CN102723585A - 一种环路耦合宽带天线结构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种环路耦合宽带天线结构及其实现方法，该天线结构包括主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成的闭合环路；该天线结构还包括闭合环路内部的耦合单元，耦合单元和第二射频接地点相连；其中，耦合单元与第二射频接地点相连在闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。本发明解决了传统天线频带较窄，占用体积较大等问题。

Description

一种环路耦合宽带天线结构及其实现方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种环路耦合宽带天线结构及其实现方法。

背景技术

全球移动设备供应商协会(Global mobile Suppliers Association，简称为GSA)日前更新了其《LTE演进(Evolution to LTE)》报告，确认有49家运营商现已商用LTE网络，预计到2012年底将有50多个国家和地区的119张LTE网络实现商用。

目前，LTE的规划和商用频段包括2600，2100，1900，1800，1700，1500，900，850，700MHz(兆赫)，众多的频谱选择给运营商部署LTE网络提供了很大的灵活性，也对LTE终端天线提出了新的要求。如何设计一种可灵活覆盖0.7GHz(吉赫)-2.7GHz的超宽带全向天线已成为关键的技术难点。

在已有的拓展天线带宽的设计方法中，主要包括如下两种：

一种是对PFIA(Planar Inverted F Antenna，平面倒F天线)，IFA(InvertedF Antenna，倒F天线)等天线形式加以改进，譬如在贴片的最大电流点加短路点，可以实现双频特性并减少天线尺寸；还有附加寄生结构，增加开槽结构，延展电流路径等等。此外，针对低频带宽不足的特点，还可以将低频和高频天线分开设计再合路成为天线系统。但这种改进方式都需要较好的天线环境作为支撑，难以在小型化，超薄化的终端上实现。

另一种是采用可调谐式天线，根据工作频段需求，通过开关电路切换选择天线不同的匹配或者负载，这种方式增加了开关控制单元，对物料和人力成本都提出了更高的要求。

综上所述，现有技术中存在传统天线频带较窄，占用体积较大，LTE低频天线实现困难等问题，因此，如何设计一种频带较宽，适应性更强的天线，以满足LTE终端的技术发展需求，是现有技术急需解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种环路耦合宽带天线结构及其实现方法，解决了传统天线频带较窄，占用体积较大等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了提供一种环路耦合宽带天线结构，所述天线结构包括主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成的闭合环路；

所述天线结构还包括闭合环路内部的耦合单元，所述耦合单元和第二射频接地点相连。

进一步地，所述耦合单元与所述第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。

进一步地，所述闭合环路与所述开路环均为矩形、圆形、椭圆形、梯形或者多边形环路结构。

进一步地，所述短支臂的电尺寸为高频波长的四分之一。

进一步地，所述开路环的电尺寸为低频波长的二分之一。

进一步地，所述闭合环路的电尺寸为低频波长的二分之一。

进一步地，所述耦合单元与所述主辐射单元存在一定的间距。

进一步地，印刷电路基板上的地板在所述天线正下方设置有净空区域。

本发明还提供了一种环路耦合宽带天线结构实现方法，所述方法包括：

通过主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成闭合环路；

所述闭合环路内部设置耦合单元，所述耦合单元和第二射频接地点相连。在所述闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。

进一步地，所述耦合单元和第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一短支臂时，

所述天线结构的模式包括：所述闭合环路的低频模式，所述闭合环路内部的缝隙模式，和所述闭合环路产生的高次模；以及所述短支臂产生的高频模式。

进一步地，所述耦合单元和第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一开路环；

所述天线结构的模式包括：所述闭合环路的低频模式，所述闭合环路内部的缝隙模式，和所述闭合环路产生的高次模；以及所述开路环产生的低频模式和所述开路环产生的高次模。

本发明提出了一种应用于LTE终端的环路耦合宽带天线结构，结构简单，实现灵活的宽带全向天线，满足了当前和潜在的LTE网络需求。与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

