一种天线及移动终端的制作方法

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端。

背景技术：

随着无线通信技术的不断发展和无线通信业务的增加，无线通信技术在人们生活中的角色也越来越重要。天线作为无线通信系统前端收发信号的部件，其信号的强度可直接影响数据传输速率。

目前的终端天线可以根据天线在终端上所处的位置分为外置天线和内置天线两大类。其中，基于内置天线可以安装在移动终端内部、不易损坏，以及，可以在移动终端内安装多个天线单元、方便组阵的优点，相关技术中通常将终端天线设计为内置天线。图1为一种移动终端中内置天线系统的基本结构示意图。如图1所示，该天线系统包括一个天线辐射体10、与天线辐射体10连接的射频电路20、以及与射频电路20连接的信号源30，其中，天线辐射体10可以集成在印刷电路板或终端外壳上，射频电路20中包括双工器、功率放大器等元器件。在无线通信信号发送过程中，天线辐射体10将来自射频电路20的射频信号转换为向空间辐射的电磁波。图2为图1中的天线辐射体10的辐射方向示意图。如图2所示，天线辐射体10所形成的天线波瓣11也称全向天线波瓣，即在每个方向均具有辐射。

然而，随着移动终端越来越向小型化、轻薄化以及金属化方向的发展，造成了天线周围环境恶化、天线信号被屏蔽吸收等问题，并且上述全向天线波瓣形式本身存在辐射性能弱问题,所以导致在某些应用环境中天线辐射性能达不到预设要求，影响终端的数据传输速率。

技术实现要素：

本发明提供一种天线及移动终端，以弥补全向天线在弱信号覆盖环境下增益不足，影响终端传输速率的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种天线，该天线包括具有相同的谐振频段和极化方式的至少两个天线单元，以及设置在相邻所述天线单元之间的绝缘连接单元，其中：

所述连接单元的一端与其连接的天线单元的端部固定连接、另一端与其连接的天线单元活动套接；

利用所述活动套接，使所述至少两个天线单元能伸展形成相互之间具有一定间距的阵列天线、或收缩形成相互堆叠并电导通的单级天线。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种移动终端，该移动终端包括本发明实施例第一方面所提供的天线，还包括与所述天线连接的射频电路。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种天线及移动终端，在该天线包括具有相同的谐振频段和极化方式的至少两个天线单元，以及设置在相邻所述天线单元之间的绝缘连接单元，并且连接单元的一端与其连接的天线单元的端部固定连接、另一端与其连接的天线单元活动套接。利用上述结构设计，在天线处于伸展状态下，由于该天线具有多个天线单元并且连接单元为绝缘材质，所以该天线会形成阵列天线，具有方向性的最大极化形式，可实现弱信号覆盖下天线最大极化方向的较全向天线更高的天线增益。进一步的，在天线收缩情况下，多个天线单元收缩并电导通，形成一个小型化的天线辐射体，此时天线呈全向单天线形式，具有全向的增益，可实现较强信号覆盖下的天线的全向收发。因此，本发明实施例提供的天线实现了定向和全向极化方式的兼容设计，满足用户根据使用信号覆盖环境对天线极化形式及性能的选择使用需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种移动终端中内置天线系统的基本结构示意图；

图2为图1中的天线辐射体的极化示意图；

图3为本发明实施例一提供的天线基本结构示意图；

图4为图3中的天线的极化示意图；

图5为图3中的天线的处于收缩状态的结构示意图；

图6为图5中的天线的极化示意图；

图7为本发明实施例二提供的天线基本结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的天线基本结构示意图；

图9为图8中的天线的处于收缩状态的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

针对随着移动终端的轻薄化的发展造成的天线设计环境恶化造成的信号较弱、终端产品的全金属化造成的天线信号被屏蔽吸收等带来的终端天线性能的衰减等影响因素，导致移动终端处于弱信号覆盖环境时(如电梯井、地下室等信号覆盖盲区、室内传输由于多径效应造成一些特定区域的信号传输率不高)，天线辐射性能达不到预设要求，影响终端的数据传输速率的问题。本发明实施例提供了天线以及移动终端，其主要设计原理是阵列天线与单天线的可重构化设计，使天线可以具有阵列天线在某方向的高增益，同时利用单天线全向性补充阵列天线在其他方向的增益不足。

