CN104659493A - 金属环槽天线和无线终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属环槽天线和无线终端，该金属环槽天线包括：印刷电路板PCB、金属框、射频前端收发电路，以及设置在所述金属框上的馈电点和至少两个接地点；所述射频前端收发电路设置在所述PCB板上；所述馈电点位于所述至少两个接地点中相邻的第一接地点和第二接地点之间；所述至少两个接地点分别通过第一连接件与所述PCB板连接，所述馈电点通过第二连接件与所述射频前端收发电路连接，形成由所述第一接地点、所述第二接地点、所述馈电点组成的弧段和所述PCB板构成的开槽天线结构。从而在具有金属外壳的无线终端上实现了结构简单的天线设计。

Description

金属环槽天线和无线终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种金属环槽天线和无线终端。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，诸如智能手机、平板电脑等无线终端设备可能需要支持多种网络制式，比如第二代移动通信技术(2rd-generation，简称2G)、第三代移动通信技术(3rd-generation，简称3G)、第四代移动通信技术(4rd-generation，简称4G)等等。但同时，无线终端设备的小型化、超薄化、壳体材料等也发生着不断的变化。另外，可穿戴式的具有无线通信功能的终端也层出不穷，比如具有通信功能的手表。这些日新月异的新变化都对无线终端设备的天线设计提出了重要挑战。

目前人们对包括可穿戴设备的无线终端设备具有金属材质提出越来越高的需求，以手机为例，市场上出现了很多金属壳类手机，由于金属材料会对射频信号产出屏蔽作用，导致通信天线无法与金属壳以外的空间进行数据通信，因此，如何在金属材质的无线终端设备中实现单模甚至多模通信天线设计是目前业界设计的难点。

发明内容

本发明提供一种金属环槽天线和无线终端，用以提供一种结构简单的金属环开槽的天线设计结构。

本发明提供一种金属环槽天线，包括：

印刷电路板PCB、金属框、射频前端收发电路，以及设置在所述金属框上的馈电点和至少两个接地点；所述射频前端收发电路设置在所述PCB板上；

所述馈电点位于所述至少两个接地点中相邻的第一接地点和第二接地点之间；

所述至少两个接地点分别通过第一连接件与所述PCB板连接，所述馈电点通过第二连接件与所述射频前端收发电路连接，形成由所述第一接地点、所述第二接地点、所述馈电点组成的弧段和所述PCB板构成的开槽天线结构。

本发明提供一种无线终端，包括：如上任一项所述的金属环槽天线。

本发明提供的金属环槽天线和无线终端，其中，该金属环槽天线具有一金属框和PCB板，通过在该金属框上设置至少两个接地点和馈电点，并通过连接件连接在PCB板上，形成金属框和PCB板间的有缝隙即开槽天线结构，在PCB板上的射频前端电路加上合适的激励，该激励馈电到金属框上，得到预期的天线谐振频率，从而在具有金属外壳的无线终端上实现了结构简单的天线设计。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的金属环槽天线的结构示意图；

图2为几种典型金属框形状示意图；

图3为单模天线谐振频率衰减特性示意图；

图4为耦合枝节耦合射频前端收发电路信号的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的金属环槽天线的结构框图；

图6为天线匹配电路的结构示意图；

图7为双模天线谐振频率衰减特性示意图；

图8为天线匹配电路的又一种结构示意图；

图9为本发明实施例三提供的无线终端的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的金属环槽天线的结构示意图，如图1所示，该金属环槽天线包括：

金属框101、印刷电路板(Printed Circuit Board，以下简称PCB板)102、射频前端收发电路106，以及设置在所述金属框101上的馈电点1C和至少两个接地点，如图1中的第一接地点1A和第二接地点1B；所述射频前端收发电路106设置在所述PCB板102上；

所述馈电点1C位于所述至少两个接地点中相邻的第一接地点1A和第二接地点1B之间；

所述至少两个接地点如图1中的第一接地点1A和第二接地点1B，分别通过第一连接件与所述PCB板102连接，如图1中与第一接地点1A对应的连接件104，以及与第二接地点1B对应的连接件105；所述馈电点1C通过第二连接件107与所述射频前端收发电路106连接，形成由所述第一接地点1A、所述第二接地点1B、所述馈电点1C组成的弧段和所述PCB板102构成的开槽天线结构。

