本发明属于移动终端用宽频段天线技术领域，涉及一种不使用集总参数元件且适用于高屏占比移动终端设备的多频段WWAN/LTE天线
背景技术：
随着无线通信技术的高速发展，第二代移动通信系统(the second generation，2G)、第三代移动通信系统(the third generation，3G)以及第四代移动通信系统(the fourth generation，4G)技术已经成熟并在世界范围内得以应用。由于现代智能移动终端的通讯需求，宽带的移动终端天线，如手机、平板电脑、笔记本等设备，需要同时覆盖2G移动通信系统的全球移动通信系统GSM850(824-894MHz),GSM900(880-960MHz)、数字蜂窝系统DCS(1710-1880MHz)和个人通信系统,PCS(1850-1990MHz)，3G移动通信系统的通用移动通信系统UMTS(1920-2170MHz)，4G移动通信系统的LTE系统LTE700(698-787MHz)、LTE2300(2300-2400MHz)以及LTE2500(2500-2690MHz)，在将来2G/3G/4G移动通信系统共存的局面将长期维持。此外，随移动终端设备朝着高屏占比、纤薄化、窄边框、金属化的趋势发展，导致移动终端手机天线设计的空间越来越狭窄，如何在小的空间尺寸内设计出满足2G/3G/4G通讯需求的天线，成为移动终端天线设计领域的一个挑战。
为在小空间尺寸下实现宽带移动终端天线，通常选择的主流天线形式是单极子天线。在移动通讯频段，它通常有两个谐振模式(1/4波长谐振模式和3/4波长谐振模式)。除了两个基本谐振模式外，单极子天线还可结合多种匹配技术实现在小尺寸空间下的宽频带特性，例如：耦合馈电匹配技术、集总参数元件匹配技术、分布参数元件匹配技术以及可重构技术等。无论使用哪种技术，由于单极子天线的基本谐振模式1/4波长谐振模式的限制，匹配低频段中的LTE700、GSM850、GSM900均比较困难，原因在于低频段1/4波长往往已经和移动终端设备尺寸相比拟，而移动终端设备却只能提供小部分空间给天线设计。为实现小尺寸下的宽频带移动终端天线，集总参数元件匹配技术广泛应用于移动终端天线设计，只为调节低频带宽或是在低频产生新的谐振点以扩宽低频的频带。然而，集总参数元件的引入往往会引起损耗。因此，本发明采用驱动分枝组合双分枝耦合地枝的单极子天线形式，在低频段LTE700、GSM850、GSM900内，产生两个1/4波长谐振模式实现低频段覆盖的同时，利用驱动分枝的3/4波长模式、长耦合寄生地枝的3/4波长模式并引入短耦合寄生地枝的1/4波长谐振模式和调谐枝节实现高频段DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500的覆盖。本发明提出一种移动终端WWAN/LTE天线,在未使用任何集总参数元件并在仅8mm的非地板高度的前提下，实现了LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500频段的覆盖，满足了2G/3G/4G通讯要求频段下的小尺寸天线设计需求。
技术实现要素：
本发明提出一种在不使用集总参数元件且在较小的非地板高度的条件下，能够覆盖多频段的移动终端WWAN/LTE天线。
无集总参数元件可供高屏占比移动终端用的多频段天线，其特征在于，含有：天线主体(1)、介质板(2)、微带馈电线(3)以及金属地板(4)，其中：
介质板(2)，长宽高用X、Y、Z表示，分别为128mm×70mm×0.8mm，坐标原点在左上角，
金属地板(4)，长宽分别为120mm×70mm，印在介质板(2)上，所述金属地板(4)的底也沿宽度方向与所述介质板对齐，
微带馈电线(3)，长宽为40mm×1.5mm，位于所述介质板(2)的背面，左侧距离所述介质板(2)的左边缘10mm，天线馈电点(5)穿过所述金属地板(4)后连接于所述微带馈电线(3)的下端点，馈电电流沿负X轴方向流入天线主体(1)，
天线主体(1)，由“T”型驱动分枝(1a)和双分枝耦合寄生地枝(1b1～1b3、1c、1d1～1d4、1e)共同构成，其中，
