CN103346394B - 小型化宽带重构智能手机天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化宽带重构智能手机天线，主要解决了现有技术中存在的很难在已给定的环境内设计出小尺寸、低剖面、能够实现多频宽带工作的智能手机天线，不能满足技术发展需求的问题。该小型化宽带重构智能手机天线，包括外壳，设置于外壳内的介质板，设置于介质板一表面的金属地，还包括均设置于介质板另一表面的第二弯折金属条组和连接有馈电点（1）的第一弯折金属条组，所述第一弯折金属条组和第二弯折金属条组均由一个以上金属条，连接于金属条之间的贴片二极管、贴片电感和贴片电容构成。通过上述方案，本发明达到了小型化、能够覆盖八个工作频段，性价比较高的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

小型化宽带重构智能手机天线

技术领域

本发明涉及一种手机天线，具体地说，是涉及一种小型化宽带重构智能手机天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，智能手机获得了越来越广泛的关注，与此同时，天线作为手机与外界传播的“窗口”受到了工业界更加广泛的重视。如今，4G时代已经到来，设计一款能够覆盖八频段的小型化智能手机天线成为了各大通信公司研究的重中之重。

目前，智能手机天线设计所面临的主要困难是：如何在已给定的环境内设计出小尺寸、低剖面、能够实现多频宽带工作的智能手机天线。而目前的主流手机为满足多功能的要求将很多电子元件集成到了电路板上，这使得天线的设计空间进一步变小了，仅仅采用天线和匹配电路相结合的技术很难做出小尺寸宽频带的智能手机天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化宽带重构智能手机天线，主要解决现有技术中存在的很难在已给定的环境内设计出小尺寸、低剖面、能够实现多频宽带工作的智能手机天线，不能满足技术发展需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

小型化宽带重构智能手机天线，包括外壳，设置于外壳内的介质板，设置于介质板一表面的金属地，还包括均设置于介质板另一表面的第二弯折金属条组和连接有馈电点的第一弯折金属条组，所述第一弯折金属条组和第二弯折金属条组均由一个以上金属条，连接于金属条之间的贴片二极管、贴片电感和贴片电容构成。

具体地说，所述第一弯折金属条组包括均呈倒“T型”的第一金属条和第三金属条，呈“T型”结构的第二金属条，由一端通过第二贴片二极管与第一金属条上端相连、另一端的下方通过第三贴片二极管与第三金属条上端相连的横向金属片和与横向金属片上下方连接有第三贴片二极管的一端的上方相连的纵向金属片构成的第四金属条，上端分别通过第二贴片电感和第二贴片电容与第三金属条的下端相连、下端通过第四贴片二极管连接有第六金属条的第五金属条，所述第二金属条的上端通过第一贴片电感和第一贴片电容与第一金属条的下端相连、下端通过第一贴片二极管与第六金属条相连，所述第六金属条连接有馈电点。

进一步地，所述第二弯折金属条组包括第七弯折金属条，通过第五贴片二极管与第七弯折金属条相连的第八弯折金属条，由一端通过第四贴片电感与第八金属条相连的横向金属片和下端与横向金属片另一端相连、上端通过第五贴片电感连接有第十金属条的纵向金属片构成的第九金属条，与第十金属条上连接第五贴片电感一端相对的另一端垂直相连的第十一金属条，与第十一金属条垂直相连的第十二金属条，呈“L型”，上端通过依次相连的第六贴片电感和第七贴片二极管与第十一金属条相连、下端与第四金属条相连的第十三金属条。

更进一步地，所述第九金属条的纵向金属片连接有第六贴片二极管，该第六贴片二极管连接有第三金属化过孔，该第三金属化过孔通过第三偏置电路与第九金属条的横向金属片电连接。

再进一步地，所述第四金属条的纵向金属片和第六金属条通过相互并联的第一偏置电路和第二偏置电路电连接；所述第四金属条的纵向金属片和第九金属条的横向金属片通过第四偏置电路电连接。

本发明中，所述第五金属条连接有第三贴片电感，该第三贴片电感上与连接第五金属条一侧相对的另一侧连接有第一金属化过孔；第十一金属条和第十二金属条直接连接、互相垂直且垂直于位于水平面的介质板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过对各金属条结构，各贴片二极管、贴片电感、贴片电容、金属化过孔和偏置电路的巧妙设置，本发明可以满足GSM850/900、DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE700/2300/2500八频段智能手机无线通信的需求，且结构简单、尺寸小、易于控制，能够满足技术发展需求。

（2）本发明中，通过控制偏置电路的通断便可使天线处于不同的工作状态，通过在金属条间加入贴片电感有效抵消了分布电容，改善了天线的阻抗匹配，实现了宽带特性，同时可以实现低频谐振频率的微调；通过匹配电路的设置有效改变了天线低频段的容性效应，整体性能较好，性价比较高，适合大规模推广应用。 

