CN111987422B - 一种超低剖面多频宽带天线及通信设备 - Google Patents

一种超低剖面多频宽带天线及通信设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，包括介质基板、主辐射贴片、若干复合左右手结构、馈电单元、信号输入片及接地层；主辐射贴片、若干复合左右手结构均设置于第一导体层上，若干复合左右手结构分别设置于主辐射贴片的侧边，且与主辐射贴片信号连接，主辐射贴片用于辐射主天线信号、并激励起若干复合左右手结构分别产生谐振；通过在主辐射贴片的四周加载复合左右手结构，并通过单端口馈电，最多可在六个不同频率产生辐射，将其中多个频率靠近设计，即可展宽带宽，实现双频宽带或多频性能；馈电单元的信号输入端通过探针或金属过孔与信号输入片相连，不占用额外的剖面高度，使结构更为紧凑。

Description

一种超低剖面多频宽带天线及通信设备
技术领域
本发明属于天线的设计领域，尤其涉及一种超低剖面多频宽带天线及通信设备。
背景技术
随着通信技术的发展及5G的商用，物联网、无人驾驶、智能家居等越来越多的走进日常生活，人们对无线通信也提出了越来越高的要求。而天线作为无线通信的关键部分，其性能和结构对系统好坏有直接的影响。
目前手机、笔记本电脑等移动通信设备功能越来越丰富，而内部的空间也越来越紧张。在移动通信设备的边缘已被传统通信天线充分利用的情形下，很多天线就需要在移动通信设备的背部寻找空间。所以在非净空区域，实现低剖面、小型化的双频宽带天线也是目前需要克服的难题之一。
目前实现双频或多频采用较多的方法是多元法和缝隙加载法。多元法有共面多元法和多层多元法，前者的缺点是面积较大，难以实现小型化，后者会增加厚度，难以实现低剖面。而缝隙加载法，可实现得谐振数量较少，且各个频率之间相互影响较大，给设计带来难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低剖面多频宽带天线及通信设备，实现双频宽带或多频性能。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种超低剖面多频宽带天线，包括：介质基板、主辐射贴片、若干复合左右手结构、馈电单元、信号输入片及接地层；
所述介质基板至少依次包括第一导体层、第二导体层及第三导体层；
所述主辐射贴片、若干所述复合左右手结构均设置于所述第一导体层上，若干所述复合左右手结构分别设置于所述主辐射贴片的侧边，且与所述主辐射贴片信号连接，所述主辐射贴片用于辐射主天线信号、以及激励起若干复合左右手结构分别产生谐振；
所述馈电单元设置于所述第一导体层或所述第二导体层上，所述馈电单元的信号输出端与所述主辐射贴片信号连接；
所述信号输入片设置于所述第一导体层或所述第三导体层上，所述馈电单元的信号输入端与所述信号输入片信号连接；
所述接地层设置于所述第三导体层。
优选地，所述复合左右手结构包括若干交指单元及金属条带，所述金属条带与所述主辐射贴片的侧边平行相对设置，若干所述交指单元分别平行间隔设置于所述主辐射贴片的侧边、以及所述金属条带靠近所述主辐射贴片的侧边，并且若干所述交指单元与其对应的侧边信号连接，其中，位于不同侧边的所述交指单元之间相互错位设置，以形成相互交错的交指电容结构。
优选地，所述交指单元的形状为矩形。
优选地，所述馈电单元设置于所述第二导体层上；
所述馈电单元包括耦合馈电片及传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片信号连接，所述传输线的信号输出端与所述耦合馈电片信号连接，所述耦合馈电片与所述主辐射贴片耦合馈电；或者
所述馈电单元包括馈电探针及传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片相连，所述传输线的信号输出端经所述馈电探针与所述主辐射贴片信号连接。
优选地，所述馈电单元设置于所述第一导体层上；
所述馈电单元包括传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片信号连接，所述传输线的信号输出端与所述主辐射贴片信号连接。
优选地，所述传输线的线宽为渐变线宽。
