CN200979907Y - 一种新型手机内置天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型手机IFA内置天线装置，其辐射器直接印刷在主板上，信号由手机射频前端馈入，辐射器一部分与地并联短路，根据辐射器形状及振子间的相互耦合产生不同长度的绕行电流从而产生不同频段。该天线在任何制式的手机上与主板平高，所述天线振子的长度、相对位置可以调节，通过改变电流控制实现双频、三频及宽带。本实用新型天线相对一般的常规内置天线有更强的指标稳定性和高性能，对比普通单极子天线，本天线有更高的辐射电阻，对比普通PIFA天线，节省了空间。

Description

一种新型手机内置天线装置

                              技术领域

本实用新型属于移动通信终端技术领域，主要涉及一种新型超薄手机IFA类型的内置天线装置。

                              背景技术

移动通讯的迅猛发展，有力地推动着移动电话向小型化，以及高性能方向发展。

到目前为止，射频(RF)部分、基带部分都已实现了很高程度的IC集成，有力地促进了移动终端的小型化，低成本。而移动电话天线，由于造型及射频性能的进一步高要求，对天线设计师也提出了前所未有的挑战，能满足造型美观需求，还要满足频率带宽和效率指标。

手机作为一种使用环境复杂多变的移动终端，设计师需要面对的是如何克服各种问题使天线性能最佳，这些问题包括：

手机的造型对天线尺寸和位置的要求；

手机电路组件的邻近效应；

手机用户经常在楼内或车内使用，对天线方向性的要求；

当人体携带手机时，人体感应对天线产生的影响的要求。

手机内置天线的出现使造型有了很大的突破，但是内置天线所带来的对天线指标的影响及对整机布局的要求也是各手机制造商所面临的问题。

目前内置天线有两种形式：单极子(monopole antenna)和平面倒F天线(PIFA)，四分之一波长单极天线是基本的移动天线，PIFA天线原型为典型的倒F平面天线，辐射贴片由形状产生不同长度的绕行电流，从而形成不同的频段。天线的基本构成方法是：将安装在地平面上的四分之一波长天线变成L型，并在偏离安装点的一点进行馈电。选择合适的馈电点就易于实现对天线的阻抗匹配。

应用常规PIFA天线的时候，天线为达到所需要的频率带宽和辐射效率，需要距离主板屏蔽罩高度分别为：CDMA和GSM频段8mm左右，PHS频段6mm左右。而应用单极子内置天线的时候，它需要放置在远离金属，器件的地方，由于天线对邻近器件的耦合电容的存在，会严重影响辐射效率，需要主板留给天线一块干净的区域，这就需要整机给它很大一块空间做匹配用，以增加天线电抗，产生频率带宽。这些要求都不利于移动电话向小型化、超薄型方向发展。

                              发明内容

本实用新型的目的就是设计一种新型倒F天线(IFA)，这种天线既能够优化内置天线电性能又能够降低目前内置天线常规高度和空间，从而使内置天线手机能够在造型设计实现超薄，性能上实现多频。

在对基本的平面内置小天线进行分析中，可以看到，由于尺寸的变小，天线辐射电阻明显变小或者由于等效电抗变大，从而导致了天线的失配。一般的做法是在天线前端插入集中参数的匹配网络来改善匹配，但是在较高频率下，匹配网络的Q值很低，从而引入了较大的插入损耗，降低了天线的效率。我们需要找到合适的分布结构以使电小天线匹配。

本实用新型的天线装置是将辐射器直接印刷在主板上，信号由手机射频前端馈入，辐射器一部分与地并联短路。曲折线与短振子构成了两个不同的谐振回路，其中高频谐振频率对应的短振子的长度与其对应的自由空间波长成正比，与材料的介电常数成反比。低频谐振频率对应的曲折线的长度还与曲折线的缩短率有关。天线根据辐射器形状及振子间的相互耦合产生不同长度的绕行电流，从而产生不同频段。

本实用新型内置天线在任何制式的手机上可以与主板平高。

在确定曲折线的长度时，曲折线的缩短率一般取为35％左右。

本实用新型内置天线可以通过调节曲折线与短振子的长度、曲折线与短振子的相对位置，实现双频、三频及宽带。所述曲折线可以是长振子或其它类型。

目前直接印刷在主板上的天线为单极天线形式，其下方无地，尽管降低了天线的高度，但单极形式天线对主板周围地的处理要求苛刻。与现有的印刷在主板上的天线技术对比，本实用新型IFA天线可以调整接地脚减小周围地对天线的影响，并且对比单极形式天线可以有效提高辐射电阻。

本实用新型的天线结构，与倒F天线相比，其优势在于无倒F天线所要求的天线下方必须有严格距离的地，可以做到与主板平齐，降低了天线的高度。

本实用新型天线通过调节天线振子的长度、相对位置，可以改变电流控制，从而实现双频、三频及宽带。

                              附图说明

图1是L形天线图。

图2是L形天线的阻抗圆图。

图3是L形天线的导纳圆图。

图4是L形天线加对地短路支图。

图5是本实用新型第一实施例天线的结构示意图。

图6是本实用新型第二实施例天线的结构示意图。

                                具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本实用新型。

首先，我们研究L形天线的匹配，L形天线如图1所示。观察L形天线的史密斯(Smith)圆图：阻抗圆图如图2所示，导纳圆图如图3所示。我们可以看到第一谐振点为天线的基模频点，是可以考虑的匹配点。可以看到在f＜f0时，天线有较大的容抗，我们可以通过对地加短路支的方式增大天线对地的并联电抗，从而增大输入阻抗的实部，如图4所示。

