CN101043101A - 用于移动通信终端的单馈线内置多频段天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单馈线内置多频段天线，它采用单一馈线结构，可以接收和发射多频段信号。本发明的天线采用了平面贴片加金属带状线结构，形成第一，第二两个低频辐射频段；在平面贴片及金属带状线的结构内部空间，安装了高频谐振构件，通过对该结构及位置的优化设计，在形成第三辐射频率的同时，使第一，第二谐振频率相互靠近，从而有效地拓展了天线的带宽。由于对结构内部空间的有效利用来调节并形成对多频段信号的接收和发射，该天线可以减小其占用的移动电话内部空间；在各个工作频点上，该天线的阻抗特性保持一致，其馈电电路简单，匹配性能良好，产品成本低。

Description

用于移动通信终端的单馈线内置多频段天线
技术领域
本发明涉及一种用于移动通信终端的单馈线内置多频段天线。特别是，涉及一种可以接收和发射多频段信号的移动电话的单馈线内置天线装置。
背景技术
移动电话最初只能工作于单一频率。由于欧洲和亚洲采用的通常是欧洲GSM委员会规定的900MHz或1800MHz两个频率中的一个，于是有了同时支持两个频率的移动电话天线。随着移动通信的技术迅速发展，移动终端的功能日益多样化。除了通过移动电话网络进行传统的语音通信外，移动终端还具备了互联网络浏览，移动多媒体接收，无线导航定位及移动数字电视等功能。而它们采用的技术包括蓝牙、IEEE802.11b(无线局域网)和全球定位系统(GPS)等。这对诸如个人数字助理(PDA)、网络产品、新型网络家电等之类的移动通信设备的天线设计提出更多要求。
在移动通信终端中，天线是重要的核心器件和设备。好的天线可以大幅度地提高移动通信设备的整体性能，降低成本。一般常见的移动电话天线大致上可分为内置和外置两种：外置天线主要包括有单极子天线(monopole antenna)和螺旋加载天线(helix antenna)等；内置天线主要包括有平面倒F型天线(Planar Inverted F Antenna，以下简称PIFA天线)以及微带贴片天线(microstrip antenna)等。对于内置天线，PIFA天线是应用最为广泛的天线之一。
随着内置天线性能的不断改善，在移动电话设计中，外置天线逐渐被内置天线所替代，以适应对移动通信终端重量轻，体积小等的要求。依据技术标准，不同的功能采用不同的业务频率，要求移动终端必须具备多频段信号的接收和发射；同时，轻，薄，短，小，功能多样的移动终端将成为移动通信消费市场的主体。因，尺寸小，多频段，内置型的移动电话天线成为主流技术，并决定通信品质和内外造型。
图1示出一种传统的单一馈线双频段PIFA天线1。单一馈线双频段PIFA天线包括一个金属接地平板11，一个矩形辐射平板12，刻在矩形辐射平板12上的U型开槽13，金属杆14，和馈线15。在图1所示的PIFA天线中，金属接地平板11设置在下端，并且通常可以用移动通信终端的印刷电路板(PCB)来替代。矩形辐射平板12位于PIFA天线的最上端，矩形辐射平板12上刻有U型开槽13。金属杆14设置在金属接地平板11和矩形辐射平板12之间，下端接金属接地平板11，上端连接矩形辐射平板12，形成短路负载。馈线15可以是同轴线，其外皮线与接地金属板11连接；芯线穿过金属板连接11，与矩形辐射平板12连接，以便提供信号的馈入和提取。
在图1所示的天线1中，矩形辐射平板12工作在低频段，形成第一辐射频率(2.4GHz)。U型开槽13工作在高频段，形成第二辐射频率(5.2GHz)。低频谐振频率的天线带宽为9.6％；高频谐振频率的天线带宽为4％。Pekka Salonen，Mikko Keskilammi和Markku Kivikoski等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，VOL.48，NO.8，AUGUST 2000上发表的题为“Single-feed dual band planar inverted-Fantenna with U-shaped slot”的论文详细描述了PIFA天线1的结构和功能。
