CN102280700B - 印刷宽带终端天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种占用空间更小的印刷宽带终端天线，包括第一弯折金属条组、第二弯折金属条组；第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间有缝隙；微带馈线向第一弯折金属条组直接馈电，在第一弯折金属条组上激励起高频电流形成谐振，再通过第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间缝隙的容性耦合激励起第二弯折金属条组上的高频电流形成谐振。本发明中第一弯折金属条组与第二弯折金属条组不直接相连，根据两金属条组间缝隙的分布参数效应，对多个频点进行匹配，从而较大范围地拓展带宽。于是，这样可以减小天线所占尺寸，且本发明无需使用专门的匹配电路与特殊基板材料。

Description

印刷宽带终端天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种宽带终端天线。
背景技术
目前，移动通信技术的发展已经使我们之间的空间距离感越来越小，利用较小的相关电子技术产品，我们可以随时和另一方交换信息，这离不开天线的使用。同时，随着个人通信业务的发展，人们对于无线产品的要求也越来越苛刻，这主要体现在两方面：宽带化、小型化。特别是高速数据传输系统以及军用宽带无线系统的发展，要求天线具有更宽的带宽。鉴于此，为了提高无线通信收、发系统的工作性能和工作效率，宽频带、多频带电小天线的研究和开发日益成为天线研究领域中一个很重要的课题。
2G(第二代移动通信技术)、3G(第三代移动通信技术)以及4G(第四代移动通信技术)均包括低频、高频两个通信频段。其中，2G的两个通信频段为：880-960MHz，1710-1880MHz；3G的两个通信频段为：824-960MHz，1710-2170MHz；4G的两个通信频段为：698-960MHz，1710-2690MHz。
现在的手机天线主要是PIFA(平面倒F型天线)形式的，由电连接的2组金属条组构成，一组较长金属条组工作在低频，另一组较短金属条组工作在高频，当金属条组中的金属带线的长度是某一频点对应波长的1/4时，则金属带线产生该频点频率的谐振，要使得工作在某一频点的金属带线扩展至一个频段，需要进行带宽扩展。要使得工作在低频的一组金属条组由某一频点扩展至698-960MHz的频率范围，工作在高频的一组金属条组由某一频点扩展至1710-2690MHz的频率范围，金属条组中需要有3个以上的金属带线以产生相应数量的谐振，并通过设置匹配电路，使用特殊的基板材料来拓宽该金属条组的带宽。阻抗匹配用于调节进入天线中的某一频点电磁波的反射率，当阻抗匹配适当，进入天线中该频点的电磁波反射率就低，电磁波能够很好地辐射出去。现有的匹配电路是由集总元件，如贴片电感、电容形成，这种由集总元件构成的匹配电路仅能对某一频点进行阻抗匹配。工作在高频的金属条组需要3个以上的金属带线产生相应数量的谐振频点，通过阻抗匹配后，才能将金属条组带宽扩展至1710-2690MHz。
如何进一步在有限范围内，使得终端天线有足够宽的工作带宽，以便满足新一代移动通信网络对天线效率以及在更小空间内工作的需求，有待解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种占用空间更小的印刷宽带终端天线，包括第一弯折金属条组、第二弯折金属条组、接地线、接地片、微带馈线、印刷电路板以及金属地；第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间有缝隙；
所述接地线一端连接所述第二弯折金属条组，接地线的另一端连接所述接地片的一端，所述接地片的另一端连接所述金属地；
所述微带馈线一端连接所述第一弯折金属条组，另一端连接天线所在电子设备的前端射频模块；第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间有预定长度、宽度的缝隙；所述第一弯折金属条组、第二弯折金属条组分别由两条弯折金属带线组成；
微带馈线向第一弯折金属条组直接馈电，在第一弯折金属条组上激励起高频电流形成谐振，再通过第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间缝隙的容性耦合激励起第二弯折金属条组上的高频电流形成谐振。
