CN207490099U - 多层小型化天线和通讯设备 - Google Patents

Abstract

一种多层小型化天线和通讯设备，天线形成在依次层叠布置的多层基板上，所述天线包括：带状馈电部、主辐射部和带状接地部，馈电部设于所述多层基板中的顶层基板上，所述馈电部包括与射频链路连接的馈电点；主辐射部设于所述多层基板中，所述主辐射部至少包括顶层金属板和底层金属板，所述顶层金属板形成于所述顶层基板上；接地部设于所述多层基板中任意一层，所述接地部的一端与所述底层金属板电连接，另一端接地。通过层叠式设置主体辐射部，以节省天线的空间体积，使得天线能实现小型化，此天线辐射方向图在垂直于馈线平面上呈现较好的全向性，可根据需求调整馈线方向以获得需要的辐射方向图。

Description

多层小型化天线和通讯设备

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种多层小型化天线和通讯设备。

背景技术

近年来无线通信技术发展迅速，无线通信设备对设备性能和小型化要求也越来越高。天线是无线链路中发射和接收电磁波的关键部件，其性能受周围环境影响较大，需要一定的空间实现良好的辐射性能。在保证天线性能的前提下实现天线的小型化是进一步的实现无线通信设备的小型化的关键之一。

PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板载天线是内置天线的主要类型，传统形式的板载天线难以在缩减尺寸的同时仍然实现优良的性能；而陶瓷天线需要预留相当的禁铺空间和匹配网络，使用时小型化优势体现的不明显，相对印制和插件天线，陶瓷实测辐射效率较低、辐射方向图难以控制、成本高。插件天线通常具有一定的空间体积，在一些尺寸小的移动通信设备中，插件天线的高度常成为插件天线的使用限制。尽管插件天线在PCB板上所需的禁铺面积较小，其对周围金属器件的分布有较高的要求。普通金属插件周围分布高金属器件时，会影响谐振频率和带宽，辐射方向图出现引向或反向等现象。大部分插件天线都是定向天线，全向性能很差，通常需要多个插件天线方向图实现互补以求设计设备某平面上的全向覆盖。

因此，需要开发适应小型化高性能需求的新形式天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多层小型化天线和通讯设备，旨在解决传统天线技术方案小型化时有带宽窄、辐射效率低的问题。

一种多层小型化天线，所述天线形成在依次层叠布置的多层基板上，所述天线包括：

带状馈电部，设于所述多层基板中的顶层基板上，所述馈电部包括具有用于电连接射频电路的馈电点的第一端，和与所述第一端相对的第二端；

主辐射部，所述主辐射部至少包括与所述馈电部的第二端连接的顶层金属板和与所述顶层金属板相对设置且相互耦合的底层金属板，所述顶层金属板形成于所述顶层基板上；及

带状接地部，设于所述多层基板中任意一层，所述接地部的一端与所述底层金属板电连接，另一端接地。

优选地，所述馈电部为直线型布线，或弯折型布线。

优选地，所述接地部为直线型布线，或弯折型布线。

优选地，所述接地部设于所述顶层基板上，通过一过孔与所述底层金属板连接。

优选地，从所述顶层金属板到所述底层金属板，上层的金属板在下层的金属板方向上的投影都落在下层金属板之内。

优选地，所述主辐射部上的下层的金属板在所述顶层基板上的投影的边缘与所述馈电部的第二端相切。

优选地，所述主辐射部还包括至少一层位于所述顶层金属板和所述底层金属板之间的中间层金属板。

优选地，从所述馈电点馈电，电流经过所述馈电部、所述主辐射部、所述接地部回所述馈电点的电流回路总长度在1/4λ至1/2λ之间，其中λ为所述天线工作频率对应电磁波在自由空间中传播的波长。

优选地，所述馈电部位于所述主辐射部的第一侧，并自所述第一侧沿第一方向向外延伸；所述接地部位于所述主辐射部的第一侧之外的任一侧，并自所述任一侧沿第二方向向外延伸，且所述第一方向和第二方向不相交。

此外，还提供了一种通讯设备，包括设置有射频电路的电路板，所述电路板开设有一禁铺区域，上述的多层小型化天线布设在所述禁铺区域内。

上述的多层小型化天线通过层叠式设置主体辐射部，以节省天线的空间体积，使得天线能实现小型化，另外，实际应用中，可通过弯折馈电部和接地部延长电流路径降低谐振频率，从而进一步实现天线小型化；此天线辐射方向图在垂直于馈线平面上呈现较好的全向性，可根据需求调整馈线方向以获得需要的辐射方向图。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的多层小型化天线结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的多层小型化天线结构示意图；

