CN104466390A - 一种用于金属边框手机的WiFi天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属边框手机的WiFi天线，包括手机的金属边框，50Ω的微带馈线、金属条带以及位于手机机身中间层的金属隔板；所述金属边框设有窄缝，所述金属条带的一端与所述50Ω的微带馈线连接、另一端在靠近所述金属边框窄缝处与所述金属边框连接，所述金属边框与所述金属隔板电气相连。本发明天线合理利用了手机金属边框，将其作为天线辐射单元的一部分，并在金属边框上增加窄缝控制辐射电流在金属边框上的分布，设置金属条带、金属边框和接地点以控制天线的电流路径，改变天线的辐射电场分布，从而达到了手机天线要求的工作频带和带宽要求。

Description

一种用于金属边框手机的WiFi天线

技术领域

本发明涉及移动通信终端天线，特别是一种用于金属边框手机的WiFi天线。

背景技术

由于具备时尚性、便携性，以及功能越来越全面等特性，手机已成为全球最大类的个人电子消费产品。用来收发无线电波的天线，无疑是无线通讯中十分重要的元件之一，天线性能直接影响无线通信系统性能的优劣。随着3G/4G 技术的成熟及智能手机的普及，手机已经由最初只具备基本通话功能，发展到目前具备蓝牙、GPS、手机电视以及WiFi 等多种功能。为适应多功能的需求，相应地，手机除了需要配置一个主天线外，还需要配置具备蓝牙、WiFi、GPS、手机电视、收音机等功能的多个天线。

WiFi技术是一种能够将个人电脑、手持设备（如 PDA、智能手机）等终端以无线方式互相连接的技术，是目前应用最为普遍的一种短程无线传输技术。基于 802.11n 标准的 WiFi 有 2.4GHz 和 5.8GHz 两个工作频段，分别对应 20MHz和 40MHz 的带宽。这两个工作频段都属于 ISM（Industrial Scientific Medical）频段，属于免牌照频段，即不需要授权即可使用。目前，大部分国家使用的是WiFi2.4GHz 频段。随着移动互联网的爆发，大容量视频及文件传输的需求日益增加，WiFi 成为了最重要的数据流量承载方式。目前，国内三大运营商都对 WiFi 业务青睐有加，在 WiFi 的运营中投入了大量的人力财力。由于受到天线尺寸和手机的尺寸、材料以及外形封装等的限制，目前设计的天线多为频率固定不可调、方向图背瓣（朝向人体）较大的天线。如何在有限的空间里设计出频率可调，辐射方向图集中于手机正向、背瓣辐射小的天线成为了当今手机天线的发展方向。一方面，由于手机的中间区域都被显示屏、电池、电路板及其它元部件占据，所以设计手机时基本上都是把天线布置在手机的外缘附近，以使天线能更好地接收外部信号或向外辐射信号，另一方面，多功能、大屏幕、轻薄化的趋势以及元部件、外形封装等方面的限制，给手机天线留下的空间也越来越小。在过去，这种布置在手机外围周边的各种形式的天线还可以满足实际应用的需要，技术改进主要的集中在制造工艺上，以降低单天线成本、提高批量生产效率和合格率。如今金属边框手机的流行，使得过去的各种手机天线都面临着一个共同的难题，即靠近天线的金属边框，对天线性能的影响极大，更使天线的设计难上加难。

如何在有限的空间里设计出频率可调，辐射方向图集中于所需要的辐射方向且背瓣辐射小的天线成为了当今手机天线的发展方向。特别是现在市场上流行的带有金属边框的手机，如何克服金属边框对手机内置天线性能的不利影响，保持优良的天线性能成为了手机天线设计的一大难题。

发明内容

发明目的：针对背景技术中的问题，本发明提出一种合理利用手机金属边框结构的手机内置WiFi天线，制造工艺简单、安装简便，能适应金属边框手机的应用且性能优越。

技术方案：为解决上述问题，本发明所述的用于金属边框手机的WiFi天线，与手机的金属边框连为一体，主体结构包括手机的金属边框，50Ω的微带馈线、金属条带以及位于手机机身中间层的金属隔板；所述金属边框设有窄缝，所述金属条带的一端与所述50Ω的微带馈线连接、另一端在靠近所述金属边框窄缝处与所述金属边框连接，所述金属边框与所述金属隔板电气相连。本发明将空间折叠的金属条带、金属边框及手机机身中间的金属隔板都规划为天线辐射单元的一部分，这样不仅合理利用了手机的这种金属封装结构，也为天线的设计争取了一定的空间尺寸和设计布局的灵活度。手机的金属边框靠近顶部一端被截去一段，形成了一个窄缝，从而改变电流的走向，便于天线参数的调节。

