CN203312460U - 一种多模共形缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及移动通信终端天线领域，具体涉及一种多模共形缝隙天线。所述多模共形缝隙天线，设置于主板上，包括天线贴片、馈电引脚、短路引脚和共形狭缝；所述天线贴片上设置有镂空区域；所述馈电引脚连接主板上的馈电源，短路引脚连接主板的地；在所述天线贴片上锲入有共形狭缝，所述共形狭缝的锲入处位于所述馈电引脚与所述短路引脚之间，所述共形狭缝从锲入处沿所述天线贴片的外边缘背向分离延伸，形成第一狭缝终端和第二狭缝终端。所述多模共形缝隙天线的特殊走线布局能够激励出三个独特的谐振模，每个谐振模都充满天线体积，提高了天线可用空间的利用效率，能够覆盖常用的移动无线通信频段。与传统天线比较，所述多模共形缝隙天线的体积更小，带宽更宽，同时为主板的元器件腾出了更多的空间，拥有良好的可集成性。

Description

一种多模共形缝隙天线

技术领域

本实用新型涉及移动通信终端天线领域，具体涉及一种多模共形缝隙天线。

背景技术

移动通信技术的快速发展，给现代人类社会的资讯交流与沟通带来巨大的便捷和深远的影响。在个人无线通信终端要求能够支持各种全球通信标准和业务的今天，多频段天线的设计凸显其举足轻重的地位。为了满足常用的通信应用，这类现代通信设备的天线应该要尽可能地覆盖更多的频段。而同时，基于目前无线通信终端低剖面，紧凑型的要求，对于主板布局设计提出了更严峻的挑战。在天线可用空间越来越小的情况下，进行技术改进以实现天线的小型化和高度可集成性成为天线技术领域的重点。

目前，最常用的天线是“G”型PIFA天线（Planar Inverted-F Antenna，平面倒F型天线），该天线的走线形式类似于一个大写的英文字母“G”。在“G”型PIFA天线中，一条较长的支路在外围，一条较短的支路在内部，长支路包裹着短支路，形成了“长包短”的布局构造。长支路用于激励低频谐振（如GSM850，GSM900等），短支路用于激励高频谐振（如DCS1800，PCS1900等）。这种天线的优点在于结构简单，技术成熟，方便设计双频覆盖，而且由于激励支路的相对分离独立，较易实现对其单个频段调谐，其缺点在于天线占用了较大的空间，带宽不充分，难以覆盖三频以及三频以上的频段。

为了寻求增加天线带宽的途径，人们发展出了寄生单元技术。在天线的馈电引脚旁引入一个接地金属片与天线并列而不接触，该接地金属片即为寄生单元，通过耦合馈电使得寄生单元产生谐振，从而实现了进一步增强带宽的目的。但是这种天线的缺点也较为突出。这种带寄生单元的天线体积更大，需要专门为寄生单元预留充分的空间，主板上也要为寄生单元设计第三个馈点，造成结构设计有诸多缺陷。而且受实际环境的限制，很多时候寄生单元的第三个谐振并不能良好地被激励出来，同时由于占去了主体天线的部分空间，还会影响到主体天线的走线设计与调谐。

无论是“G”型PIFA天线还是加寄生单元，其设计思路实际上是相同的，本质上是基于一种“空间分用”的概念。“G”型天线中，长支路激励低频谐振，短支路激励高频谐振。而寄生单元也是同样单独激励一个谐振，每一个谐振都是只用到了天线整体空间当中的一个部分。而天线的带宽是与体积呈现一种正相关的联系，即天线的体积越大，其带宽才能越宽。换而言之，“空间分用”的天线设计概念虽然有着结构简明，技术成熟，易于调试的优点，但是天线体积的利用低下，不能实现带宽最优化。

实用新型内容

本实用新型提供一种结构紧凑，能够激励多个谐振模，带宽充分，可以覆盖多个常用无线通信频段的多模共形缝隙天线。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：提供一种多模共形缝隙天线，设置于主板上，其特征在于：包括天线贴片、馈电引脚、短路引脚和共形狭缝；所述天线贴片上设置有镂空区域；所述馈电引脚连接主板上的馈电源，短路引脚连接主板的地；在所述天线贴片上锲入有共形狭缝，所述共形狭缝的锲入处位于所述馈电引脚与所述短路引脚之间，所述共形狭缝从锲入处沿所述天线贴片的外边缘背向分离延伸，形成第一狭缝终端和第二狭缝终端。背向分离延伸的两个分支狭缝始终与天线贴片的外边缘呈共形关系，即天线贴片的外边缘形状如何变化，狭缝的延伸方向也要相应变化。

较优地，所述天线贴片所在平面与主板所在平面平行，所述天线贴片靠近主板边缘设置。

较优地，所述馈电引脚与短路引脚相互平行并垂直设置于主板的边缘。

进一步较优地，所述馈电引脚与短路引脚相互平行并垂直设置于主板的角落位置。

较优地，从所述共形狭缝的锲入处到第一狭缝终端的长度等同于共形狭缝的锲入处到第二狭缝终端的长度，形成了电长度对称相等的格局。从所述共形狭缝的锲入处到第一狭缝终端的长度也可以大致等同于共形狭缝的锲入处到第二狭缝终端的长度。