在上述研究基础上，本实用新型设计的手机内置天线装置将辐射器直接印刷在主板上，信号由手机射频前端馈入，辐射器一部分与地并联短路。曲折线与短振子构成两个不同的谐振回路，其中高频谐振频率对应的短振子的长度与其对应的自由空间波长成正比，与材料的介电常数成反比。低频谐振频率对应的曲折线的长度还与曲折线的缩短率有关。天线根据辐射器形状及振子间的相互耦合产生不同长度的绕行电流，从而产生不同频段。

具体而言，辐射器包括第一辐射器4和第二辐射器5，第一辐射器4和第二辐射器5既可以做信号入口也可以做接地连接，其中一个与射频信号口连接，另一个与主板地连接，实现辐射器一部分与地并联短路。

图5和图6是依据本实用新型设计出的手机内置天线装置的两种不同结构。图5是纯粹的双振子结构，由天线馈点出来的天线分开两路，曲折线2实现低频，短振子3实现高频，曲折线2和短振子3的位置可以互换调节。图6是天线一体化设计的一种结构，也可以理解成短振子3，曲折线2，但曲折线2和短振子3没有分开成两支路，此种结构通过振子中的绕行反向电流来实现双频。

参见图5和图6，曲折线2与短振子3构成了两个不同的谐振回路，其中高频谐振频率对应的短振子3的长度 $L_3=\mathrm{\λ}/4\sqrt{(1+\mathrm{\ϵ\γ})/2},$ λ为高频谐振频率对应的自由空间波长，εγ为材料的介电常数；低频谐振频率对应的曲折线2的长度 $L_2=\mathrm{\λ}/4\sqrt{(1+\mathrm{\ϵ\γ})/2}(1-\mathrm{SR}),$ λ为低频谐振频率对应的自由空间波长，SR表示曲折线的缩短率，一般取缩短率为35％左右，εγ为材料的介电常数。选择适当的结构参数和材料介电常数，可以得到相应的天线装置。其中，该曲折线2是长振子，当然也可以是其它类型。

上述天线装置根据辐射器形状及振子间的相互耦合产生不同长度的绕行电流，从而产生不同频段。通过调节曲折线2与短振子3的长度、曲折线2与短振子3的相对位置，可实现双频、三频及宽带。

本实用新型利用IFA天线可以有效提高辐射电阻。本实用新型的两种IFA天线结构，与倒F天线相比，其优势在于无倒F天线所要求的天线下方必须有严格距离的地，可以做到与主板平齐，降低了天线的高度。该结构可以直接应用印刷在主板上，无需结构件和安装工艺。

Claims (9)

1、一种新型手机内置天线装置，包括辐射器、振子和主板，其特征在于：辐射器直接印刷在主板(1)上，信号由手机射频前端馈入，辐射器一部分与地并联短路；曲折线(2)与短振子(3)构成了两个不同的谐振回路，其中高频谐振频率对应的短振子(3)的长度与其对应的自由空间波长成正比，与材料的介电常数成反比，低频谐振频率对应的曲折线(2)的长度还与曲折线的缩短率有关；所述天线装置根据辐射器形状及振子间的相互耦合产生不同长度的绕行电流从而产生不同频段。

2、根据权利要求1所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述辐射器包括第一辐射器(4)和第二辐射器(5)，其中一个与射频信号口连接，另一个与主板地连接，实现辐射器一部分与地并联短路。

3、根据权利要求1或2所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述短振子(3)的长度 $L_3=\mathrm{\λ}/4\sqrt{(1+\mathrm{\ϵ\γ})/2},$ λ为高频谐振频率对应的自由空间波长，εγ为材料的介电常数；所述曲折线(2)的长度 $L_2=\mathrm{\λ}/4\sqrt{(1+\mathrm{\ϵ\γ})/2}(1-\mathrm{SR}),$ λ为低频谐振频率对应的自由空间波长，SR表示曲折线的缩短率，一般取缩短率为35％左右，εγ为材料的介电常数。

4、根据权利要求1或2所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述天线在任何制式的手机上与主板(1)平高。

5、根据权利要求3所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述天线在任何制式的手机上与主板(1)平高。

6、根据权利要求1或2所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述曲折线(2)和短振子(3)的长度、相对位置可以调节，通过改变电流控制实现双频、三频及宽带。

7、根据权利要求1或2所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述曲折线(2)可以为长振子或其它类型。

8、根据权利要求3所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述曲折线(2)与短振子(3)由天线馈点出来分开为两路。

9、根据权利要求3所述的手机内置天线装置，其特征在于：所述曲折线(2)与短振子(3)为一体化结构。

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