图3为本发明实施例一提供的天线基本结构示意图。如图3所示，该天线主要包括四个天线单元(111、112、113、114)、三个绝缘的连接单元(211、212、213)、信号传输线(311、312、313、314)、相位调整电路500和信号源400。

其中，上述四个天线单元的具有相同的谐振频段和极化方式，并且上述天线单元和连接单元均为中空筒形结构，具体可以为圆筒形、椭圆筒形、多边筒形等，另外，也不限于全部为中空筒形结构，例如第四天线单元114还可以设计为实心的结构。在连接方式上，各连接单元的一端与其连接的天线单元的端部固定连接、另一端与其连接的天线单元活动套接。以第一连接单元211为例，其一端与第一天线单元111的端部固定连接、另一端活动套设在第二天线单元112。其它天线单元与连接单元的连接方式也是如此，本发明实施例在此不再一一赘述。

进一步的，各天线单元之间通过第一信号传输线(311、312、313)串联连接，最靠近信号源400的第一天线单元111通过第二信号传输线314与信号源400连接，形成串联式4单元天线阵列，构成天线的本体结构。其中，上述信号传输线可以是同轴线缆、微带线等。为了第一信号传输线不影响天线收缩、拉伸活动，其被设置在连接单元的套筒中。

利用上述天线单元与连接单元的特殊连接方式，当天线在拉伸情况下(图3即为天线在拉伸状态的结构示意图)，相邻的天线单元之间以绝缘的连接单元为支撑结构，呈一字型排列，每天线单元都可以独立工作在所需谐振的工作频段，并且，上述天线单元均具有相同的谐振频段和极化方式。因此，当天线处于伸展状态时，可以形成具有多个天线单元的阵列天线形式。

根据阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各天线单元辐射场的总和的特点，通过对天线的输入信号相位的设置，可以提高天线在预设极化方向上的辐射强度，实现弱信号覆盖下天线水平方向的较全向天线更高的天线增益，提高天线的收发效果，从而提高数据传输速率。

图4为图3中的天线的极化示意图。如图4所示，该天线呈阵列天线式的极化形式，在垂直于天线阵列方向上，主波瓣41具有明确的极化方向，在该极化方向上具有较强的辐射强度，且副波瓣42的其天线增益均弱于全向天线。

所以，当本实施例提供的天线处于伸展状态时，所形成的阵列天线可以作为定向天线使用，主波瓣最大极化方向即阵列天线的方向。

进一步的，设计连接单元的外径与其固定连接的天线单元的外径相同，并且连接单元的内径与其动活动套接的天线单元的外径相同，这样，便可以实现天线自由的拉伸和收缩。为使天线在拉伸状态下，能够更好的保持其位置状态，还可以将连接单元的内径设计为稍小于与其动活动套接的天线单元的外径，即两者为过盈配合，这样，天线单元便不会在连接单元内随意活动；另外，连接单元的外径也可以稍小于与其固定连接的天线单元的外径。同时，还设计连接单元的轴向长度小于天线单元的轴向长度。

图5为图3中的天线的处于收缩状态的结构示意图。如图5所示，利用上述连接单元和天线单元的尺寸设计，便可以使天线处于收缩状态时，第二天线单元112和第二连接单元212缩回到第一天线单元111和第一连接单元211中，并且第二天线单元112的外壁与第一天线单元111的内壁相接触；同样的，第三天线单元113和第三连接单元213缩回到第二天线单元112和第二连接单元212中，第四天线单元114缩回到第三天线单元113和第三连接单元213中，并且第三天线单元113与第二天线单元112相接触，第四天线单元114与第三天线单元113相接触。

即该天线多个天线单元收缩并电导通，形成一个小型化天线辐射体，此时天线呈全向天线形式，兼具天线的小型化设计和全向的增益的特点，可以实现较强信号覆盖下的天线的全向收发。

图6为图5中的天线的极化示意图。如图6所示，该天线收缩后呈全向天线状态，其具有全向的极化形式，在全方向较阵列天线具有较平均的天线增益覆盖。

因此，利用上述结构设计，在天线处于伸展状态下，会形成阵列天线，具有方向性的最大极化形式，可实现弱信号覆盖下天线最大极化方向的较全向天线更高的天线增益。进一步的，在天线收缩情况下，多个天线单元收缩并电导通，形成一个小型化的天线辐射体，此时天线呈全向单天线形式，具有全向的增益，可实现较强信号覆盖下的天线的全向收发。因此，本发明实施例提供的天线实现了定向和全向极化方式的兼容设计，满足用户根据使用信号覆盖环境对天线极化形式及性能的选择使用需求。