图3为图2所示的多层小型化天线在2.45GHz频率垂直于馈电部平面上的天线辐射方向图；

图4为图2所示的多层小型化天线S11参数曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2，示出了本实用新型较佳实施例提供的多层小型化天线，可以应用在通信设备10上，通信设备10包括设置有射频电路的电路板11，电路板11开设有一禁铺区域12，多层小型化天线布设在禁铺区域12内。具体地，天线形成在依次层叠布置的多层基板上，多层基板的材质可以选用FR-4、PTFE、CEM-1等，选择介电常数高的材质可进一步实现天线小型化。这里选择常用的介电常数为4.4的1mm厚FR-4材质四层板作为天线的多层基板。

禁铺区域12开设在电路板11的角落。禁铺区域12外侧属于电路板11的边缘(图示灰色部分边缘)铺铜区域为天线地板。设计天线时通常在金属结构与天线地板之间预留0.5mm以上的距离，以防裁剪电路板11时对铜皮造成破损。在一个实施方式中，禁铺区域12尺寸为8mm*10mm。

具体地，天线包括带状的馈电部100、主辐射部200和带状的接地部300。馈电部100设于多层基板中的顶层基板上，馈电部100包括具有用于电连接射频电路的馈电点101的第一端，和与第一端相对的第二端；主辐射部200设于多层基板上，主辐射部200至少包括与馈电部100的第二端连接的顶层金属板201和与顶层金属板201相对设置且相互耦合的底层金属板202，顶层金属板210形成于顶层基板上；接地部300设于多层基板中任意一层，接地部300的一端与底层金属板202电连接，另一端接地。

从馈电点101处给天线馈电，电流经过馈电部100，主辐射部200的顶层金属板201、底层金属板202上，接地部300回到禁铺区域12边缘流回馈电点101形成较完整的电流回路，电流回路总长度在1/4λ至1/2λ之间，其中λ为天线的波长。优选地，接地部300设于顶层基板上，通过一底层至顶层的过孔400与底层金属板202连接。

调节多层小型化天线底层至顶层的过孔400的位置和接地部300的长度能够明显改变天线的谐振频率。过孔400连接底层金属板202和顶层接地部300，过孔400的位置越远离馈电部100的第二端，电流流经的路径就越长，天线的谐振频率也就越低。同理，接地部300的长度越长，电流路径越长，天线的谐振频率越低。

可以理解的是，实际应用中天线的主辐射部200至少有两层金属板，顶层金属板201和底层金属板202；优选地，主辐射部200还包括至少一层位于顶层金属板201和底层金属板202之间的中间层金属板203。另外，至多可在多层基板的每层金属层上都构建金属板结构。

在一个实施例中，馈电部100位于主辐射部200的第一侧，并自第一侧沿第一方向向外延伸；接地部300位于主辐射部200的第一侧之外的任一侧(图2、3示实施例中为第一侧相邻的一侧)，并自任一侧沿第二方向向外延伸，且第一方向和第二方向不相交。具体地，请参阅图1，在一种应用示例中，在满足空间的情况下，馈电部100为直线型布线，接地部300为直线型布线。请参阅图2，在另一种应用示例中，为节省空间的情况下，馈电部100为弯折型布线，接地部300为弯折型布线。

包括馈电部100和主辐射部200的天线多层金属结构主要用于调节天线匹配和改变天线谐振频率。顶层基板上的馈电部100连接馈电点101，并向下层属于主辐射部200的金属板耦合馈电，是调节天线匹配的关键结构。

而主辐射部200的各层金属板的正对面积共同决定天线的输入阻抗。本实施例中，从顶层金属板201到底层金属板202，上层的金属板在下层的金属板方向上的投影都落在下层金属板之内。另外，进一步地，所述主辐射部200上的下层的金属板(包括中间层金属板203和底层金属板202)在顶层基板上的投影的边缘与馈电部100的第二端相切。本实施例中，顶层金属板201在中间层金属板203方向上的投影落在顶层金属板201之内。中间层金属板203在底层金属板202方向上的投影落在底层金属板202之内。另外，增加下层金属层层数，延长了电流路径，可将天线频率做得更低；同时增加的下层金属也为调节增加了更多的变量，降低了在微小的范围内调节天线谐振频率的难度。由于印制板载小型化天线的谐振频率易受周围器件和地板的影响，当周围器件或整体尺寸改变时，同样结构的天线匹配和谐振频率可通过改变各金属板尺寸重新进行调节。

