CN102655262A - 超宽频带小型pcb天线和设置该天线的无线终端 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端，该PCB天线设置于无线终端的主板上，所述PCB天线由所述主板和金属辐射体构成，所述金属辐射体包括馈入端和开放端，所述开放端为非封闭式环状结构。本发明提供的一种超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端，解决了ILA结构的PCB天线带宽窄，效率低的问题。

Description

超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端
技术领域
本发明涉及到通信领域，特别涉及到一种超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端。
背景技术
内置天线发展到今天已经是一种比较成熟的技术。基本上所有的无线终端都采用内置天线进行设计。内置天线主要有四种形式：一、PIFA天线(Planar Inverted F Antenna，平面倒F天线)。二、单极子(monopole)天线即类似于外置天线的变形，内置单极子天线比外置天线SAR值(SpecificAbsorption Rate，吸收辐射率)好。三、陶瓷介质天线即将天线做在高介电常数的陶瓷材料上，从而达到减小尺寸的目的，由于其尺寸小的优势，手机蓝牙天线多采用陶瓷介质天线的形式。四、PCB板天线，通过将外置单极子天线通过PCB过孔和PCB走线将金属辐射体做在PCB板上。
在PCB天线的应用上，目前最多采用的形式是ILA(单极子)和IFA。较多的应用于较高频段的通讯制式中，常见的就是蓝牙天线和WLAN天线。PCB天线直接走线在印制板上，与电路集成在一起，省去安装工序和天线供应商的利润成分，并且方便生产。PCB天线的缺点是带宽窄，效率低，无法满足现在LTE(Long Term Evolution，长期演进)多模产品频带需求比较多的特点。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端，解决了ILA结构的PCB天线带宽窄，效率低的问题。
本发明提出一种超宽频带小型PCB天线，设置于无线终端的主板上，所述PCB天线由所述主板和金属辐射体构成，所述金属辐射体包括馈入端和开放端，所述开放端为非封闭式环状结构。
优选地，所述金属辐射体的开放端包括片状结构和鞭状耦合结构，所述片状结构和鞭状耦合结构形成耦合腔体。
优选地，所述片状结构占所述金属辐射体面积的1/3或以上。
优选地，所述片状结构为方形。
优选地，所述馈入端的长度大于或等于3MM。
优选地，所述PCB天线的工作频段随着所述金属辐射体的尺寸缩放而升高或降低。
优选地，当所述金属辐射体的尺寸放大时，所述PCB天线的工作频段升高；当所述金属辐射体的尺寸缩小时，所述PCB天线的工作频段降低。
本发明还提出一种无线终端，包括射频电路、基带电路和设置在所述无线终端主板上的PCB天线，该PCB天线由所述主板和金属辐射体构成，所述金属辐射体包括馈入端和开放端，所述开放端为非封闭式环状结构。
优选地，还包括射频开关或双工器，所述金属辐射体的馈入端、所述PCB天线的匹配网络、射频开关或双工器依次电连接，所述PCB天线加上所述匹配网络的输入阻抗与所述射频开关或双工器的输出阻抗达到共轭匹配。
优选地，所述PCB天线设置于所述无线终端任一层主板的上部或下部。
本发明提供的一种超宽频带小型PCB天线和设置该天线的无线终端，公开了一种腔体耦合“9”形结构的PCB天线，该PCB天线是一种耦合式超宽带的结构，几乎覆盖了LTE制式的所有高频段，包括FDD(FrequencyDivision Duplexing，频分双工)的band4、band3、band2、band1、band7、band9和band10，以及几乎TDD(Time Division Duplexing，时分双工)的所有频段，即band33、band34、band35、band36、band37、band38、band39、band40、band41和bandXGP，并且天线净空小，天线辐射性能很好。
附图说明
图1为本发明一种设置超宽频带小型PCB天线的无线终端一实施例的结构示意图；
图2为本发明一种超宽频带小型PCB天线一实施例的结构示意图；
图3为本发明一种超宽频带小型PCB天线的仿真结果图；
图4为本发明一种超宽频带小型PCB天线的实测结果图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出本发明设置有超宽频带小型PCB天线的无线终端一实施例，该无线终端包括主板50和设置在主板50上的PCB天线30。
主板50包括基带电路10、射频电路20、PCB天线30的匹配网络60，以及PCB天线30和射频电路20之间的分散电路40。PCB天线30包括馈入端和开放端，匹配网络60设置在PCB天线30的馈入端和射频电路20之间。射频电路20包括射频开关/双工器21，射频开关/双工器21、匹配电路60、PCB天线30的馈入端依次电连接。
主板50安装在无线终端的机壳内，可以是4层、6层或8层等多层PCB结构，PCB天线30可以设置在主板50的任一层PCB的上部或下部。主板50上设置有金属辐射体，主板50与该金属辐射体形成PCB天线30，实现的方法可以将金属辐射体印制在主板50上。
参照图2，图2所示为本实施例的金属辐射体的结构，该金属辐射体为具有一定电导率的金属线如铜箔线。该金属辐射体为“9”形结构，包括馈入端31和开放端32，开放端32为非封闭式环结构，该开放端32由片状结构322和鞭状耦合结构321构成，片状结构322和鞭状耦合结构321形成耦合腔体323。该片状结构322占金属辐射体至少三分之一或以上的面积。
