WO2015043187A1

WO2015043187A1 - 天线及终端

Info

Publication number: WO2015043187A1
Application number: PCT/CN2014/076878
Authority: WO
Inventors: 曹园青
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN104518278A

Abstract

本发明提供了一种天线及终端，该天线包括：天线辐射贴片、介质基板和天线地，其中，介质基板位于天线辐射贴片与天线地之间，在天线地上附着有一个用于进行滤波的裂口谐振环SRR，通过本发明，解决了相关技术中，终端的天线存在占据空间大，成本高的问题，进而达到了不仅减小天线的面积，而且节省成本的效果。

Description

天线及终端技术领域本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种天线及终端。背景技术随着无线通信技术的不断发展、通信业务的增加，对无线通信设备，尤其是无线通信终端设备有了更高的要求。天线作为任何无线通信系统前端收发信号的部件，对通信质量起着至关重要的作用，也往往是制约无线通信系统实现扩大通信业务量的主要障碍。设计出满足日益增加的通信业务、通信制式的宽频带、大容量、多功能的天线已成为当今天线研究领域中一个很重要的课题。目前多数移动终端设计中均采用多天线方案，如主天线、分集天线、全球定位系统（Global Position System, 简称为 GPS) 天线和 WIFI天线，很多情况下都是在这些天线的几种甚至全部同时工作，所以各个天线之间的互扰是不言而喻的。可以预见，随着技术进步和用户需求升级，对手机射频功能的要求将进一步增加，单个终端配置多天线的趋势将会更加明显，多天线之间的互扰形势会愈来愈严峻。随着通信终端的多频段化和多功能化，天线所面临的干扰越来越复杂化和强烈化，如 LTE Band 40和 WIFI频段之间的互扰、 LTE Band6与 PGSM之间的互扰等。对于一个用于无线通信系统的天线而言，抗干扰性能的好坏将直接对终端的无线性能及空中下载（Over—the—Air，简称为 OTA) 指标（如 TRP和 TIS) 造成影响。因此，研制出具有优秀的频率选择性及抗干扰性能的终端天线是迫切需要的。传统的终端产品的天线一般都是做在支架上，需要较大的空间，影响了整个产品的小型化，并需要在天线的接收前端增加一个抑制带外干扰信号的滤波器。因此，在相关技术中，终端的天线存在占据空间大，成本高的问题。发明内容本发明提供了一种天线及终端，以至少解决相关技术中，终端的天线存在占据空间大，成本高的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种天线，包括：天线辐射贴片、介质基板和天线地，其中，所述介质基板位于所述天线辐射贴片与所述天线地之间，在所述天线地上附着有一个用于进行滤波的裂口谐振环 SRR。优选地，所述 SRR的环数为至少两个。优选地，所述 SRR中的至少两个环为共用直径的同心半圆环，其中所述同心半圆环以凹槽的形式附着于所述天线地上。优选地，所述 SRR依据以下至少之一确定滤除的频段：所述 SRR共用直径的大小、所述 SRR凹槽的宽度、所述 SRR的裂口宽度、所述介质基板的介质的层数。优选地，所述介质基板的介质层数为至少两层。优选地，通过微带线对所述天线辐射贴片和所述天线地分别进行馈电，或者对所述天线辐射贴片和所述天线地耦合馈电。优选地，在对所述天线辐射贴片进行馈电的馈电口与所述天线辐射贴片之间采用双阶梯型的匹配过渡结构，其中，该匹配过渡结构用于调整所述天线的阻抗匹配。优选地，所述天线集成于印制电路板 PCB上。优选地，所述天线应用于以下至少之一：射频天线、 WiFi天线、蓝牙天线、全球定位系统 GPS天线。根据本发明的另一方面，提供了一种终端，包括上述任一项所述的天线。通过本发明，采用天线包括：天线辐射贴片、介质基板和天线地，其中，所述介质基板位于所述天线辐射贴片与所述天线地之间，在所述天线地上附着有一个用于进行滤波的裂口谐振环 SRR，解决了相关技术中，终端的天线存在占据空间大，成本高的问题，进而达到了不仅减小天线的面积，而且节省成本的效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1是根据本发明实施例的天线的结构示意图; 图 2是根据本发明实施例的终端的结构框图; 图 3是根据本发明实施例的终端天线俯视图；图 4是根据本发明实施例的天线的仰视图；图 5是根据本发明实施例天线的侧视图；图 6是根据本发明实施例的天线的 3D透视图；图 7是根据本发明实施例的抗干扰天线的驻波系数示意图。