CN105140646B - 带电感的金属环天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电感的金属环天线结构，包括一无缝金属环，所述金属环的第一侧边内侧设有天线接地点，所述金属环的第二侧边内侧设有天线馈电点，所述金属环第二侧边内侧设有一端与金属环连接的电感，所述电感位于所述天线馈电点的上方。本发明结构简单、能够覆盖整个蜂窝频段，电感的引入能够改善天线高频段的匹配性能，通过调节电感的位置或参数值可以调整天线的工作频率。

Description

带电感的金属环天线结构

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种带电感的金属环天线结构。

背景技术

作为一个有吸引力的设计，目前一部分智能手机已经采用金属环外壳，所述金属环可作为天线使用，从而节省手机内部空间，用于其他功能的开发和改进。如中国实用新型专利CN203617416U即公开了一种无缝金属环手机天线，包括壳体，所述壳体的外围设置导电外围壳体构件，所述壳体的内部设置其他电路模块。然而，为了避免PCB电路板对金属环天线的干扰，保证天线能够在全频带(698MHz960MHz及1710MHz-2690MHz)正常工作，通常PCB电路板和天线之间需要2mm以上的间隙，从而会减少手机显示屏的尺寸，而这与目前智能手机大屏化的需求是矛盾的。因此，有必要对金属环天线结构做出一些改进，以满足当前智能手机的设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够覆盖整个蜂窝频段的无缝金属环天线结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种带电感的金属环天线结构，包括一无缝金属环，所述金属环的第一侧边内侧设有天线接地点，所述金属环的第二侧边内侧设有天线馈电点，所述金属环第二侧边内侧设有一端与金属环连接的电感，所述电感位于所述天线馈电点的上方。

本发明的有益效果在于：结构简单、能够覆盖整个蜂窝频段，电感的引入能够改善天线高频段的匹配性能，通过调节电感的位置或参数值可以调整天线的工作频率。

附图说明

图1为本发明实施例一的天线结构示意图；

图2为本发明实施例一的天线结构的S参数模拟结果示意图；

图3为本发明实施例二的匹配网络电路示意图；

图4为本发明实施例一和实施例二的天线反射系数的比较示意图；

图5为本发明实施例一和实施例二的天线总辐射效率的比较示意图；

图6为本发明实施例三的天线结构示意图；

标号说明：

0、坐标原点；1、金属环；2、天线接地点；3、天线馈电点；4、电感；5、接地板；6、上净空区；7、下净空区；8、环形缝隙；9a-9d、接地条；10、匹配网络；11、天线端口。

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:在无缝金属环天线与PCB板之间设置了一电感，通过改变其位置或参数值可调节天线的高频性能；在PCB的接地板的四个角上形成接地条，能够降低低频段的截止频率，提高天线性能。

请参照图1，一种带电感的金属环天线结构，包括一无缝金属环，所述金属环的第一侧边内侧设有天线接地点，所述金属环的第二侧边内侧设有天线馈电点，所述金属环第二侧边内侧设有一端与金属环连接的电感，所述电感位于所述天线馈电点的上方。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：结构简单、能够覆盖整个蜂窝频段，电感的引入能够改善天线高频段的匹配性能，通过调节电感的位置或参数值可以调整天线的工作频率。。

进一步的，所述金属环内部包括一PCB板，所述金属环与PCB板之间的环形缝隙宽度为1mm，且所述环形缝隙填充有PC-ABS材料；所述电感位于所述间隙内。

进一步的，所述PCB板上包括一接地板、一上净空区和一下净空区，所述电感的另一端与所述接地板连接。

由上述描述可知，由于电感降低了PCB板对金属环天线的干扰，因此PCB板与金属环之间的缝隙可以做到更小，增加了显示屏尺寸。

进一步的，所述PCB板的接地板包括多个接地条，分别位于上净空区和/或下净空区的两侧。

进一步的，所述接地条为4个，分别位于上净空区和下净空区的两侧，且其中一个接地条为L形。

由上述描述可知，接地条的引入可以降低低频段的截止频率，扩大天线的工作频带。

进一步的，所述天线馈电点连接一天线匹配网络。

进一步的，所述天线接地点与PCB板底边之间的距离大于所述天线馈电点与PCB板底边之间的距离。

由上述描述可知，增加匹配网络能够改善天线的低频匹配性能。

实施例一

请参照图1，其中左侧为正视图，中间为左视图，右侧为右视图，本发明的实施例一为：一种带有电感的金属环天线结构，适用于手机、掌上电脑、iPAD等移动设备，包括作为天线的无缝金属环1，金属环1内侧设有PCB板，所述PCB板包括接地板5、上净空区6和下净空区7；金属环1和PCB板之间形成环形缝隙8，所述缝隙的宽度，即金属环与PCB板之间的间距为0.8-1.2mm，优选1mm，这样可以最大程度的扩大显示屏的尺寸，满足消费者对大尺寸屏幕的需求，所述环形缝隙8内填充有PC-ABS材料以作为天线盒；所述金属环1的第一侧边内侧的环形缝隙中设有天线接地点2，所述金属环1的第二侧边内侧的环形缝隙中设有天线馈电点3，所述天线接地点2和天线馈电点3将所述金属环分成两个部分，优选的，所述天线接地点与PCB板底边之间的距离大于所述天线馈电点与PCB板底边之间的距离；所述第二侧边内侧的环形缝隙8中还设置有一电感4，所述电感4连接于金属环1和PCB板的接地板5之间，且位于天线馈电点3的上方。

