一种移动装置以及用于该移动装置的耦合天线的制作方法

本发明涉及天线
技术领域：
，尤其涉及一种移动装置以及用于该移动装置的耦合天线。
背景技术：
：在过去的几年中，无线设备(如手机)正在朝着轻薄化以及支持更多全球应用的通信频带的方向发展。对于3G/4GWAN(WideAreaNetwork，广域网的简称)的天线而言，需要新的技术来实现天线的小型化以及支持多频带。现有的天线虽然能够支持多频带，但可能面临天线的体积较大，不适用于需要小型天线的超薄手机。例如，就支持多频带而言，普遍使用的天线是PIFA(平面倒F天线)和FICA(折叠倒放式共形天线)，然而，理论上来说这两种天线都需要在天线下方设置PCB(PrintedCircuitBoard，印制电路板的简称)以作为接地参考点，如图1所示，从而增大了手机的厚度，不利于实现超薄设计。再例如，单极天线或IFA(倒F天线)可以不需要在天线下方增设PWB作为接地参考点的情况下工作，并成为超薄设计的主流技术。但是，单极天线或IFA通常包括两个支臂，其中一个支臂用于工作在低频段的700-960MHz(约100毫米长)，另一个支臂用于工作在高频段的1710-2170MHz(约40毫米长)，这可能会占用手机的很大空间，也不利于实现超薄设计。因此，现有技术中的天线无法在体积小的前提下，还能支持多频带，无法满足如今手机轻薄化的设计需求。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种移动装置以及用于该移动装置的耦合天线，以解决现有技术中支持多频带的天线无法实现小型化，不能满足轻薄设计需求的技术问题。为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种用于移动装置的耦合天线，安装在移动装置中印刷电路板的端部，包括：主体，呈板状，沿所述印刷电路板的端部设置；馈送部，为设置在所述主体中间的分支结构，经向下弯折后沿所述印刷电路板的下表面延伸，用于通过天线匹配电路连接接地端；以及两个传导部，为分别设置在所述主体两端的分支结构，经向下弯折后沿所述主体的下表面延伸。在本发明的一个实施例中，所述传导部的延伸末端与所述馈送部之间存在间隙。在本发明的另一个实施例中，所述馈送部与所述两个传导部均为条状。在本发明的另一个实施例中，所述传导部的条状结构经一次弯折或多次弯折。在本发明的另一个实施例中，所述传导部的长度为目标频率所对应的波长的1/4。在本发明的另一个实施例中，所述主体、所述馈送部及其延伸部位以及所述两个传导部及其延伸部位形成近似T型结构。在本发明的另一个实施例中，所述天线匹配电路用于对所述耦合天线进行匹配，使其能够在至少两个频带下工作。在本发明的另一个实施例中，所述天线匹配电路包括至少一个匹配电路，且每一匹配电路对应至少两个频带；或者所述天线匹配电路包括至少两个匹配电路，每一匹配电路对应至少一个频带。在本发明的另一个实施例中，所述天线匹配电路包括两个匹配电路；所述馈送部的输出端通过第一开关连接至所述天线匹配电路；所述接地端经过一个固定阻抗后，与所述天线匹配电路通过第二开关连接至所述天线匹配电路；其中所述第一开关和所述第二开关均具有一个固定端和至少一个触点，且所述第一开关和所述第二开关的固定端分别连接所述馈送部和所述固定阻抗，所述触点与所述匹配电路相对应。在本发明的另一个实施例中，所述两个匹配电路包括用于低频带匹配的 第一匹配电路和用于高频带匹配的第二匹配电路；所述第一开关和所述第二开关均为单刀双掷开关，具有一个固定端和两个触点，当所述第一开关、所述第二开关均接通所述两个触点中的第一触点时，所述第一匹配电路接通，当所述第一开关、所述第二开关均接通所述两个触点中的第二触点时，所述第二匹配电路接通。在本发明的另一个实施例中，所述第一匹配电路包括：第一部分，由第一电感和第一可调电容并联形成，所述第一电感和所述第一可调电容的第一端连接第一节点，所述第一电感和所述第一可调电容的第二端连接所述接地端，且所述第一节点为所述第二开关的第一触点；第二部分，由第二电感和第一电容串联形成，所述第二电感的第一端连接所述第一节点，所述第二电感的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接第二节点，所述第二节点为所述第一开关的第一触点；以及第三部分，与所述第一部分分别作为所述第二部分的两个旁路形成π型结构，包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第二节点，所述第二电容的第二端连接所述接地端。