一种终端天线系统和电子设备的制作方法

1.本技术实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种终端天线系统和电子设备。


背景技术：

2.在多个天线同时工作的场景下，可能会出现天线之间的相互影响。该天线之间的相互影响可以通过天线之间的隔离度标识。对于任意两个天线，隔离度越高，则天线之间的影响越小。对应的，隔离度越低，则天线之间的影响越大。
3.天线之间的隔离度与天线之间的距离密切相关。在其他条件不变时，天线之间的距离越大，隔离度就越好。然而随着通信技术的发展，电子设备中的天线分布越来越密集，造成天线之间的隔离度越来越差。
4.因此，如何在不增大天线之间距离的前提下改善天线之间的隔离度，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种终端天线系统和电子设备，能够在不增大终端天线之间距离的前提下改善终端天线之间的隔离度，提高终端天线的效率。
6.为了达到上述目的，本技术实施例采用如下技术方案：第一方面，提供了一种终端天线系统，包括：第一天线，第二天线以及解耦元件。第一天线的开放端与第二天线的开放端相对设置，开放端是天线辐射体上远离接地端的一端。解耦元件的一端与第一天线的开放端连接，解耦元件的另一端与第二天线的开放端连接。解耦元件包括至少一个不闭合的环状结构。在终端天线系统工作时，解耦元件在第一磁场的激励下产生感应电流，第一磁场为第一天线的工作电流或第二天线的工作电流产生的磁场。基于感应电流，解耦元件与第一天线的开放端和第二天线的开放端之间形成带阻电路，带阻电路的带阻频段覆盖第一天线的工作频段以及第二天线的工作频段，第一天线的工作频段和第二天线的工作频段有至少部分重合。
7.基于该方案，第一天线工作时，工作电流所产生的第一磁场的磁感线环绕第一天线的辐射体。第一天线的工作电流变化时，解耦元件会在第一磁场的激励下产生感应电流，也就是说，第一磁场在解耦元件所围成的环状结构中的磁通量不为零。第二天线同理。根据楞次定律，该感应电流产生的磁场方向为阻碍第一磁场变化的方向，因此该解耦元件在交变电流的电路中可以等效为电感。而第一天线的开放端和第二天线的开放端相对，可以等效为电容。解耦元件和第一天线的开放端以及第二天线的开放端并联，形成带阻电路。通过调节解耦元件的电感值可以使该带阻电路的带阻频段覆盖第一天线的工作频段以及第二天线的工作频段。如此，第一天线工作时，工作电流无法由第一天线的辐射体通过解耦元件耦合至第二天线。第二天线工作时，工作电流也无法由第二天线的辐射体通过解耦元件耦合至第一天线。从而改善了第一天线和第二天线之间的隔离度。
8.在一种可能的设计中，至少一个不闭合的环状结构包括：一个不闭合的环状结构，
或者，呈螺旋状延伸的环状结构。基于该方案，解耦元件为一个不闭合的环状结构时，由于第一天线和第二天线的工作电流为交变电流，解耦元件仍可以在第一磁场的激励下产生感应电流，从而等效为电感，改善第一天线和第二天线之间的隔离度。解耦元件为呈螺旋状延伸的环状结构时，根据电磁感应原理，其他条件相同时，环状结构的层数越多，产生的感应电流越大。通过增加环状结构的层数，可以减小环状结构所占的面积，从而减小终端天线系统的体积。
9.在一种可能的设计中，第一天线的接地端和第一天线的开放端分别位于第一天线的两端。第一天线的馈电点设置于第一天线的开放端与第一天线的接地端之间。第二天线的接地端和第二天线的开放端分别位于第二天线的两端。第二天线的馈电点设置于第二天线的开放端与第二天线的接地端之间。基于该方案，第一天线可以在第一天线的馈电点处接收馈电，一部分电流通过第一天线的接地端回地，另一部分电流流向第一天线的开放端，从而使第一天线进入工作状态。第二天线可以在第二天线的馈电点处接收馈电，一部分电流通过第二天线的接地端回地，另一部分电流流向第二天线的开放端，从而使第二天线进入工作状态。
10.在一种可能的设计中，解耦元件为至少一匝线圈。基于该方案，可以减小解耦元件的内阻，从而提高终端天线系统中各天线的效率，也可以降低终端天线系统的成本。
11.在一种可能的设计中，线圈所在平面与第一磁场在线圈所在平面的方向垂直。基于该方案，可以使第一磁场穿过线圈的磁通量最大，从而提高线圈产生感应电流的效率。因而可以相应减小线圈的体积，从而减小线圈的内阻，提高终端天线系统中各终端天线的效率。
