CN103811842A - 数据卡及其多模宽带天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数据卡的多模宽带天线系统以及设有该多模宽带天线系统的数据卡，属于通信技术领域。解决了现有的数据卡难以在体积小型化的条件下覆盖LTE全频带的技术问题。该多模宽带天线系统，包括PCB板、第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；PCB板的一面覆盖有金属地，数据卡的USB插头设置于PCB板的一个短边上；在PCB板的一个长边上靠近USB插头处开设有用于容纳第一辐射体的凹槽；第一辐射体位于凹槽中，并通过馈线与数据卡的收发模块相连；第一辐射体的第一端位于凹槽底部，第一辐射体的第二端与第二辐射体的第一端电连接；第二辐射体的第二端与第三辐射体的第一端耦合连接；第三辐射体的第二端与金属地电连接。本发明应用于数据卡。

Description

数据卡及其多模宽带天线系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种数据卡的多模宽带天线系统以及设有该多模宽带天线系统的数据卡。

背景技术

数据卡内部设有天线系统，利用数据卡的USB插头，可以方便地插在电脑的USB接口上。用户可以随时随地登录互联网，查询海量信息，给生活和工作带来了极大的方便。

数据卡中天线系统的带宽特性对辐射特性有重要的影响，天线系统实现信号传播和能量辐射均基于谐振原理。如果一个天线系统能够在多个频段发生谐振，则该天线系统就能够在多个频段工作，称为多模宽带天线系统。当前的移动通信技术的发展对数据卡的要求越来越高，要求数据卡中的多模宽带天线系统能够覆盖LTE（Long Term Evolution，长期演进）全频带，其工作频带为698MHz-960MHz，以及1710MHz~2700MHz；同时，用户还希望数据卡的尺寸越小越好。

目前数据卡中常用的天线系统有两种，一种是单极子天线系统，另一种是将天线直接印制在数据卡内部的印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB板）上。但是本发明人在实现本发明的过程中发现，以上两种天线系统，如果需要拓宽其工作带宽，使其能够覆盖LTE全频带，就需要增大天线系统的尺寸，那么将会导致数据卡的体积变大，无法满足数据卡的小型化的需要。因此，现有的数据卡难以在体积小型化的条件下覆盖LTE全频带。

发明内容

本发明实施例提供了一种数据卡的多模宽带天线系统以及设有该多模宽带天线系统的数据卡，解决了现有的数据卡难以在体积小型化的条件下覆盖LTE全频带的技术问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种数据卡的多模宽带天线系统，包括PCB板、第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；

所述PCB板的一面覆盖有金属地，所述数据卡的USB插头设置于所述PCB板的一个短边上；

在所述PCB板的一个长边上靠近所述USB插头处开设有用于容纳所述第一辐射体的凹槽；

所述第一辐射体位于所述凹槽中，并通过馈线与所述数据卡的收发模块相连；

所述第一辐射体的第一端位于所述凹槽底部，所述第一辐射体的第二端与所述第二辐射体的第一端电连接；

所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端耦合连接；

所述第三辐射体的第二端与所述金属地电连接。

在第一种可能的实现方式中，所述第一辐射体与所述USB插头所在的所述PCB的短边之间的最小间距为4-5毫米。

结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述凹槽内具有绝缘介质材料，所述第一辐射体设置于所述绝缘介质材料上。

结合上述任意一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第二辐射体平行于所述PCB板的开设有所述凹槽的长边。

结合上述任意一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端之间存在重叠部分，且具有一定间距。

结合上述任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端通过电容连接。

结合上述任意一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述第二辐射体和/或所述第三辐射体设置于所述数据卡的结构件上。

结合第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述第二辐射体和/或所述第三辐射体通过柔性印刷电路工艺、激光直接成型工艺或金属冲压工艺制作在所述结构件上。

结合上述第一种至第五种中任意一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述第二辐射体和/或所述第三辐射体设置于所述PCB板的开设有所述凹槽的长边上。

本发明的实施例还提供了一种数据卡，其中包括上述任一一种实现方式的多模宽带天线系统。

与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：PCB板上开设的凹槽使金属地形成一个三面包围的容置空间，位于该容置空间中的第一辐射体与金属地之间在三个面上均存在间隙，这样第一辐射体就能够与金属地之间产生高频谐振，并且第一辐射体通过馈线与数据卡的收发模块相连，从而使天线系统能够在高频段工作。

