CN113285221B - 一种宽频终端天线及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种宽频终端天线及移动终端，包括介质结构和天线结构；介质结构呈立方体，且包括正面、上侧面、下侧面、左侧面和右侧面；天线结构包括第一天线体、第二天线体和第三天线体；第一天线体和第二天线体轴对称设置于正面，且第一天线体和第二天线体的两端分别延伸至左/右侧面和下侧面；第三天线体呈几字形且轴对称设置于上侧面，第三天线体的开口背离正面。通过将天线结构设置于介质结构的五个面上，形成了立体结构的天线，减小了天线的占用体积；通过天线结构的走线设计使得天线工作频段不仅覆盖了2G、3G和4G，还能够在2G、3G和4G频段具有较好的天线性能，解决了如何在保证天线性能的同时使天线能够覆盖2G、3G和4G的全频段带宽的问题。

Description

一种宽频终端天线及移动终端
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种宽频终端天线及移动终端。
背景技术
在通信行业中手机市场面临着最激烈的竞争，而手机天线设计则是产品设计中重要的一环，直接关系到手机厂商能否进入高端市场。在当今多种通信标准并存的局面下，要求手机实现越来越多的功能，这些都要求天线需要设计出更大的带宽覆盖所有常用的频段。智能手机天线一般将2G、3G和4G多种制式集成在一起，尽可能的覆盖更多频段。
随着4G时代的到来，天线的设计更加离不开宽带化的技术。与此同时，天线小型化是国内外各手机厂商追逐的焦点。当今的手机功能越来越多，集成的元件也就越来越多，同时手机外观设计不断融入时尚和美感元素，使天线尺寸不断缩小，进一步增加了手机天线的设计难度。如何能够在更小的空间内设计覆盖频段更广的手机天线是研发人员亟需解决的问题。
如专利申请号为201820036398.8、名称为“一种智能手机的天线结构”提供了一种智能手机的天线结构，包括基板组和金属片组，所述基板组包括第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，金属片组包括第一金属片组、第二金属片组、第三金属片组、第四金属片组和第五金属片组，第二基板、第三基板和第四基板分别位于第一基板的上侧、左侧和右侧；第一金属片组设于第一基板和第二基板上，第二金属片组和第四金属片组设于第一基板上，第三金属片组设于第三基板上，第五金属片组设于第四基板上；该智能手机的天线结构巧妙的利用手机壳体本身的构造在立体空间内配置天线，能够覆盖高频段和范围较大的低频段。
虽然上述专利能够覆盖高频段和一定频段范围内的低频段，但无法将2G、3G和4G频段全覆盖，且天线性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频终端天线及移动终端，以解决如何在保证天线性能的同时使天线能够覆盖2G、3G和4G的全频段带宽的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种宽频终端天线，包括介质结构和天线结构；所述介质结构呈立方体，且包括正面、分别与所述正面的两个长边相连的上侧面和下侧面、分别与所述正面的两个短边相连的左侧面和右侧面；所述天线结构包括第一天线体、第二天线体和第三天线体；所述第一天线体和所述第二天线体呈轴对称设置于所述介质结构的正面，且所述第一天线体的两端分别延伸至左侧面和下侧面，所述第二天线体的两端分别延伸至右侧面和下侧面；所述第三天线体呈几字形，且轴对称设置于所述介质结构的上侧面，所述第三天线体的开口背离所述介质结构的正面。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述第一天线体和所述第二天线体均包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，所述第一枝节呈弓字形，所述第二枝节呈C字形，所述第三枝节呈一字型；所述第二枝节的一端与所述第一枝节的一端相连，另一端与所述第三枝节的一端相连；所述第一天线体和所述第二天线体的所述第二枝节的开口相背离设置。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述第一天线体延伸至所述左侧面的部分和所述第二天线体延伸至所述右侧面的部分均呈U字形，且开口朝向所述上侧面；所述第三天线体的两端分别与所述第一天线体的所述第一枝节的自由端和所述第二天线体的所述第一枝节的自由端相连。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述天线结构还包括第一谐振臂，所述第一谐振臂呈一字型设置于所述正面。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述第一谐振臂位于所述第一天线体和所述第二天线体的对称轴上，且一端与所述第三天线体相连。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述天线结构还包括第二谐振臂，所述第二谐振臂呈一字型设置于所述上侧面，且与所述第三天线体相连。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述第二谐振臂的一端与所述第三天线体的中部相连，且与所述第三天线体的中部呈一直线。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述宽频终端天线还包括基板，所述介质结构位于所述基板上；所述基板设置有共面波导，所述共面波导与所述天线结构电性连接以实现对天线结构的馈电。
