CN104300215A - 一种金属边框4g天线 - Google Patents

Abstract

一种金属边框4G天线，包括金属边框、PCB板及天线部分，所述PCB板包括净空区域及金属区域，所述天线部分位于净空区域，包括馈电源、接地点及走线部分，接地点与馈电源设置在PCB板上，所述接地点与金属区域连接，所述馈电源引出馈电走线，并从馈电走线靠近金属边框一端水平延伸走向相反的高频走线及低频走线；第一低频分支与第二低频分支及第二边框产生第一低频谐振；第一、二低频分支与第一边框辐射回路产生第一高频谐振；第一高频分支与第二边框耦合产生第二高频谐振；寄生分支用于产生第三高频谐振。利用低频走线前部分高度反方向弯曲的方法，拓展了天线的低频带宽；且每个高频谐振均由金属边框的辐射产生，解决了金属边框屏蔽高频天线辐射的问题。

Description

一种金属边框4G天线

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，特别是一种金属边框4G天线。

背景技术

    移动终端天线的带宽拓展一直是移动终端通信的发展方向，特别是便携式移动终端，3G已经是目前的主流，其频率带宽为824—960MHz和1710—2170MHz。随着LTE技术的应用，低频要求带宽为704MHz—960MHz，高频要求带宽为1710—2700MHz，带宽迅速增加给天线设计带来了难点。

金属质感的便携式终端产品受到消费者的青睐，但是金属边框不利于天线的设计，限制天线的辐射。而且基于造型的需求，手机厚度越来越薄，天线的空间也越来越小，天线周围的环境也越来越复杂。所以在有限的空间和复杂的环境下，既要整合金属边框，又要保证造型设计的需求，还需满足多频的天线，给天线设计带来了极大的挑战，现有天线技术很难保证在具有金属边框的移动终端设备上使用仍能使天线辐射质量符合要求。

发明内容

有鉴于此，本发明需要解决的问题是提供一种在天线净空区域较小、辐射频带宽并具有金属边框的4G移动终端设备上使用，仍能满足天线辐射质量要求的天线。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种金属边框4G天线，包括金属边框、设于金属边框内的PCB板及天线部分，所述PCB板包括净空区域（101）及金属区域（100），所述天线部分位于净空区域（101）上方，包括馈电源（300）、接地点及走线部分，接地点与馈电源（300）设置在PCB板上，所述接地点与金属区域（100）连接，所述馈电源（300）垂直向上引出馈电走线（201），并在净空区域上方近似平行净空区域的平面内呈T字形排布形成高频走线和低频走线；    

所述金属边框包括第一边框（102）、第二边框（103）、第三边框（104）以及第四边框（105），并依次首尾相连组成金属框架；

所述低频走线包括第一低频分支（202），第一低频分支（202）端头通过第二低频分支（203）与第二边框（103）连接，所述第一低频分支（202）与第二边框（103）之间设有第一缝隙，该缝隙与第二低频分支（203）及第二边框（103）产生第一低频谐振；

所述第二低频分支（203）与第一边框（102）之间设有第二缝隙，该缝隙与第一边框（102）产生第一高频谐振

所述高频走线包括第一高频分支（207），第一高频分支（207）与第二边框（103）之间设有第三缝隙，该缝隙与第二边框（103）产生第二高频谐振。

优选的，所述第二边框（103）在靠近第一边框（102）及第三边框（104）处开有对称的第一开口与第二开口。

优选的，所述第一高频分支（207）靠近馈电走线（201）一侧设有用于改善天线的低频驻波第三低频分支（208），所述第三低频分支（208）平行于馈电走线（201），其一端连接PCB板的金属区域（100），另一端与第一高频分支（207）连接。

优选的，所述天线部分还包括与第一低频分支（202）平行的寄生分支（209），所述寄生分支（209）一端向下垂直延伸连接至PCB板的金属区域（100），用于产生第三高频谐振。

优选的，所述第二低频分支（203）设在第一开口旁，并从与第二边框（103）连接处的相反一侧延伸出用于调节第一高频谐振频率第六低频分支（206）。

优选的，所述第二边框（103）靠第二开口旁设有用于调节第二高频谐振频率的第四低频分支（204）。

优选的，所述第三边框（104）靠第二开口旁设有用于调节低频谐振频率的第五低频分支（205）。所述接地点有两个，分别设置在金属区域（100）与净空区域（101）交界处且与第一边框（102）与第三边框（104）连接。

优选的，所述第一缝隙宽度为0.5-1.2mm。

优选的，所述第三缝隙宽度为0.2-1.0mm。

与现有技术相比，本发明包含以下有益效果：

（1）利用低频走线前部分高度反方向弯曲的方法，不仅拓展了天线的低频带宽，而且产生了第一高频谐振，有效利用了金属边框及天线空间；

（2）每个高频谐振均设计为由金属边框的辐射产生，从而解决了金属边框屏蔽高频天线性能的问题；

（3）将金属框缝隙对称开在底部，不仅保证了手机的外观美，而且还避开了用户触碰引起的天线性能变差问题。

附图说明

图1为本发明所述金属边框4G天线实施例的边框结构示意图；

图2为本发明所述金属边框4G天线实施例1的应用状态示意图；

图3为本发明所述金属边框4G天线实施例2的应用状态示意图；

图4为本发明所述金属边框4G天线实施例2的S11回波损耗测试结果图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施方式对本发明内容作进一步详细说明。