12.在一种可能的设计中，第一天线和第二天线均为条形，且尺寸相同。第一天线和第二天线位于同一直线上。线圈位于直线的一侧，且与直线位于同一平面。基于该方案，可以使第一磁场穿过线圈的磁通量最大，从而提高线圈产生感应电流的效率，因而可以相应减小线圈的体积，从而减小线圈的内阻，提高终端天线系统中各终端天线的效率。另外，第一天线和第二天线均为条形，且尺寸相同，即第一天线和第二天线工作在同一频段，带阻电路的带阻频段只需覆盖第一天线或第二天线的工作频段即可。条形天线占用较小，有利于实现终端天线系统的小型化。
13.在一种可能的设计中，线圈所围成的形状为多边形或圆形。基于该方案，可以根据需要适应性调整线圈的形状，以减小终端天线系统在电子设备中所占用的空间。
14.在一种可能的设计中，第一天线和/或第二天线为以下任意一种：柔性电路板天线，印制电路板天线，微带圆盘天线。基于该方案，可以提高终端天线系统的适用场景。
15.在一种可能的设计中，第一天线的开放端与第二天线的开放端之间的距离小于或等于6mm。基于该方案，在手机中，第一天线的开放端与第二天线的开放端之间的距离小于或等于6mm时，一般可以认为两天线之间的隔离度较差，可以采用本技术实施例提供的终端天线系统改善第一天线和第二天线之间的隔离度。
16.第二方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括如第一方面任一项的终端天线系统。
17.应当理解的是，上述第二方面提供的技术方案，其技术特征均可对应到第一方面及其可能的设计中提供的终端天线系统，因此能够达到的有益效果类似，此处不再赘述。
附图说明
18.图1为一种天线系统的示意图；图2为又一种天线系统的示意图；图3为又一种天线系统的示意图；图4为本技术实施例提供的一种终端天线系统的示意图；图5为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间没有连接线圈时的隔离度示意图；图6为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间连接线圈时的隔离度示意图；图7为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间没有连接线圈时的电流示意图；图8为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间连接线圈时的电流示意图；图9为本技术实施例提供的一种天线隔离度的示意图；图10为本技术实施例提供的一种辐射效率示意图；图11为本技术实施例提供的一种系统效率示意图；图12为本技术实施例提供的一种线圈的示意图；图13为本技术实施例提供的一种线圈位置示意图；图14为本技术实施例提供的一种线圈形状的示意图。
具体实施方式
19.本技术实施例中的“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。此外，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
20.为了便于理解本技术实施例，以下首先对本技术的应用背景予以介绍。
21.电子设备的通信能力不仅与该电子设备中的天线数量有关，还会受到该电子设备中天线布局的影响。若电子设备中的天线分布过于密集，会导致天线之间的隔离度较差，也即天线发射或接收信号时受到其它天线的干扰较严重，从而导致电子设备的通信能力下降。
22.示例性地，请参考图1，为一种天线系统的示意图。如图1所示，该天线系统包括天线1和天线2。天线1和天线2均为长条形。
23.天线1的一端为接地端1。在本技术中，远离接地端的一端可称为开放端。比如，天线1上远离接地端1的一端可以称为开放端1。天线1的馈电点1位于天线1的接地端1和开放端1之间。天线2的一端为接地端2，另一端为开放端2，天线2的馈电点2位于接地端2和开放端2之间。开放端1与开放端2相对，形成等效电容1。
24.公式（1）示出了容抗xc的计算公式：
公式（1）。
25.根据公式（1）可知，在通过电容的电流频率f不变时，该电容的电容值c越大，容抗xc就越小。公式（2）示出了平行板电容器的电容计算公式：公式（2）。
26.根据公式（2）可知，在极板间介质的介电常数ε以及极板相对的面积s不变时，两极板之间的距离d越小，该电容的电容值c就越大。
