CN106058434B - 一种应用于移动终端的天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于移动终端的天线，包括上下两层印制板；下层印制板正面印刷有单极子辐射单元，单极子辐射单元电连接金属馈电点；下层印制板背面的覆铜用作天线的辐射体的一部分，同时用作天线的主地板；上层印制板正面印刷有短路辐射单元，短路辐射单元连接到下层印制板背面的覆铜。通过在上下两层印制板上分别印制单极子辐射单元和短路辐射单元，产生不同频率的谐振，使天线可以在多频段工作，有效减少天线占用的面积，使天线的结构紧凑，有利于实现天线的小型化。直接激励下层的单极子辐射单元，并耦合给上层的短路辐射单元，可以实现分布式LC匹配电路，使输入端口容抗增加，并引入分布感抗特性。

Description

一种应用于移动终端的天线

技术领域

本发明涉及移动终端通信领域，特别涉及一种应用于移动终端的天线。

背景技术

天线作为移动终端重要的部件，是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，其性能好坏直接关系到通信系统的通信质量，对移动通信总体性能起着非常重要的作用。当今移动通信系统的不断更新换代给移动终端天线提供了新的指标要求，设计研究满足更宽带宽、多频段、高效率以及更能适应系统各种要求的新型小型化天线是当前国内外终端天线领域的重要研究课题。

当今多种移动通信系统共存以及外围无线设备信号如蓝牙、Wi-Fi和GPS等，使天线需要在多频段工作，并且需要有较宽的带宽来保证良好的通信质量，目前广泛应用于移动终端的天线有单极子天线、PIFA天线、IFA天线、loop天线等基本天线形式，但是这些基本形式的天线已经难以满足日益增高的对高性能小型化天线的需求。

发明内容

为了满足天线宽带宽、多频段的需求，并实现天线小型化，本发明提供了一种应用于移动终端的天线。

本发明提供的应用于移动终端的天线，包括上下两层印制板；

所述下层印制板正面印刷有单极子辐射单元，所述单极子辐射单元电连接金属馈电点；所述下层印制板背面的覆铜用作所述天线的辐射体的一部分，同时用作所述天线的主地板；

所述上层印制板正面印刷有短路辐射单元，所述短路辐射单元连接到所述下层印制板背面的覆铜。

其中，所述上下两层印制板之间加载有电感和/或电容。

其中，所述天线还包括弯折辐射片；

所述弯折辐射片的一端连接到所述短路辐射单元，另一端向所述短路辐射单元所在平面之外延伸。

其中，所述单极子辐射单元用于产生高频谐振，范围为1630-2780MHz；所述短路辐射单元用于产生低频谐振，范围为680-1080MHz。

其中，所述单极子辐射单元呈倒F型，由印刷在所述下层印制板正面的第一微带线、第二微带线和第三微带线组成；其中，

所述第一微带线和所述第二微带线相互平行并分别垂直于所述第三微带线，所述第一微带线的第一端连接到所述第三微带线的第一端，所述第二微带线的第一端连接到所述第三微带线上并与所述第三微带线的第二端的距离为19mm，所述第二微带线的第二端电连接到所述金属馈电点；

所述第一微带线长6mm，宽4mm；所述第二微带线长7mm，宽1.5mm；所述第三微带线长30.5mm，宽2.5mm；所述金属馈电点呈矩形，长2mm，宽1.5mm。

其中，所述短路辐射单元呈T型，由印刷在所述上层印制板正面的第四微带线和第五微带线组成；其中，

所述第四微带线垂直于所述第五微带线，所述第四微带线的第一端连接到所述第五微带线上，且与所述第五微带线第一端的距离为7.5mm，与所述第五微带线第二端的距离为31.5mm；

所述第四微带线长11mm，宽1mm；所述第五微带线长40mm，宽3mm。

其中，所述第四微带线的第二端加载电感并通过第一金属化过孔连接到所述下层印制板背面的覆铜；所述电感大小为100nH；

所述第五微带线的第一端加载电容并通过第二金属化过孔连接到所述第三微带线的第一端；所述电容大小为200pF。

其中，所述弯折辐射片呈矩形，长50mm，宽6mm；

所述弯折辐射片的长边与所述第五微带线相连，所述弯折辐射片的宽边与所述第五微带线第一端对齐；

所述弯折辐射片垂直于所述上层印制板。

其中，所述第三微带线平行于所述第五微带线，且所述第三微带线的第一端与所述第五微带线的第一端上下对齐。

其中，所述上下两层印制板为矩形的玻璃纤维环氧树脂覆铜板，高140mm，宽70mm，介电常数为4.4，厚度为0.8mm；

所述天线所占净空大小为15mm*50mm，系统净地板大小为125mm*70mm；

所述第五微带线的第一端的两边分别与所述上层印制板的顶边和侧边对齐。

本发明实施例的有益效果是：通过在上下两层印制板上分别印制单极子辐射单元和短路辐射单元，单极子辐射单元和短路辐射单元可以产生不同频率的谐振，使天线可以在多频段工作；单极子辐射单元和短路辐射单元上下两层重叠放置，减少了天线占用的面积，可以使天线的结构紧凑，实现了天线的小型化；通过直接激励下层的单极子辐射单元，并耦合给上层的短路辐射单元，可以实现分布式LC匹配电路，耦合馈电会使输入端口容抗增加，短路辐射单元会引入分布感抗特性。

