CN103872452B - 电子设备、天线、和用于形成天线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子设备、天线、和用于形成天线的方法。所述电子设备，包括：壳体，包括由导电材料制成的导体区；信号收发器；天线，包括：辐射部，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；耦合匹配部，耦接到所述辐射部，并连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。在根据本发明各个实施例的技术方案中，能够在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。

Description

电子设备、天线、和用于形成天线的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种电子设备、天线、和用于形成天线的方法。

背景技术

随着移动通信技术的迅猛发展，出现了各种类型的具有通信功能的电子设备，诸如计算机、个人数字助理、移动通信终端等。所述电子设备具有天线以传输信息和数据等。此外，所述电子设备作为用户日常携带的电子产品，其外观设计也为用户所关注。例如，用户对电子设备的厚度和金属质感的要求越来越高，超薄和金属质感成为移动通信终端设计的一种趋势。此外，还利用金属来增加电子设备的结构强度。然而，在具有金属边框、金属后壳等的电子设备中，所述金属边框或金属后壳对电子设备中的天线辐射造成极大的屏蔽效应，导致天线不能满足多种应用的多频段需求，影响电子设备的通信性能。

针对上述问题，第一种现有的解决方案是挖空天线区域附近的金属外壳，以减少金属外壳对天线的影响。该第一种解决方案具有如下缺点：电子设备的外观上金属壳体不连续，影响美观，降低了电子设备的结构强度；并且，由于挖空的区域缺少金属外壳保护，使得电子设备容易在跌落中损坏或者磨损。第二种现有的解决方案是将金属边框局部打断，并将部分金属边框作为天线辐射主体。该二种解决方案具有如下缺点：打断区域的缝隙影响外观，工艺上难处理；并且由于金属环作为天线辐射主体，所以打断区域的缝隙如果被手握或者导通，则会造成天线谐振频率点的改变，从而极大地影响天线的性能。

因此，期望在不影响电子设备的外观设计和结构强度的同时、使电子设备的天线具有良好的天线性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种电子设备、天线、和用于形成天线的方法，其能够在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。

一方面，提供了一种电子设备，包括：壳体，包括由导电材料制成的导体区；信号收发器；天线。该天线包括：辐射部，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；耦合匹配部，耦接到所述辐射部，并连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。

在所述电子设备中，所述辐射部可以是该电子设备的壳体中的封闭环状导体的至少一部分。

在所述电子设备中，所述特定频率带宽可以与该辐射部的接地点的个数、接地点的位置和该辐射部的尺寸中至少一个对应。

在所述电子设备中，所述辐射部可具有第一位置的第一接地点和第二位置的第二接地点，所述特定频率带宽可包括第一频段的第一频率带宽、和与第一频段不同的第二频段的第二频率带宽，该第一频率带宽和第二频率带宽可分别与所述第一接地点和第二接地点对应。

在所述电子设备中，所述信号收发器可位于印刷电路板上，所述天线还可以包括：附加辐射部，利用所述印刷电路板来形成，用于在所述耦合部的激励下形成低于预定频率的频率带宽。

在所述电子设备中，所述信号收发器可位于印刷电路板上，所述耦合匹配部可以是处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块，并具有用于连接信号收发器的馈电端。

在所述电子设备中，所述耦合匹配部的等效电路可包括串联连接的电感器、电容器和电阻器，该电感器的电感值与导体块的尺寸对应，该电容器的电容值与导体块和辐射部之间的距离对应。

在所述电子设备中，所述导体块可以在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号。

另一方面，提供了一种天线，应用于电子设备，该电子设备的外壳包括由导电材料制成的导体区，所述天线包括：辐射部，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；耦合匹配部，耦接到所述辐射部，并连接到电子设备中的信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。

又一方面，提供了一种用于形成天线的方法，应用于电子设备，该电子设备的外壳包括由导电材料制成的导体区，所述方法包括：利用所述导体区来形成辐射部，以辐射和接收信号；形成与所述辐射部耦接的耦合匹配部；将所述耦合匹配部连接到所述电子设备的信号收发器，其中，所述耦合匹配部用于在所述辐射部与该信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。

在本发明实施例的上述电子设备、天线和用于形成天线的方法的技术方案中，通过利用电子设备的导体外壳上形成辐射部、并利用耦合匹配部来进行信号耦合和网络匹配，从而在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是示意性图示了根据本发明实施例的电子设备的框图；

