CN103985957A - 一种宽带多频段内置手机天线 - Google Patents

Abstract

一种宽带多频段内置手机天线，包括介质板、位于介质板一面的金属地部分、以及位于介质板另一面的平面单极子部分和信号馈入部分，金属地部分包括系统地，系统地上开有开路槽；信号馈入部分包括横跨过开路槽的信号馈入线；平面单极子部分包括第一折叠分支、直分支及调谐金属片，直分支与信号馈入线垂直连接，第一折叠分支为两臂长度不相等的U形结构，其长臂一端与信号馈入线末端垂直连接，开路槽、直分支以及第一折叠分支的长臂均相互平行，调谐金属片连接于第一折叠分支的长臂外侧，该天线为平面结构，可形成两个较宽频段，从而覆盖多个手机频段，具有低剖面、宽带多频段、易于集成和调节的优点，适用于以手机为代表的各种小型移动终端。

Description

一种宽带多频段内置手机天线

技术领域

本发明涉及一种移动终端天线，尤其涉及一种宽带多频段内置手机天线。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，移动手机已成为全球最为普及的电子产品之一。手机的功能也从之前单一的语音业务发展到当前囊括网络、数字、多媒体视频等以娱乐为主的综合业务。在同一个手机终端上集成多种业务是目前手机的基本发展趋势之一。考虑到多种无线通信业务的工作频段不尽相同，如2G有GSM和CDMA两种制式，3G也有WCDMA等三种制式，初步投入商业的4G更有多个频段，而且同一种制式也有低频段、高频段等，宽带多频段必将成为未来移动通信的主要发展方向。综合当前主流的无线通信业务，如GSM850(824-894MHz)、GSM900(880-960MHz)、DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、UMTS(1920-2170MHz)、WLAN(2.4GHz)、LTE2300(2300-2400MHz)、LTE2500(2500-2690MHz)，多功能手机应能覆盖824-960MHz这一低频段和1710-2690MHz这一高频段。

手机天线作为手机发送、接收电磁波的装置，其性能直接影响整个手机通信系统的性能。天线的性能需要足够的空间作保证。而当前手机的厚度越来越薄，电路芯片面积在整个手机中占的比例却越来越高，留给手机天线的空间越来越有限。宽带多频段的需求和空间尺寸的限制这一对矛盾给手机天线的设计提出了愈加苛刻的要求。考虑到传统的PIFA天线由于厚度的限制难以满足高度集成化的要求，平面型手机天线受到越来越多的关注。

传统的平面型天线，如平面单极子和槽天线，由于可利用的模式较少，难以满足上述宽带多频段的需求。改进方式之一是采用多分支的结构，每个分支对应一个或者多个频段。但随之而来的问题是各个分支之间由于耦合无法独立调节，增加了调试的复杂性，而且天线的尺寸也需相应增大。因此，设计宽带多频段、小尺寸、且各个频段可独立调节的平面型手机天线具有非常重要的意义。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种宽带多频段内置手机天线，采用多个模式组合的方式扩展了频段的带宽，在低频段和高频段均提供了较宽的带宽，而且各个模式的谐振频率可调，能够覆盖目前手机通信所使用的所有主流频段。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案是：

一种宽带多频段内置手机天线，包括介质板、位于介质板一面的金属地部分、以及位于介质板另一面的平面单极子部分和信号馈入部分，其中：

所述金属地部分包括系统地7，系统地7上开有开路槽5；

所述信号馈入部分包括横跨过开路槽5的信号馈入线8；

所述平面单极子部分包括第一折叠分支1、直分支3及调谐金属片4，其中，直分支3与信号馈入线8垂直连接，第一折叠分支1为两臂长度不相等的U形结构，其长臂一端与信号馈入线8末端垂直连接，开路槽5、直分支3以及第一折叠分支1的长臂均相互平行，调谐金属片4连接于第一折叠分支1的长臂外侧。

所述开路槽5位于金属地部分的末端，且槽开口的方向与第一折叠分支1的U形开口方向相反。

所述系统地7连接用于扩展高频带宽的寄生地分支6，开路槽5开在金属地部分末端，寄生地分支6位于金属地部分末端的一角。

所述平面单极子部分还包括用于扩展高频带宽的第二折叠分支2，第二折叠分支2为L形结构，其短臂与信号馈入线8末端连接，长臂与开路槽5平行，所述寄生地分支6为带有缺口的矩形，其一条边在垂直方向上与第二折叠分支2的长臂重合。

