CN104638358B - 一种多频宽带平面手机天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多频宽带平面手机天线，包括：金属地、设置于金属地上方的介质板、以及贴附于介质板表面的金属天线片，该金属天线片包括第一辐射单元，第二辐射单元，第三辐射单元，第四辐射单元，第五辐射单元，第六辐射单元，连接第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元、第四辐射单元的第一连接部，连接第五辐射单元和金属地的第二连接部，连接第六辐射单元和金属地的第三连接部，以及与第一连接部连接的50欧姆微带馈线。本发明的多频宽带平面手机天线采用弯折辐射枝节、多分枝技术和双带线耦合结构来达到小型化、多频化和宽带化的目的，具有实现了LTE/WWAN/WLAN/WiMAX所有通信频段的覆盖。

Description

一种多频宽带平面手机天线

技术领域

本发明涉及一种手机天线技术，特别涉及一种多频宽带平面手机天线。

背景技术

近三十年来，移动通信发展迅猛，经历了一代又一代的技术革新，从第一代移动通信的“大哥大”，到第二代移动通信的GSM数字手机，再到第三代移动通信的移动多媒体手机，最后到第4G多功能智能手机，手持通信设备朝着更小、更薄、更轻的方向发展，并随时随地都能够接收与传输图像、声音和数据，这就要求手持通信终端能够支持多种网络技术并能够同时在多个频段工作。天线作为手机的一个重要组成部分，同样需要满足以上要求，因此，小型化、多频化、宽带化和平面化成为了手机天线的发展趋势，同事也成为了当前研究的热点。超薄互联网娱乐型智能手机的流行，对手机天线2G/3G/4G频段的覆盖提出了更高要求，设计一种能够覆盖现有所有通信频道(包括LTE三个频段LTE700/2300/2500，WWAN五个频段GSM850/900/1800/1900/UMTS，WLAN三个频段2.4/5.2/5.8GHz,WiMAX三个频段2.5/3.5/5.5GHz)的平面手机天线成为一种迫切需求。

近年来，随着理论和技术的不断发展，各种形式的多频天线也不断被提出，但现有手机天线存两点不足：一方面，现有多频天线只覆盖了部分通信频段，未能实现2G/3G/4G所有频段的覆盖；另一方面，为了实现天线小型化，很多手机天线设计为立体结构，不符合手机超薄的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多频宽带平面手机天线，该手机天线采用弯折辐射枝节、多分枝技术和双带线耦合结构来达到小型化、多频化和宽带化的目的，从而实现了LTE/WWAN/WLAN/WiMAX所有通信频段的覆盖，符合了手机超薄的发展趋势。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种多频宽带平面手机天线，包括：金属地、设置于金属地上方的介质板、以及贴附于介质板表面的金属天线片，该金属天线片包括第一辐射单元，第二辐射单元，第三辐射单元，第四辐射单元，第五辐射单元，第六辐射单元，连接第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元、第四辐射单元的第一连接部，连接第五辐射单元和金属地的第二连接部，连接第六辐射单元和金属地的第三连接部，以及与第一连接部连接的50欧姆微带馈线。

第一辐射单元为反C形单极子，第二幅射单元为弯折半包含单极子，第三辐射单元为F形单极子，第四辐射单元为X形单极子，第五辐射单元为折叠S形枝节，第六辐射单元为反C形枝节。第一辐射单元、第二幅射单元、第三辐射单元、第四辐射单元以及第一连接部都印刷在介质板的上表面，第五辐射单元、第六辐射单元、第二连接部、第三连接部以及金属地印刷在介质板的下表面。

所述反C形单极子的下端左边缘和第一连接部的右边缘上端紧密连接，所述折叠S形枝节包括四个短枝节，折叠S形枝节下端左边缘和第二连接部的上端右边缘紧密连接。反C形单极子的下端部分和折叠S形枝节的下端部分重合，反C形单极子的上端部分被折叠S形枝节的上端部分包围起来，形成一个双带线结构以提高C形单极子和折叠S形枝节之间的耦合度。反C形单极子与折叠S形枝节相互耦合组成双带线结构主要用于700MHz频段的覆盖。