为了保证阵列天线在极化方向的辐射强度最大化，设计各连接单元的径向长度、以及连接单元与天线单元的动活动套接处的限位部件，使上述天线单元间按照等间距排列。其中，优选的，上述天线单元中相邻天线单元的间距为二分之一波长，该波长为每个天线单元的谐振工作频率对应的波长。需要说明的是，上述相邻天线单元的间距也可以为其他尺寸值，只是相邻天线单元的间距为一个波长或二分之一波长，可保证天线的辐射强度最大化，天线的增益最佳。

进一步的，为了保证阵列天线最大极化方向增益最佳，需要保证每个天线单元收到辐射信号的相位角是一致的，因此，信号源400至每个天线单元的传输线之间的差值应该是一个波长的整数倍，即上述第一信号传输线(311、312、313)之间的差值必须是一个波长的整数倍，所述波长为每个天线单元的谐振工作频率对应的波长。

另外，本实施例将天线单元数量设计为4个，即为2的指数倍，也是考虑到天线单元的自阻抗和其他天线单元的互阻抗的影响，为保证阵列天线最大极化增益，提高证天线极化性能，另外，也可以设计为其它数量，如2个、8个等，当然还可以不按照2的指数倍设计，如3个、5个等。

为使上述天线在拉伸和收缩两个状态下始终在所需工作的频率自谐振。如图3和图5所示，该天线还包括阻抗调节单元500，其中，第一天线单元111通过第二信号传输线314与阻抗调节单元500中的L型匹配电路510的一端连接，L型匹配电路510的另一端通过匹配切换开关520控制选择与L型匹配电路并联的匹配器件530导通连接。L型匹配电路510、以及与匹配切换开关520连接的匹配器件530构成天线的相位调节电路还可以有其他形式，比如双L，π型或单个器件等都是常用的设计形式。其中，由匹配切换开关520控制切换的匹配器件530构成天线的阻抗匹配切换电路，起到改变天线虚部相位的目的从而改变信号的输入相位，进而利用该阻抗调节单元500配合天线本体在拉伸和收缩两个状态下始终在所需工作的频率自谐振。

为了自动控制匹配切换开关520与匹配器件530导通状态，本实施例中还在天线本体的末端设置有天线状态检测单元540，用于检测天线本体是处于收缩状态，还是处于拉伸状态。具体的，天线状态检测单元540可以设计为霍尔传感器、压力传感器等，并且，还可以设计在天线的其它位置。同时，上述匹配切换开关520的控制端与天线状态检测单元540的信号输出端连接，当天线本体处于不同的状态时，将会向匹配切换开关520发送不同的线状态信号。这样，匹配切换开关520便可以根据来自天线状态检测单元540的天线状态信号，选通对应的相位调节通路，进而实现了调谐阻抗的自动调节，使天线本体在拉伸和收缩两个状态下的谐振频点保持不变。

进一步的，为实现天线本体在拉伸状态时所组成的阵列天线最大极化方向可调节性，还可以在上述阻抗调节单元500的基础上进一步增设相位调节通路。具体的，根据天线的增益G＝K*cos[1/2(2πL*cosγ/λ+δ)]，其中，K是决定于天线电阻的常量，L是天线单元间间距，γ即与阵列铅垂方向的角度，λ是波长，δ是输入相位差。要保证G最大，输入相位差为0时，是水平方向γ＝90°即水平方向最强，改变输入相位差，最大增益γ也跟着改变，即最大增益的方向改变了，进而实现阵列天线最大极化方向的改变。

基于上述原理，本实施例中在上述阻抗调节单元500中增加相位切换开关和相位调节通路(图中未示出)，并且各相位调节通路对应的信号调节相位不同，相位切换开关的一端与L型匹配电路510、另一端与用于与所述至少两个相位调节通路中的任一相位调节通路连接。具体的，各相位调节通路可以采用不同长度微带线、锁相环、不同的相位匹配等设计方式；另外，在连接方式上，各相位调节通路可以设计为与匹配器件530并联的电路结构，还可以设计为串联在信号源400与相位切换开关之间。

