CN111129757B - 一种半模微带天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半模微带天线及电子设备，该天线包括：从上到下依次设置的辐射贴片、介质层、地板，辐射贴片向地板的垂直投影位于地板内；辐射贴片与地板之间还设有馈电点，馈电点直接激励或耦合激励辐射贴片；其中，辐射贴片一侧的侧边位于天线腔膜TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式的磁壁上，馈电点位于侧边上除侧边中点、四等分点外的任意一位置，用以同时激励天线TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式工作。本发明具有尺寸小、频率可调谐、工作带宽宽的技术特点。

Description

一种半模微带天线及电子设备

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种半模微带天线及电子设备。

背景技术

传统微带天线具有低剖面、易于加工、易于共形的特点受到了人们的广泛青睐，通常在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。但随着移动终端中天线数目的增多，则要求天线的尺寸越来越小。

传统微带天线缩小尺寸的思路是增加基板的介电常数，但这也伴随着天线Q值的增高，进而降低了天线的带宽，如此缩小尺寸会造成微带天线本身性能的降低，以至于影响天线的使用。

因此，目前需要提供一种缩小尺寸且不影响微带天线性能的解决方案。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种半模微带天线及电子设备，具有尺寸小、频率可调谐、工作带宽宽的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种半模微带天线，包括：从上到下依次设置的辐射贴片、介质层、地板，辐射贴片向地板的垂直投影位于地板内；辐射贴片与地板之间还设有馈电点，馈电点直接激励或耦合激励辐射贴片；其中，辐射贴片一侧的侧边位于天线腔膜TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式的磁壁上，馈电点位于侧边上除侧边中点、四等分点外的任意一位置，用以同时激励天线TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式工作。

根据本发明一实施例，辐射贴片与地板之间还设有第一可调器件，第一可调器件的两端分别与地板、辐射贴片电连接，其中，第一可调器件与辐射贴片电连接的位置位于辐射贴片上TM20模式、TM02模式和TM12模式的电场强度均最弱的位置，用以调谐TM10模的谐振频率。

根据本发明一实施例，第一可调器件为可调电容或可调电感。

根据本发明一实施例，辐射贴片与地板之间还设有第二可调器件，第二可调器件的两端分别与地板、辐射贴片电连接，其中，第二可调器件与辐射贴片电连接的位置位于辐射贴片上TM10模式、TM12模式的电场强度均最弱的位置，用以调谐TM20模式、TM02模式的谐振频率。

根据本发明一实施例，辐射贴片上TM10模式、TM12模式的电场强度均最弱的位置为馈电点所在的侧边的中点位置。

根据本发明一实施例，第二可调器件为可调电容或可调电感。

根据本发明一实施例，辐射贴片与地板之间还设有寄生贴片，介质层包括第一介质层与第二介质层，寄生贴片位于所述第一介质层与所述第二介质层之间，其中，寄生贴片上与馈电点对应的位置开设有反焊盘。一种电子设备，包括如上述任意一项实施例所述的半模微带天线。

本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明在传统微带天线的基础上，利用了天线腔模TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式磁场的对称性，沿着垂直磁场的分界面(磁壁)，将辐射贴片一份为二，只保留其中一部分，不影响模式的特性，如此，构成半模微带天线，大大降低天线的尺寸，并且馈电点位于垂直磁场的分界面上且不位于其中点、四等分点上，可同时激发天线腔模TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式；

2)本发明利用天线工作模式的分布特征，在辐射贴片上选择位于TM20模式、TM02模式、TM12模式电场强度最小的位置设置第一可调器件，能够在调谐TM10模式的谐振频率的同时不影响其余模式谐振频率，解决了半模微带天线TM10模式带宽窄的问题，提高了TM10模式的带宽；

3)本发明利用天线工作模式的分布特征，在辐射贴片上选择TM10模式、TM12模电场强度最弱的位置设置第二可调器件，能够在调谐TM20模式、TM02模式谐振频率的基础上不影响TM10模式和TM12模式的谐振频率，实现TM20模式、TM02模式的谐振频率可调谐；

4)本发明在辐射贴片和地板之间增加一层大小与辐射贴片相近的寄生贴片，能够产生和辐射贴片相同的辐射模式，并且具有相近的谐振频率从而能够增加微带天线的工作带宽。

附图说明

为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，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。附图中：

图1为本发明实施例一的半模微带天线的3D透视图；

图2为本发明实施例一的半模微带天线的反射系数的仿真结果；

图3为本发明实施例一的半模微带天线的辐射效率的仿真结果；

图4a为本发明实施例二的半模微带天线的3D透视图；

图4b为本发明实施例二的半模微带天线的侧视图；

图5a为本发明实施例三的半模微带天线的3D透视图；

图5b为本发明实施例三的半模微带天线的侧视图。

附图标记说明：

1-辐射贴片；2-介质层；201-第一介质层；202-第二介质层；3-地板；4-馈电点；5-第一可调器件；6-第二可调器件；7-寄生贴片；8-反焊盘。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种半模微带天线及电子设备作进一步详细说明。

