一种适用于手机的5GNR平面天线的制作方法

本发明涉及5g天线技术领域，具体涉及一种适用于手机的5gnr平面天线。

背景技术：

随着通讯技术的不断发展，人们越来越离不开通讯终端。移动终端在人们的日常生活中扮演着重要的角色，多媒体，网络游戏，线上购物，即时通讯，在线支付等，都成为人们日常生活与工作中不可缺少的一部分，移动通讯在我们的日常生活中的角色越来越重要。随着5g技术的开发，更高速率的无线传输即将走进人们的生活，移动终端，尤其是手机在人们的日常生活中将起到更加重要的作用，这就对手机有更高的要求，同样也对手机的天线有着更高的要求。

当前全球移动网络主要的lte频率为600mhz-960mhz，1420mhz-2690mhz，随着5g技术的发展，5gnr频段，5g毫米波频段也会被利用起来，5g手机的nr频段的频率范围将会拓展至5ghz，而原有的4g频段也与5gnr频段重合。由于人们对手机外观的要求越来越高，手机天线的环境也变得越来越差，传统的pifa与loop天线设计lte频段已经有很大的困难，新增5gnr频段后，传统的pifa或者loop天线技术就会更加难以满足5g的频段要求。与此同时，人们在使用手机时，会发现人体和人手对于手机的信号强度有着很大的影响，有些时候已经影响到了正常的使用。这是因为传统的pifa或者loop天线的辐射区域比较分散，在手握状态下，天线的主要辐射区域非常容易被人手握住，从而大量吸收天线的辐射，导致天线性能大幅度下降。因此，研发一种适用于5gnr频段，结构简单，易于设计，且人体和人手对天线辐射吸收较小的手机天线，已经成为目前急需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于手机的5gnr平面天线，其能够满足所有5gnr频段，同时也可以满足所有lte频段需求，结构简单，易于设计，并且可以有效降低人手对天线辐射的吸收，提高手机在手握状态下的天线性能的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种适用于手机的5gnr平面天线，包括pcb板和天线，所述pcb板包括净空区和非净空区，所述非净空区覆有金属层，所述天线在所述pcb板平面正上方，所述天线包括辐射体，耦合体，馈电点，短路点，第一开关点，第二开关点，第三开关点，所述辐射体与所述耦合体位于所述净空区上方且以所述pcb板中线为界位于两侧，所述辐射体与所述耦合体间距为10mm-15mm，所述馈电点设置于辐射体上，所述短路点设置在耦合体上；

所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述pcb板边缘；所述第二开关点位于所述辐射体靠近所述馈电点；所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述pcb板中线一侧。

优选的，所述辐射体与所述耦合体为等面积的长方形，其中一部分与所述pcb板的平面平行，一部分与所述pcb板的平面垂直。

优选的，所述天线部分距离所述pcb板最大距离为3-6mm，所述净空区宽度为3-6mm。

优选的，所述天线还包括有匹配电路，所述匹配电路位于所述非净空区内，与所述馈电点相连。

优选的，所述馈电点距离所述辐射体靠近所述pcb板中线的边缘1-3mm的位置，所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述pcb板边缘1-3mm的位置,所述第二开关点位于所述馈电点和所述第一开关点之间，距离所述馈电点2-4mm。

优选的，所述短路点位于所述耦合体靠近所述pcb板的边缘1-2mm的位置，所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述pcb板中线边缘1-2mm的位置。

