• / 12
  • 下載費用:30 金幣  

兼顧凈空區面積與多頻段覆蓋的移動終端用平面印制天線.pdf

摘要
申請專利號:

CN201310122067.8

申請日:

2013.04.10

公開號:

CN103199342B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01Q 5/01申請日:20130410|||公開
IPC分類號: H01Q5/01; H01Q1/38; H01Q1/48; H01Q5/00 主分類號: H01Q5/01
申請人: 清華大學
發明人: 王尚; 杜正偉
地址: 100084 北京市海淀區清華園1號
優先權:
專利代理機構: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203 代理人: 樓艮基
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201310122067.8

授權公告號:

103199342B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2013.08.07|||2013.07.10

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的移動終端用平面印制天線,屬于移動終端天線技術領域,其特征在于,提出了利用耦合分枝增加寄生地枝與作為激勵分枝的折疊單極子分枝之間電磁耦合,采用緊湊的結構實現天線工作帶寬的拓展,并通過加載調節片、使用階梯狀過渡結構等技術措施來進行阻抗匹配的設計方案,實現適用于移動終端的小型平面印制天線。該款天線占據的電路板上的凈空區面積僅為28mm×20mm,其-6dB阻抗帶寬能夠有效覆蓋LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300、LTE2500工作頻段。

權利要求書

權利要求書
1.   兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的移動終端用平面印制天線,其特征在于,含有:介質板、金屬地板、饋線、激勵分枝、寄生地枝和耦合分枝,其中:
介質板,尺寸為120mm×60mm×0.8mm;
金屬地板,印制在所述介質板的背面,用于模擬電路板中的電路部分,尺寸為100mm×60mm;
饋線,位于所述介質板正面,用微帶方式進行饋電,饋電點位于正對著所述金屬地板上邊沿偏左的介質板正面位置上,所述饋線在水平方向上呈反“L”型,沿所述饋電點垂直向下后,再水平地折向所述介質板左側長邊,與饋電端口相接;
激勵分枝,含有:折疊單極子分枝、三個調節片以及階梯狀過渡結構,其中:
折疊單極子分枝,印制在所述介質板正面,由上側折疊單極子分枝和下側折疊單極子分枝組成,
階梯狀過渡結構,由所述饋線上部靠近饋電點的一端與所述激勵分枝中折疊單極子分枝靠近所述饋電點的一端連接而成,在所述饋電點兩側采用能改善饋電端口阻抗特性的不同線寬的階梯狀金屬帶,
第一調節片水平地連接在所述折疊單極子分枝靠近所述階梯狀過渡結構的下側折疊單極子分枝的下側面上,以改善高、低兩個頻段的帶寬,
第二調節片,呈臺階狀,同時連接在所述第一調節片遠離所述階梯狀過渡結構那一側的側面和所述下側折疊單極子分枝的下側面上,以改善高頻段的帶寬的匹配特性,
第三調節片,水平地連接在上側折疊單極子分枝的上側面上,從而使所述位于上側的折疊單極子分枝在寬度上展寬,以改善高頻段的帶寬匹配特性,
寄生地枝,印制在所述介質板的背面,上端與所述金屬地板直接相連,而下端靠近接地點的水平金屬帶與所述第一調節片之間有一部分隔著所述介質板相交疊,以減小天線結構占用的凈空區面積,同時也改善了工作頻帶內的匹配特性,
耦合分枝,一端延伸到所述激勵分枝中上側折疊單極子分枝的背面,而另一端與所述寄生地枝相連。