在本发明的另一个实施例中，所述第二匹配电路包括：第四部分，由第三电感、第三电容和第四电容形成T型结构，所述第三电感的第一端连接第三节点，所述第三电感的第二端连接所述第三电容的第一端与所述第四电容的第一端，所述第三电容的第一端连接所述接地端，所述第四电容的第二端连接第四节点，所述第三节点为所述第一开关的第二触点，所述第四节点为所述第二开关的第二触点；以及第五部分，包括第二可调电容，所述第二可调电容的第一端连接所述第三节点，所述第二可调电容的第二端连接所述接地端。另一方面，本发明还提供了一种移动装置，包括印刷电路板和以上所述的耦合天线，且所述耦合天线安装在所述印刷电路板的端部。本发明的有益效果在于，将天线设置在印刷电路板的端部，并将天线的传导部以及馈送部向下弯折，可以减小天线的体积，提供天线匹配电路提供馈送，通过调整阻抗匹配实现低频带和高频带的调整，达到小型天线覆盖多 频带的目的。附图说明图1为现有技术中天线下方设置PCB板的结构示意图。图2为本发明实施例一中提供的耦合天线与印刷电路板的结构关系示意图。图3为本发明实施例二中回波损耗S11随天线频率的变化示意图。图4为本发明实施例二中对应图3中0-3GHz的史密斯圆图。图5为本发明实施例二中提供的具有两个匹配电路的天线匹配电路原理图。图6为本发明实施例二中CLT＝3pF时没有增加第一匹配电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图7为本发明实施例二中CLT＝3pF时增加一个固定电感LL2和一个可调谐电容CLT的并联电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图8为本发明实施例二中CLT＝3pF时增加一个电容CL2和电感LL1的串联电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图9为本发明实施例二中CLT＝3pF时增加旁路电容CL1时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图10为本发明实施例二中CLT＝1pF时没有增加第一匹配电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图11为本发明实施例二中CLT＝1pF时增加一个固定电感LL2和一个可调谐电容CLT的并联电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图12为本发明实施例二中CLT＝1pF时增加一个电容CL2和电感LL1的串联电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图13为本发明实施例二中CLT＝1pF时增加旁路电容CL1时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图14为本发明实施例二中CLT＝3pF时没有增加第二匹配电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图15为本发明实施例二中CLT＝3pF时增加由LH1，CH2和CH3组成的“T”型匹配电路时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图16为本发明实施例二中CLT＝3pF时增加一个并联调谐电容CHT时的电路以及对应的史密斯圆图示意图。图17为本发明实施例二中第一匹配电路接入时天线S11的模拟图。图18为本发明实施例二中第二匹配电路接入时天线S11的模拟图。具体实施方式体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。实施例一鉴于现有技术中的能支持多频带的天线体积较大，本实施例提供了一种用于移动装置的耦合天线，安装在移动装置中印刷电路板的端部，该耦合天线与印刷电路板的结构关系如图1所示，该耦合天线包括：主体10，呈板状，沿印刷电路板01的端部设置；馈送部20，为设置在主体10中间的分支结构，经向下弯折后沿印刷电路板01的下表面延伸，用于通过天线匹配电路(图中未示出)连接接地端；以及两个传导部31和32，为分别设置在主体10两端的分支结构，经向下弯折后沿主体10的下表面延伸。