CN104882666A - 一种小尺寸平面型高增益倒f型天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小尺寸平面型高增益倒F型天线，包括：主辐射段，所述的主辐射段设置在主匹配线上，所述的主匹配线为从信号馈入点经信号输入段、天线阻抗匹配段、第一信号传输段、信号转换段达到接地点的导线；所述的主辐射段为从所述的信号传输段延伸出来的第一辐射部；还包括第二信号传输段和次辐射段；所述的第二信号传输段为从所述的主辐射段上与信号传输段相对方向延伸出来的传输段；所述的次辐射段为从所述的第二信号传输段延伸出来的第二辐射部。本发明采用改良型倒F型天线的结构，提高了增益，同时确保了天线的小型化，低轮廓尺寸的特点，节省了成本，维持了产品的整体外观。

Description

一种小尺寸平面型高增益倒F型天线
技术领域
本发明涉及倒F型天线，特别是一种小尺寸平面型高增益倒F型天线。
背景技术
现在随着移动通讯的飞速发展，人们物质生活水平的提高,手持式移动通讯设备已成为日常生活不可或缺的一种工具。各种移动终端设备在社会上的普及率提升速度非常快，而且基于国家“三网合一”的大政策背景下，互联网、广播电视网、数据通信网将合并一网，丰富的网络信息资源，可以让个人通过一个网络得到所期望的信息，也可以让企业提供丰富多样的形式接入网络，在这其中，最方便、最快捷的方式就是无线接入方式，因为无线的接入方式节约了大量的网络铺设费用，可以快速规划、快速安装、快速投入使用，维护也相对简洁。如何设计一种小型化、低剖面和多频段的内置天线成为移动通讯发展的难点和瓶颈，所以为了满足这种产品的特点，相应的内置天线就需要同样的轻、薄、小，而且天线自身的性能却不能明显降低，现在的内置天线的大部分数量使用倒F型天线的设计形式，常规倒F平面具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点。倒F天线是在倒L天线abc的垂直元末端加上一个倒L结构edb构成。它使用附加的edb结构来调整天线和馈电同轴线的匹配。该天线具有低轮廓结构，辐射场具有水平和垂直两种极化，另外由于结构紧凑而且具有等方向辐射特性，同时其良好的接地设计可以有效提高天线的工作效率。图1所示是典型的倒F型天线结构图，该天线可以看作是e端短路，a端开路的谐振器，所以，a端电压最大，电流为零，e端电压为零，电流最大。由于倒F天线的结构中包含了接地的金属面，可以降低对射频模块中接地金属面的敏感度，因此非常适合用于片上系统。另外，由于倒F天线只需利用金属导体配合适当的馈线来调整天线短路端到接地面的位置，因而制作成本较低，可以直接与PCB电路板焊接在一起。
但是这种天线有个很致命的缺陷，增益偏低，常规的全向平均增益值无法超过1.5dBi，这就严重影响了移动终端产品在弱信号环境中的使用效果。
发明内容
本发明的目的在提供一种小尺寸平面型高增益倒F型天线。
本发明通过下述技术方案实现：一种小尺寸平面型高增益倒F型天线，包括：主辐射段，所述的主辐射段设置在主匹配线上，所述的主匹配线为从信号馈入点经信号输入段、天线阻抗匹配段、第一信号传输段、信号转换段达到接地点的导线；所述的主辐射段为从所述的信号传输段延伸出来的第一辐射部；还包括第二信号传输段和次辐射段；所述的第二信号传输段为从所述的主辐射段上与信号传输段相对方向延伸出来的传输段；所述的次辐射段为从所述的第二信号传输段延伸出来的第二辐射部。
本发明采用改良型倒F型天线的结构，提高了增益，同时确保了天线的小型化，低轮廓尺寸的特点，节省了成本，维持了产品的整体外观。
本发明的优选方式为：
主匹配线和第二信号传输段的长度均为四分之一波长。
第一信号传输段主体为方形，在第一信号传输段的一侧两端分别与所述的主辐射段和阻抗匹配段相连，所述的第一信号传输段的另一侧与阻抗匹配段相连端的信号转换段相连。所述的天线阻抗匹配段、第一信号传输段和主辐射段连接处形成渐变式豁口。
所述的天线阻抗匹配段、第一信号传输段和主辐射段连接处形成渐变式豁口产生电容耦合，可以在电长度不变的情况下有效缩短天线的物理尺寸，在较小的物理尺寸状态下，天线的固有频率与激励信号频率相等，天线中的电磁振荡振幅达到峰值， 此时规定频率内形成较好谐振，提高辐射效率，从而提高天线增益。
本发明采用弯曲折叠辐射枝节，实现天线小型化，在有限空间增加天线的有效辐射面积，提高天线的辐射效率。阻抗匹配段与主辐射段产生电容耦合，改善天线输入端的阻抗匹配，同时降低Q值，降低天线所呈现感抗与等效辐射电阻之比，提高一个辐射周期内的辐射的能量与存储能量之比。提高天线阻抗带宽和辐射效率，从而提高增益。
本发明的小尺寸平面型高增益倒F型天线，采用弯曲折叠辐射枝节，实现天线小型化，在有限空间增加天线的有效辐射面积，提高天线的辐射效率。阻抗匹配段与主辐射段产生电容耦合，改善天线输入端的阻抗匹配，同时降低Q值，降低天线所呈现感抗与等效辐射电阻之比，提高一个辐射周期内的辐射的能量与存储能量之比。提高天线阻抗带宽和辐射效率。主辐射段与次辐射段辐射信号相位差1/2规定频率波长，确保高频信号传输到次辐射段时相位恢复到初始相位，使两辐射段的辐射信号在空间实现叠加，提高增益。天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体，PCB为反射板，达成实现高增益的目标。极大改善用户在弱信号环境中的信号收发效果，可以避免为了提供增益而使用尺寸过大的天线，降低整个终端设备的便携型和使用方便型。
附图说明
图1是现有技术中的倒F天线结构示意图。
图2是本发明的倒F天线结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1请参见图2，本实施例提供的改良型高增益双频段PIFA天线，具有次辐射段70，第二信号传输段60，主辐射段50，第一信号传输段40，阻抗匹配段30，信号馈入点20，接地点10。
从信号馈入点20开始，经过信号输入段80、阻抗匹配段30、第一信号传输段40、信号转换段90到接地点10称为主匹配线，主匹配线的长度为四分之一波长。
从信号馈入点20进入的传输信号经信号输入段80、阻抗匹配段30、第一信号传输段40，到达主辐射段50，产生的第一次完整辐射。
从信号馈入点20进入的传输信号经过信号输入段80、阻抗匹配段30、信号转换段90达到接地点10，由于信号输入段80、阻抗匹配段30、信号转换段90的总长度为四分之一波长，因此接地点10阻抗无穷大，信号被反射回来，返回路径为：信号转换段90、第一信号传输段40、主辐射段50，经第二信号传输段60到达次辐射段，形成第二次完整辐射。第二次辐射信号路径长度为规定频率1/2波长，使信号在次辐射段辐射时相位恢复到初始相位，确保次辐射段70辐射的信号和主辐射段50辐射的信号相位一致，使得两辐射段的辐射信号在空间实现叠加，达成高增益目标。
本实施例中，天线本体由五金模具冲压成型，天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。
另外，天线本体也可以使用塑胶融注成为一体，天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。
本实施例中，第一信号传输段40主体为方形，在第一信号传输段40的一侧两端分别与主辐射段50和阻抗匹配段30相连，第一信号传输段40的另一侧与阻抗匹配段30相连端的对面与信号转换段90(地线)相连。次辐射段70的宽度大于主辐射段50的宽度。
天线阻抗匹配段30、主辐射段50、次辐射段70、第一信号传输段40、第二信号传输段60相互之间的比例为：10：23：7：7：22。第二传输段40最宽，可以有效展宽天线带宽和加深谐振深度，次辐射段70次宽，可提升天线的有效辐射面积，提升天线效率。主辐射段50和第二信号传输段60等宽，第一信号传输段40和主辐射段50之间做斜角处理，确保阻抗连续传递，避免阻抗失配造成信号传输过程的反射，降低天线的辐射效率。
信号输入段80(馈线)加阻抗匹配段30、信号转换段90作为天线的输入阻抗匹配段，形成输入阻抗匹配通路，长度为规定频率的1/4波长。根据传输线原理，从信号馈入点20向接地点10看过去，接地点的阻抗无穷大，此时信号经接地点回流至辐射段，天线效率达到最大。
   传输信号经信号输入段80、天线阻抗匹配段30、第一信号传输段40，到达主辐射段50，产生的第一次完整辐射；传输信号经过信号输入段80、阻抗匹配段30、信号转换段90达到接地点10，由于接地点阻抗无穷大，信号被反射回来，返回路径为：信号转换段90、第一信号传输段40、第一辐射段50，经第二信号传输段60到达次辐射段70，形成第二次完整辐射。第二次辐射信号路径长度为规定频率1/2波长，使信号在次辐射段辐射时相位恢复到初始相位，确保次辐射段70辐射的信号和主辐射段50辐射的信号相位一致，使得两辐射段的辐射信号在空间实现叠加，达成高增益目标。