图1为本发明所述金属边框4G天线实施例的边框结构示意图；

如图1所示，本实施例包含金属边框部分、天线部分以及PCB板部分，L1为金属边框的长度，W1为金属边框的宽度，该金属边框将作为移动终端的边框部分。金属边框部分包括了第一边框102，第二边框103、第三边框104及第四边框105，这四个边框依次首尾相连，组成完整的金属框架。在第二边框103上，开有两个彼此位置相对的开口，包括开口A和开口B，用于将开口A、B之间的第二边框103与第一边框102及第三边框104隔开，减少边框之间对天线谐振点的影响。PCB板部分包括金属区域100及净空区域101，金属区域100为PCB板的覆铜部分并设置在图1的下部，净空区域101设置在上部。本实施例中，金属边框的高度为h =5mm，净空区域101的宽度L2 =5mm。接地点有两个111、112，均设置在PCB板上，并且分别在金属区域100与净空区域101交界处与第一边框102及第三边框104连接，使得第一边框102以及第三边框104与PCB板的地板电气连接，而对于实际应用的手机终端来说，第四边框105为手机终端的顶部，第二边框103为手机终端的底部，这样，开口和第二边框103设在手机终端底部不仅保证了手机的外观美，而且还避开了用户触碰引起的天线性能变差问题。

实施例1

图2为本发明所述金属边框4G天线实施例1的应用状态示意图。

如图2所示，天线部分包括馈电源300以及天线走线部分，本实施例1中，该馈电源300向上引出馈电走线，当馈电走线延伸到净空区域101顶部时，弯折往第二边框103方向继续延伸，在靠近第二边框103处一端往水平方向反向延伸出高频走线及低频走线。

其中，所延伸出的低频走线包括第一低频分支202及第二低频分支203，第一低频分支202一端与馈电走线连接，另一端与第二低频分支203连接，该第二低频分支203方向与第一低频分支202垂直，位置在第一开口右侧，第一低频分支202通过第二低频分支203连接到第二边框103，使得第二边框103成为低频分支的一部分，在这里，第一低频分支202与第二边框103之间产生第一缝隙，第一低频分支202与第二低频分支203、第二边框103形成谐振并产生第一低频谐振，该天线走线采用前半部分反向高度弯曲的走线形式，用于拓展天线的低频带宽，实现产生覆盖800-960MHz频段的低频辐射。优选的，第一缝隙宽度为0.5-1.2mm，有利于第一低频谐振与第二边框103之间产生低频谐振。

第二低频分支203与第一边框102之间产生第二缝隙，并且第二低频分支203与第一边框102形成辐射回路，产生出第一高频谐振；第一高频分支207与第二边框103之间产生第三缝隙，第一高频分支207与第二边框103形成耦合进而产生第二高频谐振，在这里，第一高频谐振与第二高频谐振会相互叠加，实现产生覆盖1710-2170MHz频段的高频辐射。优选的，第三缝隙宽度为0.2-1.0mm，有利于第一高频分支207与第二边框103之间产生高频谐振。

本实施例1中，还设有寄生分支209，该寄生分支209为L形结构，其一支臂垂直连接在PCB板上的金属区域100，另一支臂与第一低频分支202平行，放置在第一低频分支202靠近金属区域100一侧，并与第一低频分支202形成耦合，进而产生第三高频谐振，该第三高频谐振覆盖2500-2690MHz频段。

在第一高频分支207靠近馈电走线一侧，设置有第三低频分支（208）平行于馈电走线（201），其一端向下垂直延伸连接至PCB板的金属区域（100），另一端与第一高频分支（207）连接，用于改善天线的低频驻波。

制造及组装时，该天线可以是基于FPC的生产方式，再将FPC天线固定于移动终端内部中壳或者是天线支架上，也可以是利用LDS激光直接成型技术将天线在移动终端内部中壳上或者是在天线支架上直接成型，本发明对该天线生产方式及放置区域不作限定，其具体生产方式及放置区域可根据实际情况作出不同选择。

在本实施例中，该金属边框4G天线的长度、间距以及金属边框规格可由具体情况而作出相应调整。

实施例2

图3为本发明所述金属边框4G天线实施例2的应用状态示意图。

如图3所示，该天线实施例2是基于实施例1的天线结构作出改进，

该实施例2天线部分包括馈电源300以及天线走线部分，馈电源300向上引出馈电走线，当馈电走线延伸到净空区域101顶部时，弯折往第二边框103方向继续延伸，在靠近第二边框103处一端往水平方向反向延伸出高频走线及低频走线。

与实施例1相比，其天线辐射原理基本相同，但是考虑到不同终端设备天线应用环境情况也会不同，故对实施例1作出以下改进：

设有第四低频分支204，当天线第二高频谐振频率偏高时，第四低频分支204可延长第二边框103辐射走线长度，进而降低天线的第二高频谐振频率，使其与工作频段更加匹配。

