CN104852125A - 一种无缝金属边框天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝金属边框天线结构，包括一无缝金属边框(2)、一天线馈电点(4)和一天线匹配点(5)；所述无缝金属边框(2)内设置有一金属器件(1)，所述无缝金属边框(2)和所述金属器件(1)之间形成一方形环缝隙(6)；在所述方形环缝隙(6)中设置所述天线馈电点(4)和所述天线匹配点(5)，所述天线匹配点(5)包括一可变电容。本发明采用可变电容代替传统的天线辐射体，使得天线结构占用空间较小，而且通过调节可变电容值可改变低频谐振点，实现覆盖LTE频带。

Description

一种无缝金属边框天线结构

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种采用金属边框的天线结构。

背景技术

随着电子产品的普及化，人们对电子产品的追求也越来越高，除了追求更多的功能，时尚的外观也成为大家追求的热点。金属边框的手机由于时尚的外表和更佳的手感受到广泛的欢迎。手机采用金属边框使得结构更加坚固，但是也对手机天线产生较大的干扰。

现有技术中，为了消除金属边框对手机天线性能的影响，一般做法是在金属边框上设置多个开口，使断开的部分金属边框成为天线的一部分，这种做法破坏了金属边框的连续性，影响手机的整体美感，且当手或者其他导体握住边框上的缝时，天线的性能会急剧恶化，造成信号收发不良。

针对上述问题，中国公开专利CN104377426A提出了一种无缝金属边框的手机天线，其中手机内的介质板四周与金属边框之间均设有缝隙，介质板分设为净空区域及铺地区域，天线辐射体设置于净空区域，金属边框一横梁及左右两侧梁上分别设置接地短路点，金属边框通过接地短路点与介质板上的铺地区域连接。该专利公开的金属边框天线有效利用了金属边框，避免了通讯终端金属边框对天线性能的影响。但是上述公开的在金属边框与介质板之间的缝隙设计天线辐射体，一方面需要很大的缝隙间距，而这显然不符合电子产品小型化的发展趋势；另一方面辐射体的布线设计复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有无缝金属边框，尺寸较小且结构简单的天线结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无缝金属边框天线结构，包括一无缝金属边框、一天线馈电点和一天线匹配点；所述无缝金属边框内设置有一金属器件，所述无缝金属边框和所述金属器件之间形成一方形环缝隙；在所述方形环缝隙中设置所述天线馈电点和所述天线匹配点，所述天线匹配点包括一可变电容。

本发明的有益效果在于：在满足天线性能的前提下，采用无缝金属边框天线结构使得手机有质感和强度，同时，利用可调电容，使得天线占用空间较小，结构设计简单。

附图说明

图1为本发明无缝金属边框天线结构的正面视图；

图2为本发明无缝金属边框天线结构实施例一的正面视图；

图3为本发明无缝金属边框天线结构实施例二的正面视图；

图4为本发明无缝金属边框天线结构实施例三的正面视图；

图5为本发明无缝金属边框天线结构实施例三的斜45°角视图；

图6为本发明无缝金属边框天线结构实施例三的回损曲线图；

图7为现有技术中LTE天线结构的回损曲线图；

图8为本发明无缝金属边框天线结构实施例一的可变电容数值与低频谐振点对应曲线图；

图9为本发明无缝金属边框天线结构变形结构一的正面视图；

图10为本发明无缝金属边框天线结构变形结构二的正面视图。

标号说明：

1、金属器件；2、无缝金属边框；3、金属短接块；4、天线馈电点；5、天线匹配点；6、方形环缝隙；7、L形或U形缝隙

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:以可变电容代替传统天线的辐射体。一方面可以使天线占用空间较小，结构设计简单；另一方面通过调节可变电容的电容数值，能够覆盖LTE低频。

如图1所示，一种无缝金属边框天线结构，包括一无缝金属边框2、一天线馈电点4和一天线匹配点5；所述无缝金属边框2内设置有一金属器件1，所述无缝金属边框2和所述金属器件1之间形成一方形环缝隙6；在所述方形环缝隙6中设置所述天线馈电点4和所述天线匹配点5，所述天线匹配点5包括一可变电容。

进一步的，无缝金属边框天线结构还包括多个金属短接块3，所述多个金属短接块3设置于所述方形环缝隙6中，使得方形环缝隙6被分隔成多个缝隙，其中包括至少一L形或U形缝隙7。