“T”型驱动分枝(1a)，沿负Y轴方向印于所述介质板(2)的背面顶端，其中：垂直部分枝节长宽为5.5mm×1.5mm，下侧与所述微带馈电线(3)的馈电电流流出端连接，上侧与长宽为70mm×2mm的水平部分枝节连接，
所述双分枝耦合寄生地枝由长耦合寄生地枝、短耦合寄生地枝(1c)、调谐枝节和短路枝节(1e)构成，其中，
长耦合寄生地枝，由第一长耦合寄生地枝(1b1)、第二长耦合寄生地枝(1b2)以及第三长耦合地枝(1b3)共同构成，其中：
第一长耦合寄生地枝(1b1)，水平地印在所述介质板正面的顶端，长宽为67mm×2mm，右端距所述介质板(2)右边缘为3mm，X轴方向宽度为2mm，
第二长耦合寄生地枝(1b2)，是所述介质板(2)左上角沿着负x轴向外延伸的部分，沿负Y轴方向距坐标原点的长度为8mm，沿负X轴方向的宽度为5mm，其长边下侧与所述的第一长耦合寄生地枝(1b1)上侧边左端相连，
第三长耦合寄生地枝(1b3)，底边沿负Y轴连接在所述第二长耦合寄生地枝(1b2)的顶部边缘上，长度为28mm，沿负X轴的宽边为3mm，
所述第二长耦合寄生地枝(1b2)沿着与所述第一长耦合寄生地枝(1b1)的折叠边，相对于所述介质板(2)正面内翻90°，
短耦合寄生地枝(1c)，沿负Y轴方向印于所述介质板(2)正面，长为31mm，左端离所述介质板左边缘36mm，下侧边离所述金属地板(4)的顶侧0.3mm，
调谐枝节(1d)，用于调节或扩宽天线的频带，由第一调谐枝节(1d1)、第二调谐枝节(1d2)、第三调谐枝节(1d3)以及第四调谐枝节(1d4)共同组成，其中：
第一调谐枝节(1d1)，沿负Y轴方向的长度与沿X轴方向的宽度为2mm×1mm，其长边与距离所述第一长耦合寄生地枝(1b1)右端侧边14mm开始处的底边右侧相连，
第二调谐枝节(1d2)，为所述介质板(2)右上角向负X轴方向向上延伸的部分，从所述介质板(2)右边缘开始沿y轴方向的长度为40mm，沿负X轴方向的高度为10mm，底边与所述第一长耦合寄生地枝(1b1)的顶边相连，所述第二调谐枝节(1d2)沿着与所述第一长耦合寄生地枝(1b1)的折叠边，相对于所述介质板(2)正面内翻90°，并且所述第二调谐枝节(1d2)沿着其1/2高度处水平方向的折叠线向所述介质板(2)内翻90°，
第三调谐枝节(1d3)，沿负Y轴方向的长度为3mm，沿X轴方向的高度为4mm，在距离所述介质板(2)左边缘13mm处开始，与所述第一长耦合寄生地枝(1b1)底边左侧相连接，
第四调节枝节(1d4)，呈“┌”型，呈扁平型，从负X轴出发，沿着负Y轴方向的直接与所述第三耦合寄生地枝(1b3)顶边相连的底边长度为10mm，而顶边长为15mm，所述底边与所述“┌”型第四调谐枝节(1d4)向右伸出的水平枝节底面的高度差为2mm,所述底边与所述“┌”型第四调谐枝节(1d4)连同所述第三长耦合寄生地枝(1b3)一起沿着所述第三长耦合寄生地枝(1b3)与所述第二长耦合寄生地枝(1b2)交界处的折叠线相对于所述介质板(2)正面内翻90°角，
短路枝节(1e)，在底部中央与所述金属地板(4)正面顶端的短路点(6)相连，所述短路枝节(1e)沿X轴方向的高度为8mm，从所述介质板(2)右边缘出发，沿Y轴方向的长度为3mm，所述短路枝节(1e)的左侧边沿X轴方向依次分别与所述第一长耦合寄生地枝(1b1)、短耦合寄生地枝(1c)的右侧边相连接。
本发明对比已有发明技术具有以下明显优势：
1.在不使用集总参数元件的条件下，利用驱动分枝组合耦合寄生地枝的方式，在较小的非地板尺寸下，实现覆盖WWAN/LTE的八个频段。
2.由于占据非地板尺寸小，覆盖频段宽，适用于当今高屏占比移动终端设备的通讯需求和设计需求。
3.天线结构简单、易于制作，可在低成本条件下，大规模量产。
附图说明
图1为本发明提出的移动终端WWAN/LTE天线的正面一览图，尺寸单位为毫米(mm).
图2为本发明提出的实例天线的背面视图及具体尺寸，尺寸单位为毫米(mm)。
图3为本发明提出的实例天线的正面平面展开图及具体尺寸，尺寸单位为毫米(mm).
