CN1874058A - 含有负磁导率材料的手机天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内置式平面倒置F型手机天线，特别是涉及一种含有负磁导率材料的手机天线。该天线包括平面倒置F型辐射贴片，金属接地板，天线基板，天线输入/出端，金属短路销钉及负磁导率材料。其中在接地板上阴刻两个不同尺寸的金属开口谐振环(SSRs)构成负磁导率材料，利用负磁导率材料的禁带效应抑制天线的表面波损耗及手机本体的寄生辐射，并将寄生辐射的电磁波能量反射回天线二次激发。因此天线的电磁波发射接收能力得到提高，天线的灵敏度得到改善。

Description

含有负磁导率材料的手机天线
技术领域  本发明涉及一种内置式平面倒置F型手机天线，特别是涉及一种利用负磁导率材料的禁带效应削弱天线的表面波损耗，抑制寄生辐射，提高电磁波发射接收能力和灵敏度的手机天线。
背景技术  平面倒置F型天线，微带天线及环天线等天线作为手机的收发天线主要是利用它们的低轮廓和易共形特性。即使用这种天线作为手机收发天线时，天线系统所占的空间较小，易于携带和操作，同时减少天线的制造成本，可以实现体积小、重量轻、低轮廓的要求。然而众所周知，天线的尺寸越小，天线的效率越低，带宽越窄。因此这些天线作为手机的收发天线时，天线本身的表面波损耗及天线向手机本体泄漏高频电流造成的寄生辐射会降低天线的讯号接收能力和灵敏度，影响手机通话质量及对人体造成伤害。
自然界中存在的材料的磁导率均为正值，然而在1999年，Pendry研究发现，按一定周期性排列的金属开口谐振环(SSRs)的电磁响应行为与磁性材料相似，且该结构呈现的磁导率μ在特定频率范围内为负值。随后研究发现在金属开口谐振环的磁导率μ为负值的频率范围内，电磁波被抑制，材料出现电磁禁带效应。因而负磁导率材料在滤波器、无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。利用负磁导率材料的电磁禁带效应能够很好的削弱手机天线的表面波损耗，抑制寄生辐射，提高手机天线的讯号接收能力。
发明内容  本发明的目的在于提供一种利用负磁导率材料的电磁禁带效应削弱天线的表面波损耗，抑制手机本体的寄生辐射，并将寄生辐射的电磁波能量反射回天线二次激发，增强天线的发射接收信号电平，提高天线灵敏度的内置式手机天线。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种含有负磁导率材料的内置式平面倒置F型天线，用于装设在手机内。该平面倒置F型天线的发射部是两种成分的组合，即一L形贴片和一矩形贴片。其中L形贴片适合收发GSM规格(900MHz)的电磁波信号，矩形贴片适合收发DCS规格(1800MHz)的电磁波信号。又，L形、矩形金属贴片刻蚀在天线基板上，基板的另一面是刻蚀比倒置F型贴片面积稍大的金属作为接地板。L形、矩形金属贴片采用阻抗50Ω的同一根同轴电缆馈电，同轴线外导体连接接地平板，内导体连接天线输入/出端。在天线输入/出端旁设有金属短路销钉，金属短路销钉连于金属接地平板，以消除L形、矩形金属贴片之间的耦合。两个不同尺寸的金属开口谐振环(SSRs)阴刻在接地板上，使它们出现禁带效应的中心频率分别在900MHz和1800MHz，利用金属开口谐振环的电磁禁带效应削弱天线的表面波损耗，抑制手机本体的寄生辐射，并将寄生辐射的电磁波能量反射回天线二次激发。因此天线的电磁波发射及接收能力被提高，天线的灵敏度得到改善。本发明采用廉价材料(如金属铜、聚四氟乙烯、印刷电路板等材料)来制造，且可以在天线的接地板上阴刻金属开口谐振环来实现负磁导率效应，因此具有成本低，低抛面，易共形，体积小的特点。
附图说明
本发明的其它技术内容、特征及优点，在以下配合参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现，在附图中：
图1具有禁带效应的金属开口谐振环(SSRs)的构造示意图
图2具有禁带效应的金属开口谐振环(SSRs)的微波透射曲线
图3平面倒置F型天线的构造示意图
图4接地板上阴刻六边形开口谐振环的平面倒置F型天线的构造示意图
具体实施方式
参阅图3、图4，本发明的含有负磁导率材料的平面倒置F型天线4包含一接地部31、一由L形贴片321和矩形贴片322组成的平面倒置F型金属贴片32、一天线基板33、一天线输入/出端34、三个金属短路销钉35、负磁导率材料41。
