CN103427163B - 基于金属环的多频段手机天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属环的多频段手机天线。所述基于金属环的多频段手机天线包括：本体，本体内具有容纳腔；金属环，金属环设在本体的前表面和周面中的一个上，金属环的底部具有缺口，金属环具有第一接地点；馈电件，馈电件设在天线支架上，馈电件具有馈电点；第一单极天线和第二单极天线，第一单极天线的一端与馈电件相连且另一端与第二单极天线相连，其中第一单极天线设在天线支架上，第二单极天线设在前表面和周面中的一个上，第二单极天线位于缺口处且与金属环间隔开；以及通过馈电件进行耦合馈电的耦合馈电环天线，耦合馈电环天线设在天线支架上且与金属环相连。所述基于金属环的多频段手机天线具有通话质量高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于金属环的多频段手机天线。
背景技术
现有的移动电话为了使外形更加美观、时尚，会在机体上设置金属环。现有的具有金属环的移动电话存在通话质量差的缺陷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于金属环的多频段手机天线。
为了实现上述目的，根据本发明提出一种基于金属环的多频段手机天线，所述基于金属环的多频段手机天线包括：本体，所述本体内具有容纳腔；天线支架，所述天线支架设在所述容纳腔内；金属环，所述金属环设在所述本体的前表面和周面中的一个上，所述金属环的底部具有缺口，所述金属环具有第一接地点；馈电件，所述馈电件设在所述天线支架上，所述馈电件具有馈电点；第一单极天线和第二单极天线，所述第一单极天线的一端与所述馈电件相连且另一端与所述第二单极天线相连，其中所述第一单极天线设在所述天线支架上，所述第二单极天线设在所述前表面和所述周面中的所述一个上，所述第二单极天线位于所述缺口处且与所述金属环间隔开；以及通过所述馈电件进行耦合馈电的耦合馈电环天线，所述耦合馈电环天线设在所述天线支架上且与所述金属环相连。
由于所述金属环的底部设有所述缺口，因此设在所述缺口处的所述第二单极天线与所述金属环之间的缝隙（所述第二单极天线与所述金属环之间有两个缝隙）也位于所述金属环的底部。这样用户在通话时，用户的手不会覆盖所述第二单极天线与所述金属环之间的缝隙，从而不会使所述移动电话的天线系统”短路”，即不会影响所述移动电话的通话质量。因此，根据本发明的基于金属环的多频段手机天线具有通话质量高等优点。
另外，根据本发明上述的便携式设备还可以具有如下附加技术特征：
所述本体包括前壳和设在所述前壳上的后壳，所述前壳与所述后壳之间限定出所述容纳腔，其中所述后壳具有由金属制成的金属部，所述金属部与所述天线支架在上下方向上间隔预定距离，所述预定距离大于0且小于等于1毫米。通过使所述后壳具有所述金属部，从而可以使所述移动电话更加美观。
所述耦合馈电环天线和所述金属环的连接点与所述第一接地点之间的长度以及所述耦合馈电环天线的长度之和为所述耦合馈电环天线和所述金属环的连接点与所述第一接地点之间的部分以及所述耦合馈电环天线产生的第一谐振频率R1的1/4波长，所述第一单极天线的长度与所述第二单极天线的长度之和为所述第一单极天线和所述第二单极天线产生的第二谐振频率R2的1/4波长。
第一谐振频率R1和第二谐振频率R2的贡献之和可以使所述移动电话在低波段（LTE700/GSM850/900）工作，即所述移动电话的天线系统支持低波段。
除了产生第一谐振频率R1外，所述耦合馈电环天线和所述金属环的连接点与所述第一接地点之间的部分以及所述耦合馈电环天线还可以产生第三谐振频率R3。
除了产生第二谐振频率R2外，所述第一单极天线和所述第二单极天线还可以产生第四谐振频率R4。
所述馈电件的长度为所述馈电件产生的第五谐振频率R5的1/4波长。
第三谐振频率R3、第四谐振频率R4以及第五谐振频率R5的贡献之和可以使所述移动电话在高波段（GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500）工作，即所述移动电话的天线系统支持高波段。
所述金属环具有用于控制与由所述第一单极天线和所述第二单极天线产生的谐振相匹配的阻抗的第二接地点。
所述基于金属环的多频段手机天线还包括扬声器，所述扬声器设在所述天线支架上，所述第一单极天线的在上下方向上与所述扬声器相对的部分邻近所述天线支架的下沿。由此不仅可以增加所述移动电话的功能，而且可以避免所述扬声器对所述第一单极天线产生干扰，即可以避免所述扬声器对所述移动电话的天线系统产生干扰，消除所述扬声器对所述移动电话的天线系统的性能的影响。
所述天线支架上设有第一安装腔，所述第一安装腔的下端敞开，所述扬声器设在所述第一安装腔内。由此可以更加方便地、稳固地将所述扬声器安装在所述天线支架上。
