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CN102013567A - 一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端 - Google Patents

一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端，内置天线包括天线辐射单元以及分布在印刷电路板上的第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔；第一槽孔和第三槽孔均沿与印刷电路板电流相垂直的方向设置；第二槽孔设置在接地脚与馈入脚之间；第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔均为开口槽孔。由于采用了在印刷电路板上增加槽孔，使之接近天线低频分支部分的中心频率，通过激励印刷电路板产生谐振增大天线低频带宽；天线高频分支部分通过容性耦合激励第三槽孔谐振，与天线自身的高频谐振以及第一槽孔的高频寄生谐振共同组成了新的高频工作带宽；第二槽孔对高低频的输入阻抗起到了匹配微调的作用，以弥补手持产生的频率偏移，优化了移动通信终端的特性。

Description

一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端
技术领域
本发明涉及无线通讯装置的宽频天线领域，更具体的说，改进涉及的是一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端。
背景技术
随着移动通信收发终端向小型化的发展，特别是移动电话的小型化，在将来总是需要尺寸更小的天线。在移动电话领域，最初的外置天线，即伸出外壳很短的一段装置。这种外置天线具有缺点在于，对机械结构较为敏感，容易折断。因此，从设计角度出发，天线应尽可能地隐藏或集成在通信装置的外壳中。这样的内置天线或集成天线必须在其位置上能够覆盖各无线电信道的总带宽。
目前，多种制式的通信标准要求集成天线覆盖频率范围从824MHz到2170MHz；对此特别是手持移动通信终端存在一定问题，即在通话期间可能导致天线产生不同强度的共振偏移，这是由于手持移动通信终端在使用者手中的位置不同所引起的；而这种共振频率偏移必须通过带宽补偿，即天线的带宽要比所需的频带更宽，以补偿由于共振频率偏移时所带来的损耗。而现有技术中，宽频带天线往往都是在其几何尺寸比较大的时候才能满足共振频率偏移时造成的损耗，但是，这明显与移动通信终端的小型化发展方向背道而驰。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端，可在有限的空间内实现相对大的带宽特性，以满足移动通信终端小型化的发展需求。
本发明的技术方案如下：一种五频段和蓝牙的内置天线，其中，包括天线辐射单元以及分布在印刷电路板上的第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔；第一槽孔和第三槽孔均沿与印刷电路板电流相垂直的方向设置；第二槽孔设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚之间；第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔均为开口槽孔。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：印刷电路板的形状呈长方形；天线辐射单元的接地脚与馈入脚的连线沿长方形的长边设置；第一槽孔和第三槽孔均沿长方形的短边设置。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：第二槽孔沿长方形的短边设置。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：第一槽孔的开口端设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚一侧的长方形的长边上；第三槽孔的开口端设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚一侧的长方形的短边上。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：第二槽孔的开口端与第一槽孔的开口端位于长方形的同一长边上。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：第一槽孔的长度小于长方形的短边长度；第三槽孔的长度小于第一槽孔的长度。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：第二槽孔的长度小于第一槽孔的长度。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：天线辐射单元包括低频分支部分；第一槽孔与低频分支部分在印刷电路板上的投影区域部分重叠。
