CN106532239B - 一种适用于lte&wwan移动用户终端的九频段可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，辐射单元,嵌入辐射单元内的PIN二极管组件，固定辐射单元和PIN二极管组件的固定件，固定固定件的手机基板；辐射单元组成有：第一辐射枝条，第二辐射弯折枝条，第三辐射弯折枝条；PIN二极管组件组成有：嵌入第二辐射枝条中的第一PIN二极管，嵌入第三辐射弯折枝条中的第二PIN二极管、第三PIN二极管和第四PIN二极管。本发明提供一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，本发明通过4个PIN二极管分布在天线辐射单元不同枝条上，通过改变4个PIN二极管的偏置状态，使其辐射单元的各个枝条电流重分布，使天线电性能参数发生改变，从而实现覆盖九频段移动通信系统，实现全球漫游。

Description

一种适用于LTE＆WWAN移动用户终端的九频段可重构天线
技术领域
涉及无线电设备领域，特别是一种九频段可重构天线。
背景技术
无线电系统中发射或接收电磁波的设备，称为天线(antenna)。天线的功能是能量转换：将射频导波能量变换成无线电能量向空间辐射；或反之，将入射的空间电磁波能量变换成射频导波能量传输给接收机。即天线是导行电磁波与空间电磁波之间的转换器。
可重构天线(Reconfigurable Antenna)，一般指的是天线结构可重构。或是通过其电流或者口径场的再分布，来求得天线电性能的改变。随着多功能无线终端，多输入多输出(MIMO)和超宽带系统以及抗干扰与安全通信的需求，可重构天线成为了新的研究热点之一。
PIN二极管(PIN Diode),在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就是PIN二极管。PIN二极管常作为可变阻抗元件使用，或是作为微波射频开关用于可重构天线设计之中。
现在市场上急需通过使用PIN二极管,来改变天线电流分布，使天线电性能参数发生改变，从而实现覆盖LTE/WWAN九频段移动通信系统；现有技术还未解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，本发明通过4个PIN二极管分布在天线辐射单元不同枝条上，通过改变4个PIN二极管的偏置状态，使其辐射单元的各个枝条电流重分布，使天线电性能参数发生改变，从而实现覆盖LTE700(698-787MHz),GSM850(824-894MHz),GSM900(880-960MHz),GSM1800(1710-1880MHz),GSM1900(1850-1990MHz),UMTS(1920-2170MHz),LTE2300(2300-2400MHz),LTE2500(2500-2690MHz),WLAN(2400-2480MHz)频段，这九频段移动通信系统，实现全球漫游。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，辐射单元,嵌入辐射单元内的PIN二极管组件，固定辐射单元和PIN二极管组件的固定件，固定固定件的手机基板；辐射单元组成有：第一辐射枝条，第二辐射弯折枝条，第三辐射弯折枝条；PIN二极管组件组成有：嵌入第二辐射枝条中的第一PIN二极管，嵌入第三辐射弯折枝条中的第二PIN二极管、第三PIN二极管和第四PIN二极管。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，固定件为FR4材质的立方体。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，固定件的体积为：40mm×8mm×5mm。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，手机基板为FR4材质的基板。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，手机基板的体积为：136mm×68.8mm×1mm。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，第一辐射枝条位于正面左侧位置，第二辐射弯折枝条位于顶部位置，第三辐射弯折枝条位于正面折叠至背面的位置。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，还包括：附于手机基板的下表面的一层金属地板，附于手机基板的下表面并用于阻抗匹配的梯形净空区域。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，第一PIN二极管、第二PIN二极管、第三PIN二极管和第四PIN二极管为HSMP-3860PIN二极管。
前述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，HSMP-3860PIN二极管在正向导通时等效为一个1.5ohm电阻，在加反向偏置电压时相当于一个0.2pf的电容。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，本发明通过4个PIN二极管分布在天线辐射单元不同枝条上，通过改变4个PIN二极管的偏置状态，使其辐射单元的各个枝条电流重分布，使天线电性能参数发生改变，相比于以往结构较为复杂而覆盖频段较少的天线，本天线结构设计简单同时满足全球覆盖的要求，实现覆盖LTE700/2300/2500，GSM850/900/1800/1900，UMTS以及WLAN的九频段覆盖。该发明覆盖频段内，各覆盖频段具有较好的增益以及辐射效率，满足了如今无线通信系统的性能要求。该天线的尺寸仅为40mm×8mm×5mm，尺寸较小，解决了手机内部预留给天线设计空间不足的问题。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明的辐射单元一种实施例的展开示意图；
图3是本发明手机基板下表面一种实施例的结构示意图；
图4是天线在表1中状态1和2下的S参数；
图5是天线在表1中状态3和4下的S参数；