說明書

說明書兼顧凈空區面積與多頻段覆蓋的移動終端用平面印制天線
技術領域
本發明屬于小型多頻天線設計領域,涉及一種應用于移動終端的印制在雙層PCB板上的兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的平面天線。
背景技術
世界各地采用的通信協議與相應頻段不盡相同,因此要實現全球漫游,需要實現移動終端天線的多協議頻段覆蓋。加之,為了滿足用戶需求,移動終端需要加入更多的業務功能,如全球衛星定位系統(GPS)、移動電視(DVB?H)等,設計的天線需要覆蓋到這些業務的工作頻段。能夠覆蓋GSM850(824-894MHz)、GSM900(880-960MHz)、DCS(1710?1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、UMTS(1920-2170MHz)工作頻段的內置WWAN天線正在成為許多現代移動終端的需求。在移動終端中聯合使用內置WWAN天線與傳統2.4/5GHz內置WLAN天線,可以獲得泛在無線互聯網接入。此外,由于LTE技術能夠提供比WWAN系統更好的寬帶多媒體服務,能夠覆蓋LTE700(704-787MHz)、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300(2300-2400MHz)、LTE2500(2500-2690MHz)工作頻段的移動終端天線已經成為目前學者的研究熱點。
目前,應用于移動終端的主要天線形式包括PIFA(Planar Inverted?F Antenna)、折疊單極子天線、環天線和槽天線等。對于PIFA,通過調節短路針的位置可以較容易地進行阻抗匹配,然而其阻抗帶寬一般較窄。單極子天線的阻抗帶寬要寬于PIFA,但是與PIFA相比,對其進行阻抗匹配更困難。要提高單極子天線的匹配特性,需要保證天線與地板之間具有足夠的間距,這樣不可避免地將會使天線的尺寸增大。同時,為了盡量減小天線尺寸,在設計中一般采用折疊單極子天線結構。傳統的環天線一般能夠在高、低工作頻段分別激勵起半波長諧振模式和一個波長諧振模式,而在四分之一波長模式下難以獲得良好的匹配。由于天線尺寸受最低諧振模式對應的電尺寸限制,一般而言,應用于移動終端的環天線在電路板上占據較大的面積。對于應用于移動終端的槽天線,一般將其一端開在地板邊沿,另一端封閉,使其在最低頻率處工作在四分之一波長諧振模式。然而,當槽的位置沒有選擇在系統地板中心位置時,地板難以作為有效輻射體被激勵起來,此時需要使用至少兩個不同長度的槽,來覆蓋通信頻段中的高、低兩部分頻段,這將制約天線的小型化設計。
為了兼顧到小型化和多頻段覆蓋需求,本發明提出了利用耦合分枝增加寄生地枝與作為激勵分枝的折疊單極子分枝之間電磁耦合,采用緊湊的結構實現天線工作帶寬的拓展,并通過加載調節片、使用階梯狀過渡結構等技術措施來進行阻抗匹配的設計方案,實現適用于移動終端的小型平面印制天線。該款天線占據的電路板上的凈空區面積僅為28mm×20mm,其?6dB阻抗帶寬能夠有效覆蓋LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300、LTE2500工作頻段。
發明內容
本發明針對下一代寬帶移動通信對小型化移動終端天線的多頻段覆蓋需求,設計了兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的平面印制天線,以實現在天線尺寸盡可能小的情況下,移動終端的多協議覆蓋和多業務功能。
本發明的特征在于,含有:介質板、金屬地板、饋線、激勵分枝、寄生地枝和耦合分枝,其中:
介質板,尺寸為120mm×60mm×0.8mm;
金屬地板,印制在所述介質板的背面,用于模擬電路板中的電路部分,尺寸為100mm×60mm;
饋線,位于所述介質板正面,用微帶方式進行饋電,饋電點位于正對著所述金屬地板上邊沿偏左的介質板正面位置上,所述饋線在水平方向上呈反“L”型,沿所述饋電點垂直向下后,再水平地折向所述介質板左側長邊,與饋電端口相接;
