CN103531912A

CN103531912A - 一种折叠式缝隙天线

Info

Publication number: CN103531912A
Application number: CN201310469725.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋剑虹; 胡帅; 杨逵; 蒋宁
Original assignee: SHENZHEN VLG WIRELESS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN VLG WIRELESS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-10
Also published as: CN103531912B

Abstract

本发明公开了一种折叠式缝隙天线，其包括辐射平面，所述辐射平面上开缝设置有折叠式缝隙，所述辐射平面上设置有地馈电点和信号馈电点。本发明充分发挥了缝隙天线具有的轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、易于批量生产、易于电性能多样化等诸多特点，结合缝隙采用折叠弯曲方式，实现天线面积的小型化，能与机壳完全共形，天线的性能得到了很大的提升，而且具有结构简单、外线美观、成本低廉的优点。本发明可广泛应用于各种无线通讯终端的天线设计。

Description

一种折叠式缝隙天线

技术领域

本发明涉及天线，尤其涉及一种折叠式缝隙天线。

背景技术

缝隙天线：在导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。

近年来平板电脑、智能手机等无线通讯终端的金属外壳吸引了大众的眼球，成为了潮流，市场上兴起竞相开发全金属壳体的无线通讯终端的热潮。由于大家一致崇尚轻薄小，内部空间有限，天线高度面积不足（天线高度通常不足3mm），且有全金属后壳，使得这些无线通讯终端已不适合采用Monopole天线形式，也不适合选用常规的PIFA天线形式来设计天线。就算是勉强用PIFA形式在该类型的无线通讯终端中设计一个天线，也常因为天线高度不足，面积小等原因，使得天线效率与增益极低，不能满足WIFI、3G或GPS导航的通信要求。

现有技术中，如采用常规的缝隙天线，需在金属壳体上开缝，典型的缝隙形状是长条形的，长度约为半个波长。用跨接在缝隙窄边上的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电。这时，缝隙上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。但当中心频率对应的波长较大的时候（如WIFI的中心频率2.45GHz的二分之一波长将约需60mm），一方面无线通讯终端不一定具有这么长的空间，无法达到天线自谐振的要求；另一方面，长度较大的槽开在无线通讯终端外壳上一方面占用面积大，非常影响产品的美观。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种空间利用度小、辐射性能好、环境适应性强、阻抗匹配度好和外形可完全与产品共形的折叠式缝隙天线。

本发明所采用的技术方案是：

一种折叠式缝隙天线，其包括辐射平面，所述辐射平面上开缝设置有折叠式缝隙，所述辐射平面上设置有地馈电点和信号馈电点。

优选的，所述折叠式缝隙、地馈电点和信号馈电点与辐射平面为一体结构，所述折叠式缝隙为采用方波型折叠式或“S”型曲折方式的折叠式缝隙。

优选的，所述折叠式缝隙总长约等于所使用频段中心频率波长的二分之一。

优选的，所述地馈电点和信号馈电点跨接在折叠式缝隙的两侧。

优选的，所述地馈电点和信号馈电点跨接在折叠式缝隙的两侧并且采用侧馈方式馈电。

作为本发明上述的一种实施例，所为述辐射平面为金属板或附有导电层的非金属板。

进一步，所述金属板为金属机壳。

作为本发明上述的另一种实施例，所述辐射平面包括金属底板和金属盖板，所述折叠式缝隙设置在金属盖板上，所述金属底板上设置有用于放置金属盖板的窗口，所述金属盖板延伸出窗口并与金属底板连接。

进一步，所述地馈电点和信号馈电点设置在金属盖板上。

本发明的有益效果是：

本发明充分发挥了缝隙天线具有的轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、易于批量生产等诸多特点，结合缝隙采用折叠弯曲方式，实现天线面积的小型化，能与机壳完全共形，完全克服了无线通讯终端金属机壳或金属装饰件对天线性能的影响，相同环境下类比采用Monopole天线或PIFA天线的形式，性能有很大的提升，而且具有结构简单、外形美观、成本低廉的优点。

另外，本发明通过地馈电点和信号馈电点位置的巧妙设置，使得天线的阻抗匹配得到了优化，提高了天线性能；通过辐射平面的分体设计，方便了天线的再设计和更换维护，节省了开发成本和维护成本。