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：

1-馈电点，2-第一金属化过孔，3-第二金属化过孔，4-第三金属化过孔，5-第一偏置电路，6-第二偏置电路，7-第三偏置电路，8-第四偏置电路，9-第一贴片二极管，10-第二贴片二极管，11-第三贴片二极管，12-第四贴片二极管，13-第五贴片二极管，14-第六贴片二极管，15-第七贴片二极管，16-第一贴片电感，17-第二贴片电感，18-第三贴片电感，19-第四贴片电感，20-第五贴片电感，21-第六贴片电感，22-第一贴片电容，23-第二贴片电容，24-第三贴片电容，25-第一金属条，26-第二金属条，27-第三金属条，28-第四金属条，29-第五金属条，30-第六金属条，31-第七金属条，32-第八金属条，33-第九金属条，34-第十金属条，35-第十一金属条，36-第十二金属条，37-第十三金属条，38-第一弯折线，39-第二弯折线，40-分界线。

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很难在已给定的环境内设计出小尺寸、低剖面、能够实现多频宽带工作的智能手机天线，不能满足技术发展需求的问题，如图1所示，本发明公开了一种小型化宽带重构智能手机天线，包括外壳，本发明中选用有机玻璃外壳，设置于外壳内、一表面为金属地的介质板，设置于介质板另一表面、均由一个以上金属条及连接于金属条之间的贴片二极管、贴片电感和贴片电容构成的第一弯折金属条组和第二弯折金属条组。

如图1所示，第一弯折金属条组由第一金属条25、第二金属条26、第三金属条27、第四金属条28、第五金属条29、第一贴片二极管9、第二贴片二极管10、第三贴片二极管11、第四贴片二极管12、第一贴片电感16、第二贴片电感17、第三贴片电感18、第一贴片电容22、第二贴片电容23、第三贴片电容24和金属化过孔2构成。第一金属条25和第三金属条27均为倒“T型”结构，第一金属条25垂直结构上端的右边缘与第二贴片二极管10的左边缘相连接、水平结构的下边缘分别与第一贴片电感16和第一贴片电容22的上边缘相连接；第三金属条27垂直结构上端的上边缘与第三贴片二极管11的下边缘相连接、水平结构的下边缘分别与第二贴片电感17和第二贴片电容23的上边缘相连接；第二金属条26为正“T型”结构，并且其水平结构的上边缘分别于与第一贴片电感16和第一贴片电容22的下边缘相连接、垂直结构下边缘与第一贴片二极管9相连接；第五金属条29的顶端水平结构的上边缘分别与第二贴片电感17和第二贴片电容23的下边缘相连接、底端水平结构的左边缘与第四贴片二极管12的右边缘相连接；还包括第六金属条30，其上边缘与第一贴片二极管9的下边缘相连接、左边缘与第三贴片电容24的右边缘相连接、右边缘与第四贴片二极管12的左边缘相连接；第四金属条28水平部分的左边缘与第二贴片二极管10的右边缘相连接、下边缘与第三贴片二极管11的上边缘相连接、上边缘与第十三金属条37垂直部分的下边缘相连接。且第三贴片电容24的左边缘与馈电点1相连接；第三贴片电感18的左边缘与第五金属条29垂直部分的右边缘相连接、右边缘与第一金属化过孔2相连接。

上述中，第一弯折金属条组、第六金属条30、第一贴片二极管9、第二贴片二极管10、第三贴片二极管11、第四贴片二极管12、第一贴片电感16、第二贴片电感17、第三贴片电感18、第一贴片电容22、第二贴片电容23、第三贴片电容24和金属化过孔2构成了匹配电路。

如图1所示，第二弯折金属条组包括第七金属条31、第八金属条32、第九金属条33、第十金属条34、第十一金属条35、第十二金属条36、第十三金属条37，其与第五贴片二极管13、第六贴片二极管14、第七贴片二极管15、第四贴片电感19、第五贴片电感20和第六贴片电感21共同构成天线主结构，它们处于同一水平面内，正对着的天线主结构的介质板的下面没有金属地。其中，第七金属条31的左边缘与金属化过孔3相连接、右边缘与第五贴片二极管13的左边缘相连接；第八金属条32的左边缘与第五贴片二极管13的右边缘相连接、右边缘与第四贴片电感19的左边缘相连接；第九金属条33为90°弯折片，其水平部分的左边缘与第四贴片电感19的右边缘相连接、垂直部分的上边缘与第五贴片电感20的下边缘相连接；第十金属条34的下边缘与第五贴片电感20的上边缘相连接，上边缘与第十一金属条35相连接；第十二金属条36的右边缘与第十一金属条35的左边缘相连接；第十三金属条37为“L型”结构，其垂直结构的上边缘与第六贴片电感21的下边缘相连接、下边缘与第四金属条28垂直部分的上边缘相连接；第六贴片二极管14的左边缘与第九金属条33垂直部分的右边缘连接、右边缘与第三金属化过孔4相连接；第七贴片二极管15的上边缘与第十一金属条35的下边缘连接、下边缘与第六贴片二极管21的上边缘相连接；第二金属化过孔3的一端连接第七金属条31、另一端连接介质板另一面的金属地；第三金属化过孔4的一端连接第六贴片二极管14、另一端连接介质板另一面的金属地；第一金属化过孔2的一端连接第五金属条29、另一端连接介质板另一面的金属地。其中，第十三金属条37的水平分支与第七金属条31、第八金属条32、第九金属条33、第五贴片二极管13和第四贴片电感19间存在一定的间隙。 

