天线装置和用于形成天线装置的方法
【专利摘要】提供了一种天线装置和用于形成天线装置的方法。所述天线装置包括：导体单元，具有第一端和第二端；馈电端，位于所述导体单元的第一端，用于连接到信号收发器；接地端，位于所述导体单元的第二端，用于连接到地；至少一个分支，从所述导体单元延伸出、并且与所述导体单元之间形成缝隙，用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。在根据本发明实施例的技术方案中，能够增加天线的工作带宽并能够方便地对所述天线装置进行优化调试。
【专利说明】天线装置和用于形成天线装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，更具体地，涉及一种天线装置和用于形成天线装置的方法。
【背景技术】
[0002]随着移动通信技术的发展，出现了各种类型的具有通信功能的电子设备，诸如计算机、个人数字助理、智能通信终端等。所述电子设备具有天线以传输信息和数据等。此夕卜，所述电子设备的外观设计逐渐朝向超薄的方向发展，从而使用于布置天线的空间逐渐变小，这增加了天线设计的难度。
[0003]现有的电子设备的天线设计通常可采用各种天线来实现，例如常规的平面倒F天线(PIFA, Planar Inverted F Antenna)、单极天线、或环形天线等。以环形天线为例，环形天线通常具有结构简单、易于设计的优点。但是，环形天线高频带宽不均衡，难以优化调节，例如难以通过天线图案(pattern)来调整阻抗特性及相应谐振点频率。作为示例，在现有的环形天线的设计中，通常在低于1000MHz的低频段中存在一个谐振点，在高于1000MHz的高频段中仅存在两个谐振点，并且各个谐振点的带宽较窄。
[0004]因此，现有的用于电子设备的天线的工作带宽有限并且难以进行优化调试。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供了 一种天线装置和用于形成天线装置的方法，其能够增加天线的工作带宽并能够方便地对所述天线装置进行优化调试。
[0006]一方面，提供了一种天线装置，应用于电子设备，该天线装置包括:导体单元，具有第一端和第二端；馈电端，位于所述导体单元的第一端，用于连接到信号收发器；接地端，位于所述导体单元的第二端，用于连接到地；至少一个分支，从所述导体单元延伸出、并且与所述导体单元之间形成缝隙，用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。
[0007]在上述天线装置中，所述至少一个分支可包括如下各个分支中的至少一个:从导体单元的第一端延伸出的第一分支、从导体单元的第二端延伸出的第二分支、从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支、和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支。
[0008]在上述天线装置中，所述至少一个分支与所述导体单元之间的所述缝隙可使得所述天线装置在大于特定频率的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的通信带宽。
[0009]在上述天线装置中，所述至少一个分支中的每个分支可包括从所述导体单元延伸出的第一支节、和从第一支节延伸出的与所述导体单元相对的第二支节，所产生的通信频带的中心频率可通过改变所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来调节。
[0010]在上述天线装置中，所述至少一个分支中的每个分支可包括从所述导体单元延伸出的第一支节、和从第一支节延伸出的与所述导体单元相对的第二支节，所述天线装置的性能通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化。
[0011]在上述天线装置中，所述天线装置的阻抗特性可通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置的阻抗匹配。
[0012]在上述天线装置中，所述导体单元可围绕在所述分支周围。
[0013]一方面，提供了一种用于形成天线装置的方法，包括:设置具有第一端和第二端的导体单元；将所述导体单元的第一端设置为馈电端，该馈电端用于连接到信号收发器；将所述导体单元的第二端设置为接地端，该接地端连接到地；从所述导体单元延伸出至少一个分支，该至少一个分支与所述导体单元之间形成缝隙、并且用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。
[0014]在所述用于形成天线装置的方法中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤包括如下步骤中的至少一个:从导体单元的第一端延伸出的第一分支；从导体单元的第二端延伸出的第二分支；从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支；和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支。
