CN216872247U - 一种宽频天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种宽频天线，包括PCB板、印刷于PCB板上的天线辐射体和固定于PCB板上的金属覆盖体，天线辐射体包括主馈电结构、第一耦合结构、第二耦合结构、第一谐振结构和第二谐振结构；主馈电结构第一端与天线馈源连接；第一耦合结构为迂回走线呈“丁”字形的结构辐射体，第一耦合结构的一端与金属覆盖体连接；主馈电结构和第二耦合结构为呈

形的结构辐射体，第二耦合结构的一端与金属覆盖体连接；第一谐振结构和第二谐振结构为呈“L”形的结构辐射体，第一谐振结构的一端与主馈电结构连接，第二谐振结构的一端与第一谐振结构连接。本实用新型实施例实现对5GNRFR1频段的全面覆盖，同时天线具有低剖面和低成本的优势。

Description

一种宽频天线

技术领域

本实用新型实施例涉及集成移动通信技术，尤其涉及一种宽频天线。

背景技术

随着移动通信网络在近年来的不断发展，人们对移动终端的要求也越来越高。以往简单的语音通信和短信已经不能满足人们的日常需求，伴随而来的多媒体、在线游戏、视频点播和移动电视等大流量数据业务等也得到了迅猛发展，这就需要移动终端有越来越多的功能，同样的也需要移动终端的天线能覆盖足够多的频率来满足这种多功能的需求。

目前随着第五代移动通信技术的推广，对天线的频率覆盖提出了进一步的要求：在第五代移动通信5G NR对应FR1和FR2的频段要求中，FR1频段为常规Sub6G频段(FR2为毫米波频段，此处不涉及)，低频最小范围到703MHz,最大到915MHz；中频最小1710MHz,最大到2690MHz；高频最小3300MHz,最大到5000MHz。同时第五代移动通信要求兼容前一代4G通信，4G的频段范围为698MHz～960MHz，1710MHz～2690MHz。市面上现有5G天线单从天线结构设计上很难同时覆盖如上提到的频段范围，最常用的方法是将5G模块的宽频射频支路分开设计，每一条之路涵盖一定频率范围(如一条支路涵盖低频、一条中频一条高频)，射频支路分开设计往往需要引出控制时序和切换开关，所以这种电路设计复杂、成本较高。在具体实现时，天线在设计时往往采用柔性FPC加塑料支架、或金属插件形式，这两种形式都需要单独开模具，天线自身成本高、后期组装复杂，总体拉高了项目设计成本，同时立体结构在高度方向上也占用较大空间。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种宽频天线，采用单层PCB印刷的天线辐射体实现对5GNRFR1频段的全面覆盖，同时天线具有低剖面和低成本的优势。

