CN102570061B - 多频印刷电路板天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多频印刷电路板天线，其能够在N个频段上收发信号，N为大于1的自然数，其特征在于包括串联的N段微带天线，其中，相邻的两段微带天线之间串联有一个电感器。在相同空间占用情况下，与现有技术相比，根据本发明的印刷电路板天线可以获得更大的辐射面积以及更高的辐射效率。

Description

多频印刷电路板天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地讲，涉及一种多频印刷电路板天线。

背景技术

传统的手机天线大多采用支架型天线，基本都只包含900MHz和1800MHz两个常用的通话频段。

然而，随着通信技术的发展以及手机功能的多样化，手机不再局限于通话功能，并开始逐渐进一步涵盖GPS导航、WIFI、蓝牙数据传输等功能，这就要求手机天线能够支持更多的频段。

如果分别针对这些功能设计天线，则需要更多的元器件来支持不同的天线，从而需要占用很大的空间。这将导致手机的体积过大。

为了实现手机的小型化(例如，便携、超薄)，其中的一种解决方案是使得手机天线小型化。然而，手机天线过小会导致发射及接收效率较低的问题，可能造成用户在山区、地下停车场等一些信号弱的区域存在掉话的问题。

近来，提出了PEA(PCB embedded antenna，印刷电路板嵌入式天线)天线技术，通过将天线嵌入PCB板来实现天线的小型化。然而，在现有的PEA天线中，为了实现双频功能，通常采用分支设计的方法，即，从馈点端分支出分别用于两个频段的两段印刷天线。因此，现有的PEA技术需要较大的空间来容纳不同频段的天线，当需要支持更多个频段时，需要为每个频段的天线配置空间，这阻碍了手机等通信设备的小型化。

因此，需要一种能够以更小的空间来实现多频收发功能的天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多频印刷电路板天线，其能够在较小的空间内实现对多个频段的支持。

本发明的一方面提供一种多频印刷电路板天线，用于在N个频段上收发信号，N为大于1的自然数，其特征在于，包括串联的N段微带天线，其中，相邻的两段微带天线之间串联有一个电感器。

另一方面，第1段微带天线的长度L(1)＝0.25×(c/f(1))，第i段微带天线的长度L(i)＝0.25×(c/f(i))-0.25×(c/f(i-1))，其中，c表示光速，f(1)表示所述N个频段中的最高频段的中心频率，f(i)表示所述N个频段中的第i高频段的中心频率，i为大于1并小于N+1的自然数，其中，第i段微带天线和第i-1段微带天线之间串联有一个电感器，其中，第1段微带天线的没有连接电感器的一端连接到馈点端。

另一方面，第i段微带天线与第i-1段微带天线之间的电感器可具有使得所述多频印刷电路板天线的N个谐振点分别位于所述N个频段的中心频率处的电感值。

另一方面，至少一段微带天线中的每段微带天线的至少一部分可由架空的金属片代替。

另一方面，所述至少一段微带天线可以为所述N段微带天线中的最靠近所述多频印刷电路板天线的末端的至少一段微带天线。

另一方面，N＝2，f(1)＝1800MHz，f(2)＝900MHz。

另一方面，馈点端的阻抗为50欧姆，第1段微带天线与第2段微带天线之间的电感器的电感值为8nH。

另一方面，所述每段微带天线的至少一部分可靠近每段微带天线的末端。

另一方面，每段微带天线可存在转折部分。

另一方面，所述转折部分的线宽可与微带天线的其他部分的线宽相等或不相等。

另一方面，第k段微带天线的长度可以为L(k)+б，其中，б为根据印刷电路板介质、电感元件和周边环境的寄生参数的影响确定的长度校正值，k为1至N的自然数。

根据本发明的印刷电路板天线，其主体为印刷在PCB板上的微带天线，降低了对立体空间的占用水平。同时，通过在微带天线中设置电感器，从而实现了在一条天线中支持多个频段的效果，极大降低了天线所占用的空间。在给定相同天线设计空间的情况下，与现有技术相比，根据本发明的印刷电路板天线可以获得更大的辐射面积以及更高的辐射效率。此外，通过进一步使用架空的金属片来代替部分微带天线，提高了低频段的辐射效率。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的双频印刷电路板天线的视图；

图2a示出根据本发明的另一示例性实施例的双频印刷电路板天线的俯视图；

图2b示出根据本发明的另一示例性实施例的双频印刷电路板天线的侧视图；

图2c示出根据本发明的另一示例性实施例的双频印刷电路板天线的正视图；

图3示出根据本发明的另一示例性实施例的双频印刷电路板天线的立体示意图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述本发明的示例实施例，其中，相同的标号表示相同的元件。

