CN105789844A - 一种一体化金属边框天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化金属边框天线,包括一体化金属边框(1)、PCB接地面(4)、一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间形成的缝隙(2)、第一馈电点(3A)和第二馈电点(3B)、第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B);所述一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间通过第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)相连形成一个整体辐射平面,二者之间形成具有弯折走向的缝隙有效区间,且所述缝隙有效区间的总长度为半波长。本发明的一体化金属边框天线具有可调节的缝隙结构,可以满足GSM、CDMA、LTE、GPS或WIFI等不同制式下天线工作所需的工作频带和带宽要求,实现天线小型化,并且通过一体化金属边框可以实现与产品外观形状的完全共形。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线终端的内置天线,尤其涉及的是一种一体化金属边框天线。
背景内容
近来苹果Iphone、IPAD、华为Metal7等无线终端产品的金属外壳吸引了大众的眼球,成为了潮流,市场上兴起竞相开发全金属壳体的移动设备的热潮。由于大家一致崇尚轻薄小,造成金属外壳的内部空间有限,天线高度、面积不足(天线高度常不足3mm);并且由于具有全金属后壳,造成屏蔽效应,因此已不适合采用传统的单极(Monopole)天线形式,也不适合选用常规的PIFA天线形式来设计天线,就算是勉强采用PIFA形式设计一个天线,却常因为天线高度不足和面积小等原因,使得天线效率与增益极低,不能满足产品基于GSM,CDMA、LTE、WIFI等制式实现自由上网的要求以及基于GPS实现导航的要求。
现有技术中可以采用产品全金属外壳的金属边框实现天线功能,但如采用常规的金属边框设计,需要对边框进行截断处理,让金属边框不再是一个完整的整体,影响了结构的可靠性与完整性体现出来的美感,而且边框截断处一旦被手挡住会造成信号质量明显下降。
由此,希望能够提供一种一体化金属边框外壳天线,能够使无线终端产品全金属外壳的边框保持一体化,从而达到金属边框上无断点的特点,保证了良好的天线性能不受手部遮挡等因素的影响,又不影响产品的外观美。
发明内容
鉴于现有技术存在全金属外壳无线终端上难以实现低剖面和低成本的天线、利用金属边框的天线需要设置断点而难以使边框保持一体化的技术不足,本发明的目的在于提供一种缝隙式的一体化金属边框天线。本发明的一体化金属边框天线具有可调节的缝隙结构,可以满足GSM、CDMA、LTE、GPS或WIFI等不同制式下天线工作所需的工作频带和带宽要求,实现天线小型化,并且通过一体化金属边框可以实现与产品外观形状的完全共形。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种一体化金属边框天线,其特征在于,包括一体化金属边框(1)、PCB接地面(4)、一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间形成的缝隙(2)、第一馈电点(3A)和第二馈电点(3B)、第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B);所述第一馈电点(3A)与第二馈电点(3B)跨接在所述缝隙(2)的两侧,分别作为馈源地点和馈源信号点,并且第二馈电点(3B)与PCB接地面(4)相连,所述第一馈电点(3A)与一体化金属边框(1)连接;所述一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间通过第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)相连形成一个整体辐射平面;所述缝隙(2)是通过一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间的间隙形成的闭合环形结构,并且所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)中至少一个的位置可以沿着所述缝隙(2)的走向调节,以便所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)二者之间形成具有弯折走向的缝隙有效区间,且所述缝隙有效区间的总长度为半波长。
优选的是,所述一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间具有非金属材料的支撑结构,所述支撑结构用于支撑PCB接地面(4)并且保持一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)二者的相对位置以便形成所述缝隙(2)。
进一步优选的是,所述支撑结构上沿着所述缝隙(2)的走向设置引导槽,并且所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)中至少一个可以在所述引导槽内滑动以便调节其位置。
进一步优选的是,位置可调节的第一接地桩(5A)和/或第二接地桩(5B)与所述一体化金属边框(1)和PCB接地面(4)的接触点为弹性顶针。
进一步优选的是,位置可调节的所述第一接地桩(5A)和/或第二接地桩(5B)具有嵌入所述引导槽并且在所述引导槽内滑动的基座。