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发明。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。在本实施例中提供了一种天线，图 1是根据本发明实施例的天线的结构示意图，如图 1所示，该天线 10包括：天线辐射贴片 12、介质基板 14和天线地 16，其中，介质基板 14位于天线辐射贴片 12与天线地 16之间，在天线地上附着有一个用于进行滤波的裂口谐振环 SRR。通过上述设计，将带有滤波特性的 SRR结构加在了天线地结构上，通过 SRR结构的驻波谐振效应，对天线的频带进行有效滤波，相对于相关技术中的天线需要在天线的前端增加一个抑制带外干扰信号的滤波，不仅需要较大的空间，而且成本较大，采用将带有滤波特性的 SRR结构加在了天线地结构上，解决了相关技术中的上述问题，减小了天线的占用空间，有效降低了成本，而且还有效地提高了用户体验。需要说明的是，天线的 SRR结构的环数可以为一个也可以为多个，例如，可以为两个，三个，四个，依据天线需要滤波的频段进行相应的调整。其中，该 SRR中的至少两个环为共用直径的同心半圆环，其中同心半圆环以凹槽的形式附着于天线地上。并且，该 SRR可以依据以下至少之一确定滤除的频段： SRR共用直径的大小、 SRR 凹槽的宽度、 SRR的裂口宽度、介质基板的介质的层数。介质基板的介质层数可以为一层也可以为多层，例如，可以为至少两层，并且介质的材料可以为单层材料，也可以为多层材料，还可以是渐变型的，或者混合型的。对天线进行馈电可以采用多种方式，例如，可以直接通过微带线对天线辐射贴片和天线地分别进行馈电，也可以对天线辐射贴片和天线地耦合馈电。为了灵活调整阻抗匹配，在对天线辐射贴片进行馈电的馈电口与天线辐射贴片之间可以采用双阶梯型的匹配过渡结构，通过该匹配过渡结构调整天线的阻抗匹配。优选地，可以将天线集成于印制电路板（Printed Circuit Board, 简称为 PCB) 上。该天线依据终端的需要可以以多种类型的方式应用，例如，可以以以下至少的类型方式进行应用：射频天线、 WiFi天线、蓝牙天线、全球定位系统 GPS天线。在本实施例中，还提供了一种终端，图 2是根据本发明实施例的终端的结构框图，如图 2所示，该终端 20包括上述任一项的天线 22。通过上述实施例及优选实施方式提供的基于谐振环（Spilt Resonator Ring, 简称为 SRR) 的 DGS (Defected Ground Structure) 结构的 PCB天线，除了具有抗干扰和带外抑制效果，还能够有效实现天线小型化，同时提高了天线的增益。针对相关技术中所存在的上述问题，在本实施例中提供了一种新型小型化终端天线，不仅可以满足多频天线的需求、满足超薄外观的需要，还能够省去滤波器，达到了降成本的目的，此外，对于不同的应用范围，还能推广为多用途天线（例如，射频天线、 WIFI天线以及 GPS天线）。在本实施例中该基于 SRR的 DGS结构的新型 PCB天线，可以在减小天线的面积的基础上，以及不用前端滤波器的前提下，有效的滤除接收频带的带外信号，大大地降低了天线的成本。可以采用以下处理：将具有滤波特性的 SRR结构加在了天线的地结构上， SRR结构也即裂口谐振环，可以在指定电长度所对应的频点产生驻波谐振效应，从而达到滤波的效果，通过改变谐振环的大小和宽度，可以有效地调节滤波阻带的中心频点和频率宽度。从而可以有效地达到抗干扰的效果。较优地，该 PCB天线的 SRR结构数（单环、双环、三环和四环），可以根据天线需要滤除的频段进行相应的调整；上下层的金属贴片辐射单元、地板以及 SRR结构可以根据 UE电路板为天线预留空间的大小进行任意变形（如椭圆形、规则和不规则多边形等）和调整；优选的，天线区域的 PCB的介质材料可以不是双层介质，可以是渐变型介质以及混合介质；优选的，天线的馈电方式可以采用馈线与金属辐射单元直接连接，也可以采用耦合方式进行馈电；优选的，天线的类型可以根据 UE 的需要进行变化，可以用作射频天线 ( GSM/WCDMA/CDMA/LTE) 也可以作 WIFI天线、蓝牙天线或者是 GPS天线；采用以上的结构之后，和传统的终端天线相比，具有以下的优点: 基于 SRR的 DGS结构设计的新型小型终端天线在进一步降低天线尺寸的前提下，省去了天线前端的滤波器，可以通过改变 SRR的结构个数（控制阻带个数）及尺寸（控制阻带的频率位置和带宽）来任意调整阻带的频点、频宽以及个数，而小型化节省了更多的成本和板面预留空间，此外，高增益和高辐射效率也是天线的重要特点。下面结合优选实施方式对本发明实施例的天线进行说明。在 CPE的 PCB电路板上靠近 USB接口的地方留出一块净空区域用于 PCB天线的布局。