较优地，所述镂空区域设置于所述天线贴片的中间部位。所述镂空区域的形状根据主板元件布局需要设置，可以是轴对称的，也可以是非轴对称的，可以是矩形、梯形或其他形状，或者多种不同形状的结合。

所述多模共形缝隙天线的馈电结构是一个馈电引脚与一个短路引脚所组成。从电路的叠加原理来看，这种馈电结构是一种非平衡馈电结构。馈电引脚可以分解为两个半幅正相电压源的叠加，短路引脚则可以分解为一个半幅正相电压源与一个半幅负相电压源的叠加，这里的“幅”指的是整个电压源的幅值。由于在无线通信终端当中，主板的地的尺寸通常有限，与工作波长同属一个量级，此时主板的地已经不再是单纯的反射体，而是与天线相结合，形成了一个联合辐射体的构造。因此在分析天线辐射特性时，主板的地同样需要考虑在内。

在低频段例如GSM850，GSM900上，多模共形缝隙天线会激励出一个谐振。由于天线自身的电长度不足，因此需要主板的地的长度来平衡使之产生谐振，使得主板的地在低频的辐射中占支配贡献地位。在该低频谐振上，多模共形缝隙天线的两个引脚上的电流方向是同向的。这一现象的产生，是馈电引脚上的半幅正相电压源与短路引脚上的半幅正相电压源共同作用的结果。因此这个位于低频段上的谐振模为“同相模”in-phase mode。

在高频段上，多模共形缝隙天线会有两个模被激励出来。从低频往高频方向看去，第一个谐振模是由多模共形缝隙天线的共形狭缝的强烈激励作用所产生的，因此该谐振模在狭缝边缘上会显示出极强的电流分布，故该谐振模为“缝模”slit mode。第二个谐振模在多模共形缝隙天线的两个引脚上的电流是逆向的。这是由于馈电引脚上的半幅正相电压源与短路引脚上的半幅负相电压源叠加所产生的结果。因此，该谐振模为“逆相模”reverse-phase mode，位于高频段上的缝模和逆相模综合起来，可以覆盖跨越几百兆赫兹的频带。

并且，电流分布的情况显示出多模共形缝隙天线的每一个谐振模都基本覆盖了整个天线，充分利用了天线的可用体积，实现了“空间复用”的效果。克服了传统PIFA天线空间利用效率不高的缺陷。

多模共形缝隙天线的有益效果在于：通过本实用新型的共形缝隙布局，使得天线的带宽非常充分，远远胜过普通的PIFA天线，也可以达到带寄生单元的PIFA天线的效果，覆盖了常用的无线通信频段；而且，由于天线贴片上的镂空区域的设置，使得与后两者相比较，多模共形缝隙天线的体积要小很多，天线的镂空区域可以用来摆放诸如摄像头，扬声器之类的元器件，节省了主板空间，方便主板布局设计，从而获得了天线体积小，宽频带和更高的可集成化性能的效果。

附图说明

图1为所述天线装配在主板上的示意图；

图2为所述天线的平面展开图；

图3为所述天线的回波损耗图；

图4为所述天线在同相模谐振频点上的表面电流强度分布图；

图5为所述天线在缝模谐振频点上的表面电流强度分布图；

图6为所述天线在逆相模谐振频点上的表面电流强度分布图；

图7为所述天线在同相模谐振频点上的辐射场型；

图8为所述天线在缝模谐振频点上的辐射场型；

图9为所述天线在逆相模谐振频点上的辐射场型。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式。

在本实用新型的实施例中，如图2所示，所述多模共形缝隙天线包括天线贴片1、馈电引脚2、短路引脚3和共形狭缝4，所述天线贴片1上设置有镂空区域11。

如图1所示，所述多模共形缝隙天线设置在主板的正上方，天线贴片1与主板平行，所述馈电引脚2与短路引脚3相互平行并垂直设置于主板的边缘。在本实施例中，较优地，所述馈电引脚2与短路引脚3相互平行并垂直设置于主板的角落位置。所述馈电引脚2连接主板上的馈电源，短路引脚3连接主板的地。

图2显示了本实施例提供的多模共形缝隙天线的走线布局，具体地，在所述天线贴片1上锲入有共形狭缝4，所述共形狭缝4的锲入处位于所述馈电引脚2与所述短路引脚3之间，所述共形狭缝4从锲入处沿所述天线贴片1的外边缘背向分离延伸，形成第一狭缝终端和第二狭缝终端。背向分离延伸的两个分支狭缝4始终与天线贴片1的外边缘呈共形关系，即天线贴片1的外边缘形状如何变化，狭缝的延伸方向也要相应变化。

在本实施例中，如图2所示，从所述共形狭缝4的锲入处到第一狭缝终端的长度等同于共形狭缝4的锲入处到第二狭缝终端6的长度，形成了电长度对称相等的格局。从所述共形狭缝4的锲入处到第一狭缝终端的长度也可以大致等同于共形狭缝4的锲入处到第二狭缝终端6的长度。