片状结构322的开关不局限于方形，其保证天线的效率。鞭状耦合结构321用于确定PCB天线30谐振中心点，其形状不局限于图2所示的结构，只要和片状结构322形成非封闭性环即可。
馈入端31是射频电路20的射频信号线的延伸，其宽度可以和射频信号线等宽或者略粗，馈入端的长度决定了片状结构322离主板50的距离，影响着天线的效率，一般在3mm或以上。
上述金属辐射体的三种谐振路径片状结构322，片状结构322、鞭状耦合结构321，以及片状结构322、鞭状耦合结构321二者形成的环形成无线终端工作频率的四分之一波长左右的辐射带状线。片状结构322，片状结构322、鞭状耦合结构321，以及片状结构322、鞭状耦合结构321二者形成的环分别在低频段、中间频段和高频段产生谐振，三个谐振通过耦合腔体323进行耦合，产生更宽的谐振频带。具体为：片状结构322在较高频点f3产生谐振，片状结构322和鞭状耦合结构321在较低频点f2产生谐振，在片状结构322和鞭状耦合结构321形成的非封闭性环中，片状结构322、馈入端31和鞭状耦合结构321通过未封闭的耦合腔体323在更低于f2的频点f3产生谐振。由于f1，f2，f3三个谐振频点相差不远，它们通过耦合腔体323进行耦合，产生超宽谐振频带。
为进一步解释本发明实施例，现以一实例进行说明。
当馈入端31长度为3mm，片状结构322的面积为14mm×5mm，左下和右上分别45度切角，鞭状结构321包括三条折线，长度分别为6mm、7mm、6mm，鞭状结构321与馈入端31的角度为45度，三段折线之间的角度为135度，片状结构322与鞭状结构321之间到最远距离是3mm。此时，PCB天线30整体尺寸为14mm×13mm。
通过对PCB天线30的仿真和实测驻波比曲线如图3和图4所示，图3为PCB天线30的仿真结果图，图4为PCB天线30的实测结果图，可以看出，上述实例的PCB天线30覆盖了从1.8GHZ至3.4GHZ的超宽频段。
在实际设计中，整个PCB天线30的尺寸可整体放大或者缩小以支持更高或者更低的工作频段，如此，就可以覆盖LTE的其他频段。同样，也可以通过对局部结构增减以使PCB天线30具备良好的辐射性能。如将PCB天线30的整体尺寸稍稍按比例调大，就可以支持LTE频段更低的band11、band21和band24，将PCB天线30的整体尺寸稍稍按比例调小，就可以支持LTE更高的频段band42和band43。调整的大小以面积片状结构322和鞭状耦合结构321的总长度约等于谐振点波长的四分之一为步长λ。步长λ的计算公式为：λ＝c/sqrt(ε)f，c为光速，f为谐振频点，ε为PCB板的介电常数。
本发明实施例的PCB天线30结构简单，但覆盖的频带较普通的PCB天线要高，一般PCB天线相对中心谐振频点带宽在25％左右，而本发明的PCB天线30相对中心谐振频点的带宽达到75％，几乎覆盖了LTE制式的所有高频段，大大提高了解决了ILA结构的PCB天线带宽窄，效率低的问题。
匹配网络60根据PCB天线30的输入阻抗作出调整，使得PCB天线30加上所述匹配网络60的输入阻抗与所述无线终端的主板50从所述射频开关/双工器21处的输出阻抗达到共轭匹配，使得PCB天线30达到更好的辐射效果。
当无线终端使用FM功能时，PCB天线30与FM电台的电磁共振以接收FM电台信号，PCB天线30收到电磁波后，传送给匹配网络60，经匹配网络60调整后，将电磁波信号传输给射频电路20，射频电路20将接收的电磁波信号转换为音频信号，将该音频信号放大后进行播放。
本实施例的设置有PCB天线30的无线终端，便于将主板50安装在无线终端结构件壳体内，在生产过程中不必再另装配终端天线，有效地在保证射频性能的前提下，降低了成本，提高了生产效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超宽频带小型PCB天线，设置于无线终端的主板上，其特征在于，所述PCB天线由所述主板和金属辐射体构成，所述金属辐射体包括馈入端和开放端，所述开放端为非封闭式环状结构。
2.如权利要求1所述的PCB天线，其特征在于，所述金属辐射体的开放端包括片状结构和鞭状耦合结构，所述片状结构和鞭状耦合结构形成耦合腔体。
3.如权利要求1或2所述的PCB天线，其特征在于，所述片状结构占所述金属辐射体面积的1/3或以上。
4.如权利要求1或2所述的PCB天线，其特征在于，所述片状结构为方形。
5.如权利要求1或2所述的PCB天线，其特征在于，所述馈入端的长度大于或等于3MM。
6.如权利要求1或2所述的PCB天线，其特征在于，所述PCB天线的工作频段随着所述金属辐射体的尺寸缩放而升高或降低。
7.如权利要求6所述的PCB天线，其特征在于，当所述金属辐射体的尺寸放大时，所述PCB天线的工作频段升高；当所述金属辐射体的尺寸缩小时，所述PCB天线的工作频段降低。
8.一种无线终端，其特征在于，包括射频电路、基带电路和设置在所述无线终端主板上的PCB天线，该PCB天线由所述主板和金属辐射体构成，所述金属辐射体包括馈入端和开放端，所述开放端为非封闭式环状结构。
9.如权利要求8所述的无线终端，其特征在于，还包括射频开关或双工器，所述金属辐射体的馈入端、所述PCB天线的匹配网络、射频开关或双工器依次电连接，所述PCB天线加上所述匹配网络的输入阻抗与所述射频开关或双工器的输出阻抗达到共轭匹配。
10.如权利要求8或9所述的无线终端，其特征在于，所述PCB天线设置于所述无线终端任一层主板的上部或下部。
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