CN104022358A - 小型化多频段天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化多频段天线，包括：基板、基板正面的接地平面；还包括：基板正面、接地平面上方的第一辐射体包括：与基板底边平行的第一辐射枝节，以及分别与第一辐射枝节左、右端相接、并分别指向基板底边、顶边的第二辐射枝节和第三辐射枝节；基板背面的第二辐射体包括：与第一辐射枝节相平行的第四、五、六辐射枝节，相垂直的第七、八辐射枝节；第七辐射枝节的两端分别与第四、六辐射枝节的左端相接；第八辐射枝节的两端分别与第五、六辐射枝节的右端相接；第一、二辐射枝节的相接处通过金属通孔与第五辐射枝节电连接。本发明的技术方案中，缩小不同频段的两个辐射体所占的面积，使得小型化多频段天线的体积缩小并支持多个频段。

Description

小型化多频段天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种小型化多频段天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，已出现多种无线通信的通信制式，例如GSM(Global System for Mobile communication，全球移动通信系统)、WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)、UMTS(Universal MobileTelecommunications System，通用移动通信系统)，LTE(Long Term Evolution，长期演进)、WiMAX(Worldwide interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入)等通信制式。不同通信制式通常具有不同的频段；例如，GSM的0.9/1.8Ghz频段，WLAN的2.4/5.8Ghz频段，UMTS的2.1Ghz频段，LTE的1.9/2.3/2.6Ghz频段，WiMAX的3.5Ghz频段。

移动设备中的多频段天线需要包括不同电长度的辐射结构，分别谐振于不同的频段，用以支持不同的通信制式。支持频段的增加，导致多频段天线的结构的复杂度增加，容易造成多频段天线的体积增加。此外，移动设备，例如智能手机、平板电脑等，越来越来轻薄化，使得移动设备中的多频段天线的体积需要缩小，即多频段天线的小型化。因此，在小型化的基础上实现对多频段的支持，是移动设备的多频段天线的发展方向。

公布号为CN102769178A的中国专利中，公开了一种多频段天线。该多频段天线包括：基板、位于基板上第一区域的接地平面、位于基板上第二区域的天线辐射单元；该天线辐射单元包括相连的第一辐射体与第二辐射体；第一辐射体与接地平面相连。第一辐射体谐振于900Mhz的频段；第二辐射体谐振于1.7-2.5Ghz的频段；该多频段天线可以支持GSM、UTMS、LTE、WLAN的频段。

然而，现有的多频段天线的长度、宽度、厚度分别为100mm、60mm、1.8mm，体积较大(面积和厚度都较大)，造成安装有该多频段天线的移动设备不易减小体积，无法适应移动设备轻薄化的趋势。因此，有必要提供一种体积更小、支持多频段的小型化多频段天线。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种小型化多频段天线，以较小的体积，支持多个频段。

本发明的技术方案，提供了一种小型化多频段天线，包括：基板、铺设在所述基板的正面的接地平面；还包括：

铺设在所述基板的正面、位于所述接地平面上方的第一辐射体，其包括：与所述基板的底边平行的第一辐射枝节，以及分别与第一辐射枝节的左端、右端相接、并分别指向所述基板的底边、顶边的第二辐射枝节和第三辐射枝节；

铺设在所述基板的背面的第二辐射体，其包括：与第一辐射枝节相平行的第四、五、六辐射枝节，以及与第一辐射枝节相垂直的第七、八辐射枝节；其中，第五辐射枝节位于第四、六辐射枝节的中间；第七辐射枝节的两端分别与第四、六辐射枝节的左端相接；第八辐射枝节的两端分别与第五、六辐射枝节的右端相接；

