CN113708050A - 一种宽频带槽缝天线及终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种宽频带槽缝天线及终端设备，包括金属地板和紧贴所述金属地板边缘设置的金属边框；所述金属边框靠近所述金属地板的一侧开设有槽缝，且所述金属边框在靠近所述槽缝处开设有缺口，以使所述槽缝通过所述缺口与外界连通。通过在金属边框处开设槽缝和缺口，使得在槽缝处形成了两个频段的谐振，从而有效拓展了天线的带宽，解决了如何在低剖面、低净空和金属边框包裹的天线环境下拓宽天线的带宽的问题。

Description

一种宽频带槽缝天线及终端设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种宽频带槽缝天线及终端设备。
背景技术
通常，天线工作的最高频率与最低频率之比大于2就属于宽频带天线；两者之比大于10则被认为是超宽频带天线。宽频带天线的方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变。随着5G通信技术的发展，为满足多频段的通信要求，超宽频带天线的设计将会是未来天线设计的发展方向之一。
目前，在实现宽频带天线时，通常是通过不同的金属枝节来形成MIMO天线进而实现宽频带。然而，当前主流的终端设备都具有轻薄、全面屏和金属边框等工业设计，这些工业设计属性造成的低剖面、低净空和金属边框包裹等环境给MIMO天线的设计带来了巨大的挑战。
为了在低剖面、低净空和金属边框包裹的环境下设计出性能较好的天线，通常会采用缝隙天线。缝隙天线是在波导、金属板、同轴线或谐振腔上开缝隙，电磁波通过缝隙向外部空间辐射的天线，其特点是重量轻，具有良好的平面结构，易于与安装物体共形；缝隙阵列天线的口径面幅度分布容易控制，口径面利用率高，可以实现低副瓣或极低副瓣；同时，缝隙天线还具有结构牢固、简单紧凑、易于加工、馈电方便、架设简单等优势。然而，现有的缝隙天线无法灵活实现多枝节的设计，因此其带宽有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽频带槽缝天线及终端设备，以解决如何在低剖面、低净空和金属边框包裹的天线环境下拓宽天线的带宽的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种宽频带槽缝天线，包括金属地板和紧贴所述金属地板边缘设置的金属边框；所述金属边框靠近所述金属地板的一侧开设有槽缝，且所述金属边框在靠近所述槽缝处开设有缺口，以使所述槽缝通过所述缺口与外界连通。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述缺口位于所述槽缝的中部，以把所述槽缝分为第一槽缝和第二槽缝，所述第一槽缝的长度为低频中心波长的四分之一，所述第二槽缝的长度为高频中心波长的四分之一。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述第一槽缝处设置有馈电点。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述金属地板的厚度为0.2～3mm；所述金属边框的厚度为1～5mm，宽度为6～10mm。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述槽缝的宽度为1～4mm；所述缺口的长度为0.5～2mm。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述馈电点距所述第一槽缝远离所述第二槽缝的一端11～14.5mm。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述槽缝的一端距所述金属地板的同侧一端的距离为6～20mm。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述槽缝和所述缺口填充有介质，所述介质的介电常数为2.2、3.12或4.4，损耗角正切小于0.08。
可选的，在所述的宽频带槽缝天线中，所述金属地板两个长边处对称设置有开设有所述槽缝和所述缺口的所述金属边框。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种终端设备，包括如上任一项所述的宽频带槽缝天线。
本发明提供的宽频带槽缝天线及终端设备，包括金属地板和紧贴所述金属地板边缘设置的金属边框；所述金属边框靠近所述金属地板的一侧开设有槽缝，且所述金属边框在靠近所述槽缝处开设有缺口，以使所述槽缝通过所述缺口与外界连通。通过在金属边框处开设槽缝和缺口，使得在槽缝处形成了两个频段的谐振，从而有效拓展了天线的带宽，解决了如何在低剖面、低净空和金属边框包裹的天线环境下拓宽天线的带宽的问题。
附图说明
图1为本实施例提供的宽频带槽缝天线的结构示意图；
图2为本实施例提供的终端设备的结构示意图；
图3为本实施例提供的宽频带槽缝天线的S参数仿真结果图；
