一种折叠型平面倒F天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种折叠型平面倒F天线。

背景技术：

PIFA天线也就是中文称平面倒F型天线，并且是一开始便是从IFA这种天线发展而来。PIFA天线因其体积小、易于用于小型设备上而受到智能手机的青睐。目前，智能手机上的天线基本以PIFA天线为主。但是，随着智能手机越来越薄、越来越小以及3G，4G的普及，对PIFA天线的要求也越来越高，使得小型化和宽频化成为PIFA天线首要目标。

目前，PIFA天线实现多频段工作主要通过两种方式实现，其中一种是采用双馈点的方法，其通过馈电探针以及短路探针的相对位置的控制可以得到一个较大的相对带宽来应用于实际工程当中(1.6GHz-2.7GHz，相对带宽51％)，但是其尺寸上仍然是比较大，不适用于便携终端上。另一种是通过在PIFA天线上的辐射贴片采用开槽的方法，其在尺寸上已经部分实现小型化，并且一些在低频段在实现小型化的同时还能实现大约33％的相对带宽。但是，在中频或者高频上，采用开槽的辐射贴片的天线的相对带宽仍然在15％左右徘徊，不能满足在小型设备上使用高频段的需求。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种折叠型平面倒F天线，以解决现有倒F天线不能满足在小型设备上使用高频段的需求的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种折叠型平面倒F天线，其包括，金属接地板以及通过短路探针和馈电端与所述金属接地板相连接的金属贴片；所述金属贴片为由顶部贴片、第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片构成的折叠金属贴片；所述顶部贴片相对于所述金属接地板平行设置，所述第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片分别沿相对于顶部贴片向金属接地板方向倾斜设置。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片相对于顶部贴片的倾斜角均为90度。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述第一侧面贴片和第二侧面贴片平行设置，所述第三侧面贴片所处平面与第一侧面贴片/第二侧面贴片所处平面相交。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述第三侧面贴片的长度大于第一侧面贴片的长度和第二侧面贴片的长度。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述顶部贴片、第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片为一体结构，第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片相互不接触。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述顶部贴片上设置有刻蚀有U型槽。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述馈电端设置于所述第三侧面贴片上，并穿过设置于所述金属接地板上的金属化孔。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述馈电端为同轴馈电端，所述同轴馈电端为SAM接头。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述短路探针设置于所述第一侧贴片上，并与所述金属接地板相连接。

所述折叠型平面倒F天线，其中，所述金属接地板与所述金属贴片之间采用空气为介质。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种折叠型平面倒F天线，其包括金属接地板以及通过短路探针和馈电端与所述金属接地板相连接的金属贴片；所述金属贴片为由顶部贴片、第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片构成的折叠金属贴片；所述顶部贴片相对于所述金属接地板平行设置，所述第一侧面贴片、第二侧面贴片和第三侧面贴片分别沿相对于顶部贴片向金属接地板方向倾斜设置。本发明通过在顶部贴片的三个边缘分别设置有折叠的侧面贴片拓宽了带宽，使电流在足够大的面积通过。并且所述三个折叠部分为顶部贴片提供更大的电流通过面积，又未改变顶面贴片的长和宽。从而在增大天线的带宽的情况下变相缩小辐射贴片的面积，解决了倒F天线不能满足在小型设备上使用高频段需求的问题。

