CN106410380A - 一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线 - Google Patents
一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线，包括介质板，馈电接头、微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路、容性耦合环支路、短路钉和地板；地板位于介质板的下表面，且地板上开的地板槽；微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路和容性耦合环支路位于介质板的上表面，微带馈线印刷在介质板的中线上，辐射干路印刷在介质板的中线上，辐射干路与微带馈线连接，且辐射干路与微带馈线中线重合；馈电接头的中心馈电针穿过介质板与微带馈线连接，馈电接头的外导体与地板表面连接，本天线由电感耦合单极子支路和容性耦合环支路组成，结合单极子和环这两种结构的优势，在较小的尺寸下，实现天线的多频、宽带、易加工等优点。
Description
技术领域
本发明涉及无线电领域，更具体地，涉及一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线，其手机天线是覆盖2G、3G、4G频段手机天线。
背景技术
虽然移动通信的历史不长，但是其发展非常的迅速，从最开始“大哥大”的外部手机天线—螺旋外置天线，用模拟信号勉强维持通信效果；到后来内置PIFA天线的出现和数字信号的大规模应用，移动通信开始进入通信稳定的2G时代，但是随着时代的变迁，人们对手机的要求也越来越多。仅仅满足基本通信的功能还不能达到人们的需求，于是第三代移动多功能手机，和***智能手机也因需而生。移动通信的快速变化，也导致手机天线的迅猛的前进，向着小型，平面，多频，宽带的方向发展。
2G时代的传统PIFA天线，其多半是立体的，剖面比较厚，占用体积比较大，满足不了手机小型、轻薄的需求。而平面单极子天线和环天线，能很好达到需求。因为他们都是平面的，基本不占用手机厚度；而且他们是比较窄的微带线，可以弯曲折叠，走线自由，占用的面积更小；最重要的是他们自身特性，能产生0.25波长的模、0.5波长的模、1波长的模等等更高阶的模，占用空间小，也能实现多频覆盖，能满足2G、3G、4G各个通信频段的需求。
发明内容
本发明面对现有技术结构的不足和缺点，提供一种小型化、多频带、易加工的电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的新型手机天线。该手机天线采用了电感耦合的单极子支路和容性耦合的环支路，不仅大大的减少辐射区所占用的体积，而且提供了较宽的带宽，能够覆盖4G的基本通信频段（包括LTE700，LTE800，GSM850，GSM900，LTE1700，GSM1800，DCS，PCS，UMTS，也包括WIFI（2.4G）频段和WIMAX频段(2.5G)）。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线，包括介质板，还包括馈电接头、微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路、容性耦合环支路、短路钉和地板；
其中所述地板位于介质板的下表面，且地板上开有地板槽；
其中所述微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路和容性耦合环支路位于介质板的上表面，微带馈线印刷在介质板的中线上，辐射干路印刷在介质板的中线上，辐射干路与微带馈线连接，且辐射干路与微带馈线中线重合；
馈电接头的中心馈电针穿过介质板与微带馈线连接，馈电接头的外导体与地板表面连接；
电感耦合单极子支路分布在辐射干路的一侧，且由三个L型枝节、中间镶嵌贴片电感的微带线和一个折叠微带组成；其中三个L型枝节均由一长一短两条微带线垂直连接而成；
其中第一个L型枝节顺时针旋转90°放置，第一个L型枝节的长微带线与辐射干路连接，短微带线与镶嵌贴片电感的微带线一端连接；
第二个L枝节逆时针旋转90°放置，其短微带线与辐射干路间留有间隙，且短微带线与镶嵌贴片电感的微带线另一端相连，长微带线连接第三个L型枝节；
