一种采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线的制作方法

本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线。

背景技术：

在手机中，天线的性能影响了手机的可通讯能力，直接决定了手机的发射、接收性能，甚至天线设计的好坏决定了该手机在市场的生存空间。从目前技术发展来看，LTE(Long Term Evolution，3G的长期演进)技术是第四代移动通信(4G)及其延续发展的核心技术。LTE与3G相比，在技术和应用上均有质的飞跃：具有更高的通信速率(最高达到100Mbit/s，极大地提高频谱利用率，有效地缓解当前日趋严重的频谱资源矛盾。698-960MHz是发展LTE和LTE_A(LTE_Advanced，LTE技术的演进)技术的关键频段，而我国目前分配给LTE的频段主要位于1.7-2.6GHz之间，缺乏低频段。在实现LTE技术的规模化和可持续发展过程中，工作带宽覆盖698-960MHz频段和1.7-2.6GHz频段的小型多频LTE天线的设计已经成为当今研究热点。这种天线同时适用于LTE和LTE_A系统中，可以避免天线引起的兼容问题。然而，698-960MHz频段比较低，在保持小天线尺寸的前提下，实现完全覆盖该频段的天线设计，具有一定的难度。

目前解决这一个设计难题的方法是采用多个辐射单元组成的组合天线，引入由集总电容和电感组成的阻抗匹配网络，在天线的辐射单元的合适位置上加入集总电容/分布电容/集总电感/分布电感。现有的这些设计方法会增加天线的设计难度及加工成本，并且结构复杂，阻抗匹配网络的灵活性较差。

由此可见，如何克服现有技术中，结构复杂以及灵活性较差的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线，用于克服现有技术中，结构复杂以及灵活性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线，包括基板1、分别印制在所述基板1正面2的第一辐射金属带8、第一金属贴片11、微带线16、印制在所述基板1背面3的地板4、第二辐射金属带7、第二金属贴片20；

所述地板4、所述第二辐射金属带7、所述第二金属贴片20在同一平面上，所述第一辐射金属带8与所述第二辐射金属带7具有第一重叠部分9且均为C状，开口均朝向所述地板4，所述第二金属贴片20被闭合环形缝隙15分割为环形贴片12和中央贴片13，所述第一金属贴片11和所述第二金属贴片20具有第二重叠部分14和非重叠部分，所述第二重叠部分14包括所述中央贴片13，所述第一金属贴片11和所述中央贴片13通过金属探针5连接，所述环形贴片12的一端与所述第二辐射金属带7连接，所述环形贴片12的另一端通过金属短路线18与所述地板4相接于短路点19且通过短路探针6与所述第一辐射金属带8连接。

优选地，所述微带线16为50Ω的微带线。

优选地，所述第二辐射金属带7的末端10宽度大于所述第二辐射金属带7的其余部分的宽度。

优选地，所述第二辐射金属带7的末端10宽度为4.5mm，所述第二辐射金属带7的其余部分的宽度为2mm。

优选地，所述中央贴片13为矩形。

优选地，所述第一金属贴片11为矩形。

优选地，所述第二金属贴片20为矩形，所述第二金属贴片20的宽度与所述第一金属贴片的宽度相同，所述第二金属贴片20的长度大于与所述第一金属贴片的长度。

优选地，所述第一金属贴片11关于所述地板4对称。

优选地，所述基板1为矩形，所述地板4为矩形。

本发明所提供的多频LTE天线，金属探针和金属短路线分别构成两个分布电感器，第一金属贴片与中央贴片和环形贴片的重叠部分和闭合环形缝隙分别构成两个分布电容器，这些分布电感器和分布电容器构成一个新型的阻抗匹配结构，因此该天线可以在不增加天线尺寸和结构复杂度的前提下有效地改善天线的阻抗匹配，并且该天线结构简单，相对于现有技术的所需的集总元件来说，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种多频LTE天线的正视图；

图2为本发明实施例提供的一种多频LTE天线的侧视图；

图3为本发明实施例提供的一种图1中去掉金属探针5和闭合环形缝隙15后的多频LTE天线的正视图；

图4为本发明实施例提供的一种图1中去掉金属探针5后的多频LTE天线的正视图；

图5为本发明实施例提供的一种图1对应的天线的带宽|S₁₁|的频率响应曲线图；

图中，1为基板、2为基板1的正面、3为基板1的背面、4为地板、7为第二辐射金属带、8为第一辐射金属带、9为第一辐射金属带8与第二辐射金属带7的第一重叠部分、10为第二辐射金属带7的末端、11为第一金属贴片、12为第二金属贴片20的环形贴片、13为第二金属贴片20的中央贴片、14为第一金属贴片11和第二金属贴片20的第二重叠部分、15为第二金属贴片20的闭合环形缝隙、16为微带线、17为馈点、18为金属短路线、19为短路点、20为第二金属贴片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线，用于克服现有技术中，结构复杂以及阻抗匹配灵活性较差的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种多频LTE天线的正视图。图2为本发明实施例提供的一种多频LTE天线的侧视图。如图所示，多频LTE天线包括基板1、分别印制在基板1正面2的第一辐射金属带8、第一金属贴片11、微带线16、印制在基板1背面3的地板4、第二辐射金属带7、第二金属贴片20。

