CN103346397A

CN103346397A - 适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统

Info

Publication number: CN103346397A
Application number: CN2013102498587A
Authority: CN
Inventors: 董孩李
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103346397B

Abstract

本发明公开了一种适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，包括金属框、PCB板和天线部分；本发明把金属框设计为天线辐射体的一部分，在金属框的底部开两个缝隙，馈电走线部分与金属框共同形成T型的单极天线或IFA天线，使金属框本身用于产生低频和高频的谐振，且根据工作频带的需要可另外增加其他耦合部分用于调节低频和高频的谐振。本发明的有益效果在于：本发明把金属框的缝隙开在底部，避开了用户在实际使用中对缝隙的触碰，以避免手握时天线性能差的现象；本发明的工作频带为704Mhz-960Mhz以及1710-2700Mhz，实现多频宽带；与传统的一般天线相比，本发明具有频带多、频宽宽的特点；本发明的天线结构占用的空间较小，不会与周围环境产生相互影响。

Description

适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统

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多频天线系统。

背景技术

移动终端的天线多频宽带一直是移动通信的发展方向，特别是便携式移动终端，通用移动通信系统Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)已经是目前的主流，其频率带宽为824Mhz-960Mhz以及1710Mhz-2170Mhz。另一方面，随着LTE技术的应用，除了上述频段外，LTE700MHZ也被包括进来，所以低频的频宽就为700Mhz-960Mhz。有的还包括高频段LTE2.3GHZ和LTE2.5GHZ, 所以高频的带宽就为2500Mhz-2700Mhz。另外由于手机终端等功能的复杂化，手机天线空间越来越小，所以基于负责环境小空间的前提下，调试一款覆盖704-960Mhz以及1710-2700Mhz频带的天线，也给天线设计带来了难点。

另外，具有金属质感的便携式终端产品收到消费者的青睐，但是太多的金属结构件不利于于天线的设计。基于造型的需求，天线的空间越来越小，且天线周围的环境也越来越复杂，天线走线时还需考虑喇叭、话筒、数据线接口等其他结构，为避免天线与这些周围结构之间的相互影响，进一步压缩了天线的空间。因此，有必要设计一种在有限的空间和复杂的环境下，整合金属结构件，同时考虑用户体验，还可以满足多频宽带需求的天线系统。

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金属框的前提下，提出一种适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，该天线系统可以实现工作频段为704Mhz-960Mhz以及1710Mhz-2700Mhz，而且天线结构所需的天线空间较小。本发明具体的技术方案如下：

适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，包括金属框、PCB板和天线部分；

金属框包括顶框、底框、第一侧框和第二侧框，顶框、第一侧框、底框和第二侧框依次围成一第一空间，底框的一端与第一侧框的一端之间设有第一缝隙，底框的另一端与第二侧框的一端之间设有第二缝隙；

PCB板设置在第一空间内，PCB板包括金属区域和净空区域，净空区域靠近底框；

天线部分包括馈电部分，馈电部分包括馈源和馈电走线部分，馈源设置在PCB板内，馈电走线部分设置在净空区域的上方，且与PCB板平行；馈电走线部分包括第一馈电分支，馈源与第一馈电分支的一端连接，第一馈电分支的另一端与底框连接；底框从与第一馈电分支的连接处至第一缝隙的一段为第一段底框，底框从与第一馈电分支的连接处至第二缝隙的一段为第二段底框，第一段底框的长度小于第二段底框的长度，第一段底框用于产生高频谐振，第二段底框用于产生低频谐振。

作为优化方案，金属框包裹在移动终端的四周；顶框与移动终端的顶部相对应，底框与移动终端的底部相对应，第一侧框和第二侧框分别与移动终端的两侧相对应。

作为优化方案，馈电部分还包括地点，馈电走线部分还包括第二馈电分支；第二馈电分支的一端与地点连接，第二馈电分支的另一端连接在第一馈电分支靠近馈源的一端。

作为优化方案，天线部分还包括第一耦合部分，第一耦合部分包括射频开关、第一低频耦合支臂以及第二低频耦合支臂，第一低频耦合支臂的一端与射频开关相连，第一低频耦合支臂的另一端与第二低频耦合支臂相连。