附图说明

图1为本发明提供的折叠型平面倒F天线的结构示意图。

图1a为本发明提供的折叠型平面倒F天线的金属贴片的结构示意图。

图2为本发明提供的折叠型平面倒F天线的俯视图。

图3为本发明提供的折叠型平面倒F天线的左视图。

图4为本发明提供的折叠型平面倒F天线的右视图。

图5为本发明提供的折叠型平面倒F天线的正视图。

图6为本发明提供的折叠型平面倒F天线的S11参数仿真曲线以及实物测量曲线。

图7为本发明提供的折叠型平面倒F天线的S11参数仿真曲线随着第三侧面贴片的长度变化对比图。

图8a为所述倒F天线在1.8GHz的XOY面辐射方向图。

图8b为所述倒F天线在1.8GHz的XOZ面辐射方向图。

图8c为所述倒F天线在1.8GHz的YOZ面辐射方向图。

图9a为所述倒F天线在2.2GHz的XOY面辐射方向图。

图9b为所述倒F天线在2.2GHz的XOZ面辐射方向图。

图9c为所述倒F天线在2.2GHz的YOZ面辐射方向图。

图10a为所述倒F天线在2.4GHz的XOY面辐射方向图。

图10b为所述倒F天线在2.4GHz的XOZ面辐射方向图。

图10c为所述倒F天线在2.4GHz的YOZ面辐射方向图。

图11a为所述倒F天线在5.8GHz的XOY面辐射方向图。

图11b为所述倒F天线在5.8GHz的XOZ面辐射方向图。

图11c为所述倒F天线在5.8GHz的YOZ面辐射方向图。

具体实施方式

本发明提供一种折叠型平面倒F天线，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

请参照图1和图1a，图1为本发明提供的折叠型平面倒F天线的结构示意图，图1a为本发明提供的折叠型平面倒F天线的金属贴片的结构示意图。本实施例提供的折叠型平面倒F天线，金属接地板2以及通过短路探针3和馈电端4与所述金属接地板2相连接的金属贴片1；所述金属贴片1为由顶部贴片11、第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14构成的折叠金属贴片1；所述顶部贴片11相对于所述金属接地板2平行设置，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14分别沿相对于顶部贴片11向金属接地板2方向倾斜设置。本实施例通过在顶部贴片11的三个边缘分别设置有折叠的侧面贴片拓宽了带宽，使电流在足够大的面积通过。所述三个折叠部分为顶部贴片11提供更大的电流通过面积，又未改变顶面贴片的长和宽。从而在增大天线的带宽的情况下变相缩小辐射贴片的面积，解决了倒F天线不能满足在小型设备上使用高频段需求的问题。

如图1a所示，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14与所述顶部贴片11为一体结构，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14分别设置于所述顶部贴片11的三个边缘，并向所述金属接地板2方向折叠。所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14与所述顶部贴片11构成的夹角可以相等，也可以不同。在本实施例中，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14相对于所述顶部贴片11的倾斜角均为90度，也就是说，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14与所述顶部贴片11之间的夹角均为90度。这样可以使得所述折叠金属贴片1的结构更加紧凑，符合倒F天线小结构化的要求。

如图1a所示，所述顶部贴片11包括长方形顶部贴片本体和四个边缘，分别记为第一边缘111、第二边缘112、第三边缘113和第四边缘；其中所述第一边缘111和第二边缘112为顶部贴片本体的宽，所述第三边缘113和第四边缘为所述顶部贴片本体的长。所述顶部贴片本体上可设置U型槽114，使得倒F天线产生两个不同的电流路径，从而使得倒F天线实现两种工作频段。所述第一边缘111向所述金属接地板2方向弯折设置有第一侧面贴片12；所述第二边缘112向所述金属接地板2方向弯折设置有第二侧面贴片13；所述第三边缘113向所述金属接地板2方向弯折设置有第三侧面贴片14。这样所述第一侧面贴片12与所述第二侧面贴片13平行设置，并且所述第三侧面贴片14所处平面与第一侧面贴片12/第二侧面贴片13所处平面相交。在本实施例中，所述第三侧面贴片14所处平面与第一侧面贴片12/第二侧面贴片13所处平面垂直。

所述顶部贴片11为长方形金属贴片1，所述顶部贴片11为用于电流走动的辐射贴片。所述顶部贴片11的长和宽确定所述倒F天线的低频点，从而所述顶部贴片11的长和宽是根据倒F天线所需要的频点确定的。所述顶部贴片11的长和宽与所述倒F天线的频点的关系可以表示为：

其中，f表示频点，W表示顶部贴片的宽，L表示顶部贴片的长，c为常数。

所述顶部贴片11的长和宽与第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14无关。也就是说，所述倒F天线的低频点与所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14无关。所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14拓宽带宽，使得电流通过面积增大。也就是说，第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14为所述倒F天线提供更大的电流通过面积，又不改变倒F天线的辐射贴片(顶部贴片)的长和宽。这样所述倒F天线既增大了带宽，又为改变辐射贴片(顶部贴片)，使其满足在小型设备上使用高频段的需求。在实施例中，所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14扩宽带宽，增大电流通过面积，相应的改变了高频点所在频段的位置，增大了高频段覆盖范围。

所述第一侧面贴片12、第二侧面贴片13和第三侧面贴片14相互不接触，并且所述第一侧面贴片12和第二侧面贴片13的长度均小于第三侧面贴片14的长度。所述第一侧面贴片12上设置有短路探针3，并通过所述短路探针3与金属接地板2相连接，以使得所述金属贴片1通过所述短路探针3与所述金属接地板2相连接。所述第三侧面贴片14上设置有馈电端4，所述馈电端穿过设置于所述金属接地板2上的金属化孔。在本实施例中，所述馈电端4为同轴馈电端，所述同轴馈电端采用SMA接头，所述SMA接头的内针穿过设置于金属接地板2的金属孔与第三侧面贴片14相连。在实际应用中，由于所述SMA接头的内针与第三侧面贴片14的连接位置影响所述倒F天线的阻抗匹配。如图1所示，优选的，所述SMA接头的内针与所述第三侧面贴片14相连接处为距离所述第三侧面贴片14左边缘8mm的位置。