所述的五频段和蓝牙的内置天线，其中：天线辐射单元包括高频分支部分；第二槽孔与高频分支部分在印刷电路板上的投影区域部分重叠；第三槽孔与高频分支部分的开路端在印刷电路板上的投影区域部分重叠。
一种移动通信终端，包括外壳以及设置在外壳内的印刷电路板和内置天线；其中，内置天线包括天线辐射单元以及分布在印刷电路板上的第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔；第一槽孔和第三槽孔均沿与印刷电路板电流相垂直的方向设置；第二槽孔设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚之间；第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔均为开口槽孔。
本发明所提供的一种五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端，由于采用了在印刷电路板上增加槽孔(包括第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔)，以调整其低频谐振模式，使之接近天线低频分支部分的中心频率，通过天线激励印刷电路板产生谐振，由此增大了天线的低频带宽；同时，天线高频分支部分通过容性耦合激励第三槽孔产生谐振，与天线自身的高频谐振以及第一槽孔的高频寄生谐振共同组成了新的高频工作带宽，由此也拓展了高频带宽；此外，介于天线的接地脚与馈入脚之间的第二槽孔，对高低频的输入阻抗还起到了匹配微调的作用，进一步拓展了高频带宽，以弥补因用户手持所产生的频率偏移影响，优化了移动通信终端在手持模式下的特性；从而在有限的空间内实现了相对大的带宽特性，满足了移动通信终端小型化的发展需求。
附图说明
图1是本发明五频段及蓝牙内置天线的立体结构示意图。
图2是本发明五频段及蓝牙内置天线在PCB板部分的平面结构示意图。
图3是本发明五频段及蓝牙内置天线的俯视示意图。
图4是本发明五频段及蓝牙内置天线的回波损耗测试曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
本发明的一种五频段和蓝牙的内置天线，其具体实施方式之一，如图1所示，包括天线辐射单元120以及分布在印刷电路板110上的第一槽孔160、第二槽孔130和第三槽孔170；第一槽孔160和第三槽孔170均沿与印刷电路板110电流相垂直的方向设置；第二槽孔130设置在天线辐射单元120的接地脚140与馈入脚150之间；第一槽孔160、第二槽孔130和和第三槽孔170均为开口槽孔。
基于上述五频段和蓝牙的内置天线，本发明还提出了一种移动通信终端，包括外壳以及设置在外壳内的印刷电路板110和内置天线；其中，内置天线包括天线辐射单元120以及设置在印刷电路板110上的第一槽孔160、第二槽孔130和第三槽孔170；第一槽孔160和第三槽孔170沿与印刷电路板110电流相垂直的方向设置；第二槽孔130设置在天线辐射单元120的接地脚140与馈入脚150之间；第一槽孔160、第二槽孔130和第三槽孔170均为开口槽孔。
与现有技术中的宽频带天线及其移动通信终端相比，本发明所提供的五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端，由于采用了在印刷电路板110上增加槽孔(包括第一槽孔160、第二槽孔130和第三槽孔170)，以调整其低频谐振模式，使之接近天线低频分支部分的中心频率，通过天线激励印刷电路板110产生谐振，由此增大了天线的低频带宽；同时，天线高频分支部分通过容性耦合激励第三槽孔170产生谐振，与天线自身的高频谐振以及第一槽孔160的高频寄生谐振共同组成了新的高频工作带宽，由此也拓展了高频带宽；此外，介于天线的接地脚140与馈入脚150之间的第二槽孔130，对高低频的输入阻抗还起到了匹配微调的作用，进一步拓展了高频带宽，以弥补因用户手持所产生的频率偏移影响，优化了移动通信终端在手持模式下的特性；从而在有限的空间内实现了相对大的带宽特性，满足了移动通信终端小型化的发展需求。
以平面倒F型天线作为天线辐射单元120为例，在本发明五频段和蓝牙的内置天线及其移动通信终端的优选实施方式中，如图1所示，天线辐射单元120上有两个终端开路的分支部分，其工作原理是四分之一波长谐振；外侧较宽长度较短的是高频分支部分，内侧较窄长度较长的是低频分支部分。因天线辐射单元120受到尺寸的限制，其本身谐振的带宽通常情况下无法满足多种通信制式对无线信道的需求，尤其在低频段；故在此情况下，可将天线辐射单元120可看作一个激励印刷电路板110的激励单元，并利用印刷电路板110尺寸较大的优势，使其成为低频段的谐振模式。