所述平面单极子部分的第一折叠分支1、第一折叠分支2及寄生地分支6的微带线线宽均相等。

所述信号馈入线8跨过寄生地分支6。

所述第二折叠分支2的0.25λ模式谐振在1880MHz附近，所述寄生地分支6的0.25λ模式谐振在2150MHz附近。

所述第一折叠分支1的0.25λ模式谐振在930MHz附近，开路槽5的0.25λ模式谐振在860MHz附近，调谐金属片4用于微调第一折叠分支1的0.25λ模式。

所述第一折叠分支1的0.75λ模式谐振在2600MHz附近，开路槽5的0.75λ模式谐振在2450MHz附近，直分支3用于调谐及优化这两个模模式。

所述信号馈入线8为特征阻抗50欧姆的微带线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)用平面的结构覆盖了GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、WLAN、LTE2300、LTE2500等八个频段；

(2)天线的平面尺寸仅为8mm×60mm，其中8mm的高度是目前同类型平面手机天线中高度最低的一款；

(3)各个频段的模式可自由调节，且可根据实际需要通过调整分支数的方式来增加或者减少频段。

附图说明

图1为本发明提供的宽带多频段内置手机天线平面示意图。

图2为图1中天线安装后的实施实例俯视图，单位为毫米(mm)。

图3为图1中天线安装后的实施实例仰视图，单位为毫米(mm)。

图4为图1中天线安装后的实施实例侧视图，单位为毫米(mm)。

图5为图1中天线安装后实施实例仿真的反射系数图。

图6为图1中天线安装后实施实例仿真的辐射效率图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明宽带多频段内置手机天线，包括介质板、位于介质板一面的金属地部分、以及位于介质板另一面的平面单极子部分和信号馈入部分。其中，平面单极子部分有三个分支，分别为第一折叠分支1、第二折叠分支2和直分支3。第一折叠分支1为U形且两臂长度不相等，第二折叠分支2为L形，第一折叠分支1的长臂端部与信号馈入线8末端垂直连接，第二折叠分支2的短臂与信号馈入线8末端直接连接，长臂与第一折叠分支1的长臂平行，且第二折叠分支2的短臂与第一折叠分支1的短臂在同一直线上，二者之间留有一个缺口，直分支3垂直连接在信号馈入线8的侧面。第一折叠分支1和第二折叠分支的微带线线宽相等。调谐金属片4连接于第一折叠分支1的长臂外侧，信号馈入线8为特征阻抗50欧姆的微带线。

本发明平面单极子部分的尺寸如图2，第一折叠分支1的长臂长度为55mm，短臂长度为5mm，U形底的外部长度为2.4mm，第二折叠分支2的短臂长度为2.4mm，长臂长度为29mm，调谐金属片4为长度10mm，宽度3.4mm的长方形，且长边与第一折叠分支1连接。调谐金属片4距第一折叠分支1的U形底的距离为27mm。直分支3的长度为12mm，宽度为1.5mm，信号馈入线8的宽度也为1.5mm。

如图1和图3所示，金属地部分包含系统地7、寄生地分支6和开路槽5，开路槽5开在系统地7上，且位于金属地的末端，开路槽5开口的方向与第一折叠分支1的U形开口方向相反。寄生地分支6同样位于金属地部分末端的一角，且位于平面单极子部分的下方，连接系统地7。

本发明金属地部分的尺寸如图3，系统地7位于馈入信号线8的下方，长度为60mm，宽度为100mm，开路槽5槽长59mm，槽长沿系统地7长度方向。寄生地分支6为带有缺口的长方形框体，其一端通过长度为1mm的微带线一连接于系统地7上，微带线一的另端与长度为6.5mm的微带线二一端垂直连接，微带线二的另端与长度为5.5mm的微带线三一端垂直连接，微带线三的另端与长度为9.5mm的微带线四一端垂直连接，微带线四的另端与长度为5mm的微带线五一端垂直连接，微带线五的另端悬空，微带线二、微带线三、微带线四和微带线五组成一个带缺口的长方形框体结构。

再如图1、图2和图3所示，天线整体为平面结构。平面单极子部分及馈入信号线印刷于介质板的一面，金属地部分印刷于介质板的另一面。介质板为常用的FR4板，相对介电常数为4.4，介电损耗为0.02。介质板尺寸为60mm×108mm×0.8mm。其中，0.8mm为厚度。

本发明的技术方案是这样实现的：

首先是实现低频段(824-960MHz)的覆盖。平面单极子第一折叠分支1的0.25λ模式谐振在930MHz附近，金属地开路槽5的0.25λ模式谐振在860MHz附近。将这两个模式结合起来，可以实现整个低频段的覆盖。此外，调谐金属片5可微调第一折叠分支的0.25λ模式，使这两个模式更好的扩展低频带宽。而且这两个单极子模式和槽模式可单独调节。

