CN102396104A - 具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法，更具体地，涉及具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法，该内置天线能够利用构造为与终端的结构匹配的垂直定向的导电辐射器来根据终端的形状和特征覆盖多个频带和提供多样化的天线形状，使得制造便利性提高并且生产成本降低。根据本发明，提供了一种利用垂直定向的导电辐射器的内置天线，所述辐射器构造为与所应用终端的结构匹配，由此提供比现有的内置天线更高的辐射效率和更大的带宽。另外，根据本发明，由于所述辐射器与PCB板垂直布置，使得能够利用所述终端的PCB板和外壳之间形成的空间，由此提高了图形实现的自由度，可以提供定制的天线，以处理多种频带特性和不同的天线形状，诸如PIFA、单极天线、环形天线等。

Description

具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法，更具体地，涉及具有垂直定向的辐射器的内置天线及其制造方法，该内置天线能够利用构造为与终端的结构匹配的垂直定向的导电辐射器，来根据终端的形状和特征覆盖多个频带和提供多样化的天线形状，使得制造便利性提高并且生产成本降低。

背景技术

随着移动通信网络的发展，已经持续研发了多种移动通信标准和适应于这些标准所规定的频带的移动终端。移动通信网络趋向于成为具有互联的不同通信网络的集成的基础架构网络，以提供不同服务，使得能够交换语音信号，和实时传输SMS(short message service，短消息服务)服务、多媒体服务和Web服务的海量数据。

因此，移动通信终端已经被持续研发，以发射/接收由提供所述各种服务的移动通信网络所提供的各种数据。在稳定接收由移动通信网络提供的服务方面，移动通信终端的天线构造起到重要的作用。

具体地，随着近来对移动通信终端的便携性和美观性的需求，现有的杆式天线已经由不同形式的内置天线代替，这些内置天线安装在移动通信终端内部，并且保证与杆式天线具有相同的性能级别。

现有的内置天线通常包括由塑料结构构成的介电材料(载体)，和由其上形成有金属保护层的高导电金属图形(pattern)构成的辐射器。

这种常规的内置天线如下制造。

首先，用一般的装配方法制造内置天线，也就是，利用联接装置将辐射器与介电材料的表面联接。

如图1所示，这种常规的装配方法的问题在于，由于当介电材料10与辐射器20联接时，必须根据介电材料10的外部形状来弯曲辐射器20，并且因此与介电材料10和辐射器20的顶部结合的移动通信终端的外壳30与内置天线隔开一定间隔，所以空间利用率低。

解决这个问题的第二种方法包括激光直接成型(laser direct structuring，LDS)和双注射(dual injection)。如图2所示，这些方法使得辐射器20能够按照介电材料10的弧形外观而成为弧形，由此防止辐射器20和外壳30之间形成空间。

首先，如图3所示，对于双注射，注射辐射器20和将所注射的辐射器20插入到模具以产生介电材料10，注射设置有一部分的介电材料10，辐射器20形成在该部分中，然后将辐射器20插入所注射的介电材料10。

然而，由于这种双注射法需要多个用于产生外壳和注射体的模具，因此导致生产成本高并且准确性受到质疑，虽然这种方法可能适合大规模生产，但是很少用于小规模生产。

另外，由于辐射器的尺寸根据成型形式而受到限制，所以这种双注射法难以构造复杂的辐射器，并且由于复杂的注射过程而发生产率低和制造成本高的问题。另外，由于以上问题，通过双注射法制造的内置天线由于天线区域占据的面积小而使辐射特性低，并且由于天线区域的镀层厚度小而引起的损伤使可靠性低。另外，这种内置天线的问题还在于，由于介电区域占据的面积比天线区域占据的面积相对大，所以这种内置天线的与介电区域对应的部分的效率低。

另一方面，LDS方法是这样的用于制造内置天线的技术，利用激光30蚀刻在LDS树脂40中形成有辐射器20的部分，用金属镀上辐射器20部分，和在金属镀层上形成保护层。