为达此目的，一方面本实用新型实施例提供了一种宽频天线，包括PCB板、印刷于所述PCB板上的天线辐射体和固定于所述PCB板上的金属覆盖体：

所述天线辐射体包括主馈电结构、第一耦合结构、第二耦合结构、第一谐振结构和第二谐振结构；

所述主馈电结构为呈

形的结构辐射体，所述主馈电结构的一端与天线馈源连接；

所述第一耦合结构为迂回走线呈“丁”字形的结构辐射体，所述第一耦合结构的一端与所述金属覆盖体连接；

所述第二耦合结构为呈

形的结构辐射体，所述第二耦合结构的一端与所述金属覆盖体连接；

所述第一谐振结构和所述第二谐振结构为呈“L”形的结构辐射体，所述第一谐振结构的一端与所述主馈电结构连接，所述第二谐振结构的一端与所述第一谐振结构连接。

可选的，在一些实施例中：

所述主馈电结构包括连接的第一水平枝节和第一竖直枝节，所述第一竖直枝节与所述天线馈源连接。

可选的，在一些实施例中：

所述第一竖直枝节中设置有中空缝隙，所述中空缝隙包括连接的水平缝隙和竖直缝隙。

可选的，在一些实施例中：

所述第一耦合结构包括依序连接的第二水平枝节、第二竖直枝节、第三水平枝节、第三竖直枝节、第四水平枝节和第四竖直枝节，第四竖直枝节的一端与所述金属覆盖体连接。

可选的，在一些实施例中：

所述第二耦合结构包括依序连接的第五水平枝节和第五竖直枝节，所述第五数值枝节的一端与所述金属覆盖体连接。

可选的，在一些实施例中：

所述第一谐振结构包括依序连接的第六竖直枝节和第六水平枝节，所述第六水平枝节的一端与所述第一竖直枝节的中段连接。

可选的，在一些实施例中：

所述第二谐振结构包括依序连接的第七竖直枝节和第七水平枝节，所述第七竖直枝节的上端与所述第第六竖直枝节和第六水平枝节连接。

可选的，在一些实施例中：

所述第六水平枝节和所述第七水平枝节的延伸方向相同，且所述第六水平枝节的长度大于所述第七水平枝节的长度。

可选的，在一些实施例中：

所述第二耦合结构、所述第一谐振结构和所述第二谐振结构位于所述主馈电结构的同一侧，所述第一耦合结构位于所述主馈电结构的另一侧。

可选的，在一些实施例中：

所述第二竖直枝节向下延伸，所述第三水平枝节向所述第二水平枝节延伸，所述第三竖直枝节向下延伸，所述第四水平枝节向所述第三水平枝节延伸，所述第四竖直枝节向下延伸。

本实用新型实施例提供的宽频天线中，包括PCB板、印刷于PCB板上的天线辐射体和固定于PCB板上的金属覆盖体，主馈电结构为呈

形的结构辐射体，主馈电结构的一端与天线馈源连接；第一耦合结构为迂回走线呈“丁”字形的结构辐射体，第一耦合结构的一端与金属覆盖体连接；第二耦合结构为呈

形的结构辐射体，第二耦合结构的一端与金属覆盖体连接；第一谐振结构和第二谐振结构为呈“L”形的结构辐射体，第一谐振结构的一端与主馈电结构连接，第二谐振结构的一端与第一谐振结构连接，通过设置在天线辐射体上的主馈电结构、第一耦合结构、第二耦合结构、第一谐振结构和第二谐振结构协同实现对5GNRFR1频段的全面覆盖，同时天线具有低剖面和低成本的优势。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种宽频天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种宽频天线的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的一种宽频天线的S11参数图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一焊盘称为第二焊盘，且类似地，可将第二焊盘称为第一焊盘。第一焊盘和第二焊盘两者都是焊盘，但其不是同一焊盘。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例一

本实用新型实施例一提供了一种宽频天线，用于通过PCB印刷的天线辐射体实现对5G NR FR1全频段的覆盖。

具体的，如图1所示，为本实用新型实施例一提供的宽频天线的结构示意图，该宽频天线包括PCB板100、印刷于PCB板100上的天线辐射体200和固定于PCB板100上的金属覆盖体300，其中：

天线辐射体200所处的是PCB板100上的净空区，而金属覆盖体300所处的是PCB板100上的非净空区。净空区是PCB板100上天线周围及天线垂直于PCB板100的投影面内无任何器件及金属分布的区域，非净空区是指PCB板100上不满足净空区定义的区域。其中非净空区的金属覆盖体300是形成单极子天线效应的必要条件，无限大地平面为单极子天线镜像另一个谐振臂。在一个优选实施例中，PCB板100的尺寸为：厚1.6mm，板面130.0mm(长)*80.0mm(宽)，净空区占用的尺寸为：56.5mm(长)*19.5mm(宽)，可以理解的是，净空区与非净空区的尺寸能够根据实际情况调整(可能会对天线的性能有一定的影响)，此处仅为示例而非具体限制。

所述天线辐射体200包括主馈电结构210、第一耦合结构220、第二耦合结构230、第一谐振结构240和第二谐振结构250。

所述主馈电结构210为呈

形的结构辐射体，所述主馈电结构210第一端与天线馈源连接。

天线馈源模拟现实中的同轴电缆，天线馈源上端连接代表接通同轴馈线内芯，天线馈源下端连接代表接通同轴馈线外芯，同轴馈线内芯接通天线辐射体，同轴馈线外芯接地。

所述主馈电结构210包括连接的第一水平枝节211和第一竖直枝节212，所述第一竖直枝节212与所述天线馈源连接。

第一竖直枝节212的起始端连接天线馈源，其连接点通常称之为馈电点，馈电点通常设置于PCB板100上净空区与非净空区交界处的中间位置，第一竖直枝节212的延伸方向为远离金属覆盖体300，第一水平枝节211的起始端与第一竖直枝节212的末端连接。

更具体的，在一些实施例中，在主馈电结构210中，还设置有中空缝隙，所述中空缝隙包括连接的水平缝隙213和竖直缝隙214。中空缝隙呈倒“L”形(竖直缝隙214沿竖直方向延伸，水平缝隙213的一端与竖直缝隙214的上端连接且沿与第一水平枝节211相反的方向延伸)，其作用在于改变了主馈电结构210的辐射体结构，阻碍了其上原始电流的流动路径，使得流动路径边长，从而能够缩小主馈电结构210的体积，减小天线的整体尺寸。

所述第一耦合结构220为迂回走线呈“丁”字形的结构辐射体，所述第一耦合结构220的一端与所述金属覆盖体300连接。

此处指的是第一耦合结构220整体呈现“丁”字形，实际是由多段连续的枝节迂回形成，参见图1和图2所示，所述第一耦合结构220包括依序连接的第二水平枝节221、第二竖直枝节222、第三水平枝节223、第三竖直枝节224、第四水平枝节225和第四竖直枝节226，第四竖直枝节226的一端与所述金属覆盖体300连接。