利用上述设计，如果相位切换开关与其中一个相位调节通路连接，则各天线单元与该相位调节通路间的信号传输通路为导通状态；相反，如果相位切换开关与该相位调节通路断开，则各天线单元与该相位调节通路间的信号传输通路为断开状态。

信号源400获取的待发送信号经每个相位调节通路传输，继而实现该每个相位调节通路对应的相位调节。每个相位调节电路对应的相位不同，也就是说，同一信号经不同相位调节通路可实现不同的相位调节。例如，若阻抗调节单元500包括两个相位调节通路，则该两个相位调节通路对应的相位差可以根据预设的天线极化方向需覆盖的角度确定，如90°。

在信号发送过程中，信号源400可以与移动终端的射频处理单元连接，以获取待发送信号。各相位调节通路对该待发送信号进行相位调节后传输至与其连接的天线单元，继而通过各天线单元进行发送。在信号接收过程中，各天线单元还可将接收到的无线信号传输至与其连接的相位调节通路，由该相位调节通路对该无线信号间进行相位调节后通过信号源400传输至为射频处理单元。每个天线单元的待发送信号的相位以及每个天线单元所接收信号的相位可决定每个天线单元的极化方向，而该每个天线单元的待发送信号的相位可以是通过与该每个天线单元连接的相位调节通路调节，因此，每个相位调节通路可通过对信号的相位进行调节，实现对阵列天线的极化方向的调节。

为了实现上述天线单元收缩形成单天线时，能够实现性能和带宽的最大化，本发明实施例还增加了寄生接地分支，图7为本发明实施例二提供的天线基本结构示意图。如图7所示，该天线与实施例一种的天线相比，还包括接地寄生分支610和接地开关620.

其中，接地开关620的一端与接地寄生分支610连接、另一端与接地端连接。并且，当天线处于伸展状态时，接地开关320断开；当天线处于收缩状态时，接地开关620导通。

在天线收缩时导通，由于接地寄生分支610接地后的存在，根据电磁的共振，能够影响旁边天线的谐振频率的原理，利用接地寄生分支610可有三种功能设计：首先，由于天线处于伸展状态时，接地开关320是断开的，即天线伸展时寄生分支610是无效的，同时，由于天线收缩后通常情况下谐振频率会相对伸展时有所变化，这时我们用接地寄生分支610的接地设计可以将天线谐振频率改变回原有的伸展状态时的工作频率；其次，是性能最大化设计，具体的，设计接地的长度刚好和收收缩后的天线形成对称形式的偶极子dipole天线设计，相比于没有接地寄生，理论上信号强度会增加约3dB；最后，是扩展带宽设计，具体的是对接地寄生分支610的具体尺寸设计，可以帮助收缩后的天线在原有辐射水平上增加天线覆盖的带宽。当然，还可以通过对接地寄生分支610的位置和结构设计，使天线本体在收缩后得到其它的设计形式，例如，还可以是环形(Loop)天线、平面倒F(Planar Inverted-F Antenna，简称PIFA)天线、倒F(Inverted-F Antenna，简称IFA)天线等。

因此，利用上述通过针对天线收缩后接地寄生分支的切换导通，实现不同天线形式下相同天线性能的设计，进而实现同频天线内外置可重构和极化可重构的兼容设计。

图8为本发明实施例三提供的天线基本结构示意图。如图8所示，该天线也主要包括四个天线单元(121、122、123、124)和三个绝缘的连接单元(221、222、223)。

该天线与实施例一中天线的主要区别在于，连接单元的外径等于其固定连接的天线单元的外径，并且连接单元的外径与其动活动套接的天线单元的内径相同，这样，便可以实现天线自由的拉伸和收缩。为使天线在拉伸状态下，能够更好的保持其位置状态，还可以将连接单元的外径设计为稍大于与其动活动套接的天线单元的内径，即两者为过盈配合，这样，天线单元便不会在连接单元内随意活动；另外，连接单元的外径也可以稍小于与其固定连接的天线单元的外径。同时，还设计连接单元的轴向长度小于天线单元的轴向长度。