本发明可广泛应用于各种无线通讯终端的天线设计。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明第一种实施例的结构示意图；

图2是本发明第二种实施例的结构示意图；

图3是本发明第二种实施例的侧视截面图；

图4是本发明地馈电点和信号馈电点位置选择示意图；

图5是本发明地馈电点和信号馈电点各位置选择对应的史密斯圆图；

图6是本发明地馈电点和信号馈电点各位置选择对应的频率-阻抗图。

具体实施方式

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组合。

如图1至图3所示，一种折叠式缝隙20天线，其包括辐射平面10，所述辐射平面10上开缝设置有折叠式缝隙20，所述辐射平面10上设置有地馈电点31和信号馈电点32。所述折叠式缝隙20、地馈电点31和信号馈电点32与辐射平面10为一体结构，所述折叠式缝隙20为采用方波型折叠式或“S”型曲折方式的折叠式缝隙20。所述折叠式缝隙20总长约等于所使用频段中心频率波长的二分之一。显然折叠式缝隙20总长不局限于该值，实际总长度需要根据无线通讯终端环境的不同与开槽宽度的不同要做些细微的调整。所述地馈电点31和信号馈电点32跨接在折叠式缝隙20的两侧，可简单方便地通过传输线直接与馈源连接进行馈电，传输线可以是同轴线、微带线等。所述地馈电点31和信号馈电点32跨接在折叠式缝隙20的两侧并且采用侧馈方式馈电，馈电位置位于阻抗匹配的最佳位置。所述折叠式缝隙20宽度为1.5mm（折叠式缝隙20宽度值跟天线带宽相关，可根据实际使用情况调整）。

根据天线辐射原理，无限大和无限薄的理想导电平面上的缝隙称为理想缝隙。理想缝隙上的电场与缝隙的长边垂直，其振幅在缝隙的两端下降为零。这一电场分布与具有相同尺寸的导体振子上的磁场分布完全一样，也就是说同频率的，具有相同的尺寸的缝隙天线与常用的对偶天线是一对互补的天线，他们的电流分布与磁场分布具有互补特性。根据电磁场的对偶性可知，理想缝隙所辐射的电磁场与互补振子产生的电磁场具有相同的结构，只是振子的电场矢量对应于缝隙的磁场矢量，振子的磁场矢量对应于缝隙的电场矢量而已。因此平时常用的Monopole天线也是通常走成折叠式的布线（也称Meander线）来压缩天线占用的空间，同时单极天线也可以说是对偶天线的一个变体而已，根据前面说的对偶互补特性，在缝隙天线上同样可以采用折叠式的开槽来缩短缝隙天线的尺寸。这就是我们这一发明的技术来源。

当金属板直接作为无线通讯终端的金属机壳的时候，可以方便天线与机壳共形，而且能增加辐射平面10面积，从而提高天线性能。金属外壳相当于一个理想的地平面，折叠式缝隙20的缝隙槽的宽度远小于折叠式缝隙20的长度和金属机壳的宽度，折叠式缝隙20宽度优选为1.5mm。显然的，折叠式缝隙20宽度并不局限此值，可根据需要调整。折叠式缝隙20上的电场与折叠式缝隙20的长度延展方向垂直，其振幅在折叠式缝隙20的两端下降为零。折叠式缝隙20天线的极化方向与折叠式缝隙20的整体长度方向成90夹角。

如图1所示，作为本发明的第一种实施例，所述辐射平面10为金属板。显然的，辐射平面10可以为金属板或附有导电层的非金属板。其中，金属板可以是无线通讯终端的金属机壳，这样便于天线与产品共形；附有导电层的非金属板可以是附有导电层的PCB板或FPC板或其它非金属材料板。