优选地，所述传输线为微带线或带状线或共面波导传输线中的任意一种或几种的组合。
优选地，所述介质基板的材料为液晶高分子聚合物或陶瓷或损耗角正切小于0.015的高分子材料或损耗角正切小于0.015的陶瓷和高分子混合物。
优选地，所述高分子材料为聚酰亚胺或特氟龙。
优选地，所述主辐射贴片和所述馈电单元的材料为铜或银或铜镍金镀层或铜镍镀层或钨合金。
优选地，所述馈电单元的信号输入端通过探针或者金属过孔与所述信号输入片信号连接。
优选地，所述金属过孔采用金属化沉积工艺或电镀工艺或导电膏涂覆工艺制作而成。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种通信设备，包括上述的超低剖面多频宽带天线。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，包括介质基板、主辐射贴片、若干复合左右手结构、馈电单元、信号输入片及接地层；主辐射贴片、若干复合左右手结构均设置于第一导体层上，若干复合左右手结构分别设置于主辐射贴片的侧边，且与主辐射贴片信号连接，主辐射贴片用于辐射主天线信号、以及激励若干复合左右手结构分别产生谐振；通过在主辐射贴片的四周加载复合左右手结构，并通过单端口馈电，最多可在六个不同频率产生辐射，将其中多个频率靠近设计，即可展宽带宽，实现双频宽带或多频性能；馈电单元的信号输入端通过探针或金属过孔与信号输入片相连，不占用额外的剖面高度，使结构更为紧凑。
2)本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，馈电单元设置于第二导体层上；馈电单元包括耦合馈电片及传输线，传输线的信号输入端与信号输入片相连，传输线的信号输出端与耦合馈电片相连，耦合馈电片对主辐射贴片进行耦合辐射激励；或者馈电单元包括馈电探针及传输线，传输线的信号输入端与信号输入片相连，传输线的信号输出端与馈电探针的底部相连，馈电探针的顶部与主辐射贴片电气连接；馈电形式灵活，可采用探针直接馈电或者利用耦合馈电片对主辐射贴片进行耦合辐射激励，避免了馈电单元与主辐射贴片直接的直接电气连接，可以在拓展带宽的同时，降低加工难度，提供工程稳定性。
3)本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，馈电单元的传输线的线宽为渐变线宽，可实现良好的阻抗匹配。
4)本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，馈电单元的传输线的形式为微带线或带状线或共面波导传输线中的任意一种或几种的组合，不占用额外的剖面高度，可以使天线结构更为紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的外观图；
图2为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的3D透视图；
图3为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的侧面透视图；
图4为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的反射损耗仿真结果；
图5为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的3D透视图；
图6为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的反射损耗仿真结果；
图7为本发明实施例提供的一种超低剖面多频宽带天线的辐射效率仿真结果；
图8为本发明实施例提供的一种通讯设备的3D透视图。
附图标记说明：
1：介质基板；2：主辐射贴片；3：复合左右手结构；31：交指单元；32：金属条带；4：馈电单元；41：耦合馈电片；42：传输线；5：信号输入片；51：焊盘；52：金属过孔；100：手机金属边框；200：玻璃后壳；300：电池；400：印刷电路板；500：射频芯片组；600：双频UWB天线；700：扁平射频线缆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种超低剖面多频宽带天线及通信设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例一