所述四个短枝节的长度均相同，宽度均相同，沿着折叠S形枝节中部下边缘横向平行排列。四个短枝节主要用于拓展700MHz频段的带宽。

所述弯折半包含单极子包括两个相互半包含的C形弯折枝节和两个U形弯折枝节，弯折半包含单极子的下端边缘、两个U形弯折枝节的左侧和第一连接部的最上端边缘紧密连接。所述反C形枝节的下端左边缘与呈倒L形的第三连接部的右边缘的靠近上端的位置紧密连接，反C形枝节环绕弯折半包含单极子形成双带线结构，该双带线结构主要用于2GHz频段的覆盖。

所述两个相互半包含的C形弯折枝节相互耦合，左边的C形弯折枝节的最下端的右边缘通过两个横向并列排列的U形弯折枝节与右边的C形弯折枝节进行紧密连接。相互耦合的半包含C形弯折枝节与U形弯折枝节共同作用主要用于拓展2GHz频段的带宽。

所述F形单极子的下边缘与第一连接部的最右侧上边缘左端紧密连接，F形单极子主要用于实现3.5GHz频段的覆盖。

所述X形单极子下端右边缘与第一连接部左边缘紧密连接，X形单极子主要用于实现5GHz频段的覆盖。

所述50欧姆微带馈线上端和第一连接部下端紧密连接，50欧姆微带馈线下端与同轴线内芯焊接，50欧姆微带馈线长度约为金属地长度的1/2。

所述金属地下边缘与介质板下表面下边缘重合，金属地上边缘和第二连接部下边缘、第三连接部下边缘紧密连接，金属地位于50欧姆微带馈线下端正下方的部分与同轴线外芯焊接。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明的多频宽带平面手机天线其采用弯折辐射枝节、多分枝技术和双带线耦合结构，在有限的空间内合理地设置六个辐射单元来达到小型化、多频化和宽带化的目的，从而实现LTE/WWAN/WLAN/WiMAX所有通信频段的覆盖。

附图说明

图1是本发明的多频宽带平面手机天线的结构示意图。

图2(a)是本发明的贴附于介质板上表面的金属天线片的结构示意图。

图2(b)是本发明的多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中弯折半包含单极子的结构示意图。

图2(c)是本发明的多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中X形单极子的结构示意图。

图2(d)是本发明的多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中第一连接部的结构示意图。

图3是本发明的多频宽带平面手机天线贴附于介质板下表面的金属天线片及金属地的结构示意图。

图4是本发明的多频宽带平面手机天线的回波损耗图。

图5(a1)是本发明的多频宽带平面手机天线在80OMHZ时的YOZ平面的辐射方向图。

图5(a2)是本发明的多频宽带平面手机天线在80OMHZ时的XOZ平面的辐射方向图。

图5(a3)是本发明的多频宽带平面手机天线在80OMHZ时的XOY平面的辐射方向图。

图5(b1)是本发明的多频宽带平面手机天线在200OMHZ时的YOZ平面的辐射方向图。

图5(b2)是本发明的多频宽带平面手机天线在200OMHZ时的XOZ平面的辐射方向图。

图5(b3)是本发明的多频宽带平面手机天线在200OMHZ时的XOY平面的辐射方向图。

图5(c1)是本发明的多频宽带平面手机天线在350OMHZ时的YOZ平面的辐射方向图。

图5(c2)是本发明的多频宽带平面手机天线在350OMHZ时的XOZ平面的辐射方向图。

图5(c3)是本发明的多频宽带平面手机天线在350OMHZ时的XOY平面的辐射方向图。

图5(d1)是本发明的多频宽带平面手机天线在550OMHZ时的YOZ平面的辐射方向图。

图5(d2)是本发明的多频宽带平面手机天线在550OMHZ时的XOZ平面的辐射方向图。

图5(d3)是本发明的多频宽带平面手机天线在550OMHZ时的XOY平面的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线的结构示意图，如图1所示，本发明的多频宽带平面手机天线包括：金属地4、设置于金属地4上方的TLY-5介质板3、以及分别贴附于TLY-5介质板3上表面、下表面的金属天线片1、金属天线片2。其中，金属地4用于模拟手机的电路板。

