CN103682570B - 一种天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线及电子设备。该天线应用于电子设备中，电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，所述金属边框设置在所述承载体的边缘位置，所述电路板设置在所述承载体上，所述天线包括：第一缝隙，形成于所述电路板的第一部分和所述电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于所述第二部分与所述金属边框之间，其中，所述第二缝隙和所述第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于所述第一缝隙和所述第二缝隙之间，所述馈电点与所述第一缝隙形成第一通信路径，所述馈电点与所述第二缝隙形成第二通信路径。因此，在不破坏金属边框的连续性的前提下，在手或者其他导体握住金属边框时，不会产生天线性能急剧恶化的现象，进而导致天线收发信号不良。

Description

一种天线及电子设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种天线及电子设备。

背景技术

随着电子技术和无线通信技术的快速发展，越来越多的电子产品问世，为人们的工作和生活带来极大地便利，例如利用手机进行语音、视频通信，还可以接入互联网浏览网页，下载数据，观看视频等。

随着科技的进步，电子产品的设计越来越小型化、轻薄化，而且也越来越注重电子产品外观的美观性，其中一个设计便是采用金属边框，金属边框使得手机等电子设备变得坚固耐用同时充满时尚感，因此许多制造商都采用金属边框来装饰及美化电子设备的外观。然而，金属边框对手机的辐射性能影响很大，传统天线，例如PIFA(planar inverted-F antenna；平面倒F天线)天线，因为此结构的天线性能与天线的高度、面积等关系较大，与现有轻薄的设计相冲突所以较难满足特性需求，所以金属边框的电子设备成为制造商遇到的难题。

在现有技术中，为了避免天线受金属边框的影响，将天线所在区域的金属边框去除或缩小金属边框的高度及宽度使天线位于该金属边框外侧，或将天线区域这部分的金属边框改为塑料材料，或者将金属边框分为多个部分，使分段的部分金属边框作为天线的一部分来设计，例如苹果公司的智能手机，即采用此设计。

然而，本发明人在实现本发明实施例中的技术方案的过程中发现，将金属边框断开作为天线的一部分的设计虽然在一定程度上能够满足天线性能要求，但是因为金属边框上有缝，所以当手或者其他导体握住缝隙时，天线性能就会急剧恶化，造成天线收发不良，另外，因为金属边框是断开的，所以金属边框的坚固性也受到影响。

发明内容

本发明实施例提供一种天线及电子设备，用以解决现有技术中将金属边框断开作为天线的一部分的设计而导致当手或者其他导体握住缝隙时，天线性能就会急剧恶化，造成天线收发不良的技术问题。

本发明一方面提供了一种天线，应用于一电子设备中，所述电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，所述金属边框设置在所述承载体的边缘位置，所述电路板设置在所述承载体上，所述天线包括：第一缝隙，形成于所述电路板的第一部分和所述电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于所述第二部分与所述金属边框之间，其中，所述第二缝隙和所述第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于所述第一缝隙和所述第二缝隙之间，所述馈电点与所述第一缝隙形成第一通信路径，所述馈电点与所述第二缝隙形成第二通信路径。

可选的，所述U型槽的长度为全球移动通信系统的1/4波长。

可选的，所述第一通信路径能够满足1710-2170MHz的高频通信，所述第二通信路径能够满足880-960MHz的低频通信。

可选的，还包括：第一匹配电路，连接于所述第一缝隙的末端，用于满足所述天线的阻抗匹配。

可选的，还包括：第二匹配电路，连接于所述第二缝隙的末端，用于激励所述第一缝隙和所述第二缝隙。

本发明另一方面提供一种电子设备，包括：承载体；电路板，设置在所述承载体上；金属边框，设置在所述承载体的边缘位置；天线，包括：第一缝隙，形成于所述电路板的第一部分和所述电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于所述第二部分与所述金属边框之间，其中，所述第二缝隙和所述第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于所述第一缝隙和所述第二缝隙之间，所述馈电点与所述第一缝隙形成第一通信路径，所述馈电点与所述第二缝隙形成第二通信路径。

