CN103117456B

CN103117456B - 一种增强带宽重构天线

Info

Publication number: CN103117456B
Application number: CN201310054437.9A
Authority: CN
Inventors: 何其娟; 孙劲; 李立忠
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: CN103117456A

Abstract

一种增强带宽重构天线，辐射部分包括产生低频谐振频率的第一辐射区域、产生第一高频谐振频率的第二辐射区域及产生第二高频谐振频率的第三辐射区域；电气连接部分包括位于第一辐射区域的电气连接单元、通断射频信号的开关器件和电抗器件，开关器件内存在用于与PCB板连接的射频接地端，以形成信号回路，当开关器件开或关时直接使得第一辐射区域的电气连接单元接地或悬空，在第一低频谐振频率和第二低频谐振频率之间进行切换。本发明以此最大限度获得天线的效率带宽。而且，本发明产生第一高频谐振频率的第二辐射区域及产生第二高频谐振频率的第三辐射区域，可以在开关器件的开或关，均存在完整的第一高频谐振频率和第二高频谐振频率。

Description

一种增强带宽重构天线

技术领域

本发明涉及一通信天线,尤其涉及一种增强带宽重构天线。

背景技术

小型化多频段内置天线一直是手持通信终端天线的发展方向。已有的天线形式包括多频单极子天线(monopoleantenna)，单环或双环天线(singleloopanddualloopantenna)，倒置折叠天线(IFA),平面倒置折叠天线(PIFA)。这些天线类型在不同的手持通信终端环境中各有其使用的条件和性能。根据不同的要求可以选择不同的天线形式。

通常移动终端设备包括GSM850/900，DCS，PCS，UMTS，其频率范围0.824GHz-0.96GHz，1.71GHz-2.17GHz。常规移动终端设备为达到上述频率覆盖,都存在”净空区域”,以改善天线的环境,增加天线的辐射性能。随着智能机的飞速发展,越来越多大尺寸的显示屏的使用,手机的”净空区域”面临消失。常规移动终端设备在不改变原有尺寸的基础上要实现如此宽的高低频带宽相当难。由于移动终端设备的低频基本上取决于移动终端设备地板PCB(PrintedCircuitBoard)尺寸,在不改变地板PCB尺寸几乎无法实现低频全频段覆盖0.824GHz-0.96GHz,如图1所示,仅能实现GSM850或者GSM900一个频段覆盖要求。天线形式由于地的影响,几乎只能选择平面倒置折叠天线(PIFA)。平面倒置折叠天线(PIFA)的带宽窄是众所周知的,这一难点,成为制约大尺寸显示屏智能机更广应用的瓶颈。

在申请号为200580009391.2、发明名称为“天线构形”的中国专利中公开了一种天线构形,其优选用于电信设备,并包括第一谐振器结构和与第一谐振器结构电容性耦合的第二谐振器结构(RS)。建议为该天线构形提供控制电极和切换级,所述控制电极通过切换级可切换接地(G),并且所述切换级可以改变这两个谐振器结构(6,RS)的电容性耦合,并由此改变天线构形的谐振频率,并使之有可能在第一频率范围和第二频率范围之间切换,用于增强带宽并实现天线构形的改进匹配。

在申请号为03805141.9、发明名称为“宽带平面倒F天线”的中国专利中公开了一种方案，即单频带平面倒F天线(PIFA)结构包括具有第一区域的平面辐射单元,以及具有与辐射单元的第一区域基本上平行的第二区域的接地平面。第一导电线在位于辐射单元一面的边缘的第一接触点处耦合到辐射单元。也将第一线耦合到接地平面上。第二导电线在位于沿着与第一线相同的一侧、但在边缘上与第一接触点不同的位置处的第二和第三接触点处耦合到辐射单元。通过使用多接触点位置将第二导电线耦合到辐射单元上使得PIFA的有效带宽增加。第一和第二线适配于在PIFA的工作频率上耦合到例如50欧姆的理想的阻抗上。

但是，如何利用现有的PCB板模式最大限度的获得天线的效率带宽还是一种当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用现有的PCB板模式增强天线的效率带宽的增强带宽重构天线。

一种增强带宽重构天线，包括PCB板和天线部分，天线部分位于PCB板的上方，天线部分进一步包括辐射部分、接地部分、电气连接部分，其中：

辐射部分，包括产生低频谐振频率的第一辐射区域、产生第一高频谐振频率的第二辐射区域及产生第二高频谐振频率的第三辐射区域，所述第三辐射区域设置于所述第二辐射区域侧，第三辐射区域为寄生辐射片,可延伸与PCB板相连，并设置寄生接地点，在第三辐射区域内还设置用于调节高频第二谐振频率的第四槽,第一辐射区域和第二辐射区域与馈电部分连接；

