CN210006894U - 一种适用于手机的5g nr平面天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于手机的5G NR平面天线，其天线部分的辐射体与耦合体面积大小基本相同，以净空区的中心点为界，分别位于两侧。馈电点位于辐射体靠近PCB板中线一侧的边缘，匹配电路位于PCB板非净空区内，与馈电点相连，第一开关位于辐射体靠近PCB板的外侧边缘，第二开关位于馈电点与第一开关之间，第一短路点位于耦合体靠近PCB板外侧边缘，第三开关位于辐射体靠近PCB板中线一侧的边缘。本实用新型能够满足所有5G NR频段，同时也可以满足所有LTE频段需求，结构简单，易于设计，并且可以有效降低人手对天线辐射的吸收，提高手机在手握状态下的天线性能的优点。

Description

一种适用于手机的5G NR平面天线

技术领域

本实用新型涉及5G天线技术领域，具体涉及一种适用于手机的5G NR平面天线。

背景技术

随着通讯技术的不断发展，人们越来越离不开通讯终端。移动终端在人们的日常生活中扮演着重要的角色，多媒体，网络游戏，线上购物，即时通讯，在线支付等，都成为人们日常生活与工作中不可缺少的一部分，移动通讯在我们的日常生活中的角色越来越重要。随着5G技术的开发，更高速率的无线传输即将走进人们的生活，移动终端，尤其是手机在人们的日常生活中将起到更加重要的作用，这就对手机有更高的要求，同样也对手机的天线有着更高的要求。

当前全球移动网络主要的LTE频率为600MHz-960MHz，1420MHz-2690MHz，随着5G技术的发展，5G NR频段，5G毫米波频段也会被利用起来，5G手机的NR频段的频率范围将会拓展至5GHz，而原有的4G频段也与5G NR频段重合。由于人们对手机外观的要求越来越高，手机天线的环境也变得越来越差，传统的PIFA与LOOP天线设计LTE频段已经有很大的困难，新增5G NR频段后，传统的PIFA或者LOOP天线技术就会更加难以满足5G的频段要求。与此同时，人们在使用手机时，会发现人体和人手对于手机的信号强度有着很大的影响，有些时候已经影响到了正常的使用。这是因为传统的PIFA或者LOOP天线的辐射区域比较分散，在手握状态下，天线的主要辐射区域非常容易被人手握住，从而大量吸收天线的辐射，导致天线性能大幅度下降。因此，研发一种适用于5G NR频段，结构简单，易于设计，且人体和人手对天线辐射吸收较小的手机天线，已经成为目前急需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于手机的5G NR平面天线，其能够满足所有5G NR频段，同时也可以满足所有LTE频段需求，结构简单，易于设计，并且可以有效降低人手对天线辐射的吸收，提高手机在手握状态下的天线性能的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种适用于手机的5G NR平面天线，包括PCB板和天线，所述PCB板包括净空区和非净空区，所述非净空区覆有金属层，所述天线在所述PCB板平面正上方，所述天线包括辐射体，耦合体，馈电点，短路点，第一开关点，第二开关点，第三开关点，所述辐射体与所述耦合体位于所述净空区上方且以所述PCB板中线为界位于两侧，所述辐射体与所述耦合体间距为10mm-15mm，所述馈电点设置于辐射体上，所述短路点设置在耦合体上；

所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述PCB板边缘；所述第二开关点位于所述辐射体靠近所述馈电点；所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述PCB板中线一侧。

优选的，所述辐射体与所述耦合体为等面积的长方形，其中一部分与所述PCB板的平面平行，一部分与所述PCB板的平面垂直。

优选的，所述天线部分距离所述PCB板最大距离为3-6mm，所述净空区宽度为3-6mm。

优选的，所述天线还包括有匹配电路，所述匹配电路位于所述非净空区内，与所述馈电点相连。

优选的，所述馈电点距离所述辐射体靠近所述PCB板中线的边缘1-3mm的位置，所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述PCB板边缘1-3mm的位置,所述第二开关点位于所述馈电点和所述第一开关点之间，距离所述馈电点2-4mm。

优选的，所述短路点位于所述耦合体靠近所述PCB板的边缘1-2mm的位置，所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述PCB板中线边缘1-2mm的位置。

优选的，所述匹配电路位于所述PCB板非净空区内，与所述馈电点串联在一起，且所述匹配电路的器件为电容，容值为0.5pf-1.5pf。

优选的，所述第一开关点，所述第二开关点，所述第三开关点均为4T开关，开关要求适用频率范围为300KHz-6GHz，所述辐射体，所述耦合体通过所述第一开关点，所述第二开关点，所述第三开关点可以切换的四路开关器件的不同，能够覆盖低频700MHz-960MHz，中频171MHz-2690MHz，高频3300MHz-5000MHz的带宽。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的天线部分的辐射体与偶合体内不需要设计复杂的线路，只需要根据手机的尺寸设计辐射体与偶合体的长度、宽度与间距，通过连接馈电点的匹配电路，与天线部分的第一开关、第二开关和第三开关的多次切换，便能使辐射体与耦合体通过耦合的方式产生多个谐振，能够满足覆盖5G NR的所有频段，同时能够满足LTE的所有频段，并且能够明显降低人手对天线辐射的吸收，提高手机在手握状态下的天线性能；