可选的，所述U型槽的长度为全球移动通信系统的1/4波长。

可选的，所述第一通信路径能够满足1710-2170MHz的高频通信，所述第二通信路径能够满足880-960MHz的低频通信。

可选的，所述天线还包括：第一匹配电路，连接于所述第一缝隙的末端，用于满足所述天线的阻抗匹配。

可选的，所述天线还包括：第二匹配电路，连接于所述第二缝隙的末端，用于激励所述第一缝隙和所述第二缝隙。

可选的，所述电子设备还包括：按键电路，设置于所述第二部分之上。

可选的，所述第二部分与所述第一部分是一体的。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本发明一实施例中，天线应用于一电子设备，电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，金属边框设置在承载体的边缘位置，电路板设置在承载体上，天线包括：第一缝隙，形成于电路板的第一部分和电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于第二部分与金属边框之间，其中，第二缝隙和第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于第一缝隙和第二缝隙之间，馈电点与第一缝隙形成第一通信路径，馈电点与第二缝隙形成第二通信路径。因此，在本实施例中，并不需要破坏金属边框的连续性，而是在电路板与金属边框之间形成缝隙天线，相较于现有技术，在本实施例中，在不破坏金属边框的连续性，不影响电子设备整体视觉美感的前提下，使天线设计环境和空间与普通设计环境保持一致，同时金属边框无缝隙，在手或者其他导体握住金属边框时，不会产生天线性能急剧恶化的现象，进而导致天线收发信号不良的情况；另外，本实施例中的方案比较容易在手机环境实现，且天线空间要求与传统天线要求一致，无需额外的空间；进一步，由于本实施例中的缝隙是闭合缝隙，电流均匀分布在U型槽的两端，所以整个天线的电流比较均匀，SAR(Specific Absorption Rate；电磁吸收比值)的性能也较传统天线有所改善。另外，因为金属边框是完整的，所以依然可以保持金属边框为电子设备带来的坚固性。

附图说明

图1为本申请一实施例中的电子设备的功能框图；

图2为本申请一实施例中的天线的功能框图；

图3为本发明一实施例中的电子设备和天线的结构示意图；

图4为本发明图3中的天线的驻波曲线图；

图5为本发明图3中的天线的效率图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种天线及电子设备，用以解决现有技术中将金属边框断开作为天线的一部分的设计而导致当手或者其他导体握住缝隙时，天线性能就会急剧恶化，造成天线收发不良的技术问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

在本发明一实施例中，天线应用于一电子设备，电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，金属边框设置在承载体的边缘位置，电路板设置在承载体上，天线包括：第一缝隙，形成于电路板的第一部分和电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于第二部分与金属边框之间，其中，第二缝隙和第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于第一缝隙和第二缝隙之间，馈电点与第一缝隙形成第一通信路径，馈电点与第二缝隙形成第二通信路径。因此，在本实施例中，并不需要破坏金属边框的连续性，而是在电路板与金属边框之间形成缝隙天线，相较于现有技术，在本实施例中，在不破坏金属边框的连续性，不影响电子设备整体视觉美感的前提下，使天线设计环境和空间与普通设计环境保持一致，同时金属边框无缝隙，在手或者其他导体握住金属边框时，不会产生天线性能急剧恶化的现象，进而导致天线收发信号不良的情况；另外，本实施例中的方案比较容易在手机环境实现，且天线空间要求与传统天线要求一致，无需额外的空间；进一步，由于本实施例中的缝隙是闭合缝隙，电流均匀分布在U型槽的两端，所以整个天线的电流比较均匀，SAR(Specific Absorption Rate；电磁吸收比值)的性能也较传统天线有所改善。另外，因为金属边框是完整的，所以依然可以保持金属边框为电子设备带来的坚固性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明实施例提供一种电子设备，请参考图1所示，图1为本实施例中电子设备的功能框图。该电子设备包括：承载体10；电路板20，设置在承载体10上；金属边框30，设置在承载体10的边缘位置；天线40，用于电子设备进行收发信号，例如发射通话的上行数据，接收通话的下行数据，或者是发送上网的上行数据，接收上网的下行数据。

请再参考图2所示，为本实施例中天线40的功能框图，在本实施例中，天线40包括：第一缝隙401，形成于电路板20的第一部分和电路板20的第二部分之间；第二缝隙402，形成于第二部分与金属边框30之间，其中，第二缝隙402和第一缝隙401连通形成U型槽；馈电点403，设置于第一缝隙401和第二缝隙402之间，馈电点403与第一缝隙401形成第一通信路径，馈电点403与第二缝隙402形成第二通信路径。

