CN104134857B - 一种八频段平面印刷手机天线 - Google Patents

Abstract

一种八频段平面印刷手机天线，包括介质板、印刷于介质板一面的主地板和寄生地分支、以及印刷于介质板另一面的激励单元和信号馈入线；主地板和寄生地分支直接相连，两者之间的空隙为L形；寄生地分支的末端刻有L形开路槽；激励单元包括第一分支、第二分支、第三分支，且这三个分支均与信号馈入线直接相连；该手机天线为平面结构，可采用平面印刷工艺，利用多谐振点扩展带宽，而且各个谐振点可方便调节，在低频段和高频段形成两个较宽的带宽，从而覆盖当前4G通信的所有手机频段。与现有技术相比，本发明的平面印刷手机天线具有二维结构、宽带多频段及易于调节的优点，适用于以手机为代表的各种小型移动终端。

Description

一种八频段平面印刷手机天线

技术领域

本发明涉及一种移动终端天线，尤其涉及一种八频段平面印刷手机天线。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，手机已成为全球最为普及的消费电子产品之一。手机的功能也从单一的语音业务发展到当前以网络、数字、多媒体视频等为主的综合业务。考虑到世界各地采用的通信协议和划分的频段不尽相同，为了实现全球漫游，移动终端天线需要能够支持多协议以及多频段覆盖。在2G和3G的基础上，当前初步投入商业的4G划分了更多的频段以实现更高的数据传送。4G覆盖的频段有LTE700(698-784MHz)、GSM850(824-894MHz)、GSM900(880-960MHz)、DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、UMTS(1920-2170MHz)、LTE2300(2300-2400MHz)、LTE2500(2500-2690MHz)。因此，支持4G的移动终端天线一般需要覆盖698-960MHz这一低频段和1710-2690MHz这一高频段。

天线的性能需要足够的空间作保证。为了覆盖上述两个频段，典型的设计方法是采用三维结构，如PIFA天线和折叠单极子天线。这类天线有较多的自由度可调节，一般能够满足频段覆盖要求。但是三维结构不利于加工和高度集成，而且不能适应当前手机厚度越来越薄的趋势。平面印刷手机天线受到越来越多的关注。在设计上，平面印刷天线通常采用两个长度相近的支节。这两个支节的基模组合在一起，覆盖698-960MHz这一低频段；这两个支节的高次模组合在一起，覆盖1710-2690MHz这一高频段。这种设计方式可方便的调节两个支节的基模，但高次模很难独立调节，增加了调试的复杂性。因此，设计满足4G频段要求、且低频段和高频段可较独立调节的平面印刷手机天线具有非常重要的意义。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够覆盖4G所有频段的平面印刷手机天线；采用多个模式组合的方式扩展了低频段和高频段的带宽，而且低频段和高频段内的各个模式可较为独立地调节。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案是：

一种八频段平面印刷手机天线，包括介质板6、印刷于介质板6一面的主地板1和寄生地分支3以及印刷于介质板6另一面的信号馈入线2和激励单元4，其中：

所述主地板1和寄生地分支3相连接；

所述寄生地分支3上开有L形开路槽5；

所述激励单元4包括第一分支4a、第二分支4b和第三分支4c，其中所述第一分支4a为L形，所述第二分支4b和第三分支4c为直条形，且所述第二分支4b和第三分支4c相互平行；

所述信号馈入线2与第一分支4a、第二分支4b、第三分支4c均直接相连接。

所述主地板1和寄生地分支3之间有L形的空隙，所述信号馈入线2和激励单元4的位置与该空隙对应。

所述第一分支4a由第一臂的一端和第二臂的一端垂直连接构成，所述第二臂的另一端连接第二分支4b的一端，信号馈入线2一端垂直连接在所述第二臂上，另一端的投影位于主地板1上，第三分支4c的一端垂直连接在信号馈入线2上，第三分支4c与第二分支4b位于信号馈入线2的同侧。

