CN213026504U - 一种pifa天线阵列及射频天线系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于天线技术领域，提供了一种PIFA天线阵列及射频天线系统，PIFA天线阵列包括：第一接地环形槽、第一天线、第二接地环形槽、第二天线以及隔离环形槽，第一天线的第一端通过第一接地环形槽与接地板连接，第二端开放设置，第一天线的信号馈入点设于其第一端与第二端之间；第二天线的第一端通过第二接地环形槽与接地板连接，第二端开放设置，第二天线的信号馈入点设于其第一端与第二端之间，隔离环形槽设于第一天线和第二天线之间，隔离环形槽的第一侧面与第一接地环形槽连接，与第一侧面相对的第二侧面与第二接地环形槽连接，第三侧面与接地板连接，从而提供一种新型的PIFA天线阵列，在不降低天线性能的情况下使得内置天线具有轻、薄、小的特点。

Description

一种PIFA天线阵列及射频天线系统

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种PIFA天线阵列及射频天线系统。

背景技术

现在随着移动通讯的飞速发展，人们物质生活水平的提高,手持式移动通讯设备已成为日常生活不可或缺的一种工具。各种移动终端设备在社会上的普及率提升速度非常快，而且基于国家新基建中通讯产业鼓励发展的大政策背景下，WIFI6和5G未来是一个获得极大发展空间的巨大市场，超宽带的主干网络带来了丰富的网络信息资源，可以通过这个高速宽带网建立针对个人的各方面的需求信息，也可以让各种企业通过网络实现远程控制等应用场景的新型市场形态，而其中通讯手段最方便、最快捷的方式就是无线接入，因为无线的接入方式节约了大量的网络铺设费用，轻易实现随时随地接入的灵活形式，维护也相对简洁。例如，最新发展的WIFI6技术就是一种超高速超宽带通信技术，此技术通过多天线多端口的MIMO工作模式，而且还具备多频段的系统技术，可以轻易达到5400Mbps的工作速率。

然而，新技术的发展同样带来新的问题，因为速率的提升要求天线数量快速增加，但是产品的内部空间却越来越小，如何实现数量众多的天线共生于狭小的空间，而且还要确保每个天线发挥出预定的作用，为了满足这个新的严酷现实，相应的多天线近距离解耦技术应运而生，现在的内置天线的大部分数使用倒F型天线(PIFA)的拓扑结构，然而，倒F型天线有个很致命的缺陷，整个天线的辐射效率受主板PCB的地面尺寸和形状影响非常大，两个或以上数量的PIFA放在同一个PCB上会产生严重的相互干扰，所以常规的PIFA天线基本上是单天线应用方式，最多能够实现两个PIFA天线远距离对角线布局，间距一般必须达到10个波长的距离，以近似实现远距离地电流归零状态。

通常，天线在其工作频带内，要求具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性和极化特性，而且希望天线体积足够小、成本低廉、便于加工与安装。目前，各种网络通信终端产品的内置式PCB印制天线向着小空间，高性能方向发展，如何设计一种小型化内置天线成为移动通讯发展的难点和瓶颈。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种PIFA天线阵列及射频天线系统，旨在不降低天线性能的条件下提供一种小型化的内置天线。

本申请第一方面提供了一种PIFA天线阵列，包括：

第一接地环形槽；

第一天线，所述第一天线的第一端通过所述第一接地环形槽与接地板连接，所述第一天线的第二端开放设置，所述第一天线的信号馈入点设于所述第一天线的第一端与所述第一天线的第二端之间；

第二接地环形槽；

第二天线，所述第二天线的第一端通过所述第二接地环形槽与所述接地板连接，所述第二天线的第二端开放设置，所述第二天线的信号馈入点设于所述第二天线的第一端与所述第二天线的第二端之间；

隔离环形槽，设于所述第一天线和所述第二天线之间，所述隔离环形槽的第一侧面与所述第一接地环形槽连接，所述隔离环形槽的第二侧面与所述第二接地环形槽连接，所述隔离环形槽的第三侧面与所述接地板连接。