图4为本发明提出的实例天线实测的天线反射系数。
图5为本发明提出的实例天线实测的天线辐射方向图。
图6为本发明提出的实例天线实测的天线增益。
图7为本发明提出的实例天线实测的天线效率。
具体实施方式
本发明提出一种在不使用集总参数元件且在较小的非地板高度的条件下，能够覆盖多频段的移动终端WWAN/LTE天线。其正面一览图如图1所示。由图可知，本发明提出的天线主要由天线主体、介质板、微带馈电线、金属地板四部分组成。天线主体部分印于介质板上，部分通过折叠方式构成空间三维折叠结构。
介质板采用的材料是FR4，损耗角正切为0.02。介质板正面印刷的金属地板与天线主体相连，近似代替移动终端设备的屏幕及电路元件的作用，也起到一定辐射并引向电磁波的作用。
天线主体由“T”型驱动分枝、双分枝耦合寄生地枝构成。其中，“T”型驱动分枝由馈电微带线直接馈电并参与天线辐射，双分枝耦合寄生地枝由长耦合寄生地枝、短耦合寄生地枝、短路枝节以及调谐枝节构成，电流以耦合方式从金属地板经过短路枝节流入双分枝耦合寄生地枝，从而实现电磁波的辐射。调谐枝节起到微调天线频带的作用。
本发明设计天线工作原理如下：“T”驱动分枝产生两个单极子的四分之一波长和四分之三波长谐振模式。长耦合寄生地枝产生两个单极子的四分之一波长和四分之三波长谐振模式。短耦合寄生地枝产生一个单极子的四分之一波长谐振模式。其中，“T”驱动分枝产生的四分之一波长模式和长耦合寄生地枝产生的四分之一波长谐振模式的谐振频率处于低频段，实现覆盖LTE700、GSM850和GSM900频段。“T”型驱动分枝产生的四分之三波长模式、长耦合寄生地枝产生的四分之三波长谐振模式以及短耦合寄生地枝的四分之一谐振模式的谐振频率处于高频段，三个谐振模式共同作用，在高频段形成一个宽频带，实现覆盖DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500频段。此外，调谐枝节用于天线频带的微调。
为验证本发明天线能够实现在不使用集总参数元件且在较小非地板高度条件下的多频段覆盖，按照图1、图2和图3中所标原尺寸，制作了一个实例天线，并测试得到天线的反射系数、天线方向图、增益以及天线辐射效率。
实例天线的天线反射系数的测试结果如图4所示，该实例天线的-6dB阻抗带宽为285MHz(695MHz-980MHz)和1.05GHz(1690MHz-2740MHz),覆盖LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS,、UMTS、LTE2300和LTE2500，满足当前2G/3G/4G通讯需求。
实例天线辐射方向图的测试结果如图5所示，图5分别给出了实例天线在725MHz、825MHz、925MHz、1750MHz、2350MHz、2600MHz频点下的辐射方向图。从图5中，可看出天线在低频段的三个频点(725MHz、825MHz、925MHz)的辐射方向图接近偶极子辐射方向图的形状。而在高频段的三个频点(1750MHz、2350MHz、2600MHz)，由于谐振模式混合了1/4波长和3/4波长谐振模式，辐射方向图变得不规则，且具有一定的向地板倾斜的方向性。
实例天线增益的测试结果如图6所示，在低频段(LTE700、GSM850、GSM900)，实例天线的实测增益为-0.2dBi-3.73dBi；在高频段(DCS、PCS,、UMTS、LTE2300和LTE2500)，实例天线的实测增益为1.98dBi-3.91dBi,足以满足移动终端无线通讯的增益需求。
实例天线辐射效率的测试结果如图7所示，在低频段(LTE700、GSM850、GSM900)，实例天线的实测辐射效率为54.5％-92.3％；在高频段(DCS、PCS,、UMTS、LTE2300和LTE2500)，实例天线的实测辐射效率为64.7％-90.5％。在2G/3G/4G通讯需求频段内，能量均能较好的辐射出去。
综上所述，本发明提出一种在不使用集总参数元件的条件下，8mm×70mm×5.8mm的小尺寸多频段移动终端天线结构，该天线结构可覆盖现代2G/3G/4G通讯需求的LTE700、GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS、LTE2300和LTE2500频段，并且在覆盖频段内具有较高的天线增益及效率，完全满足现代无线通讯的小尺寸、多频段的需求。