CN102368575A - 一种内置二次辐射天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置二次辐射天线，包括天线支架、支架上的一次辐射单元（1）和与电路板（2）电连接的所述一次辐射单元的连接端子，还包括与所述一次辐射单元耦合在工作频率上共同形成谐振的由终端金属外壳（3）形成的二次辐射单元；所述终端金属外壳包括挖空（10）和或缝隙（6），所述终端金属外壳与所述电路板的接地端电连接。这种内置二次辐射天线，由一次辐射单元和二次辐射单元构成整体天线，体积相对传统内置天线更小，并且避免了全金属边框天线的结构和外观缺陷，同时天线性能更优。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯，具体涉及一种内置二次辐射天线，尤其可应用于双模或多模手机中。
背景技术
无线通信技术发展，特别是发展到现在网络社会，无线终端设备已经成为人们生活、工作所必不可少的工具，同时信息技术的蓬勃发展使得同一无线通信系统上搭载越来越多的信息子系统；而信息子系统的增加必然导致天线多频段集合和天线复杂度的增加，纵观无线通信市场，手持终端的薄型化和小型化在竞争激烈的环境下更能受到消费者的青睐；而薄型化小型化的趋势必然导致预留给天线的设计空间越来越小，现有的很多内置天线虽具备多频带，但这些天线所需空间较大，如何在有限的天线环境下设计出多频带的天线成为天线设计领域的一个难点。
便携式产品的薄型化、小型化以及产品周围的内部空间越来越小，同时造成天线周围的器件越来越多，而时尚有质感的外观造型通常又青睐金属材质做外观。这就和天线对空间、环境要求相矛盾。
便携式产品中的现有天线技术主要有平面倒F形（PIFA）天线，倒F形（IFA）天线，环行（loop）天线，单极（monopole）天线等；PIFA天线需要满足天线辐射单元离导电地板一定的高度，这个高度对天线的效率、带宽等性能有着严重的影响，距离越高性能越好，但薄型化小型化的产品往往不能满足这个要求；IFA、LOOP、monopole天线可解决PIFA天线对空间高度的苛刻要求，但是这几类天线要求天线投影到地板的区域要作挖地处理，且不能放置较大的金属器件。而这点要求对于追求外观金属质感、好的结构强度的外观设计来说，无疑带来了极大的挑战。为克服以上几种天线的缺点，业内出现了一种新的天线，它利用设备的金属外壳，并将外壳切成一定长度的小段，用绝缘缝隙隔开，形成各频段的天线。单纯利用金属机壳而形成的天线，往往需要将金属边框打断而形成多段辐射单元，从而覆盖多个频段。这大大影响了结构强度与外观造型。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，在现有天线技术要求的空间高度和净空区域得不到满足的情况下，如何提供一种内置二次辐射天线，既可不必将辐射区的金属全数去掉，又避免了将周围金属边框打断成多段即可形成多频段天线，以实现全球通（GSM）、码分多址（CDMA）、第三代 CDMA （CDMA2000）、宽带码分多址（WCDMA）、全球定位系统（GPS）、无线局域网（WIFI）、蓝牙（BLUETOOTH）等业务的通信功能，既满足天线性能要求，又兼顾结构强度与外观造型的要求。
本发明的技术问题这样解决：构建一种内置二次辐射天线，包括天线支架、支架上的一次辐射单元和与电路板电连接的所述一次辐射单元的连接端子，还包括与所述一次辐射单元耦合在工作频率上共同形成谐振的由终端金属外壳形成的二次辐射单元；所述终端金属外壳包括挖空和缝隙，所述终端金属外壳与所述电路板的接地端电连接。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述二次辐射单元包括但不限制于以下形式：所述终端金属外壳在所述一次辐射单元下方对应位置包括一挖空，所述挖空通过与其相连的缝隙将所述终端金属外壳的边沿割开。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述终端金属外壳是金属压铸的金属外壳、数控机床（CNC）成型的金属外壳或者金属化的塑料外壳。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述一次辐射单元包括但不限制于通过柔性电路板或激光直接成型技术或机械工艺固定在天线支架上。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述一次辐射单元包括但不限制于是环形天线、倒F天线或单极天线以及上述各种天线的变形形式。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述一次辐射单元包括但不限制于通过柔性电路板或激光直接成型技术或机械工艺固定在天线支架上。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述终端金属外壳上与电路板接地端电连接的点接近设置在所述一次辐射单元的馈电端位置。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述一次辐射单元通过直接接触或馈线与所述电路板电连接。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述内置天线应用在手机、平板电脑、笔记本电脑、移动互联网设备（MID）等各种便携式手持通信或接收设备中。