所述TLY-5介质板3的长度为125mm，宽度为65mm，厚度为0.508mm，相对介电常数为2.2。

如图2(a)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片的结构示意图，图3是本发明一种多频宽带平面手机天线贴附于介质板下表面的金属天线片及金属地的结构示意图。如图2(a)和图3所示，金属天线片1包括第一辐射单元1A、第二辐射单元1B、第三辐射单元1C、第四辐射单元1D、第一连接部1E和50欧姆微带馈线1F，六部分位于同一平面且排列在TLY-5介质板3的上表面；金属天线片2包括第五辐射单元2A、第六辐射单元2B、第二连接部2C和第三连接部2D，四部分位于同一平面且排列在TLY-5介质板3的下表面。金属天线片1横向长度为65mm，等于TLY-5介质板3的宽度。

如图2(d)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中第一连接部的结构示意图。如图2(d)所示，第一连接部1E包括连接部1E1、连接部1E2、连接部1E3、连接部1E4、连接部1E5和连接部1E6。连接部1E1水平长度为7.2mm，垂直长度为0.9mm；连接部1E2由连接部1E1右侧边缘上端点起，水平向右延伸10.3mm排列，连接部1E2线宽为0.4mm；连接部1E3由连接部1E2上边缘右端点起，垂直向上延伸1.7mm排列，连接部1E3线宽为1.9mm；连接部1E6由连接部1E1上边缘左端点起，垂直向上延伸2.3mm排列，连接部1E6线宽为1.8mm；连接部1E4的下边缘与连接部1E6的上边缘重合，连接部1E4的水平长度为6mm，垂直长度为0.7mm，连接部1E4左边缘距连接部1E6左边缘的水平距离为2mm；连接部1E5由连接部1E4上边缘右端点起，垂直向上延伸1.7mm排列，连接部1E5线宽为0.7mm。如图3所示，第二连接部2C由金属地4上边缘距左端点水平距离24mm处垂直向上延伸2.4mm排列，线宽为1.2mm；第三连接部2D由金属地4上边缘距左端点水平距离13mm处垂直向上延伸4.8mm排列，连续水平向左延伸4.5mm排列，线宽为1.2mm。

如图2(a)所示，第一辐射单元1A为反C形单极子，第二幅射单元1B为弯折半包含单极子，第三辐射单元1C为F形单极子，第四辐射单元1D为X形单极子，第五辐射单元2A为折叠S形枝节，第六辐射单元2B为反C形枝节。

反C形单极子1A的展开长度为81mm，线宽为0.7mm；反C形单极子1A由连接部1E3的右边缘上端点起，水平向右延伸39.5mm排列，连续垂直向上延伸10.3mm排列，连续水平向左延伸31.2mm排列。反C形单极子1A的右侧边缘和TLY-5介质板3的上表面右侧边缘重合。折叠S形枝节2A包括四个短枝节，折叠S形枝节2A的展开长度为129mm，线宽为1.2mm；折叠S形枝节2A由第二连接部2C右边缘上端点起，水平向右延伸39.8mm排列，连续垂直向上延伸3.525mm排列，连续水平向左延伸5mm排列，连续垂直向上延伸3.375mm排列，连续水平向左延伸33.3mm排列，连续垂直向上延伸5.7mm排列，连续水平向右延伸38.3mm排列；折叠S形枝节2A的最上端边缘、右侧边缘分别和TLY-5介质板3下表面的上端边缘、右侧边缘重合。反C形单极子1A的下端部分和折叠S形枝节2A的下端部分重叠，反C形单极子1A的上端部分被折叠S形枝节2A的上端部分包围起来，形成一个双带线结构以提高C形单极子1A和折叠S形枝节2A之间的耦合度。反C形单极子1A与折叠S形枝节2A相互耦合组成双带线结构主要用于700MHz频段的覆盖。

折叠S形枝节2A包括的四个短枝节长度均为3.2mm，宽度均为1.2mm，依次沿着折叠S形枝节2A中部下边缘横向平行排列，四个短枝节左从左到右，左边缘距折叠S形枝节2A上端左边缘的水平距离依次为7.5mm、11.5mm、23.5mm、27.5mm。四个短枝节主要用于拓展700MHz频段的带宽。