禁铺区域12面积是影响此新型多层小型化天线带宽的主要因素。禁铺区域12面积越大，天线主辐射部200的多层金属结构与电路板11(底板)之间的距离越远，天线则更易实现更宽的带宽。图1中给出的新型多层小型化天线的禁铺为8mm*10mm，仿真带宽为150MHz满足实际2.4G天线使用要求。若需在更小的禁铺区域12内应用此天线且对天线带宽要求不高时，在加工精度允许的前提下，保证禁铺区域12宽度大于等于8mm，可通过弯折接地部300和馈电部100压缩禁铺区域12长度，减小禁铺区域12，如图2中给出的多层小型化天线，其禁铺区域12为8mm*8mm。这种天线仿真带宽仅为123MHz，较8mm*10mm的天线带宽减小了27MHz。

实际应用中，天线的具体尺寸可根据需求做修改，以上讨论的新型多层小型化天线方案示例的尺寸可用作参考。此方案中的新型多层小型化天线特性总结如下：应用其特殊结构能实现天线小型化；底层基板至顶层基板的过孔400的位置和接地部300的长度能够明显改变天线的谐振频率；可通过调整顶层基板上的馈电部100调节天线阻抗，实现与50Ω微带线匹配；天线带宽由禁铺区域12面积决定；可通过弯折馈电部100和接地部300延长电流路径降低谐振频率，从而进一步实现天线小型化。另外，请参阅图3，此天线辐射方向图在垂直于馈电部100平面上呈现较好的全向性，可根据需求调整馈电部100方向以获得需要的辐射方向图，单位：dBi。请参阅图4，图1示例的天线工作频率为2.4GHz至2.5GHz，中心频率为2.45GHz，带宽150MHz，天线效率较高。

上述的多层小型化天线通过层叠式设置主体辐射部，以节省天线的空间体积，使得天线能实现小型化，另外，实际应用中，可通过弯折馈电线和接地线延长电流路劲降低谐振频率，从而进一步实现天线小型化；此天线辐射方向图在垂直于馈线平面上呈现较好的全向性，可根据需求调整馈线方向以获得需要的辐射方向图。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层小型化天线，其特征在于，所述天线形成在依次层叠布置的多层基板上，所述天线包括：

带状馈电部，设于所述多层基板中的顶层基板上，所述馈电部包括具有用于电连接射频电路的馈电点的第一端，和与所述第一端相对的第二端；

主辐射部，设于所述多层基板上，所述主辐射部至少包括与所述馈电部的第二端连接的顶层金属板和与所述顶层金属板相对设置且相互耦合的底层金属板，所述顶层金属板形成于所述顶层基板上；及

带状接地部，设于所述多层基板中任意一层，所述接地部的一端与所述底层金属板电连接，另一端接地。

2.如权利要求1所述的多层小型化天线，其特征在于，所述馈电部为直线型布线，或弯折型布线。

3.如权利要求1或2所述的多层小型化天线，其特征在于，所述接地部为直线型布线，或弯折型布线。

4.如权利要求1或2所述的多层小型化天线，其特征在于，所述接地部设于所述顶层基板上，通过一过孔与所述底层金属板连接。

5.如权利要求1所述的多层小型化天线，其特征在于，从所述顶层金属板到所述底层金属板，上层的金属板在下层的金属板方向上的投影都落在下层金属板之内。

6.如权利要求5所述的多层小型化天线，其特征在于，所述主辐射部上的下层的金属板在所述顶层基板上的投影的边缘与所述馈电部的第二端相切。

7.如权利要求1或5所述的多层小型化天线，其特征在于，所述主辐射部还包括至少一层位于所述顶层金属板和所述底层金属板之间的中间层金属板。

8.如权利要求1或5所述的多层小型化天线，其特征在于，从所述馈电点馈电，电流经过所述馈电部、所述主辐射部、所述接地部回所述馈电点的电流回路总长度在1/4λ至1/2λ之间，其中λ为所述天线工作频率对应电磁波在自由空间中传播的波长。

9.如权利要求1所述的多层小型化天线，其特征在于，所述馈电部位于所述主辐射部的第一侧，并自所述第一侧沿第一方向向外延伸；所述接地部位于所述主辐射部的第一侧之外的任一侧，并自所述任一侧沿第二方向向外延伸，且所述第一方向和第二方向不相交。

10.一种通讯设备，包括设置有射频电路的电路板，其特征在于，所述电路板开设有一禁铺区域，权利要求1至9任一项所述的多层小型化天线布设在所述禁铺区域内。