天線的阻抗匹配電路及終端的製作方法
2023-05-30 03:00:21
本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種天線的阻抗匹配電路及終端。
背景技術：
在移動終端中，需要用天線來接收和發射信號，而在天線接收信號的過程中，天線與射頻電路之間的阻抗是否匹配會直接影響天線收發信號的性能。
在實現本發明的過程中，發明人發現存在如下問題：當前手機天線覆蓋頻段越來越廣，由於天線的高、低頻段特性阻抗差異較大，而傳統的天線匹配網絡由固定值的電感與固定值的電容組成，要麼在天線的高頻段使得天線與射頻電路之間匹配較好，要麼在天線的低頻段使得天線與射頻電路之間匹配較好，很難同時兼顧所有頻段。
而且，傳統的天線匹配網絡及要消除天線的電抗部分，又要使自身的電阻值與天線的電阻值之和接近射頻電路的電阻值，調試難度大、天線性能也不理想。
技術實現要素：
本發明實施方式的目的在於提供一種天線的阻抗匹配電路及終端，可以降低天線與射頻電路的匹配難度，有助於提升天線性能，且實現簡單。
為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種天線的阻抗匹配電路，包括：天線匹配網絡與電感耦合器；所述天線匹配網絡、所述電感耦合器依次串聯在射頻電路與所述天線之間；其中，所述天線的阻抗為R+jX，所述R為電阻值，所述X為電抗分量，j為虛部單位；所述天線匹配網絡的阻抗為-jX，其中，所述天線匹配網絡的電阻值為零，電抗分量等於所述X；所述電感耦合器的電阻值與所述天線的電阻值之和等於所述射頻電路的電阻值。
本發明的實施方式還提供了一種終端，包含：包括天線、射頻電路以及上述的天線的阻抗匹配電路。
本發明實施方式相對於現有技術而言，阻抗匹配電路不但包括天線匹配網絡，還包括電感耦合器。天線匹配網絡僅用於消除天線阻抗的電抗分量，而不用於匹配電阻部分。而電感耦合器，用來提高天線特性阻抗，匹配天線的電阻部分。這樣天線匹配網絡和電感耦合器，一個僅匹配電抗分量，一個僅匹配電阻，從而可以降低天線與射頻電路的匹配難度，有助於提升天線性能，且實現簡單。
另外，所述電感耦合器包括第一電感L1與第二電感L2；所述第一電感L1串聯在所述天線匹配網絡與所述天線之間；所述第二電感L2一端連接於所述第一電感L1與所述天線之間的節點，另一端接地。這樣電路簡單，易於實現。
另外，所述第一電感L1與所述第二電感L2之間相互耦合；所述第一電感L1與所述第二電感L2之間的互感係數其中，k為所述第一電感L1與所述第二電感L2之間耦合係數；所述電感耦合器的等效電路包括第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5與第六電感L6；所述第三電感L3一端連接於所述天線匹配網絡，另一端接地；所述第四電感L4一端連接於所述第三電感L3與所述天線匹配網絡之間的節點，另一端接地；所述第五電感L5一端接地，另一端連接於所述第六電感L6的一端，所述第六電感L6的另一端連接於所述天線；所述第四電感L4與所述第五電感L5之間相互耦合，且耦合電壓比為n:1，且所述第三電感L3為寄生並聯電感，且L3＝L1+L2+2M；所述第六電感L6為寄生串聯電感，且通過電感耦合器電路的等效變化，便於計算耦合電壓比，從而方便通過不同的電感值得到需要的耦合電壓比。
另外，在耦合變換前，所述等效電路的特性阻抗包括電抗、第一電阻R1、所述第四電感L4與所述第五電感L5；所述電抗一端接地，另一端連接於所述第一電阻的一端，所述第一電阻R1的另一端與所述第四電感L4連接；在耦合變換後，所述等效電路的特性阻抗包括所述電抗、第二電阻R2、所述第四電感L4與所述第五電感L5；所述電抗一端接地，另一端與所述第四電感L4連接，所述第五電感L5一端接地，另一端接所述第二電阻R2；其中，通過耦合變換可以提高天線特性阻抗，使得天線匹配更有效。
附圖說明
圖1是根據本發明第一實施方式天線的阻抗匹配電路的電路圖；
圖2是根據本發明第二實施方式中的電感耦合器的電路圖；
圖3是根據本發明第二實施方式中的電感耦合器的等效電路圖；
圖4是根據本發明第二實施方式中的電感耦合器在耦合變換之前的電路圖；
圖5是根據本發明第二實施方式中的電感耦合器在耦合變換之後的電路圖；
圖6是根據本發明第二實施方式中的電感耦合器和天線的電路圖；
圖7是根據本發明第二實施方式中的沒有增加電感耦合電路的輸入反射係數S11的曲線圖；
圖8是根據本發明第二實施方式中的增加電感耦合電路之後的輸入反射係數S11的曲線圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基於以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請所要求保護的技術方案。
本發明的第一實施方式涉及一種天線的阻抗匹配電路，包括天線匹配網絡與電感耦合器，其電路結構框圖如圖1所示。
天線匹配網絡、電感耦合器依次串聯在射頻電路與天線之間；其中，天線的阻抗為R+jX，R為電阻值，X為電抗分量，j為虛部單位。