通过将耦合天线设置在印刷电路板的端部，馈送部以及传导部均是向下弯折沿着印刷电路板的下表面延伸，形成一种结构紧凑的天线，可以减小天线的体积，通过天线匹配电路向其提供馈送，通过调整阻抗匹配实现调整低频带和高频带的调整，达到小型天线覆盖多频带的目的。需要说明的是，上述的馈送部弯折后沿印刷电路板下表面延伸，以及传导部沿着主体的下表面延伸时，分别与印刷电路板以及传导部保持一定的距离。参见图1的整体视图，主体在印刷电路板PCB的端部，主体的大体形状为板状，而馈送部和传导部均是向下弯折至PCB板的下表面。参见图中的标示，耦合天线是在印刷电路板的端部，通过沿印刷电路板的长轴的馈送部提供激励。该耦合天线中还包括接地间隙，天线所占的体积为45×4.5×2立方 毫米，天线以及PCB板的整个结构的尺寸是114.5×65×3立方毫米。天线的横截面为并不是非常规则的矩形，而是梯形结构，下边沿长1.5mm，上边沿长4.5mm，上边沿与下边沿相距2mm。该横截面可以是垂直于主体表面的，还可以具有一定倾斜夹角的。参见图1，主体、馈送部及其延伸部位以及两个传导部及其延伸部位形成近似T型结构，之所以称之为近似T型结构，是因为传导部的延伸末端与馈送部之间存在间隙，传导部虽然向中间的馈送部延伸，但是必须与其之间保持一定的间隙。馈送部与两个传导部均为条状，参见图2，传导部距离馈送部的距离为23mm，同时传导部的长度为15mm，因此可知传导部与馈送部之间的间隙大约为8mm，当然在其他实施例中间隙的大小可能会发生或大或小的变化，需要根据具体要求进行设计。还需要说明的是，传导部的条状结构经一次弯折或多次弯折，参见图1和图2中的传导部均为弯折一次，也就是弯折后沿着PCB板沿伸，但是在其他实施例中，传导部还可以经过多次弯折，以便能进一步减小天线的尺寸，也能同样达到天线的性能。其中，传导部的长度取决于目标频率，优选的，传导部的长度为目标频率所对应的波长的1/4。具有近似T型结构的天线经由T型结构中间的窄分支(也就是馈送部)进行馈送，为了减少天线体积，T型结构的两个支臂(也就是两个传导部)弯曲向下传导电流。T型结构中另外两个分开的弯曲窄分支设置在左侧和右侧，对于2GHz的高频带而言，两个传导部的长度近似为1/4λ，其中λ为目标频带的中心频率在2GHz所对应的波长。通过本实施例提供的耦合天线，可以在PCB板的端部设置一个紧凑型的耦合天线，由于频率越高，相应的所需要的天线的尺寸很小，本实施例的天线结构可以在该小型天线的基础上再结合匹配电路使天线工作在低频段，这样就可以在减小天线尺寸的基础上使其能够支持高频段和低频段多个频段。实施例二本实施例也提供了一种耦合天线，除了包括上述实施例一中的结构之外，为实现阻抗匹配，本实施例中对天线的匹配电路做详细介绍。模拟回波损耗S11随天线频率的变化示意图如图3所示，相应的0-3GHz的 史密斯圆图如图4所示。参见图3第一个谐振点在1GHz，另一个谐振点在2GHz。利用中间的馈送部进行馈送的天线在所需频率范围具有适中的阻抗特性。在图4中，实线表示在自由空间中的天线阻抗，而虚线表示S11≦-6dB(用于移动装置时可接受的天线性能)时所期望的匹配区域，所需的频率范围(0.69～0.961GHz，1.71～2.71GHz)如图4的史密斯圆图所示。这种设计的目的是将所需的频率范围(0.69～0.961GHz，1.71～2.71GHz)匹配到S11≦-6dB的虚线区域，同时保持高效率。两个频段的阻抗实部几乎在同一个归一化阻抗圆上Z＝0.06。阻抗频率分布简单清晰，即低频段具有负电抗，而高频段具有正电抗，这就为使用高级有源匹配电路来调整低频带和高频带的阻抗到虚线区域提供了可能。本实施例中的天线匹配电路用于对耦合天线进行匹配，使其能够在至少两个频带下工作。天线匹配电路包括至少一个匹配电路，且每一匹配电路对应至少两个频带；或者天线匹配电路包括至少两个匹配电路，每一匹配电路对应至少一个频带。优选的，本实施例中的天线匹配电路包括两个匹配电路，且每一匹配电路对应至少一个频带。每个匹配电路可以对应一个频带，也可以通过调整匹配电路中可调电容的值使其能够对应不同的两个甚至多个频带。