在一优选实施例中，通过在上下两层印制板之间加载集总参数元件，如电感、电容，通过调整集总参数元件的数值，可以改变天线谐振点频率，展宽带宽，使天线在需要的特定频段获得较好的端口匹配；不必通过设计复杂的天线形状来改变谐振频率，简化了天线的形状，使天线更容易加工和调试，有利于控制成本以及便于批量生产加工。

在另一优选实施例中，通过在短路辐射单元上连接一个弯折辐射片，弯折辐射片另一端向短路辐射单元所在平面之外延伸，增大了天线辐射面积，也增大天线辐射阻抗，并且由于减少了天线主地板对弯折辐射片的遮挡，从而减小了天线主地板对天线辐射体的屏蔽作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线带有地板的立体透视图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线不带地板的立体透视图；

图3为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线的单极子辐射单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线的短路辐射单元的结构示意图；

图5为本发明优选实施例提供的一种应用于移动终端的天线的仿真S11曲线图；

图6为本发明优选实施例提供的一种应用于移动终端的天线的仿真方向图，其中图6(a)为x-y平面的方向图，图6(b)为y-z平面的方向图，图6(c)为x-z平面的方向图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：采用耦合馈电和短路辐射单元实现分布式LC匹配电路，在此基础上加载集总参数元件，通过调整集总参数值来改变天线谐振点频率来获得所需要的工作频率，以实现一种宽频段的移动终端天线，能够覆盖多个移动通信服务的频段，同时满足天线小型化的需求。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线带有地板的立体透视图；图2为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线不带地板的立体透视图。结合图1与图2，本发明实施例提供的应用于移动终端的天线，包括下层印制板1和上层印制板2。

下层印制板1的正面印刷有单极子辐射单元7。单极子辐射单元7电连接金属馈电点10。下层印制板1的背面的覆铜用作天线的辐射体的一部分，增大天线的辐射面积，同时印制板1的背面的覆铜也用作天线的主地板，模拟移动终端设备的系统地。

上层印制板2正面印刷有短路辐射单元4。上层印制板2的背面没有覆铜，短路辐射单元4连接到下层印制板1背面的覆铜。由于短路辐射单元4连接到天线的主地板，因此称为短路辐射单元。

单极子辐射单元7和短路辐射单元4可以产生不同频率的谐振，使天线可以在多频段工作。相比于现有的在同一个平面内制作天线的所有辐射分支，本方案将短路辐射单元4和单极子辐射单元7分别印刷在上下两层印制板上，重叠放置，减少了天线占用的面积，使天线的结构紧凑，有利于实现天线的小型化。通过馈电点10直接激励下层的单极子辐射单元7，并耦合给上层的短路辐射单元4，短路辐射单元4连接到下层印制板1的背面的覆铜，即天线的主地板，从而实现分布式LC匹配电路，耦合馈电会使输入端口容抗增加，短路辐射单元4会引入分布感抗特性。

优选的，下层印制板1和上层印制板2之间加载有电感和/或电容。如可以在单极子辐射单元7和短路辐射单元4之间加载电容5，在短路辐射单元4连接天线的主地板之间加载电感8。调整电容5的容值和电感8的感值，可以改变天线谐振点频率，展宽了带宽，使天线在需要的特定频段获得较好的端口匹配。由于加载了电感和电容等集总参数元件，通过调整电感和电容的感值和容值来获取需要的谐振频率，不必通过设计复杂的天线形状来改变谐振频率，可以简化天线的形状，使天线更容易加工和调试，有利于控制成本以及便于批量生产加工。

进一步优选的，本发明实施例提供的应用于移动终端的天线还包括弯折辐射片3。弯折辐射片3的一端连接到短路辐射单元4，另一端向短路辐射单元4所在平面之外延伸。弯折辐射片3增大了天线辐射面积，也增大天线辐射阻抗，并且弯折辐射片3延伸到短路辐射单元4所在平面之外，例如可以贴着移动终端设备的外壳向上延伸，也可以以其他的方式延伸，由于减少了天线主地板对弯折辐射片的遮挡，从而减小了天线主地板对天线辐射体的屏蔽作用。