如图2(b)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中弯折半包含单极子的结构示意图。如图2(b)所示，弯折半包含单极子1B包括两个相互半包含的C形弯折枝节1B1、C形弯折枝节1B2和两个U形弯折枝节组成的U形弯折枝节组1B3。反C形枝节2B展开长度为44.9mm，线宽为1.2mm；反C形枝节2B由第三连接部2D右边缘距上端点垂直距离0.6mm处起，水平向右延伸6.8mm排列，连续垂直向上延伸10.8mm排列，连续水平向左延伸19.8mm排列，连续垂直向下延伸7.5mm排列；反C形枝节2B的最左侧边缘和TLY-5介质板3的上表面左侧边缘重合。反C形枝节2B环绕弯折半包含单极子1B形成双带线结构，该双带线结构主要用于2GHz频段的覆盖。

C形弯折枝节1B1展开长度为23mm，线宽为0.8mm；C形弯折枝节1B1由连接部1E5上边缘右端点起水平向左延伸5mm排列，连续垂直向上延伸4.3mm排列，连续水平向右延伸10.7mm排列，连续垂直向下延伸3mm排列。C形弯折枝节1B2展开长度为26.3mm，线宽为0.8mm；C形弯折枝节1B2由U形弯折枝节组1B3最右侧边缘上端点起，水平向右延伸6.5mm排列，连续垂直向上延伸6.9mm排列，连续水平向左延伸12.9mm排列。U形弯折枝节组1B3中两个U形弯折枝节开口朝上横向并列排列，两个U形弯折枝节展开长度均为6.6mm，线宽为0.2mm，内槽宽度均为0.2mm；U形弯折枝节组1B3最左侧通过一个边长为0.2mm的正方形和C形弯折枝节1B1的下端右边缘紧密连接；两个U形弯折枝节之间通过边长为0.2mm的正方形紧密连接。相互耦合的半包含C形弯折枝节1B1、C形弯折枝节1B2与U形弯折枝节组1B3共同作用主要用于拓展2GHz频段的带宽。

F形单极子1C的线宽为0.7mm，F形单极子1C包括一个垂直枝节和上、下两个水平枝节。垂直枝节由连接部1E3上边缘左端点起，垂直向上延伸5.3mm排列；上面的水平枝节由垂直枝节右边缘上端点起，水平向右延伸7.5mm；下面的水平枝节由垂直枝节右边缘距上端点2.2mm处起，水平向右延伸6mm。F形单极子1C主要用于实现3.5GHz频段的覆盖。

如图2(c)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线贴附于介质板上表面的金属天线片中X形单极子的结构示意图。如图2(c)所示，X形单极子1D由虚线分割成的若干部分紧密连接组成，主要包括八个直角三角形1D1a、1D1b、1D1c、1D1d、1D3a、1D3b、1D3c、1D3d和三个四边形1D2a、1D2b、1D4。直角三角形1D1a、1D1b、1D1c、1D1d为全等直角三角形，水平直角边边长均为2.5mm，垂直直角边边长均为2mm；直角三角形1D3a、1D3b、1D3c、1D3d为全等直角三角形，水平直角边边长均为2mm，垂直直角边边长均为2.5mm；四边形1D2a、1D2b为全等四角形，水平边长均为6mm，垂直边长均为0.5mm；四边形1D4水平边长为2mm，垂直边长为5mm。X形单极子1D主要用于实现5GHz频段的覆盖。

50欧姆微带馈线1F线宽为1.5mm，由连接部1E1下边缘右端点起，垂直向下延伸54.1mm排列，50欧姆微带馈线1F下端与同轴线内芯焊接。

金属地4长度为110mm，小于TLY-5介质板3的长度，宽度为65mm，等于TLY-5介质板3的宽度；金属地4下端边缘、左侧边缘、右侧边缘分别和TLY-5介质板3下表面的下端边缘、左侧边缘、右侧边缘重合，金属地4上端边缘和和第二连接部2C下边缘、第三连接部2D下边缘紧密连接，金属地4位于50欧姆微带馈线1F下端正下方的部分与同轴线外芯焊接。

如图4所示，为本发明一种多频宽带平面手机天线的回波损耗图，从仿真结果可以看出覆盖频段分别为：695MHz-980MHz、1700MHz-2698MHz、3100MHz-3830MHz、4520MHz以上，S11均大于6dB，符合手机的常用标准。

