偶极子天线和移动终端

文档序号:423693 发布日期:2021-12-21 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 偶极子天线和移动终端 (Dipole antenna and mobile terminal ) 是由 桂杰 刘震 蔡隽 张健 于 2021-10-11 设计创作,主要内容包括:本申请提供了一种偶极子天线和移动终端,该偶极子天线包括介质板以及印制于介质板表面的天线单元和导流单元,该天线单元包括微带巴伦,该导流单元连接于微带巴伦,以改变微带巴伦的电流分布,从而对传统偶极子天线的方向图进行修正,在实际应用中可以减少信号发射或接收产生的误差和干扰。(The dipole antenna comprises a dielectric plate, an antenna unit and a flow guide unit, wherein the antenna unit and the flow guide unit are printed on the surface of the dielectric plate, the antenna unit comprises a microstrip balun, and the flow guide unit is connected to the microstrip balun so as to change the current distribution of the microstrip balun, so that the directional diagram of the traditional dipole antenna is corrected, and errors and interferences generated by signal transmission or signal reception can be reduced in practical application.)

偶极子天线和移动终端

技术领域

本申请涉及通信技术领域,尤其涉及一种偶极子天线和移动终端。

背景技术

偶极子天线(Dipoleantenna或doublet)是在无线电通信中,使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。

传统的偶极子天线通过在介质板双面敷铜,构成偶极子天线的两臂、微带传输线和微带巴伦,激励信号从馈电点馈入,经过微带巴伦和微带巴伦传输线传输到偶极子天线的两臂上。然而,经过仿真发现,传统的偶极子天线在1.1GHz至1.63GHz工作频段内单方向图出现变形,在实际应用中会产生信号发射或接收的误差或干扰。

发明内容

本申请提供了一种偶极子天线及移动终端,可以修正传统偶极子天线单方向图出现的变形,降低信号发射或接收的误差或干扰。

本申请提供的技术方案如下:

本申请提供一种偶极子天线,包括介质板以及印制于所述介质板表面的天线单元和导流单元,所述天线单元包括微带巴伦,所述导流单元连接于所述微带巴伦,所述导流单元用于改变所述微带巴伦的电流分布。

在本申请的偶极子天线中,所述微带巴伦包括相连接第一微带巴伦和第二微带巴伦,所述导流单元与所述第二微带巴伦连接,以改变所述微带巴伦的电流分布。

在本申请的偶极子天线中,所述导流单元包括两个金属条带,所述两个金属条带分别设置在所述第二微带巴伦长度方向的两端,以改变所述微带巴伦的电流分布。

在本申请的偶极子天线中,所述金属条带的材质为金属铜。

在本申请的偶极子天线中,所述金属条带的宽度范围为0.5毫米至1.5毫米。

在本申请的偶极子天线中,所述金属条带的长度和所述第二微带巴伦的长度的和值的范围为大于十二分之一工作波长且小于十分之一工作波长。

在本申请的偶极子天线中,所述天线单元包括印制于所述介质板背面的第一走线以及印制于所述介质板正面的第二走线,所述第一走线包括第一天线臂和所述微带巴伦,所述第一天线臂与所述第一微带巴伦连接,所述第二走线包括相连接的第二天线臂和微带传输线,所述第一天线臂和所述第二天线臂沿所述微带传输线成镜像对称。

在本申请的偶极子天线中,所述第一天线臂和所述第二天线臂的长度之和等于二分之一工作波长。

在本申请的偶极子天线中,所述介质板的材质包括FR-4板材。

本申请还提供一种移动终端,包括上述任一项所述的偶极子天线。

本申请的有益效果为:区别于现有技术,本申请提供的偶极子天线,包括介质板以及印制于介质板表面的天线单元和导流单元,该天线单元包括微带巴伦,该导流单元连接于微带巴伦,以改变微带巴伦的电流分布,从而对传统偶极子天线的方向图进行修正,在实际应用中可以减少信号发射或接收产生的误差和干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的传统偶极子天线的正面结构示意图;

图2为本申请实施例提供的传统偶极子天线的第一仿真方向图;

图3为本申请实施例提供的传统偶极子天线的第二仿真方向图;

图4为本申请实施例提供的传统偶极子天线的第三仿真方向图;

图5为本申请实施例提供的传统偶极子天线的第四仿真方向图;

图6为本申请实施例提供的传统偶极子天线的频率-回波损耗仿真曲线图;

图7为本申请实施例提供的偶极子天线的正面结构示意图;

图8为本申请实施例提供的传统偶极子天线的电流分布示意图;

图9为本申请实施例提供的偶极子天线的电流分布示意图;

图10为本申请实施例提供的偶极子天线的频率-回波损耗仿真曲线图;

图11为本申请实施例提供的偶极子天线的第一仿真方向图;

图12为本申请实施例提供的偶极子天线的第二仿真方向图;

图13为本申请实施例提供的偶极子天线的第三仿真方向图;

图14为本申请实施例提供的偶极子天线的第四仿真方向图;