接地部分，用于辐射部分与地相连接；

电气连接部分：包括位于第一辐射区域的电气连接单元、通断射频信号的开关器件和电抗器件，电气连接单元通过电抗器件与开关器件连接，或者电抗器件集成在开关器件内，所述电气连接单元直接连接开关器件，开关器件内存在用于与PCB板连接的射频接地端，以形成信号回路，当开关器件开或关时直接使得第一辐射区域的电气连接单元接地或悬空，在第一低频谐振频率和第二低频谐振频率之间进行切换；

第一辐射区域和第二辐射区域相连，位于一定高度的水平方向，并且第一辐射区域和第二辐射区域之间开设以调节高低频阻抗和低频谐振频率的第一槽，所述电气连接单元位于该槽内，并且位于第一辐射区域内；

第二辐射区域内开设用以调节高频第一谐振频率的第二槽，第一槽和第二槽相连，开口为同一方向。

较佳地，开关器件上还集成用于与移动终端信号互连的控制接口。

较佳地，电抗器件包括电容性器件，电感性器件。

较佳地，开关器件为射频开关管或PIN二极管。

较佳地，第三辐射区域与第二辐射区域之间设置用于调节高频第一谐振频率与高频第二谐振频率耦合系数的第三槽。

较佳地，电气连接单元与PCB板边缘存在一定距离，并且，所述电气连接单元离馈电部分的距离比接地点远，并且距离是可调节的。

较佳地，天线部分位于PCB板上方小于等于5mm，并且位于第一辐射区域的正下方设置天线空间内部件，距离PCB板边缘一定位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明在电气连接部分设置一开关器件，当开关器件开或关时直接使得第一辐射区域的电气连接单元接地或悬空，在第一低频谐振频率和第二低频谐振频率之间进行切换。本发明可设置第一低频谐振频率、第二低频谐振频率位于低频0.8GHz到1GHz，通过开关器件的开或关，直接使得低频工作在第一低频谐振频率或第二低频谐振频率上，以此最大限度获得天线的效率带宽。

接着，本发明产生第一高频谐振频率的第二辐射区域及产生第二高频谐振频率的第三辐射区域，可以在开关器件的开或关，均存在完整的第一高频谐振频率和第二高频谐振频率。

其次，本发明可以将电抗器件直接集成在开关器件上，以更好地节约空间。

附图说明

图1为常规PIFA天线频率响应图；

图2为本发明一种天线实施范例示意图；

图3为本发明一种天线实施例侧视图；

图4为本发明一种天线实施例部分结构正视图；

图5为本发明电气连接部分一种电气连接方式示意图；

图6为电气连接部分第二种电气连接方式示意图；

图7为本发明天线频率响应图；

图8为本发明天线实测效率图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

辐射部分，包括产生低频谐振频率的第一辐射区域、产生第一高频谐振频率的第二辐射区域及产生第二高频谐振频率的第三辐射区域，第一辐射区域和第二辐射区域与馈电部分连接；

接地部分，用于辐射部分与地相连接；

电气连接部分：包括位于第一辐射区域的电气连接单元、通断射频信号的开关器件和电抗器件，电气连接单元通过电抗器件与开关器件连接，或者电抗器件集成在开关器件内所述电气连接单元直接连接开关器件，开关器件内存在用于与PCB板连接的射频接地端，以形成信号回路，当开关器件开或关时直接使得第一辐射区域的电气连接单元接地或悬空，在第一低频谐振频率和第二低频谐振频率之间进行切换。

应用例

参考图2，本天线系统包括手持终端的PCB(Printedcircuitboard)板300，天线部分200。天线部分200位于PCB板300一端及其上方空间,本实施例中,天线位于PCB板300上方小于等于5mm高度的空间,优选PCB板300宽度60mm长度为100mm。

天线部分200包括辐射部分205,206，211、接地部分202、215及电气连接部分。

辐射部分包括第一辐射区域(包括辐射片206)、第二辐射区域(包括辐射片205)、第三辐射区域(包括辐射片211)，辐射片206和辐射片205相连，并连通馈电部分FP。

辐射片205位于一定高度的水平方向，辐射片205与辐射片206相连,辐射片205产生高频第一谐振频率f1,辐射片206为低频辐射片,辐射片205和辐射片206通过天线辐射片204、连接部分201连接到馈电FP。天线辐射片205和辐射片206向PCB板300边缘延伸天线辐射片204,并与连接部分201处于同一平面。

辐射片205与辐射片206之间开第一槽209,第一槽209采用的是L型，但也不局限于L型，其主要用以调节高低频阻抗和低频谐振频率,辐射片205内部开第二槽207,第二槽207采用的是L型槽，也不仅局限于L型槽，其主要用于调节高频第一谐振频率f1,第一槽209与第二槽207相连,开口为同一方向。