本实施例中，用于设计天线的所述金属框101可以是无线终端的金属外壳，该无线终端既可以是诸如平板电脑、智能手机等通信终端，也可以是具有无线通信功能的其他终端设备，比如具有通信功能的手表或者其他可穿戴设备，而且，这些无线终端的外壳是金属材质的。以手表为例，比如手表的表盘边缘是由金属材质围成的一个金属圆环。本实施例中仅以圆形的金属框形状为例，但实际上具有金属材质的终端壳体边框形状可以是各种各样的，如图2所示，图2中示出了几种典型的金属框形状，其可以是规则或不规则的多边形。

本实施例中，在金属框上设置有多个接地点，图1中示出了两个相邻的接地点，分别是1A和1B，在该相邻接地点1A和1B间设置有馈电点1C。由于接地点1A和1B分别通过连接件104和105连接到PCB板上，馈电点1C也通过连接件107连接在PCB板上的射频前端收发电路上，从而，在弧1A-1B-1C和PCB板间形成了缝隙或者说是开槽，该开槽形成了开槽天线。通过在射频前端收发电路上加上适当的激励，馈电到金属框上，即馈电到开槽天线，假设谐振频率为f0，回波损耗为-6dB，带宽为fh-fl，如图3所示。

具体地，金属框上的接地点通过第一连接件连接在PCB板上，该第一连接件，比如图1中的104和105可以包括以下器件中的任一种：螺钉、金属弹片、pogo pin连接器。

另外，连接馈电点和射频前端收发电路的第二连接件包括以下器件中的任一种：螺钉、金属弹片、pogo pin连接器、同轴线、耦合枝节。值得说明的是，该第二连接件中除耦合枝节外的其他连接方式可以视为直接连接方式，即将馈电点1C直接连接在射频前端收发电路上，而耦合枝节可视为间接连接方式，即是通过电容耦合的方式将射频前端收发电路的信号耦合到金属框的1A和1B两个接地点间。图4示出了通过耦合枝节耦合射频前端收发电路信号到金属框的示意图，图4中，107表示耦合枝节，该耦合枝节尤其是指L型耦合枝节。

值得说明的是，上述射频前端收发电路与现有技术中的电路组成相似，不赘述。

在实际应用中，通过上述设置得到的天线可以是单模天线，而且，该单模天线的谐振频率与弧1A-1B-1C的长度具有对应关系，即该弧段的长度根据待形成天线的谐振频率确定。具体来说，该弧的长度约等于天线谐振频率的半波长。比如：当f0接近1575Mhz附近时，可用于全球定位系统(GlobalPositioning System，简称GPS)、全球卫星导航系统(Glonass)等定位天线，而当f0接近2450Mhz时，可用于蓝牙天线或者无线保真(Wireless-Fidelity，简称Wi-Fi)天线。

本实施例中，通过在该金属框上设置至少两个接地点和馈电点，并通过连接件连接在PCB板上，形成金属框和PCB板间的有缝隙即开槽天线结构，在PCB板上的射频前端电路加上合适的激励，该激励馈电到金属框上，得到预期的天线谐振频率，从而在具有金属外壳的无线终端上实现了结构简单的天线设计。

图5为本发明实施例二提供的金属环槽天线的结构框图，如图5所示，在上述实施例的基础上，该金属环槽天线还包括：

天线匹配电路，所述天线匹配电路的一端与所述馈电点连接，所述天线匹配电路的另一端与所述射频前端收发电路连接。

本实施例中，通过在馈电点1C和射频前端收发电路间设置天线匹配电路，可以精确地调整天线谐振频率到待形成天线所需的谐振频率上。

另外，本实施例中，在上述实施例形成单模天线的基础上，还可以形成多模天线，比如双模天线。通过设计不同的天线匹配电路结构，可以实现相应的多模天线设计。以下仅以双模天线为例，该双模天线比如是GPS天线和Wi-Fi天线。从而，在PCB板上设置的射频前端收发电路的个数相应的也为多个，分别与每种模式的天线相对应，本举例中，如图5所示，分别为GPS射频前端收发电路和Wi-Fi射频前端收发电路。

并且，该金属环槽天线中还包括：连接在天线匹配电路输出端的多工器，该多工器在该以双模天线为例的情况下，具体为双工器，该双工器分别与所述至少两个射频前端收发电路即本举例中的GPS射频前端收发电路和Wi-Fi射频前端收发电路连接。该双工器或多共器的结构和工作原理与现有技术类似，不再赘述。