1)主辐射以及耦合单元的结构简单，大大缩小天线体积，天线高度只需要3mm，更加有利于终端超薄化的设计要求；

2)环形天线结构配合耦合单元可实现低频和高频的多谐振模式以满足LTE频段需求；

3)高频产生的缝隙模式对终端的SAR(Specific Absorption Rate，特殊吸收辐射率)和HAC(Hearing Aid Compatibility，助听兼容性)也有改善。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一的天线结构示意图；

图2是本发明实施例一的主辐射单元及耦合单元平面结构示意图；

图3是本发明实施例二的天线结构示意图；

图4是本发明实施例二的主辐射单元及耦合单元平面结构示意图；

图5是本发明实施例一常温常压下0.5GHz-3.0GHz天线反射系数曲线示意图；

图6是本发明实施例二常温常压下0.5GHz-3.0GHz天线反射系数曲线示意图。

具体实施方式

本实施方式提供一种环路耦合宽带天线结构，采用如下方案：

所述天线结构包括主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成的闭合环路；

所述天线结构还包括闭合环路内部的耦合单元，所述耦合单元和第二射频接地点相连。

进一步地，所述耦合单元与所述第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。

具体地，主辐射单元和耦合单元都可以通过FPC或者LDS工艺设计在终端后壳或者独立支架上。主辐射单元与地板上的射频激励端口以及射频接地点相连构成的闭合环路实现了天线主要的辐射性能。而耦合单元与地板上另一个射频接地点相连，与环路结构形成了很好的磁耦合效果，其产生的额外谐振大大拓展了天线带宽。这种结构最大的优点是耦合单元可以灵活设计，其长度可以从开路环状(如图3，4所示)缩小至短支臂形状(如图1，2所示)，以实现从700-2600MHz各LTE频段的拓展需求，而且主辐射单元的环路结构简单，易于在目前的终端产品中实现。

进一步地，所述的主辐射单元并不局限于单一的矩形环路结构，各种环路天线的拓展结构如圆形，梯形以及各种多边形都可以应用在本发明设计方案中。耦合单元结构设计在闭合环路内部，与闭合环路采用一致或者相似的(矩形、圆形、多边形等)结构，且耦合单元与主辐射单元存在一定间距(最佳间距在0.5-1mm之内)以获得较好耦合效果。一般主辐射单元和耦合单元高出PCB基板上地板3mm以上即可。此外，印刷电路PCB基板上的地板在天线正下方需要一定的净空区域，其净空区域的宽度在10mm左右。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提出一种LTE智能终端环形耦合结构宽带天线设计方案，主辐射单元和耦合单元可以通过FPC或LDS工艺贴在终端后壳或者支架上，主辐射单元与地板上的射频激励端口以及射频接地点相连形成闭合环路；耦合单元与地板上的另一射频接地点相连在主辐射单元内部形成一短支臂。

本实施例适用于LTE高频的拓展。短支臂的电尺寸大致等于高频波长的四分之一，比如谐振点在1500MHz附近，其电尺寸的长度大概在70mm。本实施例通过短支臂拓展了LTE高频，调整其电长度可以优化1500MHz-2600MHz的任意高频频段。

其中，耦合单元中短支臂接近于常规的单极天线，其主谐振长度一般是波长的四分之一左右；开路环比较接近于常规的环形天线，其主谐振长度一般是波长的二分之一左右。短支臂耦合单元主要用于LTE 1500-2600MHz频带的拓展；开路环耦合单元主要用于LTE700-900MHz的拓展，其产生的高次谐振一般可以覆盖到2600MHz频段。

如图2所示，主辐射单元与激励端口以及接地点形成了闭合环路。除了短支臂耦合单元产生的模式，高频的其他模式是闭合环的高次模以及闭合环内部的缝隙模形成的。其中，闭合环的主模式会产生低频谐振，它的高次模式如三次谐振会覆盖在LTE1800/1900MHz频段；缝隙模式是指闭合环内部的非导体区域，由于此结构中缝隙天线电长度大约是闭合环电长度的一半，所以缝隙产生的主谐振是在高频部分。天线全频段的反射系数如图5所示。