所述第一单极天线的另一端与所述第二单极天线的一端相连。由此可以使所述移动电话的结构更加简洁、合理。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的移动电话的局部结构示意图；
图2是根据本发明实施例的基于周面金属环移动电话的局部结构示意图；
图3是根据本发明实施例的基于前表面金属环移动电话的局部结构示意图；
图4是根据本发明实施例的包含USB和扬声器的移动电话的局部结构示意图；
图5是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线的不同天线分支对S参数贡献的工作原理图；
图6是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线的实测S参数图；
图7是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线在低波段时的实测天线效率图；
图8是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线在高波段时的实测天线效率图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10。如图1-图4所示，根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10包括本体、天线支架200、金属环300、馈电件400、第一单极天线510、第二单极天线520和耦合馈电环天线600。
所述本体内具有容纳腔，天线支架200设在所述容纳腔内。金属环300设在所述本体的前表面和周面中的一个上，金属环300的底部310具有缺口，金属环300具有第一接地点320。馈电件400设在天线支架200上，馈电件400具有馈电点。第一单极天线510的一端与馈电件400相连且第一单极天线510的另一端与第二单极天线520相连，其中第一单极天线510设在天线支架200上，第二单极天线520设在所述前表面和所述周面中的所述一个上，第二单极天线520位于所述缺口处且第二单极天线520与金属环300间隔开。通过馈电件400进行耦合馈电的耦合馈电环天线600，耦合馈电环天线600设在天线支架200上且耦合馈电环天线600与金属环300相连。
换言之，当金属环300设在所述前表面上时，第二单极天线520也设在所述前表面上。当金属环300设在所述周面上时，第二单极天线520也设在所述周面上。
其中，移动电话的天线系统包括馈电件400、第一单极天线510、第二单极天线520、耦合馈电环天线600以及耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的部分。第一单极天线510和第二单极天线520可以构成单极天线。馈电件400为A部分，第一单极天线510和第二单极天线520为B部分，耦合馈电环天线600以及耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的部分为C部分。图5为A部分、B部分和C部分对天线S参数贡献的原理图。
由于金属环300的底部310设有所述缺口，因此设在所述缺口处的第二单极天线520与金属环300之间的缝隙311（第二单极天线520与金属环300之间有两个缝隙311）也位于金属环300的底部310。这样用户在通话时，用户的手不会覆盖第二单极天线520与金属环300之间的缝隙311，从而不会使所述移动电话的天线系统“短路”，即不会影响所述移动电话的通话质量。因此，根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10具有通话质量高等优点。
如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述本体可以包括前壳和设在所述前壳上的后壳，所述前壳与所述后壳之间可以限定出所述容纳腔。其中，所述后壳可以具有由金属制成的金属部100，金属部100与天线支架200在上下方向上可以间隔预定距离，所述预定距离可以大于0且小于等于1毫米。其中，上下方向如图1-图4中的箭头D所示，前后方向如图1-图4中的箭头E所示。换言之，所述移动电话可以是具有金属后壳的移动电话。在移动电话这一技术领域，如果移动电话的后壳的大部分由金属制成，就可以说该移动电话具有金属后壳。通过使所述后壳具有金属部100，从而可以使所述移动电话更加美观。
