CN106558753A - 一种适用于gsm900频段与蓝牙频段的pifa天线 - Google Patents

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邓丹萍
林克坚
蔡旭东
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Abstract

本发明公开了一种小型适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线。该小型适用于GSM频段与蓝牙频段的PIFA天线包括辐射单元、短路金属片、同轴馈线以及接地面，辐射单元、短路金属片和接地面为金属铜片。该天线能够满足体积小、方便使用，回拨损耗小，增益高的特点。

Description

一种适用于 GSM900 频段与蓝牙频段的 PIFA 天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线。
背景技术
PIFA 天线是目前内置设备天线应用最广的一类天线。它具有很多的优点，像体积小、增益高、易集成、重量轻、馈电方式灵活、后向辐射低、性能稳定、高频带宽相对较宽等优点，等。PIFA 天线广泛应用的另一个原因是便于得到线极化和圆极化特性，和带宽相对较宽。
普通微带贴片天线谐振长度为 λ/2，若在贴片的中间，也就是电流的最大处进行对地短路，此时，这种短路加载后的矩形微带贴片天线实际的谐振模式是与矩形微带天线一样的，都是谐振在 TM10 基本模式，但是其尺寸却减小了一半，约为 λ/4。这种短路加载后的 λ/4 微带贴片天线实际就是 PIFA 天线，即平面倒 F 天线。
PIFA 天线使用平面金属辐射单元当做辐射体，介质层背面用一个大的地面反射，在辐射体上有用于接地和馈电的两个引脚。PIFA 天线主要包括四个部分：辐射单元、接地平面、短路金属片和同轴馈线。其中，接地平面是天线的反射面，辐射单元与接地面平行，辐射单元和接地平面用短路金属片相连，信号的传输利用同轴馈线。平面倒 F 天线可以看做是线性倒 F 天线衍变而来的。PIFA 天线辐射主要是辐射单元面，因此天线的有效辐射面积对天线性能很重要，天线辐射效果在边缘时效果更为突出，辐射边缘的场越往外倾斜效果越好，所以要用尽量大的地平面反射，可见 PIFA 天线高度也非常重要。
发明内容
本发明实施例提供了一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，对于 GSM 工作频段来说，信号上行频率范围为880MHz~915MHz，下行频率范围为 925MHz~960MHz，我们这里设计的天线一个中心工作频率为 920MHz,回波损耗小于 -10dB 的带宽大于 80MHz，天线增益最高达到3.5dbi，能够使一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线其回拨损耗、增益达到要求；对于蓝牙频段来说，频段范围为 2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz。天线的最高增益达到3.2dbi，能够是该款天线的各项参数满足工程要求。
其中，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线包括辐射单元、短路金属片、同轴馈线以及接地面；其中，短路金属片和同轴馈线上端连接辐射单元，下端与接地平面相连接；同轴馈线位于辐射单元一端的中间位置，短片金属片位于辐射单元左侧边缘部分，辐射单元、短路金属片和接地面为金属片。
其中，辐射单元为多变形结构，其铜结构被槽线分隔而成，辐射单元整体为S型，但在中间部位有L型槽线，辐射单元一端与短路金属片和同轴馈线上端相连接，同轴馈线下端与所述一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线匹配的电路板连接。
其中，短路金属片为矩形结构，位于辐射单元左侧边缘部分，分别与所述辐射单元和接地面连接。
其中，同轴馈线为导线，位于辐射单元一端的中间位置，两端分别与所述辐射单元和接地面连接。
其中，接地面为矩形结构，其一端与短路金属片和同轴馈线下端相连接。
其中，分隔辐射单元的槽线呈矩形结构，槽线包括第一槽线、第二槽线、第三槽线、第四槽线与第五槽线，第一槽线、第二槽线和第四槽线各有一端为悬空的端口，第三槽线为两端悬空槽线。
其中，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的整体为立体结构，天线在GSM频段的最大增益3.5dbi，在蓝牙频段的最大增益为3.2dbi。
其中，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的上行频率范围为880MHz~915MHz，下行频率范围为 925MHz~960MHz，天线的中心工作频率为 920MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于 80MHz。
其中，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的在蓝牙频段范围为 2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz。