图15为本申请实施例提供的偶极子天线的另一正面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

需要说明的是,本申请附图中的厚度和形状不反映真实比例,目的只是示意说明本申请实施例内容。

为了便于理解,首先对传统偶极子天线进行解释说明:

请参阅图1,传统偶极子天线1000采用介质板100双面敷铜,构成偶极子天线的两臂、微带传输线112和微带巴伦122,其中,在正面,天线臂111与微带传输线112一体成型,在反面,天线臂121与微带巴伦122一体成型。具体地,在正面,电流从馈电点130流向微带传输线112再流向天线臂111,在反面,电流从天线臂121流向微带巴伦122,微带传输线112与微带巴伦122的电流方向相反,因此,不会辐射电磁波,在两个天线臂上,电流方向相同,因此,会辐射电磁波。然而,经过仿真发现,针对传统偶极子天线1000,当其工作频段在1.1GHz-1.63GHz,介质板采用FR-4板材,厚度1毫米,尺寸50毫米*120毫米,其仿真方向图出现变形。具体地,理想情况下,传统偶极子天线在1.1GHz至1.63GHz的工作频段内,仿真图应该为一立体环状结构,然而,由图2至图5以看出,传统偶极子天线的方向图在水平240度方向有一凸出部分A,在实际应用中可能会产生信号发射或接收的误差和干扰。其中,图2至图5为传统偶极子天线对应的不同视图方向的仿真方向图。

为了修正传统偶极子天线的方向图,以在实际应用中减少信号发射或接收产生的误差和干扰,本申请实施例提供一种偶极子天线。

请参阅图7,图7是本申请实施例提供的偶极子天线的结构示意图。如图1所示,偶极子天线2000包括介质板200以及印制于介质板200表面的天线单元210和导流单元220,该天线单元210包括微带巴伦2112,导流单元220连接于微带巴伦2112,该导流单元220用于改变微带巴伦2112的电流分布。

具体地,通过设置导流单元220与微带巴伦2112相连接,可以延长电流的传输路径,从而改变微带巴伦2112的电流分布,以改变偶极子天线2000的辐射范围。

在本实施例中,该天线单元210包括印制在介质板200背面的第一走线211,该第一走线211包括第一天线臂2111和微带巴伦2112,该微带巴伦2112包括相连接的第一微带巴伦2112-1和第二微带巴伦2112-2,第一微带巴伦2112-1与第一天线臂2111连接,导流单元220与第二微带巴伦2112-2连接,以改变微带巴伦2112的电流分布。

在一些实施例中,导流单元220包括两个金属条带,两个金属条带分别设置在第二微带巴伦2112-2长度方向的两端,以改变微带巴伦2112的电流分布。

容易理解的是,除金属条带外,电阻、电容等元件也可以导电,然而,电阻、电容等元器件会导致天线损耗,降低天线的辐射效率,纯金属对天线的影响最小。其中,偶极子天线2000是一个对称结构,传输线上的馈电电流是对称分布的,因此,导流单元220包括两个金属条带,对称设置在第二微带巴伦2112-2长度方向的两端,以保证偶极子天线2000的传输线的馈电电流对称分布。

在本实施例中,通过增加金属条带,可以改变微带巴伦2112的电流分布,产生附加方向图,可以对原方向图进行修正。具体地,请参阅图8和图9,由图8可以看出,传统偶极子天线的微带巴伦上电流分布不均匀,经过金属条带进行修正,如图9所示,微带巴伦2112上的电流分布均匀。

在一些实施例中,金属条带的材质为金属铜。

容易理解的是,铜的导电性能仅次于银,且铜的成本远低于银,因此,一般工厂都采用铜进行加工。

在一些实施例中,金属条带的宽度范围为0.5毫米至1.5毫米,金属条带的长度和第二微带巴伦2112-2的长度的和值的范围为大于十二分之一工作波长,且小于十分之一工作波长。

具体地,金属条带的宽度主要影响端口阻抗,金属条带的长度主要影响天线的谐振频率。本申请主要通过仿真以及优化来确定金属条带的长度、宽度以及位置,使金属条带既不会对输入阻抗产生较大影响,又能够使偶极子天线匹配在特定工作频率内。

容易理解的是,本申请实施例提供的金属条带的位置、尺寸等,不构成对本申请的限制,根据偶极子天线的工作频率、微带巴伦的形状和尺寸对金属条带的位置以及尺寸进行调整,均落在本申请的保护范围内。

在一些实施例中,该介质板200的材质包括FR-4板材。

FR-4板材是由环氧树脂+玻璃布压合而成的双面覆铜PCB板材,一般常用的FR-4覆铜板材的,相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小,一般将介电常数设计为经典值4.4。

在本实施例中,介质板200的厚度为一毫米,宽度为50毫米,长度为120毫米。

在本实施例中,该偶极子天线2000还包括印制于介质板200正面的第二走线212,该第二走线212包括相连接的第二天线臂2121和微带传输线2122,第一天线臂2111和第二天线臂2121沿微带传输线2122成镜像对称。