第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，且长微带线连接第二个L型枝节，短微带线连接折叠微带；
折叠微带纵向放置，折叠微带折叠成立体状，由一个垂直面和两个水平面组成，一个水平面在介质板的上表面且与第三个L型枝节末端相连，另一个水平面在介质板下表面下方；
所述容性耦合环支路分布在辐射干路的另一侧，且由四个L型枝节、一个弯曲枝节和一个正方形微带组成；其中四个L型枝节均由一长一短两条微带线垂直连接而成；
第一个L型枝节的长微带线横向放置，短微带线纵向放置，且横向的长微带线与辐射干路连接，纵向的短微带线垂直连接一横向放置的短微带线的一端，该横向放置的短微带线另一端悬空，第一个L型枝节的开口朝向辐射干路；
第二个L型枝节逆时针旋转90°放置，且与容性耦合环支路中第一个L型枝节间留有间隙；第二个L型枝节的长微带线一端悬空，短微带线的一端与第三个L型枝节连接；
第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，第三个L型枝节的短微带线与第二个L型枝节的短微带线连接，第三个L型枝节的长微带线与第四个L型枝节连接；
第四个L型枝节顺时针旋转90°放置，其长微带线与第三个L型枝节的长微带线连接，其短微带线与弯曲枝节相连；
弯曲枝节由两个U型分枝节组成，两个U型分枝节都横向放置，一个开口朝向辐射干路，一个开口背向辐射干路；弯曲枝节的一端与第四个L型枝节的短微带线连接，另一端与正方形微带相连；
短路钉穿过介质板将地板与正方形微带线相连。
优选的，为了阻抗匹配的需求，所述辐射干路的宽度大于微带馈线的宽度。
优选的，所述电感耦合单极子支路中三个L型枝节的宽度相等，长度不相等；容性耦合环支路中折叠微带的三个面宽度不相等，但都大于L型枝节的宽度。
所述容性耦合环支路中四个L型枝节的宽度不相等，长度不相等。
优选的，所述容性耦合环支路第二个L型枝节与第一个L型枝节之间的间隙分为横向间隙和纵向间隙，两间隙的大小不一样。
优选的，所述介质板为FR4-epoxy材料的固体介质。
优选的，所述地板部分覆盖介质板的下表面，使得介质板下表面留有作为辐射部分的净空区。
优选的，所述位于介质板下表面的地板槽要从底下穿过微带馈线。
优选的，所述手机天线各部分的长宽根据天线工作频点及阻抗匹配要求确定；所述贴片电感的电感值大小根据天线工作频点及阻抗匹配要求确定；所述电感耦合单极子支路中第二个L枝节的短微带线与辐射干路间的间隙大小根据天线工作频点及阻抗匹配要求确定。
与现有技术相比，有益效果是：
1、本天线能覆盖4G所有基本通信频段，在尺寸限制的情况下，仍然能有较宽的低频段，和较宽的高频频段，低频能覆盖700-1000Mhz，高频能覆盖1700-2700Mhz，而且还覆盖1200Ghz左右的GPS频段，能够满足现在LTE智能手机的通信。
2、本天线由一个辐射干路和两条支路组成，结构简单易懂，走线脉络清晰，而且是平面结构，不存在太多绕曲的立体形式，易于加工制造。
3、每个分支有每个分支控制的频段，对低频段来讲，单极子分支的0.25波长模形成750Mhz左右的频段，环分支的0.5波长模形成了950Mhz左右的频段，所以调节单极子分支就能调节天线750Mhz左右的谐振，调节环分支就能调节天线950Mhz左右的谐振，增加了天线设计的自由度。
4、通常的手机天线只是一种结构（单极子，PIFA或者环结构），而本天线结合了单极子和环路的这两种结构，结构的设计上比较新颖，同时也集合了两种结构的优点--单极子结构能减小天线的体积，环结构能使天线更加的稳定，减少外界的干扰和SAR值。这样天线的功能更加稳定和强大。
5、天线地板上的槽结构，能进一步的改善天线的阻抗匹配，调节槽的位置和长宽，能相应的改变天线的整体阻抗，能让天线向着我们想要的方向调整，增加了对天线的控制性。
附图说明
图1是本天线的鸟瞰图；
图2是本天线的侧视图；
图3是本天线的单极子分支折叠部分的放大图；
图4是本天线的回波损耗曲线图；
图5是本天线加载和未加载电感的回波损耗曲线对比图；
图6是本天线地板加槽和没有加槽时回波损耗曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。