通过上述方案，本发明的有益效果是：一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线设置有辐射单元、短路金属片、同轴馈线及接地面，短路金属片和同轴馈线上端连接辐射单元，下端与接地平面相连接，带宽覆盖880MHz-960MHz频段范围，-10dB带宽约为80MHz，相对带宽为约为8.7%，满足GSM天线的工程设计要求；在蓝牙频段频段范围为 2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz，相对带宽为7.5%。该天线的体积较小，便于集成和加工，成本廉价，可应用在GSM与蓝牙频段通信的终端中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的立体图；
图2是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的主视图；
图3是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的俯视图；
图4是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的右视图；
图5是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的辐射单元结构示意图；
图6是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的部分结构示意图；
图7是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的回拨损耗曲线图；
图8是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线在GSM频段的增益E面图；
图9是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线在蓝牙频段的增益E面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1-4所示，图1是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的立体图、图2是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的主视图、图3是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的俯视图、图4是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的右视图，通过其主视图、俯视图及右视图了解本实施例中该GSM900PIFA天线个部分的结构关系。
请参见图1所示，本实施例所揭示的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线包括辐射单元1、短路金属片2，同轴馈线3，接地平面4，其中，短路金属片2和同轴馈线3上端连接辐射单元1，下端与接地平面4相连接；同轴馈线3位于辐射单元1一端的中间位置，短片金属片2位于辐射单元1左侧边缘部分。辐射单1元、短路金属片2和接地面4为金属片。在其他实施例中，本领域的技术人员还可以利用其它金属材质来代替铜，例如金。
理想矩形PIFA天线中心频率选为920MHz时，具体尺寸计算公式为：
式中L1为辐射金属片长度，W1为辐射金属片的宽度，εe为相对介电常数，εr为介质介电常数，Δl为缝隙等效长度，fr为天线中心频率。通过介电常数和中心频率就可初步算出天线的大体尺寸。本实施例中的GSM 频段的PIFA天线在设计过程中为了减小尺寸采用S型结构增加电流流径，减小天线的物理尺寸。
如图1、图5及图6所示，图5是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的辐射单元结构示意图、图6是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的部分结构示意图，其中，辐射单元1整体为S型结构，可以视为在长方形铜结构上被镂空槽线分隔成S型，在S型结构中间部位有L型槽线。其一端与短路金属片2和同轴馈线3上端相连接，通过顶针与所述一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线匹配的电路板连接。
其中，分隔辐射单元的槽线呈矩形结构，槽线包括第一槽线11、第二槽线12、第三槽线13、第四槽线14与第五槽线15，第一槽线11、第二槽线12和第四槽线14各有一端为悬空的端口，第三槽线13为两段悬空槽线。
优选的，S型辐射单元1的整体长方形结构其长度L1为55mm，宽度L2为26mm，其分隔第一槽线11与第二槽线12的长均为16mm，宽为5mm的长方形，其第一槽线11距离S型辐射单元1的顶部距离L3为15mm，其第二槽线12距离S型辐射单元1的底部距离L4为15mm，第三槽线13长为15mm，宽为2mm，第四槽线14长为19mm，宽为1mm，第四槽线14距离S型辐射单元右边缘的距离L5为5mm，第五槽线15长为12mm，宽为1mm。
辐射单元1与接地面4平行，辐射单元1顶端距离接地面4顶端的距离D1为10mm，辐射单元1左侧距离接地面4左侧的距离D2为5mm。
其中，短路金属片2为矩形结构，位于辐射单元1左侧边缘部分，分别与所述辐射单元1和接地面4连接。