具体来说，第一通信路径能够辐射形成两个高频段，一高频段，例如带宽范围为1710MHz至1990MHz，另一高频段的带宽范围为1880MHz至2170MHz，所以第一通信路径能够满足带宽范围为1710MHz至2170MHz的通信。

第二通信路径能够辐射形成低频段GSM(全球移动通信系统)900MHz，带宽范围为880MHz至960MHz。当然，在实际运用中，第二通信路径还可以辐射形成另一低频段GSM850MHz，带宽范围为824MHz至894MHz。

而对于U型槽的长度而言，在本实施例中，设置为GSM(全球移动通信系统)的1/4波长，例如让第二缝隙402谐振在900MHz的1/4波长处，但是在实际运用中，因为耦合会消耗一定的能量，所以U型槽的长度会设置比1/4波长稍长一点，例如为75mm-80mm。当然，在实际运用中，U型槽的长度还可以设置为其他数值，因为频率跟U型槽的长度成反比，所以U型槽的长度取决于天线40想要覆盖的低频频段。

进一步，为了更好的满足第二通信路径能够覆盖低频段通信，使得天线的阻抗匹配的较好，天线40还包括第一匹配电路，连接于第一缝隙401的末端，例如为一个电容值较小的电容，或者是是一个电容的电路组合，并联在第一缝隙401的末端。当然，在实际运用中，电容具体的电容值根据天线40的实际情况来选择，例如根据天线40需要的低频频段为依据进行选择。

在进一步的实施例中，当天线40的性能不太好时，天线40还可以包括第二匹配电路，连接于第二缝隙402的末端，用于激励第一缝隙401和第二缝隙402。在实际运用中，第二匹配电路具体例如是L型网络，例如LC网络，通常包括电容和电感，例如选择适当的电感和电容，可以先串后并，也可以先并后串，使得电感和电容在电路的工作频段上谐振。因为谐振时，电感的感抗和电容的容抗相同，所以并联谐振时，阻抗最大；串联谐振时阻抗最小。L型网络只有两个元件，所以成本低。当然也可以是其他匹配电路，只要能够对天线40起到激励作用即可，本申请不作具体限定。

接下来请参考图3所示，为本实施例中电子设备和天线的一个具体实例结构示意图，承载体10具体例如是电子设备的外壳，而电路板20具体例如是电子设备的主板，在电路板20上设置有处理器、存储器、图像处理器、声卡等元器件，以完成电子设备的基本功能。外壳常用塑胶材料，主要有PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯脂—丁二烯—苯乙烯共聚物)和PC和ABS的混合材料三大类。PC的优点是：强度高，抗拉伸强度69MPa、抗弯曲强度96MPa；耐高温，长期使用可耐130摄氏度温度环境；透明性好，无毒。ABS的优点是：流动性、着色及表面喷涂和电镀性能均好。PC与ABS的合成材料具有的优点是：具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高(抗拉伸强度56MPa，抗弯曲强度86MPa)。金属边框30的材质具体例如是铝、铝合金、极氧化铝、硬质钛合金等金属。

其中，金属边框30和承载体10具体可以是通过卡合结构连接在一起，还可以是用胶粘合在一起，金属边框30设置在承载体10的边缘位置，用以保护电子设备的内部元件，例如电路板20，显示屏等。

进一步，电路板20分为第一部分201和第二部分202，第一缝隙401形成于第一部分201和第二部分202之间，第二缝隙402形成于第二部分202和金属边框30之间。其中，在第二部分202上可以设置电路，例如按键电路，如图3中所示，按键电路包括主页键电路601，左键电路602和右键电路603，便于第二部分202上的电路与第一部分201上的元器件，例如处理器传递信号，其中主页键、左键和右键具体可以是触摸按键。进一步，第一部分201和第二部分202在物理上是相连接的，例如是一体的，例如在电路板20的制作过程中，直接蚀刻形成电路板20，也可以是在电路板20的制作过程中，直接切割成本实施例中的形状。当然，第一部分201和第二部分202也可以是通过后期焊接处理连接在一起。第一部分201和第二部分202连接的地方具体例如是第一缝隙401的顶端。

