CN112838357B - 一种多层双频宽带天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多层双频宽带天线及通信设备，包括：介质基板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、馈电部、信号输入片；馈电部包括馈电探针、渐变传输线，馈电探针两端分别与第一辐射贴片、渐变传输线电连接，渐变传输线另一端与信号输入片电连接；其中，第一辐射贴片和第二辐射贴片均具有两条对称轴，第一辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，第二辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，沿介质基板的表面法线方向第一辐射贴片与第二辐射贴片重叠，并且第一辐射贴片小于第二辐射贴片；馈电探针与第一辐射贴片电连接的馈电位置偏离第一辐射贴片的两条对称轴设置。本发明具有超低剖面、双频宽带、结构简单的技术特点。

Description

一种多层双频宽带天线及通信设备

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种多层双频宽带天线及通信设备。

背景技术

在万物互联快速发展的时代背景下，信息的获取与应用越来越重要，信息的获取需要基于天线进行信息传输。随着通信技术的发展，手机、笔记本电脑等移动通信设备功能越来越丰富，而天线的数量也随着功能的丰富而增多，但是内部的空间也越来越紧张。

现有的天线技术中，实现双频的方法主要有两个馈源同时激励两个不同的辐射单元，即双馈双元，或者两个馈源在同一单元的两个对称轴上激励起两个极化谐振，即双馈单元。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，导致天线的设定空间局限于非净空且空间较小的区域，如通信设备的背部空间，而上述两种双频实现方式存在着以下技术缺陷：天线整体结构复杂、剖面较厚，在有限的空间内不利于安装；天线的设计受到结构限制，如何实现低剖面、宽带的双频天线是目前需要克服的难题之一。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种多层双频宽带天线及通信设备，具有超低剖面、双频宽带、结构简单、成本低的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种多层双频宽带天线，包括：介质基板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、馈电部、信号输入片，介质基板至少依次包括第一导体层、第二导体层、第三导体层，第一辐射贴片设于第一导体层上，第二辐射贴片设于第二导体层上，信号输入片设于第一导体层或第三导体层上，第三导体层上还设有接地板；

馈电部设于第一导体层与第二导体层之间或者第二导体层与第三导体层之间，馈电部包括馈电探针、渐变传输线，馈电探针的一端与第一辐射贴片电连接，馈电探针的另一端与渐变传输线的一端电连接，渐变传输线的另一端与信号输入片电连接；其中，

第一辐射贴片和第二辐射贴片均具有两条对称轴，第一辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，第二辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，沿介质基板的表面法线方向第一辐射贴片与第二辐射贴片重叠，并且第一辐射贴片小于第二辐射贴片；