优选的，短路金属片2长为10mm，宽为8mm，短路金属片2顶端与辐射单元1顶端对齐。
其中，同轴馈线3为导线，位于辐射单元1一端的中间位置，两端通过焊接方式分别与所述辐射单元1和接地面4连接。
优选的，同轴馈线3为圆柱导线，直径为0.5mm，长度为10mm。，同轴馈线3圆心距离辐射单元1顶端的距离D3为5mm，同轴馈线3圆心左侧距离辐射单元1左侧的距离D4为10mm。
其中，接地面为矩形结构，其一端与短路金属片和同轴馈线下端相连接。
优选的，接地平面4长度为120mm，宽度为60mm。
另外，优选的，S型辐射单元1、短路金属片2和接地平面都4为金属铜，厚度为0.12mm。
本实施例所揭示一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的在GSM频段上行频率范围为880MHz~915MHz，下行频率范围为 925MHz~960MHz，天线的中心工作频率为 920MHz；回波损耗小于 -10dB，带宽大于 80MHz。在蓝牙频段频段范围为 2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz。
如图7所示，图7是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的回拨损耗曲线图，从图中可以看到该款天线在920MHz频点阻抗匹配情况达到最好，回拨损耗值S11约为-25dB，带宽覆盖880MHz-960MHz频段范围，-10dB带宽约为80MHz，相对带宽为约为8.7%，满足GSM天线的工程设计要求。在2400MHz频点阻抗匹配情况达到最好，回拨损耗值S11约为-18dB，2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz。回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz，满足蓝牙天线的工程设计要求。该天线的体积较小，便于集成和加工，成本廉价，可应用在GSM频段与蓝牙频段通信设备的终端中。
如图8所示，图8是本发明一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线在GSM频段的增益E面图，天线在最大辐射方向上增益为3.5dB，而在接地平面方向上增益为0.4dB，即靠近接地平面方向上辐射较弱。
如图9所示，图9 为该款天线天线在蓝牙频段的增益E面图，天线在最大辐射方向上增益为3.2dB，而在接地平面方向上增益为0.4dB，即靠近接地平面方向上辐射较弱，这在一定程度上减少了使用者在使用通信设备时的辐射。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种小型适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线包括辐射单元、短路金属片、同轴馈线以及接地面；其中，短路金属片和同轴馈线上端连接辐射单元，下端与接地平面相连接；同轴馈线位于辐射单元一端的中间位置，短片金属片位于辐射单元左侧边缘部分；辐射单元、短路金属片和接地面为金属片。
2.根据权利要求1所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述，辐射单元为多边形结构，其铜结构被槽线分隔，其一端与短路金属片和同轴馈线上端相连接，通过同轴馈线与所述一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线匹配的电路板连接。
3. 根据权利要求1述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述短路金属片为矩形结构，位于辐射单元左侧边缘部分，分别与所述辐射单元和接地面连接。
4. 根据权利要求1所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述同轴馈线为导线，位于辐射单元一端的中间位置，两端分别与所述辐射单元和接地面连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述接地面为矩形结构，其一端与短路金属片和同轴馈线下端相连接。
6. 根据权利要求2所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述分隔辐射单元的槽线呈矩形结构，槽线包括第一槽线、第二槽线、第三槽线、第四槽线与第五槽线，第一槽线、第二槽线和第四槽线各有一端为悬空的端口，第三槽线为两端悬空槽线。
7.根据权利要求1所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线，其特征在于，所述，一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的在GSM频段范围内上行频率范围为880MHz~915MHz，下行频率范围为 925MHz~960MHz，天线的中心工作频率为 920MHz，回波损耗小于 -10dB ，带宽大于 80MHz。
8. 根据权利要求1所述的一种适用于GSM900频段与蓝牙频段的PIFA天线的在蓝牙频段范围为 2310MHz~2490MHz，天线的中心工作频率为 2400MHz，回波损耗小于 -10dB ，带宽大于180 MHz。
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