CN105470631B - 一种小型化宽频带缝隙型手机天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小型化宽频带缝隙型手机天线，该天线印刷在手机电路板上，包括三层结构：介质板、设置于介质板底面的地、设置于介质板顶面的馈电线。所述的地上开有两个矩形缝隙：第一缝隙和第二缝隙，两个缝隙的开口位于两个对边上，其中第一缝隙为主缝隙，第二缝隙的作用是激励更多电流分布在第一缝隙附近。所述的馈电线由矩形微带线以及与矩形微带线相连接的弯折形状的金属带线构成，所述弯折形状的金属带线由第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线构成，所述第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线在地上的投影位于第一缝隙内部并且围绕第一缝隙的边界弯折。本发明可以在低频段激励两个谐振模式，实现宽带匹配，‑6dB带宽为0.82‑1.08GHz(260MHz)。
Description
技术领域
本发明涉及一种手机天线，特别涉及一种小型化宽频带缝隙型手机天线。
背景技术
目前，已经在全球应用的移动通信标准包括第二代(Second Generation，2G)、第三代(Third Generation，3G)以及第四代移动通信(Fourth Generation，4G)标准。手机天线要求多频化工作，能够覆盖2G、3G、4G多个工作频带，并支持手机上网、导航等功能。手机外观的轻薄化要求天线体积小、重量轻，手机电路设计的复杂性也要求天线尺寸紧凑、小型化。因此小型化与多频化是手机天线设计的重要指标。
目前应用的手机天线类型主要包括平面倒F天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)、印刷单极天线、印刷缝隙天线。印刷缝隙天线印刷在手机电路板上，在电路板的地上开槽形成缝隙，通过微带线馈电。相对于PIFA与印刷单极天线，印刷缝隙天线的比吸收率(SAR，Specific Absorption Rate)比较低，天线的性能受外界干扰也较低。但是缝隙型手机天线的低频段的带宽不易拓宽，已经公开的现有技术如下：
2008年，Chih-Hsien Wu和Kin-Lu Wong在MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGYLETTERS上发表题为“Hexa-band internal printed slot antenna for mobile phoneapplication”的论文，提出的天线采用两个缝隙形成“C”形结构，馈电线采用矩形微带线，天线的低频段带宽为778-1070MHz(292MHz)。此天线的缺点是缝隙的结构复杂且尺寸大，缝隙在电路板上占用的面积为45mm×21mm。
2012年，Kin-Lu Wong与Po-Wei Lin在MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGYLETTERS上发表题为“Integration of monopole slot and monopole strip forinternal WWAN handset antenna”的论文，提出的天线采用一个矩形缝隙，馈电线结构包含两个折合形状的金属带线，垂直于电路板焊接高度为6mm的金属条，相当于地面在垂直于电路板方向的延伸，天线的低频段带宽为820-960MHz(140MHz)。此天线的缺点是天线的体积大，其中缝隙的面积为40mm×9mm，并且垂直电路板焊接的6mm高的金属条增加了天线的高度。
上述两种现有技术的天线结构复杂，以增加天线的面积或者高度来获得宽的频带，不利于实现天线的小型化。
发明内容
由于目前的缝隙型手机天线存在小型化与带宽相互制约的问题，尤其低频段的带宽不易拓宽，本发明通过对缝隙结构以及馈电结构的设计来拓宽天线在低频段的带宽，同时保持天线的小型化特性。
本发明的构思：
手机天线谐振时电流分布的总路径长度近似为谐振波长的一半，若要降低天线的谐振频率，需要延长电流的分布路径。本发明在地上设计了两个矩形缝隙：第一缝隙与第二缝隙，其中第一缝隙是主缝隙，电流主要围绕第一缝隙分布。馈电线的形状设计为围绕第一缝隙的边界弯折，这样可以引导电流沿着第一缝隙的金属边界向缝隙的开口方向分布，从而达到延长电流的路径长度、降低谐振频率的目的。第二缝隙的作用是激励更多的电流分布在第一缝隙附近，激励二次谐振，提高天线的带宽。
本发明的技术方案：
一种小型化宽频带缝隙型手机天线包括三层结构：介质板、设置于介质板底面的地、设置于介质板顶面的馈电线。
较佳地，介质板的宽度为60mm，长度为115mm，采用0.8mm的FR4材料。
所述的地上开有第一缝隙与第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙的开口在两个对边上。所述的第一缝隙为主缝隙，较佳地，第一缝隙宽度为5mm，长度为50mm，较佳地，第二缝隙的宽度为1mm，长度为50mm。
所述的馈电线由矩形微带线以及与矩形微带线相连接的弯折形状的金属带线构成，所述弯折形状的金属带线由第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线构成。所述的矩形微带线与50欧姆SMA接头连接。所述第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线在地上的投影处于第一缝隙的内部并且围绕第一缝隙的边界弯折。
