CN108598668A - 便携式通信终端及其pifa天线 - Google Patents

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高霞
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Abstract

本发明涉及一种便携式通信终端及其PIFA天线。PIFA天线包括基板、第一金属层、第二金属层、辐射片及寄生单元，辐射片上开设有槽。辐射片具有一固有谐振点，而槽可将辐射片上的电流重新分布，从而改变电流长度。因此，辐射片可在更高频点实现阻抗匹配，从而引入一个新的中频谐振点。进一步的，辐射片在进行辐射时，还可将电磁波耦合到寄生单元上从而激励寄生单元。被激励后的寄生单元可产生更高频谐振，从而再引入一个新的高频谐振点。由于槽及寄生单元在辐射片固有谐振点的基础上分别引入中频和高频谐振点，故实现了PIFA天线的多频谐振。因此，有效实现了上述便携式通信终端及其PIFA天线的多频和宽频覆盖。

Description

便携式通信终端及其PIFA天线
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种便携式通信终端及其PIFA天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，针对便携类及家庭类通信产品的需求越来越多。其中，作为信号收发的核心部件，天线扮演着重要的角色。针对应用于上述便携类及家庭类产品的天线，一般需要其具备体积小、覆盖频段广等特点。
PIFA(平面倒F形)天线因其低成本、低剖面、覆盖频段广等优点，被广泛应用于上述产品中。但是，便携类及家庭类通信产品需首要考虑其便携性，故尺寸一般设计得较小。而受限于上述产品的尺寸，其内置的PIFA天线的尺寸也较小。
然而，现有PIFA天线覆盖频段的宽度与其尺寸直接呈正相关。因此，导致应用于上述便携类及家庭类通信产品中的PIFA天线覆盖的频段较窄。
发明内容
基于此，有必要针对现有PIFA天线覆盖频段较窄的问题，提供一种多频覆盖的便携式通信终端及其PIFA天线。
一种PIFA天线，包括：
基板，包括相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面的预设位置设置安装区域；
第一金属层及第二金属层，所述第一金属层覆设于所述第一表面位于所述安装区域之外的区域，且所述第二金属层在所述第一表面上的正投影位于所述安装区域之外的区域；
辐射片，覆设于所述安装区域，所述辐射片包括短路端、开路端及位于所述短路端与开路端之间的馈电端，所述短路端与所述第一金属层电连接，所述开路端与所述第一金属层间隔设置，所述辐射片上开设有槽；及
寄生单元，覆设于所述安装区域并位于所述馈电端与所述短路端之间，所述寄生单元的一端与所述第一金属层电连接。
在其中一个实施例中，所述安装区域位于所述基板的边缘。
在其中一个实施例中，所述基板上设置有多个金属化过孔，且所述第一金属层与所述第二金属层通过所述多个金属化过孔电连接。
在其中一个实施例中，所述第一金属层上设置有共面波导结构，且所述馈电端与所述共面波导结构电连接。
在其中一个实施例中，所述槽包括直线槽及U形槽，所述U形槽包括两个相对且平行的支部，所述直线槽与其中一个所述支部垂直且连通。
在其中一个实施例中，所述U形槽位于所述开路端，所述直线槽延伸至所述辐射片与所述开路端相对一侧的边缘。
在其中一个实施例中，在沿所述寄生单元远离所述第一金属层的一端到靠近所述第一金属层一端的方向上，所述寄生单元的宽度逐步减小。
在其中一个实施例中，所述第一金属层、所述辐射片及所述寄生单元为一体成型结构。
在其中一个实施例中，所述PIFA天线具有0.88GHz、1.78GHz及2.48GHz三个谐振频率。
一种便携式通信终端，包括壳体及如上述优选实施例中任一项所述的PIFA天线，所述PIFA天线收容于并固定于所述壳体内。
上述便携式通信终端及其PIFA天线，辐射片具有一固有谐振点，而槽可将辐射片上的电流重新分布，从而改变电流长度。因此，辐射片可在更高频点实现阻抗匹配，从而引入一个新的中频谐振点。进一步的，辐射片在进行辐射时，还可将电磁波耦合到寄生单元上从而激励寄生单元。被激励后的寄生单元可产生更高频谐振，从而再引入一个新的高频谐振点。由于槽及寄生单元在辐射片固有谐振点的基础上分别引入中频和高频谐振点，故实现了PIFA天线的多频谐振，从而使得上述便携式通信终端及其PIFA天线的实现多频和宽频覆盖。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中便携式通信终端的部分结构示意图；
图2为本发明较佳实施例中PIFA天线的正面结构示意图；