可选的，所述第一接地环形槽和所述第二接地环形槽均为空心环形槽。

可选的，所述第一接地环形槽与所述隔离环形槽垂直。

可选的，所述第一接地环形槽的总长度为0.43λ，其中，λ为波长。

可选的，所述隔离环形槽的边长总长度为0.5λ，其中，λ为波长。

可选的，所述隔离环形槽为中空结构。

可选的，所述第一天线为单辐射振子。

可选的，所述单辐射振子的信号馈入点至所述单辐射振子的第二端的长度为0.2λ，其中，λ为波长。

可选的，所述单辐射振子的信号馈入点至所述单辐射振子的第一端的长度为0.18λ，其中，λ为波长。

本申请的第二方面还提供了一种射频天线系统，包括如上述任一项所述的PIFA天线阵列。

本申请提供的提供的PIFA天线阵列及射频天线系统中，PIFA天线阵列包括：第一接地环形槽、第一天线、第二接地环形槽、第二天线以及隔离环形槽，第一天线的第一端通过第一接地环形槽与接地板连接，第一天线的第二端开放设置，第一天线的信号馈入点设于第一天线的第一端与第一天线的第二端之间；第二天线的第一端通过第二接地环形槽与接地板连接，第二天线的第二端开放设置，第二天线的信号馈入点设于第二天线的第一端与第二天线的第二端之间，隔离环形槽设于第一天线和第二天线之间，隔离环形槽的第一侧面与第一接地环形槽连接，隔离环形槽的第二侧面与第二接地环形槽连接，隔离环形槽的第三侧面与接地板连接，隔离环形槽的第一侧面与隔离环形槽的第二侧面相对设置，从而提供一种新型的PIFA天线阵列，在不降低天线性能的情况下使得内置天线具有轻、薄、小的特点。

附图说明

图1是现有技术中的倒F天线结构示意图。

图2是本实用新型的PIFA天线阵列结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

常规单体的倒F型天线(PIFA)具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点。此类天线具有低轮廓结构，辐射场具有水平和垂直两种极化，另外由于结构紧凑而且具有等方向辐射特性，同时其接地设计点的灵活调整可以有效提高天线的阻抗匹配状态。图1所示是典型的倒F型天线结构图，该天线可以看作是e端短路，a端开路的谐振器，其中，Ground为接地板，c端为馈入点，b端为馈入点c与开路端a的共接点，d端为b端与e端的共接点，所以，a端电压最大，电流为零，e端电压为零，电流最大。由于倒F天线的结构中包含了接地的金属面，可以降低对射频模块中接地金属面的敏感度，因此非常适合用于片上系统。另外，由于倒F天线只需利用金属导体配合适当的馈线来调整天线短路端到接地面的位置，因而制作成本较低，可以直接与PCB电路板焊接在一起。

图2为本申请实施例提供的一种PIFA天线阵列，参见图2所示，本实施例中的PIFA天线阵列包括第一天线40、第一接地环形槽60、第二天线50、第二接地环形槽70以及隔离环形槽120，第一天线40的第一端130通过第一接地环形槽60与接地板10连接，第一天线40的第二端150开放设置，第一天线40的信号馈入点20(参见图2中的左侧的黑色三角形)设于第一天线40的第一端130与第一天线40的第二端150之间，信号馈入点20用于接入馈入信号；第二天线50的第一端140通过第二接地环形槽70与接地板10连接，第二天线50的第二端160开放设置，所述第二天线50的信号馈入点30(参见图2中的右侧的黑色三角形)设于所述第二天线50的第一端140与所述第二天线50的第二端160之间；隔离环形槽120设于所述第一天线40和所述第二天线50之间，隔离环形槽120的第一侧面与第一接地环形槽60连接，隔离环形槽120的第二侧面与第二接地环形槽70连接，隔离环形槽120的第三侧面与接地板10连接，其中，隔离环形槽120的第一侧面与隔离环形槽120的第二侧面相对设置。