图2示意性图示了根据本发明实施例的电子设备的天线中的耦合匹配部的等效电路图；

图3图示了根据本发明实施例的电子设备的示意性实现；

图4是示意性图示了根据本发明实施例的天线的框图；

图5是示意性图示了根据本发明实施例的用于形成天线的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的实施例中，通过将电子设备的壳体上的导体区作为天线的辐射体，而不对壳体进行打断处理，从而不影响电子设备的外观设计和结构强度，并同时避免了电子设备的壳体的屏蔽效应从而提高了天线的性能；并且耦合匹配部不但将射频信号耦合到辐射部而且还起到网络匹配的作用，以与辐射部产生不同模式的耦合，从而产生所需的天线频率带宽。

图1是示意性图示了根据本发明实施例的电子设备100的框图。根据本发明实施例的电子设备100可以为任何电子设备，例如计算机、个人数字助理、移动通信终端、视听播放器等。下文中，以移动通信终端为例进行说明。

如图1所示，所述电子设备100包括：壳体110，包括由导电材料制成的导体区；信号收发器120；天线130，包括：辐射部131，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；耦合匹配部132，耦接到所述辐射部，并连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。

所述壳体110是电子设备的外壳。在图1中，仅示意性示出了所述壳体110的具有该导体区的部分。在现有的电子设备中，为了增加金属质感，通常期望采用金属（例如，铜、铝、合金等）作为电子设备的外壳，并且由于金属材料具有良好的硬度，从而增加了电子设备的结构强度。金属材料为导体，从而现有的电子设备的外壳通常具有导体区。以电子设备为移动通信终端为例，所述导体区可以是移动通信终端的边框、后壳等。另外，所述导体区还可以是电子设备上的由导电材料制成的装饰性区域。此外，根据需要，电子设备的外壳除了包括导体区之外，还可以包括其它材料（例如绝缘材料）的部分，而并不一定全部为导体区。

所述信号收发器120位于所述电子设备中，其例如可位于电子设备的印刷电路板（PCB，printed circuit board）中。用于向天线提供射频信号以发射出去，并且接收经由天线接收的信号以进行处理。

所述天线130用于将从信号收发器120接收的射频信号辐射出去，并且从外部接收特定频率带宽的天线信号以传送到信号收发器120进行处理。

所述天线130中的辐射部131利用电子设备的壳体中的导体区来形成，用于辐射和接收信号。作为示例，所述辐射部131可以是该电子设备的壳体中的封闭环状导体的至少一部分。以移动通信终端为例，该辐射部131可以是移动通信终端的四边形金属边框中的一半、一个边、或者是移动通信终端的后壳上的金属条形区域。替换地，该辐射部131还可以是电子设备上的例如商品标志之类的装饰性导体。该导体区在电子设备的壳体中的功用以及其形状、尺寸和位置等不构成对本发明的限制。此外，所述辐射部131可以包括至少两个辐射区，用于利用导体区上的彼此独立的不同部分来形成。该两个辐射区可以具有不同的尺寸，从而分别辐射不同频率带宽的天线信号。优选地，为了避免在电子设备的使用过程中天线被人手遮挡，可以选择手难以握到的位置的导体作为所述辐射部131。

在信号收发器位于印刷电路板上时，还可以利用印刷电路板作为天线的附加辐射部。这是因为印刷电路板的各个层被布满了电路，其整体就是一个导体，从而能辐射和接收信号，特别是在印刷电路板的周边和四个角处，信号的辐射能力很强。因此，所述天线100还可以包括：附加辐射部133，利用所述印刷电路板来形成，用于在所述耦合部的激励下形成低于预定频率的频率带宽。印刷电路板的体积通常较大，可用于辐射低于预定频率的低频带宽。

天线130中的耦合匹配部132耦接到所述辐射部131，并连接到所述信号收发器120，用于在所述辐射部131与所述信号收发器120之间馈送信号，并激励所述辐射部131来辐射和接收特定频率带宽的信号。

