CN108134190B - 基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，包括设在系统电路板正面上方的基板，系统电路板的背面设有系统接地层，系统接地层的左后角留出一个长方形缺口，基板位于缺口的上方，基板和系统电路板平行且两者之间有间距，基板上设有位于同一平面的第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一、第三金属层包围第二金属层，第二金属层和第三金属层相连，第一、第三金属层分别和系统接地层相连。缺口上覆盖有磁性薄膜层，磁性薄膜层位于系统电路板背面最外层，磁性薄膜层的左、右边缘距缺口的左、右边缘均有间距，磁性薄膜层的前边缘盖在系统接地层上。本发明达到小尺寸、多频段、宽频带、低损耗和高性能的目的，满足智能手机的发展需要。

Description

基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线

技术领域

本发明涉及一种智能手机天线，尤其涉及一种基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线。

背景技术

为适应现代通信设备的需求，天线主要朝几个方面发展，即小尺寸、宽带和多波段工作、智能方向控制。随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也越来越小，故现有天线对于整个设备来说就显得过大，这就需要减小天线的尺寸。然而，在不明显影响天线的增益和效率的同时减小天线的尺寸却是一项艰巨的工作。电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。

一方面，手机天线作为智能手机设计中的重要一环，人们对它的要求也越来越高，需要在尽可能小的空间中设计出效率更高的手机天线。小型化作为天线设计中的重要指标，一直是设计中的一个难题，因为尺寸越小，越难产生低频段谐振模，所以对于GSM(850/900)频段的覆盖，更加具有挑战性。另一方面，由于市场有着不同的通信标准，设计出的手机天线就需要尽可能多地覆盖有效频段，因此宽频带、多频段是手机天线设计中的一个重点，也是一个难点。

总之，小尺寸、多频段、宽频带、低损耗、高性能是智能手机天线设计中的关键因素，也是手机天线未来的走向。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，其能达到小尺寸、多频段、宽频带、低损耗和高性能的目的，满足智能手机发展的需要。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括设在系统电路板正面上方的基板，系统电路板的背面设有一层系统接地层，系统接地层的左后角留出一个长方形缺口，所述的基板位于缺口的上方，基板和系统电路板平行且两者之间有间距，所述的基板上设有位于同一平面的第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一金属层和第三金属层包围第二金属层，第二金属层和第三金属层相连，第一金属层、第三金属层分别和所述的系统接地层相连。系统接地层没有完全覆盖系统电路板的背面，在左后角留出一个净空区形成一个缺口。第一金属层作为馈电带，可以激发高频谐振模；第二金属层寄生连接于第三金属层，并被第三金属层半包围，第二、第三金属层作为耦合短路带，主要用于激发低频谐振模。

作为优选，所述的基板的前侧面紧贴有相间隔的且导电的第一连接脚和第二连接脚，第一连接脚及第二连接脚和基板垂直，第一连接脚、第二连接脚的上端分别和第一金属层、第三金属层相连，第一连接脚、第二连接脚的下端穿过系统电路板和系统接地层相连；基板的后侧面紧贴有和基板垂直的且导电的连接片，连接片的下边缘和系统电路板的后侧面相连，连接片的上边缘和第三金属层相连。第一连接脚及第二连接脚既起到导电连接作用，又起到支撑固定作用。连接片起到支撑固定作用。本技术方案使得基板安装到系统电路板上时，既紧凑又牢固。

作为优选，所述的系统电路板的背面设有一层磁性薄膜层，磁性薄膜层覆盖在所述的缺口上，磁性薄膜层的左右长度小于缺口的左右长度，磁性薄膜层的前后宽度大于缺口的前后宽度，磁性薄膜层的左边缘、右边缘距缺口的左边缘、右边缘均有间距，磁性薄膜层的后边缘和所述的系统电路板的后边缘齐平，磁性薄膜层的前边缘露出于所述的基板外并盖在所述的系统接地层上。磁性薄膜层处于系统电路板背面的最外层。磁性薄膜层具有高磁导率及高介电常数特征，使得本技术方案中的天线覆盖的频段向低频移动，实现对导航频段的覆盖。