在本实施例中，第一天线40的第一端130作为其匹配端，通过第一接地环形槽60接地；第一天线40的第二端150开放设置，作为第一天线40的辐射端；第一天线40的信号馈入点20用于接收馈入信号。参见图1所示，第一接地环形槽60分别与接地板10和隔离环形槽120相连，其中，接地板10作为主地面。第二天线50的第一端140作为其匹配端，通过第二接地环形槽70接地，参见图1所示，第二接地环形槽70分别与接地板10和隔离环形槽120相连。

在一个实施例中，第一接地环形槽60的总长度为0.43λ，其中，λ＝C/f，C为自由空间中的光速，f为天线工作频率，第一接地环形槽60可以作为微带线的特性阻抗长度点，可以有效消除特性与主地面的地电流。进一步的，第一接地环形槽60的另一端与隔离环形槽120相连，然后通过隔离环形槽120的接地点共同接地。

在一个实施例中，第一接地环形槽60和第二接地环形槽70均为空心环形槽。

在本实施例中，第一天线40并没有直接连接在主地面上，利用一种空心环形槽(即第一接地环形槽60)形成模拟有限地面，地电流走向首先顺着环形槽运动，从主接地点100到天线接地点(即第一天线40的第一端130)的运动长度为0.43λ，该运动长度近似为半波长度的微带线，对地电流形成-180度的相位移动，通过相位的移动引导第一天线40向左方辐射，并且第一接地环形槽60的长度为0.43λ，其传输线特性阻抗R_环形槽约为50Ω，与第一天线40的特性阻抗R_天线1实现匹配，这样可以防止第一天线40的辐射阻抗与第一接地环形槽60的特性阻抗不匹配产生的残余地电流通过中间的隔离环形槽120窜入第二天线50，从而形成干扰，降低隔离度。

在一个实施例中，第二天线50并没有直接连接在主地面上，利用第二接地环形槽70形成模拟有限地面，地电流走向首先顺着环形槽运动，运动长度从主接地点110到第二天线50的天线接地点(即第二天线50的第一端140)计算为0.43λ(λ＝C/f，C为自由空间中的光速，f为天线工作频率)，近似为半波长度的微带线，对地电流形成+180度的相位移动，通过相位的移动引导第二天线50向右方辐射，并且第二接地环形槽70的长度为0.43λ(λ＝C/f，C为自由空间中的光速，f为天线工作频率)，其传输线特性阻抗R_环形槽约为50Ω，与第二天线50的特性阻抗R_天线2实现匹配，这样可以防止第二天线50的辐射阻抗与环形槽(即第二接地环形槽70)的特性阻抗不匹配产生的残余地电流通过中间的隔离环形槽120窜入第二天线50，从而形成干扰，降低隔离度。

在一个实施例中，第二接地环形槽70的总长度为0.43λ，第二接地环形槽70的总长度为微带线的特性阻抗长度点，可以有效消除特性与主地面的地电流。

进一步的，第二接地环形槽70的另一端与隔离环形槽120相连，然后通过隔离环形槽120的接地点共同接地。

在一个实施例中，第一接地环形槽60与隔离环形槽120垂直设置。

在本实施例中，第一接地环形槽60与隔离环形槽120垂直设置，隔离环形槽120设于第一接地环形槽60与第二接地环形槽70之间，隔离环形槽120的两个侧面(即第一侧面和第二侧面)分别与第一接地环形槽60和第二接地环形槽70形成连接，同时隔离环形槽120的底部两个末端(即主接地点100和主接地点110)与主地面(即接地板10)形成连接。

在一个实施例中，隔离环形槽120的边长总长度为0.5λ，其中，λ为波长。在本实施例中，隔离环形槽120的边长总长度为主接地点100至主接地点110的长度，该长度为所述PIFA天线阵列的工作频率对应的波长的二分之一，即0.5λ，λ为PIFA天线阵列的工作频率对应的波长。