馈送部的输出端通过第一开关连接至天线匹配电路，接地端经过一个固定阻抗ZA后，与天线匹配电路通过第二开关连接至天线匹配电路；其中第一开关和第二开关均具有一个固定端和至少一个触点，且第一开关和第二开关的固定端分别连接馈送部和固定阻抗，触点与匹配电路相对应。本实施例中，优选的提供了具有两个匹配电路的单反馈天线设计作为前端接口，通过在天线的馈电一侧将低频带匹配电路与高频带匹配电路分离实现，至少一个匹配电路包括用于低频带匹配的第一匹配电路和用于高频带匹配的第二匹配电路；第一开关和第二开关均为单刀双掷开关，具有一个固定端和两个触点，当第一开关、第二开关均接通两个触点中的第一触点时，第一匹配电路接通，当第一开关、第二开关均接通两个触点中的第二触点时，第二匹配电路接通。其中第一匹配电路包括：第一部分，由第一电感和第一可调电容并联形成，第一电感和第一可调电容的第一端连接第一节点，第一电感和第一可调电容的第二端连接接地端， 且第一节点为第二开关的第一触点；第二部分，由第二电感和第一电容串联形成，第二电感的第一端连接第一节点，第二电感的第二端连接第一电容的第一端，第一电容的第二端连接第二节点，第二节点为第一开关的第一触点；以及第三部分，与第一部分分别作为第二部分的两个旁路形成π型结构，包括第二电容，第二电容的第一端连接第二节点，第二电容的第二端连接接地端。其中第二匹配电路包括：第四部分，由第三电感、第三电容和第四电容形成T型结构，第三电感的第一端连接第三节点，第三电感的第二端连接第三电容的第一端与第四电容的第一端，第三电容的第一端连接接地端，第四电容的第二端连接第四节点，第三节点为第一开关的第二触点，第四节点为第二开关的第二触点；以及第五部分，包括第二可调电容，第二可调电容的第一端连接第三节点，第二可调电容的第二端连接接地端。对于本实施例优选的具有两个匹配电路的天线匹配电路原理图如图5所示，参见图5，由两部分组成：第一匹配电路和第二匹配电路。第一匹配电路能够覆盖相对低的频带(0.7-0.96GHz)，以及高频带(1.7-2.1GHz)，第二匹配电路能够覆盖相对较高的频带(2.1-2.7GHz)。调谐是基于两个单刀双掷开关和两个数字可调谐电容(DTC，DigitalTunableCapacitor的简称)实现的，DTC是基于PE64904百富勤半导体实现的。DTC(CLT和CHT)在工作频率范围的品质因数Q≈10到30。为保证将DTC损耗降至足够低，DTC用于一个并联结构。当两个开关连接到第一触点“1”，则匹配电路工作在较低频带(覆盖0.69～0.96GHz，1.71～2.1GHz)。而当两个开关连接到第二触点“2”，匹配电路工作在更高的频带(覆盖2.1～2.7GHz)所用到的元件值如表1所示。CLT(pF)CL1(pF)CL2(pF)LL1(nH)LL2(nH)1-51124CHT(pF)CH1(pF)CH2(pF)LH1(nH)1-5221表1公式(1)可调谐的匹配电路可以通过可调电容或电感来实现，鉴于在市场无法获得可调电感，在实际使用中可调电感可以由固定电感和一个可调谐电容的并联组合而获得。与此相反，固定的电感和固定电容串联组合可形成一个可调谐电容。在一个固定的电感和电容(并联LC电路)的并联组合的情况下，其等效电感或电容可描述如下公式(2)和公式(3)。因此，通过定义合适的LC值，并联LC电路在低频下可等效为电感，在高频下可等效为电容。定义频率为低或高可根据LC自谐振公式(1)来判断。当可调谐电容使用不同的值时，该电路的作用也会有跟着变化，这些变化有助于调节低频或高频的带宽，下面是随着频率变化并联LC电路的等效阻抗。公式(2)公式(3)对于一个固定感值的电感和一个固定容值的电容的串联组合的情况，其等效电感或电容可描述如下公式(4)和公式(5)因此，该串联LC电路在高频下可等效为电感，在低频下可等效为电容，因此它对低频段和高频段表现为不同的阻抗，以便在调整高频段和低频段时做出权衡，下面公式(4)和(5)是随着频率变化串联LC电路的等效阻抗。公式(4)公式(5)在第一匹配电路中，第一部分是一个固定电感LL2和一个可调谐电容CLT (电容调节范围从1pF到5pF)的并联结构。在相对较低的频率，根据公式(2)，等效电感可能大于电感L，根据公式(2)相比更高的频带，低频带对并联结构更为敏感。不同的匹配电路在史密斯圆图中产生不同的曲线。例如，图6-9给出了史密斯圆图的变化(CLT＝3pF时)的细节。