第二辐射体的第二端与第三辐射体的第一端耦合连接，形成耦合电容效应，同时第二辐射体的第一端通过第一辐射体及馈线与数据卡的收发模块相连，第三辐射体的第二端与金属地电连接，这样第二辐射体与第三辐射体之间就能够产生低频谐振，使天线系统能够在低频段工作。因此，该多模宽带天线系统既能在高频段工作，也能在低频段工作，实现了覆盖LTE全频带。

本发明提供的技术方案中，第一辐射体位于PCB板的凹槽中，所以不会额外增加天线系统的体积；第二辐射体与第三辐射体通过电容耦合效应产生低频谐振，不受位置的影响，因此可以将第二辐射体与第三辐射体设置在数据卡的外壳等结构件上，或者设置在PCB板的边缘，也仅占用了非常小的空间。因此，本发明提供的技术方案能够在体积小型化的数据卡中实现覆盖LTE全频带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例1所提供的多模宽带天线系统的立体示意图；

图2为本发明的实施例1所提供的多模宽带天线系统的侧视图；

图3为本发明的实施例1所提供的多模宽带天线系统的俯视图；

图4为本发明的实施例1所提供的多模宽带天线系统的S11曲线测试图；

图5为本发明的实施例2所提供的多模宽带天线系统的立体示意图；

图6为本发明的实施例2所提供的多模宽带天线系统的俯视图；

图7为本发明的实施例3所提供的多模宽带天线系统的立体示意图；

图8为本发明的实施例3所提供的多模宽带天线系统的侧视图；

图9为本发明的实施例3所提供的多模宽带天线系统的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例所提供的数据卡的多模宽带天线系统，包括PCB板10，以及呈条状的第一辐射体21、第二辐射体22和第三辐射体23。

PCB板10的一面覆盖有金属地11，数据卡的USB插头12设置于PCB板10的一个短边上；在PCB板10的一个长边上靠近USB插头12处开设有用于容纳第一辐射体21的凹槽13。本实施例中，第一辐射体21呈条形，凹槽13也呈条形，与第一辐射体21相适应。

第一辐射体21位于凹槽13中，并通过馈线14与数据卡的收发模块（图中未示出）相连。第一辐射体21的第一端位于凹槽13底部，第一辐射体21的第二端在PCB板10的板边处与第二辐射体22的第一端电连接。

第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端耦合连接，第三辐射体23的第二端经弯折之后，绕过数据卡中的塑料支架30与金属地11远离USB插头12的一端电连接。

本实施例中，第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端之间存在一段上下重叠的部分，且具有一定的间距，形成缝隙，从而产生电容耦合效应，实现耦合连接。此外，也可以将第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端通过集中参数的电容直接连接。

作为一个优选方案，第二辐射体22平行于PCB板10的开设有凹槽13的长边，第三辐射体23的主体部分也平行于凹槽13所在的长边，以减小第二辐射体22和第三辐射体23所占的空间。

本实施例中，第二辐射体22和第三辐射体23均设置于数据卡的外壳（图中未示出）上。具体的，第二辐射体22和第三辐射体23可以通过柔性印刷电路工艺（Flexible Printed Circuit，FPC）、激光直接成型工艺（Laser Direct Structure，LDS）或金属冲压工艺（Metal Stamping）制作在外壳上，当然也可以通过以上工艺制作在其他结构件上。

PCB板10上开设的凹槽13使金属地11形成一个三面包围的容置空间，位于该容置空间中的第一辐射体21与金属地11之间在三个面上均存在间隙，这样第一辐射体21就能够与金属地11之间产生高频谐振，并且第一辐射体21通过馈线14与数据卡的收发模块相连，从而使天线系统能够在高频段工作。

第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端耦合连接，形成耦合电容效应，同时第二辐射体22的第一端通过第一辐射体21及馈线14与数据卡的收发模块相连，第三辐射体23的第二端与金属地11电连接，这样第二辐射体22与第三辐射体23之间就能够产生低频谐振，使天线系统能够在低频段工作。因此，本发明实施例提供的多模宽带天线系统既能在高频段工作，也能在低频段工作，实现了覆盖LTE全频带。