参看图1至图3所示，本发明提供了一种超低剖面多频宽带天线，包括介质基板1、主辐射贴片2、若干个复合左右手结构3、馈电单元4、信号输入片5及接地层(图中未示出)，
介质基板1由微波射频板工艺制作而成，总共具有三层电路板，从上至下依次为第一导体层、第二导体层及第三导体层；
在本实施例中，介质基板1的材料为液晶高分子聚合物或陶瓷或损耗角正切小于0.015的高分子材料或损耗角正切小于0.015的陶瓷和高分子混合物。优选地，其中高分子材料可以选为聚酰亚胺或特氟龙。
主辐射贴片2设置于介质基板1的第一导体层上，用于辐射天线信号，在本实施例中，主辐射贴片2为矩形辐射贴片，主辐射贴片2的材料可以是铜、银金属或者采用铜镍金镀层或铜镍镀层，也可以采用钨合金及附着于钨合金表面的铜镍金或铜镍层；
若干个复合左右手结构3也设置于介质基板1的第一导体层上，且若干个复合左右手结构3分别设置于主辐射贴片2的侧边，且与主辐射贴片1信号连接，主辐射贴片1辐射天线信号的同时激励处于不同谐振频率的复合左右手结构3辐射，通过在主辐射贴片2的四条边上加载复合左右手结构3，可在主辐射谐振频率外，额外在不同的谐振频率上产生辐射。每加载一个复合左右手结构3，可增加一个谐振频率，可以根据需求，在主辐射贴片1的四周增加一个到四个复合左右手结构3，通过单端口馈电，最多可在六个不同频率产生辐射，将其中多个频率靠近设计，即可展宽带宽，实现宽带或双频宽带的要求；
在本实施例中，采用了四个复合左右手结构3，分别加载于矩形主辐射贴片2的四条侧边上，复合左右手结构3包括若干个交指单元31及金属条带32，金属条带32与主辐射贴片2的侧边平行相对设置，若干个交指单元31平行间隔设置于主辐射贴片2与金属条带32之间，且任意相邻两个交指单元31分别与主辐射贴片2的侧边及金属条带32连接，以形成相互交错的交指电容结构，加载于主辐射贴片2的四周。在本实施例中，交指单元31的形状为矩形枝节，参看图2所示，复合左右手结构3包括两排交错摆放的矩形枝节，靠近主辐射贴片2的一排矩形枝节与主辐射贴片2的边缘直接连接，靠外的一排矩形枝节由金属条带32连接，与主辐射贴片2没有直接电气连接，可以通过调整矩形交指的数目、长度及相邻交指间的间隙宽带等参数来控制谐振的频率，每个复合左右手结构3产生的谐振频率相对独立，进而使得天线的设计更方便；
馈电单元4设置于介质基板1的第一导体层或所述第二导体层上，馈电单元4的信号输出端与主辐射贴片2相连；当馈电单元4设置于介质基板1的第一导体层上时，即馈电单元4与主辐射贴片2位于介质基板1的同一层上，馈电单元4包括传输线42，传输线42的信号输入端与信号输入片5相连，传输线42的信号输出端与主辐射贴片2直接电气连接，传输线42可以是微带线、带状线或共面波导传输线中的任意一种，也可以是微带线、带状线或共面波导传输线的组合，不占用额外的剖面高度，从而使得天线的结构更为紧凑，同时，传输线42的线宽采用渐变线宽，可实现良好的阻抗匹配；当馈电单元4设置于介质基板1的第二导体层上时，馈电单元4包括耦合馈电片41及传输线42，传输线42的信号输入端与信号输入片5相连，传输线42的信号输出端与耦合馈电片41相连，耦合馈电片41对主辐射贴片2进行耦合辐射激励；或者馈电单元4也可以包括馈电探针及传输线，传输线的信号输入端与信号输入片相连，传输线的信号输出端与馈电探针的底部相连，馈电探针的顶部与主辐射贴片电气连接，采用探针直接馈电，故本实施例提供的一种多频宽带天线，其馈电单元的形式灵活多样；在本实施例中，馈电单元4的材料可以是铜、银金属或者采用铜镍金镀层或铜镍镀层，也可以采用钨合金及附着于钨合金表面的铜镍金或铜镍层
在本实施例中，参看图3所示，馈电单元4设置于介质基板1的第二导体层上时，参看图2所示，馈电单元4包括耦合馈电片41及传输线42，耦合馈电片41的末端位于主辐射贴片2的下方，且耦合馈电片41的形状设计为圆形，传输线42负责连接耦合馈电片41与信号输入片5，将信号输入至耦合馈电片41处，传输线42的线宽采用渐变线宽，可实现良好的阻抗匹配；在本实施例中，传输线42采用微带线的形式，位于介质基板1的第二导体层上，不占用额外的剖面高度，使得天线的结构更为紧凑；