所述信号馈入线2与激励单元4的第一分支4a、第二分支4b、第三分支4c的线宽均相等。

所述L形开路槽5位于寄生地分支3的末端，开路槽长臂两侧的金属部分的宽度相等，开路槽长臂与短臂的宽度相等，且槽开口的方向与激励单元4的第一分支4a的第一臂平行。

所述激励单元4的第二分支4b和第三分支4c位于所述L形的空隙内。

所述信号馈入线2投影于主地板1上面的微带线部分特征阻抗为50欧姆。

在所述主地板1上开孔，用50欧姆的同轴线直接馈电，同轴线的内导体与激励单元4相连，外导体与主地板1相连。

所述寄生地分支3的0.25λ模式谐振在720MHz附近，0.75λ模式谐振在1750MHz附近；所述激励单元4的第二分支4b的0.25λ模式谐振在920MHz附近，第三分支4c的0.25λ模式谐振在2900MHz附近；所述L形开路槽5的0.25λ模式谐振在2450MHz附近。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)用平面的结构覆盖了GSM700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300、LTE2500等八个频段，满足4G通信的需求。

(2)天线的平面尺寸为15mm×60mm，占用的尺寸较小，而且可用平面印刷工艺降低成本。

(3)天线的结构简单，调试方便，工作模式清晰，且各个频段内的模式可较自由的调节。

附图说明

图1为本发明提供的八频段平面印刷手机天线平面示意图。

图2为图1中天线安装后的实施实例俯视图，单位为毫米(mm)。

图3为图1中天线安装后的实施实例仰视图，单位为毫米(mm)。

图4为图1中天线安装后的实施实例侧视图，单位为毫米(mm)。

图5为图1中天线安装后实施实例仿真的反射系数图。

图6为图1中天线安装后实施实例仿真的辐射效率图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的八频段平面印刷手机天线的结构示意图，如图1所示，本发明的八频段平面印刷手机天线包括：介质板6、主地板1、信号馈入线2、寄生地支节3、激励单元4。主地板1和寄生地支节3印刷于介质板6的一侧，信号馈入线2和激励单元4印刷于介质板的另一侧。主地板1用于模拟手机的电路板。寄生地支节3上开有L形开路槽5。激励单元4包含与第一分支4a、第二分支4b、第三分支4c，且这三个分支均与信号馈入线2直接相连接。信号馈入线2位于主地板1上的微带线部分特征阻抗为50欧姆。

本发明的技术方案是这样实现的：

首先是实现低频段(698-960MHz)的覆盖。寄生地分支3在720MHz处产生谐振，寄生地分支3在此频率点处的有效电长度约为0.25λ，因此工作在基模模式。激励单元4的第三分支4c在920MHz处产生谐振，第三分支4c在此频率点处的有效电长度约为0.25λ，因此工作在基模模式。这两个基模由于耦合等相互作用，可形成一个较宽的带宽，实现低频段的覆盖。由于这两个基模的谐振频率主要由各自的有效电长度决定，因此可较独立地调节各自长度来调节低频段的两个谐振模式。

其次是实现高频段(1710-2690MHz)的覆盖。寄生地分支3和激励单元4的第三分支4c在低频段产生基模的同时，也会在高频段产生三次模。考虑到这两个三次模式提供的带宽不足以覆盖整个高频，而且这两个三次模的调节受基模的调节的影响，不能较独立调节，新的谐振单元被引入以扩展带宽和调节高频段内的模式。具体地，寄生地分支3上刻有L形开路槽5，该开路槽在2450MHz处产生谐振，该开路槽在此频率点处的有效电长度约为0.25λ，因此工作在基模模式。激励单元4的第二分支4b在2750MHz处产生谐振，该分支在此频率点处的有效电长度约为0.25λ，因此工作在基模模式。另一方面，寄生地分支3的三次模被这两个新引入的谐振单元拉低到1750MHz，激励单元4的第三分支4c的三次模被拉高到3000MHz以上。寄生地分支3的三次模、L形开路槽5的基模、激励单元4的第二分支4b的基模及激励单元4的第三分支4c的三次模等四个模式由于耦合等相互作用，可形成一个较宽的带宽，实现高频段的覆盖。而且L形开路槽5的基模和激励单元4的第二分支4b的基模可独立调节，对低频段的两个基模几乎没有影响。激励单元4的第一分支用于调节高频段四个谐振模式的相互耦合，从而优化高频段的阻抗匹配。