优选的，所述匹配电路位于所述pcb板非净空区内，与所述馈电点串联在一起，且所述匹配电路的器件为电容，容值为0.5pf-1.5pf。

优选的，所述第一开关点，所述第二开关点，所述第三开关点均为4t开关，开关要求适用频率范围为300khz-6ghz，所述辐射体，所述耦合体通过所述第一开关点，所述第二开关点，所述第三开关点可以切换的四路开关器件的不同，能够覆盖低频700mhz-960mhz，中频171mhz-2690mhz，高频3300mhz-5000mhz的带宽。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的天线部分的辐射体与偶合体内不需要设计复杂的线路，只需要根据手机的尺寸设计辐射体与偶合体的长度、宽度与间距，通过连接馈电点的匹配电路，与天线部分的第一开关、第二开关和第三开关的多次切换，便能使辐射体与耦合体通过耦合的方式产生多个谐振，能够满足覆盖5gnr的所有频段，同时能够满足lte的所有频段，并且能够明显降低人手对天线辐射的吸收，提高手机在手握状态下的天线性能；

2、所述第一开关点，所述第二开关点连接，与所述馈电点相连的所述匹配电路构成天线辐射的主体，通过所述第一开关点，第二开关点开关的切换，能够分别形成低频，中频，高频的宽频5gnr天线的谐振；

3、通过所述第三开关点开关的切换，与所述辐射体耦合形成寄生谐振，能够有效提高天线的带宽，并使天线的辐射区域集中于所述辐射体与所述偶合体中间的位置，在正常使用手机通话时，避免人手握住天线的主要辐射区域，起到降低人手对天线辐射的吸收的作用，提高了手机在手握状态下的天线性能。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为实施例的正视图；

图3为实施例的侧视图；

图4为实施例的俯视图；

图5为实施例的仰视图；

图6为匹配电路图；

图7为实施例的回波损耗图；

图8为实施例的自由空间，左头手，右头手增益对比图；

图9为实施例的辐射方向图；

图10为实施例的人手头衰减值与相同环境下，传统pifa和loop天线的人头手衰减值的对比图。

附图标记：1、非净空区；2、净空区；21、馈电点；22、短路点；23、第二开关点；24、第一开关点；25、第三开关点；26、匹配电路；31、辐射体；32、耦合体。

具体实施方式

参照附图对本发明做进一步说明。

一种适用于手机的5gnr平面天线，如图1-图6所示，包括手机的pcb板部分和天线部分，其中pcb板部分包括非净空区1与净空区2，净空区是指pcb板上天线周围及天线垂直于pcb的投影区域内没有覆盖任何金属的区域，非净空区是指pcb板净空区2上不满足净空区定义的区域。所述非净空区覆有金属层。

本实例中，所述天线部分距离所述pcb板最大距离为3-6mm，所述净空区宽度为3-6mm。天线部分到pcb板最大高度为3mm，pcb板长180mm，宽72mm，净空区长72mm，宽3mm，非净空区长177mm，宽72mm，净空区的长边平行与pcb板的宽边。pcb板上净空区宽度最低要求为3mm，高于3mm时天线平均增益会升高。

天线部分位于pcb板净空区2正上方，包括辐射体31，耦合体32，馈电点21，匹配电路26，短路点22，第一开关点24，第二开关点23和第三开关点25。辐射体31与耦合体32呈长方形，面积基本相同，位于净空区2的上方，以pcb板中线为界位于两侧，辐射体31与耦合体32一侧均靠近pcb板边缘，所述辐射体与所述耦合体间距为10mm-15mm，辐射体31与耦合体32间距最好为12mm；