信号输入片5设置于介质基板1的第一导体层或第三导体层上，即设置于介质基板1的上下表面，然后采用探针或者金属过孔的形式将信号输送至位于第一导体层或第二导体层上的馈电单元4，参看图3所示，在本实施例中，信号输入片5包括焊盘51和金属过孔52，其中焊盘51为信号输入端，其位置可根据实际情况任意调整远近距离，金属过孔52将信号输送至馈电单元4的传输线42处，在本实施例种，金属过孔52可以采用金属化沉积工艺或电镀工艺或导电膏涂覆工艺制作而成；
接地层设置于第三导体层。
基于上述介绍的技术方案，本实施例获得一种双频UWB天线，天线的厚度为0.4mm，由此，该天线的电尺寸厚度为0.0085个波长，属于超低剖面天线。参看图4所示，基于本实施例的技术方案的双频宽带天线可以分别覆盖以6.5GHz(UWB通道5)及8GHz(UWB通道9)为中心频点的两个频段，其中，在高频段可产生谐振频率为f1、f2和f3三个谐振，该高频段谐振频率f2由主辐射贴片2决定，谐振频率f1和f3分别由主辐射贴片2短边两侧加载的复合左右手结构3决定；在低频段可产生谐振频率为f4、f5和f6三个谐振，该低频段谐振频率f4由主辐射贴片2决定，谐振频率f5和f6分别由主辐射贴片2长边两侧加载的复合左右手结构3决定，因此，本实施例的技术方案到达了超低剖面、双频、宽带的设计目的。
实施例二
参看图5所示，本实施例提供一种利用微波射频板工艺制作的sub6GHz分集天线，包括介质基板1、主辐射贴片2、一个复合左右手结构3、馈电单元4、信号输入片5及接地层，
介质基板1由微波射频板工艺制作而成，总共具有三层电路板，从上至下依次为第一导体层、第二导体层及第三导体层；
主辐射贴片2设置于介质基板1的第一导体层上，主辐射贴片2为矩形辐射贴片；
复合左右手结构3也设置于介质基板1的第一导体层上，加载在主辐射贴片2的右侧边上；复合左右手结构3采用交指电容的形式，复合左右手结构3包括若干个交指单元31及金属条带32，交指单元31的形状为矩形枝节，参看图5所示，复合左右手结构3包括两排交错摆放的矩形枝节，靠近主辐射贴片2的一排矩形枝节与主辐射贴片2的边缘直接连接，靠外的一排矩形枝节由金属条带32连接，与主辐射贴片2没有直接电气连接；
馈电单元4设置于介质基板1的第二导体层上，馈电单元4包括耦合馈电片41及传输线42，耦合馈电片41的末端位于主辐射贴片2的下方，且耦合馈电片41的形状设计为圆形，传输线42负责连接耦合馈电片41与信号输入片5，将信号输入至耦合馈电片41处，传输线42的线宽采用渐变线宽，可实现良好的阻抗匹配；在本实施例中，传输线42采用微带线的形式，位于介质基板1的第二导体层上，不占用额外的剖面高度，使得天线的结构更为紧凑；
信号输入片5设置于介质基板1的第三导体层上，信号输入片5包括焊盘51和金属过孔52，其中焊盘51为信号输入端，其位置可根据实际情况任意调整远近距离，金属过孔52将信号输送至馈电单元4的传输线42处；
接地层设置于第三导体层。
基于上述介绍的技术方案，本实施例获得一种宽带天线，设计厚度为0.5mm，由此，该天线的电尺寸厚度小于0.006个波长，属于超低剖面天线。参看图6所示，基于本实施例的技术方案的宽带天线可以覆盖3.4-3.8GHz，其中，谐振频率f2和f3的两个谐振，分别由主辐射贴片2的尺寸决定，而谐振频率f1由加载的复合左右手结构3产生，图7所示为该天线的辐射效率，因此，本实施例的技术方案到达了超低剖面、宽带的设计目的。
实施例三
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种通信设备，包括实施例一或实施例二所述的超低剖面多频宽带天线。
参看图8所示，本实施例为实施例一提供的双频UWB天线在手机种的应用，其包括手机金属边框100、玻璃后壳200、电池300、印刷电路板400及射频芯片组500，电池300上排布有三个双频UWB天线600，双频UWB天线600放置于电池300与玻璃后壳200之间，因此可以充分利用手机背部空间，三个双频UWB天线600分别通过扁平射频线缆700与射频芯片组500连接。