激勵分枝,含有:折疊單極子分枝、三個調節片以及階梯狀過渡結構,其中:
折疊單極子分枝,印制在所述介質板正面,由上側折疊單極子分枝和下側折疊單極子分枝組成,
階梯狀過渡結構,由所述饋線上部靠近饋電點的一端與所述激勵分枝中折疊單極子分枝靠近所述饋電點的一端連接而成,在所述饋電點兩側采用能改善饋電端口阻抗特性的不同線寬的階梯狀金屬帶,
第一調節片水平地連接在所述折疊單極子分枝靠近所述階梯狀過渡結構的下側折疊單極子分枝的下側面上,以改善高、低兩個頻段的帶寬,
第二調節片,呈臺階狀,同時連接在所述第一調節片遠離所述階梯狀過渡結構那一側的側面和所述下側折疊單極子分枝的下側面上,以改善高頻段的帶寬的匹配特性,
第三調節片,水平地連接在上側折疊單極子分枝的上側面上,從而使所述位于上側的折疊單極子分枝在寬度上展寬,以改善高頻段的帶寬匹配特性,
寄生地枝,印制在所述介質板的背面,上端與所述金屬地板直接相連,而下端靠近接地點的水平金屬帶與所述第一調節片之間有一部分隔著所述介質板相交疊,以減小天線結構占用的凈空區面積,同時也改善了工作頻帶內的匹配特性,
耦合分枝,一端延伸到所述激勵分枝中上側折疊單極子分枝的背面,而另一端與所述寄生地枝相連。
本發明兼顧了凈空區面積,同時實現了多頻段覆蓋,采用平面結構,無通孔,便于加工制作。天線的高、低頻段的帶寬特性可以通過調節幾何結構尺寸來實現。
附圖說明
圖1為本發明提供的一種應用于移動終端的兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的平面印制天線的結構圖(介質板正面金屬用黑色表示,介質板背面金屬用縱線條紋表示)。
圖2為圖1所示平面印制天線的正視圖的實施尺寸圖(介質板正面金屬用黑色表示,介質板背面金屬用縱線條紋表示),單位均為毫米(mm)。
圖3為圖1所示平面印制天線的后視圖的實施尺寸圖(介質板背面金屬用黑色表示,介質板正面金屬用縱線條紋表示),單位均為毫米(mm)。
圖4為圖1所示平面印制天線的側視圖的實施尺寸圖,單位均為毫米(mm)。
圖5為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線的回波損耗測量圖(S11)。
圖6為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線工作在750MHz時的實測輻射方向圖:6(a)X?Y平面;6(b)X?Z平面;6(c)Y?Z平面(--:θ分量功率增益方向圖;??:分量功率增益方向圖)。
圖7為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線工作在890MHz時的實測輻射方向圖:7(a)X?Y平面;7(b)X?Z平面;7(c)Y?Z平面(--:θ分量功率增益方向圖;??:分量功率增益方向圖)。
圖8為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線工作在1940MHz時的實測輻射方向圖:8(a)X?Y平面;8(b)X?Z平面;8(c)Y?Z平面(--:θ分量功率增益方向圖;??:分量功率增益方向圖)。
圖9為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線工作在2350MHz時的實測輻射方向圖:9(a)X?Y平面;9(b)X?Z平面;9(c)Y?Z平面(--:θ分量功率增益方向圖;??:分量功率增益方向圖)。
圖10為圖1—圖4所示實施實例中的平面印制天線工作在2600MHz時的實測輻射方向圖:10(a)X?Y平面;10(b)X?Z平面;10(c)Y?Z平面(--:θ分量功率增益方向圖;??:分量功率增益方向圖)。
附圖中的標示說明如下:
0為介質板;1為印制在介質板背面的金屬地板;2為印制在介質板正面的50Ω微帶饋線;3為印制在介質板正面的激勵分枝;31為激勵分枝結構中用于調節端口阻抗特性的階梯狀過渡結構;32為激勵分枝結構中的折疊單極子分枝;33、34、35為激勵分枝結構中的用于進行阻抗匹配的調節片;4為印制在介質板背面的寄生地枝;5為印制在介質板背面的耦合分枝;6為饋電端口;7為饋電點;8為寄生地枝接地點。