实施例1

参看图1，本实施例提供了一种半模微带天线，包括：从上到下依次设置的辐射贴片1、介质层2、地板3，辐射贴片1向地板3的垂直投影位于地板3内；辐射贴片1与地板3之间还设有馈电点4，馈电点4直接激励或耦合激励辐射贴片1；其中，辐射贴片1一侧的侧边位于天线腔膜TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式磁壁上，馈电点4位于侧边上除侧边中点、四等分点外的任意一位置，用以同时激励天线TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式工作。

现对本实施例进行详细说明，但不仅限于此：

参看图1，本实施例的天线介质层2采用松下R5575基材，介质厚度为1.524mm，介电常数为3.65，上述尺寸和选材仅为本实施例的一种实施方式，本实施例对上述尺寸和选材不做限定。辐射贴片1和地板3分别贴附于介质层2的上下表面，馈电点4设于所述介质层2中，可以通过探针与辐射贴片1直接电连接以直接激励，或者通过缝隙或耦合片与辐射贴片1间隔设置以耦合激励。

参看图1，本实施例的辐射贴片1的形状为矩形，其尺寸为15.25mm*30.5mm，同样地，也可以其他形状如半椭圆形、半圆形以及其他不规则形状，如上述矩形的辐射贴片1，在传统的微带贴片中，其原有尺寸为30.5mm*30.5mm，本实施例在该传统微带天线的基础上，利用天线腔模TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式磁场的对称性，沿着垂直磁场的分界面(磁壁)，将辐射贴片1一份为二，只保留其中一部分，由此得到本实施例的辐射贴片1，如此，不影响天线模式的特性。

为了同时激发TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式，天线馈电点4位于垂直磁场的分界面上，即矩形的长边上，但不位于该长边中点、四等分点上，如此以同时激励本实施例天线的四种工作模式。本实施例的馈电点4通过集总端口馈电，本实施例的集总端口的阻抗为50欧姆，集总端口的馈电端与辐射贴片1连接，集总端口的接地端与地板3连接，集总端口可以替换为同轴线、微带线、带状线或共面波导线直接激励辐射贴片1，也可以通过缝隙或耦合片耦合激励辐射贴片1。

基于本实施例的技术方案，以本实施例的具体天线规格的半模微带天线为对象，现进行相关性能验证：参看图2和图3，为本实施例的反射系数和辐射效率的仿真结果图，其在缩小天线尺寸的情况下，能够覆盖N41的部分频段和N79的全部频段，能够满足移动终端MIMO天线的设计要求。

实施例2

参看图4a和图4b，本实施例提供了一种基于实施例1的半模微带天线，其中，本实施例还包括第一可调器件5和第二可调器件6，具体说明如下，但不仅限于此：

参看图4a和图4b，本实施例的第一可调器件5设于辐射贴片1与地板3之间，第一可调器件5可以为可调电容或可调电感，第一可调器件5的两端分别与地板3、辐射贴片1电连接，其中，利用天线工作模式的分布特征，在辐射贴片1上选择位于TM20模式、TM02模式、TM12模式电场强度均最弱的位置设置第一可调器件5，能够在不影响TM20模式、TM02模式、TM12模式的谐振频率下对TM10模式的谐振频率进行调谐，较优地，在TM20模式、TM02模式、TM12模式电场强度均最弱的情况下，优选选择TM10模式的电场强度较强或最强的位置设置第一可调器件5，以提高TM10模式的谐振频率的调谐能力，从而解决半模微带天线TM10模式带宽窄的问题，提高了TM10模式的带宽。

参看图4a和图4b，本实施例的第二可调器件6设于辐射贴片1与地板3之间，第二可调器件6可以为可调电容或可调电感，第二可调器件6的两端分别与地板3、辐射贴片1电连接，其中，利用天线工作模式的分布特征，在辐射贴片1上选择TM10模式、TM12模电场强度最弱的位置设置第二可调器件6，能够在不影响TM10模和TM12模的谐振频率下对TM20模式、TM02模式的谐振频率进行调谐，较优地，在TM10模式、TM12模电场强度最弱的情况下，优选TM20模式、TM02模式电场强度较强或最强的位置设置第二可调器件6，以提高TM20模式、TM02模式的谐振频率的调谐能力，本实施例中，第二可调器件6的位置具体为设有馈电点4的矩形辐射贴片1长边中点处。