[0015]在所述用于形成天线装置的方法中，所述至少一个分支与所述导体单元之间的所述缝隙可使得所述天线装置在大于特定频率的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的工作带宽。
[0016]在所述用于形成天线装置的方法中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤可包括:从所述导体单元延伸出第一支节；和从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节，该第二支节的长度和所述第一支节的长度中的至少一个取决于所述产生的通信频带的中心频率。
[0017]在所述用于形成天线装置的方法中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤可包括:从所述导体单元延伸出第一支节；和从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节，其中，所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个被设置为使所述天线装置的性能优化。
[0018]在所述用于形成天线装置的方法中，所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个可被设置为使所述天线装置的阻抗特性优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置的阻抗匹配。
[0019]在所述用于形成天线装置的方法中，所述导体单元围绕在所述分支周围。
[0020]在本发明实施例的上述天线装置和用于形成天线装置的方法的技术方案中，通过从导体单元延伸出分支、并利用分支与导体单元的缝隙产生工作频带，能够增加天线的工作带宽并能够方便地对所述天线装置进行优化调试。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0022]图1是图示了根据本发明实施例的天线装置的结构的示意图；
[0023]图2(a)_(d)是图示了根据本发明实施例的天线装置的示例性实现；
[0024]图3根据本发明实施例的用于形成天线装置的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0026]图1是图示了根据本发明实施例的天线装置100的结构的示意图。该天线装置100可应用于各种电子设备，例如移动电话机、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、导航器、监控设备等。电子设备的类型不构成对本发明的限制。
[0027]如图1所示，所述天线装置100包括:导体单元110，具有第一端和第二端；馈电端120，位于所述导体单元的第一端，用于连接到信号收发器；接地端130，位于所述导体单元的第二端，用于连接到地；至少一个分支140，从所述导体单元延伸出、并且与所述导体单元之间形成缝隙，用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。
[0028]所述导体单元110能够辐射和接收信号。以环形天线为例，所述导体单元110是环形天线中的导体环，该导体环的形状可以根据电子设备中用于天线装置的设计空间以及天线装置的工作频段来设计，可以是圆形、方形、不规则形状等。在天线装置为其它类型的天线的情况中，所述导体单元110可以具有其它的尺寸和形状。
[0029]所述馈电端120连接到信号收发器，所述接地端130连接到地，从而形成信号路径。这样，在辐射信号时，通过馈电端120将来自信号收发器的信号提供给导体单元110以辐射出去；在接收信号时，通过馈电端120将所述导体单元110接收的信号提供给信号收发器。
[0030]所述至少一个分支140从所述导体单元110延伸出、并且与所述导体单元之间形成缝隙。在图1中，仅仅示出了一个分支140，但是分支140的数目可以为两个或更多。在天线装置为环形天线的情况中，所述导体单元110可围绕在所述分支140周围，此时该分支140并不额外占用电子设备的天线设计空间。
[0031]在天线装置100的工作过程中，在所述分支140和所述导体单元110之间发生耦合并进而产生谐振。相对于仅仅通过所述导体单元110产生谐振，所述分支140和所述导体单元110之间的耦合所产生的谐振与单独由所述导体单元110产生的谐振配合，能够进一步增加所述天线装置的谐振点，从而增加所述天线装置的工作带宽。作为示例，所述分支140与所述导体单元110之间的所述缝隙使得所述天线装置100在大于特定频率(例如1000MHz)的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的通信带宽。在环形天线的情况中，分支与导体环之间的所述缝隙产生的谐振与导体环本身产生的谐振配合，可以有效地增加高频带宽。
[0032]作为示例,所述至少一个分支140中的每个分支可包括从所述导体单元延伸出的第一支节(如图1所示的分支140的竖直部分)、和从第一支节延伸出的与所述导体单元相对的第二支节(如图1所示的分支140的横向部分)。该第一支节用于支撑第二支节，并可通过调节所述第一支节的长度以改变分支140与导体单元之间的缝隙的宽度。分支140与导体单元110之间的缝隙的宽度以及二者之间的相对长度可以改变二者之间的耦合特性。利用分支140与导体单元110之间的缝隙产生的通信频带的中心频率可通过改变所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来调节。
