天线装置和包括该天线装置的电子设备的制作方法

文档序号:12371501阅读:284来源:国知局
天线装置和包括该天线装置的电子设备的制作方法

本发明涉及通信技术领域,更具体地,涉及一种天线装置和包括该天线装置的电子设备。



背景技术:

作为消费电子产品,所述电子设备正朝向小型化的方向发展,例如其厚度越来越薄,体积越来越小。随着电子设备的厚度变薄、且体积变小,天线作为无线通信设备的重要组成部分,其占据空间也被相应压缩,这增加了天线的设计难度。而且通信技术的发展要求天线提供更宽的通信带宽。

以平面倒F天线(即PIFA天线)为例,PIFA天线在手机中广泛应用,然而本质为微带天线的PIFA天线具有带宽窄、增益低的先天缺陷。天线的尺寸也已知地与带宽相互制约。另外,面对例如wifi网络中不同工作频段的应用,单谐振点的PIFA天线也将不适用。



技术实现要素:

因此,本公开旨在解决技术问题可包括如下中的一个或多个:在减小天线尺寸的条件下拓宽PIFA天线的带宽,提高其效率和增益,并且使得其具有多个谐振点。

根据本申请的一方面,提供了一种天线装置。该天线装置可包括:第一辐射部,用于辐射和接收天线信号;馈电端,用于将所述第一辐射部耦接到信号源;第一接地端,用于将所述第一辐射部连接到地,其中,所述第一辐射部包括主天线分支和与该主天线分支连接的左手单元,所述主天线分支和所述左手单元构成左右手复合结构(CRLH)。左手单元使得根据本公开的天线装置的带宽仅取决于其电抗参数,从而突破了CHU-limit中定义的天线带宽对天线尺寸的限制。

在一种优选的实施形式中,所述天线装置还可包括:第二辐射部,所述第二辐射部与所述第一辐射部近场耦合,用于辐射和接收所述天线信号;第二接地端,用于将所述第二辐射部连接到地,其中,所述第二辐射部是左右手复合结构。第二辐射部的谐振点可以与第一辐射部的谐振点不同,从而提供能够适应于多频段工作的天线装置。在通过调整电抗参数使得第二辐射部的谐振点与第一辐射部的谐振点靠近的情况下,还可以使得其各自的谐振带融合,从而得到总体上拓宽的带宽。

在一种优选的实施形式中,所述天线装置还可包括具有第一面和第二面的介质板,其中,所述第一面与所述第二面对置,其中,所述第一辐射部布置在所述介质板的第一面上,所述第二辐射部布置在所述第二面上的与所述第一辐射部对应的位置处。

左右手复合结构中的电磁波相位传播常数可以为正、零或负,根据布洛赫定理得出的色散关系可知,在相位传播常数为零或负时谐振波长趋于无穷大,此时天线尺寸不再受谐振频率限制。因此本公开中的左右手复合结构可以不再受传统的、例如微带天线贴片长度需为传输波长一半的限制,而是可以制作得非常小。

在一个优选的实施形式中,第一辐射部的左右手复合结构可以是尺寸小于天线装置的工作波长的弯折线天线,所述弯折线天线产生左手电感。具体而言,将弯折线天线连接在PIFA天线的结构内部,等效为将左手电感并入右手传输线电路。与几何长度相同的直线天线相比,弯折线天线的有效电长度显然更长,这补偿了天线尺寸减小引起的辐射电阻减小和进而辐射效率降低。与其它诸如采用高介质基板和加载技术的小型化技术相比,弯折线天线避免了采用高介质基板带来的带宽变窄和载入诸如短路钉、缝隙、电阻等外部元件的加载技术带来的额外非辐射损耗。弯折线天线的相邻水平支节中电流相反,因此对外表现为无辐射。通过调节弯折线天线的线宽、弯折节长度、弯折节个数能够影响其等效电感电路的参数,从而能够影响其所接入的PIFA天线的谐振频率。

第二辐射部中的左手结构也可以是弯折线天线,其中,第二辐射部的弯折线天线与第一辐射部中的弯折线天线对准,并且与后者共同形成双弯折线天线。双弯折线结构能够进一步提高天线带宽。另外,通过调节每个弯折线天线本身的支节数、尺寸等,每个弯折线天线可以具有自己的工作频率,从而满足多频段的通信要求。