优选的是,所述支撑结构是一个塑胶支架,或者是在所述一体化金属边框(1)内通过模内注塑的方式形成的非金属结构。
优选的是,第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)二者之间的缝隙有效区间总长度约等于天线使用频段中心频率波长的二分之一。第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)二者之间的缝隙有效区间实际总长度需要根据机器环境的不同与开槽宽度的不同在频段中心频率波长二分之一的基础上增加或减小一细微范围内的调整长度。
优选的是,所述缝隙(2)的宽度可以调节。进一步优选的是,所述一体化金属边框(1)的内壁或者所述PCB接地面(4)的外缘具有可翻折的金属薄边,通过翻折所述金属薄边调节所述缝隙(2)的宽度。
优选的是,所述第一馈电点(3A)与第二馈电点(3B)于缝隙一侧靠近末端的位置馈电。
优选的是,连接所述第一馈电点(3A)与第二馈电点(3B)的馈电线为微带线或者同轴线,并且所述馈电线具有接地保护。
优选的是,所述一体化金属边框(1)是形成机壳的金属板经压铸或CNC工艺加工形成的。
本发明所提供的一体化金属边框天线,满足了在具有全金属无断点的一体边框的无线终端上配置的要求,充分发挥了缝隙天线具有轮廓低、重量轻、加工简单、易于与物体共形、批量生产、电性能多样化、宽带和与有源器件和电路集成为统一的组件等诸多特点,实现天线面积的小型化和一体化,而且性能得到很大的提升。位置可调节的接地桩以及缝隙宽度的设计,使天线可通过简单调节而适用于在GSM、CDMA、LTE、GPS和WIFI等各种制式的频带下工作的无线终端的天线设计要求。本发明适合大规模生产,简化整机的制作与调试,从而大大降低制做成本。
附图说明
图1是本发明提供的一体化金属边框天线的结构示意图;
图2是本发明提供的支撑结构示意图;
图3是本发明提供的接地桩结构示意图;
图4是本发明提供的缝隙宽度调节的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种一体化金属边框天线,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1是本发明提供的折叠缝隙天线的结构示意图,包括:一金属材质的一体化金属边框1、一缝隙2、第一馈电点3A、第二馈电点3B、第一接地桩5A和第二接地桩5B,以及位于边框内部的PCB接地面4。
该一体化金属边框1为金属板(常是由于形成无线终端的机壳的金属板)经压铸或CNC等工艺加工而成的无断点的一体金属件。边框1可以采铜、铁、铝等各种金属导电材料,边框1的外形可以根据产品机壳的外形需要而进行变形,例如形成圆角或曲边框。
缝隙2是通过一体化金属边框1与边框内部的PCB接地面4之间的间隙形成的,此缝隙2是一个闭合的环状结构,随着边框根据外形需要的形状变换,缝隙2也随之发生变形。所述一体化金属边框1与PCB接地面4之间具有非金属材料的支撑结构,所述支撑结构用于支撑PCB接地面4并且保持一体化金属边框1与PCB接地面4二者的相对位置以便形成所述缝隙2。所述支撑结构是一个塑胶支架,或者是在所述一体化金属边框1内通过模内注塑的方式形成的非金属结构。
本发明中通过在金属边框1与主板的PCB接地面4之间形成一个半波长的缝隙2来产生天线谐振,在缝隙上激励有射频电磁场,并向空间辐射电磁波。根据原理,无限大和无限薄的理想导电平面上的缝隙称为理想缝隙。理想缝隙上的电场与缝隙的长边垂直,其振幅在缝隙的两端下降为零。这一电场分布与具有相同尺寸的导体振子上的磁场分布完全一样,也就是说同频率下,具有相同的尺寸的缝隙天线与常用的对偶天线是一对互补的天线,他们的电流分布与磁场分布具有互补特性。根据电磁场的对偶性可知,理想缝隙所辐射的电磁场与互补振子产生的电磁场具有相同的结构,只是振子的电场矢量对应于缝隙的磁场矢量,振子的磁场矢量对应于缝隙的电场矢量而已。因此,既然平时常用的单极(Monopole)天线可以通过走成弯折式的布线(也称Meander线)来压缩天线占用的空间,而单极天线可以说是对偶天线的一个变体而已,那么根据前面说的对偶互补特性,在缝隙天线上同样可以采用产生弯折式的缝隙,来缩短缝隙天线的尺寸,所以可以使本发明设计的缝隙2具有弯折的延伸路径走向,因而可以根据产品外形要求来做随意变形。
并且,对于闭环的缝隙2,需要利用缝隙2其中的一段作为有效区间,并且将该缝隙有效区间的长度调节成半波长,这样在天线所需工作的频段发生谐振。所述一体化金属边框1与PCB接地面4之间通过第一接地桩5A和第二接地桩5B相连形成一个整体辐射平面;所述第一接地桩5A和第二接地桩5B二者之间形成具有弯折走向的缝隙有效区间,如图1的箭头所示,且所述缝隙有效区间的总长度为半波长。
在实际应用中,天线可能根据无线终端的需要而工作在GSM、CDMA、LTE、GPS或WIFI等不同制式的频段之下,因而需要使缝隙2的有效区间具有可变的半波长长度。因此,本发明设计使所述第一接地桩5A和第二接地桩5B中至少一个的位置可以沿着所述缝隙2的走向调节。具体来说,如图2所示,所述支撑结构上沿着所述缝隙2的走向设置引导槽2A,并且所述第一接地桩5A和第二接地桩5B中至少一个可以在所述引导槽2A内滑动以便调节其位置。如图3所示,位置可调节的所述第一接地桩5A和/或第二接地桩5B具有嵌入所述引导槽2A并且在所述引导槽2A内滑动的基座7。并且,如图3所示,位置可调节的第一接地桩5A和/或第二接地桩5B与所述一体化金属边框1和PCB接地面4的接触点为弹性顶针6,以便在位置调节的情况下与边框1和PCB接地面4均保持可靠接触。