如图5(a1)、5(a2)和5(a3)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线在80OMHZ时的辐射方向图，如图5(b1)、5(b2)和5(b3)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线在2000MHZ时的辐射方向图，如图5(c1)、图5(c2)和图5(c3)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线在3500MHz时的辐射方向图，如图5(d1)、图5(d2)和图5(d3)所示，是本发明一种多频宽带平面手机天线在5500MHz时的辐射方向图，从图中可以看出，本发明的一种多频宽带平面手机天线在这些频段上具有较好的全向性，适用于手机的应用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多频宽带平面手机天线，其特征在于，包括：金属地、介质板和金属天线片，所述介质板设置于金属地的上方，所述金属天线片贴附于介质板表面；所述金属天线片包括：第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元、第四辐射单元、第五辐射单元、第六辐射单元、第一连接部、第二连接部、第三连接部和微带馈线；所述第一连接部用于连接第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和第四辐射单元，所述第二连接部用于连接第五辐射单元和金属地，所述第三连接部用于连接第六辐射单元和金属地，所述微带馈线和第一连接部连接；

第一辐射单元为反C形单极子，第二幅射单元为弯折半包含单极子，第三辐射单元为F形单极子，第四辐射单元为X形单极子，第五辐射单元为折叠S形枝节，第六辐射单元为反C形枝节；第一辐射单元、第二幅射单元、第三辐射单元、第四辐射单元和第一连接部均印刷在介质板的上表面，第五辐射单元、第六辐射单元、第二连接部、第三连接部和金属地相连接，且第五辐射单元、第六辐射单元、第二连接部、第三连接部和金属地均印刷在介质板的下表面，所述微带馈线为50欧姆微带馈线。

2.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述反C形单极子的下端左边缘和第一连接部的右边缘上端紧密连接，所述折叠S形枝节具有四个短枝节，所述折叠S形枝节下端左边缘和第二连接部的上端右边缘紧密连接；所述反C形单极子的下端部分和折叠S形枝节的下端部分重合，所述反C形单极子的上端被折叠S形枝节的上端部分完全包围，形成一个双带线结构以提高C形单极子和折叠S形枝节之间的耦合度；所述反C形单极子与折叠S形枝节相互耦合组成双带线结构，所述双带线结构用于覆盖700MHz的频段。

3.根据权利要求2所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述四个短枝节中的每个短枝节的长度和宽度均相同，并沿着折叠S形枝节中部下边缘横向平行排列，所述短枝节用于拓展700MHz频段的带宽。

4.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述弯折半包含单极子包括两个相互半包含的C形弯折枝节和U形弯折枝节组，U形弯折枝节组包括两个横向并列排列的U形弯折枝节，其中一个C形弯折枝节的下端边缘、U形弯折枝节组的左侧和第一连接部的最上端边缘三者紧密连接；所述反C形枝节的下端左边缘与第三连接部的右边缘的靠近上端的位置紧密连接，所述第三连接部呈倒L形，所述反C形枝节环绕弯折半包含单极子形成双带线结构，所述双带线结构用于覆盖2GHz频段。

5.根据权利要求4所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，两个相互半包含的C形弯折枝节相互耦合，其中一个C形弯折枝节开口朝左，另一个被包含的C形弯折枝节开口朝下，开口朝下的C形弯折枝节的下端向右延伸，通过U形弯折枝节组与开口朝左的C形弯折枝节紧密连接；相互耦合的半包含C形弯折枝节与U形弯折枝节共同用于拓展2GHz频段的带宽。

6.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述F形单极子的下边缘与第一连接部的最右侧上边缘左端紧密连接，F形单极子用于覆盖3.5GHz频段。

7.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述X形单极子下端右边缘与第一连接部的左边缘紧密连接，所述X形单极子用于覆盖5GHz频段。

8.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述50欧姆微带馈线的上端和第一连接部的下端紧密连接，所述50欧姆微带馈线的下端与同轴线内芯焊接，所述50欧姆微带馈线长度约为金属地长度的1/2。

9.根据权利要求1所述的多频宽带平面手机天线，其特征在于，所述金属地的下边缘与介质板下表面的下边缘重合，所述第二连接部下边缘和第三连接部下边缘均与金属地的上边缘紧密连接，所述金属地位于50欧姆微带馈线下端正下方的部分与同轴线外芯焊接。