其中，第一、二辐射枝节的相接处通过金属通孔与第五辐射枝节电连接；第二辐射枝节的下端为馈电点。

较佳地，所述接地平面为矩形，以及第二辐射枝节的下端与所述接地平面之间的距离为0.5mm。

进一步，所述小型化多频段天线，还包括：

矩形的寄生调谐块，位于所述接地平面的左上方，并与所述接地平面相接。

较佳地，所述寄生调谐块的左侧边与第二辐射枝节之间的距离为5.9mm；以及

所述寄生调谐块，其顶边的长度为1-5mm，其左侧边的长度为1-4mm。

较佳地，第一辐射体中的第一、二、三辐射枝节的宽度都为0.8-1.5mm；

第二辐射枝节的长度为6-12mm；以及

第二辐射体中的第四、五、六、八辐射枝节的宽度都为0.8-1.5；

第七辐射枝节的宽度为1.3-3.2mm。

较佳地，第一辐射枝节的第三辐射枝节在所述基板的背面的投影，落于第二辐射体的第七辐射枝节中。

较佳地，所述基板为矩形，其厚度为1mm；以及

第二辐射体中的第四辐射枝节，与第六辐射枝节之间的距离为5.8-10.8mm，与第五辐射枝节之间的距离为0.5-5.5mm。

较佳地，第五辐射枝节与所述金属通孔连接处，到第五辐射枝节的左端的长度为2-6mm。

较佳地，所述小型化多频段天线的长度、宽度、厚度分别为60mm、25mm、1mm。

较佳地，所述基板的材料具体是介电常数为4.4、损耗角正切值为0.025的环氧树脂；以及

第一辐射体和第二辐射体的材料具体都是铜箔；以及

所述金属通孔的材料具体是铜或者铝；以及

所述寄生调谐块的材料具体是铜箔。

本发明的技术方案中，将谐振于不同频段的两个辐射体，分别设置成折线状和开口的环形；使得该两个辐射体所占用的面积缩小；从而使得小型化多频段天线在体积缩小的基础上，支持多个频段，例如890-950Mhz频段和1.6-2.6Ghz频段。

而且，优化两个辐射体中辐射枝节的形状和尺寸、辐射枝节之间的距离，以及增设寄生调谐块，还可以减小小型化多频段天线的厚度而减小体积，并且支持额外的频段，例如3.4-3.6Ghz频段和5.7-5.9Ghz频段。

附图说明

图1、图2、图3分别为本发明实施例的小型化多频段天线的结构的三维透视示意图、主视示意图、背视示意图；

图4为本发明实施例的小型化多频段天线的结构在主视方向的透视示意图；

图5为本发明实施例的小型化多频段天线的回波损耗的特性曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明的发明人考虑到，可以在多频段天线中的基板上设置多个辐射体，使得不同的辐射体可以收发不同频段的无线信号。对于每个辐射体，优化该辐射体的形状和尺寸，使得该辐射体的电长度不变的情况下减小占用的面积；从而使得多频段天线在小型化的基础上，支持多个频段。

而且，对于分位于基板正、背面的辐射体，优化两者之间的距离，使得两者通过耦合支持额外的频段并可以减小基板的厚度。

下面结合附图具体介绍本发明实施例的技术方案。

本发明实施例的小型化多频段天线的结构的三维透视示意图、主视示意图、背视示意图分别如图1、图2、图3所示，包括：基板101、铺设在基板101的正面的接地平面102、铺设在基板101的正面、位于接地平面102上方的第一辐射体103，以及铺设在基板101背面的第二辐射体104。

第一辐射体103包括：与基板101的底边平行的第一辐射枝节131，以及分别与第一辐射枝节131的左端、右端相接、并分别指向基板101的底边、顶边的第二辐射枝节132和第三辐射枝节133。第二辐射枝节132的下端为馈电点。

第二辐射体104包括：与位于基板101正面的第一辐射体103中的第一辐射枝节131相平行的第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节143，以及与第一辐射枝节131相垂直的第七辐射枝节144、第八辐射枝节145。

第五辐射枝节142位于第四辐射枝节141与第六辐射枝节143的中间；第七辐射枝节144的两端分别与第四辐射枝节141、第六辐射枝节143的左端相接；第八辐射枝节145的两端分别与第五辐射枝节142、第六辐射枝节143的右端相接。

位于基板101正面的第一辐射体103中的第一辐射体131、第二辐射体132的相接处，通过金属通孔与位于基板101背面的第二辐射体104中的第五辐射枝节142电连接。

本发明实施例的小型化多频段天线中，第一、二辐射体分别谐振于不同的频段；通过将第一、二辐射体分层铺设，并将该两个辐射体分别设置成折线状和开口的环形，使得该两个辐射体具有所需要的电长度情况下，可以缩小所占用的面积；从而使得小型化多频段天线可以在体积缩小的基础上，支持多个频段。