地板4、第二辐射金属带7、第二金属贴片20在同一平面上，第一辐射金属带8与第二辐射金属带7具有第一重叠部分9且均为C状，开口均朝向地板4，第二金属贴片20被闭合环形缝隙15分割为环形贴片12和中央贴片13，第一金属贴片11和第二金属贴片20具有第二重叠部分14和非重叠部分，第二重叠部分14包括中央贴片13，第一金属贴片11和中央贴片13通过金属探针5连接，环形贴片12的一端与第二辐射金属带7连接，环形贴片12的另一端通过金属短路线18与地板4相接于短路点19且通过短路探针6与第一辐射金属带8连接。

在具体实施中，基板1可以为矩形，地板4也可以为矩形，如图1所示，地板4印制在基板1的下部分，基板1上部分的空余区域中印制第二辐射金属带7、第二金属贴片20。基板1的介质可以选用FR4介质，介电常数为4.4，厚度为1.6mm。可以理解的是，基板1的各个参数可以根据实际需求选取，上述具体参数只是一种应用场景，并不代表只有这一种选取方式。

在图1中，虚线表示基板1的背面上的结构，细实线表示基板1的正面2上的结构，粗实线表示重叠部分。第一金属贴片11与第二金属贴片20具有第二重叠部分14，第二重叠部分14可以视为电容器C1，对天线进行电容耦合馈电。

闭合环形缝隙15将第二金属贴片20分割成两部分，一部分是闭合环形缝隙15外侧的环形贴片12，另一部分是闭合环形缝隙15内侧的中央贴片13，闭合环形缝隙15可以看作是分布电容C2。

如图1所示，环形贴片12的左端直接与第二辐射金属带7连接，右端通过金属短路线18与地板4相接于短路点19且通过短路探针6与第一辐射金属带8连接。金属短路线18可以看作是一个分布电感器L2。在具体实施中，金属短路线18的形状没有要求，总长度可以根据实际情况设定，例如在一种具体实施方式中，可以为20mm，宽度为0.4mm。

第一金属贴片11和中央贴片13通过金属探针5连接，金属探针5可以视为一个分布电感器L1。

由上述说明可知，因为闭合环形缝隙15的存在，环形贴片12和中央贴片13相分离，所以本发明提出的天线仍旧属于耦合馈电。

其中，在一种具体实施方式中，第一金属贴片11和中央贴片13均为矩形。第二金属贴片20为矩形，第二金属贴片20的宽度与第一金属贴片11的宽度相同，第二金属贴片20的长度大于与第一金属贴片11的长度。

本实施例提供的多频LTE天线，馈电探针和金属短路线分别构成两个分布电感器，第一金属贴片与中央贴片和环形贴片的重叠部分和闭合环形缝隙分别构成两个分布电容器，这些分布电感器和分布电容器构成本发明提出的新型阻抗匹配结构，可以通过调整这些分布电容器和电感器的尺寸来控制阻抗匹配电路的电感和电容的大小，从而得到理想的阻抗匹配效果。因此该天线可以在不增加天线尺寸和结构复杂度的前提下有效地改善天线的阻抗匹配，并且该天线结构简单，相对于现有技术的所需的集总元件来说，成本较低。

需要说明的是，对于图2中，金属探针5和短路探针6叠加在一起，因此，图2中较粗的部分的上部分为馈电探针5，下部分为短路探针6。

在上述实施例的基础上，微带线16为50Ω的微带线16。

如图1所示，微带线16的一端与第一金属片连接，另一端为馈点17，通过馈电与馈源连接，实现馈电。

在上述实施例的基础上，第二辐射金属带7的末端宽度大于第二辐射金属带7的其余部分的宽度。

如图1所示，第二辐射金属带7的末端被加宽，加宽部分在图中的标号为10，通过加宽第二辐射金属带7的末端，可以提高辐射效率，改善阻抗带宽。在一种实施例中，第二辐射金属带7的末端宽度为4.5mm，第二辐射金属带7的其余部分的宽度为2mm。

