CN103311665A - 一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，适用于天线空间高度较低的移动终端，且该天线系统可以实现880MHz-960MHz以及1710MHz-2170MHz的工作频段，满足整个频段的性能需求。本发明具有以下有益效果：在移动终端具有封闭金属框且天线空间高度较低的前提下，本发明与传统的单极天线相比，低频频段的工作性能具有明显优势；在移动终端具有封闭金属框且天线空间高度较低的前提下，传统的PIFA天线无法实现天线功能，效率极低，而本发明则使天线具有较好的辐射特性；本发明的工作频带为880MHz-960MHz以及1710-2170MHz，满足整个频段的性能需求。

Description

一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统。

背景技术

目前的很多移动终端（例如手机）为了美观而在机身四周采用金属框结构，且金属框为封闭结构，对内部天线性能有较大影响，因此对天线结构的设计带来挑战。此外，目前的移动终端越来越薄，天线空间高度被大大压缩，且当天线下方为金属框时，天线环境进一步恶化，常规的PIFA和单极天线无法实现天线性能。因此有必要针对具有金属框结构的且天线空间高度较低的移动终端设计一种全新的天线结构。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明在移动终端具有封闭金属框且天线空间高度较低的前提下，提出一种适用于具有金属框结构的且天线空间高度较低的移动终端的天线结构，且该天线系统可以实现工作频段为880Mhz-960Mhz以及1710Mhz-2170Mhz，满足整个频段的性能需求。本发明具体的技术方案如下：

一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，该天线结构包括金属框、PCB板以及天线部分；

金属框包括边框和底框，边框和底框围成一封闭空间；PCB板设置在封闭空间内；

天线部分包括馈电部分，馈电部分包括馈源、第一地点和馈电走线部分，第一地点设置在底框上；馈电走线部分设置在PCB板靠近底框的上方，且与PCB板平行；馈电走线部分包括环形线路主体和单级分支部分，环形线路主体包括依次相连的第一线路、第二线路、第三线路、第四线路、第五线路、第六线路、第七线路、第八线路和第九线路，第一线路接入馈源，第九线路接入第一地点，从而形成一环路；单级分支部分包括第一高频分支、第二高频分支、第三高频分支以及第一低频分支；第一高频分支与馈源连接，且位于与第一线路相对应的另一端；第二高频分支的一端分别与第六线路和第七线路连接，第二高频分支的另一端与第三高频分支连接；第一低频分支的一端分别与第八线路和第九线路连接；第三线路和第五线路之间留有第一间隙；

天线部分还包括寄生部分，寄生部分包括第一高频寄生部分，第一高频寄生部分与馈电走线部分设置在同一平面内，第一高频寄生部分靠近底框的一端与边框的连接处，且与第六线路的位置相对应；第一高频寄生部分包括依次相连的第二地点、第一高频寄生分支、第二高频寄生分支和第三高频寄生分支。

作为优化方案，金属框包裹在移动终端的四周；边框与移动终端的两侧及顶部相对应，底框与移动终端的底部相对应。

作为优化方案，第一高频分支以及第一线路分别与第三线路之间留有第二间隙，第一线路和第六线路之间留有第三间隙，第一高频分支以及第一线路分别与第一低频分支之间留有第四间隙。

作为优化方案，寄生部分还包括第二高频寄生部分，第二高频寄生部分与馈电走线部分设置在同一平面内，第二高频寄生部分靠近底框的另一端与边框的连接处，且与第一低频分支的位置相对应；第二高频寄生部分包括依次相连的第三地点、第四高频寄生分支、第五高频寄生分支和第六高频寄生分支。

作为优化方案，环形线路主体设有若干个线路支臂，线路支臂用于产生额外的耦合从而增加带宽。

作为优化方案，馈源连接设有一低频切换电路，低频切换电路设置在PCB板内，用于实现多个低频频段间的切换；低频切换电路包括射频开关和匹配电路。

作为优化方案，射频开关为多路切换开关。

作为优化方案，第九线路通过PCB板衔接的方式与第一地点连接；第九线路与PCB板的连接方式以及第一地点与PCB板的连接方式均采用顶针接触式或者弹片接触式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）在移动终端具有封闭金属框且天线空间高度较低的前提下，本发明与传统的单极天线相比，低频频段的工作性能具有明显优势；

