一种多频4g手机天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型多频4G手机天线，涉及一种天线，由双面覆铜FR4微波介质基板上刻蚀出不同的金属结构而形成，金属结构包括辐射结构和接地板，辐射结构包括一个倒F型单极子、一个方形开口环、一个带回纹针型结构单极子、一个长方形金属条，倒F型单极子、方形开口环、带回纹针型结构单极子分别刻蚀在FR4微波介质基板正面，长方形金属条和接地板刻蚀在FR4微波介质基板背面，长方形金属条与正面的方形开口环以及带回纹针型结构的单极子构成通过两个点构成闭合结构。本实用新型多频4G手机天线，可同时实现4G手机在全球移动通信系统(GSM850/900)、数字通信系统（DCS1800）、通信移动电信系统（UMT2100）和无线局域网(WLAN2400)及无线宽带（WIFI2400）系统上工作。
【专利说明】
一种多频4G手机天线
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种天线，特别涉及一种移动通信终端天线。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信技术的迅猛发展，手机已经成为人们最主要的沟通工具，并被赋予 越来越多的功能。4G(第四代移动通信技术的简称）的概念可称为宽带接入和分布网络，具 有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动 宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代 移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在 任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、 远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽 带接入IP系统。4G通信的到来，从传统的功能手机发展到目前的智能手机，伴随移动无线通 信的快速发展，手机的广泛普及，对手机天线的设计提出越来越高的要求。昔日频段单一、 功能简单、易受干扰、大体积等缺点的手机天线己经无法满足人们对手机超薄、高效率、智 能化、多种服务的需求，因此设计出小尺寸、多频宽带、高效能、并能满足4G通信的手机天线 是时事所趋。在越来越薄的手机中，有限的手机内部空间对设计一款满足目前高指标、高标 准、多功能的手机天线是一个非常大的挑战。
[0003] 天线作为手机中极其重要的组成部分，为了满足4G技术的无线通讯标准，4G手机 的设计也朝着多频化、宽带化、平面化的方向发展。为了满足移动通信系统的需求，尺寸小、 频带宽、功能多和频段多的手机天线越来越多地被研究与应用。目前，4G内置手机天线主要 包含两类:单极子天线(Monopole)与倒F型天线(PIFA天线hPIFA平面天线是由倒F线天线 演变而来，具有剖面低、受环境影响小、机械强度好、造价便宜等优点。
[0004] 实现4G频段手机天线多频、小型化的方法有许多，如利用贴片曲流技术改变电流 路径，从而达到天线小型化的目的；裂缝加载技术，即在金属贴片上开缝或槽，利用开缝或 槽(如L型、U型、C型），变更金属贴片原来共振模态的电流分布，来获得天线双频的特性;附 加匹配电路技术，引入LC谐振电路，天线在频段内能够形成额外的谐振，与天线自身的谐振 相结合，从而展宽频带。
[0005] 下面表1是目前4G移动通信商用频段。
[0006] 表1:目前4G移动通信商用频段
[0008] 现有4G手机天线很难同时覆盖上述频段，不能满足用户的需求。
【发明内容】
[0009] 本实用新型的目的是提供一种可覆盖4G无线移动通信7个频段的多频4G手机天 线，采用该天线可同时实现4G手机在全球移动通信系统（GSM850/900)、数字通信系统 (DCS1800)、通信移动电信系统(UMT2100)和无线局域网(WLAN2400)及无线宽带(WIFI2400) 系统上工作。
