另一端则悬空为自由端。寄生辐射枝节104与辐射枝节间隔相邻以形成电磁耦合，从而可在寄生辐射枝节104中形成第四电流路径4，如图2所示，第四电流路径4由带箭头的较细的实线示出，对应的谐振频率为第四谐振频率f4。通过增设寄生辐射枝节104，可以增加额外的位于不同频段的谐振频率，使得天线装置可以在同一时间实现多频段的谐振效果。可以理解的是，辐射枝节103、第一辐射体101、第二辐射体102以及寄生辐射枝节均由导电材质制成。

图3为本实施例天线装置的频率响应示意图，其中横轴表示频率，单位为GHz，纵轴表示回波损耗，单位为dB。第一谐振频率f1、第二谐振频率f2、第三谐振频率f3以及第四谐振频率f4已分别由实线箭头在图3中示出。在本实施例中，反射损耗以-5dB为参考标准，即回波损耗低于-5dB则表示在可接受的通信质量范围内。从图3可以看出，第一谐振频率f1能够覆盖1.175GHz附近的低频分集，第四谐振频率f4能够覆盖1.5GHz附近的GPS频段，第二谐振频率f2能够覆盖2.4GHz附近的WiFi通信频段，第三谐振频率f3能够覆盖2.9GHz附近的高频分集。

对应于不同频段的信号，本实施例天线装置中的电流会分别通过对应的电流路径实现多频段工作。具体的，可以通过调整各枝节的位置、形状以及尺寸来对谐振频率所处的频段以及带宽进行调整。除此之外，该天线装置的尺寸较小，所需的空间小，实用性也较强。

根据本发明的一些实施例，天线装置还可以包括匹配单元。该匹配单元接入在馈电端口10与辐射枝节103之间。具体的，该匹配单元接入在馈电端口10与第一辐射枝节1031之间，用于谐调天线装置的谐振频率以及带宽。通过匹配单元的谐调作用可以提高各辐射结构的性能。

根据本发明的一些实施例，净空区20中填充有塑胶材料，第一辐射体101与第二辐射体102均设置于该塑胶材料的表面。通过在净空区20中填充有塑胶等非金属结构，可以实现牢固美观的效果，同时将第一辐射体101与第二辐射体102设置在塑胶的表面，可以使得天线主体的布局分明且不会占用过多的空间。净空区20的深度处于毫米量级，从而既能够保证整个天线装置具有较高的结构牢固性，也能够保证外观的美观。

根据本发明的一些实施例，辐射枝节103、第一辐射体101、第二辐射体102可以根据无线通讯设备地内部结构进行适应性的弯折。如图4所示，由于净空区20开设在拐角处，此时净空区20的底部为一弧面，有利于对第一辐射体101的长度进行调整，对应的，也可以将第二辐射体102进行适应性的弯折，以充分利用净空区20的空间，使得天线主体的结构更为节凑，而这也不会影响天线装置的多频谐振效果。可以理解的是，图4仅代表一个实施例，天线装置中的辐射枝节103、第一辐射体101、第二辐射体102还可以根据实际的空间需要而进行其他形状的弯折。

本申请还提供了一种无线通讯设备，包括通讯模块，该通讯模块包括射频单元，其中，通讯模块还包括如前文所述的天线装置，馈电端口10与射频单元连接，用于与射频单元进行信号传输。

上述无线通讯设备，通过调整天线装置中各枝节的位置、尺寸以及形状，能够同时满足多种信号传输频段，从而有利于无线通讯过程的进行。除此之外，该无线通讯设备具备金属外壳，外观时尚，符合市场需求。

在本实施例中，第一辐射体101和第二辐射体102可以由无线通讯设备中的导电结构如金属外壳形成，从而进一步减小了天线设备的空间尺寸，有利于实现无线通讯设备的小型化发展。无线通讯设备可以为手机、腕表设备、耳机设备或者其他可佩带设备，无线通讯设备还可以为电视机、机顶盒、数码相机等其他电子设备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

金属地板，设置有净空区；

馈电端口，与所述金属地板连接；

第一辐射体，设于所述净空区且与所述金属地板连接；所述净空区包括开设于所述金属地板边缘的凹槽，所述第一辐射体的一端与所述凹槽的槽壁连接，另一端沿平行于所述凹槽槽底的方向延伸；

辐射枝节，一端与所述馈电端口连接，另一端与所述第一辐射体连接；所述辐射枝节、所述第一辐射体以及所述金属地板形成第一辐射结构，在所述第一辐射结构中形成有第一电流路径及第二电流路径；所述第一电流路径对应的谐振频率为第一谐振频率，所述第二电流路径对应的谐振频率为第二谐振频率；以及，

第二辐射体，设于所述净空区，所述第二辐射体与所述金属地板连接并与所述第一辐射体形成电磁耦合；

所述辐射枝节、所述第二辐射体以及所述金属地板形成第二辐射结构，在所述第二辐射结构中形成有第三电流路径，所述第三电流路径对应的谐振频率为第三谐振频率；

所述辐射枝节包括：

第一辐射枝节，与所述馈电端口连接且与所述第一辐射体平行设置；以及，

第二辐射枝节，一端与所述第一辐射枝节远离所述馈电端口的一端连接，另一端沿垂直于所述第一辐射枝节的方向延伸并与所述第一辐射体连接；

所述第二辐射枝节将所述第一辐射体分隔成辐射区和耦合区，所述辐射区与所述金属地板连接，所述耦合区与所述第二辐射体间隔设置，用于与所述第二辐射体形成电磁耦合。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述辐射区与金属地板连接，从而与所述第一辐射枝节、所述第二辐射枝节以及金属地板形成第一辐射结构；所述第一辐射枝节、所述第二辐射枝节通过耦合区与第二辐射体以及金属地板形成第二辐射结构。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述凹槽的槽底为平面或者曲面。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一辐射结构和所述第二辐射结构的谐振模式包括环路谐振模式。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第二辐射体的一端连接于所述凹槽远离所述第一辐射体的一侧槽壁，另一端沿平行于所述凹槽槽底的方向延伸并与所述耦合区间隔设置。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括：

寄生辐射枝节，一端与所述金属地板连接，另一端为自由端，所述寄生辐射枝节与所述辐射枝节间隔设置以形成电磁耦合。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还包括匹配单元，所述匹配单元接入在所述馈电端口与所述辐射枝节之间，用于谐调所述天线装置的谐振频率以及带宽。

8.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述净空区中填充有塑胶材料，所述第一辐射体与所述第二辐射体均设置于所述塑胶材料的表面。

9.一种无线通讯设备，包括通讯模块，所述通讯模块包括射频单元，其特征在于，所述通讯模块还包括如权利要求1-8任一项所述的天线装置，其中所述馈电端口与所述射频单元连接，用于与所述射频单元进行信号传输。

10.根据权利要求9所述的无线通讯设备，其特征在于，所述辐射枝节、所述第一辐射体以及所述第二辐射体均由所述无线通讯设备上的导电结构形成。

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