为了进一步理解本申请提供的折叠型平面倒F天线，下面结合具体实施例加以说明。

实施例一

本实施例提供一种折叠型平面倒F天线，其包括：金属接地板2、金属贴片1、短路探针3和馈电端4。所述金属接地板2为矩形金属接地板2，其采用0.5mm厚度的黄铜制成。所述金属贴片1采用0.5mm厚度的黄铜制成，所述馈电端4为同轴馈电端，并且所述同轴馈电端采用SMA接头，所述SMA接头内探针直径1mm，并穿过金属接地板2上的金属孔与金属贴片1相连接，所述SMA接头的接口的外层表面与金属接地板2相连。所述金属贴片1包括设置有U型槽114的顶部贴片11、与短路探针3相连接的第一侧面贴片12、与馈电端4相连接的第三侧面贴片14以及第二侧面贴片13。

如图2-5所示，将所述金属接地板2的长和宽分别记为L_g和W_g，所述顶部贴片11的长和宽分别记为L和W，所述第一侧面贴片12的长和宽分别记为W和W₁，第二侧面贴片13的长和宽分别记为W和W₂，第三侧面贴片14的长和宽分别记为：W₃和h₁；所述U型槽114的外框的三条边分别为U₁、U₂、U₃，其内宽度记为U₄，所述顶部贴片11与所述金属接地板2之间的距离记为h，即所述天线的高度记为h。

在本实施例中，所述倒F天线各部分的尺寸如表1所示(单位：mm)。

表一倒F天线各部分的尺寸

由表可知，本实施例提供的天线其总高度为9mm，金属贴片1的顶部贴片11的面积为面积486mm²，其体积为9mm*18mm*27mm，实现了天线的小型化。

所述顶部贴片11上面刻蚀有U型槽114，所述U型槽114的外框的三边分别为U₁＝10.75mm，U₂＝10.75mm，U₃＝11mm，内框的宽U₄＝9mm，蚀刻U型槽114后，使得所述倒F型天线工作在1.67-2.75GHz和4.92-7.72GHz两个频段工作，通过调节顶部贴片11的长宽的大小以及U型槽114的三边的大小，可以使所述倒F天线工作在其他的两个频段上，以对满足倒F天线上不同工作频段的要求。值得说明的，所述U型槽114的宽度一致，也就是说，所述U型槽114的外框各边与内框各边的距离相等。

所述第一侧面贴片12的面积为18mm*4.5mm，所第二侧面贴片13的面积为18mm*6.45mm，第三侧面贴片14的面积为22mm*8mm，从而所述倒F天线用于电流通过的面积为18mm*4.5mm+18mm*6.45mm+22mm*8mm+18*27＝859.1mm²，从而拓宽带宽，但未改变所述倒F天线用于辐射的贴片的面积，实现了小型化。

图1所示折叠型平面倒F天线的S11参数仿真曲线以及实物测量曲线如图6所示。图6中，Measured为实物测量曲线，Simulated为仿真曲线。可以看出，在数据仿真中，所述倒F天线的频率所在范围为：低频段1.67-2.75GHz，高频段4.92-7.72GHz，所述低频相对带宽和高频相对带宽分别为48.9％和44.3％。在实物制作中，所测量的频率范围为：低频段1.67-2.59GHz，高频段5.56-8.84GHz。所述低频相对带宽和高频相对带宽分别43.2％和45.5％。从而，所述实物测量数据与仿真数据在相对带宽上非常接近，说明本申请提供的倒F天线可以在低频段1.67-2.75GHz，高频段4.92-7.72GHz上工作，并且具有低频以及高频的相对带宽很宽，满足高频段的需求。同时，本发明提供的倒F天线的有效频段分别覆盖了DCS/UMTS/LTE/WLAN(802.11ac)，适合手机或者其他便携通信终端的使用，并且有可能适用于未来通信用途所需的高频段。

图1所示折叠型平面倒F天线的S11参数仿真曲线随着第三侧面贴片14的长度变化对比图如图7所示。可以从图看出，22mm为第三侧面贴片14的长度为22mm的S11参数仿真曲线；21mm为第三侧面贴片14的长度为21mm的S11参数仿真曲线；20mm为第三侧面贴片14的长度为20mm的S11参数仿真曲线；19mm为第三侧面贴片14的长度为19mm的S11参数仿真曲线。可以看出，当第三侧面贴片14的长度为22mm时，仿真曲线与图6一样；当W₃的长度减少时，高频段向更高频率偏移，这说明所述的第三侧面贴片14对于高频位置起到影响的作用。这样，在实际应用中，可以通过调整第三侧面贴片14的长度而调整高频段的范围，使得所述倒F天线更好的满足高频端的需求。