图中：1-馈电接头、2-微带馈线、3-辐射干路、4-电感耦合单极子支路中的第一个L型枝节、5-贴片电感、6-电感耦合单极子支路中的第二个L型枝节、7-电感耦合单极子支路中的第三个L型枝节、8-电感耦合单极子支路中的折叠微带、8.1-折叠微带上表面、8.2-折叠微带侧面、8.3-折叠微带下表面、9-容性耦合环支路中的第一个L型枝节、10-容性耦合环支路中的第二个L型枝节、11-容性耦合环支路中的第三个L型枝节、12-容性耦合环支路中的第四个L型枝节、13-容性耦合环支路中的弯曲枝节、14-正方形微带、15-地板槽、16-天线的长边、17-电感耦合单极子支路第二个L型枝节与辐射干路得间隙、18-容性耦合横向间隙、19-容性耦合纵向间隙、20-介质板、21-短路钉、22-地板。
一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的新型手机天线，如附图1和图2所示，天线为平面结构，包括介质板，还包括馈电接头、微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路、容性耦合环支路、短路钉和地板；
在本实施例中，所述的电感耦合单极子支路，也是由三个L型枝节、中间镶嵌电感的微带线和折叠微带组成。其中第一个L型枝节顺时针旋转90°放置，第一个L型枝节的长微带线与辐射干路连接，短微带线与镶嵌贴片电感的微带线一端连接，其总长度为19mm；镶嵌贴片电感的微带线的长度为10mm；第二个L枝节逆时针旋转90°放置，其短微带线与辐射干路间留有间隙，且短微带线与镶嵌贴片电感的微带线另一端相连，长微带线连接第三个L型枝节第二个L枝节，其总长度为22mm；第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，且长微带线连接第二个L型枝节，短微带线连接折叠微带，其总长度为18mm；叠微带纵向放置，如图3 所示折叠微带折叠成立体状，由一个垂直面和两个水平面组成，一个水平面在介质板的上表面且与第三个L型枝节7末端相连，另一个水平面在介质板下表面下方。其所占平面的长度为18.5mm；第一、第二、三个L型枝节的宽度和镶嵌贴片电感的微带线的宽度都为1mm，贴片电感的感值为5nH，叠微带铺平成平面的宽度为10mm，这些分支的尺寸大小，是天线阻抗匹配达到最优时的值。所以电感耦合单极子支路的总长度为88mm，形成的低谐振点在750Mhz左右，而对应750Mhz的0.25倍真空波长为107.5mm。之所以长度减小了，主要是因为电感耦合单极子支路加入了电感的原因，加入电感会减小电长度。因此，电感耦合单极子支路控制着天线低频中750Mhz这部分的频段，这一点可以观察天线在750Mhz时的电流分布图来验证。
上述的贴片电感不仅可以减小分支的电长度，也能有效的调节天线的阻抗，图5就是加电感和没有加电感时，天线的S11参数，从图中可以看到，加入电感，增大了低频和高频的带宽。
在本实施例中，所述容性耦合环支路分布在辐射干路的另一侧，还是由四个L型枝节、一个弯曲枝节和一个正方形微带组成。第一个L型枝节的长微带线横向放置，与辐射干路相连，短微带线纵向放置，垂直连接一横向放置的短微带线的一端，该横向放置的短微带线另一端悬空，第一个L型枝节的开口朝向辐射干路，其长度为24mm，宽度为1mm；第二个L型枝节逆时针旋转90°放置，且与容性耦合环支路中第一个L型枝节间留有间隙。第二个L型枝节的长微带线一端悬空，短微带线的一端与第三个L型枝节连接，其长度为22.2mm，宽度为2mm；第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，第三个L型枝节的短微带线与第二个L型枝节的短微带线连接，第三个L型枝节的长微带线与第四个L型枝节连接，其长度为19mm，宽度1.5mm；第四个L型枝节顺时针旋转90°放置，其长微带线与第三个L型枝节的长微带线连接，其短微带线与弯曲枝节相连，其长度为15.8mm，宽度分别为1mm和0.5mm；弯曲枝节长度为15.6mm，宽度为0.5mm，正方形微带的边长为2mm，同样这些分支的大小都是为了适应最优的阻抗匹配。所以其容性耦合环支路总长度为约为99mm，形成的低谐振点在950Mhz左右。对应的950Mhz的0.5倍真空波长为157mm，之所以长度小了这么多，一方面电磁波在介质板上的波长要小于真空波长，另一方面弯曲分支扮演了电感的作用，间接的减小了电长度。因此环支路控制着天线低频中950Mhz这部分的频段，这一点可以观察天线在950Mhz时的电流分布图来验证。