图3为图2所示PIFA天线的局部放大示意图；
图4为本发明较佳实施例中PIFA天线的反面结构示意图；
图5为本发明较佳实施例中的PIFA天线与传统PIFA天线的反射系数仿真示意图；
图6为本发明较佳实施例中的PIFA天线在预设频点处的仿真3D辐射方向图；
图7为本发明较佳实施例中的PIFA天线的增益仿真示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供了一种便携式通信终端10及PIFA天线100。其中，便携式通信终端10包括壳体101及PIFA天线100。PIFA天线100收容于并固定于壳体101内。便携式通信终端10可以是无线路由器、便携式WIFI热点发射器等网络终端，壳体101一般由PC(聚碳酸酯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)等非金属材料制成。
请一并参阅图2至图4，本发明较佳实施例中的PIFA天线100包括基板110、第一金属层120、第二金属层130、辐射片140及寄生单元150。
基板110一般由非金属基材成型，其形状可以是长条形、圆形或矩形，需与壳体101的形状相匹配。具体在本实施例中，基材为FR-4介质(FR-4为耐燃材料等级的代号)，介电常数是4.4，其厚度为2毫米。基板110包括相对设置的第一表面(图未标)及第二表面(图未标)。如图2所示，第一表面即为上表面，第二表面即为下表面。
此外，第一表面的预设位置设置安装区域111。安装区域111可以为一个或多个，可用于固定辐射片140及寄生单元150等。
第一金属层120及第二金属层130分别覆设于第一表面及第二表面。具体的，第一金属层120覆设于第一表面位于安装区域111之外的区域。因此，第一金属层120不会覆盖安装区域111。而且，第二金属层130在第一表面上的正投影位于安装区域111之外的区域。也就是说，第二金属层130覆设于第二表面与第一金属层120对应的区域。因此，第二表面与安装区域111对应的区域也不会被第二金属层130覆盖。具体在本实施例中，第二金属层130在第一表面上的正投影与第一金属层120重叠。
第一金属层120及第二金属层130可通过印刷、镀层后蚀刻等方式形成于基板110的表面。基板110与第一金属层120及第二金属层130配合，形成了双层电路板结构。其中，双层电路板结构不仅有利于PIFA天线100的阻抗匹配，还有利于馈电结构的设计。同时，第一金属层120及第二金属层130的表面可添加射频或数字电路，从而有利于实现PIFA天线100的小型化设计。
在本实施例中，基板110上设置有多个金属化过孔113，且第一金属层120与第二金属层130通过多个金属化过孔113电连接。
具体的，金属化过孔113是指通孔内部固化有金属，从而使得通孔实现导电。金属化过孔113用于使第一金属层120与第二金属层130实现连通及接地。其中，可先在基板110上钻孔，再向孔内注入液态金属(如铜)并凝固，以形成金属化过孔113。
辐射片140用于接收及辐射电磁波信号，一般由铜或银等良导体成型。辐射片140呈平板状，且覆设于安装区域111。辐射片140包括短路端141、开路端143及馈电端145，馈电端145位于短路端141与开路端143之间。其中，短路端141、开路端143及馈电端145沿大致相同的方向延伸且相互间隔设置，故辐射片140大致呈倒置的F形。
进一步的，短路端141与第一金属层120电连接，开路端143与第一金属层120间隔设置。因此，辐射片140与基板110与由基材110、第一金属层120及第二金属层130形成的双层电路板结构配合，可形成类似于传统PIFA天线的结构。
传统的PIFA天线都具有相应的谐振点(产生谐振的频点)。因此，PIFA天线100也具有一固有谐振点，且该固有谐振点是由PIFA天线100(具体为辐射片140)的尺寸确定的。具体的，辐射片140的高度加长度的和约为1/4λ，λ为固有谐振点对应的波长。
由于便携式通信终端10要求便携性、体积小，故受限于便携式通信终端10的尺寸需求，辐射片140的尺寸一般设计得较小。因此，该固有谐振点为低频谐振点。也就是说，在不做其他改进的情况下，PIFA天线100的阻抗带宽较窄。
具体在本实施例中，该固有谐振点对应的频率为0.88GHz。其中，辐射片140的尺寸为52mmx17mmx2.0mm。
此外，辐射片140上开设有槽147。具体的，可在传统的辐射片140的表面通过激光蚀刻等方式形成槽147。槽147可将在辐射片140上流动的电流进行重新分布，从而增加了电流长度。电流长度增加后，辐射片140可在更高频点实现阻抗匹配，从而引入一个新的中频谐振点。该中频谐振点的频率高于该固有谐振点的频率。