在上述实施例的基础上，第一金属贴片11关于地板4对称。

可以理解的是，第一金属贴片11如果不关于地板4对称的话，则导致地板4上的电流不均匀，如果关于地板4对称的话，则可以使得地板4上的电流均匀，达到更好的效果。

为了让本领域技术人员更加清楚本发明提供的多频LTE天线，下面以具体的仿真图示进行说明。

上文中C1、C2和L1、L2构成了一个有效的阻抗匹配结构或者说是耦合馈电结构。合理地设置C1，C2和L1和L2的大小，就可以有效地改善阻抗匹配，对第一辐射金属带8和第二辐射金属带7进行有效的馈电，从而得到理想的、具有一定频率选择性的阻抗带宽。

如果将闭合环形缝隙15和金属探针5去掉，低频时，由于第二重叠部分14的容抗比较大，容易造成阻抗失配，无法完全覆盖LTE700频段。因此，引入金属探针5以抑制低频时天线输入阻抗的容性过大，改善阻抗匹配。引入馈电探针5之后，如果没有闭合环形缝隙15的存在，第二重叠部分14的作用将变得非常弱，而且天线变成了直接馈电，而不是电容耦合馈电，此时天线输入阻抗的感性将大幅度增加，造成天线的输入阻抗严重失配。为了解决这个问题，进一步引入了闭合环形缝隙15。这样一方面可以保持天线的电容耦合馈电，另一方面闭合环形缝隙15可以作为一个电容器。在700MHz附近，第二重叠部分14的容抗比较小，由于金属探针5的引入，使得电路的感抗比较大，，但是闭合环形缝隙15的存在，也引入了一部分的电容，所以金属探针5虽然有效地增加了天线输入阻抗的感抗，但是闭合环形缝隙15的存在又增加了电路的容抗，所以使得天线的输入阻抗由容性变成了弱感性，故700MHZ附近的阻抗匹配得到有效地改善，而且产生了一个新的谐振点，天线的低频带宽有效地覆盖了698-1088MHz频段。

如果将闭合环形缝隙15和金属探针5去掉，由于随着频率的增长，第二重叠部分14的容抗变小，而与地板4相连接的金属短路线18的感抗会增加，造成输入阻抗呈现感性。加入馈电探针5后，随着频率增大，对于没有闭合环形缝隙15的天线来说，由于第二重叠部分14的容抗相对变小，馈电探针5的感抗变大了，此时可以认为电流主要通过该第二重叠部分14耦合到天线辐射单元上的，所以电路呈现了比较大的容性，因此阻抗匹配并不能得到改善，反而变得更差了。因此引入金属探针5后，再引入闭合环形缝隙15的话，此时金属探针5与闭合环形缝隙15为串联状态，闭合环形缝隙15的引入，使得馈电探针5所在的支路的感抗值变小，该支路的感抗不再是无穷大状态，然而该支路仍旧呈现的是感性，可以等效为一个电感，该电感与第二重叠部分14构成的电容C1是并联的状态，它们的并联有效地减小了这两个支路对外呈现的电容的容抗，再和金属短路线18串联，则对外呈现的电容被大大地减小了，所以在高频(1.69-2.50GHz)得到了很好的阻抗匹配。

图3为本发明实施例提供的一种图1中去掉金属探针5和闭合环形缝隙15后的多频LTE天线的正视图。图4为本发明实施例提供的一种图1中去掉金属探针5后的多频LTE天线的正视图。图5为本发明实施例提供的一种图1对应的天线的带宽|S₁₁|的频率响应曲线图。

为了验证本发明提出的多频LTE手机天线，进行了图1对应的天线的带宽|S₁₁|的频率响应曲线图(图5)、图1、图3和图4对应的天线的带宽|S₁₁|的频率响应曲线图以及图1、图3和图4对应的阻抗的频率响应曲线图。

仿真结果表明图1所示的天线能够获得的高低频带宽均为-10dB带宽，所以与已有的多频LTE手机天线相比较，本申请提出的天线设计具有更低的反射能量，更高的辐射效率。另外，本发明中的天线设计的低频和高频带宽曲线的边缘均比较陡峭，具有比较好频率选择性，可以降低对级联在天线后端的滤波器的性能要求，而且本设计采用的平面结构，结构简单，可以降低生产成本，适用于各种多功能小型手持设备中。综上所述，图1所示的天线能够在-10dB阻抗带宽下能有效地覆盖698-1088MHz频段和1.69-2.50GHz频段且具有良好频率选择性。

多频LTE天线可以用在终端设备上，例如终端设备为手机或平板电脑。

以上对本发明所提供的采用新型阻抗匹配结构的多频LTE天线进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。