图6是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10（具有金属部100和没有金属部100）的实测S参数图。图7是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10（具有金属部100和没有金属部100）在低波段时的实测天线效率图。图8是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10（具有金属部100和没有金属部100）在高波段时的实测天线效率图。由图6-图8可以看出，在低波段（实测频率为684MHz-977MHz）、高波段（频率为1710MHz-2690MHz）和GPS波段（1.575GHz），根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10（具有金属部100）的S11、回波损耗（在6dB水平）和天线效率与现有的移动电话（没有金属部100）的S11、回波损耗（在6dB水平）和天线效率基本相同。也就是说，根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10对金属部100并不敏感，即金属部100不会影响基于金属环的多频段手机天线10的性能。由图7和图8可以看出，根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10在上述波段均可以达到超过50%的天线效率。因此，基于金属环的多频段手机天线10具有优良的天线性能（例如回波损耗、天线效率）。
在本发明的一些示例中，耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的长度以及耦合馈电环天线600的长度之和可以是耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的部分以及耦合馈电环天线600产生的第一谐振频率R1（约0.7GHz）的1/4波长，第一单极天线510的长度与第二单极天线520的长度之和可以是第一单极天线510和第二单极天线520产生的第二谐振频率R2（约0.98GHz）的1/4波长。换言之，金属环300的属于天线系统的部分的长度与耦合馈电环天线600的长度之和是第一谐振频率R1的1/4波长。
除了产生第一谐振频率R1外，耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的部分以及耦合馈电环天线600还可以产生第三谐振频率R3（约1.7GHz）。
除了产生第二谐振频率R2外，第一单极天线510和第二单极天线520还可以产生第四谐振频率R4（约2.2GHz）。
馈电件400的长度可以是馈电件400产生的第五谐振频率R5（约2.6GHz）的1/4波长。
图5是根据本发明实施例的基于金属环的多频段手机天线10的S参数图。其中，第五谐振频率R5（约2.6GHz）主要由天线系统的A部分产生，第二谐振频率R2（约0.98GHz）和第四谐振频率R4（约2.2GHz）主要由天线系统的B部分产生，第一谐振频率R1（约0.7GHz）和第三谐振频率R3（约1.7GHz）主要由天线系统的C部分产生。第一谐振频率R1由金属环300的耦合馈电环天线600和金属环300的连接点与第一接地点320之间的部分以及耦合馈电环天线600控制，同时耦合馈电环天线600的长度可以有效地控制第三谐振频率R3。第一谐振频率R1和第二谐振频率R2的贡献之和可以使所述移动电话在低波段（LTE700/GSM850/900，频率为698MHz-960MHz）工作，即基于金属环的多频段手机天线10支持低波段。第三谐振频率R3、第四谐振频率R4和第五谐振频率R5的贡献之和可以使基于金属环的多频段手机天线10在高波段（GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500，频率为1710MHz-2690MHz）工作，即基于金属环的多频段手机天线10同时支持高波段。
如图1、图2和图4所示，有利地，第一单极天线510的另一端可以与第二单极天线520的一端相连。由此可以使基于金属环的多频段手机天线10的结构更加简洁、合理。
在本发明的一个具体示例中，通过改变耦合馈电环天线600的长度可以改变调谐频率R3。特别是如果要包含GPS波段的话，那么可以通过改变耦合馈电环天线600的长度把第三谐振频率R3从1.7GHz调节至GPS波段（频率为1.575GHz）。也就是说，通过调节耦合馈电环天线600的长度可以对耦合馈电环天线600产生的第三谐振频率R3进行微调。由此可以使基于金属环的多频段手机天线10在GPS波段（频率为1.575GHz）工作，即基于金属环的多频段手机天线10支持GPS波段。由图6和图8可以看出，基于金属环的多频段手机天线10在GPS波段（频率为1.575GHz）的回波损耗大于等于50%（在6dB水平），天线效率大于70%。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，金属环300具有用于控制与由第一单极天线510和第二单极天线520产生的谐振相匹配的阻抗的第二接地点330。