[0033]在具体的调节中，所述缝隙的宽度越大，或者分支140与导体单元110之间的相对长度越长，则利用该缝隙产生的通信频带的中心频率越低。因此，可以通过增加所述第一支节和第二支节中的至少一个的长度，来降低所述通信频带的中心频率；通过降低所述第一支节和第二支节中的至少一个的长度，来增加所述通信频带的中心频率。此外，在某些应用中，还可以通过调整导体单元110的用于延伸出所述分支140的位置来调整二者之间的相对长度，并进而调整中心频率。
[0034]在上述的分支140包括从所述导体单元110延伸出的第一支节(如图1所示的分支140的竖直部分)、和从第一支节延伸出的与所述导体单元110相对的第二支节(如图1所示的分支140的横向部分)的情况中，由于分支140与导体单元110之间的缝隙的宽度以及二者之间的相对长度可以改变二者之间的耦合特性，因此还可以通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化所述天线装置100的性能。
[0035]天线装置100中的各个组成部分的阻抗特性共同决定了其作为整体的阻抗参数。导体单元110要基于天线装置100的设计空间和通信需求来布置，馈电端120和接地端130的制作工艺等因素也决定了其阻抗特性，因此在天线装置100的设计中利用导体单元110、馈电端120和接地端130来优化其阻抗特性的可能性较小。然而，分支140是在导体单元110的基础上延伸出的部分，所述分支140的第一支节和第二支节的长度、宽度、电导率等特性可以灵活地选择和改变且易于实现。因此，所述天线装置100的阻抗特性通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置100的阻抗匹配。天线装置100的阻抗特性还可以通过调节所述第一支节和所述第二支节的宽度、材料等优化，这都使所述天线装置100的性能优化更加容易。此外，还可以通过所述第一支节和所述第二支节的长度、宽度、材料等来实现天线装置100的更多性能优化，例如谐振深度等。在实践中，要综合考虑天线装置的整体性能进行优化。
[0036]在根据本发明实施例的上述天线装置100中，通过从导体单元延伸出分支、并利用分支与导体单元的缝隙产生工作频带，能够增加天线的工作带宽并能够方便地对所述天线装置进行优化调试。
[0037]为了更彻底地公开本发明，下面结合图2来描述根据本发明实施例的天线装置中的分支的设计。图2(a)_(d)是图示了根据本发明实施例的天线装置的示例性实现。
[0038]在图2中，采用相同的附图标记来指明与图1中的天线装置100对应的组成部分，分别与馈电端120和接地端130连接的信号收发器和地位于图2所示的印刷电路板(PCB)电路中，并且导体单元110是导体环。
[0039]如前所述,所述分支140的数目为一个或多个。作为示例,所述至少一个分支140可包括如下各个分支中的至少一个:从导体单元110的第一端(即馈电端)延伸出的第一分支141、从导体单元110的第二端(即接地端)延伸出的第二分支142、从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支143、和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支144。
[0040]在图2(a)中，分支140仅包括一个，即从导体单元110的第一端延伸出的第一分支141。替换地，分支140还可以仅包括从导体单元110的接地端延伸出的第二分支142，或者仅包括从位于所述馈电端和接地端之间的某个位置延伸出的分支(例如分支143或144)。
[0041]在图2(b)中，分支140包括两个分支，即从导体单元110的第二端(即接地端)延伸出的第二分支142、从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支143。在图2(c)中，分支140也包括两个分支，即从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支143、和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支144。
[0042]在实践中，可以根据导体单元110 (为导体环)的形状和还选择其中的合适位置来布置分支140。如果所述导体环足够大，则还可以从导体单元110延伸出三个甚或更多的分支。在图2(d)中，从导体单元110延伸出四个分支，即从导体单元110的馈电端延伸出的第一分支141、从导体单元110的接地端延伸出的第二分支142、从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支143、和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支144。在分支140的数目较多情况下，尽管所产生的谐振点较多，但是各个分支之间可能相互影响，这增加了天线的设计难度，甚或难以取得理想的天线性能。在实践中，可以根据需要采用合适数目的分支。