该接地部31，其为刻蚀在天线基板33上的矩形金属铜片，面积大于平面倒置F型金属贴片32的面积，它提供电路接地的特性。
该平面倒置F型金属贴片32，是刻蚀在与接地部31相对的天线基板33的另一面，以适于感应电磁波讯号。
该天线输入/出端34，其与阻抗50Ω的同轴电缆的内导体连接，以对平面倒置F型金属贴片32输入/出高频电流。
该金属短路销钉35，其设在天线输入/出端34旁，且连于金属接地平板，以消除L形、矩形金属贴片之间的耦合。
该具有禁带效应的负磁导率材料41，是阴刻在接地板上的两个不同尺寸的金属开口谐振环(SSRs)，使它们出现禁带效应的中心频率分别在900MHz和1800MHz，且尺寸较大的环的电磁禁带范围为850MHz～1000MHz，尺寸较小的环的电磁禁带范围为1700MHz～1900MHz。
应用时，主要是利用平面倒置F型金属贴片32的组成部分L形贴片321感应四分之一波长电磁波的低频讯号，利用矩形贴片322感应二分之一波长电磁波的高频讯号，以实现手机双频的目的。而具有禁带效应的两个不同尺寸的金属开口谐振环(SSRs)，在手机天线辐射的电磁波激励下会产生电磁禁带效应，且电磁禁带的中心频率与手机天线的工作频率一致。因此削弱天线的表面波损耗，抑制手机本体的寄生辐射，并将寄生辐射的电磁波能量反射回天线二次激发，这样参与天线能量转换的电磁波能量大大增加，天线的接收能力和灵敏度得到提高。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
采用电路板刻蚀技术，在天线的接地板上阴刻两个不同尺寸六边形开口谐振环(图1(a))。对应L形贴片的六边形开口谐振环，内环的内切圆直径为d1＝12.00-12.50mm，外环的内切圆直径为d2＝25.00-26.50mm，开口为g＝2.85-3.00mm，线宽为c＝4.55-4.80mm，其出现禁带效应的中心频率在900MHz。对应矩形金属贴片的六边形开口谐振环，内环的内切圆直径为d1＝6.20-6.50mm，外环的内切圆直径为d2＝13.20-13.70mm，开口为g＝1.50-1.55mm，线宽为c＝2.40-2.50mm，其出现禁带效应的中心频率在1800MHz。平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
实施例二：
采用电路板刻蚀技术，在天线的接地板上阴刻两个不同尺寸方形开口谐振环(图1(b))。对应L形贴片的方形开口谐振环，外环的边长为1＝34.80-36.50mm，内外环间距为d＝3.48-3.65mm，开口为g＝3.48-3.65mm，线宽为c＝3.48-3.65mm，其出现禁带效应的中心频率在900MHz。对应矩形金属贴片的方形开口谐振环，外环的边长为1＝18.10-19.10mm，内外环间距为d＝1.81-1.91mm，开口为g＝1.81-1.91mm，线宽为c＝1.81-1.91mm，其出现禁带效应的中心频率在1800MHz。平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
实施例三：
采用电路板刻蚀技术，在天线的接地板上阴刻两个不同尺寸对称环结构(图1(c))，此对称环结构是两个相同尺寸的开路环对称放置。对应L形贴片的对称环结构，环的长为w＝27.90-29.50mm，环的宽为s＝19.35-20.40mm，开口为g＝2.15-2.30mm，线宽为c＝2.15-2.30mm，环间距为d＝2.15-2.30mm，其出现禁带效应的中心频率在900MHz。对应矩形金属贴片的对称环结构，环的长为w＝14.55-15.30mm，环的宽为s＝10.05-10.60mm，开口为g＝1.12-1.20mm，线宽为c＝1.12-1.20mm，环间距为d＝1.12-1.20mm，其出现禁带效应的中心频率在1800MHz。平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
实施例四：