天线辐射片211为寄生辐射片,通过辐射片212和部分215与PCB板300相连,与天线辐射片205间隔一定宽度的第三槽210。天线辐射片211延伸至PCB板300边缘与辐射片213相连。第四槽214位于辐射片211内部,开口位置位于部分212旁,用于调节高频第二谐振频率f2,第三槽210调节高频第一谐振和第二谐振的耦合系数。

位于第一辐射区域的电气连接单元203用于电气连接，电气连接单元203采用的材质为可以用于电气连接的材质。优选位置如图3所示,与PCB板300边缘存在一定距离,如图4,电气连接单元203与接地点202,馈电点FP和寄生接地点215位置如图所示。图2为透视图，电气连接单元203位于接地点202的左上方，图3为主视图，电气连接单元203和接地点202均垂直于XZ平面，电气连接单元203和接地点202平行说明电气连接单元203和接地点202均位于XY平面，且在X方向有一定距离。电气连接单元203离馈电点FP的距离比接地点202远,且距离根据具体情况调节。如果低频第二谐振频率f02高于设计频率，则减小电气连接单元203与离馈电点FP和接地点的距离。如果低频第二谐振频率f02低于设计频率，则增加电气连接单元203与离馈电点FP和接地点的距离。接地点与馈电点FP的距离用于调节低频第一谐振频率f01。

电气连接部分包括位于第一辐射区域的电气连接单元203、通断射频信号的开关器件和电抗器件，电气连接单元通过电抗器件与开关器件连接，或者电抗器件集成在开关器件内所述电气连接单元直接连接开关器件，开关器件内存在用于与PCB板连接的射频接地端，以形成信号回路，当开关器件开或关时直接使得第一辐射区域的电气连接单元接地或悬空，在第一低频谐振频率和第二低频谐振频率之间进行切换。

图5为本发明优选电气连接方式一。电气连接单元203与电抗器件216相连,本发明实施例中电抗器件为电感性器件,根据电气连接单元203的位置，电抗器件216可以为电容性，电感性器件。如果低频第二谐振频率f02低于设计频率，电抗器件216选择电容性器件。如果低频第二谐振频率f02高于设计频率，电抗器件216选择电感性器件。

图5中的开关器件217为具有通断射频信号的器件,射频开关管或者PIN二极管等,此类器件内存在射频接地端,用于与PCB板300相连,形成完整的信号回路。开关器件217同时具备控制接口218,用于与移动终端信号互连。

图6为可选电气连接方式二,开关器件217集成上述电抗器件216,天线200中电气连接单元203直接与开关器件217相连,以更好地节约空间。

开关器件217分导通和截止状态,本实施例中,截止状态对于频率响应图f01,如图7所示。导通状态对应图f02。f01,f02状态均存在完整的高频响应f1和f2。图8为本发明实施例效率测试图,低频0.824GHz到0.96GHz,全频段效率均达到-4dB,最高值达-2dB。高频段效率均在-2dB左右。

本发明实施例中天线空间内部件500可以是扬声器,也可以是USB等近似尺寸手机部件，其位于天线辐射片206正下方,并距离PCB板300边缘一定位置。

通过优化天线结构，本天线不需要匹配电路也可获得上述所需要的谐振频率。根据PIFA天线理论，选择合适的馈电位置，PIFA天线即能很好地匹配到系统阻抗50欧姆，从而不需要增加额外的匹配电路。但PIFA天线的局限是带宽窄，本发明为PIFA天线的带宽增强问题提供了有效解决方案。

需要说明的是，以上天线部分仅是说明，并非用来局限本发明的，另外，辐射部分和接地部分还可以有其它方式来实现。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种增强带宽重构天线，包括PCB板和天线部分，天线部分位于PCB板的上方，其特征在于，天线部分进一步包括辐射部分、接地部分、电气连接部分，其中：

接地部分，用于辐射部分与地相连接;

2.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，开关器件上还集成用于与移动终端信号互连的控制接口。

3.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，电抗器件包括电容性器件，电感性器件。

4.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，开关器件为射频开关管或PIN二极管。

5.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，第三辐射区域与第二辐射区域之间设置用于调节高频第一谐振频率与高频第二谐振频率耦合系数的第三槽。

6.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，电气连接单元与PCB板边缘存在一定距离，并且，所述电气连接单元离馈电部分的距离比接地点远，并且距离是可调节的。

7.如权利要求1所述的增强带宽重构天线，其特征在于，天线部分位于PCB板上方小于等于5mm，并且位于第一辐射区域的正下方设置天线空间内部件，距离PCB板边缘一定位置。