27.结合上述公式（1）和公式（2）可以确定，图1中开放端1和开放端2之间的距离越小，等效电容1的容抗就越小，其中一个天线工作时对另一个天线的干扰就越强。也就是说，开放端1和开放端2之间的距离越小，天线1和天线2之间的隔离度就越差。
28.请参考图2，为又一种天线系统的示意图。如图2所示，在天线1的工作频段和天线2的工作频段不存在重合部分时，可以在天线1中加载滤波电路1，在天线2中加载滤波电路2。其中，滤波电路1能够滤去处于天线2工作频段中的信号，滤波电路2能够滤去处于天线1工作频段的信号。如此，可以降低天线1工作时的电流对天线2的影响，也可以降低天线2工作时的电流对天线1的影响，从而使天线1和天线2之间的隔离度得到改善。
29.请参考图3，为又一种天线系统的示意图。在天线1的工作频段和天线2的工作频段存在部分重合的频段a时，可以在开放端1和开放端2之间加载电感1。电感1与等效电容1形成带阻电路1。通过调节电感1的电感值，可以使带阻电路1的带阻频段覆盖频段a。如此，可以降低天线1工作在频段a时对天线2的干扰，也可以降低天线2工作在频段a时对天线1的干扰，从而使天线1和天线2之间的隔离度得到改善。
30.然而在实际使用中，由于滤波电路和电感均具有较大的内阻，在天线中设置滤波电路或在天线之间设置电感会造成较大的电流损耗，影响天线的效率。
31.因此，如何在不增大天线之间距离以及保证天线效率的前提下改善天线之间的隔离度，成为亟待解决的问题。
32.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种终端天线系统，能够在不增大终端天线之间距离的前提下，改善各终端天线之间的隔离度，并提高终端天线的效率。
33.需要说明的是，本技术实施例中的终端天线可以为fpc（flexible printed circuit，柔性电路板）天线，pcb（printed circuit board，印制电路板）天线，mda（metalframe diecasting for anodicoxidation，阳极氧化的压铸成型工艺）等，本技术实施例提供的终端天线可以应用于手机，路由，cpe（customer premise equipment，客户终端设备）等电子设备中。
34.请参考图4，为本技术实施例提供的一种终端天线系统的示意图。如图4所示，该终端天线系统包括：第一天线401，第二天线402以及至少一匝线圈403。第一天线401的一端为第一接地端411，另一端为第一开放端421。第一天线401的第一馈电点431设置于第一接地端411与第一开放端421之间。第二天线402的一端为第二接地端412，另一端为第二开放端422。第二天线402的第二馈电点432设置于第二接地端412与第二开放端422之间。第一开放端421与第二开放端422相对，形成等效电容。线圈403的一端与第一开放端421连接，线圈
403的另一端与第二开放端422连接。线圈403用于在第一磁场的激励下产生感应电流，第一磁场为第一天线401或第二天线402工作时的电流产生的磁场。线圈403与等效电容形成带阻电路，带阻电路的带阻频段覆盖第一天线401的工作频段和第二天线402的工作频段。
35.其中，至少一匝线圈也可以称作解耦元件。解耦元件包括至少一个不闭合的环状结构。本技术对解耦元件的位置不做具体限定，只要能够在第一磁场的激励下产生感应电流，且与等效电容形成的带阻电路能够覆盖第一天线的工作频段以及第二电路的工作频段即可。需要说明的是，本技术实施例中线圈与图3所示的电感1的工作原理完全不同。
36.在第一天线和第二天线之间串联如图3所示的电感，且第一天线或第二天线工作时，该电感中也会产生感应电流。但是，该电感中的感应电流是基于自感原理产生的。也就是说，是该电感自身的电流变化引发周围磁场变化，磁场变化激励该电感产生的感应电流。
37.而本技术实施例提供的终端天线系统中，在第一天线或第二天线工作时，线圈中的感应电流是基于互感原理产生的。也就是说，第一天线或第二天线中的电流变化引发周围磁场变化，磁场变化导致穿过线圈的磁通量变化，从而使线圈中产生感应电流。
38.本技术实施例提供的终端天线系统能够改善第一天线和第二天线之间的隔离度。
39.根据楞次定律，线圈在第一磁场的激励下产生的感应电流，该感应电流产生的磁通量必然会阻碍第一磁场的变化，因此本技术实施例中的线圈可以等效为分布式电感。其中，分布式电感是指由于导线布线和元器件的分布而存在的电感。该线圈与等效电容可以形成带阻电路。
40.这里对线圈与等效电容形成的带阻电路进行说明。