图3为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线的单极子辐射单元的结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种应用于移动终端的天线的短路辐射单元的结构示意图；结合图3和图4，本发明的一个优选实施例提供的天线可覆盖GSM900/1800/1900/UMTS、LTE700/LTE2300/2500及WLAN2.4频段，单极子辐射单元7用于产生高频谐振，范围为1630-2780MHz；短路辐射单元4用于产生低频谐振，范围为680-1080MHz，能够在实现天线小型化的同时，覆盖多个移动通信服务的频段的要求。

在一优选实施例中，单极子辐射单元7呈倒F型，由印刷在下层印制板1正面的第一微带线、第二微带线和第三微带线组成。第一微带线和第二微带线相互平行并分别垂直于第三微带线，第一微带线的第一端连接到第三微带线的第一端，第二微带线的第一端连接到第三微带线上；第二微带线的第二端电连接到金属馈电点。

短路辐射单元4呈T型，由印刷在上层印制板正面的第四微带线和第五微带线组成；第四微带线垂直于第五微带线，第四微带线的第一端连接到第五微带线上。

根据单极子作为一个有效的四分之一波长辐射器，先确定单极子辐射单元7的尺寸，使单极子辐射单元7的谐振频率在1.8GHz附近，再确定短路辐射单元4的尺寸，使短路辐射单元4的谐振频率在1GHz附近。确定了单极子辐射单元7与短路辐射单元4的尺寸之后，再将单极子辐射单元7与短路辐射单元4组合在一起，通过仿真等方式，对尺寸进行进一步的优化调整，直到满足需要的性能指标。

在一具体实施例中，单极子辐射单元7与短路辐射单元4的尺寸具体为：第一微带线长6mm，宽4mm；第二微带线长7mm，宽1.5mm；第三微带线长30.5mm，宽2.5mm；金属馈电点呈矩形，长2mm，宽1.5mm。第二微带线的第一端与第三微带线的第二端的距离为19mm。

第四微带线的第一端与第五微带线第一端的距离为7.5mm，与第五微带线第二端的距离为31.5mm。第四微带线长11mm，宽1mm；第五微带线长40mm，宽3mm。

第三微带线平行于第五微带线，且第三微带线的第一端与第五微带线的第一端上下对齐。

在另一优选实施例中，第四微带线的第二端加载电感并通过第一金属化过孔连接到下层印制板背面的覆铜，第五微带线的第一端加载电容并通过第二金属化过孔连接到第三微带线的第一端，通过仿真的方式调整电感和电容的数值，可以改变天线的谐振频率，也可以扩展带宽，从而获取需要的频带。在本实施例中，电感的感值为100nH，电容的容值为200pF。

弯折辐射片呈矩形，长50mm，宽6mm，弯折辐射片的长边与第五微带线相连，弯折辐射片的宽边与第五微带线第一端对齐。弯折辐射片垂直于上层印制板向上方延伸，以增大天线辐射面积和辐射阻抗，减小天线主地板的屏蔽作用。当然弯折辐射片也可以非垂直的方式，例如弧形方式向短路辐射单元所在平面之外延伸，可以起到同样作用，原理相同，不再赘述。

上述下层印制板1和上层印制板2均为矩形的玻璃纤维环氧树脂覆铜板，高140mm，宽70mm，介电常数为4.4，厚度为0.8mm。本优选实施例提供的天线所占净空大小为15mm*50mm，系统净地板大小为125mm*70mm。单极子辐射单元7和短路辐射单元4设置在印制板的左上角，第五微带线的第一端的两边分别与上层印制板的顶边和侧边对齐。当然天线设置的位置是根据移动终端内部器件的分布状况进行设置，不限于上述位置，只要有足够大小的净空和净地板、干扰较小即可。

图5为本发明优选实施例提供的一种应用于移动终端的天线的仿真S11曲线图，其中实线为加载集总参数元件后的天线的S11图，虚线为未加载集总参数元件的天线的S11图，S11为输入回波损耗。仿真结果显示，上述优选实施例提供的天线在加载集总参数元件后在低频段1GHz左右的绝对带宽为400M，是天线未加载集总参数元件时的绝对带宽的2倍；天线加载集总参数元件后在高频段覆盖带宽为1630MHz～2780MHz，而未加载集总参数元件带宽仅覆盖2550MHz～2650MHz。

图6为本发明优选实施例提供的一种应用于移动终端的天线的仿真方向图，其中：图6(a)为x-y平面的方向图，图6(b)为y-z平面的方向图，图6(c)为x-z平面的方向图。图6中选择了0.9GHz、2.0GHz和2.5GHz三个频点，由图6可知，本发明实施例提供的天线在这三个频点可以满足性能要求，并且各个方向上性能良好。