可选的，在所述的宽频终端天线中，所述共面波导与所述第一天线体延伸至所述下侧面的一端相连。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种移动终端，包括如上任一项所述的宽频终端天线。
本发明提供的宽频终端天线及移动终端，包括介质结构和天线结构；所述介质结构呈立方体，且包括正面、分别与所述正面的两个长边相连的上侧面和下侧面、分别与所述正面的两个短边相连的左侧面和右侧面；所述天线结构包括第一天线体、第二天线体和第三天线体；所述第一天线体和所述第二天线体呈轴对称设置于所述介质结构的正面，且所述第一天线体的两端分别延伸至左侧面和下侧面，所述第二天线体的两端分别延伸至右侧面和下侧面；所述第三天线体呈几字形，且轴对称设置于所述介质结构的上侧面，所述第三天线体的开口背离所述介质结构的正面。通过将天线结构设置于介质结构的五个面上，形成了立体结构的天线，减小了天线的占用体积；同时，通过天线结构的走线设计，使得天线工作频段不仅覆盖了2G、3G和4G，还能够在2G、3G和4G频段具有较好的天线性能，解决了如何在保证天线性能的同时使天线能够覆盖2G、3G和4G的全频段带宽的问题。
附图说明
图1为本实施例提供的宽频终端天线中介质结构各表面的说明示意图；
图2为本实施例提供的宽频终端天线的立体示意图；
图3为本实施例提供的宽频终端天线中天线结构的展开示意图；
图4为本实施例提供的宽频终端天线中天线结构的第一天线体的结构示意图；
图5为本实施例提供的宽频终端天线的整体结构示意图；
图6为本实施例提供的宽频终端天线中天线结构的尺寸示意图；
图7为本实施例提供的宽频终端天线的整体结构的尺寸示意图；
图8为本实施例提供的宽频终端天线的反射系数仿真结果图；
图9为本实施例提供的宽频终端天线的效率仿真结果图；
其中，各附图标记说明如下：
100-介质结构；210-第一天线体；211-第一天线体的第一枝节；212-第一天线体的第二枝节；213-第一天线体的第三枝节；220-第二天线体；221-第二天线体的第一枝节；222-第二天线体的第二枝节；223-第二天线体的第三枝节；230-第三天线体；240-第一谐振臂；250-第二谐振臂；300-基板；310-共面波导。
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宽频终端天线及移动终端作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。以及，“正面”、“上侧面”、“下侧面”、“左侧面”和“右侧面”是相对位置而言，以便描述本发明的实施例，而不用于限定特定的方位，应该理解这样的使用在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实施例提供一种宽频终端天线，如图1至图3所示，包括介质结构100和天线结构。
具体的，所述介质结构100呈立方体，且包括正面、分别与所述正面的两个长边相连的上侧面和下侧面、分别与所述正面的两个短边相连的左侧面和右侧面。所述天线结构包括第一天线体210、第二天线体220和第三天线体230；所述第一天线体210和所述第二天线体220呈轴对称设置于所述介质结构100的正面，且所述第一天线体210的两端分别延伸至左侧面和下侧面，所述第二天线体220的两端分别延伸至右侧面和下侧面；所述第三天线体230呈几字形，且轴对称设置于所述介质结构100的上侧面，所述第三天线体230的开口背离所述介质结构100的正面。
本实施例提供的宽频终端天线，通过将天线结构设置于介质结构的五个面上，形成了立体结构的天线，减小了天线的占用体积；同时，通过天线结构的走线设计，使得天线工作频段不仅覆盖了2G、3G和4G，还能够在2G、3G和4G频段具有较好的天线性能，解决了如何在保证天线性能的同时使天线能够覆盖2G、3G和4G的全频段带宽的问题。
进一步的，在本实施例中，如图4所示，所述第一天线体210和所述第二天线体220均包括第一枝节211/221、第二枝节212/222和第三枝节213/223，所述第一枝节211/221呈弓字形，所述第二枝节212/222呈C字形，所述第三枝节213/223呈一字型；所述第二枝节212/222的一端与所述第一枝节211/221的一端相连，另一端与所述第三枝节213/223的一端相连；所述第一天线体210和所述第二天线体220的所述第二枝节212/222的开口相背离设置。