优选地，如图2所示，印刷电路板110的形状可呈纵向的长方形；天线辐射单元120的接地脚140与馈入脚150的连线沿该长方形的长边设置；第一槽孔160沿该长方形的短边设置。
因为印刷电路板110上的纵向电流，即沿该长方形的长度方向的电流，往往具有较高的辐射效率，而低频段的辐射性能也主要由印刷电路板110的纵向电流决定。所以改变印刷电路板110上的纵向电流的谐振频率，使之更接近低频段的中心频率，一方面可以提高辐射效率，另一方面还可以增加低频的带宽。
具体的，可在与纵向电流相垂直的方向上加载第一槽孔160，改变电流流向，强迫电流环绕第一槽孔160流过，等效于加长了纵向电流的长度。例如，将第一槽孔160的方向与印刷电路板110的宽度方向相平行设置，但并不完全截断印刷电路板110。此时，第一槽孔160在天线辐射单元120的低频分支部分激励下，与天线辐射单元120自身的谐振在电路上等效为两个谐振电路的并联，其带宽可以覆盖GSM850和GSM900频段，此处的GSM(Global System for Mobile Communications)意思是全球移动通讯系统。
进一步地，如图2所示，第一槽孔160的开口端设置在天线辐射单元120的接地脚140与馈入脚150一侧的长方形的长边上。第一槽孔160的长度不超过长方形的短边长度设置。
具体的，第一槽孔160的长度可按照接近于高频段的四分之一波长设计，一段短路，一段开路，使其四分之一谐振频率位于高频段的工作频带内，由其产生的谐振可帮助增加高频段的带宽，以使其带宽可以覆盖DCS1800(Digital Cellular System at 1800MHz，1800MHz数字蜂窝系统)和PCS(Personal Communications System operating in the 1900MHz band，1900MHz个人通讯系统)频段。
进一步地，如图3所示，第一槽孔160在高度方向上可与天线辐射单元120的低频分支部分重合，以达到与天线辐射单元120进行有效电容耦合之目的；换句话说，第一槽孔160在印刷电路板110上的位置，可与低频分支部分在印刷电路板110上的投影区域部分重叠，也可位于天线辐射单元120的低频分支部分在印刷电路板110上的投影区域内。
进一步地，如图3所示，第三槽孔170可沿该长方形的短边设置，或者，第三槽孔170也可平行第一槽孔160设置；第三槽孔170的开口端设置在天线辐射单元120的接地脚140与馈入脚150一侧的长方形的短边上；第三槽孔170的长度小于第一槽孔160的长度设置；第三槽孔170与高频分支部分的开路端在印刷电路板110上的投影区域部分重叠。
具体的，第三槽孔170的开口端设置在印刷电路板110的顶端，在高度方向与天线辐射单元2的高频分支的开路端部分重叠。由此，第三槽孔170谐振在UMTS BAND1,2,5,8的接收频段，此处的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)，意思是通用移动通信系统。天线辐射单元120的高频分支部分通过容性耦合可激励起第三槽孔170的谐振电流，与天线辐射单元120自身的高频谐振以及第一槽孔160的高频谐振共同组成新的高频工作带宽，其高频带宽可以覆盖到2.5GHz，可满足蓝牙通信对无线信道的需求。
优选地，如图2所示，第二槽孔130也可沿长方形的短边设置。第二槽孔130的开口端与第一槽孔160的开口端可位于长方形的同一长边上。第二槽孔130的长度小于第一槽孔160的长度设置。
进一步地，如图3所示，第二槽孔130在高度方向上可与天线辐射单元120的高频分支部分重合，以达到与天线辐射单元120进行有效电容耦合之目的；换句话说，第二槽孔130在印刷电路板110上的位置，可与高频分支部分在印刷电路板110上的投影区域部分重叠，也可位于天线辐射单元120的高频分支部分在印刷电路板110上的投影区域内。
之所以将第二槽孔130设置在天线辐射单元120的接地脚1404与天线辐射单元120的馈入脚150之间，其作用在于进行输入阻抗的匹配；适当调整第二槽孔130的长度，可以对高低频的输入阻抗起到微调的作用，尤其是高频段的输入阻抗的匹配调节作用，可以进一步拓展高频的带宽，以弥补由于用户手持时造成的频率偏移，优化移动通信终端在手持模式下的特性。
由此可见，本发明的五频段和蓝牙的内置天线可通过以下方式改善天线的带宽：一方面通过增加第一槽孔160以调整印刷电路板110的谐振模式，使之更加接近低频段的中心频率，进而增大天线的低频带宽；另一方面通过激励第三槽孔170的谐振模式和第一槽孔160自身的四分之一谐振模式，以改善天线的高频带宽；另外通过在平面倒F天线的接地140和馈入引脚150间引入的第二槽孔130，可进一步进行高低频输入阻抗匹配的调整。
