專利名稱：一種帶有l(wèi)c諧振電路的pifa天線及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手機(jī)內(nèi)置天線領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)通信用雙頻段PIFA(Planar Inverted FAntenna，平面倒F形天線)的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)置天線以其優(yōu)良的性能越來(lái)越受到重視。目前手機(jī)系統(tǒng)中，大部分采用基于PIFA結(jié)構(gòu)的內(nèi)置天線。PIFA天線最重要的特點(diǎn)是能夠集成在手機(jī)內(nèi)部，不易折斷，并且減少大腦對(duì)功率的吸收量即SAR值。
為了適應(yīng)現(xiàn)在移動(dòng)通訊的要求，人們?cè)O(shè)計(jì)了各種結(jié)構(gòu)的PIFA天線。其中文獻(xiàn)PIFA With aMeandered and Folded Patch for the Dual-Band Mobile Phone Application(IEEETRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION，VOL.51，NO.9，SEPTEMBER2003)中詳細(xì)描述了一種蜿蜒型PIFA天線。這種天線基于傳統(tǒng)的PIFA天線，通過(guò)在輻射貼片上增加一些開口縫從而增加天線電長(zhǎng)度，達(dá)到有效減小其物理尺寸的目的。這種PIFA天線雖然尺寸較小，并且可以工作在雙頻段，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，不易于加工和大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，而提出的一種帶有LC諧振電路的PIFA天線的實(shí)現(xiàn)方法，該方法克服了目前PIFA天線的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、不利于加工和大批量生產(chǎn)的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的一種帶有LC諧振電路的PIFA天線的實(shí)現(xiàn)方法，包括第一步確定內(nèi)置天線的工作頻段，由此確定內(nèi)置天線總的面積；第二步根據(jù)手機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，確定內(nèi)置天線的高度，并進(jìn)一步確定兩個(gè)輻射貼片的長(zhǎng)度；第三步由兩個(gè)PIFA輻射貼片的長(zhǎng)度和寬度確定兩個(gè)輻射貼片的等效電尺寸lopen和lshort以及它們的特性阻抗Z0，根據(jù)微波傳輸線公式確定輻射貼片的輸入阻抗Zshort和Zopen，由lLC(f)＝λ/4-lopen-lshort確定LC諧振電路的等效電長(zhǎng)度lLC(f)；第四步由公式ZLC(f)＝Zshort(f)-Zopen(f)確定諧振電路的輸入阻抗ZLC；第五步由公式L=-3j4πf1ZLC(f2)ZLC(f1)2ZLC(f2)-ZLC(f1)]]>確定在天線工作頻段時(shí)所需的L值，由公式C=-j2πf1(1ZLC(f1)-1j2πf1L)]]>確定在天線工作頻段時(shí)所需要的C值；第六步在塑料框架上貼上帶狀銅箔和等效電感、電容，形成PIFA結(jié)構(gòu)及等效LC諧振電路，LC諧振電路連接PIFA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)輻射貼片。
采用本發(fā)明所述的方法，不僅能夠?qū)C諧振電路應(yīng)用于PIFA天線中，通過(guò)改變LC的值實(shí)現(xiàn)PIFA天線的雙頻段工作，有效減小PIFA天線的尺寸，而且LC諧振電路的選擇性改善了天線的駐波特性，通過(guò)適當(dāng)選擇與LC諧振電路相連接的輻射貼片的長(zhǎng)度，在保證良好駐波特性下，可以有效增加帶寬；諧振電路的實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，降低了天線的制作成本。