Claims (9)

1.一种小尺寸平面型高增益倒F型天线，包括：
主辐射段，其特征在于：
所述的主辐射段（50）设置在主匹配线上，所述的主匹配线为从信号馈入点（20）经信号输入段(80)、天线阻抗匹配段（30）、第一信号传输段（40）、信号转换段（90）达到接地点（10）的导线；所述的主辐射段(50)为从所述的信号传输段(40)延伸出来的第一辐射部；
还包括第二信号传输段（60）和次辐射段（70）；
所述的第二信号传输段（60）为从所述的主辐射段（50）上与信号传输段(40)相对方向延伸出来的传输段；
所述的次辐射段（70）为从所述的第二信号传输段（60）延伸出来的第二辐射部。
2.根据权利要求1所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的主匹配线长度为四分之一波长。
3.根据权利要求1所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的第二信号传输段（60）长度为四分之一波长。
4.根据权利要求1所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的第一信号传输段（40）主体为方形，在第一信号传输段（40）的一侧两端分别与所述的主辐射段(50)和阻抗匹配段（30）相连，所述的第一信号传输段（40）的另一侧与阻抗匹配段（30）相连端的信号转换段(90)相连。
5.根据权利要求4所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的天线阻抗匹配段（30）、第一信号传输段(40) 和主辐射段（50）连接处形成渐变式豁口。
6.根据权利要求1所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的次辐射段(70)的宽度而大于主辐射段(50)的宽度。
7.根据权利要求1所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：天线阻抗匹配段（30）、主辐射段（50）、次辐射段（70）、第一信号传输段（40）、第二信号传输段（60）相互之间的长度比例为：10：23：7：7：22。
8.根据权利要求1至7中任一所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的天线本体由五金模具冲压成型，天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。
9.根据权利要求1至7中任一所述的小尺寸平面型高增益倒F型天线，其特征在于：所述的天线本体使用塑胶融注成为一体，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。
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