CN105609956B - 一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，包括金属背盖，金属背盖被分段缝隙分为上段、中段和下段，还包括一端与上段相连，另一端设置于中段上的介质电路板，所述介质电路板表面设有覆铜层，介质电路板一端上侧的上段处为净空区域，净空区域上设有天线走线，所述天线走线包括分集接收天线走线和耦合馈电天线走线。该天线方案在净空需求小的前提下，有效利用金属背盖和现有的调谐技术，实现分集接收天线带宽698‑960MHz、1805‑2170MHz、2300‑2690MHz等多频段覆盖效果，同时也实现了分集接收天线和耦合馈电GPS/Wifi/BT三合一天线之间的高隔离度设置，天线效率高、覆盖频带宽。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及的是一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线。
背景技术
随着苹果IPHONE 6/6S的发布和热销，带有金属元素的手机外观再次成为行业话题。而在此前的智能手机产品中，金属早已大量应用在手机机体中，包括常见的金属按键、金属边框、铝制外壳等，其实在手机中使用金属元素已是一项非常成熟的工艺。
首先最直观的感受则是金属元素的加入可以给手机带来更精致的外观，相比于塑料机身显得更具质感和手感;另外借助于金属边框或机身框架，可以让产品的整体强度更高，并且在传导性上更强;此外金属元素的加入可以使得产品的设计更加灵活，例如实现更具有美感的机身边角等，金属的质感能够提升手机的档次，增加奢华之感。当然增强质感只是一个方面，由于金属材质的特性，具备极高的强度和柔性，相比塑料后可更耐用，在抗刮擦等方面表现也很好。
在手机中加入金属元素，提升了手机的外观、质感及整体性能，但手机中普遍使用金属工艺对于手机天线的设计也带了更大的挑战，目前金属边框的手机天线设计已经不存在瓶颈，但针对全金属背盖手机的天线设计，特别是全金属背盖手机的多天线并存的设计，业内还没有比较完整且有可靠性的方案。
目前，最流行的分段式金属背盖手机常用的天线设计方案有PIFA和Loop等形式，但这些方案在利用金属背盖作为天线辐射单元的基础上往往很难在保证隔离度的情况下又能满足两支小天线的性能；或者在保证小天线辐射性能满足要求的情况下，两支天线之间的隔离度却又不能满足指标要求。因此，高隔离度分段式金属背盖小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，加上主流金属背盖手机小天线往往做在手机上端，且前后摄像头、受话器、传感器、指纹识别、虹膜识别等等、都是智能手机标配，因此使得天线环境相对复杂，于是，针对当前技术存在的隔离度差、天线环境苛刻、频段覆盖不足等缺点，提供一种新的基于分段式金属背盖的高隔离度天线设计方案显得十分必要。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是针对目前分段式金属背盖手机设计中环境更为复杂的小天线，合理选择天线形式，在都利用金属背盖的前提下，既满足天线的辐射性能指标，也满足相互之间隔离度的指标要求的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，包括金属背盖，金属背盖被分段缝隙分为上段、中段和下段，还包括一端与上段相连，另一端设置于中段上的介质电路板，所述介质电路板表面设有覆铜层，介质电路板一端上侧的上段处为净空区域，净空区域上设有天线走线，所述天线走线包括分集接收天线走线和耦合馈电天线走线。
进一步的，所述分集接收天线走线和耦合馈电天线走线分别位于净空区域的两侧。
进一步的，所述分集接收天线走线包括馈电点、第一匹配电路、第一馈地点、馈地可变电容和寄生走线，所述馈电点一端连接上段边缘，另一端连接第一匹配电路，所述寄生走线由第一匹配电路一侧的介质电路板向上延伸并折弯设置，所述第一馈地点一端连接上段边缘，另一端通过馈地可变电容连接介质电路板。
进一步的，所述第一匹配电路为由电感和电容组成的π网络形式。
进一步的，所述馈地可变电容的容值范围为0.82pF~2.2pF。
进一步的，所述上段和介质电路板之间设有调谐器件，所述调谐器件的阻抗值可调。
进一步的，所述耦合馈电天线走线包括耦合馈电片、第二匹配电路、第二馈地点、金属辐射片和金属辐射片与上段之间形成的迂回缝隙，所述耦合馈电片设置于靠近上段的底部，耦合馈电片一端连接上段的边缘，梯状折弯后另一端通过第二匹配电路连接介质电路板，所述金属辐射片设置于耦合馈电片的上方由上段边缘向介质电路板延伸后两次折弯设置，所述第二馈地点设于上段和中段之间的分段缝隙靠近金属辐射片处。
进一步的，所述耦合馈电片和金属辐射片之间设有非金属材料。
进一步的，所述第二匹配电路包括一端连接耦合馈电片，另一端接地的电感。