较佳地，弯折形状的金属带线的总长度为69mm。
本发明与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：
(1)本发明的馈电线采用弯折形状，用来引导地上的电流围绕第一缝隙的金属边界分布，并向第一缝隙的开口方向延伸，从而延长电流在地上的分布路径，降低谐振频率，实现宽带匹配。
(2)本发明的第二缝隙能够激励更多的电流分布在第一缝隙附近，在低频段激励两个谐振模式，能够降低回波损耗，提高天线带宽。
(3)本发明的第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线在地上的投影落在第一缝隙的内部，因此馈电线的弯折部分在电路板上占用的面积与第一缝隙重合，不占用电路板的额外面积，保持了天线的小型化。
附图说明
图1为本发明一种小型化宽频带缝隙型手机天线的侧视图。
图2为本发明一种小型化宽频带缝隙型手机天线的结构示意图。
图3为本发明一种小型化宽频带缝隙型手机天线的顶面图。
图4为本发明天线与传统的矩形馈电的缝隙天线的反射系数曲线。
具体实施方式
本发明提供一种小型化宽频带缝隙型手机天线，包括介质板、设置于介质板顶面的馈电线、设置于介质板底面的地。地上开有第一缝隙与第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙的开口在两个对边上。其中第一缝隙为主缝隙，第二缝隙的作用是激励更多的电流围绕第一缝隙分布。馈电线由矩形微带线以及与矩形微带线相连接的弯折形状的金属带线构成，所述弯折形状的金属带线由第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线构成，矩形微带线与50欧姆SMA连接头连接，第一金属带线、第二金属带线、第三金属带线在地上的投影处于第一缝隙的内部并且围绕第一缝隙的边界弯折。
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：
实施例一：
参见图1，一种小型化宽频带缝隙型手机天线，包括三层结构：介质板1、设置于介质板底面的地2、设置于介质板顶面的馈电线3。
参见图2，所述的地2上开有第一缝隙21和第二缝隙22，第一缝隙21与第二缝隙22的开口在两个对边上，所述的第一缝隙的三个边界为23、24、25。
参见图3，所述的馈电线包括矩形微带线31以及与矩形微带线31相连接的弯折形状的金属带线，弯折形状的金属带线包括第一金属带线32、第二金属带线33、第三金属带线34。其中第一金属带线32垂直于矩形微带线31向边界13延伸，第二金属带线33垂直于第一金属带线32向边界14延伸，第三金属带线34垂直于第二金属带线33向边界11延伸。
参见图2，所述第一金属带线32、第二金属带线33、第三金属带线34在地面的投影落在第一缝隙21内部，并且围绕第一缝隙21的边界23、24、25弯折。
在本实施例中，所述的介质板的宽度为60mm，长度为115mm，采用0.8mm的FR4材料。
所述的第一缝隙21的宽度为5mm，长度为50mm。
通过调整第二缝隙22的长度以及第一金属带线32、第二金属带线33、第三金属带线34的长度，可以在低频段激励两个谐振模式，获得宽带匹配。
较佳的，所述的第二缝隙22的宽度为1mm，长度为50mm。第一金属带线32、第二金属带线33、第三金属带线34的总长度为69mm。
图4显示了回波损耗的仿真结果，其中的实线为本发明天线，虚线为传统矩形微带线馈电的缝隙天线，从仿真结果可以看出：
(1)本发明天线在850MHz和1050MHz获得两个谐振；
(2)本发明天线的-6dB带宽为820-1080MHz(260MHz)，传统矩形微带线馈电的缝隙天线的-6dB带宽为898-1010MHz(112MHz)，本发明天线的带宽拓宽了148MHz。
Claims (3)
1.一种小型化宽频带缝隙型手机天线，包括三层结构：介质板(1)、设置于介质板底面的地(2)、设置于介质板顶面的馈电线(3)，其特征在于所述的介质板底面的地上开有第一缝隙(21)与第二缝隙(22)，第一缝隙(21)与第二缝隙(22)的开口在两个对边上；所述的馈电线(3)由矩形微带线(31)以及与矩形微带线(31)相连接的弯折形状的金属带线构成，所述弯折形状的金属带线由第一金属带线(32)、第二金属带线(33)、第三金属带线(34)构成，所述第一金属带线(32)、第二金属带线(33)、第三金属带线(34)在地(2)上的投影处于第一缝隙(21)的内部并且围绕第一缝隙(21)的边界弯折；其中，所述第一缝隙(21)的宽度为5mm，长度为50mm，所述第二缝隙(22)的宽度为1mm，长度为50mm。
2.根据权利1所述的一种小型化宽频带缝隙型手机天线，其特征在于所述弯折形状的金属带线的设计使得地上的电流围绕第一缝隙(21)的金属边界分布，并向第一缝隙(21)的开口方向延伸，可以降低谐振频率，实现宽带匹配。
3.根据权利1所述的一种小型化宽频带缝隙型手机天线，其特征在于第二缝隙(22)的设计可以激励更多电流分布在第一缝隙(21)的附近，在低频段激励两个谐振模式，降低回波损耗，提高天线带宽。
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