CN105591190A - 一种全闭合金属边框天线及其mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全闭合金属边框天线及其MIMO天线，包括介质基板、围绕介质基板设置的全闭合的金属边框和设置于介质基板上的天线部分，所述金属边框和介质基板相连，所述天线部分设置于介质基板一端不大于5mm的净空区域内，所述金属边框和介质基板之间还设有非导电部分，所述非导电部分与净空区域相连通。该天线在小净空条件下，覆盖GSM、UMTS、LTE多个频段，无需隔离金属边框和介质基板，使得通讯设备的金属外壳完整，牢固性高，工艺上易于实现，及其窄净空设置，节省空间，在无需对天线结构进行修改，只是将其呈对角分布便可以在同一通信设备机台下组成具有良好隔离度的MIMO天线，实现多接收多发射的功能。

Description

一种全闭合金属边框天线及其MIMO天线

技术领域

本发明涉及天线领域，更具体地，涉及全闭合金属边框天线及其MIMO天线。

背景技术

近年来，无线技术发展迅速，手机逐渐成为了大众最主要的交流工具，尤其是4G网络的普及，进一步促使智能终端的更新换代。由于金属的质感和更牢固的结构，在手机外观方面，市场越来越青睐金属材质的使用。目前市面上的手机，大都采用金属边框作为其外框结构形式，但是正因为金属材质对电磁波有屏蔽辐射的特性，这也给手机的天线设计提出了更大的挑战。

目前，最流行的手机天线设计方案有Monopole、PIFA、Loop等形式，但这些方案都需要在手机的金属边框中存在一个或多个断点，通过这些断点将金属边框分为几段，用其中的一段或多段作为天线辐射的一部分，从而达到手机通讯频段要求。然而，这种在金属边框上增加断点的设计，不仅破坏了金属边框的美观和触感，也减弱了边框的结构强度。因此，金属边框无断点的天线设计方案成为了极具研究价值的方向。目前，这种天线设计方案案例较少，其中专利：CN204481128U一种带全封闭金属边框的移动终端及其LTE缝隙天线和CN104022349A基于完整频段智能手机天线，虽然提出采用缝隙天线形式的设计方案，但其金属边框与介质基板需完全隔离开，使得手机整机的牢固性变差，抗摔能力变弱，同时这种结构对工艺要求高，不便于实现，而且天线之间的隔离度差，不能达到当前手机的设计要求；另外专利CN104009282A基于全金属边框的七频段智能手机天线和CN103606736A一种全金属边框的新型LTE天线，都是在全闭合金属边框的手机环境中提出的天线设计方案，但是对于净空要求大，很难适用于当前手机留给天线部分的狭小空间，而且低频覆盖只有GSM850/900，难以满足现有宽频带设计的指标要求。于是，针对当前技术存在的净空要求大、频段覆盖不足、工艺要求高等缺点，提供一种新的基于全闭合金属外框的天线设计方案显得十分必要。

不仅如此，当前的手机射频工程师还不得不面对另一个新的难点，就是多接收多发射（MIMO：Multiple-InputMultiple-Output）技术（即使用了多个发射天线和接收天线，又称多入多出技术，可看做是分集技术的一种衍生，能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率），MIMO技术的使用直接迫使天线数量在狭小的手机终端环境中成倍的增加，这对天线之间的隔离度提出了更高的要求，故需要提供一种净空区域小、频段覆盖范围大、工艺要求低、隔离度高的MIMO天线。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种频段覆盖范围大的全闭合金属边框天线及其高隔离度的MIMO天线。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：提供一种全闭合金属边框天线及其高隔离度的MIMO天线，其中全闭合金属边框天线的天线方案充分利用全闭合金属边框与介质基板之间的部分缝隙进行辐射，并在缝隙中增加调谐器件，使得天线性能在小净空条件下，覆盖GSM、UMTS、LTE多个频段，在无需对天线结构进行修改，只是将其呈对角分布便可以在同一通信设备机台下组成具有良好隔离度的MIMO天线，实现多接收多发射的功能。

一种全闭合金属边框天线，包括介质基板、围绕介质基板设置的全闭合的金属边框和设置于介质基板上的天线部分，所述金属边框和介质基板相连，所述天线部分设置于介质基板一端不大于5mm的净空区域内，所述金属边框和介质基板之间还设有非导电部分，所述非导电部分与净空区域相连通。

根据权利要求1所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述非导电部分包括一长一短的狭长的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和第二缝隙中的其一设有调谐器件。

进一步的，所述第一缝隙和第二缝隙的长度由所需低频谐振位置确定。

进一步的，所述天线部分包括馈电部分、寄生部分和导电部分。

进一步的，所述导电部分由金属边框向净空区域弯折引出，将第二缝隙在净空区域中分割为两段。

进一步的，所述馈电部分一端直接连接金属边框，或通过电容连接金属边框进行间接馈电，另一端通过馈源连接介质基板的金属区域，所述馈电部分与金属边框的连接位置由所需调整的谐振确定。