图1示出了根据本发明的实施例的双频印刷电路板天线，该双频印刷电路板天线可支持两个频段。

如图1所示，根据本发明的双频印刷电路板天线从馈点端101出发，在PCB(印刷电路板)板上形成第一段微带天线，第一段微带天线的起始和结束位置分别由虚线102和103示出。第一段微带天线的长度约为L(1)＝0.25×(c/f(1))，其中，c表示光速，f(1)表示两个频段中的较高频段的中心频率(例如，1800MHz)。

第一段微带天线的结束位置串联到电感器104的一端。从电感器104的另一端出发，在PCB板上形成第二段微带天线，第二段微带天线的起始和结束位置分别由虚线106和107示出。第二段微带天线的长度约为L(2)＝0.25×(c/f(2))-L(1)，其中，f(2)表示两个频段中的较低频段的中心频率(例如，900MHz)。这样，在PCB板上形成的微带天线的长度为大约L(1)+L(2)。

此外，双频印刷电路板天线通过接地线100接地。优选地，在第一微带天线的接近馈点端101的位置延伸出接地线100。

由于电感器104的阻频特性(即，阻高频通低频)，PCB板上的长度为大约L(1)+L(2)的微带天线相当于两条天线，即，等效长度为L(1)的高频段谐振微带天线和等效长度为L(1)+L(2)的低频段谐振微带天线。

在f(1)＝1800MHz，f(2)＝900MHz的情况下，L(1)约为41mm，L(2)约为41mm。

电感器104的电感值的大小会直接影响到用于高频带和低频带的谐振点。电感器104的电感值过大会使得用于低频带的谐振点劣化，而电感器104的电感值过小会使得用于高频带的谐振点劣化。

在理想的情况下，电感器104的理想电感值L＝Z/(2×π×f(2))，其中，Z为馈点端101的阻抗。然而，由于各种外界因素的影响，该理想电感值不能使得双频印刷电路板天线具有设计的谐振点1800MHz和900MHz。因此，在实际设计中，通常采用试验的方式来确定使得双频印刷电路板天线具有设计的谐振点的电感值，而非使用理想电感值。

在f(1)＝1800MHz，f(2)＝900MHz的情况下，当Z＝50欧姆时，优选地将电感器104的电感值设置为8nH。此时，电感器104使得印刷电路板天线具有大约1800MHz和大约900MHz的两个谐振点。

优选地，微带天线的宽度与电感的焊盘宽度相同。

在现有技术中，为了实现两个频段，需要同时在PCB板形成两条微带天线，其中，一条微带天线的长度为L(1)，用于实现高频段；另一条微带天线的长度为L(1)+L(2)，用于实现低频段。即，需要长度为2×L(1)+L(2)的微带天线。而在本发明中，通过长度为大约L(1)+L(2)的微带天线便可实现两个频段，从而减小微带天线的长度并降低了形成天线所需的空间。

在另一实施例中，可根据PCB板的介质、电感元件和周边环境的寄生参数的影响对确定的天线长度进行校正，以实现最佳谐振。

在另一实施例中，微带天线中可存在转折或蜿蜒部分(例如，图1所示的转折部分108和109)，可通过调整转折或蜿蜒部分的线宽来实现微带天线的有效长度的调整，从而调整谐振点。在实际设计中，天线所占的总面积可能是固定的，通过在微带天线中设置转折部分并调整转折部分的线宽可以灵活地调整微带天线的有效长度。如图1所示，当转折部分108和109的线宽沿向上的方向变宽或者变窄时，可使得第一段微带天线的有效长度变长；当转折部分108和109的线宽沿向下的方向变宽或者变窄时，可使得第一段微带天线的有效长度变短。

图2a、图2b、图2c和图3示出了根据本发明的另一实施例的双频印刷电路板天线。

在图2a、图2b、图2c和图3示出的双频印刷电路板天线中，利用一段架空的金属片105来代替第二段微带天线的一部分。应该理解，金属片105的水平长度和竖直长度之和等于替代的这部分微带天线的长度。在图1示出的双频印刷电路板天线中，第一段微带天线和第二段微带天线都用于低频段，然而第二段微带天线的末端辐射特性相对较差，通过金属片105能够有效地提高低频辐射特性。同时，与图1示出的双频印刷电路板天线相比，由于金属片105被架空，因此能够减小整个天线在PCB板上所占用的面积。

在附图中示出金属片105位于第二段微带天线的中部。优选地，金属片105设置在第二段微带天线的靠近末端(即，结束端)的位置。金属片105可以采用不锈钢，其强度高，耐损。此外，金属片105也可以采用铜，其辐射效果更好，但强度相对低，并且抗腐蚀性不如不锈钢。此外，金属片105也可以采用其他的金属。