圖1是帶有LC諧振電路的PIFA天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是帶有LC諧振電路的PIFA天線原理圖；圖3本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是帶有LC諧振電路的PIFA天線的結(jié)構(gòu)示意圖，由以下幾部分組成PIFA輻射貼片、LC諧振電路、饋電系統(tǒng)和塑料支架。11為示意圖整體；111為接地平面，即手機(jī)PCB板；112為開路輻射貼片；113為短路輻射貼片；114為等效電感；115為等效電容；116為短路針；117為饋電針。
LC諧振電路置于PIFA結(jié)構(gòu)中部，連接PIFA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)輻射貼片；塑料支架支撐PIFA結(jié)構(gòu)，位于PIFA結(jié)構(gòu)與接地平面之間；饋電系統(tǒng)用于給天線饋電，位于輻射貼片的邊緣，垂直于接地平面；接地平面即為手機(jī)PCB板。
PIFA輻射貼片由一個(gè)短路貼片和開路貼片構(gòu)成，是主要的輻射體；LC諧振電路由一個(gè)等效電感和電容構(gòu)成，在不同頻段等效為不同電長(zhǎng)度的傳輸線，從而選擇不同的工作頻段。
塑料支架用于固定天線，增加天線的穩(wěn)固性。
饋電系統(tǒng)由短路針和開路針組成，短路針直接與接地面相接，饋電針與手機(jī)板的饋電線路相連。
圖2是帶有LC諧振電路的PIFA天線原理圖，其中PIFA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)輻射貼片由Zopen和Zshort代表，Zr其中一個(gè)輻射貼片開路端的等效阻抗。
圖3是該發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流程圖。
本發(fā)明所述的方法，采用傳輸線模型可以對(duì)帶有LC諧振電路的PIFA天線進(jìn)行分析。PIFA天線的兩個(gè)輻射貼片可以等效成兩段特征阻抗為Z0的傳輸線，其電長(zhǎng)度分別為lopen和lshort。LC諧振電路可以等效為一個(gè)與頻率有關(guān)的電長(zhǎng)度lLC(f)。當(dāng)工作頻率高于LC諧振電路的諧振頻率時(shí)，諧振電路成容性，有效地縮短了天線的電長(zhǎng)度；而當(dāng)頻率低于諧振頻率時(shí)，諧振電路成感性，增加了PIFA天線電長(zhǎng)度。但是PIFA結(jié)構(gòu)兩輻射貼片長(zhǎng)度與電長(zhǎng)度lLC(f)之和始終保持如下關(guān)系lopen+lshort+lLC(f)＝λ/4 (1)由于LC諧振電路是非線性的，可以等效為正負(fù)電長(zhǎng)度，這樣就可以利用電長(zhǎng)度lLC(f)實(shí)現(xiàn)了天線電長(zhǎng)度的伸縮，從而達(dá)到了雙諧振的目的。各部分的阻抗關(guān)系如下式所示ZLC(f)＝Zshort(f)-Zopen(f) (2)L=-3j4πf1ZLC(f2)ZLC(f1)2ZLC(f2)-ZLC(f1)---(3)]]>-j2πf1(1ZLC(f1)-1j2πf1L)---(4)]]>由公式(2)確定諧振電路的輸入阻抗ZLC，由公式(3)和(4)確定在天線工作頻段時(shí)所需的L和C值。
最后將輕巧堅(jiān)固的塑料框架上貼上帶狀銅箔和等效電感、等效電容，形成PIFA結(jié)構(gòu)及等效LC諧振電路，LC諧振電路連接PIFA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)輻射貼片。
在PIFA天線中實(shí)現(xiàn)LC諧振電路的方法有三種1、直接采用貼片集總電感、電容元件；直接將貼片電容、電感放置與兩個(gè)輻射貼片之間，既可以作為連接作用，又可以作為L(zhǎng)C諧振電路，貼片電容可以采用0402或0603等。
2、利用傳輸線等效電感、電容實(shí)現(xiàn)；在射頻頻段，任意一段傳輸線均存在電感和電容特性，通過(guò)選擇合適的長(zhǎng)度、寬度和形狀，可以將其等效為不同值的電容或電感，將特定尺寸的傳輸線跨接在兩個(gè)輻射貼片之間就可形成LC諧振回路。
3、利用蜿蜒型PIFA自身的等效電感與外接的傳輸線等效電容實(shí)現(xiàn)。
將兩個(gè)輻射貼片的一部分連接在一起形成一個(gè)凹形的輻射貼片，沒(méi)有連接的部分將會(huì)形成一個(gè)等效電容，貼片之間連接部分的大小和它們之間的間距影響這個(gè)等效電容值的大??；而電感的形成則可以采用方法2中傳輸線等效方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，將這個(gè)等效傳輸線電感跨接到兩個(gè)輻射貼片之間和本身的等效電容來(lái)形成LC諧振電路。