作为优选，所述的磁性薄膜层呈正方形，磁性薄膜层为镍锌铁氧体薄膜层。

作为优选，所述的第一金属层包括中间开有矩形孔的第一矩形片，第一矩形片位于所述的基板的左前方，第一矩形片的后侧连有第二矩形片，第一、第二矩形片的左边缘均和基板的左边缘对齐，形成第一金属层的第一台阶，第一矩形片的右侧连有前边缘和第一矩形片的前边缘对齐的第三矩形片，形成第一金属层的第二台阶，第一矩形片的前侧连有第四矩形片，第四矩形片伸出基板并沿基板前侧边缘向下垂直弯折形成第一连接脚，第一连接脚穿过所述的系统电路板和系统接地层相连。第一矩形片的中间开有矩形孔，形成第一金属层的开槽结构，从而达到改善阻抗匹配、增大带宽的目的。第一连接脚穿透系统电路板与印制在系统电路板背面的系统接地层相连，作为端口进行馈电。

作为优选，所述的第二金属层包括位于左侧的L形片体和位于右侧的第一条形片体，L形片体和第一条形片体之间连有第一弯片和第二弯片，第一弯片呈凹字形弯折，形成一个凹槽，第二弯片呈开口朝左的“匸”形弯折，第一弯片的左端和L形片体相连，第一弯片的右端和第二弯片的后边框相连，第二弯片的前边框和第一条形片体的后端相连，第一条形片体的前端和所述的第三金属层相连。第一弯片、第二弯片的设置，用于减小与第三金属层之间的耦合。

作为优选，所述的第二金属层包括位于左侧的L形片体和位于右侧的第一条形片体，L形片体和第一条形片体之间连有第一弯片和第二弯片，第一弯片呈凹字形弯折，形成一个凹槽，第二弯片呈开口朝左的“匸”形弯折，第一弯片的左端和L形片体相连，第一弯片的右端和第二弯片的后边框相连，第二弯片的前边框和第一条形片体的后端相连，第一条形片体的前端和所述的第三金属层相连；L形片体有间隔地位于所述的第一金属层的第一台阶上，第一弯片有间隔地位于所述的第一金属层的第二台阶上。第一弯片、第二弯片的设置，用于减小与第三金属层之间的耦合。第一条形片体位于第一金属层的第三矩形片的右侧，使得第二金属层被第一金属层的第一台阶、第二台阶及第三矩形片构成的半包围结构所包围。

作为优选，所述的第三金属层包括第五矩形片、第二条形片体和第三条形片体，第二条形片体、第三条形片体分别和所述的基板的右边缘、前边缘相靠，第五矩形片覆盖住基板的后边缘，第二条形片体连接第五矩形片和第三条形片体，第五矩形片的前侧连接有与之垂直的第四条形片体；第五矩形片沿基板后侧边缘向下垂直弯折形成连接片，连接片和所述的系统电路板的后侧面相连；第三条形片体的左端连接有第二连接脚，第二连接脚紧贴基板的前侧面并与基板垂直，第二连接脚穿过所述的系统电路板和系统接地层相连。第五矩形片作为寄生单元，其延伸的连接片跨越基板和系统电路板的后侧面相连，使得天线覆盖的频段向低频移动。第二金属层寄生于第三金属层的第三条形片体，第二、第三金属层作为耦合短路带，主要用于激发低频谐振模。第五矩形片、第二条形片体和第三条形片体连接成开口向左的半包围结构，对第二金属层实现半包围。第二连接脚垂直穿透系统电路板，作为短路带相交于系统接地层。

