CN102570039A - 介质耦合馈电天线和介质耦合馈电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质耦合馈电天线，包括谐振在GSM850/GSM900频段的天线，还包括介质耦合馈电装置，所述介质耦合馈电装置包括一非导体材料，所述非导体材料两侧各带有一定厚度的导电镀层；所述非导体材料带有导电镀层的一面与所述天线连接，所述介质耦合馈电装置的相对介电常数ε_r＞30。所述非导体材料的两侧的导电镀层之间的垂直距离小于1.4mm。所述非导体材料的两侧的导电镀层的相对面积大于2mm²。导电镀层的形状为正方形、长宽不相等的长方形、具有相同面积的多边形、曲面中的任意一种。与现有技术相比，本发明能够在GSM850/GSM900频段将能量有效地耦合到手机内置天线上，且使手机内置天线与天线能源非接触，避免了天线与天线能源直接接触造成的机械磨损，且可以放置到手机的任意位置。

Description

介质耦合馈电天线和介质耦合馈电装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种介质耦合馈电天线和介质耦合馈电装置。

背景技术

近年来，伴随着材料与加工工艺的不断发展，手机天线的实现形式也越来越多。在手机等移动通信系统中，天线的馈电通常是点接触式的可伸缩的弹片，或面接触式的弹片、焊盘等，因为这些直接连接的馈电方式均可等效为一段引线电感，所以可称为电感式馈电，如图1，10为点接触式弹片；如图2，11为面接触式弹片。电感式的馈电方便、简单、易实现而且成本低。随着天线加工工艺与功能外观的要求，电感式馈电的缺点也越来越明显。弹片触点的磨损，弹片形变的弹性的变化，将直接影响天线的发射和接收性能。外观上，天线只能位于手机中固定的位置，从而限制了天线的应用范围。近来，越来越多的电容耦合馈电应用到天线设计上来，但遗憾的是仅给出了耦合的示意，即天线的能量经过耦合得到，并没有定量地给出满足设计频率的耦合条件。另一方面，对设计频率较高的通信频段如，GSM1800/GSM1900/UMTS2100，GPS，BT/WIFI，电容耦合的电容值只是同等传输条件下GSM850/GSM900耦合电容的1/2到1/3，因而实现比较容易，在设计中优化馈线与天线的间距，或改变馈线的长度等即可满足。但对GSM850/GSM900频段，这样的电容并不能将馈线的能量耦合到天线上。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种该装置能够在GSM850/GSM900频段将能量有效地耦合到手机内置天线上，且使手机内置天线与天线能源非接触，避免了天线与天线能源直接接触造成的机械磨损，且可以放置到手机的任意位置的介质耦合馈电天线和介质耦合馈电装置。

一种介质耦合馈电天线，包括谐振在GSM850/GSM900频段的天线，还包括介质耦合馈电装置，所述介质耦合馈电装置包括一非导体材料，所述非导体材料两侧各带有一定厚度的导电镀层；所述非导体材料带有导电镀层的一面与所述天线连接，所述介质耦合馈电装置的相对介电常数ε_r＞30。

较佳地，所述非导体材料的两侧的导电镀层之间的垂直距离小于1.4mm。

较佳地，所述非导体材料的两侧的导电镀层的相对面积大于2mm²。

较佳地，所述天线为单极天线/PIFA/IFA/单极子天线/偶极子天线。

较佳地，导电镀层的形状为正方形、长宽不相等的长方形、具有相同面积的多边形、曲面中的任意一种。

一种介质耦合馈电装置，：包括一非导体材料，所述非导体材料两侧各带有一定厚度的导电镀层。

较佳地，其相对介电常数ε_r＞30.

较佳地，所述非导体材料的两侧的导电镀层之间的垂直距离小于1.4mm.

较佳地，所述非导体材料的两侧的导电镀层的相对面积大于2mm²。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一、本发明能够在GSM850/GSM900频段将能量有效地耦合到手机内置天线上。

第二、使天线与天线能源非接触，避免了天线与天线能源直接接触造成的机械磨损，且其可以放置到手机的任意位置。

附图说明

图1为点接触式馈电天线结构示意图；

图2为面接触式馈电天线结构示意图；

图3为本发明实施例对应的介质耦合馈电装置的分解图；

图4为本发明实施例对应的介质耦合馈电天线的结构示意图；

图5为本发明实施例对应的介质耦合馈电的回波损耗S11图1；

图6为本发明实施例对应的介质耦合馈电的回波损耗S11图2；

图7为本发明实施例对应的介质耦合馈电的回波损耗S11图3。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：

如图3，一种介质耦合馈电装置，包括：第一介质层101、第二介质层102、中间层103；所述第一介质层101与第二介质层102通过中间层103连接在一起，且第一介质层101与第二介质层102相对。第一介质层101、第二介质层102均为带有一定厚度的导电镀层，且中间层103为非导体材料。

如图4，一种介质耦合馈电天线，包括天线2、上述介质耦合馈电装置1。天线2为一手机内置天线，且其为一谐振在GSM850/GSM900的单极天线。介质耦合馈电装置1的第一介质层101连接在天线2的一端；且天线2的馈电点在第二介质层102的位置。故天线能源直接与第二介质层102接触；因为第二介质层102与第一介质层101之间存在非导体材料，故天线能源与天线2处于非接触状态，这样，既能将天线能源的能量以耦合的方式传输，又能避免直接接触带来的机械磨损。