在f(1)＝1800MHz，f(2)＝900MHz的情况下，例如，可将第二段微带天线中的20mm使用金属片105替代。

以上示出了实现双频印刷电路板天线的实施例，然而本发明不限于此。根据本发明可以实现能够支持更多频段的印刷电路板天线。

在一个实施例中，实现支持在N(N为大于1的自然数)个频段上收发信号的N频段印刷电路板天线，该N频段印刷电路板天线包括依次串联的N段微带天线，其中，相邻的两段微带天线之间串联有一个电感器，这样存在N-1个电感器。由于N-1个电感器的作用，整个N频段印刷电路板天线支持N个频段，每个频段对应一个谐振点。

类似于图1所示的第一微带天线，所述N段微带天线中的第1段微带天线的长度L(1)＝0.25×(c/f(1))，用于支持N个频段中的最高频段。第1段微带天线的没有串联电感器的一端连接到馈点端。

此时，f(1)表示所述N个频段中的最高频段的中心频率。

N段微带天线中的第i段微带天线的长度L(i)＝0.25×(c/f(i))-0.25×(c/f(i-1))，其中，f(i)表示所述N个频段中的第i高频段(即，N个频段中频段水平排名第i的频段)的中心频率，i为大于1并小于N+1的自然数。

第i段微带天线与第i-1段微带天线之间的电感器的理想电感值L(i-1)＝Z/(2×π×f(i))。

优选地，采用试验的方式来确定第i段微带天线与第i-1段微带天线之间的电感器(即，N-1个电感器)的电感值，使得印刷电路板天线的N个谐振点分别位于所述N个频段的中心频率处。

此外，类似于图3示出的实施例，可在用于较低频段的至少一段微带天线中采用架空的金属片来代替所述至少一段微带天线中的每段的至少一部分微带天线。另外，根据实际的设计环境，也可在用于高频段的部分段微带天线(例如，第1段)中采用架空的金属片。优选地，在所述N段微带天线中的位于最末端的几段微带天线采用架空的金属片。优选地，被架空的金属片所代替的那部分微带天线位于或靠近该部分微带天线所在的那段微带天线的末端。

在另外的实施例中，考虑印刷电路板介质、电感元件和周边环境的影响来进一步校正微带天线的长度。

此时，第k段微带天线的长度为L(k)+б，其中，б为根据印刷电路板介质、电感元件和周边环境的寄生参数的影响确定的长度校正值。该长度校正值可以通过理论计算以及试验获得，k为1至N的自然数。

根据本发明的印刷电路板天线，其主体为印刷在PCB板上的微带天线，降低了对立体空间的占用水平。同时，通过在微带天线中设置电感器，从而实现了在一条天线中支持多个频段的效果，极大降低了天线所占用的空间。在给定相同天线设计空间的情况下，与现有技术相比，根据本发明的印刷电路板天线可以获得更大的辐射面积，提高了辐射效率。此外，通过进一步使用架空的金属片来代替部分微带天线，提高了低频段的辐射效率。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种多频印刷电路板天线，用于在N个频段上收发信号，N为大于1的自然数，其特征在于，包括串联的N段微带天线，其中，相邻的两段微带天线之间串联有一个电感器，

其中，至少一段微带天线中的每段微带天线的至少一部分由架空的金属片代替，以提高低频辐射特性，

其中，第i段微带天线与第i-1段微带天线之间的电感器具有使得所述多频印刷电路板天线的N个谐振点分别位于所述N个频段的中心频率处的电感值，i为大于1并小于N+1的自然数。

2.如权利要求1所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，第1段微带天线的长度L(1)＝0.25×(c/f(1))，第i段微带天线的长度L(i)＝0.25×(c/f(i))-0.25×(c/f(i-1))，

其中，c表示光速，f(1)表示所述N个频段中的最高频段的中心频率，f(i)表示所述N个频段中的第i高频段的中心频率，

其中，第i段微带天线和第i-1段微带天线之间串联有一个电感器，

其中，第1段微带天线的没有连接电感器的一端连接到馈点端。

3.如权利要求1所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，所述至少一段微带天线为所述N段微带天线中的最靠近所述多频印刷电路板天线的末端的至少一段微带天线。

4.如权利要求1所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，N＝2，f(1)＝1800MHz，f(2)＝900MHz。

5.如权利要求4所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，馈点端的阻抗为50欧姆，第1段微带天线与第2段微带天线之间的电感器的电感值为8nH。

6.如权利要求1所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，被架空的金属片所代替的那部分微带天线位于或靠近该部分微带天线所在的那段微带天线的末端。

7.如权利要求1所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，每段微带天线存在转折部分。

8.如权利要求7所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，所述转折部分的线宽与微带天线的其他部分的线宽相等或不相等。

9.如权利要求2所述的多频印刷电路板天线，其特征在于，第k段微带天线的长度为L(k)+б，其中，б为根据印刷电路板介质、电感元件和周边环境的寄生参数的影响确定的长度校正值，k为1至N的自然数。