作为优化方案，射频开关、第一低频耦合支臂和第二低频耦合支臂均设置在净空区域内。

作为优化方案，射频开关设置在净空区域内，第一低频耦合支臂和第二低频耦合支臂均设置在净空区域的上方，且与馈电走线部分平行。

作为优化方案，射频开关为单刀切换开关或多路切换开关。

作为优化方案，馈电走线部分还包括延长分支部分，延长分支部分包括第一延长分支、第二延长分支以及第三延长分支，第一延长分支的一端连接在底框靠近第一缝隙的一端，第一延长分支的另一端与第二延长分支连接；第三延长分支连接在底框靠近第二缝隙的一端。

作为优化方案，天线部分还包括第二耦合部分，第二耦合部分还包括第一高频耦合支臂和第二高频耦合支臂；第一高频耦合支臂设置在第一侧框靠近第一缝隙的一端，且位置与第一延长分支相对应；第二高频耦合支臂设置在第二侧框靠近第二缝隙的一端，且位置与第三延长分支相对应。

作为优化方案，馈电走线部分还包括第三馈电分支和第四馈电分支，第三馈电分支和第四馈电分支分别与第一馈电分支连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明把金属框设计为天线辐射体的一部分，除了开两个细的缝隙，可以保留手机具有金属装饰框的要求，满足消费者对金属质感移动终端产品的需求；

（2）由于金属框开缝隙，手指触碰缝隙，对移动终端的天线性能影响极大，本发明把金属框的缝隙开在底部，尽量避开了用户在实际使用中对缝隙的触碰，以避免实际手握时天线性能差的现象；

（3）本发明的工作频带为704Mhz-960Mhz以及1710-2700Mhz，实现多频宽带；与传统的一般天线相比，本发明具有频带多、频宽宽的特点；

（4）本发明的天线结构占用的空间较小，周围可以留有充分的空间布置喇叭、话筒、数据线接口等其他结构，不会与这些其他结构产生相互影响。

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的立体示意图；

图5为本发明实施例1的回波损耗图；

图6为本发明实施例1的效率示意图；

图7为本发明实施例2的结构示意图；

图8为本发明实施例3的立体示意图；

图9为本发明实施例4的结构示意图；

图10为本发明实施例5的结构示意图。

上图中序号为：100-金属区域、101-净空区域、102-顶框、103-底框、104-第一缝隙、105-第二缝隙、106-第一侧框、107-第二侧框、200-馈源、201-地点、204-第一馈电分支、205-第一延长分支、206-第二延长分支、207-第三延长分支、208-第三馈电分支、209第四馈电分支、210-第二馈电分支、300-射频开关、301-第一低频耦合支臂、302-第二低频耦合支臂、400-第一高频耦合支臂、401-第二高频耦合支臂、500-第一话筒、501-第二话筒、502-第一喇叭、503-第二喇叭、504-USB接口。

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：

适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，包括金属框、PCB板和天线部分；PCB板即为一般的印刷电路板（Printed circuit board）。

如图1所示，金属框包括顶框102、底框103、第一侧框106和第二侧框107，顶框102、第一侧框106、底框103和第二侧框107依次围成一第一空间，底框103的一端与第一侧框106的一端之间设有第一缝隙104，底框103的另一端与第二侧框107的一端之间设有第二缝隙105。金属框包裹在移动终端的四周；顶框102与移动终端的顶部相对应，底框103与移动终端的底部相对应，第一侧框106和第二侧框107分别与移动终端的两侧相对应。在本实施例中，以一般手机为例，一般手机的尺寸大致为150mm×70mm，因此金属框围成的第一空间设为长L1×宽W1 = 150mm×70mm；金属框的厚度h1为4mm，第一缝隙104和第二缝隙105的缝隙宽度均为1mm。