然而，像双注射法一样，LDS法需要用于介电配置的LDS专用树脂，这与双注射法的介电材料具有同样的问题。另外，LDS专用树脂和用于加工LDS专用树脂所需的激光很昂贵，这导致整个天线的生产成本明显增加。此外，LDS法存在天线产率低因而成本效率低的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种天线，通过利用介电材料能够容易地构造所述天线，通过相对增加金属部分的面积能够提高所述天线的接收灵敏度，和防止由于介电材料造成的天线性能下降。

本发明的另一个目的是提供能够容易地布置和加工为与移动通信终端的外壳相配的天线，由此增加移动通信终端的空间利用率和确保天线布置的便利性。

本发明的又一个目的是提供独特的天线布置方法，与现有的天线布置方法相比，其能够进一步增加天线的结构强度和提高天线性能。

为了达到以上目的，根据本发明一个方面，提供了一种内置天线，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述内置天线包括：辐射器，所述辐射器的结构为具有预定厚度的金属在纵向上弯曲多次，并且所述辐射器被布置在所述板上，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直，其中，垂直地布置在所述板上的所述辐射器的高度和形状与所述外壳的内侧的形状相对应，以限定所述天线布置空间的顶部的形状。

优选地，通过利用MIM或模铸方法将导电熔融金属注入到包括所述弯曲结构的铸模中而形成所述辐射器。

优选地，根据相邻的辐射表面之间产生的耦合以及所述辐射器的所述弯曲结构、高度和长度来确定所述辐射器的频带特性。

优选地，在所述辐射器的一侧上形成凸起，所述凸起被插入到形成在所述板上的孔中并且被焊接。另外，所述辐射器还包括固定结构，所述固定结构形成在所述辐射器的一侧上，并且被焊接到所述板上。在此情形中，所述固定结构具有爪形或环形结构，并且如果所述固定结构具有环形结构，则不使用焊接而通过包括螺栓的联接装置将所述固定结构联接到所述板上。

优选地，用于改变所述辐射器的频带特性的控制板与所述辐射器成为一体。

根据本发明的另一方面，提供了一种内置天线，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述内置天线包括：辐射器，所述辐射器的结构为具有预定厚度的金属在纵向上弯曲多次，并且所述辐射器被布置在所述板上，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直；以及介电材料，所述介电材料位于所述辐射器和所述板之间，并且所述介电材料支撑所述辐射器，其中，垂直地布置在所述板上的所述辐射器的高度和形状与所述外壳的内侧的形状相对应，以限定所述天线布置空间的顶部的形状。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造内置天线的方法，所述方法被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述方法包括步骤：通过冲压加工方法制造由导电金属制成的辐射器；在纵向上将所制造的辐射器弯曲多次；在所述板上布置所弯曲的辐射器，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直；以及在所述板上布置所弯曲的辐射器的步骤之前或之后，切割所述辐射器的顶部，从而使得所述辐射器的高度和形状与所述外壳的内侧的弧形形状相对应。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造内置天线的方法，所述方法被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述方法包括步骤：制造辐射器的铸模，所述辐射器具有在纵向上预定的弯曲或弧形形状，并且具有与所述天线布置空间的外壳内侧的弧形结构配合的横向结构；将导电熔融金属注入到所制造的铸模中；从所述铸模中取出由导电固化金属制成的辐射器；以及在所述板上布置所取出的辐射器，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直。

根据本发明，提供了一种利用垂直定向的导电辐射器的内置天线，所述辐射器构造为与所应用终端的结构配合，由此提供比现有的内置天线更高的辐射效率和更大的带宽。

另外，根据本发明，由于所述辐射器与PCB板垂直布置，使得能够利用所述终端的PCB板和外壳之间形成的空间，由此提高了图形实现的自由度，可以提供定制的天线，以处理多种频带特性和不同的天线形状，诸如PIFA(Planar inverted-F antenna，平面倒F型天线)、单极天线、环形天线等。