图4是对本实施例的多模宽带天线系统的回波损耗S11曲线进行测试的结果。从图4中可以看出，在低频段698MHz-960MHz的S11值均小于-5dB，在其中各频点的天线效率如下表。其中第一列为工作频率，第二列和第三列分别是以百分数和分贝数表示的天线效率：

频率	效率（%）	效率（dB）
			698000000	28%	-5.58
724000000	45%	-3.49
			749000000	61%	-2.15
774000000	63%	-1.98

791000000	64%	-1.97
			815000000	57%	-2.44
824000000	50%	-3.03
			849000000	56%	-2.51
869000000	68%	-1.65
			875000000	71%	-1.51
880000000	71%	-1.46
			894000000	68%	-1.68
915000000	62%	-2.06
			935000000	59%	-2.31
960000000	56%	-2.55
			平均	57%--

本发明实施例提供的多模宽带天线系统在低频段的平均天线效率为57%，能够达到在低频段正常工作的指标。从图4中还可以看出，多模宽带天线系统在高频段1710MHz-2700MHz的S11值均小于-7dB，回波损耗比低频段更低；在天线效率的测试中平均天线效率达到60%以上，也达到了在高频段正常工作的指标。因此，本发明实施例提供的多模宽带天线系统既能在高频段正常工作，也能在低频段正常工作，实现了覆盖LTE全频带。

本发明实施例中，第一辐射体21位于PCB板10的凹槽13中，所以不会额外增加天线系统的体积；第二辐射体22与第三辐射体23通过电容耦合效应产生低频谐振，不受位置的影响，因此将第二辐射体22与第三辐射体23设置在数据卡的外壳上，也仅占用了非常小的空间。因此，本发明提供的多模宽带天线系统能够在体积小型化的数据卡中实现覆盖LTE全频带。

优选的，如图1和图3所示，凹槽13内具有绝缘介质材料，并且第一辐射体21设置于绝缘介质材料上，该绝缘介质材料优选为介电常数小于4的FR4介质材料。在制造过程中，因为PCB板中的绝缘层本身就是绝缘介质材料，所以在开设凹槽时，可以仅在PCB板表面的金属地上切割出凹槽，而保留并露出下面的绝缘介质材料，然后在该绝缘介质材料露出的部分（即凹槽部分）制作第一辐射体。当然，也可以在开设凹槽时，将PCB板的各层（包括金属地、绝缘层等）一起切割出凹槽，再在凹槽中填充绝缘介质材料，并在该绝缘介质材料上制作第一辐射体。

本实施例中第一辐射体21平行于USB插头12所在的短边，且第一辐射体21与该短边之间的间距优选为4-5毫米。当第一辐射体21与该短边的间距为4-5毫米时，多模宽带天线系统具有最好的谐振效果，可以使回波损耗最低，天线效率达到最高。在其他实施方式中，第一辐射体也可以不平行于USB插头所在的短边，则应当使第一辐射体与该短边的最小间距为4-5毫米。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，如图5和图6所示，第一辐射体21位于PCB板10的凹槽13中，第二辐射体22的第一端在PCB板10的板边处与第一辐射体21的第二端电连接。第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端以缝隙的方式耦合连接，第三辐射体23的第二端经弯折之后，绕过数据卡中的塑料支架30与金属地11的远离USB插头12的一端电连接。

本实施例与实施例1之间的不同点在于：第二辐射体22和第三辐射体23位于同一水平面，且第二辐射体22的第二端通过一个弯折部分与第三辐射体23的第一端形成缝隙，产生电容耦合效应。

相比于实施例1中的部分边缘重叠耦合（边耦合），本实施例采用的部分平面重叠耦合（片耦合）的耦合效果没有明显差别。而相比于实施例1，本实施例中第二辐射体和第三辐射体位于同一水平面，能够进一步缩小数据卡的厚度，因此更加适用于薄型数据卡。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，如图7、图8和图9所示，第一辐射体21位于PCB板10的凹槽13中，第二辐射体22的第一端在PCB板10的板边处与第一辐射体21的第二端电连接。第三辐射体23的第二端经弯折之后，绕过数据卡中的塑料支架30与金属地11的远离USB插头12的一端电连接。