（2）在移动终端具有封闭金属框且天线空间高度较低的前提下，传统的PIFA天线无法实现天线功能，效率极低，而本发明则使天线具有较好的辐射特性；

（3）本发明的工作频带为880Mhz-960Mhz以及1710-2170Mhz，满足整个频段的性能需求；通过增加射频开关和匹配电路的方案，可以使低频带宽覆盖至704-960Mhz。

附图说明

图1为本发明的金属框和PCB板的结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图一；

图3为本发明实施例1的结构示意图二；

图4为本发明实施例1的结构示意图三；

图5为本发明实施例1的立体示意图；

图6为本发明实施例1的回波损耗图；

图7为本发明实施例1的效率示意图；

图8为本发明实施例2的结构示意图。

上图中序号为：100-金属区域、101-净空区域、102-边框、103-底框、104-喇叭、105-麦克、200-馈源、201-第一地点、202-第一高频分支、203-第一线路、204-第二线路、205-第三线路、206-第四线路、207-第五线路、208-第六线路、209-第二高频分支、210-第三高频分支、211-第七线路、212-第八线路、213-第九线路、214-第一低频分支、217-第二间隙、218-第一间隙、219-第三间隙、220-第四间隙、221-第五间隙、222-第六间隙、300-第二地点、301-第三地点、302-第一高频寄生分支、303-第二高频寄生分支、304-第三高频寄生分支、305-第一寄生间隙、306-第四高频寄生分支、307、第五高频寄生分支、308-第六高频寄生分支、309-第二寄生间隙、4-低频切换电路、400-射频开关、401-匹配电路。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，适用于具有封闭金属框结构的且天线空间高度较低的移动终端，该天线结构包括金属框、PCB板以及天线部分；PCB板即为一般的印刷电路板（Printed circuit board）。

如图1所示，金属框包括边框102和底框103，边框102和底框103围成一封闭空间；金属框包裹在移动终端的四周，边框102与移动终端的两侧及顶部相对应，底框103与移动终端的底部相对应。在本实施例中，以一般手机为例，一般手机的尺寸大致为150mm×72mm，因此金属框围成的封闭空间设为长L1×宽W1 = 150mm×72mm；如图5所示，金属框的宽度h2为 1.5mm。

如图1所示，PCB板设置在封闭空间内；PCB板包括金属区域100和净空区域101，净空区域101靠近金属框的底框103，在本实施例中，净空区域101的宽度L2为8mm。

如图2~图5所示，天线部分包括馈电部分，馈电部分包括馈源200、第一地点201和馈电走线部分，第一地点201可以设置在底框103上的任意位置；馈源200可以设置在天线部分内的任意位置；馈电走线部分设置在PCB板靠近底框103的上方（在本实施例中，设置在PCB板上方高度h1为4mm的平面上），且与PCB板平行，见图5。馈电走线部分的大部分区域位于净空区域101的上方，也有部分区域分别位于金属区域100和金属框的上方。

馈电走线部分包括环形线路主体和单级分支部分，环形线路主体包括依次相连的第一线路203、第二线路204、第三线路205、第四线路206、第五线路207、第六线路208、第七线路211、第八线路212和第九线路213，第一线路203接入馈源200，第九线路213接入第一地点201，从而形成一环路；本发明不对环形线路主体的走线方式进行限制，环形线路主体的走线方式可以如图2~图5所示，但不限于此。单级分支部分包括第一高频分支202、第二高频分支209、第三高频分支210以及第一低频分支214；第一高频分支202与馈源200连接，且位于与第一线路203相对应的另一端；第二高频分支209的一端分别与第六线路208和第七线路211连接，第二高频分支209的另一端与第三高频分支210连接；第一低频分支214的一端分别与第八线路212和第九线路213连接；本发明不对单级分支部分的走线方式进行限制，单级分支部分的走线方式可以如图2~图5所示，但不限于此。

天线部分还包括寄生部分，寄生部分包括第一高频寄生部分，第一高频寄生部分与馈电走线部分设置在同一平面内，第一高频寄生部分靠近底框103的一端与边框102的连接处，且与第六线路208的位置相对应；第一高频寄生部分包括依次相连的第二地点300、第一高频寄生分支302、第二高频寄生分支303和第三高频寄生分支304。