然而，内置天线存在的弱点是频带窄，效率低。基于图1所示的PIFA天线的结构，Dalia Mohammed Nashaat，Hala A.Elsadek and Hani Ghali等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，VOL.53，NO.8，AUGUST 2005上发表的题为“Single Feed Compact Quad-BandPIFA Antenna for Wireless Communication Applications”的论文中提出了采用多个U形槽的PIFA天线结构。图2示出了这种改进的PIFA天线的结构。21为接地金属平板，22为辐射平板，23为U型槽，24为短路板，25为馈线，26为远端负载板。如图2所示，这种改进的PIFA天线与图1所示的PIFA天线1的主要区别在于矩形辐射平板22上刻有多个U形槽。这些U形槽按照从大到小依次排列的方式构成了四个谐振频率。但是，这种改进的多个U形槽的PIFA天线的每一个频率点的带宽一般在5.5％以下，仍然存在着带宽比较窄的缺陷。
发明内容
鉴于上述问题，本发明目的是提供一种用于移动通信终端，特别是移动电话的单馈线内置多频段天线。通过本发明的天线结构，能够使本发明的天线覆盖多个频段。
为了实现本发明的目的，提供一种单馈线内置多频段天线，包括：接地平板；作为第一谐振单元的辐射平板；设置在所述接地平板和所述辐射平板之间、构成第二谐振单元的金属带线；和设置在所述接地平板、所述辐射平板和所述金属带线之间形成的空间中的第三谐振单元。
根据本发明的单馈线内置多频段天线可以减小了其占用的移动电话内部空间；在各个工作频点上，该天线的阻抗特性保持一致，其馈电电路简单，匹配性能良好。
附图说明
通过阅读和理解下面参考附图对本发明优选实施例所做的详细描述，将使本发明的这些和其它目的、特征、和优点变得显而易见。其中：
图1是表示现有技术的U形开槽PIFA天线的立体透视图；
图2是表示现有技术的另一种多频段U形开槽PIFA天线的立体透视图；和
图3是表示根据本发明一个实施例的单馈线内置多频段天线的立体透视图。
具体实施方式
下面参照附图对作为本发明实施例的单馈线内置多频段天线进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
参见图3，作为一个实施例，本发明的单馈线内置多频段天线包括接地平板31，短路负载连接器32，馈线33，金属带线34，高频谐振单元35，和辐射平板36。天线安装在移动终端的印刷电路板(PCB)的一端，并以PCB板为接地平板31。接地平板31可以采用平面贴片。辐射平板36可以是矩形结构，设置在天线的顶端并与接地平板31相对并且之间间隔预定距离。辐射平板36采用金属材料制成，作为第一谐振单元。作为实例，辐射平板36的尺寸大小可以是其波长的1/8。应该理解，辐射平板36的尺寸不限于此，也可以采用其它尺寸，但是要考虑其所内置的移动通信设备的整体要求。接地平板31和辐射平板36之间的间距可以是波长的1/15，并且二者之间通过金属短路负载连接器32连接。
馈线33的一部分设置在接地平板31和辐射平板36之间，并与同轴线的芯线连接，从而馈入和提取天线信号的。金属带线34位于接地平板31和辐射平板36之间，沿着接地平板31的边缘贯通短路负载连接器32和馈线33，形成一个凹形，并由此构成第二谐振单元。在接地平板31，辐射平板36和金属带线34之间形成的空间中设置一个高频谐振单元35。高频谐振单元35由金属构件制成，作为第三谐振单元。作为实例，高频谐振单元35的形状为阶梯状的单边T形(类似于倒L型)，如图3所示。高频谐振单元35设置在接地平板31上，在空间上与辐射平板36，馈线33和金属带线34保持间距。其结构和相对位置确保了天线的频率特性。另外，第三谐振单元的至少一部分可以位于金属带线34形成的凹形空间中。
如图3所示，作为实例，在接地平板31上的平面上方8mm处，平行放置辐射平板36，其长×宽×高可以分别大约为：20mm×12mm×0.5mm；短路负载32与接地平板31和辐射平板36连接，距馈线33的距离约为5mm。金属带线34距离接地平板31和辐射平板36的距离分别为大约2.75mm和5.25mm，其凹形结构的总长度为大约35mm。高频谐振单元35由长×宽×高分别为1mm×1mm×6mm的金属四棱柱体以及2.8mm×2mm×0.5mm的平板结构构成阶梯状单边T形，其顶端距辐射平板36的距离大约为1.5mm，距馈线33的距离约为0.5mm。辐射平板36和凹形金属带线34的形状，长度和位置保证在低频段形成两个谐振频率；高频谐振单元35形成高频谐振频率。其位置，形状，结构以及与辐射平板36，带线34和馈线33的间距，形成容性感性加载，通过调整优化其结构，保证了高低谐振频率的特性。