2、所述第一开关点，所述第二开关点连接，与所述馈电点相连的所述匹配电路构成天线辐射的主体，通过所述第一开关点，第二开关点开关的切换，能够分别形成低频，中频，高频的宽频5G NR天线的谐振；

3、通过所述第三开关点开关的切换，与所述辐射体耦合形成寄生谐振，能够有效提高天线的带宽，并使天线的辐射区域集中于所述辐射体与所述偶合体中间的位置，在正常使用手机通话时，避免人手握住天线的主要辐射区域，起到降低人手对天线辐射的吸收的作用，提高了手机在手握状态下的天线性能。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例的正视图；

图3为实施例的侧视图；

图4为实施例的俯视图；

图5为实施例的仰视图；

图6为匹配电路图；

图7为实施例的回波损耗图；

图8为实施例的自由空间，左头手，右头手增益对比图；

图9为实施例的辐射方向图；

图10为实施例的人手头衰减值与相同环境下，传统PIFA和LOOP天线的人头手衰减值的对比图。

附图标记：1、非净空区；2、净空区；21、馈电点；22、短路点；23、第二开关点；24、第一开关点；25、第三开关点；26、匹配电路；31、辐射体；32、耦合体。

具体实施方式

参照附图对本实用新型做进一步说明。

一种适用于手机的5G NR平面天线，如图1-图6所示，包括手机的PCB板部分和天线部分，其中PCB板部分包括非净空区1与净空区2，净空区是指PCB板上天线周围及天线垂直于PCB的投影区域内没有覆盖任何金属的区域，非净空区是指PCB板净空区2上不满足净空区定义的区域。所述非净空区覆有金属层。

本实例中，所述天线部分距离所述PCB板最大距离为3-6mm，所述净空区宽度为3-6mm。天线部分到PCB板最大高度为3mm，PCB板长180mm，宽72mm，净空区长72mm，宽3mm，非净空区长177mm，宽72mm，净空区的长边平行与PCB板的宽边。PCB板上净空区宽度最低要求为3mm，高于3mm时天线平均增益会升高。

天线部分位于PCB板净空区2正上方，包括辐射体31，耦合体32，馈电点21，匹配电路26，短路点22，第一开关点24，第二开关点23和第三开关点25。辐射体31与耦合体32呈长方形，面积基本相同，位于净空区2的上方，以PCB板中线为界位于两侧，辐射体31与耦合体32一侧均靠近PCB板边缘，所述辐射体与所述耦合体间距为10mm-15mm，辐射体31与耦合体32间距最好为12mm；

馈电点21，第一开关点24，第二开关点23位于辐射体31区域内的净空区2的正上方，并与辐射体31相连。所述馈电点距离所述辐射体靠近所述PCB板中线的边缘1-3mm的位置，所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述PCB板边缘1-3mm的位置,所述第二开关点位于所述馈电点和所述第一开关点之间，距离所述馈电点2-4mm。最优选取馈电点21距离辐射体31靠近PCB板中线的边缘2mm的位置，最优选取第一开关点24位于辐射体31靠近PCB板边缘1mm的位置,第二开关23点位于馈电点21和第一开关点24之间，最优选取距离馈电点21的距离为2mm。短路点22，第三开关点25位于耦合体32区域的净空区2的上方，并与耦合体32相连。所述短路点位于所述耦合体靠近所述PCB板的边缘1-2mm的位置，所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述PCB板中线边缘1-2mm的位置。最优选取短路点22位于耦合体32靠近PCB板边缘1mm的位置，最优选取第三开关点25位于耦合体32靠近PCB板中线边缘1mm的位置。匹配电路26位于PCB板非净空区1内，与馈电点21串联在一起，且匹配电路26的器件为电容，容值为0.5pf-1.5pf，最优容值选取0.75pf。第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25均为4T开关，4T开关要求适用频率范围为300KHz-6GHz，辐射体31，耦合体32通过第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25的开关器件的不同，能够覆盖低频700MHz-960MHz，中频171MHz-2690MHz，高频3300MHz-5000MHz的带宽。如果更换第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25为6T开关，低频可覆盖至600MHz-960MHz。即在本实例中，匹配电路的器件为0.75pf，当第一开关点24器件为4.7NH，第二开关点23与第三开关点25均为断路的情况下，天线整体谐振为700MHz-800MHz；当第一开关点24器件为1.5NH，第二开关点23为断路，第三开关点25为36NH时，天线整体谐振为790MHz-900MHz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为断路，第三开关点25为22NH时，天线整体谐振为880MHz-960MHz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为3NH，第三开关点25为27PF时，天线整体谐振为1710MHz-2690MHz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为短路，第三开关点25为断路时，天线整体谐振为3300MHz-5000MHz。所述第一开关点24，所述第二开关点23连接，与所述馈电点相连的所述匹配电路26构成天线辐射的主体，通过所述第一开关点24，第二开关点23开关的切换，能够分别形成低频，中频，高频的宽频5G NR天线的谐振；