本发明中第一弯折金属条组与第二弯折金属条组不直接相连。第一弯折金属条组通过微带馈线的激励形成高频电流，进而通过第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间的缝隙的容性耦合激励起第二弯折金属条组上的高频电流，最后形成空间传播的电磁波。两金属条组之间的缝隙相当于一个电容，两组间缝隙间隔越大，电容越小，耦合量越小；缝隙间隔越小，耦合量越大，耦合量的大小与缝隙的长度和宽度成正相关。当两弯折金属条组分别达到其各自的谐振电长度时，就会产生相应频率的谐振。再通过调节缝隙耦合宽度(即是控制耦合量的大小)来调整阻抗匹配，使得最终能够达到有效覆盖(698-960MHz以及1710-2690MHz)带宽的要求。现有天线的匹配电路是使用集总元件，如贴片电感、电容形成的。使用集总元件仅能对某一频点进行匹配，形成较小的带宽拓展；而本发明是根据两金属条组间缝隙的分布参数效应，对多个频点进行匹配，从而较大范围地拓展带宽。于是，这样可以减小天线所占尺寸，且本发明无需使用专门的匹配电路与特殊基板材料。
本发明实施例弯折金属条组的尺寸、第一组弯折金属条组和第二组弯折金属条组之间的缝隙宽度、接地线和接地片的位置和宽度、印刷电路板的尺寸以及印刷在印刷板金属地的尺寸都是可以通过常规实验，视具体的应用环境进行调整而得到最优值。
具体的，组成第一弯折金属条组的两条弯折金属带线均短于组成第二弯折金属条组的两条弯折金属带线，第一弯折金属条组上产生高频谐振，第二弯折金属条组上产生低频谐振；
或者，组成第一弯折金属条组的两条弯折金属带线均长于组成第二弯折金属条组的两条弯折金属带线，第一弯折金属条组上产生低频谐振，第二弯折金属条组上产生高频谐振。
具体的，所述弯折金属带线由2条或2条以上的金属条以弯折角度相连构成；所述金属条为宽度均匀或者非均匀的金属条。弯折角度可根据印刷电路板以及天线所在电子设备的形状而进行调整。通常情况下，正交角度最能节省空间。
具体的，所述第一弯折金属条组、第二弯折金属条组位于印刷电路板的同一侧；印制板金属地位于印刷电路板的另一侧。
具体的，所述微带馈线为50欧姆微带馈线。所述微带馈线与天线所在电子设备的前端射频模块是电连接或压叠式连接。
本发明的有益效果是，能够在较小的空间内获得较宽的工作带宽，不需要使用特殊材料的印刷电路板，同时可以获得较高的天线效率，并且具有容易加工和易于实现等特点，更加适合民用批量生产。
附图说明
图1为实施例1的结构透视示意图；
图2为实施例2的结构透视示意图。
具体实施方式
以下两个实施例均以第一弯折金属条组上产生高频谐振，第二弯折金属条组上产生低频谐振的情况为例，反之，同理。
实施例1
如图1所示，终端天线包括：第一弯折金属条组(10、11、12)、第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)、接地线30、接地片40、50欧姆微带馈线50、印刷电路板60以及印刷在印刷电路板另一面的金属地70；
接地线30的一端连接上述的第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)，另一端连接接地片40，接地片40的另一端连接金属地70；
接地线30的一端连接第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)的一个边缘，或者连接第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)的某一表面；接地线30的另一端可以连接接地片40的一个边缘，或者连接接地片40的表面；
50欧姆微带馈线50的一端连接第一金属条10，另一端连接天线所在电子设备的前端射频模块；50欧姆微带馈线50与第一金属条10连接的位置点、以及50欧姆微带馈线50的宽度和长度可以依据实际的调试结果进行合理地设计。金属地70可以是具有一定宽度的金属线，也可以是长方形、正方形或者其他形状，具体可以由实际的印制板的形状来确定金属地70的形状。
第一弯折金属条组(10、11、12)和第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)之间存在缝隙；第一弯折金属条组(10、11、12)通过50欧姆微带馈线50可以激励起高频电流，进而通过第一弯折金属条组(10、11、12)与第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)之间的缝隙耦合激励起第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)上的高频电流，最后形成空间传播的电磁波。第一弯折金属条组(10、11、12)和第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)均为非封闭的构造，即，第一弯折金属条组(10、11、12)和第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)不是闭合的环形。
