CN104617382B

CN104617382B - 适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4g天线

Info

Publication number: CN104617382B
Application number: CN201510021360.4A
Authority: CN
Inventors: 周浩淼; 梁艳武
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: CN104617382A

Abstract

本发明公开了一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，旨在提供了一种小尺寸、容易加工、节省成本并且能够实现手机通讯频段（2G/3G/4G）全覆盖的平面印刷天线。天线包括了FR4介质板、金属接地板和辐射金属片组，其中由馈电带和倒山字形的短路带组成的辐射金属片组直接印刷在介质板的上表面。通过对介质板开一个矩形的缺口，不仅可以用来嵌入电池以实现智能手机超薄化，而且能够使天线有更好的阻抗匹配。除此之外，本发明具有方便加工、节省成本、质量轻等特点，广泛适用于超薄智能手机技术领域。

Description

适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线。

背景技术

4G牌照的发放将预示着我国的无线通信将会引来一个新的发展时期。手机作为无线通信系统中应用最广泛的终端，成为了人们日常生活中不可或缺的重要工具。手机天线是手机传递电磁波信号的窗口，它的性能好坏将会直接影响手机的通信质量。这就要求现在的手机不仅要兼顾基本的GSM850/900/1800/1900(2G)和UMTS2100(3G)，还要覆盖国内流行的LTE2300/2500(4G)频段。

此外，尤其值得一提的是LTE700频段，一直是电信运营商梦寐以求的优质频段。LTE700处于低频段，具有信号覆盖广、穿透力强等特性，适合大范围网络覆盖，组网成本低，因此被国际公认为“数字红利”频段。国际上，优质的700MHz已被用作LTE网络的建设，但是，在国内，700MHz频段是地面模拟电视信号使用的频段，目前由广电系统使用。国内电信业和广电业对700MHz的争夺也越来越激烈，相信接下来LET700的部分频谱资源会逐渐被电信系统所使用。然而，在当今越来越强调天线小型化的同时，覆盖LTE700频段大大增加了手机设计的难度，因为仅覆盖此频段就需要约为107mm的辐射单元（四分之一波长）。要想在面积为15mm×36mm内设计出覆盖多个通信频段GSM850/900/1800/1900/UMTS2100/LTE700/2300/2500和2.4GHz WLAN实属不易。例如，专利申请号CN201410376755.1中的八频段平面印刷天线尺寸为15mm×60mm；专利申请号CN201310465661.7中三维立体天线尺寸为的9.5mm×65mm×4mm。

随着各种手机款式的呈现，超薄智能手机越来越受到人们的欢迎，如何在有限的空间减小手机整体厚度的同时，还保证手机天线的小型化和2G/3G/4G的全覆盖是当前手机天线设计的难点和热点工作。比如发行不久的iPhone6的厚度为6.9mm，华为主打的超薄手机Ascend P6厚度仅为6.18mm。因此如要设计出厚度小于5mm的超薄智能手机，对天线设计提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有天线技术对应覆盖频段少，尺寸大和手机整体较厚的缺陷，提供一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，应用于超薄智能手机的小尺寸、多频段、低成本、容易加工制造且能够同时满足2G/3G/4G所有通信频段要求的平面印刷手机天线。所述的超薄尤指手机厚度小于5mm。

本发明主要通过下述方案得以解决：

一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，它包括FR4介质板，金属接地板，由馈电带和短路带组成的辐射金属片组。所述的介质板在一侧开一个矩形的缺口；所述辐射金属片组和金属接地板分别印刷在介质板的上表面和下表面；所述的馈电带包括依次相连的第一辐射金属片、第二辐射金属片、第三辐射金属片、第四辐射金属片、第五辐射金属片、第六辐射金属片、第七辐射金属片；所述的短路带包括第八辐射金属片、第九辐射金属片、第十辐射金属片、第十一辐射金属片。