本发明中，第一弯折线38所表示的位置处，第十金属条34与第十一金属条35相连接且互相垂直；第二弯折线39所表示的位置处，第十一金属条35与第十二金属条36相连接且互相垂直；分界线40所在的位置为天线主结构与匹配电路的分界点。

考虑到控制的便利性，本发明中设置有使天线处于不同的工作状态的多个偏置电路，其中，第一偏置电路5的上端点与第四金属条28垂直部分的右边缘电连接、下端点与第六金属条30的下边缘电连接；第二偏置电路6的上端点与第四金属条28垂直部分的右边缘电连接、下端点与第六金属条30下边缘电连接；第三偏置电路7的上端点与第三金属化过孔4电连接、下端点与第九金属条33水平部分的下边缘电连接；第四偏置电路8的左端点与第四金属条28垂直部分的右边缘电连接、右端点与第九金属条33水平部分的下边缘电连接；在第九金属条33水平部分的下边缘与第二金属化过孔3之间还同样电连接有一偏置电路，此偏执电路同样为偏置电路5。

上述中，第一弯折金属条组、第二弯折金属条组、第一偏置电路5、第二偏置电路6、第三偏置电路7、第四偏置电路8、第一贴片二极管9、第二贴片二极管10、第三贴片二极管11、第四贴片二极管12、第五贴片二极管13、第六贴片二极管14、第七贴片二极管15、第一贴片电感16、第二贴片电感17、第三贴片电感18、第四贴片电感19、第五贴片电感20、第六贴片电感21、第一贴片电容22、第二贴片电容23、第三贴片电容24均位于介质板的上面，且处于同一水平面上，金属地位于介质板的下面，二者所在的水平面互相平行。

通过上述设计，使得本发明的整体结构较为紧凑、尺寸较小、能够覆盖704-960MHz以及1710-2690MHz共八个常用频段，且适合与电路进行一体化设计。在使用时，通过控制偏置电路的通断，可使天线工作于三种状态下，其中，当仅有第一偏置电路5工作时，第一贴片二极管9、第二贴片二极管10和第五贴片二极管13处于导通状态，其它贴片二极管处于断开状态，天线通过第二金属化过孔3接到金属地，天线工作于“状态1”，此时，天线能够覆盖LTE700、LTE2300、LTE2500三个频段。由天线馈电点激励起的分布电流通过馈线和匹配电路流向第十三金属条37，该分布电流顺着第十三金属条37向前右流动，根据微波技术的基本理论，当金属条的长度等于对应波长的四分之一时可以实现有效的谐振，通过调节第十三金属条37水平分支的长度，便可使得金属条工作在LTE2500 MHz频段上。本发明的设计中，第十三金属条37与第二弯折金属条组之间存在容性耦合，当天线工作在低频时，第十三金属条37上的电流通过第十三金属条37的水平分支与第七金属条31、第八金属条32、第九金属条33之间的缝隙和第十三金属条37的垂直分支与第十一金属条35将电流耦合到由第七金属条31、第八金属条32、第九金属条33、第十金属条34、第十一金属条35、第十二金属条36构成的短路分支上面。与高频工作原理类似，当金属条的整体长度接近四分之一波长时，天线能够很好地谐振，由于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，因而在金属条中间加入贴片电感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。此外，由于低频段的容性较大，不利于天线的阻抗匹配，通过在天线端口加载匹配电路的方式能够改变天线低频段的容性效应。通过采用以上两种技术天线能够工作于LTE700频段。由第七金属条31、第八金属条32、第九金属条33、第十金属条34、第十一金属条35第十二金属条36构成的短路分支工作于一个波长时的阻抗匹配较好，同时，通过加载贴片电感的方式可以使得天线的谐振点能够向着低频段移动，所以天线又能够工作于LTE2300频段；当仅第二偏置电路6和第三偏置电路7工作时，第三贴片二极管11、第四贴片二极管12、第六贴片二极管14处于导通状态，其它贴片二极管处于断开状态，天线通过第三金属化过孔4短接到金属地，天线工作于“状态2”，同样，通过采用加载贴片电感和匹配电路的技术，天线能够工作于GSM850和GSM900两个频段；当仅第二偏置电路6、第三偏置电路7、第四偏置电路8工作时，第三贴片二极管11、第四贴片二极管12、第六贴片二极管14、第七贴片二极管15处于导通状态，其它贴片二极管处于断开状态，天线工作于“状态3”，此时，天线工作于半波长的环天线模式和四分之一波长的耦合馈电的倒F天线模式，同样，通过加载贴片电感和匹配电路的技术，天线能够工作于GSM1800、GSM1900和UMTS2100三个频段，如此，本发明中的小型化天线便能实现对LTE/WWAM的八个工作频段的覆盖。