如此，便可以通过第一天线体210和第二天线体220产生全向性较好的天线频段，且通过弓字形走线设计提高了天线辐射末端的耦合效率，进而提升了天线的辐射性能。此外，通过弓字形走线能够在有限的空间上尽可能延长天线的走线长度，从而使得天线的带宽能够覆盖2G、3G和4G频段。
在本实施例中，所述第一天线体210延伸至所述左侧面的部分和所述第二天线220体延伸至所述右侧面的部分均呈U字形，且开口朝向所述上侧面；所述第三天线体230的两端分别与所述第一天线体210的所述第一枝节211的自由端和所述第二天线体220的所述第一枝节221的自由端相连。
如此，便使得第一天线体210、第二天线体220分别与第三天线体230电性连通，从而激发了第三天线体230的电磁性能，使得第三天线体230上也有电流流过，提高了天线的耦合效率，同时进一步拓宽了天线的带宽。
较佳的，在本实施例中，如图2和图3所示，所述天线结构还包括第一谐振臂240，所述第一谐振臂240呈一字型设置于所述正面。
具体的，所述第一谐振臂240位于所述第一天线体210和所述第二天线体220的对称轴上，且一端与所述第三天线体230相连。如此，提高了第一天线体210和第二天线体220之间的耦合效率。此外，在具体应用过程中，还可以通过调整第一谐振臂240的尺寸来改变第一天线体210和第二天线体220上产生的谐振频率和带宽。
更佳的，在本实施例中，所述天线结构还包括第二谐振臂250，所述第二谐振臂250呈一字型设置于所述上侧面，且与所述第三天线体230相连。
具体的，所述第二谐振臂250的一端与所述第三天线体230的中部相连，且与所述第三天线体230的中部呈一直线。如此，使得第二谐振臂250能够作为第三天线体230的分支，并与第三天线体230的辐射末端进行耦合，从而获取更高的辐射性能。在具体应用过程中，可以改变第二谐振臂250的尺寸、位置等来改变第三天线体230处产生的谐振频率和带宽。
此外，在本实施例中，如图5所示，所述宽频终端天线还包括基板300，所述介质结构100位于所述基板300上；所述基板300设置有共面波导310，所述共面波导310与所述天线结构电性连接以实现对天线结构的馈电。
共面波导是在介质基片的一个面上制作出中心导体带，并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面，又叫共面微带传输线。共面波导传播的是TEM波，没有截止频率。由于中心导体与导体平板位于同一平面内，因此，在共面波导上并联安装元器件很方便，用它可制成传输线及元件都在同一侧的单片微波集成电路。
具体的，在本实施例中，所述共面波导310与所述第一天线体210延伸至所述下侧面的一端相连。由于第一天线体210有一部分延伸至了下侧面，而下侧面底部与基板300相连，因此将共面波导310与第一天线体210延伸至下侧面的部分进行连接能够有效降低成本，简化连接线路。
此外，本实施例还提供一种移动终端，包括本发明提供的宽频终端天线。移动终端可以为手机、平板等设备。其中基板300可以为PCB主板，介质结构100可以为塑壳，天线结构可以通过FPC粘贴在介质结构100表面，也可以通过LDS镭射化镀在介质结构100表面，甚至还可以通过PDS印刷涂覆在介质结构100表面，天线结构的具体形成工艺为本领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。
以下，以一具体实施例说明本发明提供的宽频终端天线在2G、3G和4G频段的工作性能。其中具体尺寸数值可以附带有公差，公差范围为±20％。
如图5和图7所示，在本实施例中，宽频终端天线包括介质结构100、天线结构(包括第一天线体210、第二天线体220、第三天线体230、第一谐振臂240和第二谐振臂250)和基板300。宽频终端天线的整体尺寸为：总长Ls＝120mm，总宽Ws＝60mm。此外，介质结构100的整体尺寸为：总长Ld＝8mm，总宽Ws＝60mm，厚度Hd为5mm；介质结构100的介电常数为4.4。
结合图2、图3和图6所示，第一天线体210和第二天线体220的走线宽度W1为1mm。由于第一天线体210和第二天线体220轴对称，因此以下仅以第一天线体210为例具体说明其尺寸结构。第一枝节211呈弓字形，且在左侧面上分布有U字形末端，U字形的宽度L10为4～5mm，长L7为6mm；在正面上的弓字形部分，靠近上侧面的长度L3为6.2mm，靠近下侧面的长度L2为7.1mm，长度与介质结构100的正面长度一致，为Ld＝8mm；靠近下侧面处与第二枝节212相连，第二枝节212呈C字形，具体的，为带直角的C字形，并与第一枝节211的末端连接后构成带有开口的口字型，第二枝节212的内部长L1为16mm、宽L6为4mm，第二枝节212的一边紧贴正面下边缘，长度L9小于16mm，且在开口处于第三枝节213相连；第三枝节的长度为Hd＝5mm，这意味着第三枝节213贯穿正面到达基板300表面。