所述的馈电带分为以下两部分：第一辐射金属片和第二辐射金属片、第三辐射金属片构成了一个倒T形；第四辐射金属片、第五辐射金属片、第六辐射金属片、第七辐射金属片构成了一个直角转折的C形；与第九辐射金属片相互垂直连接的第八辐射金属片、第十辐射金属片、第十一辐射金属片共同构成了一个倒山字形短路带。

所述的第一辐射金属片的自由末端连接馈线，第八辐射金属片的自由末端与底面的金属接地板短路相连。

所述缺口的长度为40~45mm，宽度为40~45mm。

所述缺口用来嵌入电池，同时改变金属接地板电流路径，改善天线低频段LTE700/GSM850/900的阻抗匹配。

所述电池为可拆卸电池。

所述天线覆盖了698-960MHz、1710-2690MHz多个频段，当回波损耗为6dB时，带宽为647-972 MHz 和1605-2770MHz。

所述天线印刷在手机电路板的底部。一般印刷在手机电路板的底部，可以减小人体特定吸收比(SAR)。天线正下方净空区附近的附加接地板面积为15×24mm²，可以用来集成USB和麦克风等电子元件，经过测试表明对天线的性能几乎没有影响。

本发明中介质板的矩形缺口的尺寸和位置可以视具体的应用环境进行调整而得到最优值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过耦合馈电技术，馈电带和短路带可以工作在LTE700/2300/2500/GSM850/900/1800/1900/UMTS2100和2.4GHzWLAN共9个频段，实现2G/3G/4G的全覆盖。

（2）小尺寸（15mm×36mm）的手机天线直接印刷在介质板上，结构简单，便于进行频段和带宽的灵活调试，解决了现在手机天线小型化多频段宽带化的难题。

（3）对介质板开一个矩形的缺口，可以用来嵌入电池，区别于电池直接放置在电路板上方法，降低手机的整体厚度，以实现智能手机超薄化。

（4）通过上述矩形缺口，还可以改变接地板的电流路径，能够使天线有更好的阻抗匹配，尤其是在低频段LTE750/GSM850/900。

（5）本发明中的印刷天线采用平面二维结构，避免了立体天线的高度，无需加载任何集总元件和匹配电路，具有方便加工、节省成本、质量轻等特点，广泛适用于超薄智能手机技术领域。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明；

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的天线结构示意图；

图3是本发明的仿真和测试回波损耗曲线；

图中，1、FR4介质板，2、金属接地板，3、矩形缺口，4、馈电带，5、短路带，41、第一辐射金属片，42、第二辐射金属，43、第三辐射金属片，44、第四辐射金属片，45、第五辐射金属片，46、第六辐射金属片，47、第七辐射金属片，51、第八辐射金属片，52、第九辐射金属片，53、第十辐射金属片，54、第十一辐射金属片。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步的详细描述。

一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，包括FR4介质板1，金属接地板2，由馈电带4和短路带5组成的辐射金属片组。所述FR4介质板在一侧开一个矩形的缺口3，辐射金属片组和金属接地板分别印刷在介质板的上表面和下表面，辐射金属片组对应的介质板下表面是一个矩形的净空区。所述馈电带4包括依次相连的第一辐射金属片41、第二辐射金属片42、第三辐射金属片43、第四辐射金属片44、第五辐射金属片45、第六辐射金属片46、第七辐射金属片47；所述的短路带5包括第八辐射金属片51、第九辐射金属片52、第十辐射金属片53、第十一辐射金属片54。

所述馈电带分为以下两部分：第一辐射金属片和第二辐射金属片、第三辐射金属片构成了一个倒T形；第四辐射金属片、第五辐射金属片、第六辐射金属片、第七辐射金属片构成了一个直角转折的C形。与第九辐射金属片相互垂直连接的第八辐射金属片、第十辐射金属片、第十一辐射金属片共同构成了一个倒山字形短路带。另外，第一辐射金属片的自由末端连接馈线，第八辐射金属片的自由末端与底面的金属接地板短路相连。通过耦合馈电技术，馈电带和短路带可以工作在LTE700/2300/2500/GSM850/900/1800/1900/UMTS2100和2.4GHzWLAN共9个频段，实现2G/3G/4G的全覆盖。