在又一优选实施形式中,第二辐射部可以包括缺陷地面谐振环,所述缺陷地面谐振环包括刻蚀在接地板中的至少一个开口谐振环,所述至少一个开口谐振环彼此嵌套,其中,每个开口谐振环的环本体产生左手电感并且开口产生左手电容,其中,所述第二辐射部还包括布置在所述缺陷地面谐振环上的带有间隙的导带,所述缺陷地面谐振环与所述导带电容性耦合。开口谐振环的环数在1个以上,也即,开口谐振环可以为单环,互补的双层环或三层环等。优选采用双开口谐振环,其中单个开口的电荷累积会产生电偶极矩,其会消弱谐振所需的磁偶极矩,因此采用另一开口相反的开口谐振环以抵消前一开口的电偶极矩。

再又一优选实施方式中,第二辐射部可以包括微带天线,所述微带天线上被加载了左手电感和左手电容,其中,所述左手电感由所述微带天线的天线终端的短路支节线产生,并且所述左手电容由交指电容产生。

在一个优选实施方式中,第一辐射部构成零阶谐振器或者一阶谐振器。如果在等效电路图中由并联的右手电容、左手电感和损耗电阻构成的零阶谐振器中再并入右手电感,则第一辐射部从零阶谐振器转变为一阶谐振器。其中,传统的右手传输线一般等效为串联电感和并联电容的电路,然而在微分化的一小段传输线模型中,电感的串并联可以等效转换,因此在一阶谐振器中可以得到并联的右手电感。第二辐射部构成一阶谐振器。第一辐射部与第二辐射部的谐振中心频率不同,由此可以获得多谐振点以用于更多波段,并且具有拓宽带宽的可能性。例如,通过调节第一辐射部和第二辐射部的电抗参数,使得第一辐射部和第二辐射部的中心频率靠近从而产生融合的、相比于第一辐射部的带宽或第二辐射部的带宽更大的带宽。

增益取决于效率,因此,为了获得更大的辐射效率和辐射增益,可以将多个第一辐射部串联连接和/或多个第二第二辐射部串联连接。每个第一辐射部或第二辐射部具有各自的谐振中心频率,以使得天线装置具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。在一个优选的实施例中,所述天线装置包括多个第一辐射部,所述多个第一辐射部之间电耦合,每个第一辐射部具有各自的谐振中心频率,以使得所述天线装置具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。在另一优选实施例中,所述天线装置包括多个第二辐射部,所述多个第二辐射部电耦合,每个第二辐射部具有各自的谐振中心频率,以使得所述天线装置具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。

在一种优选的实施形式中,所述第一辐射部可以具有第一电抗参数和第一中心频率,所述第二辐射部可以具有第二电抗参数和第二中心频率,所述第一电抗参数和所述第二电抗参数被调节为使得所述第一中心频率和第二中心频率靠近而产生融合,以加宽所述天线装置的天线带宽。

在一种优选的实施形式中,所述主天线分支可以是PIFA天线的分支。

本公开还涉及一种电子设备,可以包括:信号源,其产生射频信号;根据本公开的天线装置,所述天线装置与信号源电耦接,用于将信号源的射频信号辐射出去,所述天线装置还接收天线信号;接地板,其连接到所述天线装置中的接地端。

根据本公开的天线装置通过左右手复合结构突破了CHU-Limit所定义的天线尺寸对带宽的限制,从而能够在减小天线尺寸的条件下增大带宽。通过设置谐振点不同的第一辐射部和第二辐射部,根据本公开的天线装置具有多个谐振点,从而能够适应于多频段工作。通过将多个第一辐射部和/或多个第二辐射部串联连接提高了辐射效率,从而提高了天线装置的增益。

附图说明

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。其中:

图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置的示意图;

图2示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置的辐射面正视图;

图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置的示意图;

图4示意性地示出了根据本公开的一个实施例的第一辐射部的弯折线天线;

图5示意性地示出了根据本公开的一个实施例的左右手复合结构的PIFA天线区段的零阶谐振器等效电路;

图6示意性地示出了根据本公开的一个实施例的左右手复合结构的PIFA天线区段的一阶谐振器等效电路;