PCB板设置在第一空间内，PCB板包括金属区域100和净空区域101，净空区域101靠近底框103；在本实施例中，净空区域101的宽度L2为8mm。

如图2、图3和图4所示，天线部分包括馈电部分，馈电部分包括馈源200和馈电走线部分，馈源200可设置在PCB板内的任意位置，馈电走线部分设置在净空区域101的上方（在本实施例中，馈电走线部分设置在净空区域101的上方高度h2为3mm的平面上），且与PCB板平行。馈电走线部分包括第一馈电分支204，馈源200与第一馈电分支204的一端连接，第一馈电分支204的另一端与底框103连接。这里的馈源200、第一馈电分支204以及底框103相当于单极天线（MONOPOLE）的T型走线。底框103从与第一馈电分支204的连接处至第一缝隙104的一段为第一段底框，底框103从与第一馈电分支204的连接处至第二缝隙105的一段为第二段底框，第一段底框的长度小于第二段底框的长度，第一段底框用于产生1710-2170 Mhz的高频谐振，第二段底框用于产生824-960 Mhz的低频谐振。所述第一馈电分支204与所述底框103的连接位置可根据需要进行调整。此外，第一侧框106靠近第一缝隙104的一端以及第二侧框107靠近第二缝隙105的一端相当于高频寄生臂，用于产生2500-2700 Mhz的高频谐振，拓展了高频的带宽。

在本实施例中，天线部分还包括第一耦合部分，第一耦合部分包括射频开关300、第一低频耦合支臂301以及第二低频耦合支臂302，第一低频耦合支臂301的一端与射频开关300相连，第一低频耦合支臂301的另一端与第二低频耦合支臂302相连。如图4所示，射频开关300、第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302均设置在净空区域101内。在本实施例中，射频开关300为单刀切换开关，但不限于此，也可以是多路切换开关。第一耦合部分通过与上方的馈电走线部分发生耦合作用，从而产生LTE700MHZ的谐振。第一耦合部分利用射频开关300实现低频在两个频带间的切换，产生两个工作状态：一种状态为第一耦合部分与地点相连，形成寄生单元，与上方的馈电走线部分耦合产生LTE700MHZ的谐振；另一种状态为第一耦合部分悬空不与地相连，保持原来的天线性能。射频开关300的位置不限于图2、图3和图4中所示的位置，可根据需求放置在净空区域101内的任意位置；第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302的走线方式不限于图2、图3和图4中所示的方式，也可以采用弯折走线的方式。当系统没有LTE700MHZ要求时，可以不设该第一耦合部分。

如图3所示，本实施例中的天线结构占用的空间较小，有充足的空间可以用于放置移动终端中的其他构件，例如图3中所示的第一话筒500、第二话筒501、第一喇叭502、第二喇叭503以及USB接口504。且由图3可以看出，即便安装了图中所示的其他构件，仍有许多空余空间。

本实施例的天线性能以及效率如图5和图6所示。如图5所示，图中黑色虚线为开关1的状态，704-824Mhz、1710-2170 Mhz、2500-2700 Mhz各个频段的回波损耗（S11）性能如表1所示：

表1开关1状态的回波损耗

频率（Mhz）	704	824	1710	2170	2500	2700
							回波损耗（dB）	-3.5	-4.6	-5.0	-20.0	-19.0	-10

黑色实线为开关2的状态，824-960 Mhz、1710-2170 Mhz、2500-2700 Mhz各个频段的回波损耗（S11）性能如表2所示：

表2开关2状态的回波损耗

频率（Mhz）	824	960	1710	2170	2500	2700
							回波损耗（dB）	-5.7	-3.5	-4.5	-8.7	-13.0	-10.0

