一种多频折弯4G手机天线的制作方法

本发明涉及一种天线，特别涉及一种4G手机天线。

背景技术：

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、低辐射并能满足4G通信的手机天线是时事所趋。在越来越薄的智能手机中，有限的手机内部空间对设计一款满足目前高指标、高标准、多功能的智能手机天线是一个非常大的挑战。

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）。PIFA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、造价便宜等优点随着手机产业的快速发展，多功能高性能的超薄手机已是市场主流。

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。

下面表一是目前4G移动通信商用频段的手机通信商用频段

表一：

现有4G手机天线不能较好地同时覆盖上述频段。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多频折弯4G手机天线，能够有效拓展天线的带宽、回波损耗小，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）、个人通信系统PCS1900、通信移动电信系统（UMT2100）和无线局域网(WLAN2400)及部分无线宽带（WIFI2400）系统上工作，在每个频段增益的都大于1 dBi，辐射方向图在水平面内呈现良好的全向性。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种多频折弯4G手机天线，包括矩形双面覆铜FR4介质基板和金属铜片折合环， FR4介质基板正面刻蚀出一个平面半波折合阵子，平面半波折合阵子包括一条水平臂Ⅰ、两条竖直臂Ⅰ及两条折合臂，水平臂Ⅰ设置在FR4介质基板正面一端边缘，两条竖直臂Ⅰ分别与水平臂Ⅰ相互垂直，并分别由水平臂Ⅰ两端沿FR4介质基板边缘延伸形成，两条折合臂分别由两条竖直臂Ⅰ远离水平臂Ⅰ一端向内垂直延伸形成，两条折合臂呈阶梯结构，且两条折合臂内侧之间设有缝隙，双面覆铜FR4介质基板背面，在FR4介质基板背面两条竖直臂Ⅰ的投影及其投影之间的区域无金属铜面覆盖，FR4介质基板背面其余部分覆盖金属铜面作为天线的地板，两条折合臂内侧末端分别过孔与地板连接；金属铜片折合环包括两条竖直臂Ⅱ、一条水平臂Ⅱ、两条竖直臂Ⅲ和一段呈方波状的折弯臂，两条竖直臂Ⅱ分别垂直连接在平面半波折合阵子的水平臂Ⅰ的两端端部，水平臂Ⅱ垂直连接在两条竖直臂Ⅱ上端之间，两条竖直臂Ⅲ的后端分别与两条竖直臂Ⅱ上端或水平臂Ⅱ两端末垂直连接，且两条竖直臂Ⅲ分别位于两条竖直臂Ⅰ的上方，折弯臂两端分别与两条竖直臂Ⅲ的前端连接。

本发明的进一步技术方案是：两条竖直臂Ⅲ分别位于两条竖直臂Ⅰ的正上方，且两条竖直臂Ⅲ分别与两条竖直臂Ⅰ相互平行。

本发明的进一步技术方案是：两条折合臂分别是外侧细内侧粗的阶梯结构，且两条折合臂内侧末端分别向远离水平臂Ⅰ一侧突出形成相互平行的突出臂，突出臂末端分别设有连接孔，两条折合臂分别通过连接孔与地板连接，突出臂作为天线的馈电端。

本发明的进一步技术方案是：所述方波状的折弯臂与水平臂Ⅱ在同一水平面内。

本发明多频折弯4G手机天线具有如下有益效果：(1)整体结构简单；（2）采用双折弯立体结构，实现了手机天线的多频化、宽带化和小型化。

下面结合附图和实施例对本发明多频折弯4G手机天线作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明多频折弯4G手机天线未连接金属铜片折合环前的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明多频折弯4G手机天线的金属铜片折合环的结构示意图；

图4是本发明多频折弯4G手机天线的结构示意图；

图5是本发明多频折弯4G手机天线的展开图；

图6是本发明多频折弯4G手机天线的回波损耗S₁₁测试结果图；

图7是f = 900 MHz本发明多频折弯4G手机天线方向图仿真结果图；

图8是f = 1800 MHz本发明多频折弯4G手机天线方向图仿真结果图；

图9是f = 2450 MHz本发明多频折弯4G手机天线方向图仿真结果图；

附图标号说明：1-水平臂Ⅰ,2-竖直臂Ⅰ,3-折合臂,4-地板,5-FR4介质基板,6-平面半波折合阵子,7-竖直臂Ⅱ,8-水平臂Ⅱ,9-竖直臂Ⅲ,10-折弯臂。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明多频折弯4G手机天线，包括矩形双面覆铜FR4介质基板5和金属铜片折合环。FR4介质基板5的厚度为 0.5毫米，相对介电常数εr = 4.4，损耗角正切tanơ = 0.02。FR4介质基板5正面刻蚀出一个平面半波折合阵子6，平面半波折合阵子6包括一条水平臂Ⅰ1、两条竖直臂Ⅰ2及两条折合臂3，水平臂Ⅰ1设置在FR4介质基板5正面一端边缘，两条竖直臂Ⅰ2分别与水平臂Ⅰ1相互垂直，并分别由水平臂Ⅰ1两端沿FR4介质基板5边缘延伸形成，两条折合臂3分别由两条竖直臂Ⅰ2远离水平臂Ⅰ1一端向内垂直延伸形成，两条折合臂3呈阶梯结构，且两条折合臂3内侧之间设有缝隙，双面覆铜FR4介质基板5背面，在FR4介质基板5背面两条竖直臂Ⅰ2的投影及其投影之间的区域无金属铜面覆盖，FR4介质基板5背面其余部分覆盖金属铜面作为天线的地板4，两条折合臂3内侧末端分别过孔与地板4连接。两条折合臂3分别是外侧细内侧粗的阶梯结构，且两条折合臂3内侧末端分别向远离水平臂Ⅰ1一侧突出形成相互平行的突出臂，突出臂末端分别设有连接孔，两条折合臂3分别通过连接孔与地板4连接，突出臂作为天线的馈电端（图4、5中的A、F两个端点）。