另外，根据本发明，可以精确和快速地提供从通过冲压加工方法所制造的弯曲天线到利用铸模通过MIM(metal injection molding，金属注射成型)或模铸方法所制造的弧形天线范围的天线，因此提高了生产率并且降低了生产成本和产品的成本。

此外，本发明的优点在于，由于相邻辐射器部分之间的信号干扰取决于辐射器的厚度和宽度以及辐射器的弯曲结构，所以利用耦合效应，可以自由地设计与频带特性对应的天线。

附图说明

从以下结合附图对实施例的描述，本发明的以上和/或其它方面和优点将变得明显和更容易理解，附图中：

图1是示出在一般装配过程中制造的现有的内置天线的结构的视图；

图2是示出在LDS或双注射过程中制造的现有的内置天线的结构的视图；

图3是示出利用双注射法制造现有的内置天线的过程的视图；

图4是示出利用LDS法制造现有的内置天线的过程的视图；

图5(a)和5(b)是分别示出现有的内置天线和本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的立体图；

图6(a)和6(b)是分别示出现有的内置天线的辐射口(radiation aperture)和本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的辐射口的视图；

图7(a)到7(c)是示出包含在本发明的内置天线中的垂直定向的辐射器在PCB板上的布置的例子的视图；

图8是示出与本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线结合的终端的顶盖的视图；

图9(a)和9(b)是示出本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的制造过程的视图；

图10是示出本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线和控制板的布置的例子的视图；

图11(a)和11(b)是示出利用介电材料的本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的透视图；

图12是示出现有的内置天线的频带特性的曲线图；

图13是示出本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的频带特性的曲线图。

具体实施方式

本发明通过在包含移动通信终端的便携式终端的PCB板上布置构成天线的辐射器来提供定制的天线，该定制的天线适于处理所要接收的频带特性，而无需使用介电材料。

为此，将辐射器垂直地布置和固定在移动通信终端的PCB板上，由此确保更高的稳定性和性能，而无需使用构成现有的内置天线的介电材料，同时保持辐射器的图案线(pattern line)厚。

另外，由于所述天线可以通过垂直布置而充分地利用PCB板和移动通信终端的外壳之间的空间(在过去没有使用)，所以天线可以具有高自由度的设计，这使得能够提高天线在天线频带特性方面的自主性(autonomy)。

以下，将参考附图详细描述本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的实施例。

图5(a)和5(b)是分别示出现有的内置天线和本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的透视图。如图5(a)所示，由于现有的内置天线包括形成在介电材料20上的天线图形10，所以在天线传输线之间发生过度的耦合效应。这样的过度的耦合效应使天线增益和效率，特别是低频的增益变差。也就是，如本领域公知的，对于所示的天线图形10，由于天线传输线之间的距离d较小，并且天线的传输线的宽度较小，从而提供的天线增益和带宽较小，因此以现有的被容纳在终端的有限空间中的天线构造来设计既满足天线增益又满足带宽的天线是富有挑战性的任务。

在另一方面，如图5(b)所示，本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线可以仅仅由辐射器100构成，该辐射器100由导电金属制成并且根据要接收的频带特性而被弯曲。

也就是，如图5(b)所示，在具有垂直定向的辐射器的内置天线中，辐射器高度(对应于图5(a)中的辐射器宽度)和天线传输线之间的距离d可以通过垂直地布置天线辐射器100而构造为边缘较宽。换句话说，由于天线传输线的宽度和它们之间的距离都可以比图5(a)所示的天线传输线的宽度和它们之间的距离增加，所以即使在相同的空间中，也可以获得更高的天线增益和更宽的带宽。

另外，如下面将描述的，将PCB板200上的辐射器100布置得比PCB板200上布置的常规的平面天线辐射器更厚，从而容易制造并且降低了生产成本。

图6(a)和6(b)是示出现有的内置天线的辐射口和本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的辐射口之间比较的视图，示出了图6(b)所示的具有垂直定向的辐射器的内置天线的辐射口比图6a所示的现有的内置天线的辐射口大一部分A。这表明本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线可以提高辐射器的辐射效率和增益。