[0010]本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种多频4G手机天线，由双面覆 铜FR4微波介质基板上刻蚀出不同的金属结构而形成，金属结构包括辐射结构和接地板，辐 射结构包括一个倒F型单极子、一个方形开口环、一个带回纹针型结构单极子、一个长方形 金属条，倒F型单极子、方形开口环、带回纹针型结构单极子分别刻蚀在FR4微波介质基板正 面，方形开口环包括两条竖直臂和一条连接在两竖直臂上端之间的水平臂，方形开口环环 绕在倒F型单极子靠上侧的边缘，且方形开口环位于内侧的竖直臂下端与倒F型单极子位于 下侧的水平臂末端连接;带回纹针型结构单极子包括如方波形状的弯曲臂、与弯曲臂底端 连接的L形臂及与L形臂上端连接的倒L形臂，弯曲臂由多段水平方向的金属臂与多段竖直 方向的金属臂首尾连接形成，带回纹针型结构单极子的弯曲臂上端与方形开口环水平臂内 侧末端连接;长方形金属条刻蚀在FR4微波介质基板背面，长方形金属条的两端分别过孔与 带回纹针型结构单极子的倒L形臂下端及方形开口环位于外侧的竖直臂下端连接，接地板 刻蚀在FR4微波介质基板背面并位于长方形金属条下侧，接地板与长方形金属条相互平行 设置。
[0011] 本实用新型的进一步技术方案是:所述倒F型单极子竖直臂下端为馈电点。
[0012] 本实用新型多频4G手机天线具有如下有益效果：（1)整体结构简单；（2)采用倒F型 枝节弯折辐射枝节、多分枝技术和上下两层金属构成大闭合环的方法，实现了手机天线的 多频化、宽带化和小型化。
[0013]下面结合附图和实施例对本实用新型多频4G手机天线作进一步的说明。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型多频4G手机天线的正面结构不意图；
[0015]图2是图1所示4G手机天线标注尺寸的示意图；
[0016]图3是图1所示4G手机天线的侧面图；
[0017] 图4是图1所示4G手机天线的背面图；
[0018] 图5是手机天线的回波损耗Sn测试结果图；
[0019]图6是f = 850MHz手机天线方向图仿真结果图；
[0020] 图7是f = 1800MHz手机天线方向图仿真结果图；
[0021] 图8是f = 2450MHz手机天线方向图仿真结果图；
[0022] 附图标号说明：1-倒F型单极子，2-方形开口环，3-L形臂，4-倒L形臂，5-弯曲臂，6-带回纹针型结构单极子，7-长方形金属条，8-接地板。
【具体实施方式】
[0023]如图1至图4所示，本实用新型多频4G手机天线（简称"手机天线"），由长为L、宽为W 双面覆铜FR4微波介质基板上刻蚀出不同的金属结构而形成，金属结构包括辐射结构和接 地板8，其中，FR4微波介质基板的厚度为0.5毫米，相对介电常数为= 4.4，损耗角正切 tano = 0.002。福射结构包括一个倒F型单极子1、一个方形开口环2、一个带回纹针型结构单 极子6、一个长方形金属条7。倒F型单极子1、方形开口环2、带回纹针型结构单极子6分别刻 蚀在FR4微波介质基板正面。方形开口环2包括两条竖直臂和一条连接在两竖直臂上端之间 的水平臂，方形开口环2环绕在倒F型单极子1靠上侧的边缘，且方形开口环2位于内侧的竖 直臂下端与倒F型单极子1位于下侧的水平臂末端连接。带回纹针型结构单极子6包括如方 波形状的弯曲臂5、与弯曲臂5底端连接的L形臂3及与L形臂3上端连接的倒L形臂4,弯曲臂5 由多段水平方向的金属臂与多段竖直方向的金属臂首尾连接形成，带回纹针型结构单极子 6的弯曲臂5上端与方形开口环2水平臂内侧末端连接。长方形金属条7刻蚀在FR4微波介质 基板背面，长方形金属条7的两端分别过孔与带回纹针型结构单极子6的倒L形臂4下端及方 形开口环2位于外侧的竖直臂下端连接，连接点如图1中短路点&和短路点&，长方形金属条 7与正面的方形开口环2以及带回纹针型结构单极子6构成通过两个点构成闭合结构。倒F型 单极子1竖直臂下端为馈电点F，通过50欧姆的微带馈线与系统相连。接地板8刻蚀在FR4微 波介质基板背面并位于长方形金属条7下侧，接地板8与长方形金属条7相互平行设置。
[0024] 本实用新型手机天线成功设计的一组几何参数如表2所示。
[0025] 表2:手机天线一组几何参数(尺寸参数单位为:毫米）
[0027] 表2说明：表2为针对厚度为h = 0.5毫米，相对介电常数^ = 4.4,损耗角正切tano = 0.002的FR4微波介质基板得出的一组手机天线尺寸数据。对于其它厚度或不同物理参数 的FR4微波介质基板，更改、调整以上数据，也可以设计出相应的多频手机天线。