当可调谐电容CLT的电容为3pF时，可以得到频率范围0.78～0.80GHz，因此，在图6-9中，在史密斯圆图上的黑色实线对应于频率范围从0.78GHZ至0.8GHZ。在图6中，当没有增加第一匹配电路时，阻抗曲线在预期范围之外。在图7中，当增加一个固定电感LL2和一个可调谐电容CLT的并联电路时，由于并联电路等效为电感，低频段沿导纳圆逆时针移动。在图8中，当增加一个电容CL2和电感LL1的串联电路时，由于串联电路等效为电容，低频带沿阻抗圆逆时针移动。曲线延伸并邻近期望匹配区域(S11≦-6dB)。在图9中，当增加旁路电容CL1时，曲线优化，并完全在所需的匹配区域(S11≦-6dB)内。图6表明当调谐电容CLT＝3pF时如何使低频带阻抗匹配。当CLT使用从的5pF到1pF的其他值，除了随着相似带宽向下移动至更低的频率外其他工作类似。对于LTE700/850/900频段应用的带宽，一起调整CLT从5pF的1pF将会涵盖0.69-0.96GHz。另外，在第一匹配电路中，还可以得到1.7-2.04GHz的谐振。举个例子，图10-13给出了史密斯圆图的变化(CLT＝1pF)的细节。当可调谐电容CLT的电容被设置为1pF时，可以得到的频率范围为1.93～2.05GHz，因此，在图10-13中，在史密斯圆图上的黑色实线对应于频率范围从1.93GHz至2.05GHz。在图10中，当没有匹配电路增加时，工作频段的阻抗曲线很短并在预期范围之外。在图11中，由于固定电感LL2和一个可调谐电容CLT组成的并联电路的等效并联电容很小，所需波段沿导纳圆顺时针方向移动一点点。在图12中，当增加一个电容CL2和电感LL1的串联电路时，所期望的2G频率小于LC自谐振频率，因此等效阻抗等价一电容的串联，低频段沿阻抗圆顺时针移动。曲线延伸并邻近期望匹配区域(S11≦-6dB)。在图13中，当增加旁路电容CL1时，曲线被优化，并完全在所需的匹配区域(S11≦-6dB)内。在第二匹配电路中，第一部分是LH1，CH1和CH2组成的“T”型的匹配电路。然后，可调谐电容CHT有助于细化匹配到所需的区域。举个例子，图14-16示出了史密斯圆图上的变化的细节(CHT＝3pF)。当可调谐电容CHT的电容被 设定为3pF时，可以得到的频率范围为2.20～2.38GHZ，所以在图14-16中，在史密斯圆图上的黑色实线对应于从2.20GHZ至2.38GHZ的频率范围。在图14中，当没有第二匹配电路增加时，工作频段的阻抗曲线很短并在预期范围之外。在图15中，在由LH1，CH2和CH3组成的“T”型匹配电路作用下，所需波段沿导纳圆逆时针移动一点点。在图16中，当增加一个并联调谐电容CHT时，曲线优化并完全在所需的匹配区域(S11≦-6dB)内。图17示出了当两个开关连接第一匹配电路时的模拟S11。由于调谐范围是均匀分布的，第一匹配电路的可调谐电容CHT的调谐机制可以很好的奏效，覆盖的频带在0.69-0.96GHz和1.7-2.04GHz。图18给出了当两个开关连接第二匹配电路时的模拟S11。由于调谐范围是均匀分布的，第二匹配电路的可调谐电容CHT的调谐机制可以有效进行调整，覆盖的频带在2.1-2.7GHz。需要说明的是，在可调谐匹配电路的调整下，本实施例中的耦合天线可以连续地调谐到在所有的LTE-A的频率范围内的任何频率。还需要说明的是，不同的天线可能有不同的阻抗特性，因此匹配电路应发生相应的变化。电容或电感的数目可以是不同的，并且拓扑可能不同。可调元件的数量可以是不同的，并且位置可以是不同的。所引入的匹配电路也可以在并联或串联有可调电容器。综上所述，本发明提供了一种具有上述匹配电路的耦合天线，能够减小天线体积，而且通过调整天线匹配电路，可以设计出能够覆盖整个LTE-A的八波段(0.69-0.96GHz，1.71-2.69GHz)的天线，实现小型天线支持多频带的目的。实施例三本实施例提供了一种移动装置，包括印刷电路板和上述实施例一和二中的耦合天线，且耦合天线安装在移动装置中印刷电路板的端部。同样可以实现上述耦合天线的有益效果，此处不再赘述。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下所作的变动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3