图7(a)到7(c)是示出垂直定向的辐射器在PCB板上的布置的例子的视图，其中辐射器100可以以各种方式垂直地固定到PCB板200上。

参考图7(a)，通过将形成在辐射器100的一侧的凸起111插入到PCB板200的孔210中，然后焊接凸起111，来将辐射器100固定到PCB板200上。

或者，如图7(b)所示，通过在辐射器100的一侧上形成爪形连接端112，并且将连接端112焊接到PCB板200上，可以将辐射器100固定到PCB板200上。

又或者，如图7(c)所示，通过在辐射器的一侧上形成环形连接端113，并且通过诸如螺栓的联接装置220将连接端113联接到PCB板200上，可以将辐射器100固定到PCB板200上，由此提供方便的装配。

如图8所示，顶盖(外壳)300与所固定的辐射器的顶部结合，在所述情形中将辐射器100根据顶盖300的形状切割，以使得辐射器100坚固地结合顶盖300。

通过以上构造，可以将辐射器100自由地构造在移动通信终端的顶盖300和PCB板200之间，而比现有的内置天线较少受到宽度和厚度的限制。

因此，通过将辐射器垂直于PCB板布置，从而将天线设计为利用PCB板和移动通信终端外壳之间的空间，本发明可以克服现有的内置天线的问题，即，由于不得不考虑与辐射器结合的介电材料的尺寸以及PCB板的尺寸来构造辐射器，因此不能自由设计与频带特性对应的天线长度和用以保持最佳的信号灵敏度的天线图形。

另外，虽然由于大多数天线区域由介电材料制成，并且因此实际接收和发射信号的辐射器的区域相对小，所以现有的内置天线提供的辐射效率低，但是本发明提供了仅由辐射器构成的内置天线，由此确保了更高的辐射效率和更大的带宽。

另外，在本发明中，由于相邻辐射器传输线之间的信号干扰取决于辐射器的厚度和宽度，所以利用耦合效应，可以自由地构造与频带特性对应的天线，由此提供提高的制造便利性。

同时，通过如图9(a)和9(b)所示的制造方法，可以制成根据频带特性确定的辐射器的弯曲形状。

作为第一制造方法，使用如图9(a)所示的一般的冲压加工技术制造辐射器100，根据弯曲形状使辐射器100弯曲，并且切割辐射器100以使其与移动通信终端的外壳匹配。

如以上所述，在此情形中，插入到PCB板的孔中的凸起可以形成在辐射器的一侧上，从而可以将辐射器坚固地固定到PCB板上。

如图9(b)所示，作为第二制造方法，在制备了具有根据频带特性或终端外壳(其上安装有辐射器)的结构所确定的辐射器100的弯曲或弧形形状的铸模后，使用MIM或模铸将导电熔融金属注入到铸模中。

这样的MIM或模铸方法使得能够直接获得固化的辐射器的弯曲形状而无需单独加工，并且利于在辐射器的弯曲形状中围绕弯曲的边界部分形成弧形形状，由此提高了加工精度。在此情形中，由于可以将弧形形状构造为使辐射器邻近的部分与移动通信终端的顶盖的形状相匹配，所以可以坚固地结合和装配移动通信终端的顶盖，以匹配弧形辐射器的顶部。

在具有垂直定向的辐射器的内置天线的制造方法中，一般的冲压技术可以用于小规模生产，而MIM或模铸技术可以用于大规模生产，并且因此，制造商可以根据需要自由选择期望的技术，这使得生产成本显著下降。

图10是示出调节具有垂直定向的辐射器的内置天线的频带特性的例子的视图，其中与辐射器100连接的控制板400附接到PCB板200上，从而使得控制板400与辐射器100成为一体。控制板400可以调节辐射器100的频带特性以改变频率，由此覆盖多个频带。