该耦合匹配部132例如可设置馈电端，并利用该馈电端连接到所述信号收发器120。耦合匹配部132不但起到耦合的作用，而将所述信号收发器120的射频信号耦合到辐射部131以发射出去并将辐射部131从外部接收的信号耦合到信号收发器120进行处理，而且还起到网络匹配的作用而激励所述辐射部131来辐射和接收特定频率带宽的信号。

所述特定频率带宽可以与该辐射部131的接地点的个数、接地点的位置和该辐射部131的尺寸中至少一个对应。作为示例，所述辐射部131可具有第一位置的第一接地点和第二位置的第二接地点，所述特定频率带宽可包括第一频段的第一频率带宽、和与第一频段不同的第二频段的第二频率带宽，该第一频率带宽和第二频率带宽分别与所述第一接地点和第二接地点对应。可通过增加辐射部131的接地点的个数来增加天线的谐振点，从而增加天线的通信频率带宽。

此外，还可以通过改变所述第一位置和辐射部131的尺寸中的至少一个来改变第一频率带宽的中心频率从而改变其所处于的频段；类似地，可通过改变所述第二位置和辐射部131的尺寸中的至少一个来改变第二频率带宽的中心频率从而改变其所处于的频段。不同的频段可以满足不同的种类的通信需求，这极大地增加了天线的应用范围，并提高天线的设计灵活性。

替换地，还可以在辐射部131中不设置接地点，而是改变耦合匹配部132的网络匹配特性来调整天线130的谐振特性，包括谐振频率、谐振带宽等，从而获得所述需要的特定频率带宽。

作为示例，所述信号收发器120位于印刷电路板上，所述耦合匹配部132可以是处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块，并具有用于连接信号收发器的馈电端。该导体块可以是实心的，也可以是中空的柱体，还可以是电子设备的电路基板上的布线。任何能够起到信号耦合作用的导体器件都可以作为该导体块。替换地，还可以利用现有的其它耦合器件（例如谐振器接插件）来形成。

此外，该导体块在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号。此时，所述导体块可用作天线的另一辐射体，其与所述辐射体131一起来辐射和接收信号。

如前所述，所述耦合匹配部132不但用于进行信号耦合，还可以用于网络匹配。图2示意性图示了根据本发明实施例的电子设备的天线中的耦合匹配部132的等效电路图。

在图2中，耦合匹配部132为上述的处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块为例，所述耦合匹配部132的等效电路包括串联连接的电感器L、电容器C和电阻器R，该电感器L的电感值与导体块的尺寸对应，该电容器C的电容值与导体块和辐射部之间的距离对应，电阻器R的电阻值为导体块本身的电阻值。电感器L和电容器C起到网络匹配的作用，其例如使导体块和辐射部二者的总阻抗在所述特定频率带宽内接近50欧姆，即使信号收发器与天线阻抗匹配，以实现所述特定频率带宽的信号的辐射和接收。可通过调整导体块的尺寸（即调整电感器L的电感值）、并调整导体块和辐射部之间的距离（即调整电容器C的电容值），来实现阻抗匹配。

此外，在天线中还包括附加辐射部133的情况下，该耦合匹配部132可以将所述信号收发器120的射频信号耦合到辐射部133以发射出去并将辐射部133从外部接收的信号耦合到信号收发器120进行处理，而且耦合匹配部132还起到网络匹配的作用而激励所述辐射部133来辐射和接收所需频率带宽（例如为低频带宽）的天线信号。

在本发明实施例的上述电子设备中，通过利用电子设备的导体外壳上形成辐射部、并利用耦合匹配部来进行信号耦合和网络匹配，从而在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。

图3图示了根据本发明实施例的电子设备100的示意性实现。

在图3中，电子设备为移动通信终端，移动通信终端的外壳中的金属边框被用作辐射部131，移动通信终端的印刷电路板被用作附加辐射部133，在该印刷电路板上具有信号收发器120，在用作辐射部131的金属边框被与用作附加辐射部133的印刷电路板之间具有导体块作为耦合匹配部132，耦合匹配部132上具有馈电端以连接到所述信号收发器120，所述金属边框的左下角的接地点连接到印刷电路板的地，以辐射所需频率带宽的天线信号。