具体地，如图6所示，该天线匹配电路包括电感L1和电容C1；电感L1的一端与馈电点1C连接，电感L1的另一端接地；电容C1的一端与所述电感L1的一端连接，电容C1的另一端与所述双工器的一端连接。

在上述举例中，如图7所示，在未加天线匹配电路前，天线谐振频率为1800Mhz，加入天线匹配电路后，通过L1和C1的作用，比如在1575Mhz和2450Mhz附近产生两个谐振，可用于GPS&Wi-Fi双频设计，天线效率在-3dB以上。

值得说明的是，在实际应用中，天线匹配电路中还包括如现有技术中所包括的LC匹配网络，该LC匹配网络的组成形式可是现有技术中的多种形式，本实施例中不再详细说明。但是，在天线匹配电路包括上述电感L1和电容C1的情况下，如图8所示，仅示出一种天线匹配电路包括LC匹配网络的组成结构。从而，通过根据欲形成的天线谐振频率，合理地设计各LC匹配网络，能够实现多模天线的设计需要。

本实施例中，通过增加适合的天线匹配电路，即通过合理的确定天线匹配电路中电容和电感的取值以及LC匹配网络的组成，能够实现多种模式天线的设计。

图9为本发明实施例三提供的无线终端的结构示意图，如图9所示，该无线终端包括如上所述实施例的金属环槽天线。

本实施例中以手机终端为例，该手机终端具有金属背盖，如图9所示，虽然手机终端的外形多为类似长方形的形状，但是为与上述金属环槽天线的实施例对应，本实施例中仍采用圆环形状的金属框为例。

由于该金属背盖是具有一定厚度的，因此可以视为是一个柱体的结构，其上边缘相当于如图1或图4中的金属框101，在图9中以201表示该上边缘金属框。该柱体的两侧壁分别以202和203表示，并且，在上边缘金属框201上还设置有馈电点2C。该柱体的底盖以204表示，205为PCB基板，206表示设置在PCB基板205上的射频前端收发电路，相当于图1或图4中的106。

本实施例中，202和203间包含馈电点2C的一段侧壁为非金属材料，从而在两侧壁202和203间形成了一个天线槽结构。其中，馈电点2C与射频前端收发电路206间的连接方式与图1或图4所示实施例相同。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种金属环槽天线，其特征在于，包括：

印刷电路板PCB、金属框、射频前端收发电路，以及设置在所述金属框上的馈电点和至少两个接地点；所述射频前端收发电路设置在所述PCB板上；

所述馈电点位于所述至少两个接地点中相邻的第一接地点和第二接地点之间；

所述至少两个接地点分别通过第一连接件与所述PCB板连接，所述馈电点通过第二连接件与所述射频前端收发电路连接，形成由所述第一接地点、所述第二接地点、所述馈电点组成的弧段和所述PCB板构成的开槽天线结构。

2.根据权利要求1所述的金属环槽天线，其特征在于，所述弧段的长度根据待形成天线的谐振频率确定。

3.根据权利要求2所述的金属环槽天线，其特征在于，还包括：

天线匹配电路，所述天线匹配电路的一端与所述馈电点连接，所述天线匹配电路的另一端与所述射频前端收发电路连接。

4.根据权利要求3所述的金属环槽天线，其特征在于，所述射频前端收发电路的个数为至少两个，所述金属环槽天线还包括：

多工器，所述多工器的一端与所述天线匹配电路的另一端连接，所述多工器的另一端分别与所述至少两个射频前端收发电路连接。

5.根据权利要求4所述的金属环槽天线，其特征在于，所述天线匹配电路包括电感和电容；

所述电感一端与所述馈电点连接，所述电感的另一端接地；

所述电容的一端与所述电感的一端连接，所述电容的另一端与所述多工器的一端连接。

6.根据权利要求5中所述的金属环槽天线，其特征在于，所述天线匹配电路中还包括：至少一个LC匹配网络。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的金属环槽天线，其特征在于，所述第一连接件包括以下器件中的任一种：

螺钉、金属弹片、pogo pin连接器。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的金属环槽天线，其特征在于，所述第二连接件包括以下器件中的任一种：

螺钉、金属弹片、pogo pin连接器、同轴线、耦合枝节。

9.一种无线终端，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的金属环槽天线。