进一步的，所述寄生部分由介质基板的金属区域向净空区域引出折弯设置后与金属边框形成缝隙，或者由金属边框向净空区域引出折弯设置后与介质基板的金属区域形成缝隙，所述寄生部分的位置和长度由所需高频谐振确定。

进一步的，所述天线部分形成三部分辐射体，包括第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体，所述第一辐射体为由馈电部分、金属边框和介质基板形成的第一缝隙段部分，所述第二辐射体为由馈电部分、金属边框和介质基板形成的第二缝隙段部分，所述第三辐射体由寄生部分形成。

进一步的，所述介质基板的金属区域为覆铜层。

一种MIMO天线，其特征在于：包括上述的全闭合金属边框天线，所述全闭合金属边框天线在通讯设备上对角分布设置。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供一种全闭合金属边框天线及其MIMO天线，充分利用全闭合金属边框与介质基板之间的部分缝隙进行辐射，并在缝隙中增加调谐器件，使得天线性能在小净空条件下，覆盖GSM、UMTS、LTE多个频段，无需隔离金属边框和介质基板，使得通讯设备的金属外壳完整，牢固性高，工艺上易于实现，及其窄净空设置，节省空间，在无需对天线结构进行修改，只是将其呈对角分布便可以在同一通信设备机台下组成具有良好隔离度的MIMO天线，实现多接收多发射的功能。

附图说明

图1为本发明实施例1全闭合金属边框天线结构示意图。

图2为本发明实施例1全闭合金属边框天线回波损耗图。

图3为本发明实施例1全闭合金属边框天线增加调谐器件后的天线回波损耗图。

图4为本发明实施例1全闭合金属边框天线的无源效率图。

图5为本发明实施例2全闭合金属边框天线的MIMO天线结构示意图。

图6为本发明实施例2MIMO天线中天线之间的隔离度图。

其中，1为金属边框，2为介质基板，101为馈电部分，102为寄生部分，103为导电部分，104为第一缝隙，105为第二缝隙，106为调谐器件连接端，107为馈点。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种全闭合金属边框天线，保留金属边框完整结构，无需隔离金属边框和介质基板，使得通讯设备的金属外壳完整，牢固性高，工艺上易于实现，及其窄净空设置，节省空间，天线设计方案使得频段覆盖范围大，具体的，本实施例提供的全闭合金属边框天线包括介质基板1，全闭合的金属边框2和天线部分3，其中，所述的介质基板呈长方形块状，全闭合金属外框1绕介质基板2一圈，并和介质基板2相连。介质基板上包括金属区域和净空区域，介质基板2的表面设有覆铜层作为金属区域，其两端设置有最大5mm的净空区，本实施例净空区域的宽度为4mm，天线部分3处于该净空区内。全闭合金属边框1和介质基板2之间设有适当宽度的非导电部分，且非导电部分与天线部分3所处的净空其余相连通。非导电部分可以通过在介质基板2中开槽实现。在本实施案例中，设置有一长一短的两条狭长的缝隙，具体为在介质基板的一侧设置长缝隙段即第一缝隙段104，在另一侧设置短缝隙段即第二缝隙段105。缝隙的长度可以根据实际情况来调整,本实施案例中长缝隙段长度在90-95mm最优，短缝隙段长度在35-40mm最优。

天线部分包括馈电部分101、寄生部分102、导电部分103和辐射部分，其中，给天线部分进行信号馈送与接收，馈电部分可以直接和辐射部分相连，进行直接馈电，也可以通过电容式进行间接馈电，馈电部分101连接馈源107，进行信号的收发。

所述寄生部分位于所述介质基板的净空区域，可以与介质基板的覆铜区相连，也可以与全闭合金属外框相连。

辐射部分包括第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体，第一辐射体为由馈电部分101、金属边框1和介质基板2所形成的第一缝隙段部分、第二辐射体为由馈电部分101、金属边框1和介质基板2所形成的第二缝隙段部分，第三辐射体为寄生部分102。其中第一辐射体主要形成低频谐振，且第一缝隙的长度和宽度可以用来调整低频的谐振位置；为了进一步地拓宽低频的带宽，在第一缝隙和第二缝隙的任一缝隙段设置一个调谐器件，用于控制该部分的走线状态；所述的调谐器件的输出阻抗值可调。本实施例在第一缝隙104选取合适的位置摆放调谐器件106，将调谐器件106设置在第一缝隙104的中部偏尾部的位置上，并通过选取不同的输出阻抗值来获得不同的低频谐振位置，实现低频的切换，达到低频段覆盖704-960MHz的效果。第二辐射体产生高频谐振第一、二谐振，在本实施案例中，所述的第二缝隙105的介质基板净空区域内增加导电部分103，导电部分的一端与金属边框连接，另一端向净空区域弯折延伸。该导电部分将第二缝隙105在净空区域分割成两段缝隙，从而拓宽了高频带宽。第三辐射体是寄生部分102，寄生部分102的一端与介质基板的金属部分连接，另一端处于天线所处的净空区内呈弯折结构。寄生部分102产生高频第三谐振，且寄生部分102的位置以及长度可以用来优化高频第三谐振。案例中最优的长度范围为10～15mm，其中13mm最优。