具體實施方式
本發明提供了一種應用于移動終端的兼顧凈空區面積和多頻段覆蓋的平面印制天線,具體實施方案如下:
整個天線結構印制在一塊介質板0上。印制在介質板背面的金屬地板1用于模擬電路板中的電路部分。天線主體部分由印制在介質板0正面的激勵分枝3,印制在介質板0背面的寄生地枝4和耦合分枝5組成。通過印制在介質板正面的50Ω微帶饋線2將激勵分枝3與饋電端口6相連。印制在介質板0正面的激勵分枝3的結構中包括了階梯狀過渡結構31,通過階梯狀過渡結構31與50Ω微帶饋線相接的折疊單極子分枝32,以及用于進行阻抗匹配的調節片33、34、35。調節片33能夠顯著影響高、低頻段的帶寬性能,調節片34與調節片35有助于改善高頻段的帶內匹配特性。階梯狀過渡結構31,由50Ω微帶饋線2靠近饋電點7的一端與激勵分枝3靠近饋電點7的一端構成,在饋電點7兩側采用不同線寬的金屬帶,以實現對端口阻抗特性的改善。印制在介質板0背面的寄生地枝4的一端與同樣印制在介質板0背面的金屬地板1直接相連。寄生地枝4上靠近接地點8一端的水平金屬帶的一部分與所述激勵分枝3上的調節塊33產生交疊,有利于減小天線結構占用的面積,同時改善了工作頻帶內的匹配性能。通過展寬靠近介質板0上邊沿的金屬帶的寬度,使低頻工作頻帶的下邊界拉低到700MHz左右。通過調節寄生分枝4末端金屬帶的長度,實現對天線高、低頻段工作頻帶的諧振頻率的有效調節。通過優化寄生地枝的彎折形狀,使得高、低頻段的工作帶寬都得到有效拓展,同時使天線結構更加緊湊。印制在介質板0背面的耦合分枝5的一端與寄生地枝4相連,另一端延伸到激勵分枝3末端的背面。加入耦合分枝5后,激勵分枝3與寄生地枝4間的電磁耦合得到增強,綜合調節激勵分枝3末端金屬帶的長度、寬度,以及所述耦合分枝5末端金屬帶的長度、寬度,使天線在低頻段形成雙諧振模式,低頻段工作帶寬得到大幅擴展,同時高頻段的匹配特性也獲得改善。通過調節耦合分枝5上與寄生地枝4相連的金屬帶的寬度可以改變低頻段第二諧振點的諧振頻率以及高頻段第一諧振點的諧振頻率,進而影響低頻工作頻帶的上邊界和高頻工作頻帶的下邊界。
為了驗證本發明方案的有效性,下面給出具體實例進行說明。
在本實施實例中,介質板采用厚度為相對介電常數為4.4、損耗角正切為0.02、厚度為0.8mm的FR4介質基板,平面印制天線各部分結構的尺寸如圖2-圖4所示,圖中所有尺寸的單位均為毫米(mm)。
以圖2-圖4所示尺寸制作的平面印制天線的回波損耗(S11)的實測結果如圖5。由圖5可知,平面印制天線的?6dB阻抗帶寬為684-964MHz(280MHz)和1602-2902MHz(1300MHz),可以有效覆蓋LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500等多個頻帶。圖6-圖10給出了實施實例中平面印制天線分別工作在750MHz、890MHz、1940MHz、2350MHz和2600MHz時的X?Y平面、X?Z平面、Y?Z平面的實測輻射方向圖。由圖6-圖10可知,實施實例中平面印制天線的輻射方向圖在低頻段(750MHz、890MHz)為典型的偶極子輻射方向圖形式(E面方向圖為8字形,H面方向圖為全向),在高頻段(1940MHz、2350MHz和2600MHz)具有一定的方向性,并且在整個工作頻帶內具有良好的增益和交叉極化特性,能夠滿足移動終端對小型天線的設計需求。

關 鍵 詞:
兼顧 凈空 面積 頻段 覆蓋 移動 終端 平面 印制 天線
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:兼顧凈空區面積與多頻段覆蓋的移動終端用平面印制天線.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6420329.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图