所述50Ω的微带馈线平行于所述金属边框设置，所述金属条带分四段设置，第一段垂直于所述50Ω的微带馈线，第二段、第三段、第四段朝所述金属边框的窄缝方向折叠设置。所述金属条带第一段与第二段之间形成垂直夹角，第二段与第三段之间形成垂直夹角，第三段与第四段之间形成直角。

所述金属隔板上开有矩形窗口，矩形窗口处于所述金属条带的正下方。金属隔板在靠近天线辐射单元中金属条带的正下方被挖去一个矩形窗口形成净空区域，该设计在利于指标实现的同时，也可控制辐射方向图朝着所需要的方向，不仅不用额外增加PCB的制作成本，而且还节省了单独制作WiFi天线并进行装配的成本，在充分利用手机内部有限空间的同时，达到了合理布置手机WiFi天线的目的。

 所述金属隔板上靠近所述金属条带的一侧上设有金属柱，通过金属柱与手机主板的地电气连接。在金属隔板上设置金属柱，通过该金属柱与手机主板的地连接构成天线电流回路。

本发明通过调节矩形窗口、金属条带的长度、宽度以及金属边框上窄缝的大小、位置来控制天线单元的表面电流路径和改变天线的电场分布，从而达到了手机WiFi天线要求的工作频带和带宽要求。优选地，所述金属条带的第一段长度为1.8mm，第二段长度为1.1mm，第三段长度为13mm，第四段长度为2.06mm；所述金属条带的宽度为1mm。所述50Ω的微带馈线长为13mm、宽为1mm。所述金属隔板的矩形窗口平行于所述金属边框的一边长度为15mm。所述金属柱与所述金属边框之间的距离为4.4mm。所述窄缝宽度为1mm，所述窄缝距离所述金属边框较近端面的距离为4mm。按照如上数据设置金属条带的尺寸、50Ω的微带馈线的尺寸，矩形窗口的尺寸，金属柱的位置，窄缝的尺寸能获得理想的WiFi天线频段、带宽要求和稳定的增益。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案，能获得指定的WiFi天线频段、带宽要求和稳定的增益。具体优点在于：

1.本发明天线合理利用了如今市场上流行的手机带有金属边框的结构，克服了金属边框对天线性能有严重影响这一缺点，使其成为天线的一部分而实现辐射，并在金属边框上增加窄缝控制辐射电流在金属边框上的分布；设置金属条带、金属边框和接地点以控制天线的电流路径，在折叠的金属条带下方的金属隔板上开矩形窗口，以改变天线的辐射电场分布，从而达到了手机天线要求的工作频带和带宽要求，在尽量遵从手机外形的同时还具有优良的天线性能。

2.本发明天线将金属边框纳入天线辐射部分的同时还给天线增加了足够的设计空间和灵活性，天线结构便于调整，只要适当调节金属条带的大小、形状、50Ω的微带馈线的尺寸，矩形窗口的尺寸，金属柱的位置及手机金属边框上截缝的位置和尺寸就可以达到理想的设计指标，谐振频率调节方便，具有立体结构，充分利用了三维空间，易于制造和集成。

3. 本发明天线通过在金属隔板上开有矩形窗口，同时通过调整空间金属条带可以控制主要辐射方向使辐射方向图背瓣很小，克服了一般天线背瓣较大的缺点，主要辐射方向为手机正面的前上方和左上方，符合手机正常使用的位置状态，非常利于接收/发射信号。

4．本发明天线工艺简单，天线不用塑料支架支撑，不需要采用蚀刻或镭雕等特别工艺。

5.本发明天线主体由50Ω的微带馈线、金属条带、金属隔板和手机本身的金属边框构成，结构简单、轻薄小巧，便于制造和安置，制造成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是实施例天线的电压驻波比测试图；