按照本发明提供的内置二次辐射天线，所述终端金属外壳是底壳或者中壳或者安装显示屏等其他跟设备有关的器件。
本发明提供的内置二次辐射天线，通过调节形成完整天线的一次辐射单元和金属外壳，可调节天线工作状态，包括工作频段与输入阻抗。从而使得此天线装置能工作于GSM850/900/DCS/PCS/WCDMA B1等频段，让DCS/PCS/WCDMA B1工作于二分之一波长，让GSM850/900工作于四分之一波长，较现有技术具有以下优点：
1、一次辐射单元较传统的内部天线更简单、大大节省了天线空间；
2、一次辐射单元较传统的内部天线，其所在平面可与周边金属框处于同一个平面，甚至可以低于周围的金属平面；
3、作为二次辐射单元的金属外壳，不必将辐射位置的金属全数去掉，又避免了将周围金属边框打断成多段即可形成多频段天线，不影响结构强度与外观造型；
4、一次辐射单元和二次辐射单元构成整体天线、性能更佳。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明：
图1为本发明具体实施例的总体结构示意图；
图2为图1中包含金属外壳开缝隙结构示意图；
图3为本发明的第一实施例的结构示意图；
图4为图3对应的结构分解示意图；
图5为本发明第一实施例的电压驻波比（VSWR）曲线示意图；
图6为本发明第二实施例的总体结构示意图；
图7为图6对应的结构分解示意图；
图8为本发明第二实施例的VSWR曲线示意图；
图9为对照实施例总体结构示意图；
图10为对照实施例的VSWR曲线示意图。
其中，附图标记是：1-一次辐射单元，2-电路板，3-终端金属外壳，4-二次辐射单元短臂，5-二次辐射单元长臂，6-缝隙，7、8、9-终端金属外壳的短路点，10-挖空，11-一次辐射单元的接地点，12-一次辐射单元的馈电点，13-一次辐射单元寄生单元接地点，33-绝缘介质。
具体实施方式
首先，说明本发明的核心：
将内部的一次辐射单元周围的金属结构件用作天线的二次辐射单元，仅需在一次辐射单元附近的二次辐射单元合适的位置上开出缝隙。
第二，说明本发明实现：
通过内部的一次辐射单元并通过一定途径耦合到外部的金属边框，此一次辐射单元可以是不同类型的天线形式，比如IFA或者loop或者其他形式，只要能够在本工作频段内谐振即可。一次辐射单元可以是任何导电材料制成的微带天线，安装在一定的绝缘支架上，例如，PC材料的支架。一次辐射单元辐射的能量，一部分直接辐射到空间，另一部分通过一定的途径，耦合到二次辐射单元作为天线金属边框，形成二次辐射。上述的边框实际为金属外壳的一部分，此金属外壳可以是不锈钢，铝合金或者其他材质，一方面构成天线的一部分，另一方面，作为结构的支撑，用于安装底壳或者中壳或者显示屏等其他跟设备有关的器件，如果需要可以将此金属部分作为设备的外观面。其位于天线下方的部分，需要开出一个缝隙，此缝隙的目的在于割断天线下方的高频环流路径，并构成工作频段内的高频和低频辐射单元。此缝隙在天线正下方以一定的方式扩展开，形成一个绝缘区域，以减少对辐射能量的吸收，同时控制射频电流的回流路径，此缝隙可以用一定低介电常数的材质进行填充，根据结构、造型、射频的需求而定。上述缝隙的大小以及位置，决定了二次辐射单元高频辐射臂和低频辐射臂的长短，合理调整此缝隙的位置，也就是调整两个辐射臂的长度，使二次辐射与一次辐射叠加，并相互加强，从而形成更好的辐射效果。现有的天线技术，在上述的高度空间内，不在此金属框相关位置开出缝隙，天线在低频GSM-850MHz，GSM-900MHz频段不能形成有效的谐振，同时带宽受到严重的影响。
第三，结合具体实施例进行阐述：
㈠具体实施例基础结构
如图1和2所示，本发明金属边框（金属外壳）需要做出特定的修改，而此修改则是本发明的关键技术。具体修改方案为，一次辐射单元1的正下方，金属外壳的部分或者全部金属需包括挖空10；挖空10的大小根据天线的形式、位置、工作频段做出相应改变。金属外壳3边沿部分靠近一次辐射单元1的位置，适当开一缝隙6，缝隙6的大小和位置可根据需要调节，此缝隙6应与挖空10直接连通，此特点为区别于其他已有天线的主要特征。缝隙6将金属外壳的边沿割开，将外壳的环形形成连一个开口，从而行成第二辐射单元。