天線匹配網絡的阻抗為-jX，其中，天線匹配網絡的電阻值為零，電抗分量等於X；電感耦合器的電阻值與天線的電阻值之和等於射頻電路的電阻值。
本實施方式相對於現有技術而言，阻抗匹配電路不但包括天線匹配網絡，還包括電感耦合器。天線匹配網絡僅用於消除天線阻抗的電抗分量，而不用於匹配電阻部分。而電感耦合器，用來提高天線特性阻抗，匹配天線的電阻部分。這樣天線匹配網絡和電感耦合器，一個僅匹配電抗分量，一個僅匹配電阻，從而可以降低天線與射頻電路的匹配難度，有助於提升天線性能，且實現簡單。
本發明的第二實施方式涉及一種天線的阻抗匹配電路。在本實施方式中，天線可以看做是接入射頻電路的一個負載，其特性阻抗為Z(阻抗)＝R(電阻)+jX(感抗、容抗)，感抗及容抗隨工作頻率改變，所以天線在不同頻率下表現出的特性阻抗並不一致，射頻電路的電阻值一般為50Ω，而天線由於受尺寸限制，其電阻值R一般在10～20Ω。當天線工作在低頻頻段時，天線的電阻值R為10歐姆；天線工作在高頻頻段時，天線的電阻值R為20歐姆。為了使射頻電路能量更好的傳遞到天線上，在射頻電路和天線之間增加匹配電路。
在純電阻電路中，當負載電阻等於射頻電路內阻時，則負載輸出功率為最大，這種工作狀態稱為匹配，否則稱為失配。當射頻電路內阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內阻必須滿足共扼關係，即電阻成份相等，電抗成份只數值相等而符號相反。這種匹配條件稱為共扼匹配。因此本實施方式中，通過提高天線阻抗(負載)至50Ω(射頻電路內阻)時，匹配電路只需消除電抗部分，同時使得天線得到的功率最大即可。
本實施方式中的電感耦合器包括第一電感L1與第二電感L2，第一電感L1串聯在天線匹配網絡與天線之間，第二電感L2一端連接於第一電感L1與天線之間的節點，另一端接地，如圖2所示。
具體的說，第一電感L1與第二電感L2之間相互耦合；第一電感L1與第二電感L2之間的互感係數其中，k為第一電感L1與第二電感L2之間耦合係數。
電感耦合器的等效電路如圖3所示，包括第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5與第六電感L6。第三電感L3一端連接於天線匹配網絡，另一端接地；第四電感L4一端連接於第三電感L3與天線匹配網絡之間的節點，另一端接地；第五電感L5一端接地，另一端連接於第六電感L6的一端，第六電感L6的另一端連接於天線。第四電感L4與第五電感L5之間相互耦合，且耦合電壓比為n:1，且第三電感L3為寄生並聯電感，且L3＝L1+L2+2M；第六電感L6為寄生串聯電感，且
該電感耦合器的等效電路的特性阻抗可看做2部分，在耦合變換前，如圖4所示，等效電路的特性阻抗包括電抗X、第一電阻R1、第四電感L4與第五電感L5；電抗X一端接地，另一端連接於所述第一電阻R1的一端，第一電阻R1的另一端與第四電感L4連接。
在耦合變換後，如圖5所示，等效電路的特性阻抗包括電抗X、第二電阻R2、第四電感L4與第五電感L5；電抗X一端接地，另一端與第四電感L4連接，第五電感L5一端接地，另一端接第二電阻R2，其中，
將電路中的電感耦合器件視為天線的一部分，其電路如圖6所示。其中Z1為天線匹配網絡與電感耦合器之間的節點處的阻抗，Z2為天線與電感耦合器之間的節點處的阻抗。
由可以得出Z1＝Z2n，由於當L1與L2值近似時，n≈2。即第一電感等於第二電感時，n等於2，Z1＝2Z2。也就是說，經過電感耦合後Z1處阻抗為天線端Z2的2倍。
下面以手機天線為例進行說明，一般手機天線阻抗較低，低頻在10Ω，高頻在20Ω左右。通過提高天線特性阻抗(接近50Ω)，使得進入天線的功率最大，此時反射的功率最小，天線埠處的反射係數Γ＝(ZL-Z0)/(ZL+Z0)愈趨近於0(當天線阻抗為50Ω時)，其中ZL為發射波，Z0為入射波。S參數中S11為輸入反射係數，也就是輸入回波損耗，S11＝20lg(Г)。反射係數Γ越小，則S11參數在圖上越靠下，有效帶寬越寬。沒有增加電感耦合電路的輸入反射係數S11如圖7中所示，(圖中71為低波段阻抗，72為高波段阻抗)，增加電感耦合電路後的輸入反射係數S11如圖8所示，(圖中81為低波段阻抗，82為高波段阻抗)。由此可見，天線與射頻電路(特性阻抗50Ω)進行匹配的難度大大減小。
本發明第三實施方式涉及一種終端，包括天線、射頻電路以及第一、第二實施方式中的天線的阻抗匹配電路。
為本實施方式中，阻抗匹配電路包括天線匹配網絡和電感耦合器。其中天線匹配網絡僅用於消除天線阻抗的電抗分量，而不用於匹配電阻部分。而電感耦合器，用來提高天線特性阻抗，匹配天線的電阻部分。這樣天線匹配網絡和電感耦合器，一個僅匹配電抗分量，一個僅匹配電阻，從而可以降低天線與射頻電路的匹配難度，有助於提升天線性能，且實現簡單。
本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現本發明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和範圍。