馈电点21，第一开关点24，第二开关点23位于辐射体31区域内的净空区2的正上方，并与辐射体31相连。所述馈电点距离所述辐射体靠近所述pcb板中线的边缘1-3mm的位置，所述第一开关点位于所述辐射体靠近所述pcb板边缘1-3mm的位置,所述第二开关点位于所述馈电点和所述第一开关点之间，距离所述馈电点2-4mm。最优选取馈电点21距离辐射体31靠近pcb板中线的边缘2mm的位置，最优选取第一开关点24位于辐射体31靠近pcb板边缘1mm的位置,第二开关23点位于馈电点21和第一开关点24之间，最优选取距离馈电点21的距离为2mm。短路点22，第三开关点25位于耦合体32区域的净空区2的上方，并与耦合体32相连。所述短路点位于所述耦合体靠近所述pcb板的边缘1-2mm的位置，所述第三开关点位于所述耦合体靠近所述pcb板中线边缘1-2mm的位置。最优选取短路点22位于耦合体32靠近pcb板边缘1mm的位置，最优选取第三开关点25位于耦合体32靠近pcb板中线边缘1mm的位置。匹配电路26位于pcb板非净空区1内，与馈电点21串联在一起，且匹配电路26的器件为电容，容值为0.5pf-1.5pf，最优容值选取0.75pf。第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25均为4t开关，4t开关要求适用频率范围为300khz-6ghz，辐射体31，耦合体32通过第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25的开关器件的不同，能够覆盖低频700mhz-960mhz，中频171mhz-2690mhz，高频3300mhz-5000mhz的带宽。如果更换第一开关点24，第二开关点23，第三开关点25为6t开关，低频可覆盖至600mhz-960mhz。即在本实例中，匹配电路的器件为0.75pf，当第一开关点24器件为4.7nh，第二开关点23与第三开关点25均为断路的情况下，天线整体谐振为700mhz-800mhz；当第一开关点24器件为1.5nh，第二开关点23为断路，第三开关点25为36nh时，天线整体谐振为790mhz-900mhz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为断路，第三开关点25为22nh时，天线整体谐振为880mhz-960mhz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为3nh，第三开关点25为27pf时，天线整体谐振为1710mhz-2690mhz；当第一开关点24器件为短路，第二开关点23为短路，第三开关点25为断路时，天线整体谐振为3300mhz-5000mhz。所述第一开关点24，所述第二开关点23连接，与所述馈电点相连的所述匹配电路26构成天线辐射的主体，通过所述第一开关点24，第二开关点23开关的切换，能够分别形成低频，中频，高频的宽频5gnr天线的谐振；

通过所述第三开关点开关25的切换，与所述辐射体31耦合形成寄生谐振，能够有效提高天线的带宽，并使天线的辐射区域集中于所述辐射体31与所述偶合体32中间的位置，在正常使用手机通话时，避免人手握住天线的主要辐射区域，起到降低人手对天线辐射的吸收的作用，提高了手机在手握状态下的天线性能。

天线还可以添加匹配电路，可以达到增加天线带宽的目的。在本实例中，额外的匹配电路在本发明包含的匹配电路26之后，与手机的芯片相连。

当辐射体，耦合体与本实例中的尺寸不同时，改变三个开关的器件，同样能够使天线覆盖全5gnr全频段。如果将开关更换为6t以上的开关时，可以切换更多的频率，得到更佳的天线增益。

因此，如图7-图8表明，基于设计低频覆盖的频率为700mhz-960mhz，平均能够达到-8dbm的平均增益；基于设计中频覆盖的频率为1710mhz-2690mhz，平均能够达到-4dbm的平均增益；基于设计高频覆盖的频率为3300mhz-5000mhz，平均能够达到-5dbm的增益。基于目前的手机天线标准来说，已经可以满足在手机上实现5gnr频段的全频段覆盖。

在本实例中，由辐射体与耦合体共同作用下，天线的辐射集中在辐射体与耦合体中间的位置，在正常使用手机通话时，人手握住此区域的面积最小，人手吸收的天线辐射也更低，所以可以得到较好的人手状态下的天线性能。如图9表明本实例中，天线辐射最大点在辐射体与耦合体中间的位置，人手握住此处的面积最小，起到了降低人手对天线辐射吸收的作用；附图10表明，本发明中的天线方案，对比相同环境下的pifa天线，loop天线更加具有良好的手握状态下的天线性能。

由于本发明中的天线线路较为简单，开关可调性较强，所以本发明在设计时也会有多种的变化，可以应对不同手机的天线环境要求和器件摆放位置的要求，有着广泛的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。