[0043]此外，所述导体单元140的形状也并不限于这里的长方形，可以根据电子设备为天线提供的设计空间来适当地设置所述导体单元140的形状。
[0044]图3根据本发明实施例的用于形成天线装置的方法300的流程图。利用该方法300所形成的天线装置可应用于各种电子设备，例如移动电话机、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、导航器、监控设备等。电子设备的类型不构成对本发明的限制。
[0045]该用于形成天线装置的方法300包括:设置具有第一端和第二端的导体单元(S310);将所述导体单元的第一端设置为馈电端，该馈电端用于连接到信号收发器(S320)；将所述导体单元的第二端设置为接地端，该接地端连接到地(S330);从所述导体单元延伸出至少一个分支，该至少一个分支与所述导体单元之间形成缝隙、并且用于与所述导体单元一起辐射和接收信号(S340)。利用该方法300形成的天线装置的图示可以参见图1。
[0046]在S310中，设置具有第一端和第二端的导体单元。所设置的导体单元能够辐射和接收信号。以环形天线为例，所述导体单元是环形天线中的导体环，该导体环的形状可以根据电子设备中用于天线装置的设计空间以及天线装置的工作频段来设计，可以是圆形、方形、不规则形状等。在其它类型的天线中，所述导体单元110可以具有其它的尺寸和形状。
[0047]在S320中形成连接到信号收发器的馈电端，在S330中形成连接到地的接地端，从而形成信号路径。这样，在辐射信号时，通过馈电端将来自信号收发器的信号提供给导体单元以辐射出去；在接收信号时，通过馈电端将所述导体单元接收的信号提供给信号收发器。
[0048]在S340中，从所述导体单元延伸出至少一个分支。分支的数目可以为两个或更多。作为示例，该S340包括如下步骤中的至少一个:从导体单元的第一端延伸出的第一分支；从导体单元的第二端延伸出的第二分支；从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支；和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支。形成不同数目的分支的示意图可以参见结合图2的描述。在图2中，所述导体单元围绕在所述分支周围，此时该分支并不额外占用电子设备的天线设计空间。
[0049]在S340中从所述导体单元延伸出的分支与所述导体单元之间形成缝隙、并且用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。所述分支和所述导体单元之间发生耦合并进而产生谐振。相对于仅仅通过所述导体单元产生谐振，所述分支和所述导体单元之间的耦合所产生的谐振与单独由所述导体单元产生的谐振配合，能够进一步增加所述天线装置的谐振点，从而增加所述天线装置的工作带宽。作为示例，所述分支与所述导体单元之间的所述缝隙使得所述天线装置在大于特定频率(例如1000MHz)的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的工作带宽。这在难以增加高频带宽的天线装置(例如环形天线)中尤其有利。
[0050]作为形成一个分支的示例，在所述S340中可包括从所述导体单元延伸出第一支节，和从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节，该第二支节的长度和所述第一支节的长度中的至少一个取决于分支与导体单元之间的缝隙产生的通信频带的中心频率。该第一支节用于支撑第二支节，并可通过调节所述第一支节的长度以改变分支与导体单元之间的缝隙的宽度。分支与导体单元之间的缝隙的宽度以及二者之间的相对长度可以改变二者之间的耦合特性，因此可基于所述中心频率来设置所述第一支节的长度和/或所述第二支节的长度。作为示例，可以通过增加所述第一支节和第二支节中的至少一个的长度，来降低所述通信频带的中心频率，反之亦然。此外，还可以通过调整导体单元的用于延伸出所述分支的位置来调整二者之间的相对长度，并进而调整中心频率。
[0051]在所述S340中包括从所述导体单元延伸出第一支节、和从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节的情况中，所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个可被设置为使所述天线装置的性能优化。
[0052]在S310-S340中形成的各个组成部分的阻抗特性共同决定了天线装置作为整体的阻抗参数。在S310中要基于天线装置的设计空间和通信需求来布置，在S320和S330中形成的馈电端和接地端的制作工艺等因素也决定了其阻抗特性，因此利用导体单元、馈电端和接地端来优化其阻抗特性的可能性较小。然而，在S340中形成的分支是在导体单元的基础上延伸出的部分，所述分支的各个支节的长度、宽度、电导率等特性可以灵活地选择和改变且易于实现。因此，利用方法300形成的天线装置的阻抗特性通过调节所述分支的各个支节的长度、宽度、电导率的至少一个来优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置的阻抗匹配。在实践中，要综合考虑天线装置的整体性能进行优化。