第三天线体230呈几字形，其远离正面的两端宽度W3为2mm，长L4为22.8mm，且紧贴介质结构100上侧面的底部，即与基板300相接触；第三枝节213的中间部位走线宽度为1mm，图中L11为6.2mm，且中间部位紧贴上侧面与正面的交界线。由于第三枝节213的两个末端延伸至上侧面与左侧面/右侧面的交界处，且其宽度和位置的限定使得其与第一天线体210和第二天线体220的位于左侧面/右侧面的U字形自由端相连接，构成通路。
第一谐振臂240位于第一天线体210和第二天线体220的对称轴上，且一端与第三天线体230相连。第一谐振臂的长度L8为7mm，宽W2为2mm。
第二谐振臂250与第三枝节230的中部齐平且朝第一天线体210的方向延伸L5＝7mm，走线宽度同样为1mm，在上侧面紧贴上侧面与正面的交界线。
共面波导310位于基板300表面，其微带线的长度Lf为10mm，宽Wgi为1mm。在共面波导310的微带线两侧需保证有符合性能的基板材质，此部分基板的宽度Wgo为2mm。
以此结构的宽频终端天线进行测试，其测试结果如图8和图9所示。
从图8中可以看出，本实施例提供的宽频终端天线可以覆盖0.83～1.05GHz和1.65～2.74GHz，具有较宽的带宽，且覆盖了2G、3G和4G的通信频段。具体的，在0.5λ、1λ、1.5λ和2λ四个模式处有较深的反射系数谐振点，其中0.5λ和1λ的模式谐振主要通过控制第一谐振臂240的调谐实现，1.5λ和2λ的模式谐振主要通过控制第二谐振臂250的调谐实现。从图9可以看出，在2G、3G和4G频段范围内，其反射系数带宽内的天线效率达到了0.9以上，即天线具有很强的辐射。
综上所述，本实施例提供的宽频终端天线及移动终端，包括介质结构和天线结构；所述介质结构呈立方体，且包括正面、分别与所述正面的两个长边相连的上侧面和下侧面、分别与所述正面的两个短边相连的左侧面和右侧面；所述天线结构包括第一天线体、第二天线体和第三天线体；所述第一天线体和所述第二天线体呈轴对称设置于所述介质结构的正面，且所述第一天线体的两端分别延伸至左侧面和下侧面，所述第二天线体的两端分别延伸至右侧面和下侧面；所述第三天线体呈几字形，且轴对称设置于所述介质结构的上侧面，所述第三天线体的开口背离所述介质结构的正面。通过将天线结构设置于介质结构的五个面上，形成了立体结构的天线，减小了天线的占用体积；同时，通过天线结构的走线设计，使得天线工作频段不仅覆盖了2G、3G和4G，还能够在2G、3G和4G频段具有较好的天线性能，解决了如何在保证天线性能的同时使天线能够覆盖2G、3G和4G的全频段带宽的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种宽频终端天线，其特征在于，包括介质结构和天线结构；
所述介质结构呈立方体，且包括正面、分别与所述正面的两个长边相连的上侧面和下侧面、分别与所述正面的两个短边相连的左侧面和右侧面；
所述天线结构包括第一天线体、第二天线体和第三天线体；所述第一天线体和所述第二天线体呈轴对称设置于所述介质结构的正面，且所述第一天线体的两端分别延伸至左侧面和下侧面，所述第二天线体的两端分别延伸至右侧面和下侧面；所述第三天线体呈几字形，且轴对称设置于所述介质结构的上侧面，所述第三天线体的开口背离所述介质结构的正面；所述第一天线体和所述第二天线体均包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，所述第一枝节呈弓字形，所述第二枝节呈C字形，所述第三枝节呈一字型；所述第二枝节的一端与所述第一枝节的一端相连，另一端与所述第三枝节的一端相连；所述第一天线体和所述第二天线体的所述第二枝节的开口相背离设置；所述第三天线体的两端分别与所述第一天线体的所述第一枝节的自由端和所述第二天线体的所述第一枝节的自由端相连。
2.根据权利要求1所述的宽频终端天线，其特征在于，所述第一天线体延伸至所述左侧面的部分和所述第二天线体延伸至所述右侧面的部分均呈U字形，且开口朝向所述上侧面。
3.根据权利要求1所述的宽频终端天线，其特征在于，所述天线结构还包括第一谐振臂，所述第一谐振臂呈一字型设置于所述正面。
4.根据权利要求3所述的宽频终端天线，其特征在于，所述第一谐振臂位于所述第一天线体和所述第二天线体的对称轴上，且一端与所述第三天线体相连。
5.根据权利要求1所述的宽频终端天线，其特征在于，所述天线结构还包括第二谐振臂，所述第二谐振臂呈一字型设置于所述上侧面，且与所述第三天线体相连。
6.根据权利要求5所述的宽频终端天线，其特征在于，所述第二谐振臂的一端与所述第三天线体的中部相连，且与所述第三天线体的中部呈一直线。
7.根据权利要求1所述的宽频终端天线，其特征在于，所述宽频终端天线还包括基板，所述介质结构位于所述基板上；所述基板设置有共面波导，所述共面波导与所述天线结构电性连接以实现对天线结构的馈电。
8.根据权利要求7所述的宽频终端天线，其特征在于，所述共面波导与所述第一天线体延伸至所述下侧面的一端相连。
9.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的宽频终端天线。
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