如图6所示，图中黑色虚线为开关1的状态，704-824 Mhz、1710-2170 Mhz、2500-2700 Mhz各个频段的平均效率如表3所示：

表3开关1状态的天线效率

频率（Mhz）	704-824	1710-2170	2500-2700
				平均效率	44%	51%	67%

黑色实线为开关2的状态，824-960 Mhz、1710-2170 Mhz、2500-2700Mhz 各个频段的平均效率如表4所示：

表4开关2状态的天线效率

频率（Mhz）	824-960	1710-2170	2500-2700
				平均效率	42%	63%	65%

由此可见，本实施例可以实现704Mhz-960Mhz以及1710-2700Mhz的多频段覆盖。

实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于：馈电部分还包括地点201，馈电走线部分还包括第二馈电分支210；第二馈电分支210的一端与地点201连接，第二馈电分支210的另一端连接在第一馈电分支204靠近馈源200的一端。

在本实施例中，馈电部分采用的是IFA形式，与实施例1中采用单极天线（MONOPOLE）的T型走线方式相比，本实施例的工作原理以及产生的效果与实施例1基本相同，只是实施例1中省去了本实施例中的第二馈电分支210以及地点201，走线的长度比本实施例略短，可以进一步的压缩天线占用的空间，本实施例可以作为实施例1的替换方案，适用于天线空间略大的情况。

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3：

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于：第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302均设置在净空区域101的上方，且与馈电走线部分位于同一平面内。

本实施例的工作原理以及产生的技术效果与实施例1基本相同，可根据周围环境对第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302的位置进行调整，如果实施例1中第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302在净空区域101内的相应位置需要设置移动终端的其他构件时，即可采用本实施例的方案。第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302的位置不限于图8中的位置，将第一低频耦合支臂301和第二低频耦合支臂302均设置在净空区域101的上方，且与馈电走线部分平行即可。

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：

如图9所示，本实施例与实施例1的区别在于：馈电走线部分还包括延长分支部分，延长分支部分包括第一延长分支205、第二延长分支206以及第三延长分支207，第一延长分支205的一端连接在底框103靠近第一缝隙104的一端，第一延长分支205的另一端与第二延长分支206连接；第三延长分支207连接在底框103靠近第二缝隙105的一端。

在实施例1中，经过性能和效率测试，第一段底框产生的1710-2170 Mhz高频谐振以及第二段底框产生的824-960 Mhz低频谐振已经可以满足系统的需求；但如果底框103长度不足，导致产生的低频谐振和高频谐振不满足需求时，就需要采用本实施例的方案。其中，若第一段底框的长度不够，增加第一延长分支205和第二延长分支206用于调整高频的谐振，若第二段底框的长度不够，增加第三延长分支207用于调整低频的谐振。且第一延长分支205、第二延长分支206以及第三延长分支207的长度及走线方式不限于图9所示的方式，可以采用弯折走线的方式，也可以根据需要调整长度。

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：

如图10所示，本实施例与实施例4的区别在于：

第二耦合部分还包括第一高频耦合支臂400和第二高频耦合支臂401；第一高频耦合支臂400设置在第一侧框106靠近第一缝隙104的一端，且位置与第一延长分支205相对应；第二高频耦合支臂401设置在第二侧框107靠近第二缝隙105的一端，且位置与第三延长分支207相对应。馈电走线部分还包括第三馈电分支208和第四馈电分支209，第三馈电分支208和第四馈电分支209分别与第一馈电分支204连接。

在实施例1中，经过性能和效率测试，第一侧框106和第二侧框107产生的2500-2700 Mhz高频谐振已经可以满足系统的需求；但如果第一侧框106和第二侧框107的长度不够，则需要采用本实施例中的技术方案，加设第一高频耦合支臂400和第二高频耦合支臂401。其中，第一高频耦合支臂400和第二高频耦合支臂401均用于调整高频的寄生谐振。在实施例4中增加第一延长分支205和第二延长分支206的基础上，如果1710-2170 Mhz的高频部分仍不满足系统需求，即可采用本实施例中的方案，加设第三馈电分支208和第四馈电分支209，第三馈电分支208和第四馈电分支209均用于调试高频的谐振深度和谐振频率。此外，第一高频耦合支臂400、第二高频耦合支臂401、第三馈电分支208以及第四馈电分支209的长度及走线方式不限于图10所示的方式，可以采用弯折走线的方式，也可以根据需要调整长度。