而且，天线低频的带宽性能基本由印刷电路板110的尺寸决定，特别是长度；内置天线由于尺寸较小，其自身谐振所覆盖的带宽远不能满足通信制式对信道的需求；然而，印刷电路板110其谐振模式所在的频率更接近天线低频的中心频率，所产生的带宽往往大于内置天线自身谐振的带宽。
因此，有效激励起印刷电路板110的谐振模式是增加天线低频带宽的有效途径。由此，在垂直于印刷电路板110电流方向上开设第一槽孔160，延长电流路径，可以降低印刷电路板110的谐振频率，使之更加接近低频的中心频率，从而改善了内置天线的低频带宽范围。
此外，这个位于印刷电路板110上的第一槽孔160，在高频段可等效成一个四分之一波长的缝隙天线。缝隙天线作为内置天线的寄生单元，产生的谐振可以改善天线的高频带宽。
总之，所述移动通信终端装置的天线在有限的空间下，利用印刷电路板110上的槽孔，改善了内置天线的低频和高频带宽，使得所述天线的带宽可以覆盖到GSM850、EGSM900、DCS、PCS、UMTS band 1,2,5,8，以及蓝牙频段，拓展后的带宽可以补偿由手持状态造成的频率偏移，从而优化了移动通信终端在手持状态下的性能。
试验测试的结果也表明，如图4所示，从其回波损耗的测试曲线上看，本发明五频段和蓝牙的内置天线确实具有足够的带宽以满足GSM850、EGSM900、DCS、PCS、UMTS BAND1,2,5,8以及蓝牙频段的需求。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如，天线辐射单元包括单不限于平面倒F型天线，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于，包括天线辐射单元以及分布在印刷电路板上的第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔；第一槽孔和第三槽孔均沿与印刷电路板电流相垂直的方向设置；第二槽孔设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚之间；第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔均为开口槽孔。
2.根据权利要求1所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：印刷电路板的形状呈长方形；天线辐射单元的接地脚与馈入脚的连线沿长方形的长边设置；第一槽孔和第三槽孔均沿长方形的短边设置。
3.根据权利要求2所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：第二槽孔沿长方形的短边设置。
4.根据权利要求2所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：第一槽孔的开口端设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚一侧的长方形的长边上；第三槽孔的开口端设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚一侧的长方形的短边上。
5.根据权利要求2所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：第二槽孔的开口端与第一槽孔的开口端位于长方形的同一长边上。
6.根据权利要求2所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：第一槽孔的长度小于长方形的短边长度；第三槽孔的长度小于第一槽孔的长度。
7.根据权利要求1所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：第二槽孔的长度小于第一槽孔的长度。
8.根据权利要求1所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：天线辐射单元包括低频分支部分；第一槽孔与低频分支部分在印刷电路板上的投影区域部分重叠。
9.根据权利要求1所述的五频段和蓝牙的内置天线，其特征在于：天线辐射单元包括高频分支部分；第二槽孔与高频分支部分在印刷电路板上的投影区域部分重叠；第三槽孔与高频分支部分的开路端在印刷电路板上的投影区域部分重叠。
10.一种移动通信终端，包括外壳以及设置在外壳内的印刷电路板和内置天线；其特征在于，内置天线包括天线辐射单元以及分布在印刷电路板上的第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔；第一槽孔和第三槽孔均沿与印刷电路板电流相垂直的方向设置；第二槽孔设置在天线辐射单元的接地脚与馈入脚之间；第一槽孔、第二槽孔和第三槽孔均为开口槽孔。
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