[实用新型]一种基于超材料结构的手机可调频天线

说明书

技术领域

本实用新型属于天线技术与无线通信领域，涉及一种基于超材料结构的手机可调频天线。

背景技术

低频段由于其覆盖范围很广，可以减少基站铺设密度，未来4G无线通讯广泛应用。在手机天线中，LTE，GSM850, GSM900目前大部分是单天线，然而单天线有很多弊端，比如抗衰落差，某些姿势人体吸收很大等。利用两天线可以根据衰落和人体进行分集，从而改善性能。但目前应用的两天线系统中，低频段耦合严重，大大影响了系统总体性能。

发明内容

本实用新型在不改变传统主天线的前提下，将利用超材料的特殊辐射性能设计可重构单天线，实现可重构，低耦合，以满足带宽和性能的要求。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括FR4基底、金属地板、可调频环天线，金属地板位于FR4基底至上，在金属地板的一角设有可调频环天线，所述的可调频环天线由馈电内环及超材料单元结构容性加载环构成，其中馈电内环位于超材料单元结构容性加载环内，通过馈电点与金属地板连接，在超材料单元结构容性加载环的辐射外环上加载有串联的变容二极管和辅助贴片电容。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型的可调频天线尺寸仅为25mm×18mm×0.8mm，可集成于手机中。天线具频率可调性，频率可调范围覆盖LTE700、GSM850和GSM900频段。使用变容二极管实时调频时，带宽调到LTE频段时为10 MHz，调到GSM850, GSM900频段时为20 MHz。

附图说明

图1为天线的整体结构俯视图。

图2为天线的调频范围示意图。

图3为天线在LTE700、GSM850和GSM900频段的S11结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详述：

如图1所示，本实用新型中天线由FR4基底、金属地板1-1、馈电内环1-2、辐射外环1-3、馈电点1-4、变容二极管1-5及辅助贴片电容1-6组成。天线的尺寸是25mm×18mm×0.8mm，基板采用的是天线加工中最常用最廉价的FR4材料，它的介电常数为4.4。天线的材料为铜。内环上有馈电点，由内环耦合馈电到外环；外环上加载了变容二极管及辅助贴片电容，可以实现天线的频率可调节性，该天线所能调节到的最高及最低频率如图2所示。

外环中加载的变容二极管型号为 Skyworks SMV1247,该变容二极管在0-3V的直流电压下电容值的调节范围为0.95-8.86pF。在串联的1.5pF的辅助贴片电容的共同作用下，天线能调节到的最低频率（-6dB带宽处）为668MHz，最高频率为982MHz，可以覆盖LTE700、GSM850和GSM900频段。

天线在不同频段的S11结果如图3所示。使用变容二极管实时调频时，带宽调到LTE频段时为10 MHz，调到GSM850, GSM900频段时为20 MHz。

本实用新型的手机可调频天线的优点包括：

（1）成本低且尺寸相对较小。天线只采用FR4与铜两种材料，是最基础的天线加工材料且整个天线的尺寸只有25mm×18mm×0.8mm。

（2）覆盖LTE700、GSM850和GSM900频段。如图2所示，天线可调频范围为668-982MHz，覆盖了LTE700、GSM850和GSM900频段。

（3）结构简单调整方便。由于容性加载环这一超材料单元的引入，天线的结构相对于其他调频天线来说非常简单。且当天线应用其他尺寸的手机当中时，只需要改变内环尺寸及辅助电容的容值，即可适应新的手机。

本实用新型陈述了一种基于超材料结构的手机可调频天线，采用容性加载环（CLL）这一构成超材料的单元结构直接作为天线的辐射体，同时采用感性耦合馈电，实现良好匹配的小型化天线。结合频率可重构技术，加载变容二极管，实现频率可调。本实用新型中天线基底采用的是FR4材料，是天线加工中最常用的基底材料之一。而其他结构都是用铜蚀刻加工制作而成，成本低廉且加工方便。综上所述，设计出的手机可调频天线不仅实现了频率可调，而且还具有尺寸小，结构简单，成本低等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。