作为优选，所述的第三金属层包括第五矩形片、第二条形片体和第三条形片体，第二条形片体、第三条形片体分别和所述的基板的右边缘、前边缘相靠，第五矩形片覆盖住基板的后边缘，第二条形片体连接第五矩形片和第三条形片体，第五矩形片的前侧连接有与之垂直的第四条形片体；第五矩形片沿基板后侧边缘向下垂直弯折形成连接片，连接片和所述的系统电路板的后侧面相连；第三条形片体的左端连接有第二连接脚，第二连接脚紧贴基板的前侧面并与基板垂直，第二连接脚穿过所述的系统电路板和系统接地层相连；第三条形片体和所述的第二金属层的第一条形片体垂直相连，第四条形片体的前端伸入到所述的第二金属层的第一弯片的凹槽中。第五矩形片作为寄生单元，其延伸的连接片跨越基板和系统电路板的后侧面相连，使得天线覆盖的频段向低频移动。第四条形片体的前端伸入到第二金属层的第一弯片的凹槽中，被第一弯片包围，用于减小第二金属层和第三金属层之间的耦合。第二金属层寄生于第三金属层的第三条形片体，第二、第三金属层作为耦合短路带，主要用于激发低频谐振模。第五矩形片、第二条形片体和第三条形片体连接成开口向左的半包围结构，对第二金属层实现半包围。第二连接脚垂直穿透系统电路板，作为短路带相交于系统接地层。

作为优选，所述的基板的尺寸为11mm×30mm×0.8mm，所述的磁性薄膜层的尺寸为15mm×15mm×2μm。使得天线尺寸小，占用空间小。

本发明的有益效果是：通过加载基板和磁性薄膜层，并结合开槽技术和寄生结构，使得本发明的天线具有更加优越的性能，本天线可以完全覆盖WWAN(GSM850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100)、LTE(LTE2300/2500)及GNSS在内的八个频段，达到小尺寸、多频段、宽频带、低损耗和高性能的目的，满足智能手机日益发展的需要。

附图说明

图1是本发明安装状态的一种立体结构示意图。

图2是本发明的一种立体结构示意图。

图3是本发明的一种俯视结构示意图。

图4是本发明天线的性能S11参数图。

图中1.系统电路板，2.基板，3.系统接地层，4.缺口，5.第一金属层，6.第二金属层，7.第三金属层，8.磁性薄膜层，9.第一连接脚，10.第二连接脚，11.连接片，51.第一矩形片，52.第二矩形片，53.第三矩形片，54.第四矩形片，55.第一台阶，56.第二台阶，57.矩形孔，61.L形片体，62.第一条形片体，63.第一弯片，64.第二弯片，71.第五矩形片，72.第二条形片体，73.第三条形片体，74.第四条形片体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，如图1、图2、图3所示，包括安装在系统电路板1正面上方的基板2，基板尺寸为11mm×30mm×0.8mm，系统电路板尺寸为115mm×60mm×0.8mm，系统电路板1的背面印制有一层系统接地层3，系统接地层的左后角留出一个呈长方形的缺口4，基板2位于缺口4的上方，基板2和系统电路板1平行且两者之间有间距，间距为5.8mm，基板2上印制有一层位于同一平面的第一金属层5、第二金属层6和第三金属层7，三层金属层厚度相同、材料相同。第一金属层和第三金属层包围第二金属层，第二金属层和第三金属层相连。系统电路板1的背面还有一层呈正方形的磁性薄膜层8，磁性薄膜层的尺寸为15mm×15mm×2μm，磁性薄膜层覆盖在缺口4上，磁性薄膜层的边长小于缺口的左右长度，磁性薄膜层的边长大于缺口的前后宽度，磁性薄膜层的左边缘、右边缘距缺口的左边缘、右边缘均有间距，磁性薄膜层的左边缘距系统电路板的左边缘有5mm，磁性薄膜层的后边缘和系统电路板的后边缘齐平，磁性薄膜层的前边缘露出于基板外并且磁性薄膜层的前部盖在系统接地层上。磁性薄膜层位于系统电路板背面的最外层。本实施例中，磁性薄膜层为镍锌铁氧体薄膜层。基板2的前侧面紧贴有相间隔的且导电的第一连接脚9和第二连接脚10，第一连接脚及第二连接脚和基板垂直，第一连接脚、第二连接脚的上端分别和第一金属层5、第三金属层7相连，第一连接脚9、第二连接脚10的下端穿过磁性薄膜层8及系统电路板1并和系统接地层3相连。基板2的后侧面紧贴有和基板垂直的且导电的连接片11，连接片的下边缘和系统电路板1的后侧面相连，连接片的上边缘和第三金属层相连7。第一连接脚、第二连接脚及连接片和印制第一～第三金属层的材料相同。