馈电探针与第一辐射贴片电连接的馈电位置偏离第一辐射贴片的两条对称轴设置。

进一步优选的，沿第二辐射贴片的周侧，第一导体层与第三导体层之间设有金属化过孔或金属化侧壁，接地板与金属化过孔或金属化侧壁电连接，以形成导体腔。

进一步优选的，沿信号输入片的周侧，第一导体层与第三导体层之间还设有金属化过孔或金属化侧壁。

进一步优选的，渐变传输线经探针或过孔与信号输入片电连接。

进一步优选的，渐变传输线的线宽为渐变线宽，以实现阻抗匹配。

进一步优选的，渐变传输线为微带线、带状线、共面波导中的一种或多种组合。

进一步优选的，第一辐射贴片为长方形或椭圆形或不规则双轴对称形状，第二辐射贴片为长方形或椭圆形或不规则双轴对称形状。

进一步优选的，介质基板的材料为液晶高分子聚合物或聚酰亚胺或特氟龙或陶瓷。

进一步优选的，第一辐射贴片、第二辐射贴片、馈电部的材料为铜或银或铜镍金镀层或铜镍镀层或钨合金。

一种通信设备，包括上述任意一项实施例所述的多层双频宽带天线。

本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明通过与馈电部直接电连接的第一辐射贴片产生高频谐振，并通过上层的第一辐射贴片耦合激励下层的第二辐射贴片产生低频谐振，由于第一辐射贴片自身的长宽尺寸不一致，且馈电探针的馈电位置偏离第一辐射贴片的两个对称轴设置，两者技术结合，第一辐射贴片可在不同的极化方向上产生不同频点的高频谐振，而由于第二辐射贴片自身的长宽尺寸不一致，故受到第一辐射贴片的耦合激励，第二辐射贴片可在不同的极化方向上产生不同频点的低频谐振，其中，第一辐射贴片的长宽尺寸分别决定高频段的两个不同谐振频点，第二辐射贴片的长宽尺寸分别决定低频段的两个不同谐振频点，如此基于辐射贴片长宽尺寸不同得到不同的谐振频点可达到展宽各频段带宽的作用，此外，本发明实际利用一个馈电激励起了四个不同频点的谐振，相比于现有技术中实现双频的双馈双元、双馈单元方式，减少了需要实现双频的馈源数量，可以进一步减小天线的尺寸及剖面厚度，同时还达到了扩展带宽的技术效果；

2)本发明通过在第二辐射贴片、信号输入片的周侧设置金属化侧壁或金属化过孔，与接地板形成封闭的金属腔体，即导体腔，可实现与周围环境良好的屏蔽，维持在不同环境中稳定的辐射性能，有利于天线在通信设备的非净空区域进行布置；

3)本发明的馈电部的渐变传输线负责连接馈电探针和信号输入片，可在设计时通过渐变线宽实现良好的阻抗匹配，渐变传输线位于介质基板中间，形式可为微带线、带状线或共面波导传输线，不占用额外的剖面高度，结构更为紧凑。

附图说明

图1为本发明的一种多层双频宽带天线的3D透视结构图；

图2为本发明的一种多层双频宽带天线的外观结构图；

图3为本发明的一种多层双频宽带天线的叠层结构图；

图4为本发明的一种多层双频宽带天线的反射损耗仿真结果图；

图5为本发明的一种多层双频宽带天线的效率仿真结果图；

图6为本发明的一种通信设备的3D透视结构图。

附图标记说明：

100-介质基板；101-第一辐射贴片；102-金属化过孔；103-接地板；300-馈电部；301-馈电探针；302-渐变传输线；303-第二辐射贴片；304-信号输入片；01-第一对称轴；02-第二对称轴；

10-手机金属边框；20-玻璃后壳；30-电池；40-印刷电路板；50-射频芯片组；60-多层双频宽带天线；70-扁平射频线缆。

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多层双频宽带天线及通信设备作进一步详细说明。

实施例1

参看图1和图2，本申请提供了一种多层双频宽带天线，包括：介质基板100、第一辐射贴片101、第二辐射贴片303、馈电部300、信号输入片304，介质基板100至少依次包括第一导体层、第二导体层、第三导体层，第一辐射贴片101设于第一导体层上，第二辐射贴片303设于第二导体层上，信号输入片304设于第一导体层或第三导体层上，第三导体层上还设有接地板103；

馈电部300设于第一导体层与第二导体层之间或者第二导体层与第三导体层之间，馈电部300包括馈电探针301、渐变传输线302，馈电探针301的一端与第一辐射贴片101电连接，馈电探针301的另一端与渐变传输线302的一端电连接，渐变传输线302的另一端与信号输入片304电连接；其中，

第一辐射贴片101和第二辐射贴片303均具有两条对称轴，第一辐射贴片101沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，第二辐射贴片303沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，沿介质基板100的表面法线方向第一辐射贴片101与第二辐射贴片303重叠，并且第一辐射贴片101小于第二辐射贴片303；