如图2所示，作为本发明的第二种实施例，所述辐射平面10包括金属底板11和金属盖板12，所述折叠式缝隙20设置在金属盖板12上，所述金属底板11上设置有用于放置金属盖板12的窗口111，所述金属盖板12延伸出窗口111位置并与金属底板11连接。所述地馈电点31和信号馈电点32设置在金属盖板12上。设计天线时，可在金属底板11上预先开一个窗口111，窗口111通过模内注塑的方式注入非金属材料封住。金属盖板12采用一个比窗口111稍大的金属材料，这个材料可以是金属板、FPC、PCB等导电材料，在这个金属盖板12上开出对应需要的折叠式缝隙20，并让金属盖板12上的金属尽可能多地与金属底板11上的金属相接，由此变相地把折叠式缝隙20天线与辐射平面10同样形成了一个一体结构。金属底板11与金属盖板12的连接可采用焊接或螺钉连接等连接方式。采用在金属盖板12上设计折叠式缝隙20，一方面可避免由折叠式缝隙20开槽错误导致整个金属板（金属机壳）作废，可降低制造成本；另一方面，当需要更换天线类型的时候，只需要更换金属盖板12，从而节省维护成本；此外，折叠式缝隙20的曲折方式可以根据美观要求调整，形成特定的图案，如公司标志等。

不同于普通的缝隙天线采用中部馈电（即地馈电点31和信号馈电点32的位置位于缝隙中部），所得天线阻抗大，不便于匹配；本发明是采用偏缝隙一侧近末端位置（与缝隙一侧末端的距离为波长的0.05～0.06处）馈电，也就是侧馈方式馈电，以便直接得到50欧姆的输入阻抗与50欧姆的同轴电缆馈线相匹配。下面结合图4至图6，以使用2.45GHz频率为例，详述对地馈电点31和信号馈电点32最佳位置选择过程。

如图4所示，当对地馈电点31和信号馈电点32的位置选择不同的时候，天线阻抗匹配在史密斯圆图中的曲线如图5所示，天线频率-阻抗图如图6所示。

第一位置41的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为-11.5354，其距离原点值为0.8614，其输入阻抗为4.7767-6.3795i，其在频率-阻抗图中的阻抗为224.2734欧姆；

第二位置42的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为-11.7905，其距离原点值为0.8420，其输入阻抗为4.8109-5.688i，其在频率-阻抗图中的阻抗为225.7540欧姆；

第三位置43的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为-18.7125，其距离原点值为0.6929，其输入阻抗为3.1026-2.6532i，其在频率-阻抗图中的阻抗为156.4462欧姆；

第四位置44的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为-20.2694，其距离原点值为0.0191，其输入阻抗为1.0365-0.0137i，其在频率-阻抗图中的阻抗为57.2023欧姆；

第五位置45的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为125.2569，其距离原点值为0.5209，其输入阻抗为0.3891+0.4543i，其在频率-阻抗图中的阻抗为21.2145欧姆；

第六位置46的时候，当频率为2.45GHz时候，其在史密斯圆图中的角度为130.6833，其距离原点值为0.9063，其输入阻抗为0.0595+0.4577i，其在频率-阻抗图中的阻抗为2.9434欧姆。

天线反射系数计算中，曲线越接近原点越好，阻抗值越接近50欧姆越好，综合以上数据可知，第四位置44为地馈电点31和信号馈电点32最佳位置，其阻抗匹配效果最好，反射系数最小，所对应的天线的性能最好。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种折叠式缝隙天线，其特征在于，其包括辐射平面，所述辐射平面上开缝设置有折叠式缝隙，所述辐射平面上设置有地馈电点和信号馈电点。

2.根据权利要求1所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述折叠式缝隙、地馈电点和信号馈电点与辐射平面为一体结构，所述折叠式缝隙为采用方波型折叠式或“S”型曲折方式的折叠式缝隙。

3.根据权利要求2所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述折叠式缝隙总长等于所使用频段中心频率波长的二分之一。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述地馈电点和信号馈电点跨接在折叠式缝隙的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述地馈电点和信号馈电点跨接在折叠式缝隙的两侧并且采用侧馈方式馈电。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述辐射平面为金属板或附有导电层的非金属板。

7.根据权利要求6所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述金属板为金属机壳。

8.根据权利要求1、2、3或5所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述辐射平面包括金属底板和金属盖板，所述折叠式缝隙设置在金属盖板上，所述金属底板上设置有用于放置金属盖板的窗口，所述金属盖板延伸出窗口并与金属底板连接。

9.根据权利要求8所述的一种折叠式缝隙天线，其特征在于，所述地馈电点和信号馈电点设置在金属盖板上。