如图3所示，第一金属层5包括中间开有矩形孔57的第一矩形片51，矩形孔尺寸为1mm×18mm，第一矩形片位于基板2的左前方，第一矩形片的后侧连有第二矩形片52，第二矩形片宽为1mm，第一、第二矩形片的左边缘均和基板的左边缘对齐，形成第一金属层的第一台阶55，第一矩形片的右侧连有前边缘和第一矩形片的前边缘对齐的第三矩形片53，形成第一金属层的第二台阶56，第一矩形片的前侧连有第四矩形片54，第四矩形片伸出基板前侧并沿基板前侧边缘向下垂直弯折形成第一连接脚9，第一连接脚穿过系统电路板和系统接地层相连。

第二金属层6包括位于左侧的L形片体61和位于右侧的第一条形片体62，L形片体和第一条形片体之间连有第一弯片63和第二弯片64，第一弯片呈凹字形弯折，形成一个凹槽，第二弯片呈开口朝左的“匸”形弯折，第一弯片的左端和L形片体相连，第一弯片的右端和第二弯片的后边框相连，第二弯片的前边框和第一条形片体的后端相连，第一条形片体的前端和第三金属层7相连；L形片体61有间隔地位于第一金属层5的第一台阶55上，第一弯片63位于第一金属层5的第二台阶56上。

第三金属层7包括第五矩形片71、第二条形片体72和第三条形片体73，第二条形片体、第三条形片体分别和基板2的右边缘、前边缘相靠，第五矩形片覆盖住基板的后边缘，第五矩形片71沿基板后侧边缘向下垂直弯折形成连接片11，连接片的下边缘和系统电路板1的后侧面相连；第五矩形片的前侧连接有与之垂直的第四条形片体74，第四条形片体的前端伸入到第二金属层6的第一弯片63形成的凹槽中；第二条形片体72连接第五矩形片71和第三条形片体73，第三条形片体的左端和第二连接脚10垂直相连，第二连接脚紧贴基板的前侧面并与基板垂直，第二连接脚的下端穿过系统电路板和系统接地层相连；第三条形片体73和第二金属层6的第一条形片体62垂直相连。

本发明中，第一金属层为开槽结构，作为馈电带，可以激发高频谐振模；第三金属层直接接地，作为短路带，可以激发低频谐振模；第二金属层寄生于第三金属层，作为耦合短路带，主要用于产生低频，并在低频段及高频段内改善了阻抗匹配，扩大了带宽，使得本发明天线可以覆盖重要的GSM频段。通过加载基板扩大了本发明天线在低频所覆盖频段的带宽，使天线在高频覆盖到有效频段，过滤掉无关频段。利用磁性薄膜材料的高磁导率以及高介电常数性能，使本发明的天线覆盖的频段向低频移动，实现对导航频段的覆盖。如图4所示，是本发明天线的S11参数图，显示了在VSWR＜1.5即S11＜-6dB时，天线在谐振频率处的阻抗带宽特性。

本发明天线面积仅为11mm×30mm，占用空间小，通过加载基板以及磁性薄膜层，使得本发明的天线具有更加优越的性能，本天线可以完全覆盖WWAN(GSM850/900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100)、LTE(LTE2300/2500)及GNSS在内的八个频段，达到小尺寸、多频段、宽频带、低损耗和高性能的目的，满足智能手机日益发展的需要。