图7示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置的辐射面背视图;

图8示意性地示出了根据本公开的一个实施例的第二辐射部的互补开口谐振环结构;

图9示意性地示出了根据本公开的一个实施例的介质板背面的左右手复合结构的等效电路图。

图10a示意性地示出了根据本公开的一个实施例的电子设备,其包括根据本公开的天线装置。

图10b示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置。

为了纵览性,为相同或相当的元件贯穿所有附图地标以相同的附图标记。附图仅为示意性的,其中的元件无需合乎比例。

具体实施方式

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。

图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置100的示意图。天线装置100包括:第一辐射部110,用于辐射和接收天线信号,馈电端120,用于将所述第一辐射部耦接到信号源,第一接地端130,用于将所述第一辐射部110连接到地,其中,所述第一辐射部110包括:主天线分支140和与该主天线分支连接的左手单元150,所述主天线分支140和所述左手单元150构成左右手复合结构。左手单元150包括左手材料(LHM)。左手材料包括负介电常数材料和负折射率材料、即介电常数和磁导率均为负的材料,左手材料的谐振频率仅取决于其电抗参数,突破了根据CHU极限得知的品质因数和从而带宽对天线尺寸限制。第一辐射部110可以包括PIFA天线、单极子天线、微带天线、环形天线等任何本领域技术人员认为合理的天线。第一辐射部110可以设置在天线装置100的一侧上。

图2示意性地示出了根据本公开的一个实施例的天线装置100的辐射面正视图。根据本公开的天线装置100制作在PCB板上。其中金属制成的接地板160印制在PCB板上。天线装置100包括用于辐射和接收天线信号的第一辐射部110。该第一辐射部由PIFA天线141和连接PIFA天线141的分支之间的弯折线天线151。该弯折线天线151构成左手结构,并且与PIFA天线141共同构成左右手复合结构。金属制成的倒F型的PIFA天线141通过非金属托架与PCB板接触,并且通过接地端130连接接地板160,其中接地端130也称作短路脚。弯折线天线151以金属贴片的形式连接在PIFA天线141的分支之间。PIFA天线141的辐射性能很大程度上依赖于由其距PCB板的高度和其独自占据的空间为其边缘提供的开放性。而该金属贴片形式的弯折线天线141不损害其以上两个参数,因此对导体的损害很小,改善了由于物理尺寸而导致的辐射效率和增益的降低。天线装置100还包括馈电端120,用于将所述第一辐射部耦接到未示出的信号源。

图3示意性地示出了示出了根据本公开的一个实施例的天线装置100的示意图。天线装置100具有介质板101,介质板101具有第一面和第二面,其中,所述第一面与所述第二面对置,其中,如图1所示那样的第一辐射部110布置在所述介质板的第一面上,关于第一辐射部110在此不再赘述,请参见图1的图示和相关描述。在所述第二面上还将第二辐射部170布置在与所述第一辐射部110对应的位置处。第二辐射部170与所述第一辐射部110近场耦合,用于辐射和接收天线信号。天线装置100还包括第二接地端131,用于将所述第二辐射部170连接到地。第二辐射部170是左右手复合结构。

根据本公开的一种实施形式,第一辐射部110构成零阶谐振器或者一阶谐振器,第二辐射部170构成零阶谐振器或者一阶谐振器,其中,第一辐射部110与第二辐射部170的谐振中心频率不同。

根据本公开的一种实施形式,第一辐射部110具有第一电抗参数和第一中心频率,第二辐射部170具有第二电抗参数和第二中心频率,所述第一电抗参数和所述第二电抗参数被调节为使得所述第一中心频率和第二中心频率靠近而产生融合,以加宽所述天线装置的天线带宽。