采用电路板刻蚀技术，在天线的接地板上阴刻两个不同尺寸嵌套结构的谐振环(图1(d))。对应L形贴片的嵌套结构的谐振环，1＝17.70-18.70mm，开口为g＝5.55-5.85mm，线宽为c＝2.75-2.90mm，内外环间距d＝2.75-2.90mm，其出现禁带效应的中心频率在900MHz。对应矩形金属贴片的嵌套结构的谐振环，1＝9.20-9.70mm，开口为g＝2.90-3.05mm，线宽为c＝1.45-1.50mm，内外环间距d＝1.45-1.50mm，其出现禁带效应的中心频率在1800MHz。平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
实施例五：
采用电路板刻蚀技术，在天线的接地板上阴刻两个不同尺寸圆形开口谐振环(图1(e))。对应L形贴片的圆形开口谐振环，内环的半径为r＝7.70-8.50mm，内外环间距为d＝1.05-1.10mm，开口为g＝2.10-2.30mm，线宽为c＝4.10-4.50mm，其出现禁带效应的中心频率在900MHz。对应矩形金属贴片的圆形开口谐振环，内环的半径为r＝3.95-4.25mm，内外环间距为d＝0.50-0.65mm，开口为g＝1.10-1.20mm，线宽为c＝2.10-2.30mm，其出现禁带效应的中心频率在1800MHz。平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利覆盖的范围内。

Claims (3)

1.一种内置式含有负磁导率材料的平面倒置F型手机天线，该天线包含平面倒置F型辐射贴片，金属接地板，负磁导率材料，天线基板，天线输入/出端，金属短路销钉，其特征在于在接地板上阴刻两个不同尺寸的金属开口谐振环(SSRs)构成负磁导率材料。
2.如权利要求1所述的手机天线，其特征是金属开口谐振环(SSRs)的几何结构有五种：
(1)金属开口谐振环为六边形，对应L形贴片的开口谐振环，内环的内切圆直径为d1＝12.00-12.50mm，外环的内切圆直径为d2＝25.00-26.50mm，开口为g＝2.85-3.00mm，线宽为c＝4.55-4.80mm，对应矩形贴片的开口谐振环，内环的内切圆直径为d1＝6.20-6.50mm，外环的内切圆直径为d2＝13.20-13.70mm，开口为g＝1.50-1.55mm，线宽为c＝2.40-2.50mm；
(2)金属开口谐振环为方形，对应L形贴片的开口谐振环，外环的边长为l＝34.80-36.50mm，内外环间距为d＝3.48-3.65mm，开口为g＝3.48-3.65mm，线宽为c＝3.48-3.65mm，对应矩形贴片的开口谐振环，外环的边长为l＝18.10-19.10mm，内外环间距为d＝1.81-1.91mm，开口为g＝1.81-1.91mm，线宽为c＝1.81-1.91mm；
(3)金属开口谐振环为对称环结构，对应L形贴片的开口谐振环，环的长为w＝27.90-29.50mm，环的宽为s＝19.35-20.40mm，开口为g＝2.15-2.30mm，线宽为c＝2.15-2.30mm，环间距为d＝2.15-2.30mm，对应矩形贴片的开口谐振环，环的长为w＝14.55-15.30mm，环的宽为s＝10.05-10.60mm，开口为g＝1.12-1.20mm，线宽为c＝1.12-1.20mm，环间距为d＝1.12-1.20mm；
(4)金属开口谐振环为嵌套结构，对应L形贴片的开口谐振环，l＝17.70-18.70mm，开口为g＝5.55-5.85mm，线宽为c＝2.75-2.90mm，内外环间距d＝2.75-2.90mm，对应矩形贴片的开口谐振环，l＝9.20-9.70mm，开口为g＝2.90-3.05mm，线宽为c＝1.45-1.50mm，内外环间距d＝1.45-1.50mm；
(5)金属开口谐振环为圆形，对应L形贴片的开口谐振环，内环的半径为r＝7.70-8.50mm，内外环间距为d＝1.05-1.10mm，开口为g＝2.10-2.30mm，线宽为c＝4.10-4.50mm，对应矩形贴片的开口谐振环，内环的半径为r＝3.95-4.25mm，内外环间距为d＝0.50-0.65mm，开口为g＝1.10-1.20mm，线宽为c＝2.10-2.30mm。
3.如权利要求1所述的手机天线，其平面倒置F型贴片和接地板采用的金属铜片的厚度为0.02-0.04mm。
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