馈电探针301与第一辐射贴片101电连接的馈电位置偏离第一辐射贴片101的两条对称轴设置。

现对本实施例进行详细说明：

参看图1和3，本实施例的介质基板100由微波射频板工艺制作而成，总共为三层导体层，从上到下依次为第一导体层、第二导体层、第三导体层。

参看图1和图2，第一辐射贴片101设于第一导体层上，第二辐射贴片303设于第二导体层上，均为双轴对称形状，即均具有两条对称轴，并且第一辐射贴片101沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，第二辐射贴片303沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，即第一辐射贴片101、第二辐射贴片303在长宽尺寸上是不一致的，如此，可使得辐射贴片在不同极化方向上拥有不同的谐振频率。具体地，本实施例的辐射贴片采用长方形，第一辐射贴片和第二辐射贴片均关于第一对称轴01和第二对称轴02轴对称，进一步地，辐射贴片的形状还可以为椭圆形或不规则的双轴对称图形，设计时可根据实际谐振频率进行调整。

参看图1和图3，馈电部300设于第一导体层与第二导体层之间时，馈电探针300直接可以与第一辐射贴片电连接，馈电部300设于第二导体层与第三导体层之间时，馈电探针可穿过第二导体层与第一辐射贴片电连接，但馈电探针300不与第二辐射贴片303电连接，馈电探针301经渐变传输线302与信号输入片304电连接，其中，馈电探针301与第一辐射贴片101电连接的位置偏离第一辐射贴片101的两条对称轴设置，即馈电探针301的位置不是关于两条对称轴对称设置的，由于馈电探针301的偏离设置并且第一辐射贴片101的长宽尺寸不一致，可激励起两个极化方向上不同频点的谐振，如此可在高频段形成两个频点的谐振，达到了扩展高频段带宽的作用。同时位于第二导体层上的第二辐射贴片303可受到第一辐射贴片101的耦合激励，产生低频谐振，其中，同样地由于第二辐射贴片303的长宽尺寸不一致，产生的低频谐振也具有两个极化方向上的不同频点，可达到扩展低频段带宽的作用。进一步地，馈电探针301与第一辐射贴片101之间的配合位置关系、第一辐射贴片101和第二辐射贴片303的尺寸可根据实际的激励结果进行调整，以获得更好的激励效果。而渐变传输线302的线宽为渐变线宽，可实现设计时的阻抗匹配，渐变传输线302为微带线、带状线、共面波导中的一种或多种组合，具体的本实施例采用的是微带线，不占用额外的剖面高度，结构更为紧凑。

参看图1，信号输入片304设于第一导体层或第三导体层上，经探针或过孔与渐变传输线302电连接，以便于外界的射频连接器从旁侧进行馈电。信号输入片304的位置可根据实际情况任意调整远近距离，以方便与外界连接。

本实施例通过与馈电部300直接电连接的第一辐射贴片101产生高频谐振，并通过上层的第一辐射贴片101耦合激励下层的第二辐射贴片303产生低频谐振，由于第一辐射贴片101自身的长宽尺寸不一致，且馈电探针301的馈电位置偏离第一辐射贴片101的两个对称轴设置，两者技术结合，第一辐射贴片101可在不同的极化方向上产生不同频点的高频谐振，而由于第二辐射贴片303自身的长宽尺寸不一致，故受到第一辐射贴片101的耦合激励，第二辐射贴片303可在不同的极化方向上产生不同频点的低频谐振，其中，第一辐射贴片101的长宽尺寸分别决定高频段的两个不同谐振频点，第二辐射贴片303的长宽尺寸分别决定低频段的两个不同谐振频点，如此基于辐射贴片长宽尺寸不同得到不同的谐振频点可达到展宽各频段带宽的作用，此外，本实施例实际利用一个馈电激励起了四个不同频点的谐振，相比于现有技术中实现双频的双馈双元、双馈单元方式，减少了需要实现双频的馈源数量，可以进一步减小天线的尺寸及剖面厚度，同时还达到了扩展带宽的技术效果。