图4示意性地示出了根据本公开的第一辐射部的弯折线天线151。弯折线天线151的是尺寸小于天线装置的工作波长,并且弯折线天线151构成第一辐射部110的左手单元,因为所述弯折线天线151产生左手电感,其中,弯折线天线151连接在主天线分支之间。图4左边是弯折线天线151的原理图,右边是其所等效的直线天线的原理图。可以看出,弯折线天线151的有效电长度远大于右边直线天线,从而在保持尺寸不变的条件下提高辐射阻抗,提供了省去带来高损耗的匹配电路的可能性。在提高辐射阻抗和避免损耗的条件下提高了辐射效率和增益。弯折线天线的尺寸远小于工作波长,例如为工作波长的1/10,于是能够被制作成负折射率的左手材料,在此其为天线装置提供左手电感。在该弯折线天线中传输的电场具有零相移,即处处幅度相等且相位相同。该零移相性使得弯折线天线151与PIFA天线141构成的左右手复合结构一方面使得所传输的电磁波长距离保真,另一方面仿真证明使得该PIFA天线141具有类似于单极子天线的全向辐射特性。由于左手结构的完美透镜效应,其聚集电磁波,进一步提高了辐射效率。

第二辐射部170中的左手结构也可以是弯折线天线151,其中,第二辐射部170的弯折线天线151与第一辐射部110中的弯折线天线151对齐,并且与后者共同形成双弯折线天线。在平衡模式中,双弯折线天线等效出的两条直线天线中电流方向相反,则在平衡模式中总辐射阻抗提高,避免了由于天线阻抗小而必须使用匹配电路进而又造成可观的损耗的弊端。在非平衡模式中,双弯折线天线等效出的两条直线天线中电流方向相同。并且利用平衡与非平衡模式之间的相互左右可以抵消电抗分量,进一步提高天线带宽。另外,通过上面所述的调节每个弯折线天线本身的支节数、尺寸等,每个弯折线天线可以具有自己的工作频率。不同弯折线间的相互作用又形成第三个工作频率。因此双弯折线天线可以适用于诸如WiFi、GSM、WLAN等多频段的通信要求。

在其它优选实施形式中可以采用弯折线天线151的多种变型,包括折叠式弯折线天线、立体式弯折线天线、渐变式弯折线天线或者行波弯折线天线等。折叠弯折线天线指的是将两个传统弯折线天线末端对接,从而其欧姆电阻变为原来的2倍,辐射电阻变为约原来的4倍。由于辐射电阻增长量大于欧姆电阻增长量通过式(1)可以得知辐射效率得以提高。

<mrow> <mi>&eta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>I</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,η是辐射效率,Rr是辐射电阻,RI是欧姆电阻。立体式弯折线天线可以充分利用空间,即用将一条传统折弯线天线沿辐射边折弯四次围成环形。由此在天线性质没有很大变化的条件下减小了天线尺寸。渐变式弯折线天线和行波弯折线天线分别具有多谐振点和辐射方向随频率而变的特性。

在本公开的一个实施形式中,第二辐射部170包括微带天线,所述微带天线上被加载了左手电感和左手电容,其中,所述左手电感由所述微带天线的天线终端的短路支节线产生,并且所述左手电容由交指电容产生。

图5示意性地示出了为左右手复合结构的第一辐射部110的零阶谐振器等效电路。其中采用ENG(Epsilon Negative Transmission Line负介电常数传输线)集总参数模型。在示出的实施例中,第一辐射部110的左手结构的仅介电常数为负,形成所谓的ENG(Epsilon Negative Transmission Line负介电常数传输线),其为左右手复合结构的简化形式。在此情况下左手结构的并入相当于在传输线等效电路中以并联方式加载左手电感。

右手电容CR和损耗电阻是由PIFA天线141本身产生的,与它们并联的左手电感LL是由连接在PIFA天线141结构内部的弯折线天线151产生的。

该等效电路图的导纳为:

Y=j(ωCR-1/ωLL) (2)

谐振频率为:

<mrow> <mi>&omega;</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

对于两端开路ENG传输线的零阶谐振器,其无负载的品质因数Q值为

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mi>G</mi> </mrow> <mrow> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>G</mi> </mfrac> <msqrt> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mi>B</mi> <mi>W</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>G</mi> <msqrt> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

可见,零阶谐振器的谐振频率仅与并联电感LL和并联电容CR有关,通过调节其中一个或者两者就可以调整谐振点。另外,带宽也可以通过增大并联电感LL或者缩小并联电容CR而扩大。这突破了Chu-limit通过式(6)定义的天线尺寸对品质因数,从而对带宽的限制。公式中的N表示等效电路图代表的是天线的一个微元。