利用上述天线单元与连接单元的特殊连接方式，当天线在拉伸情况下(图8即为天线在拉伸状态的结构示意图)，相邻的天线单元之间以绝缘的连接单元为支撑结构，呈一字型排列，每天线单元都可以独立工作在所需谐振的工作频段，并且，上述天线单元均具有相同的谐振频段和极化方式。因此，当天线处于伸展状态时，可以形成具有多个天线单元的阵列天线形式。

进一步的，图9为图8中的天线的处于收缩状态的结构示意图。如图9所示，利用上述连接单元和天线单元的尺寸设计，便可以使天线处于收缩状态时，第二天线单元122和第一连接单元221完全或部分缩回到第一天线单元121中，并且第二天线单元122的外壁与第一天线单元121的内壁相接触；同样的，第三天线单元223和第二连接单元222完全或部分缩回到第二天线单元122中，第四天线单元124和第二连接单元223缩回到第三天线单元123中，并且第三天线单元123与第二天线单元122相接触，第四天线单元124与第三天线单元123相接触。

即上述天线单元电导通，形成一个小型化天线辐射体，此时天线呈全向天线形式，兼具天线的小型化设计和全向的增益的特点，可以实现较强信号覆盖下的天线的全向收发。

进一步的，本实施例中的各天线单元之间也是通过第一信号传输线串联连接，最靠近信号源天线单元121通过第二信号传输线与信号源连接，形成串联式4单元天线阵列，构成天线的本体结构。其中，上述信号传输线可以是同轴线缆、微带线等。为了第一信号传输线不影响天线收缩、拉伸活动，其被设置在连接单元的套筒中。

当然，除了上述天线单元呈首尾连接的串联连接形式，还也可以并联连接形式，具体的，将上述各天线单元均通过第三信号传输线与信号源连接。为了第三信号传输线不影响天线收缩、拉伸活动，还可以穿设在天线单元和连接单元的套筒中。

同时，为了保证并联连接方式的阵列天线最大极化方向增益最佳，同样也需要保证每个天线单元收到辐射信号的相位角是一致的，即每个天线单元对应的第三信号传输线的长度差值为一个波长的整数倍。

需要说明的是，各天线单元和连接单元处按照上述套接方式外，还可以是靠近信号源的天线单元套在远离信号源的天线单元中，即从靠近信号源到远离信号源，采用天线单元的直径依次增加的设计方式。另外，各天线单元和连接单元也不限于是封闭的筒形结构，还可以是非封闭式的筒形结构(如半筒形结构、四分之一筒形结构等)、即各种槽型结构。

基于上述天线设计，本发明还提供一种移动终端，该移动终端可以为手机、平板电脑或其它便携的设备等等。该移动终端可包括天线和射频处理单元。其中，天线与射频处理单元连接，天线可以为上述实施例任一所述的天线。

天线可用于将接收到的无线信号传输给射频处理单元，或者将射频处理单元的发射信号转换为电磁波，发送出去。射频处理单元，用于对天线接收到的无线信号进行选频、放大、下变频以及阻抗匹配调谐处理。

进一步的，为了减小上述天线伸展成阵列天线时，减小天线在终端中的占用空间，本实施还将天线设计为内置和外置兼容的形式。具体的，在该移动终端中设有与外界相连通的天线容置空间，其中：上述天线单元形成单级天线时，会收缩回该天线容置空间中；当天线单元形成阵列天线时，会伸展到所述天线容置空间外部。进而利用上述结构可以实现内置单天线和外置阵列天线的兼容设计，不仅满足了天线小型化和天线高增益形式的设计需求，用户还可以根据使用场景以及使用需求，对天线极化形式(定向、全向极化)及性能自行进行选择。其中，上述天线的伸展或收缩可以通过用户人工手动控制、还可以采用驱动装置进行控制。

另外，为保证上述天线的辐射强度，天线可位于移动终端中远离金属器件的区域，即非金属区域，从而降低金属器件对该天线的天线单元的所辐射信号的吸收。为保证移动终端内的处理芯片对天线极化方向的准确判断，该天线还需与该移动终端内的同频干扰源进行隔离，如对该同频干扰源进行屏蔽。为减小人体对该天线的天线单元的所辐射信号的吸收及干扰，即减小人体效应，该天线可位于移动终端中人手(人体)不易触摸到的地方。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。