优选的，沿第二辐射贴片303的周侧，第一导体层与第三导体层之间设有金属化过孔102或金属化侧壁，接地板103与金属化过孔102或金属化侧壁电连接，以形成导体腔。金属化侧壁或金属化过孔102利用金属化沉积工艺、电镀工艺或者导电膏涂覆等制备，金属化侧壁或金属化过孔102与接地板103电连接形成导体腔，导体腔与辐射贴片是分离的，如此，辐射贴片四周可利用金属化侧壁与底部金属地板一起形成封闭的金属腔体，以实现与周围环境良好的屏蔽，维持在不同环境中稳定的辐射性能。金属化过孔102为非连续的，金属化侧壁是连续的，金属化侧壁的屏蔽效果更佳，但加工难度更加复杂，而金属化过孔102则加工更为简单，本实施例采用的是非连续的金属化过孔102。进一步地，第一导体层上还设有干扰屏蔽片，干扰屏蔽片具体可设于第一导体层上除第一辐射贴片101区域的其他区域，但不覆盖第二辐射贴片303的区域，干扰屏蔽片也与金属化侧壁或金属化过孔102电连接，以形成更加封闭的金属腔体，提高周围环境的屏蔽效果。

优选的，沿信号输入片304的周侧，第一导体层与第三导体层之间还设有金属化过孔102或金属化侧壁，和辐射贴片周侧的金属化过孔102或金属化侧壁的作用相同的，信号输入片304的周侧的金属化过孔102或金属化侧壁与接地板103和/或干扰屏蔽片电连接，可形成封闭的金属腔体，以实现与周围环境良好的屏蔽，减小信号传递收到外界的干扰。

本实施例通过在第二辐射贴片303、信号输入片304的周侧设置金属化侧壁或金属化过孔102，与接地板103形成封闭的金属腔体，即导体腔，可实现与周围环境良好的屏蔽，维持在不同环境中稳定的辐射性能，有利于天线在通信设备的非净空区域进行布置。

优选的，介质基板100的材料为液晶高分子聚合物或聚酰亚胺或特氟龙或陶瓷，还可以为损耗角正切小于0.015的高分子材料，以及损耗角正切小于0.015的陶瓷和高分子混合物。辐射贴片和馈电部300的材料为铜或银或铜镍金镀层或铜镍镀层或钨合金，还可以为附着在表面的铜镍金或铜镍层。

现结合本实施例的应用进行说明：

参看图1和图2，基于本实施例的技术方案，本实施例设计了一多层双频宽带天线，设计尺寸为14.3mm(长)×14.7mm(宽)×0.361mm(厚)，由此，该天线的电尺寸厚度小于0.75％，属于超低剖面天线。该天线的第一辐射贴片101尺寸为9.3mm×9.7mm，第二辐射贴片303尺寸为12mm×12.5mm，馈电探针位置偏离第一对称轴1.8mm，偏离第二对称轴3.2mm。参看图4和图5，从该天线仿真结果中可以看到，基于本实施例的技术方案的多层双频宽带天线可以分别覆盖以6.5GHz(低频段)及8GHz(高频段)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和f2的两个谐振，该高频段谐振频率f1和f2分别由第一辐射贴片101的长度尺寸和宽度尺寸决定，在低频段可产生谐振频率为f3和f4的两个谐振，该低频段谐振频率f3和f4分别由第二辐射贴片303的长度尺寸和宽度尺寸决定，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2

参看图6，本申请提供了一种基于实施例1的多层双频宽带天线的通信设备，利用多层双频宽带天线作为UWB天线，该通信设备在本实施例中具体为手机，具体地，通信设备还可以是平板电脑、笔记本、智能手表等。在本实施中，通信设备包括手机金属边框10、玻璃后壳20、电池30、印刷电路板40、射频芯片组50，其中，三个多层双频宽带天线60设于手在电池30与玻璃后壳20之间，天线厚度为0.361mm左右，因此可以充分利用手机背部空间，三个多层双频宽带天线60通过扁平射频线缆70与射频芯片50组连接，以传输信号。