图6是天线在xoz平面内测试的0.77GHz、1.75GHz以及2.45GHz频点处的方向图；
图7是天线在yoz平面内测试的0.77GHz、1.75GHz以及2.45GHz频点处的方向图；
图8是天线增益及辐射效率图；
图中附图标记的含义：
1第一辐射枝条，2第二辐射弯折枝条，3第三辐射弯折枝条，4第一PIN二极管，5第二PIN二极管，6第三PIN二极管，7第四PIN二极管，8梯形净空区域，9金属地板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，辐射单元,嵌入辐射单元内的PIN二极管组件，固定辐射单元和PIN二极管组件的固定件，固定固定件的手机基板；辐射单元组成有：第一辐射枝条1，第二辐射弯折枝条2，第三辐射弯折枝条3；PIN二极管组件组成有：嵌入第二辐射枝条1中的第一PIN二极管4，嵌入第三辐射弯折枝条中的第二PIN二极管5、第三PIN二极管6和第四PIN二极管7。作为一种优选，第一辐射枝条1位于正面左侧位置，第二辐射弯折枝条2位于顶部位置，第三辐射弯折枝条3位于正面折叠至背面的位置。
作为一种优选，固定件为FR4材质的立方体；固定件的体积为：40mm×8mm×5mm。手机基板为FR4材质的基板；手机基板的体积为：136mm×68.8mm×1mm。辐射单元和4个PIN二极管紧贴在立方体上，手机基板设置为136mm×68.8mm×1mm的体积符合主流尺寸的5英寸手机基板上；选用FR4材质是因为FR4材质的相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
九频段可重构天线，还包括：附于手机基板的下表面的一层金属地板9，附于手机基板的下表面并用于阻抗匹配的梯形净空区域8。作为一种优选，金属地板9为薄层铜皮，梯形净空区域8为不附着薄层铜皮的区域，为了在整个LTE/WWAN有较好的阻抗带宽，所以该梯形净空区域8具有阻抗匹配的作用。
第一PIN二极管4、第二PIN二极管5、第三PIN二极管6和第四PIN二极管7为HSMP-3860PIN二极管。HSMP-3860PIN二极管在正向导通时等效为一个1.5ohm电阻，在加反向偏置电压时相当于一个0.2pf的电容。如下表1所示是PIN二极管工作在不同工作状态下天线所覆盖的工作频段，通过组合4个PIN二极管的偏置状态，改变天线电流的分布，从而得到可适用于全球漫游通信的LTE/WWAN九频段可重构天线。
Figure GDA0004218164040000051
表1
为了更进一步的说明本发明带来的效果，结合图4-8与表1进行说明；
如图4、5为本发明天线PIN二极管工作在1、2状态下和3、4状态下的S参数曲线图，从图中看出本发明能很好的覆盖LTE700/2300/2500，GSM850/900/1800/1900，UMTS以及WLAN频段，满足了全球移动通信系统覆盖的要求。
如图6、7为本发明天线在xoz以及yoz平面内测试的0.77GHz、1.75GHz以及2.45GHz频点处的方向图，测试表明本天线具有良好的方向性性能。
如图8为天线增益及辐射效率图，在低频段处(698-960MHz),天线测试增益从-1.2dBi上升至1.9dBi辐射效率超过37％,在高频段处(1710-2690MHz),天线测试增益从-0.83dBi变化至2.66dBi同时辐射效率超过50％，满足现代通信的要求。
本发明提供一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，本发明通过4个PIN二极管分布在天线辐射单元不同枝条上，通过改变4个PIN二极管的偏置状态，使其辐射单元的各个枝条电流重分布，使天线电性能参数发生改变，相比于以往结构较为复杂而覆盖频段较少的天线，本天线结构设计简单同时满足全球覆盖的要求，实现覆盖LTE700/2300/2500，GSM850/900/1800/1900，UMTS以及WLAN的九频段覆盖。该发明覆盖频段内，各覆盖频段具有较好的增益以及辐射效率，满足了如今无线通信系统的性能要求。该天线的尺寸仅为40mm×8mm×5mm，尺寸较小，解决了手机内部预留给天线设计空间不足的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，辐射单元,嵌入上述辐射单元内的PIN二极管组件，固定上述辐射单元和PIN二极管组件的固定件，固定上述固定件的手机基板；上述辐射单元组成有：第一辐射枝条，第二辐射弯折枝条，第三辐射弯折枝条；上述PIN二极管组件组成有：嵌入第二辐射枝条中的第一PIN二极管，嵌入第三辐射弯折枝条中的第二PIN二极管、第三PIN二极管和第四PIN二极管，上述手机基板为FR4材质的基板，上述第一辐射枝条位于正面左侧位置，第二辐射弯折枝条位于顶部位置，第三辐射弯折枝条位于正面折叠至背面的位置。
2.根据权利要求1所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，上述固定件为FR4材质的立方体。
3.根据权利要求2所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，上述固定件的体积为：40mm×8mm×5mm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，上述手机基板的体积为：136mm×68.8mm×1mm。
5.根据权利要求1所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，还包括：附于手机基板的下表面的一层金属地板，附于手机基板的下表面并用于阻抗匹配的梯形净空区域。
6.根据权利要求1所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，上述第一PIN二极管、第二PIN二极管、第三PIN二极管和第四PIN二极管为HSMP-3860PIN二极管。
7.根据权利要求6所述的一种适用于LTE&WWAN移动用户终端的九频段可重构天线，其特征在于，上述HSMP-3860PIN二极管在正向导通时等效为一个1.5ohm电阻，在加反向偏置电压时相当于一个0.2pf的电容。
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