图4为本实施例提供的宽频带槽缝天线的总效率仿真图；
图5为本实施例提供的宽频带槽缝天线的在1.85GHz时的电场分布图；
图6为本实施例提供的宽频带槽缝天线的在2.15GHz时的电场分布图；
其中，各附图标记说明如下：
100-金属地板；200-金属边框；201-馈电点；210-槽缝；211-第一槽缝，212-第二槽缝；220-缺口。
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带槽缝天线及终端设备作进一步详细说明。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及附图说明中的“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。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带槽缝天线，如图1所示，包括金属地板100和紧贴所述金属地板100边缘设置的金属边框200；所述金属边框200靠近所述金属地板100的一侧开设有槽缝210，且所述金属边框200在靠近所述槽缝210处开设有缺口220，以使所述槽缝210通过所述缺口220与外界连通。
本实施例提供的宽频带槽缝天线，通过在金属边框处开设槽缝和缺口，使得在槽缝处形成了两个频段的谐振，从而有效拓展了天线的带宽，解决了如何在低剖面、低净空和金属边框包裹的天线环境下拓宽天线的带宽的问题。
进一步的，在本实施例中，所述缺口220位于所述槽缝210的中部，以把所述槽缝210分为第一槽缝211和第二槽缝212，所述第一槽缝211的长度为低频中心波长的四分之一，所述第二槽缝212的长度为高频中心波长的四分之一。
例如，当第一槽缝211的长度为25mm，第二槽缝212的长度为17mm时，第一槽缝211产生的谐振的中心频率位于1.85GHz，第二槽缝212产生的谐振的中心频率位于2.15GHz。通过调整第一槽缝211和第二槽缝212的长度，可以对应改变相应产生的谐振的中心频率。
较佳的，在本实施例中，所述第一槽缝212处设置有馈电点201。第一槽缝212通常对应低频段，将馈电点201设置在第一槽缝212处，能够保证低频的辐射效率，同时能够使得高频段与低频段发生耦合，从而激发高频。
在本实施例中，所述金属地板100的厚度为0.2～3mm，金属地板100的厚度视具体使用场景而定，保证电气连接即可；所述金属边框200的厚度为1～5mm，宽度为6～10mm，宽度过小会使谐振频率向高频移动，而宽度过大则会增加金属边框200的整体厚度，不利于应用于终端设备中。
需要说明的是，本实施例中所述的长和宽是以金属地板100的长和宽所定义，厚度为垂直长和宽所构成的平面所在的方向。
进一步的，在本实施例中，所述槽缝210的宽度为1～4mm，槽缝210的宽度过小会影响天线反射系数带宽和天线辐射效率，过大又会增加天线的整体尺寸，不利于集成到终端设备中；所述缺口220的长度为0.5～2mm，缺口220过小会引入很大的寄生电容，会影响天线的最终性能下降，过大则需对应增加整个槽缝210的尺寸，不利于天线结构的设计。
较佳的，在本实施例中，所述馈电点201距所述第一槽缝211远离所述第二槽缝212的一端11～14.5mm。馈电点201设置在这一范围内时能够使天线实现良好的匹配，馈电点201将金属边框200和金属地板100相连，无需通过额外的匹配便可以直接实现对金属边框的馈电。
此外，所述槽缝210的一端距所述金属地板100的同侧一端的距离为6～20mm。参考图1，即，第一槽缝211远离第二槽缝212的一端距金属地板100的左侧的距离为6～20mm，具体的距离取值主要决定于终端设备的可供设计天线的空间而定。
为了实现天线的小型化，在本实施例中，所述槽缝210和所述缺口220填充有介质，所述介质的介电常数可以为2.2、3.12或4.4，损耗角正切小于0.08。
具体的，介质材料可以为PC和ABS的混合材料，损耗角正切越小越好，例如可以是0.028。当填充的介质不同时，槽缝210的长度要对应改变，理论上，槽缝210的长度变为原长度的(ε0/ε)0.5倍，其中ε0为初始槽缝210尺寸对应的介质的介电常数，ε为更改后的介质的介电常数。通过该公式可以发现，介电常数越大，则槽缝210的长度也相应变大。此外，介质填充的越充分紧实，则对应的槽缝210的长度变化也越明显。
在此基础上，为了实现MIMO天线设计，在本实施例中，如图2所示，所述金属地板100两个长边处对称设置有开设有所述槽缝210和所述缺口220的所述金属边框200。通过对称的天线结构设计，可以实现2MIMO天线设计，从而提升天线的性能。
本实施例还提供一种终端设备，包括本实施例提供的宽频带槽缝天线。终端设备可以为手机等便携式移动终端。
以下，以图2所示的2MIMO天线结构为例，具体说明本发明提供的宽频带槽缝天线。
在该实施例中，终端设备为手机，该手机的尺寸设置为长150mm，宽75mm。当然，在实际应用中，手机的长度可以在110～160mm范围内任意选择，宽度可以在60～80mm范围内任意选择。