该天线主要是由三个部分组成的：天线辐射贴片、介质基板和天线地。其中，天线辐射贴片是由 50 Ω微带馈线、阶梯形阻抗匹配结构以及矩形辐射体（开有等间距的矩形槽）组成的；天线地上有 SRR的 DGS结构，用来产生阻带。由于对于不同用途的 UE而言，工作频段和天线用途（射频主天线 /射频分集天线 /WIFI天线 /GPS天线）是不同的，所以，需要抑制的频段也不同，所以下面就以支持 LTE BandK 3、 5、 7的射频分集接收天线为例，来描述天线的实施方式。在 SRR的 DGS结构中，图 3是根据本发明实施例的终端天线俯视图，如图 3所示， SRR结构是由三个共用直径的裂口谐振同心半圆环组成， SRR槽线蚀刻在了分集天线的地结构上，也即 SRR的 DGS结构。天线辐射体和地结构之间便为单层（亦可多层）的介质结构，天线本身是一个工作在指定频段的通带天线，这一通带包含了 UE 所支持的所有的 FDD频段，加入了 SRR的 DGS结构之后，就会在这些 FDD频段的各个接收频段之间形成了具有滤波、隔离以及抗干扰效果的阻带，阻带的形成是裂口环产生驻波谐振的表征。依据所需天线的工作频段的不同，阻带的位置和宽度可以通过控制 SRR的半径、裂口宽度以及槽宽来进行相应的调整。天线的馈电方式可以为微带馈电，亦可为耦合馈电。微带馈电即是将微带线对金属辐射天线体和下层的地板进行馈电。设计时可以在馈电口与主板电路之间留有一定形式的匹配电路，用来调整天线的阻抗匹配。为了增强耦合谐振效果，可以将 SRR的 DGS结构距离地板边缘以及馈线中心尽可能的近，一方面可以增强 SRR槽线表面的谐振电流大小，从而增加了指定频段的抗干扰效果。金属贴片的形状可以根据天线工作频段的不同进行调整。利用 SRR的 DGS结构，设计了一种具有抗干扰功能的双层微带天线。图 4是根据本发明实施例的天线的仰视图，图 5是根据本发明实施例天线的侧视图，图 6是根据本发明实施例的天线的 3D透视图，如图 3、 4、 5禾 P 6所示，上层金属贴片 1 (同上述天线辐射贴片 12); 馈电端口 2; 下层金属贴片 3 (同上述天线地 16); SRR DGS结构 4; 介质基板 5 (同上述介质基板 14)，天线是由单层（或多层混合）介质组成的，天线是通过下层地板对上层金属贴片进行馈电的。图 7是根据本发明实施例的抗干扰天线的驻波系数示意图，如图 7所示，原始天线是一个包含了指定 UE的所有接收频段在内的宽频带的天线，例如，对于支持 LTE Bandl、 3、 5、 7四个频段的 UE而言，原始天线的匹配频段为 869MHz-2690MHz，在各个接收频段之间的发射频段，视为干扰频段，从图 5可以看到，具有 SRR的 DGS结构的天线，在 869〜894MHz、 1805〜 1880MHz 2110〜2170MHz 禾 P 2620~2690MHz 这四个频段天线的阻抗带宽分别为 25MHz 75MHz 60MHz禾 P 70MHz，阻带的三个频段分别为： 894〜1805MHz、 1880〜 2110MHz、 2170〜2620MHz，与其对应的三个阻抗失配带宽分别为： 911MHz、 230MHz 和 450MHz，天线在 882MHz、 1843MHz 2140MHz和 2655MHz的增益分别为 6dBi、 6.2dBi、 6.3dBi和 6.2dBi。这种表面滤波的天线结构可以实现高增益的同时还实现了天线的小型化。对于支持不同频段组合的不同的 CPE项目而言，可以通过调节 SRR结构的尺寸 (直径，槽宽以及裂口宽度）、介质混合的层数以及预留天线匹配来改变阻抗失配来调整天线的阻抗失配频带及带宽。值得指出的是，上述新型抗干扰小型化天线不仅适用于 CPE项目，还适用于对于一些 Wifi，手机，数据卡以及无线路由等所有可以应用天线的场所。另外，本实施例所提供的抗干扰天线可以推广为射频主 /分集天线，蓝牙天线、 WIFI天线和 GPS天线，只要是对抗干扰性能有要求的天线场合，都可以用上述天线。以上仅为本发明实施例应用于 CPE的一个实施例而已，凡在本方法的精神和原则之内，微带天线的形状、 SRR结构的重数，混合的层数等方面所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明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，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。工业实用性如上所述，本发明实施例提供的一种天线及终端具有以下有益效果：解决了相关技术中，终端的天线存在占据空间大，成本高的问题，进而达到了不仅减小天线的面积，而且节省成本的效果。