第一弯折金属条组(10、11、12)、第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)、接地线30、接地片40以及50欧姆微带馈线50构成了该天线的主体结构。天线主体结构与印刷电路板60以及印制板金属地70一起构成整个天线辐射系统。天线主体结构与金属地70之间的位置关系是本领域所公知的，即天线主体结构与金属地70之间存在一层绝缘的印刷电路板(又称基片材料)，在此不再赘述。
50欧姆微带馈线50与具体的电子设备前端射频模块之间可以是电连接(直接焊接连接)，或者，是压叠式连接(接触式连接)。
第一弯折金属条组(10、11、12)主要由两条较短的弯折金属带线连接形成，其中一条弯折金属带线(10-11)由第一金属条10、第二金属条11组成，第一金属条与第二金属条正交相连；另一条弯折金属带线(11-12)由第二金属条11、第三金属条12组成，第二金属条与第三金属条正交相连；这两条弯折金属带线的主要作用是在高频处产生两个谐振，形成基本的高频带宽(1710-2690MHz)。
第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)主要由两条较长的弯折金属带线连接形成，其中一条弯折金属带线(20-21-22)由第四金属条20、第五金属条21、第六金属条22组成，第四金属条与第五金属条正交相连，第五金属条与第六金属条正交相连；另一条弯折金属带线(20-23-24-25)由第四金属条20、第七金属条23、第八金属条24、第九金属条25组成，第四金属条与第七金属条正交相连，第七金属条与第八金属条正交相连，第八金属条与第九金属条正交相连；这两条弯折金属带线的主要作用是在低频处产生两个谐振，形成基本的低频带宽(698-960MHz)。
通过调节第一弯折金属条组(10、11、12)和第二弯折金属条组(20、21、22、23、24、25)之间的缝隙宽度(即是控制耦合量得大小)进一步调整高频段阻抗匹配与低频段的阻抗匹配，使其最终能够达到有效覆盖1710-2690MHz的高频带宽、698-960MHz的低频带宽的要求。第一弯折金属条组与第二弯折金属条的缝隙存在于第三金属条12和第四金属条20之间；第一金属条10和第九金属条25之间。
上述弯折金属条组除由各自独立多个金属条经电连接得到，还可以由一根金属条进行折叠后得到。组成金属条组的金属条可以是宽度均匀的或者非均匀的。各金属条的宽度和长度之和与产生的谐振频率成反比，即金属条的宽度越宽或长度越长，在该金属条上产生的谐振频率越低。各金属条的宽度和长度的具体取值可通过实际的调试结果进行合理设计。
实施例2
如图2所示的终端天线是在实施例1的基础上进行优化得到的。为了使得调试结果达到最优并且进一步缩小天线所占面积，图2所示的终端天线把原来的第二金属条11、第三金属条12分别往下延长了一段距离，第二金属条10由第一金属条组件111、第二金属条组件112组成，第一金属条组件与第二金属条组件正交相连；第三金属条12由第三金属条组件121、第四金属条组件122组成，第三金属条组件与第四金属条组件正交相连；延长金属条的作用在于延长相应频点的谐振长度，使得谐振点左移(调低谐振频率)，同时，延长的第三金属条12与第七金属条23之间的耦合量增加，影响了第三金属条12和第四金属条20以及第七金属条23之间的耦合量的大小，进而能够调整天线的输入阻抗，优化天线的匹配，使得天线的工作带宽更宽，并能有效缩小天线所占的面积。第八金属条24由第五金属条组件241、第六金属条组件242、第七金属条组件243、第八金属条组件244、第九金属条组件245组成，第五金属条组件与第六金属条组件正交相连，第六金属条组件与第七金属条组件正交相连，第七金属条组件与第八金属条组件正交相连，第八金属条组件与第九金属条组件正交相连。第八金属条24被折弯成“几”字型，这样也可以有效增加带线的长度，以便充分利用天线面积。当然，也可以调整第九金属条25的长度和宽度(比如可以形成反“Γ”型)，同样可以增加带线的长度。
本发明实施例中提供的小尺寸平面印刷宽带终端天线可以广泛应用于通讯手机、对讲机、数据卡、固定台、无线路由器以及其他可以收发信号的通讯设备中，还可以应用于未来的物联网(Internet of Things)、无线射频识别(RadioFrequency Identify)之中。
上述两个实施例中，第一弯折金属条组通过50欧姆微带馈线可以激励起高频的分布电流，进而通过其与第二弯折金属条组之间的缝隙耦合激励起第二组弯折金属条上的高频电流，从而形成空间传播的电磁波。在该发明实施例中，较长的两条金属带线(分别是20-23-24-25和20-21-22)主要是产生低频谐振的，较短的两条金属带线(分别是10-11和10-12)主要是产生高频谐振的，从而使得在高、低频各产生两个主要的谐振，再通过缝隙的容性耦合可以较好地改善阻抗匹配。本发明通过缝隙间耦合激励、合理设计弯折金属条的尺寸、第一组弯折金属条和第二组弯折金属条之间的缝隙宽度、接地线以及接地片的位置和宽度、印刷电路板的尺寸以及印刷金属地的尺寸等等，使得该终端天线能够覆盖无线移动通信的常用工作频段680-3000MHz(包括2G、3G、4G通信频段)，在这样宽的工作带宽内，均能获得较高的天线效率，故该终端天线可广泛应用于移动通信设备中，具有较高的市场价值。