金属地板100的厚度为3mm。金属边框200紧贴金属地板100的两个长边设置，且与金属地板100等长。当然，在其他实施例中，金属边框200也可以围绕金属地板100的四个边进行设置，考虑到节约材料成本，本实施例中金属边框200仅位于金属地板100的长边。金属边框的宽度为7mm，有利于槽缝的实现；金属边框的厚度为3mm，有利于终端设备的轻薄化设计。
在该实施例中，两条金属边框200上的槽缝天线对称设计，以下仅描述一侧槽缝天线设计，另一侧参见即可。
槽缝210的总长为43mm，宽度为1mm；缺口220的长度为1mm，缺口220两侧的槽缝210长度分别为：第一槽缝211长为25mm，第二槽缝212长为17mm。槽缝210和缺口220处填充有介电常数为3.12的介质，介质的损耗角正切为0.028。槽缝210的左侧距金属地板100的左侧14mm。馈电点201设置于槽缝210处，且距槽缝210的左侧13mm。
需要说明的是，该具体实施例中所涉及的尺寸公差可以为尺寸的±5％以内调整。
以该宽频带槽缝天线进行仿真测试，得到的测试结果图如图3至图6所示。
图3为该天线的S参数仿真结果。从图3中可以看出，该宽频带槽缝天线在1.68GHz～2.17GHz实现了较好的谐振，不仅如此，该2MIMO天线的天线间隔离度达到了30dB(S21和S12)，说明MIMO天线的系统隔离度很好。因此，本实施例提供的宽频带槽缝天线可以用于终端MIMO天线的设计。
图4为该天线的总效率仿真图。从图4中可以看出，该槽缝天线在1.6GHz～2.3GHz频带内的总效率大于-8dB，实现了很好的能量辐射，可以满足实际手机天线的工作需求。
图5和图6分别为该天线在1.85GHz和2.15GHz时的电场分布图。从图5和图6可以看出，在1.85GHz时，槽缝中的电场没有出现反向，称这个模式为模式1；而在2.15GHz时，槽缝中的电场分布呈现出反向的现象，称这个模式为模式2。正是因为此宽频带槽缝天线在特定位置馈电可以实现上述两种不同工作模式的激励，才实现了较宽的反射系数带宽，实现了宽带槽缝天线的设计。
综上所述，本实施例提供的宽频带槽缝天线及终端设备，包括金属地板和紧贴所述金属地板边缘设置的金属边框；所述金属边框靠近所述金属地板的一侧开设有槽缝，且所述金属边框在靠近所述槽缝处开设有缺口，以使所述槽缝通过所述缺口与外界连通。通过在金属边框处开设槽缝和缺口，使得在槽缝处形成了两个频段的谐振，从而有效拓展了天线的带宽，解决了如何在低剖面、低净空和金属边框包裹的天线环境下拓宽天线的带宽的问题。
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 (10)

1.一种宽频带槽缝天线，其特征在于，包括金属地板和紧贴所述金属地板边缘设置的金属边框；所述金属边框靠近所述金属地板的一侧开设有槽缝，且所述金属边框在靠近所述槽缝处开设有缺口，以使所述槽缝通过所述缺口与外界连通。
2.根据权利要求1所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述缺口位于所述槽缝的中部，以把所述槽缝分为第一槽缝和第二槽缝，所述第一槽缝的长度为低频中心波长的四分之一，所述第二槽缝的长度为高频中心波长的四分之一。
3.根据权利要求2所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述第一槽缝处设置有馈电点。
4.根据权利要求3所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述金属地板的厚度为0.2～3mm；所述金属边框的厚度为1～5mm，宽度为6～10mm。
5.根据权利要求4所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述槽缝的宽度为1～4mm；所述缺口的长度为0.5～2mm。
6.根据权利要求4所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述馈电点距所述第一槽缝远离所述第二槽缝的一端11～14.5mm。
7.根据权利要求1所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述槽缝的一端距所述金属地板的同侧一端的距离为6～20mm。
8.根据权利要求1所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述槽缝和所述缺口填充有介质，所述介质的介电常数为2.2、3.12或4.4，损耗角正切小于0.08。
9.根据权利要求1所述的宽频带槽缝天线，其特征在于，所述金属地板两个长边处对称设置有开设有所述槽缝和所述缺口的所述金属边框。
10.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的宽频带槽缝天线。
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