在图3中，信号收发器120发出的射频信号被通过馈电端传输到耦合匹配部132，该耦合匹配部132将射频信号耦合到辐射部131和附加辐射部133以辐射出去；辐射部131和附加辐射部133从外部接收的天线信号被耦合到所述耦合匹配部132中，并然后通信馈电端传送到信号收发器120中进行处理，从而实现天线的辐射和接收。可通过调节金属边框上的接地点的位置来调节谐振信号的中心频率，还可以通过改变所述耦合匹配部132的尺寸或者其与辐射部131和附加辐射部133的距离来调整阻抗匹配效果，从而提高天线的性能。

在图3所示的移动通信终端中，通过将电子设备的金属边框作为天线的辐射体，而不进行打断处理，从而不影响移动通信终端的外观设计和结构强度，并同时避免了移动通信终端的壳体的屏蔽效应从而提高了天线的性能；并且耦合匹配部不但将射频信号耦合到辐射部而且还起到网络匹配的作用，以与辐射部产生不同模式的耦合，从而产生所需的天线频率带宽。

图4是示意性图示了根据本发明实施例的天线400的框图。该天线400可应用于各类电子设备，该电子设备的壳体包括由导电材料制成的导体区。电子设备可以为任何类型的电子设备，例如计算机、个人数字助理、移动通信终端、视听收发器等，只要其壳体包括由导电材料（例如金属）制成的导体区即可。该导体区作为辐射部与天线中的耦合匹配部配合，来辐射和接收天线信号。

所述天线400包括：辐射部410，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；耦合匹配部420，耦接到所述辐射部410，并连接到电子设备中的信号收发器，用于在所述辐射部410与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。

所述辐射部410和耦合匹配部420分别与结合图1－图3描述的电子设备中的天线130的辐射部131和耦合匹配部132相同，并因此在上面结合图1到图3所进行的关于辐射部131和耦合匹配部132的描述均适用于该辐射部410和耦合匹配部420。这里不再详述。

此外，在该天线400中还可以包括附加辐射部430（如图4中的虚线所示），该附加辐射部430可以与结合图1－图3描述的天线130中的附加辐射部133相同，并因此在上面结合图1到图3所进行的关于附加辐射部133的描述均适用于该附加辐射部430。这里不再详述。

在根据本发明实施例的上述天线400的技术方案中，通过利用天线所应用于的电子设备的外壳中的导体区形成辐射部、并利用耦合匹配部来进行信号耦合和网络匹配，从而在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。

图5是示意性图示了根据本发明实施例的用于形成天线的方法500的流程图。该用于形成天线的方法500可应用于壳体包括由导电材料形成的导体区的任何电子设备。所述电子设备还可包括印刷电路板，在其上设置有信号收发器。

该用于形成天线的方法500包括：利用所述导体区来形成辐射部，以辐射和接收信号（S510）；形成与所述辐射部耦接的耦合匹配部（S520）；将所述耦合匹配部连接到所述电子设备的信号收发器，所述耦合匹配部用于在所述辐射部与该信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号（S530）。

在S510中，利用所述导体区来形成辐射部，以辐射和接收信号。作为示例，可以利用电子设备的壳体中的封闭环状导体的至少一部分来形成所述辐射部。所述封闭环状导体可以为电子设备的外壳中的金属边框中的一半、一个边、全部、或者位于后壳上的条形区域。在该S510中，可以利用电子设备的壳体中的两个不同导体区来形成两个辐射部。

在该用于形成天线的方法500中，除了利用电子设备的壳体中的导体区来形成辐射部之外，还可以包括附加的步骤：利用电子设备中的印刷电路板来形成附加辐射部，该附加辐射部用于辐射和接收低于预定频率的频率带宽。所述附加辐射部与S510中形成的辐射部一起来辐射和接收天线信号。

在S520中，形成与所述辐射部耦接的耦合匹配部。作为示例，可以在辐射部与天线所应用于的电子设备中的印刷电路板之间设置导体块作为耦合匹配部，该耦合匹配部具有用于连接信号收发器的馈电端。在用所述导体块作为耦合匹配部的情况下，耦合匹配部的等效电路可包括串联连接的电感器、电容器和电阻器，该电感器的电感值与导体块的尺寸对应，该电容器的电容值与导体块和辐射部之间的距离对应，关于该等效电路可以参见图2的图示以及结合图2进行的详细描述。所述导体块在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号，从而作为辐射体与S510中形成的辐射部一起来辐射和接收信号。