Claims (8)

1.印刷宽带终端天线，包括第一弯折金属条组、第二弯折金属条组、接地线、接地片、微带馈线、印刷电路板以及印制板金属地，其特征在于，第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间有缝隙；
所述接地线一端连接所述第二弯折金属条组，接地线的另一端连接所述接地片的一端，所述接地片的另一端连接所述印制板金属地；
所述微带馈线一端连接所述第一弯折金属条组，另一端连接天线所在电子设备的前端射频模块；所述第一弯折金属条组、第二弯折金属条组分别由两条弯折金属带线组成；
微带馈线向第一弯折金属条组直接馈电，在第一弯折金属条组上激励起高频电流形成谐振，再通过第一弯折金属条组与第二弯折金属条组之间缝隙的容性耦合激励起第二弯折金属条组上的高频电流形成谐振；
所述第一弯折金属条组由第一金属条（10）、第二金属条（11）以及第三金属条（12）连接构成；第一弯折金属条组中的一条弯折金属带线由第一金属条（10）、第二金属条（11）组成，第一金属条与第二金属条正交相连；另一条弯折金属带线由第二金属条（11）、第三金属条（12）组成，第二金属条与第三金属条正交相连；
第二弯折金属条组由第四金属条（20）、第五金属条（21）、第六金属条（22）、第七金属条（23）、第八金属条（24）以及第九金属条（25）连接构成；第二弯折金属条组中的一条弯折金属带线由第四金属条（20）、第五金属条（21）、第六金属条（22）组成，第四金属条与第五金属条正交相连，第五金属条与第六金属条正交相连；另一条弯折金属带线由第四金属条（20）、第七金属条（23）、第八金属条（24）、第九金属条（25）组成，第四金属条与第七金属条正交相连，第七金属条与第八金属条正交相连，第八金属条与第九金属条正交相连；
所述第三金属条（12）和所述第四金属条（20）之间有缝隙；所述第一金属条（10）和所述第九金属条（25）之间有缝隙。
2.如权利要求1所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，组成第一弯折金属条组的两条弯折金属带线均短于组成第二弯折金属条组的两条弯折金属带线，第一弯折金属条组上产生高频谐振，第二弯折金属条组上产生低频谐振。
3.如权利要求2所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，所述全部金属条为宽度均匀或者非均匀的金属条。
4.如权利要求1所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，组成第一弯折金属条组的两条弯折金属带线均长于组成第二弯折金属条组的两条弯折金属带线，第一弯折金属条组上产生低频谐振，第二弯折金属条组上产生高频谐振；
所述全部金属条为宽度均匀或者非均匀的金属条。
5.如权利要求1所述印刷宽带终端天线，其特征在于，所述第二金属条（11）由第一金属条组件（111）、第二金属条组件（112）组成，第一金属条组件与第二金属条组件正交相连；
所述第三金属条（12）由第三金属条组件（121）、第四金属条组件（122）组成，第三金属条组件与第四金属条组件正交相连；
所述第八金属条（24）由第五金属条组件（241）、第六金属条组件（242）、第七金属条组件（243）、第八金属条组件（244）、第九金属条组件（245）组成，第五金属条组件与第六金属条组件正交相连，第六金属条组件与第七金属条组件正交相连，第七金属条组件与第八金属条组件正交相连，第八金属条组件与第九金属条组件正交相连，第八金属条中各金属条组件正交相连形成“几”字形。
6.如权利要求1所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，所述第一弯折金属条组、第二弯折金属条组位于印刷电路板的同一侧；印制板金属地位于印刷电路板的另一侧。
7.如权利要求1所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，所述微带馈线为50欧姆微带馈线。
8.如权利要求1所述的印刷宽带终端天线，其特征在于，所述微带馈线与天线所在电子设备的前端射频模块是电连接或压叠式连接。
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