本实施例与实施例1之间的不同点在于：第二辐射体22和第三辐射体23设置于PCB板10的凹槽13所在的长边上。第二辐射体22位于PCB板10的正面，第三辐射体23位于PCB板10的背面，第二辐射体22的第二端与第三辐射体23的第一端分别在PCB板10的两个面上形成重叠部分，发生耦合电容效应，从而产生低频谐振，使多模宽带天线系统能够在低频段正常工作。

本实施例中，将第二辐射体22和第三辐射体23设置在PCB板10的边缘，不占用PCB板10之外的空间，所以比实施例1和实施例2的体积更小，能够在更小体积的数据卡中实现覆盖LTE全频带。

当然，在本发明的其他实施例中，还可以将上述3个实施例进行结合，例如将第二辐射体、第三辐射体中的一个设置在数据卡的外壳等结构件上，同时将另一个设置在PCB板上。

实施例4：

本发明实施例提供了一种数据卡，其中包括上述3个实施例中的任意一种多模宽带天线系统。

本实施例提供的数据卡中，在PCB板上开设的凹槽使金属地形成一个三面包围的容置空间，位于该容置空间中的第一辐射体与金属地之间在三个面上均存在间隙，这样第一辐射体就能够与金属地之间产生高频谐振，并且第一辐射体通过馈线与数据卡的收发模块相连，从而使天线系统能够在高频段工作。

第二辐射体的第二端与第三辐射体的第一端耦合连接，形成耦合电容效应，同时第二辐射体的第一端通过第一辐射体及馈线与数据卡的收发模块相连，第三辐射体的第二端经弯折之后，绕过数据卡中的塑料支架与金属地远离USB插头的一端电连接，这样第二辐射体与第三辐射体之间就能够产生低频谐振，使天线系统能够在低频段工作。因此，该多模宽带天线系统既能在高频段工作，也能在低频段工作，实现了覆盖LTE全频带。

本发明实施例提供的数据卡中，第一辐射体位于PCB板的凹槽中，所以不会额外增加天线系统的体积；第二辐射体与第三辐射体通过电容耦合效应产生低频谐振，不受位置的影响，因此第二辐射体和第三辐射体设置在数据卡的外壳等结构件上，或者设置在PCB板的边缘，也仅占用了非常小的空间。因此，本发明提供的数据卡能够在体积小型化的数据卡中实现覆盖LTE全频带。

由于本发明实施例提供的数据卡与上述本发明实施例所提供的多模宽带天线系统具有相同的技术特征，所以也能产生相同的技术效果，解决相同的技术问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数据卡的多模宽带天线系统，其特征在于：包括PCB板、第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；

所述PCB板的一面覆盖有金属地，所述数据卡的USB插头设置于所述PCB板的一个短边上；

在所述PCB板的一个长边上靠近所述USB插头处开设有用于容纳所述第一辐射体的凹槽；

所述第一辐射体位于所述凹槽中，并通过馈线与所述数据卡的收发模块相连；

所述第一辐射体的第一端位于所述凹槽底部，所述第一辐射体的第二端与所述第二辐射体的第一端电连接；

所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端耦合连接；

所述第三辐射体的第二端与所述金属地电连接。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于：所述第一辐射体与所述USB插头所在的所述PCB的短边之间的最小间距为4-5毫米。

3.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于：所述凹槽内具有绝缘介质材料，所述第一辐射体设置于所述绝缘介质材料上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体平行于所述PCB板的开设有所述凹槽的长边。

5.根据权利要求1至4任一项所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端之间存在重叠部分，且具有一定间距。

6.根据权利要求1至5任一项所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体的第二端与所述第三辐射体的第一端通过电容连接。

7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体和/或所述第三辐射体设置于所述数据卡的结构件上。

8.根据权利要求7所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体和/或所述第三辐射体通过柔性印刷电路工艺、激光直接成型工艺或金属冲压工艺制作在所述结构件上。

9.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于：所述第二辐射体和/或所述第三辐射体设置于所述PCB板的开设有所述凹槽的长边上。

10.一种数据卡，其特征在于：所述数据卡中包括权利要求1至9任一项所述的多模宽带天线系统。

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