基于实施例1中的多层双频宽带天线的通信设备，通过与馈电部直接电连接的第一辐射贴片产生高频谐振，并通过上层的第一辐射贴片耦合激励下层的第二辐射贴片产生低频谐振，由于第一辐射贴片自身的长宽尺寸不一致，且馈电探针的馈电位置偏离第一辐射贴片的两个对称轴设置，两者技术结合，第一辐射贴片可在不同的极化方向上产生不同频点的高频谐振，而由于第二辐射贴片自身的长宽尺寸不一致，故受到第一辐射贴片的耦合激励，第二辐射贴片可在不同的极化方向上产生不同频点的低频谐振，其中，第一辐射贴片的长宽尺寸分别决定高频段的两个不同谐振频点，第二辐射贴片的长宽尺寸分别决定低频段的两个不同谐振频点，如此基于辐射贴片长宽尺寸不同得到不同的谐振频点可达到展宽各频段带宽的作用，此外，本实施例实际利用一个馈电激励起了四个不同频点的谐振，相比于现有技术中实现双频的双馈双元、双馈单元方式，减少了需要实现双频的馈源数量，可以进一步减小天线的尺寸及剖面厚度，同时还达到了扩展带宽的技术效果。

此外，通过在辐射贴片、信号输入片的周侧设置金属化侧壁或金属化过孔，与接地板形成封闭的金属腔体，即导体腔，可实现与周围环境良好的屏蔽，维持在不同环境中稳定的辐射性能，有利于UWB天线在通信设备的非净空区域进行布置，非净空区域如通信设备邻近电池、振荡器、屏蔽罩、摄像头等不相干的零部件的区域，非净空区域会对天线的工作有一定干扰。

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 (9)

1.一种多层双频宽带天线，其特征在于，包括：介质基板、第一辐射贴片、第二辐射贴片、馈电部、信号输入片，所述介质基板至少依次包括第一导体层、第二导体层、第三导体层，所述第一辐射贴片设于所述第一导体层上，所述第二辐射贴片设于所述第二导体层上，所述信号输入片设于所述第一导体层或所述第三导体层上，所述第三导体层上还设有接地板；

所述馈电部设于所述第一导体层与所述第二导体层之间或者所述第二导体层与所述第三导体层之间，所述馈电部包括馈电探针、渐变传输线，所述馈电探针的一端与所述第一辐射贴片电连接，所述馈电探针的另一端与所述渐变传输线的一端电连接，所述渐变传输线的另一端与所述信号输入片电连接；其中，

所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均具有两条对称轴，所述第一辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，所述第二辐射贴片沿其一对称轴的长度大于沿其另一对称轴的长度，沿所述介质基板的表面法线方向所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片重叠，并且所述第一辐射贴片小于所述第二辐射贴片；沿所述第二辐射贴片的周侧，所述第一导体层与所述第三导体层之间设有金属化过孔或金属化侧壁，所述接地板与所述金属化过孔或所述金属化侧壁电连接，以形成导体腔；

所述馈电探针与所述第一辐射贴片电连接的馈电位置偏离所述第一辐射贴片的两条对称轴设置。

2.根据权利要求1所述的多层双频宽带天线，其特征在于，沿所述信号输入片的周侧，所述第一导体层与所述第三导体层之间还设有所述金属化过孔或所述金属化侧壁。

3.根据权利要求1所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述渐变传输线经探针或过孔与所述信号输入片电连接。

4.根据权利要求1所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述渐变传输线的线宽为渐变线宽，以实现阻抗匹配。

5.根据权利要求4所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述渐变传输线为微带线、带状线、共面波导中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述第一辐射贴片为长方形或椭圆形或不规则双轴对称形状，所述第二辐射贴片为长方形或椭圆形或不规则双轴对称形状。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述介质基板的材料为液晶高分子聚合物或聚酰亚胺或特氟龙或陶瓷。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的多层双频宽带天线，其特征在于，所述第一辐射贴片、所述第二辐射贴片、所述馈电部的材料为铜或银或铜镍金镀层或铜镍镀层或钨合金。

9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的多层双频宽带天线。

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