在本实施例中，如图2所示，所述镂空区域11设置于所述天线贴片的中间部位。所述镂空区域的形状根据主板元件布局需要设置，可以是轴对称的，也可以是非轴对称的，可以是矩形、梯形或其他形状，或者多种不同形状的结合。在本实施例中，馈电引脚2与短路引脚3之间的间距，馈电引脚2与短路引脚3在主板上的位置，共形狭缝4锲入处到第一狭缝终端和第二狭缝终端的长度，镂空区域11的面积与周长，均为影响天线谐振模的决定因素。

按照上述布局设计天线后，由于馈电结构的非平衡性，以及共形狭缝4的电长度对称性，多模共形缝隙天线会激励出“同相模”，“缝模”以及“逆相模”三个谐振模。馈电引脚2上的半幅正相电压源与短路引脚3上的半幅正相电压源叠加产生“同相模”；共形狭缝4受激励作用产生“缝模”；馈电引脚2上的半幅正相电压源与短路引脚3上的半幅负相电压源叠加产生“逆相模”。

图3示出了本实施例的多模共形缝隙天线的回波损耗图，可以看到天线能够良好地覆盖目前常用的无线移动通信频段：GSM850,GSM900,DCS1800,PCS1900,以及UMTS2100等。

图4、5、6分别示出了所述多模共形缝隙天线在同相模、缝模和逆相模谐振频点上的表面电流强度分布图。可以看到每个谐振模已经基本做到充满整个天线体积，实现了可用空间的最优化利用。

图7、8、9分别示出了所述多模共形缝隙天线在同相模、缝模和逆相模谐振频点上的辐射场型。由于多模共形缝隙天线本质仍是电小天线，因此在低频段同相模谐振点上，辐射主体依然为主板的地，辐射场型与半波偶极子天线类似，为一个苹果状。以主板所在面为XY面，则最大辐射方向所在平面与XZ面平行，如图7所示。在高频段上的第一个谐振点是缝模谐振，由于缝模是共形狭缝4的强烈激励作用，加上主板的地的反射作用，因此辐射场型呈现复杂畸变的形状，如图8所示。而高频段的第二个谐振点是逆相模谐振，逆相模是馈电引脚和短路引脚上的等效电压源的差分作用所产生，场型比较独特，其最大辐射方向所在平面垂直主板所在的XY面，与YZ面平行，辐射场型类似于同相模的辐射场型绕着Z轴旋转了90度，如图9所示。这种辐射场型上的特殊性也有别于传统天线，有时可以用于处理SARSpecific Absorption Rate，比吸收率超标的情况，因为其辐射最大向并不指向人头方向，而是指向手机的顶端和底端。

在本实施例中，天线的馈电引脚和短路引脚的放置在主板的边缘，并且位于角落上。如果不将天线的两个引脚设置在角落，也可以设置在主板的居中位置，但是两个引脚仍需靠近主板边缘放置，这样可以充分利用主板的长度，同时也能够降低Q值，提升辐射性能。

本实用新型中的多模共形缝隙天线可以通过业内常用的五金弹片加塑胶支架热熔固定的方式实现，亦可采用其它导电性能良好的材料制作，以及采用其他诸如柔性印刷电路，激光直接成型，双色注塑，模内注塑等技术实现。上述天线走线形式仅为实现本实用新型的优选方案，并非限定性穷举。例如共形狭缝4的形状并非需要完全共形，镂空区域11的形状也无需严格遵循轴对称，在不脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的替换和微小变化均在本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多模共形缝隙天线，设置于主板上，其特征在于：包括天线贴片（1）、馈电引脚（2）、短路引脚（3）和共形狭缝（4）；所述天线贴片（1）上设置有镂空区域（11）；所述馈电引脚（2）连接主板上的馈电源，短路引脚（3）连接主板的地；在所述天线贴片（1）上锲入有共形狭缝（4），所述共形狭缝（4）的锲入处位于所述馈电引脚（2）与所述短路引脚（3）之间，所述共形狭缝（4）从锲入处沿所述天线贴片（1）的外边缘背向分离延伸，形成第一狭缝终端和第二狭缝终端。

2.根据权利要求1所述的多模共形缝隙天线，其特征在于：所述天线贴片（1）所在平面与主板所在平面平行，所述天线贴片（1）靠近主板边缘设置。

3.根据权利要求1所述的多模共形缝隙天线，其特征是：所述馈电引脚（2）与短路引脚（3）相互平行并垂直设置于主板的边缘。

4.根据权利要求3所述的多模共形缝隙天线，其特征在于：所述馈电引脚（2）与短路引脚（3）相互平行并垂直设置于主板的角落位置。

5.根据权利要求1所述的多模共形缝隙天线，其特征在于：从所述共形狭缝（4）的锲入处到第一狭缝终端的长度等同于共形狭缝（4）的锲入处到第二狭缝终端（6）的长度。

6.根据权利要求1所述的多模共形缝隙天线，其特征在于：所述镂空区域（11）设置于所述天线贴片的中间部位。

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