CN105161865A - 一种金属框lte天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属框LTE天线，包括一金属框和一接地板，所述接地板设置在所述金属框内，所述金属框内设有一净空区，所述金属框的两侧边对称设有两个开缝；所述净空区内设有一带通滤波器，所述带通滤波器一端连接所述金属框，另一端连接所述接地板。本发明仅利用金属框作为天线辐射元件，并采用无源的带通滤波器以及一个附加的电感和一个匹配电路实现全频LTE的功能，与现有技术的有源频带开关相比，本发明所述的天线具有结构简单，成本低，占用空间小，降低了设计及制造复杂度，且能够覆盖整个LTE频带。

Description

一种金属框LTE天线

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种带有金属框手持设备的全频LTE天线。

背景技术

随着LTE(longtermevolution)技术的快速发展，越来越多的便携式设备已经能够支持LTE功能，LTE技术对天线带宽在低频段和高频段的要求通常是在698-960MHz和1.710-2.690GHz。另一方面，为了增加移动设备的外观，金属外框的便携设备已被广泛使用。近来，基于金属框架的天线已被提出，但在大多数基于金属框架的天线中，金属框架仅作为天线辐射元件的一部分，这意味着天线还包含其它金属部分作为主天线的辐射元件，这种情况下，金属框架和位于天线载体上的天线辐射元件之间的电磁场耦合或相互作用是很强的，这将会增加天线设计的难度。此外，这种天线设计(即使是在使用匹配电路的情况下)很难达到覆盖LTE的所有频段,同时位于天线载体上的用于天线辐射元件也将增加天线的成本和制造复杂性。因此，如果能够将金属框架作为唯一的天线辐射元件是最理想的，不但简化了天线设计的过程，也降低了成本和制造复杂性。

最近，虽然有些能支持LTE的手机(比如IPHONE6)的天线是仅用金属框架作为天线的辐射元件，但是为了覆盖整个LTE频带，通常需要利用一个能把整个频段分成几个子频段的频带开关以及用于调节谐振频率的可调谐的电容器，通过有源的频带开关进行频带切换，有时用于调整天线谐振频率的有源的可调谐电容器将和频带开关同时使用，该频带开关和可调电容器的使用不仅使结构复杂，占用空间大，而且由于频带的分割也使得无法在某个特定的开关状态下覆盖具有较宽带宽的频段，比如LTE频段28。对于在天线设计中使用了有源元件(比如频带开关和可调电容器)的天线结构一般被称为有源天线结构。由于上述现有基于金属框LTE天线技术的缺点和不足，有必要研究或开发出一种更方便简洁的基于金属框的全频LTE天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、占用空间小、仅以金属框架作为天线辐射元件且能够覆盖整个LTE频带的金属框LTE无源天线结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种金属框LTE天线，包括一金属框和一接地板，所述接地板设置在所述金属框内，所述金属框内设有一净空区，所述金属框的两侧边对称设有两个开缝；所述净空区内设有一无源带通滤波器，所述带通滤波器一端连接所述金属框，另一端连接所述接地板。

进一步的，所述净空区内还设有一附加电感，所述附加电感一端连接所述金属框，另一端连接所述接地板。

进一步的，所述净空区内还设有一USB接口。

进一步的，所述无源带通滤波器和所述附加电感分别位于所述USB接口的两侧。

进一步的，所述带通滤波器包括串联连接的一电感和一电容。

进一步的，所述净空区内还设有一天线馈电点。

进一步的，所述天线馈电点通过一匹配电路连接至所述金属框。

进一步的，所述两个开缝位于所述净空区与所述接地板相接处。

进一步的，所述两个开缝的宽度为1.0-2.0mm。

本发明的有益效果在于：仅利用金属框作为天线辐射元件，并采用无源器件如由电感和电容组成的带通滤波器以及一个附加电感，实现了仅用金属环作为天线辐射体的全频段LTE天线设计。与现有有源天线技术相比，本发明具有结构简单，成本低，占用空间小，降低了设计及制造复杂度，且能够覆盖整个LTE频带的特点。

附图说明

图1为本发明的金属框LTE天线结构示意图；

图2为本发明的基于金属框的全频LTE天线的电路原理(包含匹配电路)示意图；

图3为本发明的天线S参数模拟结果；

图4为本发明的天线总辐射效率模拟结果；

图5为本发明天线中各个部分(带通滤波器、附加电感、和匹配电路)对天线S参数的影响；

图6为本发明带通滤波器在不同电感值时对天线S参数的影响。

标号说明：

1、金属框；2、接地板；3、开缝；4、净空区；5、带通滤波器；6、USB接口；7、天线馈电点；8、附加电感；9、匹配电路。

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:仅利用金属框作为天线辐射元件，并采用无源的带通滤波器代替现有技术的有源频带开关，不仅结构简单，占用空间小，而且能够有效覆盖LTE全频带。

请参照图1，一种金属框LTE天线，包括一金属框1和一接地板2，所述接地板2设置在所述金属框1内，所述金属框1内设有一净空区4，所述金属框1的两侧边对称设有两个开缝3；所述净空区4内设有一带通滤波器5，所述带通滤波器5一端连接所述金属框1，另一端连接所述接地板2；所述净空区4内还设有一个附加电感，所述附加电感8一端连接所述金属框1，另一端连接所述接地板2。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：仅利用金属框作为天线辐射元件，并采用无源的带通滤波器代替现有技术的有源频带开关，结构简单，成本低，占用空间小，降低了设计和制造复杂度，且能够覆盖整个LTE频带。