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>/</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>8</mn> <msup> <mi>&pi;</mi> <mn>3</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>/</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中r代表天线尺寸。因此,该左右手复合结构PIFA天线能够在保持甚至缩小尺寸的条件小拓宽带宽。λ表示天线信号的波长。

为了获得更大的辐射效率和辐射增益,可以将多个第一辐射部串联连接。每个第一辐射部或第二辐射部具有各自的谐振中心频率,以使得天线装置具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。例如,所述天线装置包括多个第一辐射部,所述多个第一辐射部之间电耦合,每个第一辐射部具有各自的谐振中心频率,以使得所述天线装置具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。

需要说明的是,左右手复合结构中的电磁波相位传播常数可以为正、零或负,根据布洛赫定理得出的色散关系可知,在相位传播常数为零或负时谐振波长趋于无穷大,此时天线尺寸不再受谐振频率限制。目前,对于以天线的性能优越性要求主要涉及到以下三方面,也即:辐射增益、工作带宽和小型化程度。如上所述,根据本公开的天线装置100的工作带宽通过调整谐振中心频率而拓宽。由于天线尺寸不再受谐振频率限制,本公开中的左右手复合结构又可以不再受传统的、例如微带天线贴片长度需为传输波长一半的限制,而是可以制作得非常小。根据式(7)可知增益取决于效率:

G=η×D (7),

其中G为增益,η为效率,D为方向性。

因此,为了获得更大的辐射效率和辐射增益,可以将多个第一辐射部串联连接。

图6示意性地示出了根据本公开的左右手复合结构的第一辐射部110的一阶谐振器等效电路。如果在如图5所示那样的等效电路图中由并联的右手电容、左手电感和损耗电阻构成的零阶谐振器中再并入右手电感,则第一辐射部从零阶谐振器转变为一阶谐振器。其中,传统的右手传输线一般等效为串联电感和并联电容的电路,然而在微分化的一小段传输线模型中,电感的串并联可以等效转换,因此在一阶谐振器中可以得到并联的右手电感,以便于推导。

该等效电路图的等效并联电感LS为:

LS=1/(1/LL+1/LR) (8)

谐振频率为:

<mrow> <mi>&omega;</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>S</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>R</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

依据谐振理论,当储存的电能等于储存的磁能时一阶谐振模式发生,其无载Q值为

<mrow> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <mi>&omega;</mi> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> <mi>G</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>G</mi> </mfrac> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>R</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>R</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mi>B</mi> <mi>W</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>G</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>R</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>R</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>R</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

同样可以看出,在该一阶谐振器中,带宽仍然只与电抗参数有关。该特性与上面的零阶谐振器一样是由于左右手复合结构的传播常数在为零或为负时谐振波长趋于无限长,也是因此而突破了Chu-limit的。经测试,根据本公开的天线装置100在能够等效为一阶谐振器的情况下相比于传统右手天线在低频部分相对带宽增加22%,高频部分相对带宽增加5%。

图7示意性地示出了根据本公开的天线装置100的辐射面背视图。该背视图示出了作为天线装置100的组成部分的第二辐射部170。所述第二辐射部170包括构成右手结构的传统传输线和构成左手结构的缺陷地面谐振环180,所述缺陷地面谐振环180包括刻蚀在接地板中的至少一个开口谐振环,所述至少一个开口谐振环彼此嵌套,其中,每个开口谐振环的环本体产生左手电感并且开口产生左手电容,其中,所述第二辐射部还包括布置在所述缺陷地面谐振环上的带有间隙的导带,所述缺陷地面谐振环与所述导带电容性耦合。可以看到,在传输线结构内部布置有多对互补开口谐振环181。其为通过在金属地板上刻蚀出的,因此称作缺陷地面谐振环。这些互补开口谐振环181形成了左手电感,与传统传输线一起构成了左右手复合结构辐射部。只有正面的辐射部与馈电点连接,该背面的辐射部与正面的由PIFA天线141和弯折线电感构成的辐射部发生近场电耦合,从而也传输电磁波。这样的结构也省去了诸如短路通孔、短路钉的电连接装置,进一步减小了损耗。