图1和图2中以PCB板100上印刷有天线辐射体200的一面朝外，且天线辐射体200位于金属覆盖体300的上方，此时第一耦合结构220位于主馈电结构210的右侧，也即第四竖直枝节226与金属覆盖体300的连接点(通常称为短路点)位于馈电点的右侧，第二水平枝节221设置于靠近净空区的上侧，第二竖直枝节222连接于第二水平枝节221的右端，且向下延伸，所述第三水平枝节223向所述第二水平枝节222延伸，所述第三竖直枝节224连接于第三水平枝节223的左端，且向下延伸，所述第四水平枝节225向所述第三水平枝节223延伸，所述第四竖直枝节226向下延伸。

所述第二耦合结构230为呈

形的结构辐射体，所述第二耦合结构230的一端与所述金属覆盖体300连接。

参见图1和图2，所述第二耦合结构230包括依序连接的第五水平枝节231和第五竖直枝节232，所述第五竖直枝节232的一端与所述金属覆盖体300连接。第五竖直枝节232与金属覆盖体300的连接点同样称为短路点，为了便于区分，将第四竖直枝节226与金属覆盖体300的连接点称为第一短路点，将第五枝节232与金属覆盖体300的连接点称为第二短路点，第二短路点位于馈电点的左侧。进一步地，如图1和图2所示，第一水平枝节211位于第五水平枝节231和第二水平枝节221之间，第五水平枝节231自与第五竖直枝节的连接点向左延伸。

所述第一谐振结构240和所述第二谐振结构为250呈“L”形的结构辐射体，所述第一谐振结构240的一端与所述主馈电结构210连接，所述第二谐振结构250的一端与所述第一谐振结构240连接。

参见与1和图2，所述第一谐振结构240包括依序连接的第六水平枝节241和第六竖直枝节242，所述第六水平枝节241的一端与所述第一竖直枝节212的中段连接。第六竖直枝节242设置于靠近净空区的左侧，第六水平枝节241连接于第六竖直枝节242的下端，水平向右延伸至第一竖直枝节212的中段。

所述第二谐振结构250包括依序连接的第七水平枝节251和第七竖直枝节252，所述第七竖直枝节252的上端与所述第六竖直枝节242和第六水平枝节241连接。第七竖直枝节252的上端连接于第一谐振结构240的“拐点”，也即第六水平枝节241和第六竖直枝节242的连接点，第七水平枝节251连接于第七竖直枝节252的下端，水平向右延伸，所述第六水平枝节241和所述第七水平枝节251的延伸方向相同，且所述第六水平枝节241的长度大于所述第七水平枝节251的长度。

结合上述各个枝节的具体描述和附图1、附图2可以明确，本实施例提供的宽频天线中，所述第二耦合结构230、所述第一谐振结构240和所述第二谐振结构位250于所述主馈电结构210的同一侧，所述第一耦合结构220位于所述主馈电结构210的另一侧，其中第一耦合结构220、主馈电结构210和第二耦合结构230从右到左依序连接于金属覆盖体300，而第一谐振结构240连接于主馈电结构210，第二谐振结构250连接于第一谐振结构240。

在天线的设计理念中，在同一介质条件下每一个电流流经长度对应一个谐振频点f0，f0频率越高、对应谐振电流流经的路径越短、天线谐振臂越短；f0频率越低、对应谐振电流流经的路径越长、天线谐振臂越长。由于自身倍频影响，对于一个未经弯折阵子的天线，在f0处产生本振的同时，还会在3f0、5f0、7f0…等奇数倍频点附近产生倍频谐振。若将阵子进行弯折，那么未弯折前的奇数倍谐振点就会左右偏移，也即通过弯折，在f0处产生谐振的同时还能控制倍频谐振落在其他想要设计的频点上。基于上述原理，更具体的，在一些实施例中，进一步给出了基于上述实施例提供的宽频天线实现5G NR FR1全频段信号的具体方式，如图3所示，为本实施例提供的宽频天线在0.5GHz～7.0GHz范围上的S11参数示意图，该宽频天线最终在0.73GHz、1.01GHz、1.86GHz、2.215GHz、2.49GHz、3.36GHz、4.4GHz和6.14Ghz产生共计8个谐振点，每个谐振点具有一定的带宽，最终在0.68GHz～1.19GHz、1.66GHz～2.72GHz、3.23GHz～6.70GHz范围内S11<-6dB，形成了良好谐振，覆盖了5G NRFR1全频段并向下兼容4G，实现了宽带化天线设计：