本发明在金属环与PCB板之间的缝隙内引入一个与金属环和PCB板的接地板电连接的电感4，能够降低PCB板对天线的干扰，因此环形缝隙8的宽度可降低到1mm左右，最大限度的提高显示屏尺寸。同时所述电感能够使天线在整个高频段(2220MHz-2540MHz)得到匹配，改变电感的位置或参数值可以改变天线的工作频率。下面以一个具体的实验案例来说明，以PCB板的左下角作为坐标原点0，宽度方向为X方向，长度方向为Y方向，厚度方向为Z方向。所述PCB板宽度s为70mm，长度l为135mm，厚度h则为5mm。天线接地点2位于Y方向59mm处，天线馈电点位于Y方向17mm处，电感位于Y方向20mm处，上净空区和下净空区在Y方向的长度尺寸分别为8mm和10mm。图2所示为本实施例天线结构的S参数在电感4取不同参数值时的模拟结果示意图，可以看到，当没有电感4或电感值为2nH时，高频段(high band)的一部分S参数在6dB以下，不能很好地匹配整个高频段；当电感值为10nH时，则有所改进，仅在2.2GHz左右有一小段略低于6dB；当电感值为6nH时，则整个高频段的S参数均在6dB以上，可见，通过改变电感值可以调节天线的高频匹配性能。

实施例二

请参照图3，本发明的实施例二在实施例一的基础上增加了一匹配网络10，所述匹配网络设置在天线馈电点3和PCB板之间，包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和第二电感L2，所述第一电容C1和第二电容C2串联连接，且一端连接天线馈电点3，其中天线馈电点3优选为50欧姆端口，另一端连接PCB板的天线端口11；第一电感L1一端连接第一电容C1和第二电容C2的共同端，另一端接地；第二电感L2的一端连接PCB板的天线端口11，另一端接地。

如图4所示为本发明实施例一(无匹配网络)和实施例二(有匹配网络)的天线反射系数的比较示意图，为了使天线达到最大辐射，反射系数越小越好，回波损耗则正好与反射系数相反。因此，在没有形成驻波的情况下，回波损耗应尽可能大以实现天线的最大辐射，这可由电压驻波比VSWR来定义或比较。通常，3:1的电压驻波比(反射系数-6dB或回波损耗6dB)是可接受的匹配性能。从图4可以看出，没有匹配网络时，虽然天线能够覆盖几乎整个高频段1710-2690MHz，但是在低频段则有很大一部分无法匹配；增加了匹配网络以后，则能够匹配几乎整个蜂窝频段，仅很小一部分的回波损耗在5dB左右。

如图5所示为本发明实施例一(无匹配网络)和实施例二(有匹配网络)的天线总辐射效率的比较示意图，通常天线总辐射效率在无障碍空间应达到低频段-4dB，高频段-3dB，从图5可以看到，除了高频一小段以外，有匹配网络和无匹配网络时均能达到很好的辐射效率。

对于单馈电点的无缝金属环天线来说，要想同时匹配低频段(698MHz-960MHz)和高频段(1710MHz-2690MHz)是个挑战，实施例一中通过引入金属环与接地板之间的电感提高了高频段的匹配性能，而实施例二中通过一个简单的匹配网络即能使低频段也达到很好的匹配性能，实现了整个蜂窝频段的高性能。

实施例三

请参照图6，本发明的实施例三在实施例一或实施例二的基础上进一步增加了接地条9a-9d，所述接地条为接地板5的一部分，位于接地板5的四个角上，且突出延伸至上净空区和下净空区的两侧。优选的，位于上净空区6两侧的接地条9a和9b为直条形，其在Y方向上的尺寸与上净空区一致，例如8mm，X方向上的尺寸则为例如2mm；下净空区左侧的接地条9c为L形，L形的每一段的宽度均为例如2mm，L形的长边沿着Y方向延伸，且在Y方向的尺寸比下净空区略小，例如为9mm，短边则沿着X方向向下净空区的右侧延伸，且在X方向上的尺寸例如为4mm；下净空区右侧的接地条9d为直条形，其在Y方向上的尺寸比下净空区略小，例如9mm，X方向上的尺寸则为例如2mm。

通过引入上述接地条，可以使天线的截止频率更接近698MHz，实验表明，接地条的引入可以将截止频率由810MHz迁移至775MHz，扩大了天线的低频带宽，进一步提高了天线性能。

需要说明的是，接地条也可以仅有三个或两个，例如可以仅设置L形的接地条9c和直条形的接地条9a、9b、9d中的任一一个或两个。

综上所述，本发明提供的带电感的金属环天线结构，具有结构简单、覆盖整个蜂窝频段等特点，其中调节电感的位置或参数值可以改善高频段匹配性能，匹配网络则可以改善低频段的匹配性能；而接地条的引入则可以进一步降低截止频率，扩大天线工作频段。

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 (3)

1.一种带电感的金属环天线结构，包括一无缝金属环，所述金属环的第一侧边内侧设有天线接地点，所述金属环的第二侧边内侧设有天线馈电点，其特征在于：所述金属环第二侧边内侧设有一端与金属环连接的电感，所述电感位于所述天线馈电点的上方；所述金属环内部包括一PCB板，所述金属环与PCB板之间的环形缝隙宽度为1mm，且所述环形缝隙填充有PC-ABS材料；所述电感位于所述环形缝隙内；所述PCB板上包括一接地板、一上净空区和一下净空区，所述电感的另一端与所述接地板连接；所述PCB板的接地板包括多个接地条，分别位于上净空区和/或下净空区的两侧；所述接地条为4个，分别位于上净空区和下净空区的两侧，且其中一个接地条为L形。

2.根据权利要求1所述的带电感的金属环天线结构，其特征在于：所述天线馈电点连接一天线匹配网络。

3.根据权利要求1所述的带电感的金属环天线结构，其特征在于：所述天线接地点与PCB板底边之间的距离大于所述天线馈电点与PCB板底边之间的距离。