41.根据lc并联电路的特性，lc并联电路谐振时对于交变电流相当于开路。令等效电容的电容值为c，线圈的电感值为l，公式（3）示出了等效电容和线圈的谐振频率计算公式：公式（3）。
42.可以理解的是，在交变电流工作于上述谐振频率附近时，lc并联电路也可以视作开路。示例性地，可以将（2/3f,4/3f）作为上述线圈和等效电容形成的带阻电路的带阻频段。
43.本技术实施例中，可以通过调节线圈的形状，长度等改变线圈的电感值，使线圈与等效电容形成的带阻电路的带阻频段覆盖第一天线的工作频段和第二天线的工作频段。如此第一天线工作时的电流不会影响到第二天线，第二天线工作时的电流也不会影响到第一天线。因此本技术实施例提供的终端天线系统能够改善第一天线和第二天线之间的隔离度。
44.仿真结果也可以佐证上述结论。为了便于说明，下述仿真中，第一天线和第二天线形状均呈条形，尺寸相同，且工作在同一频段。第一接地点至第一馈电点为6mm，第一馈电点至第一开放端为8mm。第一开放端至第二开放端为2mm。第二接地点至第二馈电点为6mm，第二馈电点至第二开放端为8mm。电感的电感值为18nh。线圈匝数为1，呈矩形。线圈长为10mm，宽为7mm。第一天线和第二天线位于同一直线。线圈位于该直线的一侧，且与该直线位于同一平面中。
45.请参考图5，为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间没有连接线圈时
的隔离度（s21）示意图。如图5所示，曲线1为第一天线和第二天线之间没有连接线圈时，第一天线的回波损耗（s11）曲线，曲线2为第一天线和第二天线之间没有连接线圈时，第一天线和第二天线之间的隔离度曲线。由曲线1可以看出，第一天线的谐振点频率在3.059ghz左右，由曲线2可以看出，在第一天线的谐振点附近，第一天线和第二天线之间的隔离度为-3.0841db左右。
46.请参考图6，为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间连接线圈时的隔离度（s21）示意图。如图6所示，曲线1为第一天线和第二天线之间连接线圈时，第一天线的回波损耗（s11）曲线，曲线2为第一天线和第二天线之间连接线圈时，第一天线和第二天线之间的隔离度曲线。结合曲线1和曲线2可以看出，在第一天线的谐振频率点附近，第一天线和第二天线之间的隔离度为-40db左右，远大于图5中第一天线和第二天线之间的隔离度。
47.请参阅图7，为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间没有连接线圈时的电流示意图。图7中，天线的辐射体上灰度较大的区域表示该区域电流较大，灰度较小的区域表示该区域电流较小。如图7所示，在第一天线和第二天线间没有连接线圈，且第一天线工作时，第一天线的工作电流会耦合至第二天线，对第二天线产生较大影响。可以看出，此种情况第一天线和第二天线的隔离度较差。
48.请参阅图8，为本技术实施例提供的一种第一天线和第二天线间连接线圈时的电流示意图。图8中，天线的辐射体上灰度较大的区域表示该区域电流较大，灰度较小的区域表示该区域电流较小。对比图7所示的电流分布可以看出，第一天线工作时，图8中的电流明显集中在第一天线的辐射体上，第二天线基本未受到第一天线的工作电流的影响。也就是说，本技术实施例提供终端天线系统能够明显改善第一天线和第二天线之间的隔离度。
49.结合上述说明以及图5-图8的仿真结果可以确定，本技术实施例提供的终端天线系统能够改善第一天线和第二天线之间的隔离度。
50.本技术实施例提供的终端天线系统具有较好的解隔离度效果。分布式电感中有工作电流流过时，其电感值会随着工作电流频率的增大而减小。在本技术实施例中，第一天线或第二天线中的电流频率增大时，线圈和等效电容的谐振频率也会增大，线圈和等效电容形成的带阻电路的带阻频段也会整体增大。而图3所示的普通电感，电感值不会随着工作电流频率的变化而变化。因此，本技术实施例提供的终端天线系统，线圈和等效电容形成的带阻电路的带阻频段更宽，解隔离度效果更好。
51.仿真结果也可以佐证上述结论。请参考图9，为本技术实施例提供的一种天线隔离度的示意图。如图9所示，曲线1为第一天线和第二天线之间连接18nh电感时的隔离度（s21）示意图，曲线2为第一天线和第二天线之间连接线圈时的隔离度（s21）示意图。可以看出，曲线1的凹坑所覆盖的频段宽度较窄，曲线2的凹坑所覆盖的频段宽度较宽。也就是说，与两天线之间串联电感的方案相比，本技术实施例中线圈和等效电容形成的带阻电路的带阻频段更宽。