其次是实现高频段(1710-2690MHz)的覆盖。平面单极子第一折叠分支1的0.75λ模式谐振在2600MHz附近，金属地开路槽5的0.75λ模式谐振在2450MHz附近。将这两个0.75λ模式结合起来，可以覆盖一定的高频带宽。此外，平面单极子第一直分支3可用于调谐及优化这两个三次模。考虑到这两个模式不足以覆盖整个高频，该天线增加了两个分支：平面单极子第二折叠分支2和寄生地6来扩展高频带宽。平面单极子第二折叠分支2的0.25λ模式谐振在1880MHz附近，金属地寄生地分支6的0.25λ模式谐振在2150MHz附近。将这两个0.25λ模式和前面的两个0.75λ模式组合在一起，可以实现整个高频段的覆盖。而且这四个模式由不同分支决定，可较自由的调节和优化。

该发明的实施例的结构具体说明如下：

具体实施尺寸由图2、图3和图4所示。以上述3个图所示尺寸制作的手机天线仿真的反射系数结果如图5所示。低频段有两个谐振点，形成的6dB带宽为814-998MHz，覆盖了GSM850和GSM900频段。高频段有四个谐振点，形成的6dB带宽为1708-2608MHz，覆盖了DCS、PCS、UMTS、LTE2300和WLAN频段及LTE2500的部分频段。

以上述3个图所示尺寸制作的天线仿真的增益和辐射效率结果如图6所示。所述手机天线在低频段的GSM频段辐射效率高于55％，在高频段的DCS、PCS、UMTS、LTE2300、WLAN及LTE2500频段效率高于53％。所述手机天线的增益在低频段和高频段内均在0～2.5dBi之间波动。

所述手机天线在60×8mm²的平面空间内实现了8个手机频段的覆盖。

Claims (10)

1.一种宽带多频段内置手机天线，其特征在于，包括介质板、位于介质板一面的金属地部分、以及位于介质板另一面的平面单极子部分和信号馈入部分，其中：

所述金属地部分包括系统地(7)，系统地(7)上开有开路槽(5)；

所述信号馈入部分包括横跨过开路槽(5)的信号馈入线(8)；

所述平面单极子部分包括第一折叠分支(1)、直分支(3)及调谐金属片(4)，其中，直分支(3)与信号馈入线(8)垂直连接，第一折叠分支(1)为两臂长度不相等的U形结构，其长臂一端与信号馈入线(8)末端垂直连接，开路槽(5)、直分支(3)以及第一折叠分支(1)的长臂均相互平行，调谐金属片(4)连接于第一折叠分支(1)的长臂外侧。

2.根据权利要求1所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述开路槽(5)位于金属地部分的末端，且槽开口的方向与第一折叠分支(1)的U形开口方向相反。

3.根据权利要求1所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述系统地(7)连接用于扩展高频带宽的寄生地分支(6)，开路槽(5)开在金属地部分末端，寄生地分支(6)位于金属地部分末端的一角。

4.根据权利要求3所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述平面单极子部分还包括用于扩展高频带宽的第二折叠分支(2)，第二折叠分支(2)为L形结构，其短臂与信号馈入线(8)末端连接，长臂与开路槽(5)平行，所述寄生地分支(6)为带有缺口的矩形，其一条边在垂直方向上与第二折叠分支(2)的长臂重合。

5.根据权利要求4所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述平面单极子部分的第一折叠分支(1)、第一折叠分支(2)及寄生地分支(6)的微带线线宽均相等。

6.根据权利要求3或4或5所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述信号馈入线(8)跨过寄生地分支(6)。

7.根据权利要求4或5所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述第二折叠分支(2)的0.25λ模式谐振在1880MHz附近，所述寄生地分支(6)的0.25λ模式谐振在2150MHz附近。

8.根据权利要求1或4或5所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述第一折叠分支(1)的0.25λ模式谐振在930MHz附近，开路槽(5)的0.25λ模式谐振在860MHz附近，调谐金属片(4)用于微调第一折叠分支(1)的0.25λ模式。

9.根据权利要求1或4或5所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述第一折叠分支(1)的0.75λ模式谐振在2600MHz附近，开路槽(5)的0.75λ模式谐振在2450MHz附近，直分支(3)用于调谐及优化这两个模模式。

10.根据权利要求1所述的宽带多频段内置手机天线，其特征在于，所述信号馈入线(8)为特征阻抗50欧姆的微带线。