本发明中，可以通过手机的PCB电路检测天线处于高频段还是低频段，由PCB电路控制偏置电路的通断。由于一个手机在一个地区是工作于低频还是高频通常由运营商的网络决定，因而，当手机的PCB电路检测到网络是什么频段，就会输出一个控制信号，用于驱动信号控制偏执电路的通断，其中低频段是指704 ~960 MHz，高频段是指2170~2690MHz。

本发明中，匹配电路、偏置电路、馈电点、贴片电容、贴片电感、贴片二极管的个数和设置位置均可根据天线的实际工作情况和用户的实际需求进行调整，只要能实现上述效果便可。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (6)

1.小型化宽带重构智能手机天线，包括外壳，设置于外壳内的介质板，设置于介质板一表面的金属地，其特征在于，还包括均设置于介质板另一表面的第二弯折金属条组和连接有馈电点（1）的第一弯折金属条组，所述第一弯折金属条组和第二弯折金属条组均由一个以上金属条，连接于金属条之间的贴片二极管、贴片电感和贴片电容构成；所述第一弯折金属条组包括均呈倒“T型”的第一金属条（25）和第三金属条（27），呈“T型”结构的第二金属条（26），由一端通过第二贴片二极管（10）与第一金属条（25）上端相连、另一端的下方通过第三贴片二极管（11）与第三金属条（27）上端相连的横向金属片和与横向金属片上下方连接有第三贴片二极管（11）的一端的上方相连的纵向金属片构成的第四金属条（28），上端分别通过第二贴片电感（17）和第二贴片电容（23）与第三金属条（27）的下端相连、下端通过第四贴片二极管（12）连接有第六金属条（30）的第五金属条（29），所述第二金属条（26）的上端通过第一贴片电感（16）和第一贴片电容（22）与第一金属条（25）的下端相连、下端通过第一贴片二极管（9）与第六金属条（30）相连，所述第六金属条（30）连接有馈电点（1）。

2.根据权利要求1所述的小型化宽带重构智能手机天线，其特征在于，所述第二弯折金属条组包括第七弯折金属条（31），通过第五贴片二极管（13）与第七弯折金属条（31）相连的第八弯折金属条（32），由一端通过第四贴片电感（19）与第八金属条（32）相连的横向金属片和下端与横向金属片另一端相连、上端通过第五贴片电感（20）连接有第十金属条（34）的纵向金属片构成的第九金属条（33），与第十金属条（34）上连接第五贴片电感（20）一端相对的另一端垂直相连的第十一金属条（35），与第十一金属条（35）垂直相连的第十二金属条（36），呈“L型”，上端通过依次相连的第六贴片电感（21）和第七贴片二极管（15）与第十一金属条（35）相连、下端与第四金属条（28）相连的第十三金属条（37）。

3.根据权利要求2所述的小型化宽带重构智能手机天线，其特征在于，所述第九金属条（33）的纵向金属片连接有第六贴片二极管（14），该第六贴片二极管（14）连接有第三金属化过孔（4），该第三金属化过孔（4）通过第三偏置电路（7）与第九金属条（33）的横向金属片电连接。

4.根据权利要求3所述的小型化宽带重构智能手机天线，其特征在于，所述第四金属条（28）的纵向金属片和第六金属条（30）通过相互并联的第一偏置电路（5）和第二偏置电路（6）电连接；所述第四金属条（28）的纵向金属片和第九金属条（33）的横向金属片通过第四偏置电路（8）电连接。

5.根据权利要求4所述的小型化宽带重构智能手机天线，其特征在于，所述第五金属条（29）连接有第三贴片电感（18），该第三贴片电感（18）上与连接第五金属条（29）一侧相对的另一侧连接有第一金属化过孔（2）。

6.根据权利要求5所示的小型化宽带重构智能手机天线，其特征在于，所示第十一金属条（35）和第十二金属条（36）直接连接、互相垂直且垂直于位于水平面的介质板。