针对0.73GHz谐振点，其主要由第一耦合结构220本振完成，射频信号由天线馈源传输到第一水平枝节211和第一竖直枝节212，再由第一水平枝节211与第二水平枝节221之间的缝隙耦合到第一耦合结构220的环路上，实现了该频点附近的谐振。

针对1.01GHz谐振点，其主要由第一谐振结构240和第二谐振结构250组成的环路本振完成，射频信号由天线馈源传输到第一水平枝节211，再经第一水平枝节211流入第六水平枝节241、第七竖直枝节252和第七水平枝节251，实现了1.01GHz频点附近的谐振。

针对1.86GHz谐振点，其主要由第一竖直枝节212、第一水平枝节211和第六水平枝节241组成的折叠结构本振完成。

针对2.215GHz谐振点，其主要由主馈电结构210本振和第一耦合结构220的倍频完成。

针对2.49GHz谐振点，其主要由第一耦合结构220的倍频完成。

针对3.36GHz谐振点，其主要由1.01GHz谐振的倍频完成，二者的电流路径相同。

针对4.4GHz谐振点，其主要由第二耦合结构230的本振完成，射频信号由天线馈源传输到第一水平枝节211和第一竖直枝节212，再由第一水平枝节211与第五水平枝节231之间的缝隙耦合到第二耦合结构230的环路上，实现了该频点附近的谐振。

针对6.14GHz谐振点，其主要由第一耦合结构220的本多次倍频完成。

本实施例提供了一种宽频天线，包括PCB板、印刷于所述PCB板上的天线辐射体和固定于所述PCB板上的金属覆盖体，通过设置在天线辐射体上的主馈电结构、第一耦合结构、第二耦合结构、第一谐振结构和第二谐振结构协同实现对5GNRFR1频段的全面覆盖，同时天线具有低剖面和低成本的优势。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种宽频天线，包括PCB板、印刷于所述PCB板上的天线辐射体和固定于所述PCB板上的金属覆盖体，其特征在于：

所述天线辐射体包括主馈电结构、第一耦合结构、第二耦合结构、第一谐振结构和第二谐振结构；

所述主馈电结构为呈

形的结构辐射体，所述主馈电结构的一端与天线馈源连接；

所述第一耦合结构为迂回走线呈“丁”字形的结构辐射体，所述第一耦合结构的一端与所述金属覆盖体连接；

所述第二耦合结构为呈

形的结构辐射体，所述第二耦合结构的一端与所述金属覆盖体连接；

所述第一谐振结构和所述第二谐振结构为呈“L”形的结构辐射体，所述第一谐振结构的一端与所述主馈电结构连接，所述第二谐振结构的一端与所述第一谐振结构连接。

2.根据权利要求1所述的宽频天线，其特征在于：

所述主馈电结构包括连接的第一水平枝节和第一竖直枝节，所述第一竖直枝节与所述天线馈源连接。

3.根据权利要求2所述的宽频天线，其特征在于：

所述第一竖直枝节中设置有中空缝隙，所述中空缝隙包括连接的水平缝隙和竖直缝隙。

4.根据权利要求1所述的宽频天线，其特征在于：

所述第一耦合结构包括依序连接的第二水平枝节、第二竖直枝节、第三水平枝节、第三竖直枝节、第四水平枝节和第四竖直枝节，第四竖直枝节的一端与所述金属覆盖体连接。

5.根据权利要求1所述的宽频天线，其特征在于：

所述第二耦合结构包括依序连接的第五水平枝节和第五竖直枝节，所述第五竖直枝节的一端与所述金属覆盖体连接。

6.根据权利要求2所述的宽频天线，其特征在于：

所述第一谐振结构包括依序连接的第六竖直枝节和第六水平枝节，所述第六水平枝节的一端与所述第一竖直枝节的中段连接。

7.根据权利要求6所述的宽频天线，其特征在于：

所述第二谐振结构包括依序连接的第七竖直枝节和第七水平枝节，所述第七竖直枝节的上端与所述第六竖直枝节和第六水平枝节连接。

8.根据权利要求7所述的宽频天线，其特征在于：

所述第六水平枝节和所述第七水平枝节的延伸方向相同，且所述第六水平枝节的长度大于所述第七水平枝节的长度。

9.根据权利要求1所述的宽频天线，其特征在于：

所述第二耦合结构、所述第一谐振结构和所述第二谐振结构位于所述主馈电结构的同一侧，所述第一耦合结构位于所述主馈电结构的另一侧。

10.根据权利要求4所述的宽频天线，其特征在于：

所述第二竖直枝节向下延伸，所述第三水平枝节向所述第二水平枝节延伸，所述第三竖直枝节向下延伸，所述第四水平枝节向所述第三水平枝节延伸，所述第四竖直枝节向下延伸。

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