图8示意性地示出了根据本公开的第二辐射部170的互补开口谐振环181结构。就单环而言,环体构成了左手电感,开口构成了左手电容,而单开口会形成对谐振所需的磁偶极矩产生不利影响的电偶极矩。因此又在外面制作了开口方向相反的环,从而抵消内部开口的电偶极矩。单环或三环也是可行的。还可以看到,互补开口谐振环7上方布置有导带,导带与互补开口谐振环形成电容性耦合。

根据本公开的一个实施形式,天线装置100包括多个第一辐射部110,所述多个第一辐射部110之间电耦合,每个第一辐射部110具有各自的谐振中心频率,以使得所述天线装置100具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。

根据本公开的一个实施形式,天线装置100包括多个第二辐射部170,所述多个第二辐射部170电耦合,每个第二辐射部170具有各自的谐振中心频率,以使得天线装置100具有适应不同工作频率的多个谐振中心频率。从而天线装置100上能够实行多频段工作并且能够通过调节第一辐射部110和/或第二辐射部170的电抗参数而使得多个谐振频率靠近,从而该多个谐振频率的谐振带融合,总体上形成更大的带宽。

图9示意性地示出了根据本公开的一个实施例的介质板101背面的左右手复合结构的等效电路图。其中串联的右手电感LR和并联的右手电容CR由传统的右手传输线、即导带本身产生,串联的左手电容CL和并联的左手电感LL由互补开口谐振环181产生。该结构也符合带宽仅由电抗参数决定的特性。

介质板101正面的、即辐射面正面的PIFA天线141和弯折线天线151构成的左右手辐射部的中心谐振频率可以与介质板101背面的、即辐射面背面的由传统传输线和和缺陷地面谐振环构成的左右手辐射部的中心谐振频率不同,例如分别工作于WiFi常用的2.4G和5G,实现了双频段PIFA天线。通过调节这两个左右手辐射部的电抗参数,也可以使其中心谐振频率相互靠近和使得其各自的-4dB频带有效融合成为一个比各自的频带都宽的超宽频带。

上面以等效电路图图示的左右手辐射部都只代表一个天线区段,为了增大辐射阻抗进而提高辐射效率和增益,以及为了实现更多谐振点的PIFA天线,当然可以使用例如多辐射部阵列。

通过仿真计算得出,本公开的天线装置的低频部分相对带宽相比于常规PIFA天线增加22%,高频部分增加5%。

图10a示意性地示出了根据本公开的电子设备200,其包括根据本公开的天线装置100。该电子设备200包括:信号源210,其产生信号,该信号例如为射频信号;根据本公开的天线装置100,天线装置100与信号源210电耦接,用于将信号源的信号辐射出去,天线装置100还接收天线信号;接地板160,其连接到天线装置100中的接地端130。第一辐射部110可以包括PIFA天线、单极子天线、微带天线、环形天线等任何本领域技术人员认为合理的天线。第一辐射部110可以设置在天线装置100的一侧上。如图10b所示,天线装置100示例性地包括安装在PCB板上的PIFA天线141,其位于电子设备的顶端,天线装置100右下角的两条接线柱分别为接地的接地端130和接电信号的馈电端130。接地端130和馈电端120也可以布置在PIFA天线与PCB板之间的其它位置,例如左上角、右上角等。采用根据本公开的天线装置100的电子设备200的谐振点增多,以适应于适用于诸如WiFi、GSM、WLAN等多频段的通信要求。根据需要,也可以通过设置天线装置100的谐振点相对于彼此的位置而使其融合从而获得更大的带宽,以减少通讯信号的失真,并且使得通讯信号更强。该电子设备200可以是例如为手机、掌上电脑、可穿戴通讯设备等的移动通讯设备。

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,上述描述的电子设备200中的天线装置100的具体实现,可以参考前述天线装置100的实施例中的图示来实现,在此不再赘述。此外,可以灵活选择上述天线装置100的具体实施方式,而不影响对本公开的目的的实现。

以上所述,仅为本公开的具体实施方式,但本公开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公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

附图标记列表

100 天线装置

110 第一辐射部

120 馈电端

130 第一接地端

140 主天线分支

150 左手单元

141 PIFA天线

151 弯折线天线

160 接地板

170 第二辐射部

131 第二接地端

101 介质板

CR 右手电容

损耗电阻

LL 左手电感

180 缺陷地面谐振环

181 互补开口谐振环

200 电子设备

210 信号源

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1