Claims (3)

1.一种基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，其特征在于包括设在系统电路板正面上方的基板，系统电路板的背面设有一层系统接地层，系统接地层的左后角留出一个长方形的缺口，所述的基板位于缺口的上方，基板和系统电路板平行且两者之间有间距，所述的基板上设有位于同一平面的第一金属层、第二金属层和第三金属层，第一金属层和第三金属层包围第二金属层，第二金属层和第三金属层相连，第一金属层、第三金属层分别和所述的系统接地层相连；所述的系统电路板的背面设有一层磁性薄膜层，磁性薄膜层位于系统电路板的最外层，磁性薄膜层覆盖在所述的缺口上，磁性薄膜层的左右长度小于缺口的左右长度，磁性薄膜层的前后宽度大于缺口的前后宽度，磁性薄膜层的左边缘、右边缘距缺口的左边缘、右边缘均有间距，磁性薄膜层的后边缘和所述的系统电路板的后边缘齐平，磁性薄膜层的前边缘露出于所述的基板外并盖在所述的系统接地层上；所述的磁性薄膜层呈正方形，磁性薄膜层为镍锌铁氧体薄膜层；所述的第一金属层包括中间开有矩形孔的第一矩形片，第一矩形片位于所述的基板的左前方，第一矩形片的后侧连有第二矩形片，第一、第二矩形片的左边缘均和基板的左边缘对齐，形成第一金属层的第一台阶，第一矩形片的右侧连有前边缘和第一矩形片的前边缘对齐的第三矩形片，形成第一金属层的第二台阶，第一矩形片的前侧连有第四矩形片，第四矩形片伸出基板并沿基板前侧边缘向下垂直弯折形成第一连接脚，第一连接脚穿过所述的系统电路板和系统接地层相连；所述的第二金属层包括位于左侧的L形片体和位于右侧的第一条形片体，L形片体和第一条形片体之间连有第一弯片和第二弯片，第一弯片呈凹字形弯折，形成一个凹槽，第二弯片呈开口朝左的“匚”形弯折，第一弯片的左端和L形片体相连，第一弯片的右端和第二弯片的后边框相连，第二弯片的前边框和第一条形片体的后端相连，第一条形片体的前端和所述的第三金属层相连；L形片体有间隔地位于所述的第一金属层的第一台阶上，第一弯片有间隔地位于所述的第一金属层的第二台阶上；所述的第三金属层包括第五矩形片、第二条形片体和第三条形片体，第二条形片体、第三条形片体分别和所述的基板的右边缘、前边缘相靠，第五矩形片覆盖住基板的后边缘，第二条形片体连接第五矩形片和第三条形片体，第五矩形片的前侧连接有与之垂直的第四条形片体；第五矩形片沿基板后侧边缘向下垂直弯折形成连接片，连接片和所述的系统电路板的后侧面相连；第三条形片体的左端连接有第二连接脚，第二连接脚紧贴基板的前侧面并与基板垂直，第二连接脚穿过所述的系统电路板和系统接地层相连；第三条形片体和所述的第二金属层的第一条形片体垂直相连，第四条形片体的前端伸入到所述的第二金属层的第一弯片的凹槽中。

2.根据权利要求1所述的基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，其特征在于所述的基板的前侧面紧贴有相间隔的且导电的第一连接脚和第二连接脚，第一连接脚及第二连接脚和基板垂直，第一连接脚、第二连接脚的上端分别和第一金属层、第三金属层相连，第一连接脚、第二连接脚的下端穿过系统电路板和系统接地层相连；基板的后侧面紧贴有和基板垂直的且导电的连接片，连接片的下边缘和系统电路板的后侧面相连，连接片的上边缘和第三金属层相连。

3.根据权利要求1所述的基于磁性薄膜材料的多频段智能手机天线，其特征在于所述的基板的尺寸为11mm×30mm×0.8mm，所述的磁性薄膜层的尺寸为15mm×15mm×2μm。

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