本发明实施例的小型化多频段天线中，接地平面102具体为矩形；第一辐射体103中的第二辐射枝节132的下端与接地平面102之间的距离为0.5mm。

本发明实施例的小型化多频段天线中，小型化多频段天线中，还包括：铺设于基板101的正面的寄生调谐块105。

寄生调谐块105位于接地平面102的左上方，并与接地平面相接。具体地，寄生调谐块105与接地平面102的顶边相连接。

本发明实施例的小型化多频段天线中，第一辐射体103的第一辐射枝节131、第二辐射枝节132和第三辐射枝节133的宽度都相等，都为0.8-1.5；第一辐射体103的第一辐射枝节131、第二辐射枝节132和第三辐射枝节133的长度之和为26.9mm；第二辐射枝节131的长度为6-12mm；第三辐射枝节133的长度为1-6mm。第一辐射体103谐振于第一频段。

第二辐射体104的第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节143、第八辐射枝节145的宽度都相等，都为0.8-1.5mm；第七辐射枝节144的宽度为1.3-3.2mm；第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节143、第七辐射枝节144和第八辐射枝节145的长度之和为53.16mm。第二辐射体104整体谐振于第二频段。金属通孔直径为0.3mm。

第一辐射体103的第三辐射枝节133在基板101背面的投影，落于第二辐射体104的第七辐射枝节144中。第七辐射枝节144的长度大于第三辐射枝节133的长度。

本发明实施例的小型化多频段天线中，基板101具体为矩形，基板101的厚度为1mm。第二辐射体中的第四辐射枝节141，与第六辐射枝节143之间的距离为5.8-10.8mm；第四辐射枝节141与第五辐射枝节142之间的距离为0.5-5.5mm。此时，第二辐射体104中的第四辐射枝节141谐振于第三频段。

由于，第一辐射体103的第一辐射枝节131在基板101背面的投影，与第二辐射体104的第五辐射枝节142及其延长线相重合；因此，第四辐射枝节141与第五辐射枝节142之间的距离，等于第一辐射枝节131在基板101背面的投影与第四辐射枝节141之间的距离。

事实上，合理地设置位于基板正面的辐射枝节与位于基板背面的辐射枝节之间的距离，以及同位于基板背面的辐射枝节之间的距离；可以耦合出第一、二频段之外的频段并减小基板的厚度，从而在缩小小型化多频段天线的体积的基础上，拓宽了小型化多频段天线所支持的频段。

本发明实施例的小型化多频段天线中，第二辐射体104中的第五辐射枝节142与金属通孔连接处，到第五辐射枝节的左端的长度为2-6mm；第五辐射枝节142与该金属通孔连接处到第五辐射枝节142的左端之间的枝节，谐振于第四频段。

本发明实施例的小型化多频段天线中，矩形的寄生调谐块105的左侧边与第一辐射体103中的第二辐射枝节132之间的距离为5.9mm。寄生调谐块105的顶边、左侧边分别平行、垂直于基板101的底边。寄生调谐块105的顶边的长度为1-5mm，则寄生调谐块105与第二辐射枝节132之间的距离为4.9-0.9mm；寄生调谐块105的左侧边的长度为1-4mm。

本发明实施例的小型化多频段天线中，对于第一辐射体103中各辐射枝节的宽度，该宽度增大时，第一频段中的最高频率升高，第三频段中的最低频率降低，第四频段中的中心频率升高、且第四频段的回波损耗减小；该宽度减小时，第一频段中的最高频率降低，第三频段中的最低频率升高，第四频段中的中心频率降低、且第四频段的回波损耗增大。

对于第一辐射体103的第二辐射枝节132的长度，该长度增加时，第三频段的中心频率降低、回波损耗增大且带宽减小；第四频段的中心频率降低、回波损耗增大且带宽减小。该长度减小时，第三频段的中心频率升高、回波损耗减小且带宽增加；第四频段的中心频率升高、回波损耗减小且带宽增加。该长度在6-10mm范围内增大时，第一频段的带宽增大且回波损耗增大；该长度在10-12mm范围内增大时，第一频段的带宽减小。该长度在6-10mm范围内减小时，第一频段的带宽减小且回波损耗减小；该长度在10-12mm范围内减小时，第一频段的带宽增大。

对于第二辐射体104中第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节143和第八辐射枝节145的宽度，该宽度增大时，第一频段中的最高频率升高，第三频段中的最低频率降低，第四频段的中心频率升高且回波损耗减小；该宽度减小时，第一频段中的最高频率降低，第三频段中的最低频率升高，第四频段的中心频率降低且回波损耗增大。

对于第二辐射体104中第四辐射枝节141与第六辐射枝节143之间的距离，该距离增大(等效于第七辐射枝节144的长度增大)时，第一频段中的最高频率降低且带宽减小，第三频段的带宽增大，第四频段的频率整体降低且带宽基本保持不变。