通过所述第三开关点开关25的切换，与所述辐射体31耦合形成寄生谐振，能够有效提高天线的带宽，并使天线的辐射区域集中于所述辐射体31与所述偶合体32中间的位置，在正常使用手机通话时，避免人手握住天线的主要辐射区域，起到降低人手对天线辐射的吸收的作用，提高了手机在手握状态下的天线性能。

天线还可以添加匹配电路，可以达到增加天线带宽的目的。在本实例中，额外的匹配电路在本实用新型包含的匹配电路26之后，与手机的芯片相连。

当辐射体，耦合体与本实例中的尺寸不同时，改变三个开关的器件，同样能够使天线覆盖全5G NR全频段。如果将开关更换为6T以上的开关时，可以切换更多的频率，得到更佳的天线增益。

因此，如图7-图8表明，基于设计低频覆盖的频率为700MHz-960MHz，平均能够达到-8dBm的平均增益；基于设计中频覆盖的频率为1710MHz-2690MHz，平均能够达到-4dBm的平均增益；基于设计高频覆盖的频率为3300MHz-5000MHz，平均能够达到-5dBm的增益。基于目前的手机天线标准来说，已经可以满足在手机上实现5G NR频段的全频段覆盖。

在本实例中，由辐射体与耦合体共同作用下，天线的辐射集中在辐射体与耦合体中间的位置，在正常使用手机通话时，人手握住此区域的面积最小，人手吸收的天线辐射也更低，所以可以得到较好的人手状态下的天线性能。如图9表明本实例中，天线辐射最大点在辐射体与耦合体中间的位置，人手握住此处的面积最小，起到了降低人手对天线辐射吸收的作用；附图10表明，本实用新型中的天线方案，对比相同环境下的PIFA天线，LOOP天线更加具有良好的手握状态下的天线性能。

由于本实用新型中的天线线路较为简单，开关可调性较强，所以本实用新型在设计时也会有多种的变化，可以应对不同手机的天线环境要求和器件摆放位置的要求，有着广泛的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于手机的5G NR平面天线，包括PCB板和天线，所述PCB板包括净空区(2)和非净空区(1)，所述非净空区(1)覆有金属层，所述天线在所述PCB板平面正上方，其特征在于：所述天线包括辐射体(31)，耦合体(32)，馈电点(21)，短路点(22)，第一开关点(24)，第二开关点(23)，第三开关点(25)，所述辐射体(31)与所述耦合体(32)位于所述净空区(2)上方且以所述PCB板中线为界位于两侧，所述辐射体(31)与所述耦合体(32)间距为10mm-15mm，所述馈电点(21)设置于辐射体(31)上，所述短路点(22)设置在耦合体(32)上；

所述第一开关点(24)位于所述辐射体(31)靠近所述PCB板边缘；所述第二开关点(23)位于所述辐射体(31)靠近所述馈电点(21)；所述第三开关点(25)位于所述耦合体(32)靠近所述PCB板中线一侧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述辐射体(31)与所述耦合体(32)为等面积的长方形，其中一部分与所述PCB板的平面平行，一部分与所述PCB板的平面垂直。

3.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述天线部分距离所述PCB板最大距离为3-6mm，所述净空区(2)宽度为3-6mm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述天线还包括有匹配电路(26)，所述匹配电路(26)位于所述非净空区(1)内，与所述馈电点(21)相连。

5.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述馈电点(21)距离所述辐射体(31)靠近所述PCB板中线的边缘1-3mm的位置，所述第一开关点(24)位于所述辐射体(31)靠近所述PCB板边缘1-3mm的位置,所述第二开关点(23)位于所述馈电点(21)和所述第一开关点(24)之间，距离所述馈电点(21)2-4mm。

6.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述短路点(22)位于所述耦合体(32)靠近所述PCB板的边缘1-2mm的位置，所述第三开关点(25)位于所述耦合体(32)靠近所述PCB板中线边缘1-2mm的位置。

7.根据权利要求4所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述匹配电路(26)位于所述PCB板非净空区(1)内，与所述馈电点(21)串联在一起，且所述匹配电路(26)的器件为电容，容值为0.5pf-1.5pf。

8.根据权利要求1所述的一种适用于手机的5G NR平面天线，其特征在于：所述第一开关点(24)，所述第二开关点(23)，所述第三开关点(25)均为4T开关，开关要求适用频率范围为300KHz-6GHz，所述辐射体(31)，所述耦合体(32)通过所述第一开关点(24)，所述第二开关点(23)，所述第三开关点(25)可以切换的四路开关器件的不同，能够覆盖低频700MHz-960MHz，中频171MHz-2690MHz，高频3300MHz-5000MHz的带宽。

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