金属铜片折合环包括两条竖直臂Ⅱ7、一条水平臂Ⅱ8、两条竖直臂Ⅲ9和一段呈方波状的折弯臂10，两条竖直臂Ⅱ7分别垂直连接在平面半波折合阵子6的水平臂Ⅰ1的两端端部，水平臂Ⅱ8垂直连接在两条竖直臂Ⅱ7上端之间，两条竖直臂Ⅲ9的后端分别与两条竖直臂Ⅱ7上端或水平臂Ⅱ8两端末垂直连接，且两条竖直臂Ⅲ9分别位于两条竖直臂Ⅰ2的上方，折弯臂10两端分别与两条竖直臂Ⅲ9的前端连接。两条竖直臂Ⅲ9分别位于两条竖直臂Ⅰ2的正上方，且两条竖直臂Ⅲ9分别与两条竖直臂Ⅰ2相互平行。方波状的折弯臂10与水平臂Ⅱ8在同一水平面内。其中金属铜片折合环是取宽度和厚度分别1.5毫米、0.2 毫米的金属铜片，冲压并折弯形成。在生产时，可单独制造出金属铜片折合环，再将金属铜片折合环焊接在FR4介质基板5正面的平面半波折合阵子6上，天线组合：将金属铜片折合环的C、D 两个端点焊接到平面半波折合阵子6对应点，焊接后 CGHD平面与RF4平面成90交角，两部分结构实现机械、电气相连，构成三叠折合环(如图4、5中P所指的虚线环)的立体结构，平面半波折合阵子6和金属铜片折合环构成天线的辐射体。

本发明多频折弯4G手机天线成功设计的一组几何参数如表2所示。

表2：多频折弯4G手机天线一组几何参数（尺寸参数单位为：毫米）。

表2说明：表2为针对厚度为 h = 0.5 毫米，相对介电常数εr = 4.4，损耗角正切tanơ = 0.02的FR4介质基板5得出的一组天线尺寸数据。对于其它厚度或不同物理参数的FR4介质基板5材料，更改、调整以上数据，也可以设计出相应的多频手机天线。

附图6是本发明多频折弯4G手机天线输入端回波损耗的测量结果，测试工具：安捷伦网络分析仪，型号：Agilent 8753ES。测试表明，本发明设计的多频折弯4G手机天线，在0.788 - 1.102 GHz和1.770 - 2.497 GHz的频率范围，其回波损耗小于- 6dB。这两个频率段覆盖了4G无线移动通信的6个工作频段，包括：全球移动通信系统(GSM850/900)、数字通信系统（DCS1800）、个人通信系统PCS1900、通信移动电信系统（UMT2100）和无线局域网(WLAN2400)及部分无线宽带（WIFI2400）系统上工作。

图7至图9分别是本发明多频折弯4G手机天线在900、1800MHz和 2450 MHz 三个频率点上的方向图，显然，天线在每个波段增益的都大于1 dBi，辐射方向图在水平面内呈现良好的全向性。此外，仿真结果亦表明，该天线在800 MHz、900 MHz、950 MHz、1900 MHz、2100 MHz 也有类似的方向图表现。

下面表3是本发明天线手机800 MHz、850、900 MHz、950 MHz、1800MHz、1900 MHz、2100 MHz 和 2450 MHz时，手机天线的增益量结果，天线在要求的频段内，增益值均在 1 dBi 至3dBi之间变化，满足移动终端对天线增益的要求。

表3：天线增益测量结果。

制作本发明多频折弯4G手机天线时，按表2尺寸参数在FR4介质基板5正面的金属面上刻蚀出图1所示平面半波折合阵子的图案，选用宽度和厚度分别1.5毫米、0.2 毫米的金属铜片，冲压并折弯成图3所示的金属铜片折合环。再将金属铜片折合环的C、D 两个端点焊接到平面半波折合阵子6对应点，焊接后 CGHD平面与RF4平面成90°交角，两部分结构实现机械、电气相连，构成三叠折合环的立体结构，即完成天线制作。具体应用时，可将系统电路板集成在FR4介质基板5上，多频折弯4G手机天线的地板4与系统的地相连接，系统RF输出接到多频折弯4G手机天线的馈电点A、F。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明的结构并不限于上述实施例列举的形式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。