在一个实施例中，隔离环形槽120为中空结构。

在本实施例中，隔离环形槽120呈“U”型，隔离环形槽120的边长总长度为主接地点100和主接地点110相连的U型槽的长度，具体的，U型槽的两条边的长度相等，每条边长为0.25λ，处于微带线特性阻抗匹配点，确保了隔离环形槽的最高点位置的地电流为零点，杜绝第一天线40和第二天线50相互的残余地电流相互窜扰。

在一个实施例中，第一天线40为单辐射振子。

在一个实施例中，第二天线50为单辐射振子。

在本实施例中，第二天线50的辐射振子向右边开放辐射，其接地端140与模拟有限地的第二接地环形槽70连接，形成对地的阻抗段，同时与中间的隔离环形槽120的间隔段(90)相连，共同接入主地面。

在一个实施例中，单辐射振子的信号馈入点至单辐射振子的第二端的长度为0.2λ，其中，λ为波长。

在一个实施例中，所述单辐射振子的信号馈入点至所述单辐射振子的第一端的长度为0.18λ，其中，λ为波长。

在本实施例中，单辐射振子的长度从第二天线50的信号馈入点30开始至第二天线50的第二端160，其长度等效为0.2λ(λ＝C/f，C为自由空间中的光速，f为天线工作频率)，第二天线50的接地段140与模拟有限地的第二接地环形槽70形成对地的阻抗段，其长度从第二天线50的信号馈入点30到第二天线50的接地段140等效为0.18λ(λ＝C/f，C为自由空间中的光速，f为天线工作频率)，单辐射振子与接地段140的共同匹配，可以形成良好的半波谐振。

在一个实施例中，水平的第一接地环形槽60与第一天线40形成地电流回路，水平的第二接地环形槽70与第二天线50形成地电流回路，其槽总长度对应两个天线的工作频率的1/2波长，从而形成完整的匹配网络。垂直环形槽(即隔离环形槽120)通过两端接地，边长总长度为天线工作频率的1/2波长，为中空结构，可以有效抵消第一天线与第二天线的辐射产生的感应电流，对左右两边天线形成反射壁，从而保证了两个天线的足够隔离度，防止了干扰。

在一个实施例中，通过第一接地环形槽60、第二接地环形槽70以及隔离环形槽120等三个环形槽的设置，可以有效保证第一天线40和第二天线50的的隔离度，防止相互干扰。

进一步的，本实施例中的PIFA天线阵列通过中间环形槽的设置，形成了完整的电信号反射壁，使得两个天线都产生明确的反向辐射方向。

在一个实施例中，第一天线40和第二天线50的辐射端呈阻抗渐变结构。

在一个实施例中，第一天线40和第二天线50均均可以印制在PCB板(印刷电路板)上。

在一个实施例中，本实施例中的PIFA天线阵列为近距离解耦PIFA天线阵列，是一种可以在小空间通过独特的接地方式的改变，实现两个天线组合在一起，第一天线40和第二天线50通过一个环形隔离槽120分割，环形隔离槽120的总边长设定为0.5λ，实现两个天线之间的相互地电流相位完全相反，实现第一天线和第二天线的辐射方向的相互倒向。这样可以极大节约两个天线单独使用所需要预留的空间尺寸。

进一步的，第一天线40和第二天线50都各自通过一个环形槽接入主地面，这两个环形槽的长度都约为微带线的阻抗匹配点，实现了天线对地的残余电流接近于零，脱离了PIFA常规必须依赖主地面形成辐射的方式。

在一个实施例中，第一天线40和第二天线50可以采用五金材料实现生产，安装方式为插件，也可以采用印刷方式制作在主板PCB上，信号输入点与信号线直接相连，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体，提高整个终端设备的便携型和使用方便性。

在一个实施例中，第一天线40和第二天线50由PCB印刷成型于PCB上，直接与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。

在一个实施例中，本实施例中的PIFA天线阵列中的天线本体由五金模具冲压成型，天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体。