寄生部分还包括第二高频寄生部分，第二高频寄生部分与馈电走线部分设置在同一平面内，第二高频寄生部分靠近底框103的另一端与边框102的连接处，且与第一低频分支214的位置相对应；第二高频寄生部分包括依次相连的第三地点301、第四高频寄生分支306、第五高频寄生分支307和第六高频寄生分支308。

第一高频寄生部分用于产生1710-2170Mhz的第一高频谐振，馈源200、第一地点201和环形线路主体组成的环路产生1710-2170Mhz的第二高频谐振，第二高频寄生部分用于产生1710-2170Mhz的第三高频谐振，从而实现高频的宽频和多谐振。若第一高频寄生部分产生的第一高频谐振和环路产生的第二高频谐振已满足需求，则不需要加设第二高频寄生部分。880Mhz-960Mhz的低频谐振主要由环路走线再加上第一低频分支214产生。 

第一高频分支202可以适当调整高频的谐振的深度，第二高频分支209、第三高频分支210可以适当的调整高频的谐振频偏。第三线路205和第五线路207之间留有第一间隙218，第一间隙218对产生高频的谐振非常重要，没有此缝隙，高频在所需频段内没有谐振。第一高频分支202以及第一线路203分别与第三线路205之间留有第二间隙217，第一线路203和第六线路208之间留有第三间隙219，第一高频分支202以及第一线路203分别与第一低频分支214之间留有第四间隙220；第二间隙217、第三间隙219和第四间隙220用来微调高频的谐振带宽和深度，缝隙越窄，高频谐振越深，带宽越窄。第二高频分支209和第七线路211之间留有第五间隙221，用于增加第二高频分支209和第三高频分支210的走线长度，调整高频的谐振频偏。第九线路213和第一低频分支214之间留有第六间隙222，用于增加第一低频分支214的走线长度，微调低频的谐振长度。第一高频寄生分支302和第三高频寄生分支304之间留有第一寄生间隙305，用于通过割槽，调整寄生走线的长度，从而调试寄生的谐振频率。第四高频寄生分支306和第六高频寄生分支308之间留有第二寄生间隙309，用于通过割槽，调整寄生走线的长度，从而调试寄生的谐振频率。

在本实施例中，如图2所示，天线布线面积较小，有足够的剩余空间用于布置喇叭104和麦克105，在实现天线性能的同时，也不影响移动终端内的其他元件的布置。

本实施例的天线性能以及效率如图6和图7所示。如图6所示， 880-960Mhz、1710-2170 Mhz各个频段的回波损耗（S11）性能如表1所示： 

表1：回波损耗（S11）性能

频率（Mhz）	880	960	1710	2170
					回波损耗（dB）	-6	-6	-7.6	-10

如图7所示，880-960Mhz、1710-2170 Mhz2各个频段的效率如表2所示：

表2：平均效率

频率（Mhz）	880-960	1710-2170
			平均效率	32%	42%

传统PIFA天线的低频性能较差，平均效率只有百分之十几，与传统PIFA天线相比，本发明的低频平均效率大大提高了。

实施例2：

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于：馈源200连接设有一低频切换电路4，低频切换电路4设置在PCB板内，用于实现多个低频频段间的切换；低频切换电路4包括射频开关400和匹配电路401。在本实施例中，射频开关400为多路切换开关，信号从射频开关400输入，通过射频开关400选择匹配电路401中不同的通路，实现低频在多个频带间的切换。在本实施例中，匹配电路401设有四条支路；每条支路上均设有匹配元件，分别为RF1、RF2、RF3和RF4；匹配元件可以由电感、电阻等元器件组成，用于实现频率的偏移。在本实施例中匹配元件RF1、RF2、RF3和RF4分别用于实现不同的频率偏移，从而实现多频的覆盖。在本实施例中，低频切换电路4可以实现天线在704-960Mhz范围内的多频覆盖。本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不在赘述。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的寄生部分不包括第二高频寄生部分。本实施例适用于第一高频寄生部分产生的第一高频谐振和环路产生的第二高频谐振已满足需求的情况。本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不在赘述。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于：环形线路主体设有若干个线路支臂，线路支臂用产生额外的耦合从而增加带宽。然而增设的线路支臂的数量不限于此，可根据需要增设多个线路支臂。本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不在赘述。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于：第九线路213通过PCB板衔接的方式与第一地点201连接；在本实施例中，第九线路213与PCB板通过一顶针连接，第一地点201与PCB板通过一弹片连接；第九线路213与PCB板的连接方式以及第一地点201与PCB板的连接方式不限于此，均可采用顶针接触式或者弹片接触式。本实施例的其他技术特征均与实施例1相同，在此不在赘述。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，该天线结构包括金属框、PCB板以及天线部分；