本实施例在实施例1的基础上增加第一可调器件5和第二可调器件6，实现了对天线工作模式谐振频率的调谐，使得天线的频率可调谐，进一步提高了微带天线的应用范围和灵活性。

实施例3

本实施例提供了一种基于实施例1或实施例2的半模微带天线，其中，参看图5a和图5b，本实施例还包括寄生贴片7，介质层具体包括第一介质层201和第二介质层202，具体说明如下，但不仅限于此：

参看图5b，从上到下依次包括辐射贴片1、第一介质层201、寄生贴片7、第二介质层202和地板3。本实施例的寄生贴片7和辐射贴片1的形状相同且尺寸相近或相同，由于本实施例的辐射贴片1为矩形，故寄生贴片7也为矩形，本实施例通过辐射贴片1和寄生贴片7之间的耦合，可在寄生贴片7上产生和辐射贴片1同样的辐射模式，并且各模式的谐振频率和辐射贴片1产生的模式的谐振频率相近，从而达到增加天线的工作带宽的作用。同时，为了防止馈电点4和寄生贴片7之间短路，将馈电点4的设置路径经过寄生贴片7的位置开设有反焊盘8。

实施例4

本申请还提供一种基于实施例1-3的电子设备，该电子设备中包括如实施例1-3中的半模微带天线，具有该半模微带天线的电子设备具有结构尺寸小、天线频率可调谐、工作带宽宽的技术特点，具体地，技术优势包括：

1)本实施例在传统微带天线的基础上，利用了天线腔模TM10模、TM20模、TM02模和TM12模磁场的对称性，沿着垂直磁场的分界面(磁壁)，将辐射贴片一份为二，只保留其中一部分，不影响模式的特性，如此，构成半模微带天线，大大降低天线的尺寸，并且馈电点位于垂直磁场的分界面上且不位于其中点、四等分点上，可同时激发天线腔模TM10模、TM20模、TM02模和TM12模；

2)本实施例利用天线工作模式的分布特征，在辐射贴片上选择位于TM20模、TM02模式、TM12模电场强度最小的位置设置第一可调器件，能够在调谐TM10模式的谐振频率的同时不影响其余模式谐振频率，解决了半模微带天线TM10模式带宽窄的问题，提高了TM10模式的带宽；

3)本实施例利用天线工作模式的分布特征，选择TM10模式、TM12模电场强度最弱的位置设置第二可调器件，能够在调谐TM20模、TM02模式谐振频率的基础上不影响TM10模和TM12模的谐振频率，实现TM20模、TM02模的谐振频率可调谐；

4)本实施例在辐射贴片和地板之间增加一层大小与辐射贴片相近的寄生贴片，如此，可在寄生贴片上产生和辐射贴片同样的辐射模式，并且具有相近的谐振频率，进一步增加微带天线的工作带宽。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种半模微带天线，其特征在于，包括：从上到下依次设置的辐射贴片、介质层、地板，所述辐射贴片向所述地板的垂直投影位于所述地板内；

所述辐射贴片与所述地板之间还设有馈电点，所述馈电点直接激励或耦合激励所述辐射贴片；其中，

所述辐射贴片一侧的侧边位于天线腔膜TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式的磁壁上，所述馈电点位于所述侧边上除侧边中点、四等分点外的任意一位置，用以同时激励天线TM10模式、TM20模式、TM02模式和TM12模式工作。

2.根据权利要求1所述的半模微带天线，其特征在于，所述辐射贴片与所述地板之间还设有第一可调器件，所述第一可调器件的两端分别与所述地板、所述辐射贴片电连接，其中，所述第一可调器件与所述辐射贴片电连接的位置位于所述辐射贴片上所述TM20模式、所述TM02模式和所述TM12模式的电场强度均最弱的位置，用以调谐所述TM10模的谐振频率。

3.根据权利要求2所述的半模微带天线，其特征在于，所述第一可调器件为可调电容或可调电感。

4.根据权利要求2所述的半模微带天线，其特征在于，所述辐射贴片与所述地板之间还设有第二可调器件，所述第二可调器件的两端分别与所述地板、所述辐射贴片电连接，其中，所述第二可调器件与所述辐射贴片电连接的位置位于所述辐射贴片上所述TM10模式、所述TM12模式的电场强度均最弱的位置，用以调谐所述TM20模式、所述TM02模式的谐振频率。

5.根据权利要求4所述的半模微带天线，其特征在于，所述辐射贴片上所述TM10模式、所述TM12模式的电场强度均最弱的位置为所述馈电点所在的所述侧边的中点位置。

6.根据权利要求4所述的半模微带天线，其特征在于，所述第二可调器件为可调电容或可调电感。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的半模微带天线，其特征在于，所述辐射贴片与所述地板之间还设有寄生贴片，所述介质层包括第一介质层与第二介质层，所述寄生贴片位于所述第一介质层与所述第二介质层之间，其中，所述寄生贴片上与所述馈电点对应的位置开设有反焊盘。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的半模微带天线。

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