具体地,微带传输线2122和微带巴伦2112的中轴线可以重合,且第一天线臂2111和第二天线臂2121沿微带传输线2122和微带巴伦2112的中轴线呈镜面对称。

容易理解的是,天线单元210印制于介质板200表面,介质板200会对电磁波的传输产生影响,因此,将介质板200上的波导波长,作为天线单元210的工作波长。首先,根据该公式确定工作波长:其中,λg为电磁波在介质板200上传播的波导波长,ω为天线宽度,h为介质板200厚度。εre为介质板200的有效介电常数,εr为介质板200的介电常数,λ0为电磁波的自由空间波长。

在本实施例中,第一天线臂2111和第二天线臂2121的长度之和等于二分之一工作波长。

容易理解的是,当偶极子天线的工作频率较高时,考虑到存在辐射损耗等原因,一般采用同轴馈电。然而,同轴馈电导致两个天线臂的电流分布不对称,即不平衡馈电,影响其输入阻抗,因此,采用微带巴伦进行阻抗转换。

具体地,采用同轴馈电时,其输入阻抗一般为50欧姆,当第一天线臂2111和第二天线臂2121之间的角度为180度时,偶极子天线2000的输出阻抗一般为73.2,因此,可以采用微带巴伦2112进行阻抗匹配,相当于四分之一波长阻抗转换器,调节微带巴伦2112的尺寸,可以改变馈电端口的输入阻抗。并且,微带巴伦2112还可以将不平衡电磁波转化为平衡电磁波,有利于第一天线臂2111和第二天线臂2121的能量传输和偶极子天线辐射。

容易理解的是,第一天线臂2111和第二天线臂2121之间的角度也可以不为180度,随着第一天线臂2111和第二天线臂2121之间的角度的减小,其输出阻抗也会减小,此时,可以调整微带巴伦的尺寸进行阻抗匹配。

在本实施例中,第一天线臂2111和第二天线臂2121之间的角度为180度,此时,该偶极子天线2000的尺寸可以为:第二天线臂2121的宽度w1和第一天线臂2111的宽度w5均为3毫米,第二天线臂2121的长度l1的长度为49毫米,第一天线臂2111的长度l6为48毫米,微带传输线212的长度l2为23毫米,宽度w3为1毫米,微带巴伦2112的l3段长度为11毫米,宽度w4为2毫米,l4段为20毫米,第二微带巴伦2112-2的长度l5为8毫米,宽度w2为2毫米。

进一步地,请参阅图6以及图10至图14,其中,图6的纵坐标S(1,1)表示的是传统偶极子天线1000的回波损耗,图6的横坐标表示的是传统偶极子天线1000的工作频率,图10的纵坐标S(1,1)表示的是偶极子天线2000的回波损耗,横坐标表示偶极子天线2000的工作频率。图6和图10表征了偶极子天线2000在整个工作频段内的匹配情况。如果回波损耗很小的话,说明天线匹配良好,否则馈电端口的能量会被天线反射回来,造成性能的降低或者恶化,可以看出,在1.1GHz至1.63GHz工作频段内,偶极子天线2000的匹配更好。并且,由图11至图14可以看出,偶极子天线2000的仿真方向图整体呈全向分布,水平240度方向的变形被修正。

具体地,通过增加导流单元220改变微带巴伦2112上的电流分布,无需对传统天线设计进行更改,不会增加天线加工复杂度,利于集成化设计,简单实用。

在本实施例中,偶极子天线2000可以为LDS天线或FPC天线。

其中,FPC(FlexiblePrintedCircuit,柔性印刷电路板)天线适用于几乎所有的小型电子产品,能够做4G这样的十多个频段的复杂天线,性能好,成本也比较低。LDS天线技术就是激光直接成型技术(Laser-Direct-structuring),利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动,将激光投照到模塑成型的三维塑料器件上,在几秒钟的时间内,活化出电路图案。对于手机天线设计与生产来说,就是在成型的塑料支架上,利用激光镭射技术直接在支架上化镀形成金属天线图案,这样一种技术,可以直接将天线镭射在手机外壳上,这种天线的好处是天线更加稳定、也可以避免内部元器件的干扰,同时也可以节省出更多的设计空间,让手机做得更加纤薄。

具体地,偶极子天线2000可以安装在手机或者电脑等移动终端中,偶极子天线2000的整体大小、内部走线的距离等设计可以根据实际情况来调整。

区别于现有技术,本申请提供的偶极子天线2000包括介质板200以及印制于介质板200表面的天线单元210和导流单元220,该天线单元210包括微带巴伦2112,该导流单元220连接于微带巴伦2112,以改变微带巴伦2112的电流分布,从而对传统偶极子天线的方向图进行修正,在实际应用中可以减少信号发射或接收产生的误差和干扰。

本申请还提供一种移动终端,该移动终端包括上述实施例所述的偶极子天线。

除上述实施例外,本申请还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案,均落在本申请要求的保护范围。

综上所述,虽然本申请已将优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本申请,本领域的普通技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

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