由上述描述可知，利用金属短接块将金属器件和金属边框之间的缝隙分割成多个部分，用于不同种类的天线，实现了更高的隔离度。

进一步的，在所述L形或U形缝隙7内、位于金属边框2侧边一端的金属短接块3附近设置所述天线馈电点4，在所述L形或U形缝隙7的一转角处设置所述天线匹配点5。

由上述描述可知，利用较长的L形或U形缝隙形成LTE天线，能够得到更好的天线功能。与普通手机天线走金属线的方式不同，本发明是完全利用缝隙实现的缝隙天线，天线的有效面积只有缝隙，为了更充分的扩大天线的有效面积，又不至于影响目前全触屏手机的结构，将缝隙设为L形或U形，使天线的有效长度得到了保证，可以在LTE低频频段得以谐振。但由于L形或U形形状较为规则，因此加入了天线匹配点5，能够有效拓宽带宽，增加天线谐振点。综上所述，在结构尺寸无变化的情况下，天线带宽得以展宽，谐振点增加。

进一步的，所述金属器件1的顶边与金属边框2之间的距离大于所述金属器件1的侧边与金属边框2之间的距离。所述金属器件1的顶边与金属边框2之间的距离为7mm以上，优选8mm；所述金属器件1的侧边与金属边框2之间的距离为1.5mm以上，优选2mm。

由上述描述可知，在方形环缝隙6侧边的窄缝隙形成天线馈电点，顶边的宽缝隙形成天线匹配点，并设置合适的间距，可以实现天线的高效率辐射。

进一步的，所述金属短接块3为4个，其中2个设置于方形环缝隙6的一对对角上，另2个则设置于方形环缝隙6的侧边中。

进一步的，所述金属短接块也可以为2或3个。

由上述描述可知，将方形环缝隙分成多个缝隙，可以满足现有多种天线的不同组合需求。如果需要天线种类较多，可以将缝隙分成4个甚至更多，如果天线种类较少，则可以适当减少缝隙数量；也可将部分天线进行合并设计，例如combo多用途天线，这样需要的缝隙更少，每个缝隙的长度更长，对频段可调节余地更大。

进一步的，所述L形或U形缝隙中形成LTE天线。所述多个缝隙均被设置形成不同类型的天线。所述不同类型的天线包括MIMO用主天线、MIMO用分集天线、GPS天线、蓝牙天线或WIFI天线。

由上述描述可知，本发明的无缝金属边框天线结构可以满足现有的各种天线的需求。

进一步的，所述天线的总辐射效率在-2dB以上，边频总辐射效率在-6dB以上。

由上述描述可知，本发明的无缝金属边框天线结构可以得到较好的总辐射效率和边频总辐射效率，能够满足现有的大部分通讯需求。

进一步的，所述天线匹配点还可以包括匹配元件。利用匹配元件实现了天线的多频工作，最终实现覆盖LTE频带。

本发明的无缝金属边框天线结构可以广泛应用于手机、收音机等各种手持电子设备以及其他需要无线讯号通信的电子设备。

实施例一：

请参照图2，一种无缝金属边框天线结构，包括一无缝金属边框2、一天线馈电点4和一天线匹配点5；所述无缝金属边框2为一无开缝的完整金属外壳，将一金属器件1完全包围在内，所述无缝金属边框2和所述金属器件1之间形成一方形环缝隙6；所述金属器件1可以包括主板、屏幕以及电池等部件，可看成一方形金属块；在所述方形环缝隙6中设置所述天线馈电点4和所述天线匹配点5，所述天线匹配点5包括一可变电容。

所述无缝金属边框天线结构还包括四个金属短接块3，所述四个金属短接块3设置于所述方形环缝隙6中，其中两个设置于方形环缝隙6的一对对角上，另两个设置于方形环缝隙的侧边上，所述方形环缝隙被分隔成四部分，其中包括一段L形缝隙7；在L形缝隙7的侧边靠近金属短接块3的位置设置天线馈电点4，其中金属短接块3和天线馈电点4之间的距离为4mm～5mm，优选4.5mm，在L形缝隙7的转角处设置天线匹配点5，所述天线匹配点包括一可变电容，通过调节可变电容，可以有效增加天线的低频谐振点。

本实施例尤其适用于具有多种天线的情况。以目前市面上的4G智能手机为例，其至少需要5种天线：MIMO用主天线，MIMO用分集天线，GPS天线，蓝牙天线和WIFI天线。通过综合设计可以将其中两种或三种天线合并设计为一个天线，但MIMO必须要两个天线，且工作频点多，工作带宽宽，设计难度较大。本实施例利用金属短接块3将方形环缝隙6分隔为四部分，将其中一段L形缝隙7作为例如LTE天线，有效增加了LTE天线尺寸，其他缝隙则预留给其他天线；另外通过调节L形缝隙天线馈电点附近的金属短接块位置，可确定合适的低频工作频点。

