CN103337697A - 七频段平面终端天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七频段平面终端天线，主要解决了现有技术中存在的天线无法满足用户对其小型化、宽带化、多频带工作等要求，不能满足人们需求的问题。该七频段平面终端天线，包括印制板（60）和设置在印制板（60）一表面的印制板金属地（70），还包括设置于印制板（60）另一表面、连接有微带馈线（50）的直接馈电单元，与直接馈电单元间存在耦合间隙、连接有接地线（30）的耦合馈电单元。通过上述方案，本发明达到了体积小巧、支持七个频段，且性价比较高的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

七频段平面终端天线

技术领域

本发明涉及一种终端天线，具体地说，是涉及一种七频段平面终端天线。

背景技术

天线是一种变换器，其主要用于将传输线上传播的导行波变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中常用作进行发射或接收电磁波的部件，被广泛应用于无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统。

目前终端天线主要是PIFA与MONOPOLE天线。PIFA天线：即平面倒F天线，它自产生以来，一直到今天都采用内置天线的形式，这种天线的基本组成形式是互相平行的平面辐射单元和接地面，在辐射单元上彼此靠近的位置有一个接地的短路片和一个馈电片；MONOPOLE天线，即单极子天线，其基本原理是将对称振子的两个极性相反的馈点处使用接地面，利用天线对地的镜像与天线一起构成对称振子，这种天线本身的物理尺寸比对称振子小1/2，但具有与对称振子相似的辐射特性，因此这是天线小型化的一种重要措施。

随着移动通信的迅猛发展，单纯的PIFA与MONOPOLE天线已经不能满足无线通讯系统的要求，人们对应用于无线通讯系统的天线提出了小型化、宽带化、多频段工作等要求，其中天线作为无线通信系统中的一个关键部件，其性能的优劣直接关系到系统通讯质量的好坏，多频宽带天线的发展已成为扩展终端性能的一种通用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种七频段平面终端天线，主要解决现有技术中存在的天线无法满足用户对其小型化、宽带化、多频带工作等要求，不能满足人们需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

七频段平面终端天线，包括印制板和设置在印制板一表面的印制板金属地，还包括设置于印制板另一表面、连接有微带馈线的直接馈电单元，与直接馈电单元间存在耦合间隙、连接有接地线的耦合馈电单元。

进一步地，所述直接馈电单元包括下端与微带馈线相连的第一金属条，连接于第一金属条上端二者形成一“T”型结构的第二金属条，位于第二金属条下方、上端与第一金属条垂直相连的第三金属条，平行于第二金属条、与第三金属条下端垂直相连的第四金属条，位于第二金属条上方、通过第五金属条与第四金属条同向端相连的第六金属条。

更进一步地，所述耦合馈电单元包括位于与所述第三金属条相对的第一金属条另一侧、与第一金属条平行的第七金属条，上端与第七金属条垂直相连、与第三金属条结构对称的第八金属条，平行于第二金属条、与第八金属条下端垂直连接的第九金属条，位于第二金属条上方、通过第十金属条与第九金属条同向端相连的第十一金属条，所述接地线连接于第七金属条下端。

具体地说，所述第三金属条与第八金属条的总长度相同。

再进一步地，所述接地线上与连接有第七金属条的一端相对的另一端连接有接地片。

本发明中，所述第三金属条和第八金属条均由六条以上以弯折90度角首尾相连的金属条构成；所述第三金属条、第四金属条、第五金属条和第六金属条的总长度小于第七金属条、第八金属条、第九金属条、第十金属条和第十一金属条的总长度。

作为优选，所述微带馈线为50欧姆微带馈线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中，采用带有分布式电感的金属条等效传统的集总电感元器件，相比集总元器件，使用分布式电感可以实现天线的全部印刷，进而降低天线成本，实现天线小型化，本发明通过将直接馈电单元和耦合馈电单元设定为特定结构，使得本发明在满足天线性能指标的前提下更为紧凑，且具有很好的七频段特性。

（2）本发明通过对直接馈电单元、耦合馈电单元、微带馈线、接电线等的巧妙设置，使得本发明整体尺寸较小，能够覆盖824—906MHZ以及1710—2690MHZ共七个常用频段，且无需特殊安装工艺，便于和电路进行一体化设计，容易调谐，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