天線主體采用PIFA結(jié)構(gòu)，利用塑料支架固定，堅(jiān)固耐用；輻射貼片為矩形，易于加工；利用LC諧振電路對(duì)高低頻段呈現(xiàn)不同電抗性質(zhì)的原理，等效為一段傳輸線，有效減小天線尺寸；LC諧振電路可以采用集總芯片電感、電容，天線整體成本低。
目前的手機(jī)內(nèi)置天線工作帶寬對(duì)于通訊系統(tǒng)要求來(lái)說(shuō)過(guò)窄，本發(fā)明利用LC諧振電路較好的選擇性，通過(guò)適當(dāng)選擇與LC相連接的輻射貼片的長(zhǎng)度l1和l2，在保證良好駐波特性下，可以有效增加帶寬。
權(quán)利要求
1.一種帶有LC諧振電路的PIFA天線的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟1確定內(nèi)置天線的工作頻段，由此確定內(nèi)置天線總的面積；步驟2根據(jù)手機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，確定內(nèi)置天線的高度，并進(jìn)一步確定兩個(gè)輻射貼片的長(zhǎng)度；步驟3由兩個(gè)PIFA輻射貼片的長(zhǎng)度和寬度確定兩個(gè)輻射貼片的等效電尺寸lopen和lshort以及它們的特性阻抗Z0，根據(jù)微波傳輸線公式確定輻射貼片的輸入阻抗Zshort和Zopen，，由lLC(f)＝λ/4-lopen-lshort確定LC諧振電路的等效電長(zhǎng)度lLC(f)；步驟4由公式ZLC(f)＝Zshort(f)-Zopen(f)確定諧振電路的輸入阻抗ZLC；步驟5由公式L=-3j4πf1ZLC(f2)ZLC(f1)2ZLC(f2)-ZLC(f1)]]>確定在天線工作頻段時(shí)所需的L值，由公式C=-j2πf1(1ZLC(f1)-1j2πf1L)]]>確定在天線工作頻段時(shí)所需要的C值；步驟6在塑料框架上貼上帶狀銅箔和等效電感、電容，形成PIFA結(jié)構(gòu)及等效LC諧振電路，LC諧振電路連接PIFA結(jié)構(gòu)的兩個(gè)輻射貼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中的工作頻段可以為單頻、雙頻或中心頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接采用貼片集總電感、電容元件實(shí)現(xiàn)LC諧振電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用蜿蜒型PIFA自身的等效電感與外接的傳輸線等效電容實(shí)現(xiàn)LC諧振電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用傳輸線等效電感、電容實(shí)現(xiàn)LC諧振電路。
6.一種采用權(quán)利要求1所述的方法實(shí)現(xiàn)的帶有LC諧振電路的PIFA天線，其特征在于，包括接地平面(111)，開路輻射貼片(112)，短路輻射貼片(113)，等效電感(114)，等效電容(115)，短路針(116)，饋電針(117)；等效電感(114)和等效電容(115)構(gòu)成的LC諧振電路，置于PIFA結(jié)構(gòu)中部，開路輻射貼片(112)和短路輻射貼片(113)與PIFA結(jié)構(gòu)相連，短路針(116)直接與接地平面(111)相接，饋電針(117)與手機(jī)板的饋電線路相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有LC諧振電路的PIFA天線及其實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括確定內(nèi)置天線的工作頻段，進(jìn)一步確定內(nèi)置天線總的面積；根據(jù)手機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，確定內(nèi)置天線的高度，確定兩個(gè)輻射貼片的長(zhǎng)度；由兩個(gè)PIFA輻射貼片的長(zhǎng)度和寬度確定兩個(gè)輻射貼片的等效電尺寸文檔編號(hào)H01Q13/08GK1866619SQ20051006928
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者魏峰, 趙 衍, 楊劍, 郭緒斌, 同鳴 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司