实施例二：

请参照图3，本实施例与实施例一的区别在于所述金属器件1的顶边与金属边框2之间的距离大于所述金属器件1的侧边与金属边框2之间的距离。由于LTE用天线的宽带和多频点特性，利用方形环缝隙6侧边的窄缝隙设置天线馈电点4，顶边的宽缝隙设置天线匹配点5，可以有效拓宽天线的低频带宽。

所述金属器件1的顶边与金属边框2之间的距离可以为7mm以上，优选8mm以上；所述金属器件1的侧边与金属边框2之间的距离可以为1.5mm以上，优选2mm以上。

实施例三：

请参照图4和图5，本实施例为实施例一和实施例二的结合，无缝金属边框天线结构包括四个金属短接块3，将金属器件1和无缝金属边框2之间的方形环缝隙6分成4个部分；同时所述金属器件1的顶边和底边与金属边框2之间的距离大于所述金属器件1的侧边与金属边框2之间的距离。

如图6所示为对本发明实施例三的天线馈电点4和天线匹配点5进行仿真优化设计得到的天线回损曲线图，其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗，可以看出本天线结构可以覆盖LTE高频频段，但低频带宽窄，无法覆盖，此时利用可变电容，通过调节电容值，实现对天线低频工作带宽的调节，从而覆盖整个LTE低频频段。在整个LTE中心频段天线的总辐射效率均可达-2dB以上，边频总辐射效率可达-6dB以上。通过选择合适的金属短接块位置和电容数值，实现L形缝隙的LTE天线结构。

如图7所示为现有技术的LTE天线结构的回损曲线图，其中横坐标为频率，纵坐标为回波损耗，可见其LTE低频带宽要宽一些，但本发明实施例三的天线结构可利用可变电容对低频谐振点进行调节，从而实现同样宽的低频带宽。

如图8所示是本发明实施例三的天线结构的可变电容数值与低频谐振频点对应曲线图，通过调节可变电容数值，可有效调节天线的低频谐振点。

如图9和10所示为本发明实施例一、三的变形，区别在于金属短接块3的数量分别为3个或2个，可适用于天线种类较少或组合天线的情况。

综上所述，本发明在满足天线性能的前提下，采用无缝金属边框天线结构使得手机有质感和强度；利用可变电容，使得天线占用空间较小，通过调节可变电容的电容数值可有效调节天线的低频谐振点，能够覆盖LTE低频，并且辐射效率高；利用匹配元件实现了天线的多频工作，最终实现覆盖LTE频带；根据需要的天线种类及数量，利用金属短接块将金属器件和金属边框之间的缝隙分割成多个部分，其中只利用一段较长缝隙设计LTE天线，其他缝隙预留给其他天线，实现了更高的隔离度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或组合，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无缝金属边框天线结构，包括一无缝金属边框(2)、一天线馈电点(4)和一天线匹配点(5)；所述无缝金属边框(2)内设置有一金属器件(1)，所述无缝金属边框(2)和所述金属器件(1)之间形成一方形环缝隙(6)；其特征在于：在所述方形环缝隙(6)中设置所述天线馈电点(4)和所述天线匹配点(5)，所述天线匹配点(5)包括一可变电容。

2.根据权利要求1所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：还包括多个金属短接块(3)，所述多个金属短接块(3)设置于所述方形环缝隙(6)中，使得方形环缝隙(6)被分隔成多个缝隙，其中包括至少一L形或U形缝隙(7)。

3.根据权利要求2所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：在所述L形或U形缝隙(7)内、位于金属边框(2)侧边的金属短接块(3)附近设置所述天线馈电点(4)，在所述L形或U形缝隙(7)的一转角处设置所述天线匹配点(5)。

4.根据权利要求1所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述金属器件(1)的顶边与金属边框(2)之间的距离大于所述金属器件(1)的侧边与金属边框(2)之间的距离。

5.根据权利要求4所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述金属器件(1)的顶边与金属边框(2)之间的距离为7mm以上；所述金属器件(1)的侧边与金属边框(2)之间的距离为1.5mm以上。

6.根据权利要求5所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述金属器件(1)的顶边与金属边框(2)之间的距离为8mm；所述金属器件(1)的侧边与金属边框(2)之间的距离为2mm。

7.根据权利要求2所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述金属短接块(3)为4个，其中2个设置于方形环缝隙(6)的一对对角上，另2个则设置于方形环缝隙(6)的侧边中。

8.根据权利要求2所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述金属短接块为2或3个。

9.根据权利要求2所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述L形或U形缝隙中形成LTE天线。

10.根据权利要求1所述的无缝金属边框天线结构，其特征在于：所述天线匹配点(5)还包括一匹配元件。