10-第一金属条，11-第二金属条，12-地三金属条，13-第四金属条，14-第五金属条，15-第六金属条；

20-第七金属条，21-第八金属条，22-第九金属条，23-第十金属条，24-第十一金属条；

30-接地线；

40-接地片；

50-微带馈线；

60印制板；

70-印制板金属地。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

为了解决现有技术中存在的天线无法满足用户对其小型化、宽带化、多频带工作等要求，不能满足人们需求的问题，如图1所示，本发明公开了一种含两分布式电感的小尺寸七频段平面终端天线，主要包括：印制板60、直接馈电单元、耦合馈电单元、微带馈线50和接地线30，其中，印制板60一表面印刷有金属地，该印制板金属地70包括主金属地和扩展金属地，印制板60另一表面为空白无金属覆铜基板，直接馈电单元、耦合馈电单元、微带馈线50和接地线30均设置在空白无金属覆铜基板上。

其中，直接馈电单元包括T型结构的短金属条组及与T型结构短金属条组连接的带有分布式电感的长金属条；耦合馈电单元为带有分布式电感的短路金属条组，直接馈电单元和耦合馈电单元之间存在耦合缝隙；拓展金属地位于天线主金属地的向下延拓方向，其和主金属地连接。

如图1所示，直接馈电单元包括第一金属条10、第二金属条11、第三金属条12、第四金属条13、第五金属条14、第六金属条15和微带馈线50，第一金属条10和第二金属条11构成“T型”结构的短金属条组，第三金属条12、第四金属条13、第五金属条14和第六金属条15构成了带有分布式电感的长金属条组；耦合馈电单元包括第七金属条20、第八金属条21、第九金属条22、第十金属条23、第十一金属条24、接地线30和接地片40。其中，第一金属条10下端与微带馈线50相连，上端与第二金属条11垂直相连，二者构成一“T”型结构；第三金属条12、第四金属条13、第五金属条14和第六金属条15均位于第一金属条10左侧，且第三金属条12位于第二金属条11下方、上端与第一金属条10垂直相连，第四金属条13平行于第二金属条11、与第三金属条12下端垂直相连，第六金属条15位于第二金属条11上方、通过第五金属条14与第四金属条13同向端相连（第三金属条12和第五金属条14分别位于第四金属条13两端）；第七金属条20、第八金属条21、第九金属条22、第十金属条23和第十一金属条24均位于第一金属条10右侧，且接地线30下端连接有接地片40、上端与第七金属条20的下端相连，第八金属条21上端与第七金属条20的上端垂直相连、与第三金属条12结构对称，第九金属条22平行于第二金属条11、与第八金属条21下端垂直连接，第十一金属条24位于第二金属条11上方、通过第十金属条23与第九金属条22同向端相连（第十一金属条24和第九金属条22分别位于第十金属条23两端）。

本发明中，第三金属条12、第四金属条13、第五金属条14和第六金属条15构成了带分布式电感的长金属条组，第七金属条20、第八金属条21、第九金属条22、第十金属条23和第十一金属条24构成了带分布式电感的短路金属条组，为了确保本发明的整体性能，在实际设计中，带有分布式电感的长金属条组整体长度要短于带有分布式电感的短路金属条组，且第三金属条12和第八金属条21均由六条以上以弯折90度角首尾相连的宽度均匀或非均匀的金属条构成，根据图1可以看出，本发明中的“T型”结构金属条组、带有分布式电感的长金属条组和带有分布式电感的短路金属条组均为非封闭型结构，它们的形状可以根据实际需要作相应调整，其中直接馈电单元和耦合馈电单元之间的缝隙存在于第一金属条10和第七金属条20之间、第二金属条11和第八金属条组21之间。

经验证得出，通过以上设置，本发明中的天线尺寸仅为15×30 mm2，能够覆盖824-906MHz以及1710-2690MHz共七个常用频段，且适合与电路进行一体化设计。

本发明的工作原理如下：

直接馈电单元通过微带馈线激励形成高频电流，该高频电流沿着“T型”结构短金属条组向前流动，根据微波技术的基本理论，当金属条的长度约等于对应波长的四分之一时可以实现有效的谐振，因而通过调节T型结构短金属条组的长度可以使得T型结构短金属条组有效工作在1710-2690 MHz频段上。微带馈线激励形成的高频电流沿着带有分布式电感的长金属条组向前流动，通过弯折金属条组构成的分布式电感来调节天线的阻抗匹配，使得该分布式电感的长金属条组在低频产生谐振。本发明的设计中直接馈电单元与耦合馈电单元之间存在缝隙，微带馈线激励形成的高频电流通过该缝隙的容性耦合激励起耦合馈电单元上的高频电流，直接馈电单元与耦合馈电单元之间的缝隙相当于一个电容，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与宽度成正相关。耦合馈电上的高频电流通过弯折金属条组形成的分布式电感所对应的低频波长较长，无法在紧凑的空间完成天线走线布局，根据微波技术的基本理论，在金属带线的长度小于谐振频率所对应的四分之一波长时，将会呈现出分布电容效应，从而破坏了天线原有的阻抗匹配，所以通过在金属条中间加入分布式电感也可以抵消这部分分布电容，改善该天线的阻抗匹配，以实现宽带特性，同时也可以微调低频的谐振频率的位置。