请再参考图3所示，在本实施例中，馈电点403设置在靠近左键电路602的位置上，该位置大约为U型槽底部，在该位置，可以保证高频部分的两个高频段的性能较好。

请继续参考图3所示，在进一步的实施例中，在主页键电路601的相应部分的电路板继续向金属边框30延伸，当然，也可以在第二部分202的其他部分延伸出来，形成第二缝隙402的顶端。在这个部分，可以设计充电插口或USB(Universal Serial Bus；通用串行总线)插口，当然还可以设计其他类型的接口。

进一步，在该延伸出的部分的另一侧，与U型槽相对的另一侧，电路板20和承载体10形成一容置空间50，在容置空间50中可以设置扬声器和麦克风等元器件，所以该天线结构空间设计合理，便于其他元器件的设置。

接下来请参考图4所示，为图3中类似结构的天线的驻波曲线图。

由图4可以看出，标示点1在880MHz为－3.9679dB，标示点2在960MHz为－3.2642dB，标示点3在1710MHz为－7.2562dB，标示点4在1990MHz为－6.6740dB，标示点5在1880MHz为－5.6828MHz，标示点6在2170MHz为－6.8820dB。通常来讲，驻波好是天线好的前提，一般在低频频段，驻波要求低于-3dB，而在高频频段，驻波要求低于-6dB，这样的天线的性能就会比较好，而从图4可以看出，在本实施例中，低频段的驻波已经完全满足要求，而高频段的驻波只有在标识点5，即在1880MHz处稍高于-6，其他均低于-6，所以本实施例中的天线的性能较好。

接下来请参考图5所示，为图3中类似结构的天线的效率图。

如图5所示，本实施例中的天线在900MHz时，天线效率达到58％，即使在960MHz时，天线的效率也达到35％，在1710MHz时，天线的效率达到了70％以上，在天线效率最低时，也达到了20％以上，天线的平均效率已经超过40％，所以本实施例中的天线的效率能够满足GSM900MHz，GSM1800MHz，GSM1900MHz，WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access；宽带码分多址)2100MHz四个频段的要求，可以实现2G和3G通信。因此，本实施例中的天线的效率较高。

通过以上描述可以得知，在本实施例中，电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，金属边框设置在承载体的边缘位置，电路板设置在承载体上，天线包括：第一缝隙，形成于电路板的第一部分和电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于第二部分与金属边框之间，其中，第二缝隙和第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于第一缝隙和第二缝隙之间，馈电点与第一缝隙形成第一通信路径，馈电点与第二缝隙形成第二通信路径。因此，在本实施例中，并不需要破坏金属边框的连续性，而是在电路板与金属边框之间形成缝隙天线，相较于现有技术，在本实施例中，在不破坏金属边框的连续性，不影响电子设备整体视觉美感的前提下，使天线设计环境和空间与普通设计环境保持一致，同时金属边框无缝隙，在手或者其他导体握住金属边框时，不会产生天线性能急剧恶化的现象，进而导致天线收发信号不良的情况；另外，本实施例中的方案比较容易在手机环境实现，且天线空间要求与传统天线要求一致，无需额外的空间；进一步，由于本实施例中的缝隙是闭合缝隙，电流均匀分布在U型槽的两端，所以整个天线的电流比较均匀，SAR(Specific Absorption Rate；电磁吸收比值)的性能也较传统天线有所改善。另外，因为金属边框是完整的，所以依然可以保持金属边框为电子设备带来的坚固性。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