52.结合上述说明以及图9的仿真结果可以确定，本技术实施例提供的终端天线系统具有较好的解隔离度效果。
53.本技术实施例提供的终端天线系统能够提高终端天线的辐射效率和系统效率。
54.首先，本技术实施例中的线圈所等效的电感为分布式电感。在使用相同材料以及电感值相同的情况下，与图3所示的普通电感相比，分布式电感的内阻要小于普通电感的电
阻。因此，本技术实施例提供的终端天线系统，可以减小终端天线的电流损耗，从而提高终端天线的辐射效率和系统效率。
55.其次，本技术实施例中线圈还可以增大第一天线和第二天线的辐射体长度，从而提高终端天线的辐射效率和系统效率。
56.仿真结果也可以佐证上述结论。请参考图10，为本技术实施例提供的一种辐射效率示意图。其中，曲线1为第一天线和第二天线之间串联18nh的电感时第一天线的辐射效率，曲线2为本技术实施例提供的终端系统中第一天线的的辐射效率。如图10所示，在第一终端天线的谐振频率点附近，曲线2均高于曲线1。也就是说，相比于两天线之间串联电感的方案，本技术实施例提供的终端天线系统的辐射效率更高。
57.请参考图11，为本技术实施例提供的一种系统效率示意图。其中，曲线1为第一天线和第二天线之间串联19nh的电感时第一天线的系统效率，曲线2为本技术实施例提供的终端系统中第一天线的的系统效率。如图11所示，在第一终端天线的谐振频率点附近，曲线2均高于曲线1。也就是说，相比于两天线之间串联电感的方案，本技术实施例提供的终端天线系统的系统效率更高。
58.结合上述说明以及图10-图11的仿真结果可以确定，本技术实施例提供的终端天线系统能够提高终端天线的辐射效率和系统效率。
59.根据以上图4-11及相关说明可以确定，本技术实施例提供的终端天线系统，能够在不增大终端天线之间距离的前提下，改善各终端天线之间的隔离度，并提高终端天线的效率。
60.需要补充说明的是，上述仿真所采用的第一天线和第二天线设置于手机等电子设备中时，在开放端1和开放端2之间的距离小于6mm时，可以认为天线1和天线2之间的隔离度较差。
61.以下介绍一些本技术实施例提供的终端天线系统的变形。可以理解的是，以下变形仅为示例性说明，并不代表本技术局限于此。
62.上述图4中，示出的线圈匝数为一匝。本技术实施例中的线圈匝数也可以为多匝。
63.请参考图12，为本技术实施例提供的一种线圈的示意图。如图12所示，该线圈1201的匝数为3匝。根据电磁感应原理，线圈的匝数增多时，要产生相同的感应电流，线圈的面积需要减小。因此，本技术实施例提供的终端天线系统中，可以通过增大线圈的匝数减小线圈的面积，满足终端天线系统的小型化需求。
64.在本技术实施例中，线圈所在的位置满足能够第一磁场的激励下产生感应电流。其中，第一磁场的方向为环绕第一天线的方向。示例性地，线圈的位置可以如上述图4所示。第一天线和第二天线位于同一直线，线圈位于该直线的一侧，且与该直线位于同一平面中。如此，线圈所在的平面垂直于第一磁场的方向，线圈产生感应电流的效率最高，可以保证线圈电感值的同时减小线圈的长度，从而减小线圈的内阻，提高终端天线系统中终端天线的辐射效率和系统效率。
65.线圈的位置也可以为其它位置，只要能够第一磁场的激励下产生感应电流即可。为便于了理解，图13示出了一种无法由第一磁场的激励产生感应电流的线圈位置。如图13所示，当线圈1301关于第一天线和第二天线所在的直线对称时，第一磁场穿过线圈的磁感线全部抵消，线圈所围的区域内不会有磁通量变化，因而也不会在第一磁场的激励下产生
感应电流。
66.在本技术实施例中，线圈可以呈矩形，圆形，椭圆形，三角形，多边形等多种形状，只要能够第一磁场的激励下产生感应电流即可。为便于了理解，图14示出了一种无法在第一磁场的激励下产生感应电流的线圈形状，即蛇形走线。如图14所示，在线圈1401为蛇形走线时，线圈中各段导体在第一磁场的激励下产生的感应电流全部抵消。因此，该形状的线圈不会在第一磁场的激励下产生感应电流。
67.本技术实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括以上实施例任一项所说明的终端天线系统。
68.尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包括这些改动和变型。