进一步的，所述净空区域最大宽度为5mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，采用多天线共用金属背盖的方案，并采用不同的天线形式设计分集天线和耦合馈电GPS/Wifi/BT三合一天线，该天线方案在净空需求小的前提下，有效利用金属背盖和现有的调谐技术，实现分集接收天线带宽698-960MHz、1805-2170MHz、2300-2690MHz等多频段覆盖效果，同时也实现了分集接收天线和耦合馈电GPS/Wifi/BT三合一天线之间的高隔离度设置，天线效率高、覆盖频带宽。
附图说明
图1为本发明天线平面结构示意图。
图2为本发明天线立体结构图。
图3为图1除去介质电路板的天线走线部分的部分结构截图。
图4为图2天线走线部分的部分结构截图。
图5为图4除去金属辐射片后的天线走线部分的部分截图。
图6为本发明实施例的分集接收天线电路匹配图。
图7 本发明实施例耦合馈电天线即GPS/Wifi/BT三合一天线电路匹配图。
图8 本发明实施例耦合馈电天线即GPS/Wifi/BT三合一天线的仿真回波损耗图。
图9是本发明实例分集接收天线仿真回波损耗图。
图10是本发明实例实物的分集接收天线回波损耗图。
图11是本发明实例实物的耦合馈电天线即GPS/Wifi/BT三合一天线的回波损耗图。
图12是本发明实例实物的分集接收天线和GPS/Wifi/BT三合一天线的隔离度。
图13本发明实施例实物的分集接收天线辐射效率表。
图14 本发明实施例实物的耦合馈电天线即GPS/BT/WiFi三合一天线辐射效率表。
其中，1为上段，2为介质电路板，3为中段，4为分段缝隙，5第二馈地点，6为下段，7为分集接收天线走线，8为耦合馈电天线走线，101为馈电点，102为第一匹配电路，103为第一馈地点，104为馈地可变电容，105为寄生走线，106为金属辐射片，107为迂回缝隙，108为耦合馈电片，109为第二匹配电路。
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。
如图1-9所示，在本实施案例中，本发明提供的天线方案为金属背盖手机的分集接收天线和耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线的高隔离度设计方案，该方案在仿真模拟中能够获得良好的性能，如图10-14所示，在本实施案例中，本发明提供的天线方案在实物模拟中能够获得良好的性能；其中金属背盖分集接收天线利用金属背盖作为天线辐射体，并在一段天线辐射体上增加调谐器件，使得金属背盖分集接收天线覆盖GSM、UMTS、LTE多个接收频段。
所述分集接收天线为由部分金属背盖及带激光镭射支架天线组成的IFFA天线形式，所述GPS/WiFi/BT三合一天线由部分金属背盖和带支架的柔性电路板天线组成的缝隙天线形式。
具体的，如图1、2所示，该天线结构主要包括三段式的金属背盖、介质电路板2和天线走线；金属背盖被上下两条分段缝隙4分为上段1、中段3、下段6，分段缝隙宽度为1.5~2mm，本实施例为1.5mm，且根据手机环境设定分段缝隙于距离板边20mm左右处上段和介质电路板2的一端相连，介质电路板的另一端设置在中段上。介质基板2呈长方形且表面设有覆铜层，其上端的上段1部分设置有最大5mm的净空区域。如图3所示，是本实施案例中分段式金属背盖的高隔离度天线走线的整体布局，其中左侧为分集接收天线走线7，右侧为耦合馈电天线走线，本实施例的耦合馈电天线为GPS/BT/WiFi三合一天线。
参考图3、4左侧的分集接收天线走线包括馈电点101，第一匹配电路102，第一馈地点103，馈地可变电容104及寄生走线105组成，所述馈电点一端连接上段边缘，另一端连接第一匹配电路，所述寄生走线由第一匹配电路一侧的介质电路板向上延伸并折弯设置，该寄生走线可以与介质电路板的覆铜层相连，也可以与金属背盖的上段相连，所述第一馈地点一端连接上段边缘，另一端通过馈地可变电容连接介质电路板。该分集接收天线的低频谐振部分由馈电点101至上段1左侧与中段3之间部分金属背盖激励产生，其中馈地可变电容104在容值0.82pF~2.2pF的变化过程中，低频实现了698MHz至960MHz的宽频带覆盖，分集接收天线的高频谐振部分由馈电点101至第一馈地点103之间的部分上段1谐波激励和寄生走线105产生，其中馈电点101至第一馈地点103之间的部分上段1谐波激励结合馈地可变电容104覆盖了1805MHz至2300MHz部分的高频谐振，板端寄生105覆盖了2300MHz至2690MHz部分的高频谐振。
如图6所示是本发明实施例的分集接收天线的电路匹配图，其中天线端匹配由电感和电容组成的π网络形式，其中DVC是CK公司可调电容。
如图3、4、5所示，右侧为耦合馈电天线走线即GPS/BT/WiFi三合一天线走线的部分细化图，三合一天线由耦合馈电片108，第二匹配电路109，第二馈地点5，金属辐射片106和金属辐射片106与金属背盖的上段1之间形成的迂回缝隙107组成。所述耦合馈电片设置于靠近上段的底部，耦合馈电片一端连接上段的边缘，梯状折弯后另一端通过第二匹配电路连接介质电路板，所述金属辐射片设置于耦合馈电片的上方由上段边缘向介质电路板延伸后两次折弯设置，所述第二馈地点设于上段和中段之间的分段缝隙靠近金属辐射片处。