在第三边框104靠近第二开口处，与第四低频分支204位置相对一端，设置有第五低频分支205，当天线低频谐振频率偏高时，调节该第五低频分支205长度，可用于降低天线低频谐振频率。

在第二低频分支203与第一低频分支202的连接处，往第二低频分支203另一端延伸出一条第六低频分支206，该第六低频分支206用于调节由第二低频分支203与第一边框102所产生的第一高频谐振频率，当第一高频谐振频率偏高时，调节该第六低频分支206长度，可降低该第一高频谐振频率。

图4为本发明所述金属边框4G天线实施例2的S11回波损耗测试结果图。

如图4所示，从S11回波损耗测试结果图可以看出，该天线在800-960MHz、1710-2170MHz、2500-2690MHz这三个频段中驻波比值较小，表现出较优秀的辐射性能。

表1 频率和效率、增益的关系（800-960MHz）

频率	800	824	849	880	894	915	925	960
									效率	48%	65%	78%	80%	70%	65%	57%	40%
增益	-3.2	-1.9	-1.1	-0.9	-1.5	-1.9	-2.4	-4.0

表2 频率和效率、增益的关系（1710-2170MHz）

频率	1710	1810	1880	1930	1990	2050	2090	2130	2170
										效率	82%	85%	76%	70%	62%	56%	55%	55%	54%
增益	-0.9	-0.7	-1.2	-1.5	-2.0	-2.5	-2.6	-2.6	-2.7

表3 频率和效率、增益的关系（2500-2690MHz）

频率	2470	2500	2530	2590	2650	2690	2700
								效率	30%	35%	45%	61%	65%	51%	42%
增益	-5.2	-4.5	-3.5	-2.1	-1.9	-2.9	-3.8

由表1、2、3所示，在800-960MHz时，天线低频段的平均效率大于45％；在1710-2170MHz时，天线高频段的平均效率大于55％；在2500-2690MHz时，天线高频段的平均效率大于40％。与现有技术相比，表现出较好的辐射效率，有效解决在具有金属边框的终端设备中所出现的天线效率低的问题。

本发明利用低频走线前部分高度反方向弯曲的方法，不仅拓展了天线的低频带宽，而且产生了第一高频谐振，有效利用了金属边框及天线空间；每个高频谐振均设计为由金属边框的辐射产生，从而解决了金属边框屏蔽高频天线性能的问题；将金属框缝隙对称开在底部，不仅保证了手机的外观美，而且还避开了用户触碰引起的天线性能变差问题。

上述实施例仅为本发明的较优的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属边框4G天线，包括金属边框、设于金属边框内的PCB板及天线部分，其特征在于，所述PCB板包括净空区域（101）及金属区域（100），所述天线部分位于净空区域（101）上方，包括馈电源（300）、接地点及走线部分，接地点与馈电源（300）设置在PCB板上，所述接地点与金属区域（100）连接，所述馈电源（300）垂直向上引出馈电走线（201），并在净空区域上方近似平行净空区域的平面内呈T字形排布形成高频走线和低频走线；    

所述金属边框包括第一边框（102）、第二边框（103）、第三边框（104）以及第四边框（105），并依次首尾相连组成金属框架；

所述低频走线包括第一低频分支（202），第一低频分支（202）端头通过第二低频分支（203）与第二边框（103）连接，所述第一低频分支（202）与第二边框（103）之间设有第一缝隙，该缝隙与第二低频分支（203）及第二边框（103）产生第一低频谐振；

所述第二低频分支（203）与第一边框（102）之间设有第二缝隙，该缝隙与第一边框（102）产生第一高频谐振

所述高频走线包括第一高频分支（207），第一高频分支（207）与第二边框（103）之间设有第三缝隙，该缝隙与第二边框（103）产生第二高频谐振。

2.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第二边框（103）在靠近第一边框（102）及第三边框（104）处开有对称的第一开口与第二开口。

3.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第一高频分支（207）靠近馈电走线（201）一侧设有用于改善天线的低频驻波第三低频分支（208），所述第三低频分支（208）平行于馈电走线（201），其一端连接PCB板的金属区域（100），另一端与第一高频分支（207）连接。

4.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述天线部分还包括与第一低频分支（202）平行的寄生分支（209），所述寄生分支（209）一端向下垂直延伸连接至PCB板的金属区域（100），用于产生第三高频谐振。

5.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第二低频分支（203）设在第一开口旁，并从与第二边框（103）连接处的相反一侧延伸出用于调节第一高频谐振频率第六低频分支（206）。

6.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第二边框（103）靠第二开口旁设有用于调节第二高频谐振频率的第四低频分支（204）。

7.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第三边框（104）靠第二开口旁设有用于调节低频谐振频率的第五低频分支（205）。

8.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述接地点有两个，分别设置在金属区域（100）与净空区域（101）交界处且与第一边框（102）与第三边框（104）连接。

9.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第一缝隙宽度为0.5-1.2mm。

10.根据权利要求1所述的金属边框4G天线，其特征在于：所述第三缝隙宽度为0.2-1.0mm。