所述金属框包括边框（102）和底框（103），所述边框（102）和所述底框（103）围成一封闭空间；所述PCB板设置在所述封闭空间内；

所述天线部分包括馈电部分，所述馈电部分包括馈源（200）、第一地点（201）和馈电走线部分，所述第一地点（201）设置在所述底框（103）上；所述馈电走线部分设置在所述PCB板靠近所述底框（103）的上方，且与所述PCB板平行；所述馈电走线部分包括环形线路主体和单级分支部分，所述环形线路主体包括依次相连的第一线路（203）、第二线路（204）、第三线路（205）、第四线路（206）、第五线路（207）、第六线路（208）、第七线路（211）、第八线路（212）和第九线路（213），所述第一线路（203）接入所述馈源（200），所述第九线路（213）接入所述第一地点（201），从而形成一环路；所述单级分支部分包括第一高频分支（202）、第二高频分支（209）、第三高频分支（210）以及第一低频分支（214）；所述第一高频分支（202）与所述馈源（200）连接，且位于与所述第一线路（203）相对应的另一端；所述第二高频分支（209）的一端分别与所述第六线路（208）和所述第七线路（211）连接，所述第二高频分支（209）的另一端与所述第三高频分支（210）连接；所述第一低频分支（214）的一端分别与所述第八线路（212）和所述第九线路（213）连接；所述第三线路（205）和所述第五线路（207）之间留有第一间隙（218）；

所述天线部分还包括寄生部分，所述寄生部分包括第一高频寄生部分，所述第一高频寄生部分与所述馈电走线部分设置在同一平面内，所述第一高频寄生部分靠近所述底框（103）的一端与所述边框（102）的连接处，且与所述第六线路（208）的位置相对应；所述第一高频寄生部分包括依次相连的第二地点（300）、第一高频寄生分支（302）、第二高频寄生分支（303）和第三高频寄生分支（304）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述金属框包裹在所述移动终端的四周；所述边框（102）与所述移动终端的两侧及顶部相对应，所述底框（103）与所述移动终端的底部相对应。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述第一高频分支（202）以及所述第一线路（203）分别与所述第三线路（205）之间留有第二间隙（217），所述第一线路（203）和所述第六线路（208）之间留有第三间隙（219），所述第一高频分支（202）以及所述第一线路（203）分别与所述第一低频分支（214）之间留有第四间隙（220）。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述寄生部分还包括第二高频寄生部分，所述第二高频寄生部分与所述馈电走线部分设置在同一平面内，所述第二高频寄生部分靠近所述底框（103）的另一端与所述边框（102）的连接处，且与所述第一低频分支（214）的位置相对应；所述第二高频寄生部分包括依次相连的第三地点（301）、第四高频寄生分支（306）、第五高频寄生分支（307）和第六高频寄生分支（308）。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述环形线路主体设有若干个线路支臂，所述线路支臂用于产生额外的耦合从而增加带宽。

6.根据权利要求1或2所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述馈源（200）连接设有一低频切换电路（4），所述低频切换电路（4）设置在所述PCB板内，用于实现多个低频频段间的切换；所述低频切换电路（4）包括射频开关（400）和匹配电路（401）。

7.根据权利要求6所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述射频开关（400）为多路切换开关。

8.根据权利要求1所述的一种适用于具有金属框结构移动终端的天线系统，其特征在于，所述第九线路（213）通过PCB板衔接的方式与所述第一地点（201）连接；所述第九线路（213）与PCB板的连接方式以及所述第一地点（201）与PCB板的连接方式均采用顶针接触式或者弹片接触式。

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