图3是实施例天线的工作频点处水平面辐射方向图；

图4是实施例天线的工作频点处垂直面辐射方向图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示的用于金属边框手机的WiFi天线，安置在手机正面左上角的部位，与手机的金属边框3连为一体，包括一段50Ω的微带馈线1，50Ω的微带馈线1长13mm，宽为1mm，通过一段空间折叠的金属条带2连接到金属边框3上，金属条带2的分为四段，四段尺寸分别为L1=2.06mm、L2=13mm、L3=1.1mm、L4=1.8mm，金属条带2宽度为1mm，金属边框3与手机中间层的金属隔板5电气相连。金属隔板5开有矩形窗口7（其平行于带有窄缝4边框一边的长度是15mm）形成一块净空区域，金属条带2和50Ω的微带馈线1位于净空区域；金属边框3左上端被切去一段，形成了一个长条形的窄缝4，该窄缝4宽度W1=1mm，离手机顶部的距离D2=4mm，用以控制天线上电流的走向，金属条带2朝向窄缝4方向折叠两次在靠近窄缝4处与金属边框3连接。金属隔板5上设有金属柱6，金属柱6中心离侧金属边框3的距离D1=4.4mm，通过金属柱6与手机主板8的地电气连通，激励加在50Ω的微带馈线1和手机主板之间给整付天线提供馈电。

本发明提供了一种能在金属边框围绕环境下工作的手机WiFi天线，与手机的金属边框3连为一体。本天线的主旨是将作为天线主体的空间折叠金属条带2、金属边框3及手机机身中间的金属隔板5都规划为天线辐射单元的一部分，这样不仅合理利用了手机的这种金属封装结构，也为天线的设计争取了一定的空间尺寸和设计布局的灵活度。另外，手机的金属边框3顶部被截去一段，形成了一个长条截缝4，从而改变电流的走向，便于天线参数的调节。机身中间的金属隔板5在靠近天线辐射单元中金属条带2的正下方被挖去一个矩形槽7，该设计在利于指标实现的同时，也可控制辐射方向图朝着所需要的方向，在金属隔板5上设置有小的金属柱6，通过该金属柱6与手机主板8的地连接构成天线电流回路本发明天线通过调节金属条带2形状、大小和金属边框上窄缝4的大小、位置来控制天线单元的表面电流路径和改变天线的电场分布，从而达到了手机WiFi天线要求的工作频带和带宽要求。

手机WiFi天线设置在金属隔板开口形成的净空区域，不仅不用额外增加PCB的制作成本，而且还节省了单独制作WiFi天线并进行装配的成本，在充分利用手机内部有限空间的同时，达到了合理布置手机WiFi天线的目的。

经过测试，本发明在WiFi2.4-2.5GHz频段具有良好的阻抗匹配特性，其回波损耗VSWR<2时的频段为2.37-2.58GHz，回波损耗VSWR<3时的频段为2.31-2.68GHz，带宽达370MHz，相对带宽达到14.8%，在实际的手机环境测试的本发明天线的驻波图见图2。工作频带的增益典型值为1.62dB。图3、图4为实施例天线实测的辐射方向图。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：包括手机的金属边框（3），50Ω的微带馈线（1）、金属条带（2）以及位于手机机身中间层的金属隔板（5）；所述金属边框（3）设有窄缝（4），所述金属条带（2）的一端与所述50Ω的微带馈线（1）连接、另一端在靠近所述金属边框（3）窄缝（4）处与所述金属边框（3）连接，所述金属边框（3）与所述金属隔板（5）电气相连。

2.根据权利要求1所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述50Ω的微带馈线（1）平行于所述金属边框（3）设置，所述金属条带（2）分四段设置，第一段垂直于所述50Ω的微带馈线（1），第二段、第三段、第四段朝所述金属边框（3）的窄缝（4）方向折叠设置。

3.根据权利要求2所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属条带（2）第一段与第二段之间形成垂直夹角，第二段与第三段之间形成垂直夹角，第三段与第四段之间形成直角。

4.根据权利要求1所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属隔板（5）上开有矩形窗口（7），矩形窗口（7）处于所述金属条带（2）的正下方。

5.根据权利要求1所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属隔板（5）上靠近所述金属条带（2）的一侧设有金属柱（6），通过金属柱（6）与手机主板（8）的地电气连接。

6.根据权利要求2或3所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属条带（2）的第一段长度为1.8mm，第二段长度为1.1mm，第三段长度为13mm，第四段长度为2.06mm；所述金属条带（2）的宽度为1mm。

7.根据权利要求1至5任一所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述50Ω的微带馈线（1）长为13mm、宽为1mm。

8.根据权利要求4所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属隔板（5）的矩形窗口（7）平行于所述金属边框（3）的一边长度为15mm。

9.根据权利要求5所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述金属柱（6）与所述金属边框（3）之间的距离为4.4mm。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、8、9任一所述的用于金属边框手机的WiFi天线，其特征在于：所述窄缝（4）宽度为1mm，所述窄缝（4）距离所述金属边框（3）较近端面的距离为4mm。