优选地，天线辐射单元的高度为3mm，同时PCB基板的全净空区域为10mm，天线宽度基本和PCB基板宽度相当。

实施例二

如图3和图4所示，本实施例提出另一种LTE智能终端环形耦合结构宽带天线设计方案，主辐射单元和耦合单元可以通过FPC或LDS工艺贴在终端后壳或者支架上，主辐射单元与地板上的射频激励端口以及射频接地点相连形成闭合环；耦合单元与地板上的另一射频接地点相连在主辐射单元内部形成开路环。

本实施例适用于LTE低频的拓展。由于需要实现低频段的谐振，闭合环的电尺寸大致等于低频波长的二分之一，如谐振点在700MHz附近，其电尺寸的长度大概在160mm；开路环的电尺寸同样大致等于低频波长的二分之一，如谐振点在900MHz附近，其电尺寸的长度大概在130mm。本实施例通过闭合环和开路环在低频实现了双谐振，基本覆盖了LTE700，850，900(MHz)的低频频段。

如图4所示，主辐射单元与激励端口以及接地点形成了闭合环路，其内部的缝隙模式可以有效地拓展高频带宽。另一部分的高频模式属于主辐射单元闭合环和耦合单元开路环的高次模，这两组模式基本覆盖了LTE1700，1800，1900，2100，2600(MHz)的高频频段。天线全频段的反射系数如图6所示。

优选地，天线辐射单元的高度为3mm，同时PCB基板的全净空区域为10mm，天线宽度基本和PCB基板宽度相当。

综上所述，本发明提出一种应用于LTE智能终端的环形耦合结构的宽带天线结构，通过对辐射单元和耦合单元的设计，实现了LTE低频和高频的带宽拓展。该天线结构简单，调试灵活，满足了现有移动技术尤其LTE通信网络对天线的电性能要求。

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

Claims (11)

1.一种环路耦合宽带天线结构，其特征在于，所述天线结构包括主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成的闭合环路；

所述天线结构还包括闭合环路内部的耦合单元，所述耦合单元和第二射频接地点相连。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述耦合单元与所述第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。

3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，

所述闭合环路与所述开路环均为矩形、圆形、椭圆形、梯形或者多边形环路结构。

4.如权利要求2或3所述的天线结构，其特征在于，

所述短支臂的电尺寸为高频波长的四分之一。

5.如权利要求2或3所述的天线结构，其特征在于，

所述开路环的电尺寸为低频波长的二分之一。

6.如权利要求1、2或3所述的天线结构，其特征在于，

所述闭合环路的电尺寸为低频波长的二分之一。

7.如权利要求1、2或3所述的天线结构，其特征在于，

所述耦合单元与所述主辐射单元存在一定的间距。

8.如权利要求1、2或3所述的天线结构，其特征在于，

印刷电路基板上的地板在所述天线正下方设置有净空区域。

9.一种环路耦合宽带天线结构实现方法，其特征在于，所述方法包括：

通过主辐射单元、射频激励端口和第一射频接地点构成闭合环路；

所述闭合环路内部设置耦合单元，所述耦合单元和第二射频接地点相连，在所述闭合环路内部形成一短支臂、或者形成一开路环。

10.如权利要求9所述的实现方法，其特征在于，

所述耦合单元和第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一短支臂时，

所述天线结构的模式包括：所述闭合环路的低频模式，所述闭合环路内部的缝隙模式，和所述闭合环路产生的高次模；以及所述短支臂产生的高频模式。

11.如权利要求9所述的实现方法，其特征在于，

所述耦合单元和第二射频接地点相连在所述闭合环路内部形成一开路环；

所述天线结构的模式包括：所述闭合环路的低频模式，所述闭合环路内部的缝隙模式，和所述闭合环路产生的高次模；以及所述开路环产生的低频模式和所述开路环产生的高次模。

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