上述中，低频带宽（824-960MHz）是由带有分布式电感的长金属条组在低频产生的谐振和耦合馈电单元在低频产生的谐振一起产生双谐振来实现的，其中，直接馈电单元中带有分布式电感的长金属条组的总长度要短于耦合馈电单元中金属条组的总长度，这样耦合馈电单元产生低频的较低频段，而分布式电感的长金属条组产生低频的较高频段。当然，该平面天线是一个整体结构，天线的各部分一起作用产生一个有效的辐射系统来覆盖终端天线所需要的两个宽频段（824-960 MHz和1710-2690MHz）。

在具体实施时，可在该天线金属地上设置突出部分，以便于安放一些电子元件（比如：马达、听筒、摄像头等），利用天线与天线金属地的突出部分的微小距离能够有效的抑制位于印制板顶部的金属地表面电流分布，减少在通信过程中电磁辐射对人体尤其是人脑的伤害。实验证明天线金属地的突出地方的宽度对于天线的性能基本没有影响，可以根据设计的需要延长或者缩短天线金属地的突出部分的尺寸。

在应用时，可以通过适当地调节弯折金属条组的长宽和条数来改变分布式电感的感性值大小、合理设计T型结构短金属条的尺寸、带有分布式电感的长金属条组和耦合馈电单元即带有分布式电感的短路金属条组的尺寸、以及直接馈电单元和耦合馈电单元之间的缝隙宽度、以及金属地的突出部分的长度和宽度等，使该含两分布式电感的小尺寸平面终端天线能够覆盖无线移动通信的常用工作带宽，覆盖GSM850/900/GSM1800/1900/ UMTS2100/LTE2300/2500等通信频段，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，更加适合批量生产。

本发明中，微带馈线的长度和宽度可以依据实际的调试结果进行合理设计；印制板金属地的形状和大小可以根据印制板的实际形状来确定；第一金属条10和第二金属条11的具体形状可根据实际调试结果进行灵活变换，以能够完全覆盖高频宽度为准；第三金属条12、第四金属条13、第五金属条14、第六金属条15、第七金属条20、第八金属条21、第九金属条22、第十金属条23和第十一金属条24的具体形状可根据实际调试结果进行灵活变换，以能够完全覆盖低频宽度为准。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (8)

1.七频段平面终端天线，包括印制板（60）和设置在印制板（60）一表面的印制板金属地（70），其特征在于，还包括设置于印制板（60）另一表面、连接有微带馈线（50）的直接馈电单元，与直接馈电单元间存在耦合间隙、连接有接地线（30）的耦合馈电单元。

2.根据权利要求1所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述直接馈电单元包括下端与微带馈线（50）相连的第一金属条（10），连接于第一金属条（10）上端、二者形成一“T”型结构的第二金属条（11），位于第二金属条（11）下方、上端与第一金属条（10）垂直相连的第三金属条（12），平行于第二金属条（11）、与第三金属条（12）下端垂直相连的第四金属条（13），位于第二金属条（11）上方、通过第五金属条（14）与第四金属条（13）同向端相连的第六金属条（15）。

3.根据权利要求2所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述耦合馈电单元包括与第一金属条平行的第七金属条（20），上端与第七金属条（20）垂直相连、与第三金属条（12）结构对称的第八金属条（21），平行于第二金属条（11）、与第八金属条（21）下端垂直连接的第九金属条(22)，位于第二金属条（11）上方、通过第十金属条（23）与第九金属条（22）同向端相连的第十一金属条（24），所述接地线（30）连接于第七金属条（20）下端。

4.根据权利要求3所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述第三金属条（12）与第八金属条（21）的总长度相同。

5.根据权利要求4所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述接地线（30）上与连接有第七金属条（20）的一端相对的另一端连接有接地片（40）。

6.根据权利要求4所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述第三金属条（12）和第八金属条（21）均由六条以上以弯折90度角首尾相连的金属条构成。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述微带馈线（50）为50欧姆微带馈线。

8.根据权利要求7所述的七频段平面终端天线，其特征在于，所述第三金属条（12）、第四金属条（13）、第五金属条（14）和第六金属条（15）的总长度小于第七金属条（20）、第八金属条（21）、第九金属条（22）、第十金属条（23）和第十一金属条（24）的总长度。

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