由于第一介质层101、第二介质层102均为导电镀层，故二者之间形成了一个电容，该电容起电容耦合的作用，该电容相当于串联在天线2与馈电点之间。介质耦合馈电装置1等效为一个电容，且其包括的主要参数有：相对介电常数ε_r，厚度d mm，面积S，在本发明的实施例中，厚度d为第一介质层101与第二介质层102之间的垂直距离，S为第一介质层101与第二介质层102之间的相对面积。在本实施例中，第一介质层101、第二介质层102均为正方形，设其边长均为Lmm。其对应的电容计算公式为：

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{r}S}{4\mathrm{\πkd}},$ k＝8.988e9，S＝L*L  (1)；

另根据电容的特性，对不同的频率点，电容的容抗也不同，用X_c表示电容的容抗，则：-jX_c＝-j/2πfC(2)，其中f为对应的频率。且根据回波损耗S11与输入阻抗的关系：

Z_in＝R_a+jX_a-jX_c(3)，其中，R_a+jX_a为辐射天线的阻抗，就可以得出天线2的回波损耗S11图。且GSM850/GSM900标准通常要求S11在-5附近。回波损耗S11图中，横坐标代表频率，纵坐标代表S11，即损耗值；S11值越小，代表损耗越小。

图5给出了ε_r和S为定值，厚度d从0.8mm到1.5mm，本实施例介质耦合馈电的回波损耗图，其中，ε_r＝90，S＝4mm²。从图中可以看出，在GSM850/GSM900范围，厚度d在0.8mm～1.5mm，均能满足S11在-5附近。比较各条曲线，d值越大，S11值越小，损耗越小；但因为d＝1.5mm以及d＝1.4mm两者对应的曲线的S11值变化很小，故d的值超过1.4就意义不大了，故介质厚度d只须小于1.4mm均可满足S11在-5附近。各曲线的最低点对应其谐振频率，由于谐振频率的存在，使各个曲线产生漂移，即各曲线的最低点不一样，但其带来的影响可通过调节天线2来消除。

图6给出了厚度d和面积S为定值，相对介电常数ε_r从10到90，本实施例介质耦合馈电的回波损耗图，其中，d＝1.1mm，S＝4mm²。从图中可以看出，当相对介电常数ε_r＝10时，能量在GSM850/GSM900很大部分被反射回去，S11远大于-5。随着相对介电常数的增大，回波损耗得到很大的改善，当增大到一定值时，就可满足S11在-5附近。故，只有介电常数足够高时，GSM850/GSM900频率才能传输到手机内置天线2。故这里取相对介电常数ε_r＞30，则可满足S11在-5附近。

图7给出了厚度d和相对介电常数ε_r为定值，面积S从1mm²到4mm²，本实施例介质耦合馈电的回波损耗图，其中ε_r＝90，d＝1.1mm。从图中可以看出，当面积为1mm²时，大部分能量被反射回去，S11远大于-5。当面积增大，损耗变小，能量传输到手机内置天线2。这里取S＞2mm²，则可满足S11在-5附近。

根据图5、图6、图7比较的结果，可以得出，介质耦合馈电装置1的相对介电常数ε_r＞30；第一介质层101与第二介质层102的相对的面积S＞2mm²，第一介质层与第二介质层的垂直距离d小于1.4mm，这样满足上述条件，则其对应的天线2的回波损耗S11在-5左右，则对应介质耦合馈电装置1在GSM850/GSM900频段可以将能量很好地耦合到天线2上。

本发明的第一介质层101与第二介质层102均为一定厚度的导电镀层，其满足良好的导电特性，其具体实施视加工工艺而定。

在本实施例中，天线2为一谐振在GSM850/GSM900的单极天线，仅为举例，该天线只要保证其谐振在GSM850/GSM900即可，其可以是PIFA/IFA/单极子天线/偶极子天线，本发明不对此作出限定。

在本实施例中，第一介质层101、第二介质层102为长和宽相等的正方形，仅为举例，具体实施时，二者的形状可以是长宽不相等的长方形或具有相同面积的其他多边形或曲面，本发明不对此作出限定。

本实施例中，天线2与第一介质层101垂直连接，仅为举例，具体实施时，第一介质101也可以直接贴在天线2上，与其水平连接。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种介质耦合馈电天线，包括谐振在GSM850/GSM900频段的天线，其特征在于：还包括介质耦合馈电装置，所述介质耦合馈电装置包括一非导体材料，所述非导体材料两侧各带有一定厚度的导电镀层；所述非导体材料带有导电镀层的一面与所述天线连接，所述介质耦合馈电装置的相对介电常数ε_r＞30。

2.根据权利要求1所述的介质耦合馈电天线，其特征在于，所述非导体材料的两侧的导电镀层之间的垂直距离小于1.4mm。

3.根据权利要求1或2所述的介质耦合馈电天线，其特征在于，所述非导体材料的两侧的导电镀层的相对面积大于2mm²。

4.根据权利要求1所述的介质耦合馈电天线，其特征在于，所述天线为单极天线/PIFA/IFA/单极子天线/偶极子天线。

5.根据权利要求1所述的介质耦合馈电天线，其特征在于，导电镀层的形状为正方形、长宽不相等的长方形、具有相同面积的多边形、曲面中的任意一种。

6.一种介质耦合馈电装置，其特征在于：包括一非导体材料，所述非导体材料两侧各带有一定厚度的导电镀层。

7.根据权利要求6所述的介质耦合馈电装置，其特征在于，其相对介电常数ε_r＞30.

8.根据权利要求6所述的介质耦合馈电装置，其特征在于，所述非导体材料的两侧的导电镀层之间的垂直距离小于1.4mm.

9.根据权利要求6所述的介质耦合馈电装置，其特征在于，所述非导体材料的两侧的导电镀层的相对面积大于2mm²。

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