本实施例的其他技术特征均与实施例4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

1. 适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，包括金属框、PCB板和天线部分；

所述金属框包括顶框（102）、底框（103）、第一侧框（106）和第二侧框（107），所述顶框（102）、所述第一侧框（106）、所述底框（103）和所述第二侧框（107）依次围成一第一空间，所述底框（103）的一端与所述第一侧框（106）的一端之间设有第一缝隙（104），所述底框（103）的另一端与所述第二侧框（107）的一端之间设有第二缝隙（105）；

所述PCB板设置在所述第一空间内，所述PCB板包括金属区域（100）和净空区域（101），所述净空区域（101）靠近所述底框（103）；

所述天线部分包括馈电部分，所述馈电部分包括馈源（200）和馈电走线部分，所述馈源（200）设置在所述PCB板内，所述馈电走线部分设置在所述净空区域（101）的上方，且与所述PCB板平行；所述馈电走线部分包括第一馈电分支（204），所述馈源（200）与所述第一馈电分支（204）的一端连接，所述第一馈电分支（204）的另一端与所述底框（103）连接；所述底框（103）从与所述第一馈电分支（204）的连接处至所述第一缝隙（104）的一段为第一段底框，所述底框（103）从与所述第一馈电分支（204）的连接处至所述第二缝隙（105）的一段为第二段底框，所述第一段底框的长度小于所述第二段底框的长度，所述第一段底框用于产生高频谐振，所述第二段底框用于产生低频谐振。

2. 根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述金属框包裹在所述移动终端的四周；所述顶框（102）与所述移动终端的顶部相对应，所述底框（103）与所述移动终端的底部相对应，所述第一侧框（106）和所述第二侧框（107）分别与所述移动终端的两侧相对应。

3.根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述馈电部分还包括地点（201），所述馈电走线部分还包括第二馈电分支（210）；所述第二馈电分支（210）的一端与所述地点（201）连接，所述第二馈电分支（210）的另一端连接在所述第一馈电分支（204）靠近所述馈源（200）的一端。

4.根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述天线部分还包括第一耦合部分，所述第一耦合部分包括射频开关（300）、第一低频耦合支臂（301）以及第二低频耦合支臂（302），所述第一低频耦合支臂（301）的一端与所述射频开关（300）相连，所述第一低频耦合支臂（301）的另一端与所述第二低频耦合支臂（302）相连。

5.根据权利要求4所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述射频开关（300）、所述第一低频耦合支臂（301）和所述第二低频耦合支臂（302）均设置在所述净空区域（101）内。

6.根据权利要求4所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述射频开关（300）设置在所述净空区域（101）内，所述第一低频耦合支臂（301）和所述第二低频耦合支臂（302）均设置在所述净空区域（101）的上方，且与所述馈电走线部分平行。

7.根据权利要求 4-6任一项所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述射频开关（300）为单刀切换开关或多路切换开关。

8.根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述馈电走线部分还包括延长分支部分，所述延长分支部分包括第一延长分支（205）、第二延长分支（206）以及第三延长分支（207），所述第一延长分支（205）的一端连接在所述底框（103）靠近所述第一缝隙（104）的一端，所述第一延长分支（205）的另一端与所述第二延长分支（206）连接；所述第三延长分支（207）连接在所述底框（103）靠近所述第二缝隙（105）的一端。

9.根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述天线部分还包括第二耦合部分，所述第二耦合部分包括第一高频耦合支臂（400）和第二高频耦合支臂（401）；所述第一高频耦合支臂（400）设置在所述第一侧框（106）靠近所述第一缝隙（104）的一端，且位置与所述第一延长分支（205）相对应；所述第二高频耦合支臂（401）设置在所述第二侧框（107）靠近所述第二缝隙（105）的一端，且位置与所述第三延长分支（207）相对应。

10.根据权利要求1所述的适用于具有金属框结构移动终端的多频天线系统，其特征在于，所述馈电走线部分还包括第三馈电分支（208）和第四馈电分支（209），所述第三馈电分支（208）和所述第四馈电分支（209）分别与所述第一馈电分支（204）连接。