实施例1

所述介质板采用相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4介质板。如图1所示，介质板的体积为0.8×60×115mm³，金属接地板贴合在介质板的背面，其中印刷天线的正下方有一个面积为15×36mm²的净空区。用于嵌入电池的矩形缺口的长度和宽度都为40mm。图2中第一辐射金属片41的长度为4mm，宽度为1.5mm；与之垂直相连的第二辐射金属片42长度为25.5mm，宽度为3mm；第三辐射金属片43的长度为8mm，宽度为2mm；第四辐射金属片44长度为2mm，宽度为1 mm；第五辐射金属片45长度为14mm，宽度为0.5mm；第六辐射金属片46长度为1.5mm，宽度为0.5mm；第七辐射金属片47长度为6mm，宽度为0.5mm。以上的辐射金属片构成了馈电带4，通过缝隙将电磁能量容性耦合到倒山字形短路带5上。构成短路带5的第八辐射金属片51通过过孔直接与地板相连，它的长度为30mm，宽度为2.3mm，与之垂直连接的第九辐射金属片52的长度为6.5mm，宽度为1.5mm；分别与第九辐射金属片两端垂直相连的第十辐射金属片53和第十一辐射金属片54的长度为27mm和20mm，宽度为1.5mm和1mm。

所述天线一般印刷在手机电路板的底部，可以减小人体特定吸收比(SAR)。天线正下方净空区附近的附加接地板面积为15×24mm²，可以用来集成USB和麦克风等电子元件，经过测试表明对天线的性能几乎没有影响。

该平面印刷天线与开矩形缺口的介质板、接地金属片、辐射金属片组一起构成了一个完整的辐射系统，经过软件仿真和加工测试后的回波损耗曲线如图3所示，完美的覆盖了698-960MHz、1710-2690MHz多个频段，可以使手机工作在目前所有的2G/3G/4G通信频段。整个天线的规格为15mm×36mm，尺寸非常小，直接印刷在介质板上，可以广泛应用于超薄智能手机设备，具有很大的市场价值。

Claims

1.一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，其特征在于，它包括FR4介质板（1），金属接地板（2），由馈电带（4）和短路带（5）组成的辐射金属片组，所述的介质板（1）在一侧开一个矩形的缺口（3）；所述辐射金属片组和金属接地板（2）分别印刷在介质板（1）的上表面和下表面；所述的馈电带（4）包括依次相连的第一辐射金属片（41）、第二辐射金属片（42）、第三辐射金属片（43）、第四辐射金属片（44）、第五辐射金属片（45）、第六辐射金属片（46）、第七辐射金属片（47）；所述的短路带（5）包括第八辐射金属片（51）、第九辐射金属片（52）、第十辐射金属片（53）、第十一辐射金属片（54）；

所述的馈电带（4）分为以下两部分：第一辐射金属片（41）和第二辐射金属片（42）、第三辐射金属片（43）构成了一个倒T形；第四辐射金属片（44）、第五辐射金属片（45）、第六辐射金属片（46）、第七辐射金属片（47）构成了一个直角转折的C形；与第九辐射金属片（52）相互垂直连接的第八辐射金属片（51）、第十辐射金属片（53）、第十一辐射金属片（54）共同构成了一个倒山字形短路带（5）；

所述的第一辐射金属片（41）的自由末端连接馈线，第八辐射金属片（51）的自由末端与底面的金属接地板（2）短路相连；

所述缺口（3）用来嵌入电池，同时改变金属接地板（2）电流路径，改善天线低频段LTE700/GSM850/900的阻抗匹配；

所述的馈电带（4）主要工作于高频段1710-2690MHz，所述的短路带（5）主要工作于低频段698-960MHz。

2.根据权利要求1所述的一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，其特征在于，所述缺口（3）的长度为40~45mm，宽度为40~45mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，其特征在于，所述电池为可拆卸电池。

4.根据权利要求1所述的一种适用于超薄智能手机的小尺寸多频段4G天线，其特征在于，所述天线印刷在手机电路板的底部。