第三辐射枝节133位于基板101背面的投影在第七辐射枝节中左右移动，相当于增减第一辐射枝节131的长度。第一辐射枝节131的长度增大时，第二频段的中心频率升高，第一频段的频率整体降低且带宽减小，第三频段的频率整体降低且带宽增大，第四频段的频率整体降低且带宽基本不变。第一辐射枝节131的长度减小时，第二频段的中心频率降低，第一频段的频率整体升高且带宽增大，第三频段的频率整体升高且带宽减小，第四频段的频率整体升高且带宽基本不变。

对于第二辐射体104中第七辐射枝节144的宽度，该宽度增大时，第二频段的中心频率降低且带宽基本保持不变，第三频段的中心频率降低且带宽增大；该宽度减小时，第二频段的中心频率升高且带宽基本保持不变，第三频段的中心频率升高且带宽减小。

对于寄生谐振块105的顶边的长度，该长度增大(等效于寄生谐振块105与第二辐射枝节132之间的距离减小)时，第三频段的频率整体升高，且带宽增大。对于寄生谐振块105的左侧边的长度，该长度增大时，第三频段中的最高频率升高且带宽增大。该长度在1-2.5mm范围内增大时，第四频段中的最高频率升高、带宽增大、回波损耗减小；该长度在2.5-4mm范围内增大时，第四频段中的最高频率降低、带宽减小、回波损耗增大。

对于第五辐射体142与金属通孔连接处到第五辐射体142的左端之间的长度，该长度增大时，第四频段的中心频率降低，回波损耗减小，带宽基本保持不变。

更优的，第一辐射体103中的第一辐射枝节131、第二辐射枝节132和第三辐射枝节133的宽度都为1.2mm；第一辐射枝节131的长度为13.7；第二辐射枝节132的长度为8mm；第三辐射枝节133的长度为5.2mm。

第二辐射体104中的第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节和第八辐射枝节145的宽度都为1.2mm；第四辐射枝节141、第五辐射枝节142、第六辐射枝节143、第八辐射枝节145的长度分别为15.06mm、11.7mm、21.2mm、4.1mm。第四辐射枝节141与第六辐射枝节143之间的距离(即第七辐射枝节144的长度)为6.8mm；第四辐射枝节141与第五辐射枝节142之间的距离为1.5mm。

第二辐射体104中的第七辐射枝节144的宽度3.2mm。寄生调谐块105的顶边、左侧边的长度分别为5mm、2.5mm。第五辐射枝节142与金属通孔连接处到第五辐射枝节142的左端之间的长度为5.7mm。

此时，第一频段包括1.6-2.6Ghz的频率范围，可以支持GSM的1.8Ghz频段，WLAN的2.4Ghz频段，UMTS的2.1Ghz频段，LTE的1.9Ghz、2.3Ghz和2.6Ghz频段，WiMAX的2.5Ghz的频段等。第二频段包括890-950Mhz的频率范围，可以支持GSM的900Mhz的频段。第三频段包括3.4-3.6Ghz的频率范围，覆盖了WiMAX的3.5Ghz的频段。第四频段包括5.7-5.9Ghz的频率范围，覆盖了WLAN的5.8Ghz的频段。

事实上，本发明实施例的小型化多频段天线中，第一辐射体103、第二辐射体104和连接在两者之间的金属通孔具体可以是一体成型的。接地平面102和寄生调谐块105具体可以是一体成型的。

基板101的材料可以是环氧树脂；例如，FR4环氧树脂，或者介电常数为4.4,、损耗角正切值为0.025的环氧树脂。

接地平面102、第一辐射体103、第二辐射体104和寄生调谐块105的材料都可以是铜箔。第一辐射体103、第二辐射体104之间的金属通孔的材料可以是铜或者铝等导电金属。

本发明实施例的小型化多频段天线的长度、宽度、厚度分别为60mm、25mm、1mm。由于铜箔的厚度远小于基板101的厚度，因此小型化多频段天线的体积与基板101的体积基本相等。第一辐射体103、寄生调谐块105和第二辐射体104一起所占用的基板101的长度、宽度、厚度分别为15.6mm、25mm、1mm；接地平面102所占用的基板101的长度、宽度、厚度分别为44.4mm、25mm、1mm。