也就是说，通过开设槽147，可使得PIFA天线100的阻抗带宽在原基础上进一步扩宽。其中，中频谐振点的具体频率值可通过调整槽147的长度、宽度及位置进行调节。
在本实施例中，槽147包括直线槽1471及U形槽1473。U形槽1473包括两个相对且平行的支部(图未标)，直线槽1471与其中一个支部垂直且连通。其中，两个支部的长度可相同也可不同，从而使得槽呈倒Γ形。
进一步的，在本实施例中，U形槽1473位于开路端143，直线槽1471延伸至辐射片140与开路端143相对一侧的边缘。
此时，可使电流路径重新分布，从而增大中频谐振点与低频谐振点之间的频带差距，进而引入中频谐振点。具体在本实施例中，中频谐振点对应的频率为1.78GHz。
寄生单元150一般为呈条形的板状结构，其材质可与第一金属层120及辐射片140相同。寄生单元150覆设于安装区域111并位于馈电端145与短路端141之间。而且，寄生单元150的一端与第一金属层120电连接。
辐射片140在进行电磁波辐射时，可将电磁波耦合到旁边的寄生单元150上，从而激励寄生单元150。被激励后的寄生单元150可产生更高频谐振，即再引入一个新的高频谐振点，从而可在更高频点实现阻抗匹配。其中，该高频谐振点的频率高于该中频谐振点的频率。
也就是说，通过设置寄生单元150，可使得PIFA天线100的阻抗带宽在原基础上再一步扩宽。其中，高频谐振点的具体频率值可通过调整寄生单元150与馈电端145的耦合及寄生单元150的尺寸进行调节。具体在本实施例中，高频谐振点对应的频率为2.48GHz。
在本实施例中，在沿寄生单元150远离第一金属层120的一端到靠近第一金属层120一端的方向上，寄生单元150的宽度逐步减小。
具体的，寄生单元150的宽度可以是连续的逐步变小，也可是呈阶梯状的减小。寄生单元150为渐变寄生单元，故可用于改善PIFA天线100的匹配。
从图5可知，当没有渐变的寄生单元150时，2.48GHz的谐振消失。当在不对PIFA天线做其他改进的情况下，即没有渐变的寄生单元150及倒Γ形的槽147时，PIFA天线100只在在0.88GHz处具有谐振点，即固有谐振点，其覆盖频段0.80～0.96GHz。而存在渐变的寄生单元150和倒Γ形槽147时，PIFA天线100具有三个谐振频点：分别是0.88GHz、1.78GHz及2.48GHz。此时，PIFA天线100的天线反射系数小于-6dB的阻抗带宽为0.80～0.95GHz和1.67～2.8GHz两个频段，可见其覆盖的频段较宽。
需要指出的是，以上三个谐振点仅是一种较佳的实施方式。在其他实施例中，可通过调整辐射片140的尺寸、槽147的形状及宽度、寄生单元150的耦合度及形状对PIFA天线100的谐振点进行调节，只要使PIFA天线100具有低频、中频、高频谐振点即可。
由于辐射片140、槽147及寄生单元150的作用，使得PIPA天线100具有低频、中频、高频三个谐振点，故其阻抗带宽可得到显著的扩展。因此，上述便携式通信终端及其PIFA天线100的覆盖频段也可有效地扩宽。
此外，由于槽147及寄生单元150的存在，辐射片140可以利用较小的尺寸实现多频或更宽频段的覆盖。而且，基板110、第一金属层120、第二金属层130、辐射片140及寄生单元150层叠设置，故使得PIFA天线100整体上近似于呈二维结构。因此，PIFA天线100还具有低剖面性，从而有利于实现便携式通信终端的小型化。
另外，在双层电路板结构(基材110、第一金属层120及第二金属层130)、槽147及寄生单元150的作用下，PIFA天线100在高频段的能量更集中，从而更符合便携式通信终端的需求。
如图6所示，PIFA天线100在低频段的增益是0.38～2.3dBi，在高频段的增益是1.62～3.21dBi。可见，PIFA天线100的高频段的增益比低频段的增益高，即PIFA天线100在高频段的能量相对集中。
根据电磁波的传输特性，频率越高则波长越短，波长越短则传播距离越小其中，便携式通信终端一般应用于室内或小范围内，空间较小但环境复杂。因此，便携式通信终端对传输距离要求低，但对穿透性的要求高。上述PIFA天线100在高频段的增益高，故较好地符合便携式通信终端应用场景的需求。
在本实施例中，安装区域111位于基板110的边缘。因此，辐射片140也位于基板110的边缘安装区域111。在呈矩形的基板110上，安装区域111优选位于基板110的顶角。
一方面，辐射片140设置于基板110的边缘进一步利于实现PIFA天线100的低方向性。
如图7所示，在0.88GHz、1.88GHz、2.14GHz,、2.66GHz四个频点处，PIFA天线100具有良好的低方向性。而且，对应的增益分别是2.29dBi、2.29dBi、2.07dBi、2.43dBi，可见PIFA天线100适用于便携类产品。