参考图2、3，为本实施例中的天线的回波损耗图，从图中可知，本发明满足高频1710-2170MHz、2300-2700MHz的覆盖；增加调谐器件后，选择不同输出阻抗值实现对低频的切换，通过三种状态能够满足低频704-960MHz的设计指标。

参考图4，为本实施例中的天线无源效率图，State1、State2和State3为使用调谐器件后低频三个状态的切换效果，在实际应用中，调谐器件可以根据不同的应用场景进行自动切换，从而使得无线终端获得最优的通讯效果。

实施例2

如图5所示，本实施例为实施例1所述的全闭合金属边框天线的MIMO天线设计方案，在实施例1的基础上天线结构复制到与该机台的中心点成斜对角的位置上，两个天线呈对角分布在同一个终端中组成MIMO天线。由于本发明的天线设计方案的优势，金属边框1和介质基板2仍然能通过金属块31、32连接在一起，确证了两个天线不受干涉，具有各自独立性，从而使得天线具有高隔离度特性。MIMO11天线和MIMO22天线的形式都是一样的，具有一样的天线性能。当然，两个天线也可以根据不同的实施案例来获得不同性能，具体的调节方法在实施例1中已详细描述。在实际使用中，可以将MIMO天线11称之为主天线，则MIMO天线22称之为分集天线，两者协同工作，为手机提供良好的天线性能要求。当然，对天线的称谓，此处不做限制。

如图6所示，为本实施案例中的组成的MIMO天线之间的隔离度图，其中两个天线的状态均为上文所说的State2状态，从图中可知，在选定的频段中，两个天线之间的隔离度最差值都能满足手机天线的设计指标。

综上所述，本发明提供了一种基于全闭合金属边框的天线设计方案，该方案在金属边框与介质基之间设置非导电部分，即第一缝隙和第二缝隙，通过充分利用该缝隙进行辐射，产生所需的谐振频率，并在其中缝隙段设置调谐器件，进一步拓宽了频段带宽，使得本方案能够获得GSM、UTMS、LTE的通讯带宽要求。进一步地，本发明的天线设计方案能够在同一带全闭合金属外框的的机台下组成具有高隔离度的MIMO天线。

需要说明的是，以上所述的实施仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，本发明适用于不同尺寸的移动设备，在不脱离本发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做的任何显而易见的移动，替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全闭合金属边框天线，包括介质基板、围绕介质基板设置的全闭合的金属边框和设置于介质基板上的天线部分，其特征在于：所述金属边框和介质基板相连，所述天线部分设置于介质基板一端不大于5mm的净空区域内，所述金属边框和介质基板之间还设有非导电部分，所述非导电部分与净空区域相连通。

2.根据权利要求1所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述非导电部分包括一长一短的狭长的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和第二缝隙中的其一设有调谐器件。

3.根据权利要求2所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述第一缝隙和第二缝隙的长度由所需低频谐振位置确定。

4.根据权利要求1所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述天线部分包括馈电部分、寄生部分和导电部分。

5.根据权利要求4所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述导电部分由金属边框向净空区域弯折引出，将第二缝隙在净空区域中分割为两段。

6.根据权利要求4所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述馈电部分一端直接连接金属边框馈电，或通过耦合板对金属边框进行间接馈电，另一端通过馈源连接介质基板的金属区域，所述馈电部分与金属边框的连接位置由所需调整的谐振确定。

7.根据权利要求4所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述寄生部分由介质基板的金属区域向净空区域引出折弯设置后与金属边框形成缝隙，或者由金属边框向净空区域引出折弯设置后与介质基板的金属区域形成缝隙，所述寄生部分的位置和长度由所需高频谐振确定。

8.根据权利要求4所述的全闭合金属边框天线，其特征在于：所述天线部分形成三部分辐射体，包括第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体，所述第一辐射体为由馈电部分、金属边框和介质基板形成的第一缝隙段部分，所述第二辐射体为由馈电部分、金属边框和介质基板形成的第二缝隙段部分，所述第三辐射体由寄生部分形成。

9.根据权利要求4所述的全闭合金属边框天线，所述介质基板的金属区域为覆铜层。

10.一种MIMO天线，其特征在于：包括权利要求1～9任意一项所述的全闭合金属边框天线，所述全闭合金属边框天线在通讯设备上对角分布设置。