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 (12)

1.一种超低剖面多频宽带天线，其特征在于，包括：介质基板、主辐射贴片、若干复合左右手结构、馈电单元、信号输入片及接地层；
所述介质基板至少依次包括第一导体层、第二导体层及第三导体层；
所述主辐射贴片、若干所述复合左右手结构均设置于所述第一导体层上，若干所述复合左右手结构分别设置于所述主辐射贴片的侧边，且与所述主辐射贴片信号连接，所述主辐射贴片用于辐射主天线信号、以及激励起若干复合左右手结构分别产生谐振；
所述馈电单元设置于所述第一导体层或所述第二导体层上，所述馈电单元的信号输出端与所述主辐射贴片信号连接；
所述信号输入片设置于所述第一导体层或所述第三导体层上，所述馈电单元的信号输入端与所述信号输入片信号连接；
所述接地层设置于所述第三导体层；
所述复合左右手结构包括若干交指单元及金属条带，所述金属条带与所述主辐射贴片的侧边平行相对设置，若干所述交指单元分别平行间隔设置于所述主辐射贴片的侧边、以及所述金属条带靠近所述主辐射贴片的侧边，并且若干所述交指单元与其对应的侧边信号连接，其中，位于不同侧边的所述交指单元之间相互错位设置，以形成相互交错的交指电容结构。
2.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述交指单元的形状为矩形。
3.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述馈电单元设置于所述第二导体层上；
所述馈电单元包括耦合馈电片及传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片信号连接，所述传输线的信号输出端与所述耦合馈电片信号连接，所述耦合馈电片与所述主辐射贴片耦合馈电；或者
所述馈电单元包括馈电探针及传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片相连，所述传输线的信号输出端经所述馈电探针与所述主辐射贴片信号连接。
4.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述馈电单元设置于所述第一导体层上；
所述馈电单元包括传输线，所述传输线的信号输入端与所述信号输入片信号连接，所述传输线的信号输出端与所述主辐射贴片信号连接。
5.根据权利要求3或4所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述传输线的线宽为渐变线宽。
6.根据权利要求3或4所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述传输线为微带线或带状线或共面波导传输线中的任意一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述介质基板的材料为液晶高分子聚合物或陶瓷或损耗角正切小于0.015的高分子材料或损耗角正切小于0.015的陶瓷和高分子混合物。
8.根据权利要求7所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，其特征在于，所述高分子材料为聚酰亚胺或特氟龙。
9.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述主辐射贴片和所述馈电单元的材料为铜或银或铜镍金镀层或铜镍镀层或钨合金。
10.根据权利要求1所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述馈电单元的信号输入端通过探针或者金属过孔与所述信号输入片信号连接。
11.根据权利要求10所述的超低剖面多频宽带天线，其特征在于，所述金属过孔采用金属化沉积工艺或电镀工艺或导电膏涂覆工艺制作而成。
12.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至权利要求11任意一项所述的超低剖面多频宽带天线。
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