GPS/BT/WiFi三合一天线的馈电部分由馈电耦合片108和第二匹配电路109组成，第二馈地点部分是金属连接点5，该点位于分段缝隙4右边靠近金属辐射片106的位置，同时也连接了金属背盖的上段1和中段3。在金属馈电耦合片108和金属辐射片106之间有1mm左右厚度的非金属材料部分，具体实现形式为FR4 PCB板材。
如图7所示为耦合馈电天线即GPS/Wifi/BT三合一天线电路匹配图，该第二匹配电路在耦合馈电片和接地之间设置了电感L3。
耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线谐振部分由金属辐射片106和部分金属背盖的上段1之间产生的迂回缝隙107产生，其中BT/WiFi的谐振部分由迂回缝隙107的中心较短部分产生，GPS频段的谐振部分由整个迂回缝隙107产生。
综上所述，本发明一种基于分段式金属背盖的高隔离度天线，该天线方案分为金属背盖分集接收天线和金属背盖耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线，其中金属背盖分集接收天线利用金属背盖作为天线辐射体，并在一段天线辐射体上增加调谐器件，用于控制该部分的走线状态；该调谐器件的输出阻抗值可调，从而使得金属背盖分集接收天线覆盖GSM、UMTS、LTE多个接收频段，金属背盖耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线利用耦合馈电金属片和金属背盖的上段与金属辐射片之间的迂回缝隙作为天线辐射体，天线在GPS/BT/WiFi频段有良好辐射性能，并保证了和金属背盖分集接收天线的隔离度，满足相应指标。
本发明天线的馈电部分即分集接收天线的馈电点和耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线的耦合馈电片是指给天线部分进行信号馈送与接收的部分；
本发明天线的匹配电路部分，即分集接收天线的第一匹配电路和耦合馈电GPS/BT/WiFi三合一天线的第二匹配电路是指天线馈电部分与天线辐射部分之间用于调整天线阻抗的部分；
本发明实施例天线的辐射部分，即金属背盖、金属背盖与介质电路板之间所行程的非导电缝隙部分。
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，包括金属背盖，金属背盖被分段缝隙分为上段、中段和下段，其特征在于：还包括一端与上段相连，另一端设置于中段上的介质电路板，所述介质电路板表面设有覆铜层，介质电路板一端上侧的上段处为净空区域，净空区域上设有天线走线，所述天线走线包括分集接收天线走线和耦合馈电天线走线；所述分集接收天线走线包括馈电点、第一匹配电路、第一馈地点、馈地可变电容和寄生走线，所述馈电点一端连接上段边缘，另一端连接第一匹配电路，所述寄生走线由第一匹配电路一侧的介质电路板向上延伸并折弯设置，所述第一馈地点一端连接上段边缘，另一端通过馈地可变电容连接介质电路板。
2.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述分集接收天线走线和耦合馈电天线走线分别位于净空区域的两侧。
3.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述第一匹配电路为由电感和电容组成的π网络形式。
4.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述馈地可变电容的容值范围为0.82pF~2.2pF。
5.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述上段和介质电路板之间设有调谐器件，所述调谐器件的阻抗值可调。
6.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述耦合馈电天线走线包括耦合馈电片、第二匹配电路、第二馈地点、金属辐射片和金属辐射片与上段之间形成的迂回缝隙，所述耦合馈电片设置于靠近上段的底部，耦合馈电片一端连接上段的边缘，梯状折弯后另一端通过第二匹配电路连接介质电路板，所述金属辐射片设置于耦合馈电片的上方由上段边缘向介质电路板延伸后两次折弯设置，所述第二馈地点设于上段和中段之间的分段缝隙靠近金属辐射片处。
7.根据权利要求6所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述耦合馈电片和金属辐射片之间设有非金属材料。
8.根据权利要求6所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述第二匹配电路包括一端连接耦合馈电片，另一端接地的电感。
9.根据权利要求1所述的应用于分段式金属背盖手机的高隔离度天线，其特征在于：所述净空区域最大宽度为5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |