CN103313539A

CN103313539A - 用于便携式终端的天线装置

Info

Publication number: CN103313539A
Application number: CN2013100729638A
Authority: CN
Inventors: 吴俊和; 边俊豪; 金宰熙; 赵范袗; 严相珍
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: CN103313539B; US9343804B2; EP2639879A2; KR20130104016A; EP2639879A3; US20130234910A1; KR101916241B1

Abstract

提供用于便携式终端的天线装置。便携式终端包括具有接地表面和RF部件的印刷电路板(PCB)，用以处理通过便携式终端的至少一个天线元件接收的无线信号。壳体形成便携式终端的外部形貌，并且具有不导电构件，不导电构件上附着有多个金属片件。至少一个金属片件电连接至接地表面。金属片件可以加强壳体的纹理和耐用性。优选地，金属片件的形状、尺寸和分离金属片件的距离设计成最小地影响或者改善至少一个天线元件提供的天线性能。

Description

用于便携式终端的天线装置

技术领域

本发明涉及一种用于便携式终端的天线装置。

背景技术

目前，由于电子通信工业的发展，例如移动通信终端(例如智能电话和蜂窝电话)、电子调度器、个人复合终端及类似的便携式终端正变成现代社会的必需品和重要的快速交换信息的传递手段。

近年来，通过提供多种多媒体功能和为了便于携带不断小型化，便携式终端让使用者们越来越着迷。然而，存在难以在便携式终端有限的空间内构建多种元件的问题。通常，便携式终端包括用于无线通信的天线。最近，便携式终端发展了具有便利的内置天线，其有利于使得便携式终端小型化。期望地，在相应的通信服务频带的情况下内置天线满足预定的性能度量。然而，近年来，便携式终端越来越多地使用金属构件来提高美感和加强硬度。但是金属构件导致内置天线性能变差。因此，需要解决这个问题。

发明内容

本发明的一个方面是为了基本上解决上述问题和/或缺点中的至少一个，并提供以下优点。因此，本发明的一个方面是为了提供一种实现期望的天线性能同时在便携式终端内占用较小空间的天线装置。

本发明另一方面是为了提供一种具有金属构件的便携式终端，所述金属构件用于加强硬度而不会负面地影响便携式终端必要的天线性能。

在示例实施例中，一种具有天线装置的便携式终端，包括具有接地表面和RF部件的印刷电路板(PCB)，用以处理通过便携式终端的至少一个天线元件接收的无线信号。壳体形成便携式终端的外部形貌，并且具有不导电构件，所述不导电构件上附着有多个金属片件(metal fragment)。至少一个金属片件电连接至所述接地表面。

金属片件可以加强壳体的纹理和耐用性。优选地，金属片件的形状、尺寸以及分离金属片件的距离被设计成最小地影响至少一个天线元件提供的天线性能或改善至少一个天线元件提供的天线性能。

在另一示例实施例中，一种用于便携式终端的天线装置，包括具有接地表面和部件的印刷电路板(PCB)，用以处理通过便携式终端的至少一个天线元件接收的无线信号。金属壳体形成便携式终端的外部形貌，与接地表面电连接。金属壳体包含在天线元件附近的一个或多个狭槽(slot)。

附图说明

本发明的上面所述的以及其他的目的、特征以及优点在下面结合附图的描述中将变得更加清楚，附图中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的便携式终端的透视图；

图2是示出图1便携式终端的后壳体的示例配置的透视图。

图3示出根据本发明示例性实施例的便携式终端的示例壳体部分的结构；

图4和5是示出根据本发明示例性实施例的天线装置的结构的分解视图；

图4A示出壳体的相邻金属岛状物(island)的等效电路；

图6示出根据本发明示例性实施例的天线装置中的壳体的金属片件之间的示例性电连接；

图7是示出根据本发明示例性实施例的天线装置的特性的曲线；

图8是示出根据本发明示例性实施例的天线装置的结构的图；

图9是示出根据本发明示例性实施例的壳体的结构的图；

图10A至10C示出根据本发明另一示例性实施例的壳体的结构；

图11示出可以用于本发明示例性实施例的壳体的金属片件的多种形状；

图12示出根据本发明示例性实施例的具有均匀的金属片件和间隔的壳体的一部分；

图13示出根据另一示例性实施例的具有非均匀的金属片件和/或间隔的壳体的一部分；

图14是示出根据本发明示例性实施例的天线装置的天线性能的曲线；和

图15和16是根据本发明各替换示例性实施例的便携式终端的天线装置的视图。

具体实施方式

本文下面将参照附图描述本发明的示例实施例。在下面的说明书中，不再详细地描述熟知的功能或结构，因为它们的多余的细节可能会使本发明不清楚。此外，下文中的术语通过考虑本发明中的功能进行限定，可以依据用户和操作者期望的或实践中而意义不同。因此，术语应该基于整篇说明书的公开内容进行限定。

本发明示例性实施例提供一种天线装置，其使用在壳体上的、设置在便携式终端中用于加强目的的多个金属片件的布置。所述片件，也称为“岛状物”，优选是例如瓦片(tile)等的碎片形式，并且可以用作装饰元件。天线装置包括一个或多个天线元件，以一个或多个相应的频带和/或协议执行天线功能。所述片件设计并布置成使得在没有岛状物的情况下通过天线元件获得的天线性能不明显受到影响、干扰、轻微漂移或得到改善。

根据本发明示例性实施例，便携式终端包括具有非导电构件(例如模塑件(molding))的壳体，以及多个金属片件，所述金属片件附着至非导电构件以提高其硬度的、增加纹理以及提高美感。通过对金属片件的形状、金属片件的布置形式、金属片件之间的电连接以及金属片件和主板的接地之间的电连接等的适当配置设计，来保持期望的天线性能。此外，根据示例性实施例，便携式终端结合有金属框架以提高耐用性和硬度，并增加美感。金属框架可以包括两个或更多个隔离的部分，其中至少一个部分电连接至主板的接地，使得保持期望的天线性能。

图1是示出根据本发明示例性实施例的便携式终端10的透视图。便携式终端10优选包括形成其外部形貌的壳体20，输出图像和视频的显示器13、输出声音的扬声器14、接收声音输入的麦克风15以及摄像头16。显示器13可以是触摸屏。也可以包括物理按键以提供附加的输入手段。

壳体20包括前壳体11、后壳体12以及金属框架123。前外壳11、后壳体12以及金属框架123彼此耦接并形成便携式终端10的外部形貌。壳体包括附着至非导电模塑(下面描述)的多个金属片件，因此增强便携式终端10的纹理和耐用性。金属框架123可以包括两个或更多个隔离的部分。

如下详细描述的，便携式终端10包括用于无线通信的天线装置。天线装置包括至少一个天线元件，其接收来自例如主板等印刷电路板(PCB)的RF电路部件的RF信号功率和提供RF信号功率至印刷电路板(PCB)的RF电路部件，并且该至少一个天线元件发生谐振。在倒F天线(IFA)或平面的倒F天线(PIFA)配置中，天线元件上的点可以连接至PCB的接地。天线元件可以备选地是单极天线。天线元件优选是具有被构造在便携式终端10内部的形式。然而，可以包括凸出到便携式终端10外部的一个或多个天线元件。

天线装置通过对壳体的金属片件的形状、金属片件的布置、金属片件之间的电连接、金属片件和主板接地之间的电连接等的适当设计，来实现期望的天线性能。换句话说，在壳体中构造的金属片件不损害天线元件的性能(或仅最小地影响性能或偏移谐振频率)并可以改善某些特性。

图2是示出便携式终端的后壳体12的示例配置的透视图。后壳体12包括塑料构件122，和形成或布置在塑料构件122上的多个金属片件121。构件122优选由制模工艺形成，并因此在下文中称为塑料模塑件122。塑料模塑件122支撑金属框架123，金属框架123固定至塑料模塑件122。区域113’、115’、117’以及119’表示在便携式终端10内对应的天线元件113、115、117以及119(在后面的图中描述)可以位于其下方的区域。

图3示出示例后壳体12相对于金属框架123的配置。后壳体12包括布置或形成在塑料模塑件122主表面上的金属片件121的布置121A。壳体12上的金属片件121是岛状的，即完全与相邻的片件121分离，除了某些片件121之间的小的电连接。片件之间具有分隔的岛状增加了后壳体12的纹理和耐用性。在适当设置片件尺寸及其之间间隔的情况下，在整个所需操作频带上保持便携式终端10的天线元件的期望的天线性能。例如，来自天线元件的电磁波可以通过金属岛状物之间的间隔辐射到外部，并且来自外部的电磁波可以通过该间隔被引入到天线元件内。此外，金属岛状物可以屏蔽由包括PCB的多个电子部件产生的噪声，并且可以屏蔽来自外部的噪声。因此，确保了天线元件的性能。此外，根据本发明的另一示例性实施例，壳体12可以不在与至少一个或多个天线元件相邻的位置处构造金属片件，由此避免来自金属片件的干扰，确保天线性能(未示出)。在壳体12上以岛状构造的金属片件121被称为金属岛状物。通过将金属片件121附着至塑料模塑件(或本体)122上，可以在壳体12上形成金属岛状物。例如，凹进可以形成在模塑件122内以便于经由合适的接合或压入配合方式来附着金属片件121。形成金属岛状物121的另一种方法是通过用电磁透明装饰金属(ETDM)镀塑料模塑件122和蚀刻所镀的ETDM的工艺。

如图2和3所示，金属片件121可以具有均匀的形状和/或尺寸；然而，具有非均匀的形状/尺寸的实施方式也是可以的。大多数金属片件121彼此电绝缘。然而，某些片件121可以电连接以加强在特定频率下的天线性能。例如，一些片件121之间的电连接结构可以用来调节天线元件的谐振频率。例如，电连接结构可以配置成环路(loop)类型，并可以例如作为狭槽(slot)天线，与来自天线的向内馈送(in-direct feed)谐振。因此，天线元件可以和电连接结构一起产生特定的谐振频率。电连接结构布置成与天线元件的至少一部分重叠。其中，连接结构可以具有与至少一个或多个天线元件的谐振长度相同或不同的谐振长度。金属片件121每一个可以设计成具有大约1mm²到400mm²的表面面积×大约0.1mm到5mm的厚度，并且可以以大约0.1mm至5mm的间隔距离布置。

便携式终端10可以实现为具有多个天线元件，每一个天线元件用于相应的操作频带/协议。例如，如图4所示，便携式终端10可以包括用于蜂窝通信的天线元件113、用于全球定位系统(GPS)的天线元件115、用于蓝牙或无线保真(WiFi)的天线元件117以及用于近场通信(NFC)的天线元件119。

图4和5是示出根据本发明示例性实施例的天线装置100的结构的分解图，其可以用于便携式终端10内。(要注意的是，图4和5示出相同的总体天线装置100；然而，图4示出金属片件121和接地表面112之间的电连接，而图5示出金属框架123和接地表面112之间的电连接。两种类型的电连接可以并入一个实施例中)。

参照图4和5，天线装置100包括：PCB110；天线元件113、115、117以及119；RF耦接至PCB110上通信电路；以及后壳体12，形成便携式终端10的后外部形貌。

PCB110是包含基础电路和部件的基板，其包括RF通信、处理以及控制部件以执行便携式终端10的功能。这些功能包括配置便携式终端10的执行环境、记录其信息、允许便携式终端10的稳定驱动以及便携式终端10的全部器件的输入/输出数据交换。PCB110电路部件处理通过天线元件113、115、117以及119发射/接收的无线信号。PCB110通常包括接地表面112，即参考电位表面。接地112通过电连接装置131电连接至壳体12的至少一个金属片件121，如图示意地示出的。可以采用任何合适的连接装置131。例如，模塑122可以包含多个孔(未示出)，柔性电柱穿过该多个孔，每个电柱的一端固定在单独岛状物121上并且另一端形成与接地112上的插座(socket)的压力接触连接。与接地112电连接的一个或多个金属片件121被应用作为便携式终端10的附加的接地体，以如期望的那样有利地影响天线装置100的天线性能。金属片件121的隔离结构可以造成不与天线元件的谐振频率相交界(interface)。例如，金属片件121的隔离结构可以允许电磁波从天线元件顺利地发射到外部，并允许电磁波被顺利地引入到天线元件内。附加地，一些片件121之间的电连接结构可以用于调节特定频率下天线的谐振频率。

此外，壳体12实现为具有金属框架123。金属框架123通过合适的电连接装置132(示意地示出)电连接至接地112，并适于有利地影响天线装置100的天线性能。而且，金属框架123可以与壳体12的一个或多个金属片件121电连接。

如上所述，壳体12的金属片件121彼此隔离，防止了天线元件113、115、117以及119的天线性能的劣化。例如，金属片件121的隔离结构可以允许电磁波顺利地从天线元件发射到外部，并且允许电磁波顺利地被引入到天线元件。此外，如图4A所示，由于金属片件121的隔离结构，它们在所有片件上产生电抗，如电感L与电容C串联的等效电路所示。这种电抗有助于保持天线元件113、115、117以及119的天线性能。也就是说，可以考虑到存在金属片件121的电抗来修改天线元件113、115、117以及119的设计(在某些情况下使其更小)。

金属片件121的隔离结构还可以操作为频带截止滤波器，截止从外部入射的、频带比天线元件正常情况下接收的电磁波频带高的电磁波。例如，作为频带截止滤波器的金属片件121被设计为具有尺寸、形状以及间隔距离，以具有与天线元件113、115、117以及119的谐振频率不同的谐振频率，使得不会对天线元件113-119的操作产生负面影响。例如，天线元件113可以具有大约900兆赫兹(MHz)或1800MHz的谐振频率，而金属片件121的隔离结构可以造成大约40吉赫兹(GHz)至100GHz的谐振频率。在这种设计中，每个单独金属岛状物121的长度实质上小于比天线元件113-119的长度。

而且，在一些实施例中，金属片件121的隔离结构可以用于调节天线装置100的谐振频率。也就是说，如图4A所示的通过金属片件121提供的电抗可以导致天线元件113-119在不存在金属片件121的情况下呈现的谐振频率的偏移。因此，本发明实施例可以通过考虑金属片件121的隔离结构来调节期望的谐振频率。由于有意设计的谐振偏移效应，可以以比其他情况下小的尺寸来构造天线元件113、115、117以及119，由此可以减小天线元件113、115、117以及119的构造空间。

此外，一个或多个金属片件121与PCB110的接地112电连接。金属片件121的隔离结构应用前述的等效电路，因而，由于这种接地可以防止静电。

图6示出根据示例性实施例的壳体100的金属片件之间的示例电连接。在所示的示例中，天线装置100具有通过电连接装置124连接壳体12的位于天线元件113、115、117以及119周围的金属片件121的构造。因为金属片件121的隔离结构在改善天线元件113、115、117以及119的天线性能方面是受到限制的，所以上述的构造有助于克服这种限制。也示出了跨过若干个金属片件121的横截面视图。(要注意的是，天线元件113看起来连接至PCB110上的RF信号源133；其他的天线元件113、115、117以及119可以类似地连接至相应的信号源)。电连接到至少一个天线元件的至少一个金属片件121布置成与天线元件113、115、117以及119之一重叠或不重叠。

图7是示出根据本发明示例性实施例的天线装置的特性的曲线。该曲线表示具有图6天线装置100形式的天线装置的测量结果，与后壳体中没有金属片件、仅采用塑料模塑件的传统设备对比。结果显示，当包括金属岛状物时产生附加的谐振频率，因而提供更宽的谐振频带。图中示出保持了0.5-1.0GHz和2.5-3.0GHz之间的谐振频率(在较低频带具有改善的调谐，在较高频带具有某些失谐)。

图8示出根据本发明示例性实施例的天线装置的构造。在该实施例中，壳体12的金属框架123分成两个或更多个部分，并且这些部分中的至少一个与PCB110的接地电连接。在示出的示例中，形成通过间隔S分离的分离部分。金属框架123的各个部分通过电连接装置125彼此连接。使用这种配置，获得了合适的天线性能，并且在某些情况下获得优越的天线性能。

图9示出根据本发明另一示例实施例的壳体的构造。在该实施例中，壳体12的塑料模塑件122构造为具有多个凹进134。金属片件121被放置在凹进134中。在该示例中，金属片件121的厚度与凹进的厚度相同，因此金属片件121在被放置或形成到凹进内之后，它们的外表面与塑料模塑件122的外表面是平齐的，如图中下部的横截面视图所示。在另一实施例中，片件的厚度可以与凹进的厚度不同。