在本发明的一些实施例中，如图4所示，所述移动电话还可以包括扬声器700，扬声器700可以设在天线支架200上，第一单极天线510的在上下方向上与扬声器700相对的部分可以邻近天线支架200的下沿。由此不仅可以增加所述移动电话的功能，而且可以避免扬声器700对第一单极天线510产生干扰，即可以避免扬声器700对所述移动电话的天线系统产生干扰，消除扬声器700对所述移动电话的天线系统的性能的影响。
具体地，第一单极天线510可以设在天线支架500的后表面上，第一单极天线510的在上下方向上与扬声器700相对的部分可以邻近天线支架200的后表面的下沿。换言之，第一单极天线510的在上下方向上与扬声器700相对的部分可以邻近天线支架200的下表面。有利地，第一单极天线510的在上下方向上与扬声器700相对的部分与扬声器700在上下方向上间隔2毫米-3毫米。
在本发明的一个实施例中，天线支架500上可以设有第一安装腔，所述第一安装腔的下端可以敞开，扬声器700可以设在所述第一安装腔内。由此可以更加方便地、稳固地将扬声器700安装在天线支架500上。
如图4所示，在本发明的一个具体中，金属环300可以设在所述本体的周面上，所述移动电话还可以包括USB800，天线支架500上可以设有第二安装腔，所述天线支架上设有安装腔，所述第二安装腔的下端可以敞开，USB800可以设在所述第二安装腔内并从金属环300周面的金属环伸向所述移动电话的外部。如果周面的金属环的高度恰好和USB的厚度（约3mm）相当，则两个缝隙311中的靠近USB800出口的那个用于天线功能的缝隙可以由USB800在金属环300上的开口代替。由此可以把金属环300上的用于天线的两个缝隙311缝隙减少到一个，从而使得在不影响天线性能的情况下缝隙311金属环的外观设计更简洁。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，包括：
本体，所述本体内具有容纳腔；
天线支架，所述天线支架设在所述容纳腔内；
金属环，所述金属环设在所述本体的前表面和周面中的一个上，所述金属环的底部具有缺口，所述金属环具有第一接地点；
馈电件，所述馈电件设在所述天线支架上，所述馈电件具有馈电点；
第一单极天线和第二单极天线，所述第一单极天线的一端与所述馈电件相连且另一端与所述第二单极天线相连，其中所述第一单极天线设在所述天线支架上，所述第二单极天线设在所述前表面和所述周面中的设有所述金属环的一个上，所述第二单极天线位于所述缺口处且与所述金属环间隔开；以及
通过所述馈电件进行耦合馈电的耦合馈电环天线，所述耦合馈电环天线设在所述天线支架上且与所述金属环相连。
2.根据权利要求1所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述本体包括前壳和设在所述前壳上的后壳，所述前壳与所述后壳之间限定出所述容纳腔，其中所述后壳具有由金属制成的金属部，所述金属部与所述天线支架在上下方向上间隔预定距离，所述预定距离大于0且小于等于1毫米。
3.根据权利要求1所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述耦合馈电环天线和所述金属环的连接点与所述第一接地点之间的长度以及所述耦合馈电环天线的长度之和为所述耦合馈电环天线和所述金属环的连接点与所述第一接地点之间的部分以及所述耦合馈电环天线产生的第一谐振频率R1的1/4波长，所述第一单极天线的长度与所述第二单极天线的长度之和为所述第一单极天线和所述第二单极天线产生的第二谐振频率R2的1/4波长。
4.根据权利要求3所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述馈电件的长度为所述馈电件产生的第五谐振频率R5的1/4波长。
5.根据权利要求1所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述金属环具有用于控制与由所述第一单极天线和所述第二单极天线产生的谐振相匹配的阻抗的第二接地点。
6.根据权利要求1所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，还包括扬声器，所述扬声器设在所述天线支架上，所述第一单极天线的在上下方向上与所述扬声器相对的部分邻近所述天线支架的下沿。
7.根据权利要求6所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述天线支架上设有第一安装腔，所述第一安装腔的下端敞开，所述扬声器设在所述第一安装腔内。
8.根据权利要求1所述的基于金属环的多频段手机天线，其特征在于，所述第一单极天线的另一端与所述第二单极天线的一端相连。
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