在S530中，将在S520中形成的耦合匹配部连接到电子设备的信号收发器，以在所述辐射部与该信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号。所述特定频率带宽与在S510中形成的辐射部的接地点的个数、接地点的位置和该辐射部的尺寸中至少一个对应。作为示例，在S510中形成的辐射部可具有第一位置的第一接地点和第二位置的第二接地点，所述特定频率带宽可包括第一频段的第一频率带宽、和与第一频段不同的第二频段的第二频率带宽，该第一频率带宽和第二频率带宽分别与所述第一接地点和第二接地点对应。

要注意，如图5所示的形成天线的方法500的各个步骤的顺序仅仅是示意性的，可以根据需要改变各个步骤的顺序，并可以适当地增加其它步骤（例如增加用于形成附加辐射部的步骤）。

在本发明实施例的上述用于形成天线的方法500中，通过利用电子设备的导体外壳上形成辐射部、并利用耦合匹配部来进行信号耦合和网络匹配，从而在保证电子设备的外观设计和结构强度的同时、使天线具有良好的天线性能。具体地，通过将电子设备的壳体中的导体区作为天线的辐射体，而不进行打断处理，从而不影响移动通信终端的外观设计和结构强度，并同时避免了电子设备的壳体的屏蔽效应从而提高了天线的性能；并且耦合匹配部不但将射频信号耦合到辐射部而且还起到网络匹配的作用，以与辐射部产生不同模式的耦合，从而产生所需的天线频率带宽。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的用于形成天线的方法中所涉及的步骤的具体实现，可以参考前述装置实施例中的图示和操作，在此不再赘述。此外，上述方法实施例中的部分步骤可以进行重新组合，或可以改变部分步骤之前的执行顺序。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电子设备，包括：

壳体，包括由导电材料制成的导体区；

信号收发器；

天线，包括：

辐射部，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；

耦合匹配部，耦接到所述辐射部，并连接到所述信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号；

所述信号收发器位于印刷电路板上，所述耦合匹配部是处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块，

所述导体块在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号。

2.根据权利要求1的电子设备，其中，所述辐射部是该电子设备的壳体中的封闭环状导体的至少一部分。

3.根据权利要求1的电子设备，其中，所述特定频率带宽与该辐射部的接地点的个数、接地点的位置和该辐射部的尺寸中至少一个对应。

4.根据权利要求3的电子设备，其中，所述辐射部具有第一位置的第一接地点和第二位置的第二接地点，所述特定频率带宽包括第一频段的第一频率带宽、和与第一频段不同的第二频段的第二频率带宽，该第一频率带宽和第二频率带宽分别与所述第一接地点和第二接地点对应。

5.根据权利要求1的电子设备，其中，

所述天线还包括：附加辐射部，利用所述印刷电路板来形成，用于在所述耦合匹配部的激励下形成低于预定频率的频率带宽。

6.根据权利要求1的电子设备，其中，所述耦合匹配部具有用于连接信号收发器的馈电端。

7.根据权利要求6的电子设备，其中，所述耦合匹配部的等效电路包括串联连接的电感器、电容器和电阻器，该电感器的电感值与导体块的尺寸对应，该电容器的电容值与导体块和辐射部之间的距离对应。

8.一种天线，应用于电子设备，该电子设备的外壳包括由导电材料制成的导体区，所述天线包括：

辐射部，利用所述导体区来形成，用于辐射和接收信号；

耦合匹配部，耦接到所述辐射部，并连接到电子设备中的信号收发器，用于在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号；

所述信号收发器位于印刷电路板上，所述耦合匹配部是处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块，

所述导体块在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号。

9.一种用于形成天线的方法，应用于电子设备，该电子设备的外壳包括由导电材料制成的导体区，所述方法包括：

利用所述导体区来形成辐射部，以辐射和接收信号；

形成与所述辐射部耦接的耦合匹配部；

将所述耦合匹配部连接到所述电子设备的信号收发器，

其中，所述耦合匹配部用于在所述辐射部与该信号收发器之间馈送信号，并激励所述辐射部来辐射和接收特定频率带宽的信号；

其中，所述信号收发器位于印刷电路板上，所述耦合匹配部是处于所述辐射部与所述印刷电路板之间的导体块，

所述导体块在所述辐射部与所述信号收发器之间馈送信号的同时也辐射和接收信号。