[0053]在根据本发明实施例的上述方法300中，通过从导体单元延伸出分支、并利用分支与导体单元的缝隙产生工作频带，能够增加天线的工作带宽并能够方便地对所述天线装置进行优化调试。
[0054]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的用于形成天线的方法中所涉及的步骤的具体实现，可以参考前述装置实施例中的图示和操作，在此不再赘述。此外，上述方法实施例中的部分步骤可以进行重新组合，或可以改变部分步骤的执行顺序。
[0055]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种天线装置，应用于电子设备，该天线装置包括: 导体单元，具有第一端和第二端； 馈电端，位于所述导体单元的第一端，用于连接到信号收发器； 接地端，位于所述导体单元的第二端，用于连接到地； 至少一个分支，从所述导体单元延伸出、并且与所述导体单元之间形成缝隙，用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。
2.根据权利要求1的天线装置，其中，所述至少一个分支包括如下各个分支中的至少一个:从导体单元的第一端延伸出的第一分支、从导体单元的第二端延伸出的第二分支、从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支、和从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支。
3.根据权利要 求1的天线装置，其中，所述至少一个分支与所述导体单元之间的所述缝隙使得所述天线装置在大于特定频率的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的通信带宽。
4.根据权利要求3的天线装置，其中，所述至少一个分支中的每个分支包括从所述导体单元延伸出的第一支节、和从第一支节延伸出的与所述导体单元相对的第二支节， 所产生的通信频带的中心频率通过改变所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来调节。
5.根据权利要求1的天线装置，其中，所述至少一个分支中的每个分支包括从所述导体单元延伸出的第一支节、和从第一支节延伸出的与所述导体单元相对的第二支节， 所述天线装置的性能通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化。
6.根据权利要求5的天线装置，其中，所述天线装置的阻抗特性通过调节所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个来优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置的阻抗匹配。
7.根据权利要求1的天线装置，其中，所述导体单元围绕在所述分支周围。
8.一种用于形成天线装置的方法，包括: 设置具有第一端和第二端的导体单元； 将所述导体单元的第一端设置为馈电端，该馈电端用于连接到信号收发器； 将所述导体单元的第二端设置为接地端，该接地端连接到地； 从所述导体单元延伸出至少一个分支，该至少一个分支与所述导体单元之间形成缝隙、并且用于与所述导体单元一起辐射和接收信号。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤包括如下步骤中的至少一个: 从导体单元的第一端延伸出的第一分支； 从导体单元的第二端延伸出的第二分支； 从位于所述第一端和第二端之间的第一位置延伸出的第三分支；和 从位于所述第一端和第二端之间的不同于第一位置的第二位置延伸出的第四分支。
10.根据权利要求8的方法，其中，所述至少一个分支与所述导体单元之间的所述缝隙使得所述天线装置在大于特定频率的高频段中产生通信频带，从而增加所述天线装置在该高频段中的工作带宽。
11.根据权利要求10的方法，其中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤包括: 从所述导体单元延伸出第一支节；和 从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节，该第二支节的长度和所述第一支节的长度中的至少一个取决于所述产生的通信频带的中心频率。
12.根据权利要求1的方法，其中，所述从所述导体单元延伸出至少一个分支的步骤包括: 从所述导体单元延伸出第一支节；和 从第一支节延伸出与所述导体单元相对的第二支节， 其中，所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个被设置为使所述天线装置的性能优化。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述第一支节的长度和所述第二支节的长度中的至少一个被设置为使所述天线装置的阻抗特性优化，从而在不需要附加阻抗匹配元件的情况下实现天线装置的阻抗匹配。
14.根据权利要求8 的方法，其中，所述导体单元围绕在所述分支周围。
【文档编号】H01Q1/36GK103840252SQ201210487945
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】万波, 刘瑾 申请人:联想(北京)有限公司