Claims

权利要求书一种天线，包括：天线辐射贴片、介质基板和天线地，其中，所述介质基板位于所述天线辐射贴片与所述天线地之间，在所述天线地上附着有一个用于进行滤波的裂口谐振环 SRR。根据权利要求 1所述的天线，其中，所述 SRR的环数为至少两个。根据权利要求 2所述的天线，其中，所述 SRR中的至少两个环为共用直径的同心半圆环，其中所述同心半圆环以凹槽的形式附着于所述天线地上。根据权利要求 3所述的天线，其中，所述 SRR依据以下至少之一确定滤除的频段：

所述 SRR共用直径的大小、所述 SRR凹槽的宽度、所述 SRR的裂口宽度、所述介质基板的介质的层数。根据权利要求 1所述的天线，所述介质基板的介质层数为至少两层。根据权利要求 1所述的天线，其中，通过微带线对所述天线辐射贴片和所述天线地分别进行馈电，或者对所述天线辐射贴片和所述天线地耦合馈电。根据权利要求 1所述的天线，其中，在对所述天线辐射贴片进行馈电的馈电口与所述天线辐射贴片之间采用双阶梯型的匹配过渡结构，其中，该匹配过渡结构用于调整所述天线的阻抗匹配。根据权利要求 1所述的天线，其中，所述天线集成于印制电路板 PCB上。根据权利要求 1至 8所述的天线，其中，所述天线应用于以下至少之一：射频天线、 WiFi天线、蓝牙天线、全球定位系统 GPS天线。一种终端，包括权利要求 1至 9中任一项所述的天线。