为了验证本发明方案的有效性，下面给出具体实例进行说明。

图2至图4给出了实施实例在俯视、仰视和侧视等不同角度下的尺寸图，各图中所有尺寸的单位均为毫米(mm)。在本实施实例中，选用相对介电常数为4.4、损耗角正切为0.02、厚度为0.8mm的FR4介质基板，基板的平面尺寸为120*60mm²。主地板的平面尺寸为105*60*60mm²。天线整体为平面结构，位于主地板的一侧，占用的平面尺寸为15*60mm²。信号馈入线2位于主地板1上的微带线部分特征阻抗为50欧姆。在实际实施中，可适当延长至电路中射频馈入部分，也可在主地板上开孔，用50欧姆的同轴线直接馈电。同轴线的内导体与激励单元相连，外导体与主地板相连。

以上述图2、图3和图4所示尺寸制作的手机天线仿真的反射系数的结果如图5所示。由图可知，该平面印刷天线在低频段有两个谐振点，形成的-6dB带宽为688-1045MHz，覆盖了LTE700、GSM850和GSM900这三个频段。该平面印刷天线在高频段有四个谐振点，形成的-6dB带宽从1685MHz至高于3000MHz，覆盖了DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500这五个频段。

以上述图2、图3和图4所示尺寸制作的手机天线仿真的辐射效率结果如图6所示。所述手机天线在低频段的辐射效率约为80％，在高频段的辐射效率在70％-90％之间波动。

从上述技术方案可见，本发明所述的手机天线在60×15mm²的平面空间内实现了八个手机频段的覆盖，而且各个模式可方便调节，满足移动通信***对用于移动终端的多频平面印刷天线的设计需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种八频段平面印刷手机天线，包括介质板(6)、印刷于介质板(6)一面的主地板(1)和寄生地分支(3)以及印刷于介质板(6)另一面的信号馈入线(2)和激励单元(4)，其中：

所述主地板(1)和寄生地分支(3)相连接；

所述寄生地分支(3)上开有L形开路槽(5)；

所述激励单元(4)包括第一分支(4a)、第二分支(4b)和第三分支(4c)，其中所述第一分支(4a)为L形，所述第二分支(4b)和第三分支(4c)为直条形，且所述第二分支(4b)和第三分支(4c)相互平行；

所述信号馈入线(2)与第一分支(4a)、第二分支(4b)、第三分支(4c)均直接相连接；

其特征在于，所述主地板(1)和寄生地分支(3)之间有L形的空隙，所述信号馈入线(2)和激励单元(4)的位置与该空隙对应。

2.根据权利要求1所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述第一分支(4a)由第一臂的一端和第二臂的一端垂直连接构成，所述第二臂的另一端连接第二分支(4b)的一端，信号馈入线(2)一端垂直连接在所述第二臂上，另一端的投影位于主地板(1)上，第三分支(4c)的一端垂直连接在信号馈入线(2)上，第三分支(4c)与第二分支(4b)位于信号馈入线(2)的同侧。

3.根据权利要求1或2所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述信号馈入线(2)与激励单元(4)的第一分支(4a)、第二分支(4b)、第三分支(4c)的线宽均相等。

4.根据权利要求2所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述L形开路槽(5)位于寄生地分支(3)的末端，开路槽长臂两侧的金属部分的宽度相等，开路槽长臂与短臂的宽度相等，且槽开口的方向与激励单元(4)的第一分支(4a)的第一臂平行。

5.根据权利要求1或2或4所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述激励单元(4)的第二分支(4b)和第三分支(4c)位于所述L形的空隙内。

6.根据权利要求1所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述信号馈入线(2)投影于主地板(1)上面的微带线部分特征阻抗为50欧姆。

7.根据权利要求6所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，在所述主地板(1)上开孔，用50欧姆的同轴线直接馈电，同轴线的内导体与激励单元(4)相连，外导体与主地板(1)相连。

8.根据权利要求1所述的八频段平面印刷手机天线，其特征在于，所述寄生地分支(3)的0.25λ模式谐振在720MHz附近，0.75λ模式谐振在1750MHz附近；所述激励单元(4)的第二分支(4b)的0.25λ模式谐振在920MHz附近，第三分支(4c)的0.25λ模式谐振在2900MHz附近；所述L形开路槽(5)的0.25λ模式谐振在2450MHz附近。