本发明二次辐射内置天线包括：
金属外壳3，一方面作为天线的地平面，同时经过加工的金属外壳的延伸部分也形成天线二次辐射的辐射单元4、5，这个特点是区别于其他已有天线的最主要特征；
一次辐射单元1，与传统内部天线位置对应，可以是FPC，不锈钢，铜片，LDS等金属导体材料；
天线支架，用于承载一次辐射单元1，它可以是在一次辐射单元1的上面或者下面的绝缘材料，示意图中省略此部分；
馈电弹片12，用于激励一次辐射单元1；
接地弹片11，用于连接一次辐射单元1与电路板2，缩短天线长度尺寸和扩展低频带宽，此接地点视天线的形式不一样可以省去或调整到其他位置；
电路板2，一方面提供激励，另一方面与金属外壳3形成射频短路、与一次辐射单元1在接地弹点11处连接形成环状天线或其他形式的天线；
其中：一次辐射单元1通过柔性电路板（FPC）或激光直接成型（LDS）或机械工艺固定在天线支架上，一次辐射单元1和与金属外壳3的边沿保持一定的距离；一次辐射单元1的接地点11与电路板2射频短路连接；所述电路板2在馈电弹片12附近通过一定的手段与下面的金属外壳3形成射频短路，例如图中所示的短路点7、8和9或其他位置激光直接成型，以上的短路点提供射频电流的回流路径，从而在二次辐射单元上形成激励，辐射电磁波。
通过调节一次辐射单元1的形状和调节金属外壳3延伸部分的开口位置，也就是调节金属外壳短臂4和金属外壳长臂5的长度，可调节天线的工作状态，包括工作频段与输入阻抗。从而使得本发明天线装置能工作于GSM-850MHz/ GSM-900 MHZ /分散控制系统（DCS）/个人通讯服务（PCS）/WCDMA-B1等频段，让DCS/PCS/WCDMA工作于二分之一波长，让GSM850/900工作于四分之一波长。
㈡第一实施例：一次辐射单元采用变形的loop天线
如图3和4所示，该第一实施例展示了在上述的基础结构环境中实现的一种天线形式，其中一次辐射单元1的材质可以是目前行业内所有合适做内置天线的材质，包括FPC，不锈钢片材冲压件，铜片冲压件， LDS工艺等。上述一次辐射单元1可安装于上述结构体中的任意合适的绝缘材料之上，在示意图中省略了安装支架。馈电方式可以采用在电路板2上安装的顶针、弹脚、焊接、螺钉固定等直接接触型的馈电方式，也可采用在一次辐射单元1上安装天线连接器通过同轴线缆与主板相连接，在示意图中省略了馈电方式的示意图。上述一次辐射单元1接地点与电路板2的连接方式可以是在电路板2上露铜压合、焊接、螺钉固定、弹片、顶针等直接固定的方式连接，上述示意图中省略了接地连接方式的示意图。
该第一实施例中电路板 2与金属外壳3之间的接地连接点为包括但不限于接地点7、8和9，根据天线实际测试的阻抗结果，可在适当的位置增加接地位置，例如在一次辐射单元1的接地弹片11位置处增加与金属外壳3的接地点，以改变金属外壳3上电流的回流路径，从而调整天线的阻抗及谐振频率。接地的形式可以是弹片、顶针、螺钉固定以及其他低阻抗当点材质连接电路板2与基材。上述实施例的天线输入阻抗可根据设备对天线性能的要求，添加一定的阻抗匹配网络进行合理改变。
该第一实施例中一次辐射单元1属于微带天线loop天线的范畴，但不同于常见的loop天线，常见的loop馈电点与接地点相邻，中间常为绝缘介质，上述实施例靠电路板2的地与第一辐射单元1形成一个不规则的环。采用这种方式的天线可以缩小一次辐射单元1的面积和简化天线形状，从而简化天线的设计和降低设计成本。在本实施例中，整体天线的一次辐射单元1不能独立成为工作于824MHz-960MHz和1710MHz-2500MHz频段的宽频带天线，一次辐射单元1必须与二次辐射单元协同工作，共同形成天线。一次辐射单元1的实现形式可参考示意图而进行修改，包括馈电点的位置，接地点的位置，一次辐射单元的形状，材质等。决定二次辐射单元长度的缝隙6的位置、缝隙的形状均可根据天线工作频段的调整而修改。业内工程师能明白上述修改方式，而不脱离本发明思想。
调整电路板2 与金属外壳3之间的接地位置，调整缝隙6的位置，除可以调整天线阻抗，改变射频电流的回流路径外，更重要作用为调整第一辐射单元与第二辐射单元的相位，使得两个辐射单元辐射的能量相互加强，从而提高天线的辐射效率。如图5所示，该第一实施例的VSWR满足天线性能要求。
㈢第二实施例：一次辐射单元采用IFA天线
该第二实施例展示了在上述的基础结构环境中实现的一种一次辐射单元的天线形式，此一次辐射单元1的材质可以是目前行业内所有合适做内置天线的材质，包括FPC，不锈钢片材冲压件，铜片冲压件，LDS工艺等。上述一次辐射单元1可安装于上述结构体中的任意合适的绝缘材料之上，在示意图中省略了安装支架。馈电方式可以采用在主板电路板2上安装的顶针、弹脚、焊接、螺钉固定等直接接触型的馈电方式，也可采用在一次辐射单元1上安装天线连接器通过同轴线缆与电路板2相连接，在示意图中省略了馈电方式的示意图。上述一次辐射单元1接地点与电路板2的连接方式可以是在电路板2上露铜压合、焊接、螺钉固定、弹片、顶针等直接固定的方式连接，上述示意图中省略了接地连接方式的示意图。