短路钉穿过介质板将地板与正方形微带线相连。
在本实施例中，所述的介质板长度为120mm，宽度为60mm，高度为0.8mm，相对介质常数为4.4。上述的地板长度为99mm，宽度为60mm，其中的槽长度为38mm，宽度为2mm。这个槽产生了一个1220Mhz左右的GPS频段，这个也可以观察天线在1220Mhz的电流分布图。（从图中就可以知道，此频点处有大量的电流集中在地板槽附近）；而且这个槽对天线的阻抗匹配起了很大的作用，从图6中就可以看到，加了地板槽，使天线低频段的两个谐振点连在了一起，增加了低频的带宽，同时大大的改善了高频段的阻抗，也增大了高频段的带宽。
以上所述仅为本发明的一个实例，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 (3)
1.一种电感耦合单极子支路加容性耦合环路支路的手机天线，包括介质板，其特征在于，还包括馈电接头、微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路、容性耦合环支路、短路钉和地板；
其中所述地板位于介质板的下表面，且地板上开的地板槽；
其中所述微带馈线、辐射干路、电感耦合单极子支路和容性耦合环支路位于介质板的上表面，微带馈线印刷在介质板的中线上，辐射干路印刷在介质板的中线上，辐射干路与微带馈线连接，且辐射干路与微带馈线中线重合；
馈电接头的中心馈电针穿过介质板与微带馈线连接，馈电接头的外导体与地板表面连接；
电感耦合单极子支路分布在辐射干路的一侧，且由三个L型枝节、中间镶嵌贴片电感的微带线和一个折叠微带组成；其中三个L型枝节均由一长一短两条微带线垂直连接而成；
其中第一个L型枝节顺时针旋转90°放置，第一个L型枝节的长微带线与辐射干路连接，短微带线与镶嵌贴片电感的微带线一端连接；
第二个L枝节逆时针旋转90°放置，其短微带线与辐射干路间留有间隙，且短微带线与镶嵌贴片电感的微带线另一端相连，长微带线连接第三个L型枝节；
第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，且长微带线连接第二个L型枝节，短微带线连接折叠微带；
折叠微带纵向放置，折叠微带折叠成立体状，由一个垂直面和两个水平面组成，一个水平面在介质板的上表面且与第三个L型枝节末端相连，另一个水平面在介质板下表面下方；
所述容性耦合环支路分布在辐射干路的另一侧，且由四个L型枝节、一个弯曲枝节和一个正方形微带组成；其中四个L型枝节均由一长一短两条微带线垂直连接而成；
第一个L型枝节的长微带线横向放置，短微带线纵向放置，且横向的长微带线与辐射干路连接，纵向的短微带线垂直连接一横向放置的短微带线的一端，该横向放置的短微带线另一端悬空，第一个L型枝节的开口朝向辐射干路；
第二个L型枝节逆时针旋转90°放置，且与容性耦合环支路中第一个L型枝节间留有间隙；第二个L型枝节的长微带线一端悬空，短微带线的一端与第三个L型枝节连接；
第三个L型枝节顺时针旋转180°放置，第三个L型枝节的短微带线与第二个L型枝节的短微带线连接，第三个L型枝节的长微带线与第四个L型枝节连接；
第四个L型枝节顺时针旋转90°放置，其长微带线与第三个L型枝节的长微带线连接，其短微带线与弯曲枝节相连；
弯曲枝节由两个U型分枝节组成，两个U型分枝节都横向放置，一个开口朝向辐射干路，一个开口背向辐射干路；弯曲枝节的一端与第四个L型枝节的短微带线连接，另一端与正方形微带相连；
短路钉穿过介质板将地板与正方形微带线相连。
2.根据权利要求1所述的手机天线，其特征在于，为了阻抗匹配的需求，所述辐射干路的宽度大于微带馈线的宽度。
3.根据权利要求1所述的手机天线，其特征在于，所述电感耦合单极子支路中三个L型枝节的宽度相等，长度不相等；容性耦合环支路中折叠微带的三个面宽度不相等，但都大于L型枝节的宽度；
所述容性耦合环支路中四个L型枝节的宽度不相等，长度不相等。
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