进一步的，所述净空区内还设有一USB接口。

进一步的，所述带通滤波器和所述附加电感分别位于所述USB接口的两侧。

由上述描述可知，利用额外的附加电感可以有效调节高频段在1.7GHz处的天线性能。

进一步的，所述带通滤波器包括串联连接的一电感和一电容。

由上述描述可知，带通滤波器是操作方便的无源器件，结构简单，占用空间小；其目的是用于有效地调节高频段在2.4GHz处的天线性能。

进一步的，所述净空区内还设有一天线馈电点。

进一步的，所述天线馈电点通过一匹配电路连接至所述金属框。

由上述描述可知，利用匹配电路可以改善天线的低频段性能。

进一步的，所述开缝位于所述净空区与所述接地板相接处。

进一步的，所述开缝的宽度为1.0-2.0mm。

具体地，如图1所示，本发明的实施例为：一种金属框LTE天线，包括一金属框1和一接地板2，其中金属框1作为唯一的天线辐射体，无需在金属框内设置额外的天线辐射体；所述接地板2设置在所述金属框1内，所述金属框1内一端设有一净空区4；所述金属框1的两个侧边上对称设有两个开缝3，所述两个开缝位于净空区4和接地板2相接处，所述两个开缝的宽度为1.0-2.0mm，优选1.2-1.5mm，开缝宽度过大影响美观，过小则会导致电流串流或短路；所述净空区4内设有一带通滤波器5、一USB接口6、一天线馈电点7，一附加电感8。所述USB接口6通常位于净空区的中心位置；所述天线馈电点7连接所述金属框1，可设于USB接口6旁边，较佳的，所述天线馈电点7可通过一匹配电路连接至所述金属框，匹配电路主要用于控制天线低频段性能；所述带通滤波器5包括串联连接的一电容和一电感，为非有源器件，结构简单，占用空间小，该带通滤波器用于控制高频段在2.4GHz处的性能；所述带通滤波器一端连接所述金属框1，另一端连接所述接地板2，带通滤波器5和天线馈电点7分别位于USB接口6的两侧；所述附加电感8用于控制或调节高频段在1.7GHz处的性能，所述附加电感的一端与所述金属框1连接，另一端与所述接地板2连接，附加电感位于天线馈电点7的一侧。

图2为本发明的基于金属框的全频LTE天线的电路原理(包含带通滤波器5、附加电感8和匹配电路9)。如图3和4所示分别是本发明实施例的天线S参数和总辐射效率的模拟结果；以70毫米(宽)×140毫米(长)x5mm的(高)尺寸的手机天线为例，可以看到该天线可以很好地覆盖整个LTE频带，天线的S参数和总辐射效率在低频段0.7GHz、0.96GHz、高频段1.71GHz、2.7GHz均能够满足基本通讯需求。

为了进一步揭示天线不同部分即带通滤波器、附加电感、以及匹配电路对天线性能的影响，图5给出了天线S参数在以下四种情况下的天线S参数曲线：没有带通滤波器和附加电感、只有带通滤波器、有带通滤波器和附加电感、以及最终带有所有所述三部分器件和低端的匹配电路。从图5中可以看出，当没有任何器件时天线本身有三个谐振，一个是在LTE低端的0.85GHz，两个是在LTE高端的1.6GHz和2.6GH,但是仅仅有这三个谐振不能满足对天线性能的要求。从图5中还可以看出，在引进带通滤波器、附加电感以及匹配电路，天线的性能将得到有效的改进。特别带通滤波器的作用是引入在2.3GHz左右的一个谐振；附加电感可以把1.6GHz处的谐振移至1.9GHz，从而增强天线在1.7-2.2GHz频率内的天线性能；匹配电路的主要贡献是改变LTE低端的天线性能，特别所述匹配电路使得LTE低端原来只具有单一谐振频率变成具有两个谐振频率的情况，从而有效地增加了LTE低端的带宽。

如前所述，所述带通滤波器由一个电容和一个电感串联组成，谐振频率以及滤波器的品质因素Q值是由电感和电容的参数值来确定。如图6所示为在不同电感值时天线S参数的模拟结果，三条曲线分别对应电感为L＝L0，0.7xL0和1.3xL0，其中L0为模拟得到的电感理想值，可以看到，不同的电感参数在高频段对天线性能的作用非常重要，通过调节电感值可以很好的覆盖整个高频带。此外，从图6也可以看出，由于带通滤波器的谐振频率在高频带的频率范围内，因此，不同电感参数只在高频段产生影响，在低频段的影响却可以忽略。

综上所述，本发明仅利用金属框作为天线的唯一辐射元件，并采用带通滤波器代替现有技术的频带开关，本发明具有结构简单，成本低，占用空间小，降低了设计和制造复杂度；同时利用阻抗匹电路改善LTE低频段性能，利用附加电容进一步改善LTE高频段性能，使得天线能够覆盖整个LTE频带。

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 (9)

1.一种金属框LTE天线，包括一金属框和一接地板，所述接地板设置在所述金属框内，所述金属框内设有一净空区，其特征在于：所述金属框的两侧边对称设有两个开缝；所述净空区内设有一带通滤波器，所述带通滤波器一端连接所述金属框，另一端连接所述接地板。

2.根据权利要求1所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述净空区内还设有一附加电感，所述附加电感一端连接所述金属框，另一端连接所述接地板。

3.根据权利要求2所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述净空区内还设有一USB接口。

4.根据权利要求3所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述带通滤波器和所述附加电感分别位于所述USB接口的两侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述带通滤波器包括串联连接的一电感和一电容。

6.根据权利要求1-4任一项所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述净空区内还设有一天线馈电点。

7.根据权利要求6所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述天线馈电点通过一匹配电路连接至所述金属框。

8.根据权利要求1-4任一项所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述两个开缝位于所述净空区与所述接地板相接处。

9.根据权利要求1-4任一项所述的金属框LTE天线，其特征在于：所述两个开缝的宽度为1.0-2.0mm。