上述第二实施例中电路板2与金属外壳3之间的接地连接点为包括但不限于接地点7、8和9，根据天线实际测试的阻抗结果，可在适当的位置增加和改变接地位置，以改变金属外壳3上电流的回流路径，从而调整天线的阻抗及谐振频率。接地的形式可以是弹片、顶针、螺钉固定以及其他低阻抗材质连接电路板2与金属外壳3。
上述第二实施例中的一次天线辐射单元属于IFA天线的范畴，12为激励馈入点，13为寄生天线接地点。上述一次天线辐射单元1不能单独形成工作于824MHz-960MHz和1710MHz-2500MHz频段的宽频带天线，必须与二次辐射单元4、5共同形成谐振于824MHz-960MHz和1710MHz-2500MHz频段的宽频带天线，一次辐射单元的实现形式可参考示意图而进行修改，包括馈电点的位置，接地点的位置，一次辐射单元的形状，二次辐射单元的形状、材质等。决定二次辐射单元长度的缝隙6的位置、缝隙的形状均可根据天线工作频段的调整而修改。业内工程师能明白上述修改方式，而不脱离本发明的精神。
上述第二实施例与第一实施例的差别在于一次辐射单元的形式和工作原理不同，但结合上述的结构环境，与二次辐射单元共同形成工作于824MHz-960MHz和1710MHz-2500MHz频段的宽频带天线，如图8所示，该第二实施例的VSWR也满足天线性能要求。
㈢不具备本发明效果的对照实施例：一次辐射单元采用变形的loop天线，而金属框不开缝隙6
如图9所示，该反面实施例虽采用了与第一实施例的一次辐射单元，但未利用二次辐射单元形成技术，即在天线下方的金属框上不形成缝隙6，无法谐振，从而不能得到工作于824MHz-960MHz和1710MHz-2500MHz频段的宽频带天线。如图10所示，该天线的VSWR将不能满足天线的性能需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种内置二次辐射天线，包括天线支架、支架上的一次辐射单元（1）和与电路板（2）电连接的所述一次辐射单元的连接端子，其特征在于，还包括与所述一次辐射单元耦合在工作频率上共同形成谐振的由终端金属外壳（3）形成的二次辐射单元；所述终端金属外壳包括挖空（10）和或缝隙（6），所述终端金属外壳与所述电路板的接地端电连接。
2.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述终端金属外壳（3）在所述一次辐射单元（1）下方对应位置包括一挖空（10），所述挖空通过与其相连的缝隙（6）将所述终端金属外壳的边沿割开。
3.根据权利要求2所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述一次辐射单元（1）距离所述终端金属外壳（3）的边沿大于指定门限。
4.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述终端金属外壳（3）是金属压铸的金属外壳、数控机床成型的金属外壳或者金属化的塑料外壳。
5.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述一次辐射单元（1）通过柔性电路板或激光直接成型技术或机械工艺固定在天线支架上。
6.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述一次辐射单元（1）是环形天线、倒F天线、单极天线、金属螺旋天线或缝隙天线。
7.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述终端金属外壳（3）上与电路板（2）接地端电连接的点接近设置在所述一次辐射单元（1）的馈电端位置。
8.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述一次辐射单元（1）通过直接接触或馈线与所述电路板（2）电连接。
9.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述内置天线应用在包括手机、平板电脑、笔记本电脑和移动互联网设备在内的便携式手持通信或接收终端中。
10.根据权利要求1所述内置二次辐射天线，其特征在于，所述终端金属外壳是底壳或者中壳或者安装显示屏的器件。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120307 |