根据本发明的实施例，将低频段的谐振单元一分为二，分别由辐射平板36和金属带线34形成第一和第二辐射频率，作为低频谐振单元。另外，利用形成低频谐振单元的空间，设置了一个高频谐振单元。该高频谐振单元与第一谐振单元，第二谐振单元及馈电单元均保持一定距离。通过设计高频单元的结构和位置，使第一和第二谐振频率靠近，达到在低频频率(2GHz)上的带宽达到30％(电压驻波比(VSWR)＜1∶2)。同时，高频段(5.8GHz)的带宽达到8％(VSWR＜1∶2)。由于第二，第三谐振单元在第一谐振单元的内部，有效利用了天线空间。同时，在2GHz，2.4GHz和5.8GHz的天线阻抗一致，简化馈线电路的设计。
下面说明本发明的单馈线内置多频段天线的工作。接地平板31，辐射平板36，以及短路负载33形成第一谐振频率(2GHz)，该结构等效为LC谐振电路，LC值和谐振频率值由辐射平板36的大小以及其与接地平板31，辐射平板36的空间结构决定；金属带线34形成的凹形空间，可以等效为在第一谐振回路上附加LC谐振回路，形成第二谐振频率(2.4GHz)。凹形结构提供在有限空间中带线长度的伸缩度，从而优化第二谐振的频率工作点。高频谐振单元35以及它的位置结构，等效为第一和第二结构的容性负载，其阶梯形单边T型结构可以进行容性负载微调，可以在形成第三谐振频率(5.8GHz)的同时，调解并形成低频频率特性，形成低频段(2GHz到2.4GHz)可以覆盖1920MHz到1980MHz，2010MHz到2025MHz，2110MHz到2170MHz和2.4GHz频段，高频段覆盖5.8GHz频段的天线频率特性，并且由单一馈线输入输出。
根据本发明的单馈线内置多频段天线的结构，有效地利用了天线空间，并且简化馈线电路。其频率可以覆盖1920MHz到1980MHz；2010MHz到2025MHz；2110MHz到2170MHz；以及2.4GHz和5.8GHz频段。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (14)

1.一种单馈线内置多频段天线，包括：
接地平板；
作为第一谐振单元的辐射平板；
设置在所述接地平板和所述辐射平板之间、构成第二谐振单元的金属带线；和
设置在所述接地平板、所述辐射平板和所述金属带线之间形成的空间中的第三谐振单元。
2.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述接地平板由天线所内置的移动终端中的印刷电路板构成。
3.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述辐射平板为矩形结构，设置在天线的顶端并与接地平板相对。
4.根据权利要求1或3所述的单馈线内置多频段天线，其中所述辐射平板由金属材料制成。
5.根据权利要求1，3或4所述的单馈线内置多频段天线，其中辐射平板的尺寸是其波长的1/8。
6.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述金属带线位于接地平板和辐射平板之间，沿着接地平板的边缘贯通短路负载连接器和馈线形成一个凹形。
7.根据权利要求6所述的单馈线内置多频段天线，其中所述第三谐振单元设置在所述接地平板上，并且至少一部分第三谐振单元位于所述凹形形成的空间中。
8.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述第三谐振单元的形状为阶梯状的单边T形。
9.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，天线进一步包括设置在所述接地平板和所述辐射平板之间的馈线，所述馈线与同轴线的芯线连接，从而馈入和提取天线信号。
10.根据权利要求9所述的单馈线内置多频段天线，其中所述第三谐振单元设置在接地平板上，在空间上与辐射平板，馈线和金属带线保持间距。
11.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述接地平板和所述辐射平板之间通过金属短路负载连接器连接。
12.根据权利要求1或11所述的单馈线内置多频段天线，其中所述接地平板和所述辐射平板之间的间距是波长的1/15。
13.根据权利要求1所述的单馈线内置多频段天线，其中所述第三谐振单元由金属构件制成。
14.根据前面任何一项权利要求所述的单馈线内置多频段天线，其中所述第一谐振单元和所述第二谐振单元的工作频率低于所述第三谐振单元的工作频率。
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