图10A至10C以横截面视图示出根据本发明另一示例实施例的壳体的构造。

参照图10A，天线装置100a实现为具有后壳体12a，后壳体12a形成为具有塑料模塑件122a，塑料模塑件122a在其内表面和外表面上具有多个凹进。外金属片件121被放置在外表面凹进中，内金属片件121’被放置或形成在内表面凹进内。至少一个内片件121’被接地至接地表面112。一个或多个外片件121也被接地。以图2-6所示的格状片件阵列来布置外片件121。以类似的阵列方式布置内片件121’；然而，它们相对于上部片件以错列(staggered)的关系偏置，如图10A所示，由此当塑料模塑件122a由透明材料形成时提供给使用者视觉效果。内金属片件的尺寸、形状以及间隔可以设计为有利地影响天线元件113-119的天线性能的方式设计，并且增强壳体122a的刚度。

参照图10B，天线装置100b的一个实施例包括具有塑料模塑件122b的后壳体12b。壳体12的塑料模塑件122b在其内表面中构造有多个凹进。外金属片件121被放置或形成在塑料模塑件122的外表面上方；内金属片件121’被放置或形成在内表面中构造的凹进中。内片件阵列的用途以及其与外片件阵列的错列关系与针对天线装置100a描述的那些相同。

参照图10C，天线装置100c包括后壳体12c，其具有无凹进的塑料模塑件122c。外金属片件121被放置或形成在外表面上；内金属片件121’被放置或形成在塑料模塑件122的内表面上。内片件阵列的用途以及其与外片件阵列的错列关系与针对天线装置100a描述的那些相同。

图10A至10C的塑料模塑件122由透明材料形成，因而通过塑料模塑件122看到内金属片件。除了影响天线性能和增加刚度和耐用性之外，内金属片件还与外金属片件一起呈现视觉效果。

图11示出可以用于本发明示例实施例中的壳体的多个金属片件的多种形状。布置在壳体上的金属片件121可以具有多种形状，例如矩形或方形1101、圆形1103、三角形1105、六边形1107、斜方形1109、菱形1111、椭圆1113或随机形状1115，如图所示。

图12示出根据本发明示例实施例的壳体12h的一部分。壳体12h包括多个六边形或其他均匀形状的金属片件121h，它们被放置或形成在塑料模塑件122上。金属片件121h的形状是均匀的，并且金属片件121h之间的距离是相同的(在所有相邻的片件121h之间使用均匀间隔)。

图13示出根据另一示例实施例的具有非均匀的金属片件和/或间隔的壳体12n的一部分。壳体12n包括被放置或形成在塑料模塑件122上的多个金属片件121n。金属片件121n形状和/或尺寸不同。此外，金属片件121n可以非均匀地彼此间隔分开。

图14是示出根据本发明示例实施例的天线装置100的天线性能的曲线，其与常规装置对比。本发明的便携式终端内的天线装置100使用包括塑料模塑件的壳体，其中金属片件附着至所述塑料模塑件。常规的便携式终端应用仅包括塑料模塑件的壳体。天线效率相对于频率的结果显示，天线性能根据频率而轻微地偏移。也就是说，在使用金属片件的环境中天线性能不变差，即使有寄生金属的存在通常使天线性能变差这一事实。因此，根据本发明的具有金属片件的壳体可以用于根据需要提供小的频率偏移效应，并带来后壳体具有增强的纹理、耐用性和美感的优点。

图15是根据本发明替换示例实施例的便携式终端的天线装置200的透视图。天线装置200包括耦接至PCB(未示出)的RF通信电路并产生谐振的内置天线元件213，以及金属壳体22，金属壳体22电连接至PCB的接地并形成便携式终端的外部形貌。具体地，金属壳体22具有位于天线元件213附近的、通过从壳体22切削掉金属而形成的一个或多个狭槽222。如并联的电感和电容的等效电路示出的那样，狭槽222对于至天线元件213呈现电抗。由狭槽呈现的等效电抗有利地影响天线元件213的天线性能，使得可以获得期望的度量。图15中的狭槽222具有相同的形状和尺寸，并且狭槽222之间的距离是均匀的。金属壳体22还具有在其内表面上的塑料模塑件，并且狭槽222被塑料模塑件隐藏。