另一方面，由于安装区域111及第二表面与安装区域111对应的区域均是不能覆盖金属层的，否则将会造成电路特性及辐射特性的变化。因此，第一金属层120与第二金属层130与安装区域111对应的区域均需被镂空。而将安装区域111设置于基材110的边缘，则避免了在第一金属层120及第二金属层130的中部被镂空，从而有利于在第一金属层120及第二金属层130上进行射频电路的电路布局。
在本实施例中，第一金属层120上设置有共面波导结构121，且馈电端145与共面波导结构121电连接。
具体的，共面波导结构121用于向辐射片140馈送电流。而共面波导具有工艺简单、宽频带的特性，故有利于扩大PIFA天线100的频带宽度。而且，共面波导结构121的馈电方式可使同轴馈线的同一平面内焊接，便于加工。
需要指出的是，在其他实施例中，还可采用其他馈电方式对辐射片140进行馈电。
在本实施例中，第一金属层120、辐射片140及寄生单元150为一体成型结构。
具体的，可先在第一表面形成金属覆层，再通过激光蚀刻、化学蚀刻等方式分别得到第一金属层120、辐射片140及寄生单元150。这样，第一金属层120、辐射片140及寄生单元150为一体结构，相互之间不存在焊点。因此，各部分之间的一致性较好，从而有利于改善PIFA天线100的性能。
上述便携式通信终端及其PIFA天线100，辐射片140具有一固有谐振点，而槽147可将辐射片140上的电流重新分布，从而改变电流长度。因此，辐射片140可在更高频点实现阻抗匹配，从而引入一个新的中频谐振点。进一步的，辐射片140在进行辐射时，还可将电磁波耦合到寄生单元150上从而激励寄生单元150。被激励后的寄生单元150可产生更高频谐振，从而再引入一个新的高频谐振点。由于槽147及寄生单元150在辐射片140固有谐振点的基础上分别引入中频和高频谐振点，故实现了PIFA天线的多频谐振。因此，有效实现了上述便携式通信终端及其PIFA天线的多频和宽频覆盖。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种PIFA天线，其特征在于，包括：
基板，包括相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面的预设位置设置安装区域；
第一金属层及第二金属层，所述第一金属层覆设于所述第一表面位于所述安装区域之外的区域，所述第二金属层覆设于所述第二表面，且所述第二金属层在所述第一表面上的正投影位于所述安装区域之外的区域；
辐射片，覆设于所述安装区域，所述辐射片包括短路端、开路端及位于所述短路端与开路端之间的馈电端，所述短路端与所述第一金属层电连接，所述开路端与所述第一金属层间隔设置，所述辐射片上开设有槽；及
寄生单元，覆设于所述安装区域并位于所述馈电端与所述短路端之间，所述寄生单元的一端与所述第一金属层电连接。
2.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，所述安装区域位于所述基板的边缘。
3.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，所述基板上设置有多个金属化过孔，且所述第一金属层与所述第二金属层通过所述多个金属化过孔电连接。
4.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，所述第一金属层上设置有共面波导结构，且所述馈电端与所述共面波导结构电连接。
5.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，所述槽包括直线槽及U形槽，所述U形槽包括两个相对且平行的支部，所述直线槽与其中一个所述支部垂直且连通。
6.根据权利要求5所述的PIFA天线，其特征在于，所述U形槽位于所述开路端，所述直线槽延伸至所述辐射片与所述开路端相对一侧的边缘。
7.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，在沿所述寄生单元远离所述第一金属层的一端到靠近所述第一金属层一端的方向上，所述寄生单元的宽度逐步减小。
8.根据权利要求1所述的PIFA天线，其特征在于，所述第一金属层、所述辐射片及所述寄生单元为一体成型结构。
9.根据权利要求1至8任一项所述的PIFA天线，其特征在于，所述PIFA天线具有0.88GHz、1.78GHz及2.48GHz三个谐振频率。
10.一种便携式通信终端，其特征在于，包括壳体及如上述权利要求1至9任一项所述的PIFA天线，所述PIFA天线收容于并固定于所述壳体内。
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