另外，可以使用在现有的内置天线中使用的介电材料构造具有垂直定向的辐射器的内置天线。

具体地，如图11(a)所示，当现有的内置天线以图案方式与介电材料结合时，如图11(b)所示，可以通过利用形成有移动通信终端的顶盖的空档B作为用于辐射器的垂直布置的空间，构造包括介电材料20的具有垂直定向的辐射器的内置天线。因此，通过将辐射器100垂直布置在介电材料20上，可以使空间利用最大化，并且可以提高辐射器100的辐射效率。

图12是示出现有的内置天线的频带特性的曲线图，图13是示出本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的频带特性的曲线图。比较图12所示的现有的内置天线的频带特性和图13所示的本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的频带特性，可以看出本发明的具有垂直定向的辐射器的内置天线的频带特性提供的频带比现有的内置天线的频带特性提供的频带更宽，由此提供了提高的辐射效率和更高的天线增益。

虽然已经参考示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明在形式和细节方面进行各种修改。所提供的示例性实施例用于阐述本发明，而不是限制本发明。因此，本发明意图涵盖对本发明的改进和修改，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围。

Claims (11)

1.一种内置天线，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述内置天线包括：

辐射器，所述辐射器的结构为具有预定厚度的金属在纵向上弯曲多于一次，并且所述辐射器被布置在所述板上，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直，

其中，垂直地布置在所述板上的所述辐射器的高度和形状与限定所述天线布置空间的顶部的形状的所述外壳的内侧的形状相对应。

2.根据权利要求1所述的内置天线，其中，通过将利用冲压加工方法制造的导电金属弯曲而使所述辐射器具有弯曲结构。

3.根据权利要求1所述的内置天线，其中，通过利用MIM或模铸方法将导电熔融金属注入到包括所述弯曲结构的铸模中而形成所述辐射器。

4.根据权利要求1所述的内置天线，其中，根据相邻的辐射表面之间产生的耦合以及所述辐射器的所述弯曲结构、高度和长度来确定所述辐射器的频带特性。

5.根据权利要求1所述的内置天线，其中，在所述辐射器的一侧上形成凸起，所述凸起被插入到形成在所述板上的孔中并且被焊接。

6.根据权利要求1所述的内置天线，其中，所述辐射器还包括固定结构，所述固定结构形成在所述辐射器的一侧上，并且被焊接到所述板上。

7.根据权利要求6所述的内置天线，其中，所述固定结构具有爪形或环形结构，并且

其中，如果所述固定结构具有环形结构，则不使用焊接而通过包括螺栓的联接装置将所述固定结构联接到所述板上。

8.根据权利要求1所述的内置天线，其中，用于改变所述辐射器的频带特性的控制板与所述辐射器成为一体。

9.一种内置天线，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述内置天线包括：

辐射器，所述辐射器的结构为具有预定厚度的金属在纵向上弯曲多于一次，并且所述辐射器被布置在所述板上，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直，以及

介电材料，所述介电材料位于所述辐射器和所述板之间，并且所述介电材料支撑所述辐射器，

其中，垂直地布置在所述板上的所述辐射器的高度和形状与限定所述天线布置空间的顶部的形状的所述外壳的内侧的形状相对应。

10.一种制造内置天线的方法，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述方法包括步骤：

通过冲压加工方法制造由导电金属制成的辐射器；

在纵向上将所制造的辐射器弯曲多于一次；

在所述板上布置所弯曲的辐射器，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直；以及

在所述板上布置所弯曲的辐射器的步骤之前或之后，切割所述辐射器的顶部，从而使得所述辐射器的高度和形状与所述外壳的内侧的弧形形状相对应。

11.一种制造内置天线的方法，所述内置天线被应用于由便携式终端的板和外壳限定的天线布置空间中，所述方法包括步骤：

制造辐射器的铸模，所述辐射器具有在纵向上预定的弯曲或弧形形状，并且具有与所述天线布置空间的外壳内侧的弧形结构相匹配的横向结构；

将导电熔融金属注入到所制造的铸模中；

从所述铸模中取出由导电固化金属制成的辐射器；以及

在所述板上布置所取出的辐射器，从而使得所述辐射器的纵向与所述板平行，并且所述辐射器的横向与所述板垂直。

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