图16是根据本发明替换的示例实施例的便携式终端的天线装置200’的透视图。天线装置200’与天线装置200相同，但是具有尺寸不均匀的狭槽222’，形成在天线元件213附近的壳体22’中。尺寸不均匀的狭槽222’也可以彼此不均匀地间隔分开。不均匀的狭槽222’是为了以与图15中实施例类似的方式有利地影响天线元件213的天线性能。

因此，结合了图15或16的天线装置的便携式终端与整个后壳体由连续的金属形成的常规便携式终端相比可以展现出改进的天线性能。

在本发明此处所述的实施例中，壳体12或22可以包括便携式终端的电池盖。电池盖也可以实现为本发明的天线装置的元件。

虽然本发明参照其特定优选的实施例进行描述和图示，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出本发明的形式和细节上的多种修改。

Claims

1.一种具有天线装置的便携式终端，所述便携式终端包括：

印刷电路板PCB，具有接地表面和RF部件，用以处理通过便携式终端的至少一个天线元件接收的无线信号；和

形成便携式终端的外部形貌的壳体，具有不导电构件，所述不导电构件上附着有多个金属片件；

其中至少一个金属片件电连接至所述接地表面。

2.根据权利要求1的便携式终端，其中大多数金属片件彼此电连接。

3.根据权利要求2的便携式终端，其中彼此电连接的所述多个金属片件位于所述至少一个天线元件的附近。

4.根据权利要求2的便携式终端，其中彼此电连接的所述多个金属片件具有与所述至少一个天线元件的谐振长度相同的或不同的谐振长度。

5.根据权利要求1的便携式终端，其中壳体在邻近所述至少一个天线元件的位置处不构造金属片件。

6.根据权利要求1的便携式终端，其中金属片件具有彼此不同的形状或尺寸。

7.根据权利要求1的便携式终端，其中按照均匀的间隔距离布置金属片件，或按照不规则的间隔距离布置金属片件。

8.根据权利要求1的便携式终端，其中壳体包括便携式终端的电池盖。

9.根据权利要求1的便携式终端，所述装置还包括金属框架，所述金属框架包括相互隔离的多个部分，

其中所述多个部分中的至少一个与PCB的接地表面电连接，或与壳体的一个或多个接地的金属片件电连接。

10.根据权利要求1的便携式终端，其中所述至少一个天线元件是单极天线、倒F天线IFA或平面倒F天线PIFA。

11.根据权利要求1的便携式终端，其中所述至少一个天线元件配置用于以蜂窝通信、全球定位系统GPS、无线保真WiFi、蓝牙以及近场通信NFC中的至少一种进行通信。

12.根据权利要求1的便携式终端，其中所述不导电构件包括多个凹进，并且所述金属片件被放置或形成在所述凹进内。

13.根据权利要求1的便携式终端，其中所述金属片件被放置或形成在所述不导电构件的内表面和外表面上。

14.根据权利要求1的便携式终端，其中所述不导电构件是半透明的或透明的。

15.根据权利要求1的便携式终端，其中所述金属片件具有1mm²到400mm²的表面面积和0.1mm到5mm的厚度，并且以0.1mm至5mm的间隔距离布置。

16.一种用于便携式终端的天线装置，所述天线装置包括：

印刷电路板PCB，具有接地表面和RF部件，用以处理通过至少一个天线元件接收的无线信号；和

形成便携式终端的外部形貌的金属壳体，电连接至所述接地表面；

其中所述金属壳体包含在所述至少一个天线元件附近的一个或多个狭槽。

17.根据权利要求16的天线装置，还包括：附着至所述金属壳体的内表面的不导电模塑件，

其中所述不导电模塑件与所述一个或多个狭槽邻接。

18.根据权利要求16的天线装置，其中所述一个或多个狭槽对于所述至少一个天线元件呈现出电抗。

19.根据权利要求16的天线装置，其中所述一个或多个狭槽是形状或尺寸彼此不同的多个狭槽。

20.根据权利要求16的天线装置，其中所述一个或多个狭槽是按照均匀间隔布置的多个均匀的狭槽。