在一个实施例中，本实施例中的PIFA天线阵列可以作为一种高增益双频段PIFA平面天线，该PIFA天线阵列包含一个2.4G主辐射段，一个5G主辐射段，例如，第一天线40包括2.4G主辐射段，第二天线50包括5G主辐射段，主辐射段加信号传输段，再加阻抗匹配段和信号馈入段的长度为第一规定频率的1/4波长，同时，信号传输段与阻抗匹配段和信号馈入段的长度为第二规定频率的1/4波长，从而形成双频。天线安装方式为插件，与使用该天线的整机电路的PCB合并为一体，PCB为反射板，达成实现高增益的目标。

在一个实施例中，本实施例中的PIFA天线阵列天线安装方式为组装，天线主体印制在PCB板上，既可以单独制作成PCB天线，安装在机壳的内壁，也可以印制在系统主板上制作成板载天线，两种安装方式都可以通过50欧姆同轴电缆进行馈电，通过同轴电缆线连接到网通终端设备的RF射频系统上进行工作。

在一个实施例中，本申请实施例还提供了一种射频天线系统，该射频天线系统包括如上述任一项实施例所述的PIFA天线阵列。

本申请提供的提供的PIFA天线阵列及射频天线系统中，PIFA天线阵列包括：第一接地环形槽、第一天线、第二接地环形槽、第二天线以及隔离环形槽，第一天线的第一端通过第一接地环形槽与接地板连接，第一天线的第二端开放设置，第一天线的信号馈入点设于第一天线的第一端与第一天线的第二端之间；第二天线的第一端通过第二接地环形槽与接地板连接，第二天线的第二端开放设置，第二天线的信号馈入点设于第二天线的第一端与第二天线的第二端之间，隔离环形槽设于第一天线和第二天线之间，隔离环形槽的第一侧面与第一接地环形槽连接，隔离环形槽的第二侧面与第二接地环形槽连接，隔离环形槽的第三侧面与接地板连接，隔离环形槽的第一侧面与隔离环形槽的第二侧面相对设置，从而提供一种新型的PIFA天线阵列，在不降低天线性能的情况下使得内置天线具有轻、薄、小的特点。

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

Claims (10)

1.一种PIFA天线阵列，其特征在于，包括：

第一接地环形槽；

第一天线，所述第一天线的第一端通过所述第一接地环形槽与接地板连接，所述第一天线的第二端开放设置，所述第一天线的信号馈入点设于所述第一天线的第一端与所述第一天线的第二端之间；

第二接地环形槽；

第二天线，所述第二天线的第一端通过所述第二接地环形槽与所述接地板连接，所述第二天线的第二端开放设置，所述第二天线的信号馈入点设于所述第二天线的第一端与所述第二天线的第二端之间；

隔离环形槽，设于所述第一天线和所述第二天线之间，所述隔离环形槽的第一侧面与所述第一接地环形槽连接，所述隔离环形槽的第二侧面与所述第二接地环形槽连接，所述隔离环形槽的第三侧面与所述接地板连接，其中，所述隔离环形槽的第一侧面与所述隔离环形槽的第二侧面相对设置。

2.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述第一接地环形槽和所述第二接地环形槽均为空心环形槽。

3.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述第一接地环形槽与所述隔离环形槽垂直。

4.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述第一接地环形槽的总长度为0.43λ，其中，λ为波长。

5.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述隔离环形槽的边长总长度为0.5λ，其中，λ为波长。

6.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述隔离环形槽为中空结构。

7.如权利要求1所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述第一天线为单辐射振子。

8.如权利要求7所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述单辐射振子的信号馈入点至所述单辐射振子的第二端的长度为0.2λ，其中，λ为波长。

9.如权利要求7所述的PIFA天线阵列，其特征在于，所述单辐射振子的信号馈入点至所述单辐射振子的第一端的长度为0.18λ，其中，λ为波长。

10.一种射频天线系统，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的PIFA天线阵列。

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