天线应用于一电子设备，电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，金属边框设置在承载体的边缘位置，电路板设置在承载体上，天线包括：第一缝隙，形成于电路板的第一部分和电路板的第二部分之间；第二缝隙，形成于第二部分与金属边框之间，其中，第二缝隙和第一缝隙连通形成U型槽；馈电点，设置于第一缝隙和第二缝隙之间，馈电点与第一缝隙形成第一通信路径，馈电点与第二缝隙形成第二通信路径。因此，在本实施例中，并不需要破坏金属边框的连续性，而是在电路板与金属边框之间形成缝隙天线，相较于现有技术，在本实施例中，在不破坏金属边框的连续性，不影响电子设备整体视觉美感的前提下，使天线设计环境和空间与普通设计环境保持一致，同时金属边框无缝隙，在手或者其他导体握住金属边框时，不会产生天线性能急剧恶化的现象，进而导致天线收发信号不良的情况；另外，本实施例中的方案比较容易在手机环境实现，且天线空间要求与传统天线要求一致，无需额外的空间；进一步，由于本实施例中的缝隙是闭合缝隙，电流均匀分布在U型槽的两端，所以整个天线的电流比较均匀，SAR(Specific Absorption Rate；电磁吸收比值)的性能也较传统天线有所改善。另外，因为金属边框是完整的，所以依然可以保持金属边框为电子设备带来的坚固性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种天线，应用于一电子设备，所述电子设备包括一金属边框、承载体和电路板，所述金属边框设置在所述承载体的边缘位置，所述电路板设置在所述承载体上，所述天线包括：

第一缝隙，形成于所述电路板的第一部分和所述电路板的第二部分之间；

第二缝隙，形成于所述第二部分与所述金属边框下端部之间，其中，所述第二缝隙和所述第一缝隙连通形成U型槽；

馈电点，设置于所述U型槽底部，所述馈电点与所述第一缝隙形成第一通信路径，所述馈电点与所述第二缝隙形成第二通信路径。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述U型槽的长度为全球移动通信系统工作的中心频率所对应波长的1/4。

3.如权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述第一通信路径能够满足1710-2170MHz的高频通信，所述第二通信路径能够满足880-960MHz的低频通信。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：第一匹配电路，连接于所述第一缝隙的末端，用于满足所述天线的阻抗匹配，所述第一缝隙的末端与所述第一缝隙的顶端相对，所述第一缝隙的顶端为所述第一缝隙中所述第一部分与所述第二部分连接的位置所在的一端。

5.如权利要求1或4所述的天线，其特征在于，还包括：

第二匹配电路，连接于所述第二缝隙的末端，用于激励所述第一缝隙和所述第二缝隙，所述第二缝隙的末端与所述第二缝隙的顶端相对，所述第二缝隙的顶端为所述第二缝隙中所述第二部分向所述金属边框下端部延伸的部分所在的一端。

6.一种电子设备，包括：

承载体；

电路板，设置在所述承载体上；

金属边框，设置在所述承载体的边缘位置；

天线，包括：

第一缝隙，形成于所述电路板的第一部分和所述电路板的第二部分之间；

第二缝隙，形成于所述第二部分与所述金属边框下端部之间，其中，所述第二缝隙和所述第一缝隙连通形成U型槽；

馈电点，设置于所述U型槽底部，所述馈电点与所述第一缝隙形成第一通信路径，所述馈电点与所述第二缝隙形成第二通信路径。

7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述U型槽的长度为全球移动通信系统工作的中心频率所对应波长的1/4。

8.如权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，所述第一通信路径能够满足1710-2170MHz的高频通信，所述第二通信路径能够满足880-960MHz的低频通信。

9.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述天线还包括：第一匹配电路，连接于所述第一缝隙的末端，用于满足所述天线的阻抗匹配，所述第一缝隙的末端与所述第一缝隙的顶端相对，所述第一缝隙的顶端为所述第一缝隙中所述第一部分与所述第二部分连接的位置所在的一端。

10.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述天线还包括：

第二匹配电路，连接于所述第二缝隙的末端，用于激励所述第一缝隙和所述第二缝隙，所述第二缝隙的末端与所述第二缝隙的顶端相对，所述第二缝隙的顶端为所述第二缝隙中所述第二部分向所述金属边框下端部延伸的部分所在的一端。

11.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述天线还包括：

第二匹配电路，连接于所述第二缝隙的末端，用于激励所述第一缝隙和所述第二缝隙，所述第二缝隙的末端与所述第二缝隙的顶端相对，所述第二缝隙的顶端为所述第二缝隙中所述第二部分向所述金属边框下端部延伸的部分所在的一端。

12.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：

按键电路，设置于所述第二部分之上。

13.如权利要求6或12所述的电子设备，其特征在于，所述第二部分与所述第一部分是一体的。