本发明实施例的小型化多频段天线的结构在主视方向(从基板101的正面指向背面的方向)的透视示意图如图4所示。

本发明实施例的小型化多频段天线的回波损耗的特性曲线示意图，如图5所示，图5中横轴表示小型化多频段天线的工作频率，单位为Ghz；纵轴表示回波损耗，单位为dB。小型化多频段天线的第一、二、三、四频段的频率范围，分别为1.6-2.6GHz、0.89-0.95Ghz、3.4-3.6Ghz、5.7-5.9Ghz。第一、二、三、四频段中任一频率的回波损耗都小于-10dB。实际应用中，回波损耗小于-6dB的频率通常就可满足使用要求，则小型化多频段天线的第一、二、三、四频段的带宽还可以进一步拓宽。

本发明实施例的技术方案中，将谐振于不同频段的两个辐射体，分别设置成折线状和开口的环形；使得该两个辐射体所占用的面积缩小；从而使得小型化多频段天线在体积缩小的基础上，支持多个频段，例如890-950Mhz频段和1.6-2.6Ghz频段。

而且，优化两个辐射体中辐射枝节的形状和尺寸、辐射枝节之间的距离，以及增设寄生调谐块，还可以减小小型化多频段天线的厚度而减小体积，并且支持额外的频段，例如3.4-3.6Ghz频段和5.7-5.9Ghz频段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型化多频段天线，包括：基板、铺设在所述基板的正面的接地平面；其特征在于，还包括：

铺设在所述基板的正面、位于所述接地平面上方的第一辐射体，其包括：与所述基板的底边平行的第一辐射枝节，以及分别与第一辐射枝节的左端、右端相接、并分别指向所述基板的底边、顶边的第二辐射枝节和第三辐射枝节；

铺设在所述基板的背面的第二辐射体，其包括：与第一辐射枝节相平行的第四、五、六辐射枝节，以及与第一辐射枝节相垂直的第七、八辐射枝节；其中，第五辐射枝节位于第四、六辐射枝节的中间；第七辐射枝节的两端分别与第四、六辐射枝节的左端相接；第八辐射枝节的两端分别与第五、六辐射枝节的右端相接；

其中，第一、二辐射枝节的相接处通过金属通孔与第五辐射枝节电连接；第二辐射枝节的下端为馈电点。

2.如权利要求1所述的小型化多频段天线，其特征在于，所述接地平面为矩形，以及第二辐射枝节的下端与所述接地平面之间的距离为0.5mm。

3.如权利要求2所述的小型化多频段天线，其特征在于，还包括：

矩形的寄生调谐块，位于所述接地平面的左上方，并与所述接地平面相接。

4.如权利要求3所述的小型化多频段天线，其特征在于，所述寄生调谐块的左侧边与第二辐射枝节之间的距离为5.9mm；以及

所述寄生调谐块，其顶边的长度为1-5mm，其左侧边的长度为1-4mm。

5.如权利要求1-4任一所述的小型化多频段天线，其特征在于，第一辐射体中的第一、二、三辐射枝节的宽度都为0.8-1.5mm；

第二辐射枝节的长度为6-12mm；以及

第二辐射体中的第四、五、六、八辐射枝节的宽度都为0.8-1.5；

第七辐射枝节的宽度为1.3-3.2mm。

6.如权利要求5所述的小型化多频段天线，其特征在于，第一辐射枝节的第三辐射枝节在所述基板的背面的投影，落于第二辐射体的第七辐射枝节中。

7.如权利要求1-4、6任一所述的小型化多频段天线，其特征在于，所述基板为矩形，其厚度为1mm；以及

第二辐射体中的第四辐射枝节，与第六辐射枝节之间的距离为5.8-10.8mm，与第五辐射枝节之间的距离为0.5-5.5mm。

8.如权利要求1-4、6所述的小型化多频段天线，其特征在于，第五辐射枝节与所述金属通孔连接处，到第五辐射枝节的左端的长度为2-6mm。

9.如权利要求7任一所述的小型化多频段天线，其特征在于，其长度、宽度、厚度分别为60mm、25mm、1mm。

10.如权利要求1-4、6、9任一所述的小型化多频段天线，其特征在于，所述基板的材料具体是介电常数为4.4、损耗角正切值为0.025的环氧树脂；以及

第一辐射体和第二辐射体的材料具体都是铜箔；以及

所述金属通孔的材料具体是铜或者铝；以及

所述寄生调谐块的材料具体是铜箔。