综上所述，本发明提供的一种应用于移动终端的天线，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过在上下两层印制板上分别印制单极子辐射单元和短路辐射单元，单极子辐射单元和短路辐射单元可以产生不同频率的谐振，使天线可以在多频段工作；单极子辐射单元和短路辐射单元上下两层重叠放置，减少了天线占用的面积，可以使天线的结构紧凑，实现了天线的小型化；通过直接激励下层的单极子辐射单元，并耦合给上层的短路辐射单元，可以实现分布式LC匹配电路，耦合馈电会使输入端口容抗增加，短路辐射单元会引入分布感抗特性。

2、通过在上下两层印制板之间加载集总参数元件，如电感、电容，通过调整集总参数元件的数值，可以改变天线谐振点频率，展宽带宽，使天线在需要的特定频段获得较好的端口匹配；不必通过设计复杂的天线形状来改变谐振频率，简化了天线的形状，使天线更容易加工和调试，有利于控制成本以及便于批量生产加工。

3、通过在短路辐射单元上连接一个弯折辐射片，弯折辐射片另一端向短路辐射单元所在平面之外延伸，增大了天线辐射面积，也增大天线辐射阻抗，并且由于减少了天线主地板对弯折辐射片的遮挡，从而减小了天线主地板对天线辐射体的屏蔽作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于移动终端的天线，其特征在于，所述天线包括上下两层印制板；

所述下层印制板正面印刷有单极子辐射单元，所述单极子辐射单元电连接金属馈电点；所述下层印制板背面的覆铜用作所述天线的辐射体的一部分，同时用作所述天线的主地板；

所述上层印制板正面印刷有短路辐射单元，所述短路辐射单元连接到所述下层印制板背面的覆铜；所述单极子辐射单元和所述短路辐射单元重叠放置，所述单极子辐射单元和所述短路辐射单元产生不同频率的谐振。

2.权利要求1所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，所述上下两层印制板之间加载有电感和/或电容。

3.权利要求2所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，所述天线还包括弯折辐射片；

所述弯折辐射片的一端连接到所述短路辐射单元，另一端向所述短路辐射单元所在平面之外延伸。

4.权利要求3所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，所述单极子辐射单元用于产生高频谐振，范围为1630-2780MHz；所述短路辐射单元用于产生低频谐振，范围为680-1080MHz。

5.权利要求4所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述单极子辐射单元呈倒F型，由印刷在所述下层印制板正面的第一微带线、第二微带线和第三微带线组成；其中，

所述第一微带线和所述第二微带线相互平行并分别垂直于所述第三微带线，所述第一微带线的第一端连接到所述第三微带线的第一端，所述第二微带线的第一端连接到所述第三微带线上并与所述第三微带线的第二端的距离为19mm，所述第二微带线的第二端电连接到所述金属馈电点；

所述第一微带线长6mm，宽4mm；所述第二微带线长7mm，宽1.5mm；所述第三微带线长30.5mm，宽2.5mm；所述金属馈电点呈矩形，长2mm，宽1.5mm。

6.权利要求5所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述短路辐射单元呈T型，由印刷在所述上层印制板正面的第四微带线和第五微带线组成；其中，

所述第四微带线垂直于所述第五微带线，所述第四微带线的第一端连接到所述第五微带线上，且与所述第五微带线第一端的距离为7.5mm，与所述第五微带线第二端的距离为31.5mm；

所述第四微带线长11mm，宽1mm；所述第五微带线长40mm，宽3mm。

7.如权利要求6所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述第四微带线的第二端加载电感并通过第一金属化过孔连接到所述下层印制板背面的覆铜；所述电感大小为100nH；

所述第五微带线的第一端加载电容并通过第二金属化过孔连接到所述第三微带线的第一端；所述电容大小为200pF。

8.如权利要求6所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述弯折辐射片呈矩形，长50mm，宽6mm；

所述弯折辐射片的长边与所述第五微带线相连，所述弯折辐射片的宽边与所述第五微带线第一端对齐；

所述弯折辐射片垂直于所述上层印制板。

9.权利要求7或8所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述第三微带线平行于所述第五微带线，且所述第三微带线的第一端与所述第五微带线的第一端上下对齐。

10.权利要求9所述的应用于移动终端的天线，其特征在于，

所述上下两层印制板为矩形的玻璃纤维环氧树脂覆铜板，高140mm，宽70mm，介电常数为4.4，厚度为0.8mm；

所述天线所占净空大小为15mm*50mm，系统净地板大小为125mm*70mm；

所述第五微带线的第一端的两边分别与所述上层印制板的顶边和侧边对齐。