[0028] 附图5是手机天线输入端回波损耗的仿真和实际测量结果，测试工具:安捷伦网络 分析仪，型号:Agilent 8753ES。由图可见，在在688-980MHz、1702-1880MHz、1920-2180MHZ、 2385-2490MHZ频段，天线的回波损耗Sn小于-10dB(对应VSWR小于2)。显然，所发明的手机天 线在 LTE700、CDMA/GSM850、GSM900、DCS1800、WCDMA/UMTS2100、WLAN(2400-2484)及 WIFI (2400-2484)频段上与50欧姆的微带馈线有良好的阻抗匹配特性。
[0029] 图6至图8是发明手机天线在850MHz、1800MHz和2450MHz三个频率点上的方向图。 采用的仿真工具:美国ANS0FT公司商用高频仿真软件HFSS V. 13。可以看到手机天线辐射方 向图的仿真结果显示出较好的全向性，适合应用于手机通信。此外，仿真结果亦表明，该手 机天线在800MHz、900MHz、950MHz、1900MHz、2100MHz也有类似的方向图表现，因此该手机天 线的方向图能满足手机天线同时工作于LTE700、CDMA/GSM850、GSM900、DCS1800、WCDMA/ UMTS2100、WLAN(2400-2484)及 WIFI(2400-2484)频段。
[0030] 表 3 是本发明天线手机800MHz、850、900MHz、950MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz 和 2450MHz时，手机天线的增益。手机天线在要求的频段内，增益值均在2dBi至5.2dBi之间变 化，满足移动终端对手机天线增益的要求。
[0031] 表3:手机天线增益测量结果
[0033]制作手机天线时，按表2尺寸参数在FR4微波介质基板上刻蚀出天线图案，完成短 路点过孔的短接，即完成本发明多频手机天线的制作。具体应用时，可将天线与系统电路板 集成制作在一块FR4电路板上，天线的接地板8与系统的地相连接，此外，根据需要还可以把 50欧姆馈电微带线（即Wf= 1mm段微带线)适当缩短，以进一步减少天线的尺寸。
[0034]以上实施例仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的结构并不限于上述实施 例列举的形式，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含 在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多频4G手机天线，由双面覆铜FR4微波介质基板上刻蚀出不同的金属结构而形 成，金属结构包括福射结构和接地板(8)，其特征在于，福射结构包括一个倒F型单极子 (1)、一个方形开口环(2)、一个带回纹针型结构单极子(6)、一个长方形金属条(7)，倒F型 单极子(1)、方形开口环(2)、带回纹针型结构单极子(6)分别刻蚀在FR4微波介质基板正面， 方形开口环(2)包括两条竖直臂和一条连接在两竖直臂上端之间的水平臂，方形开口环(2) 环绕在倒F型单极子（1)靠上侧的边缘，且方形开口环(2)位于内侧的竖直臂下端与倒F 型单极子(1)位于下侧的水平臂末端连接;带回纹针型结构单极子(6)包括如方波形状的弯 曲臂(5)、与弯曲臂(5)底端连接的L形臂(3)及与L形臂(3)上端连接的倒L形臂(4)，弯曲臂 (5)由多段水平方向的金属臂与多段竖直方向的金属臂首尾连接形成，带回纹针型结构单 极子(6)的弯曲臂(5)上端与方形开口环(2)水平臂内侧末端连接;长方形金属条(7)刻蚀在 FR4微波介质基板背面，长方形金属条(7)的两端分别过孔与带回纹针型结构单极子(6)的 倒L形臂(4)下端及方形开口环(2)位于外侧的竖直臂下端连接，接地板(8)刻蚀在FR4微波 介质基板背面并位于长方形金属条(7)下侧，接地板(8)与长方形金属条(7)相互平行设置。2. 如权利要求1所述的多频4G手机天线，其特征在于，所述倒F型单极子（1)竖直臂下 ?而为馈电点。
【文档编号】H01Q5/20GK205646121SQ201620323946
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】赵嘉, 曾文波
【申请人】广西科技大学