图1所示折叠型平面倒F天线的在E Phi和E Theta两个方向的辐射方向仿真结果和实务测量结果如图8a～8c、图9a～图9c、图10a～10c和图11a～11c。其中，图8a为所述倒F天线在1.8GHz的XOY面辐射方向图；图8b为所述倒F天线在1.8GHz的XOZ面辐射方向图；图8c为所述倒F天线在1.8GHz的YOZ面辐射方向图；图9a为所述倒F天线在2.2GHz的XOY面辐射方向图；图9b为所述倒F天线在2.2GHz的XOZ面辐射方向图；图9c为所述倒F天线在2.2GHz的YOZ面辐射方向图；图10a为所述倒F天线在2.4GHz的XOY面辐射方向图；图10b为所述倒F天线在2.4GHz的XOZ面辐射方向图；图10c为所述倒F天线在2.4GHz的YOZ面辐射方向图；图11a为所述倒F天线在5.8GHz的XOY面辐射方向图；图11b为所述倒F天线在5.8GHz的XOZ面辐射方向图；图11c为所述倒F天线在5.8GHz的YOZ面辐射方向图。在上述图中，Simulated(E Phi)为E Phi方向仿真的辐射方向曲线；Measured(E Phi)为E Phi方向实物的辐射方向曲线；Simulated(E Theta)为E Theta方向仿真的辐射方向曲线；Measured(E Theta)为E Theta方向实物的辐射方向曲线。

从如图8a-11c可以看出，所采取的频点分别为1.8GHz、2.2GHz、2.4GHz、5.8GHz，所采用的频点分别与2G/3G/4G和WLAN常用频点附近对应，并且所述4个频点对应的方向图，仿真与实测的辐射方向大致相同，说明本发明提供的折叠型平面倒F天线具有很高的实用性。

在本实施例中，为了进一步说明本发明提供的折叠型平面倒F天线具有小型化和宽频化的特点，将本发明提供的折叠型平面倒F天线与现有的天线分别从回波损耗、低频、中频、高频以及尺寸(mm³)方面进行了比较，比较结果如表2。

表2本发明提供的天线与其它天线的对比结果

其中，[1]为Hassan Tariq Chattha,Yi Huang,and Yang Lu在“PIFA Bandwidth Enhancement by Changing the Widths of Feed and Shorting Plates”中公开的天线，所述文章于2009年公开于IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS VOL.8。

[2]为Mustapha El Halaoui,Abdelmoumen Kaabal,Hassan Asselman,Saida Ahyoud,and Adel Asselman在“Dual-Band Planar Inverted-F Antenna with Enhanced Bandwidth by Adding a T-Shaped Slot and a Two Elements for Mobile Phone Applications”中公开的天线，其于2015年公开于Progress In Electromagnetics Research C,Vol.59,149–158。

[3]为Hattan F.AbuTarboush,R.Nilavalan,Thomas Peter,and S.W.Cheung在“Multiband Inverted-F Antenna With Independent Bands for Small and Slim Cellular Mobile Handsets”中公开的天线，所述文章于2011年7月公开于IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.59，NO.7。

[4]为Abraham Loutrids,Matthias John,and Max J.Ammann在“A DUAL BAND LTE PIFA ANTENNA FOR M2M APPLICATIONS”中公开的天线，所述文章于2015年7月公开于MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS/Vol.57，No.7。

[5]为Dongsheng Qi,Binhong Li,and Haitao Liu在“COMPACT TRIPLE-BAND PLANAR INVERTED-F ANTENNA FOR MOBILE HANDSETS”中公开的天线，所述文章于2004年6月公开于MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS/Vol.41，No.6。

[6]为P.W.Chan,H.Wong and E.K.N.Yung在“Wideband planar inverted-F antenna with meandering shorting strip”中公开的天线，所述文章于2008年公开于ELECTRONICS LETTERS 13th March 2008Vol.44No.6。

[7]为Mayank Agarwal,Rajesh Singh,Manoj K.Meshram在“Linearly polarised planar inverted F-antenna for Global Positioning System and Worldwide Interoperability for Microwave Access applications”中公开天线,所述文章于2013年公开于IET Microw.Antennas Propag.,2013,Vol.7,Iss.12,pp.991–998。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。