通过调节位置,使第一接地桩5A和第二接地桩5B二者之间的缝隙有效区间总长度约等于天线使用频段中心频率波长的二分之一,使天线工作频段达到设备所需的工作频段。在实际应用中,第一接地桩5A和第二接地桩5B二者之间的缝隙有效区间实际总长度,需要根据机器环境的不同与缝隙开槽宽度的不同,在频段中心频率波长二分之一的理论长度基础上,增加或减小一细微范围内的调整长度,即频段中心频率波长二分之一±调整长度。金属材质的边框1和PCB接地面4通过接地桩的完美结合,让天线与产品金属外壳与主板PCB完全共形,真正实形天线与外壳一体化的结构。
缝隙2的缝隙宽度远小于缝隙有效区间的长度。缝隙2的缝隙宽度也要能够根据环境及工作频段需要而调整。为此,如图4所示,所述一体化金属边框1的内壁或者所述PCB接地面4的外缘具有可翻折的金属薄边8,在组装过程中,通过翻折所述金属薄边8,调节边框1和PCB接地面4之间所述缝隙2的宽度。例如,在GSM频段下缝隙宽度优选为5mm,但便并不局限此值。缝隙上的电场与缝隙的长度延展方向垂直,其振幅在缝隙的两端下降为零。
如图1所示,第一馈电点3A与第二馈电点3B跨接在所述缝隙2的两侧,并且第二馈电点3B与PCB接地面4相连,作为馈源接地点;所述第一馈电点3A与一体化金属边框1连接,作为馈源信号点。第一馈电点3A与第二馈电点3B成对出现,并且第一馈电点3A与第二馈电点3B优选在缝隙一侧靠近末端的位置馈电,因而不同于普通的缝隙天线采用中部馈电所得天线阻抗大不便于匹配,本发明方便取得50欧姆的天线阻抗匹配。与第一馈电点3A与第二馈电点3B相连的馈电线可以是微带线与同轴线,随馈线的长短与安装路径不同,会带来不同的分布参数影响,实际设计中要注意馈线的安装位置要固定,并注意做好馈线的接地保护,以防干扰。
本发明的一体化金属边框天线,结构简单,成本低廉,位置可调节的接地桩以及缝隙宽度的设计,使天线可通过简单调节而适用于在GSM、CDMA、LTE、GPS和WIFI等各种制式的频带下工作,实现天线面积的小型化且能与机壳完全共形,而且天线的性能得到了很大的提升。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种一体化金属边框天线,其特征在于,包括一体化金属边框(1)、PCB接地面(4)、一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间形成的缝隙(2)、第一馈电点(3A)和第二馈电点(3B)、第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B);所述第一馈电点(3A)与第二馈电点(3B)跨接在所述缝隙(2)的两侧,分别作为馈源地点和馈源信号点,并且第二馈电点(3B)与PCB接地面(4)相连,所述第一馈电点(3A)与一体化金属边框(1)连接;所述一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间通过第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)相连形成一个整体辐射平面;所述缝隙(2)是通过一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间的间隙形成的闭合环形结构,并且所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)中至少一个的位置可以沿着所述缝隙(2)的走向调节,以便所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)二者之间形成具有弯折走向的缝隙有效区间,且所述缝隙有效区间的总长度为半波长。
2.根据权利要求1所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)之间具有非金属材料的支撑结构,所述支撑结构用于支撑PCB接地面(4)并且保持一体化金属边框(1)与PCB接地面(4)二者的相对位置以便形成所述缝隙(2)。
3.根据权利要求2所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述支撑结构上沿着所述缝隙(2)的走向设置引导槽,并且所述第一接地桩(5A)和第二接地桩(5B)中至少一个可以在所述引导槽内滑动以便调节其位置。
4.根据权利要求3所述的一体化金属边框天线,其特征在于,位置可调节的第一接地桩(5A)和/或第二接地桩(5B)与所述一体化金属边框(1)和PCB接地面(4)的接触点为弹性顶针。
5.根据权利要求3所述的一体化金属边框天线,其特征在于,位置可调节的所述第一接地桩(5A)和/或第二接地桩(5B)具有嵌入所述引导槽并且在所述引导槽内滑动的基座。
6.根据权利要求2所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述支撑结构是一个塑胶支架,或者是在所述一体化金属边框(1)内通过模内注塑的方式形成的非金属结构。
7.根据权利要求1所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述缝隙(2)的宽度可以调节。
8.根据权利要求7所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述一体化金属边框(1)的内壁或者所述PCB接地面(4)的外缘具有可翻折的金属薄边,通过翻折所述金属薄边调节所述缝隙(2)的宽度。
9.根据权利要求1所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述第一馈电点(3A)与第二馈电点(3B)于缝隙一侧靠近末端的位置馈电。
10.根据权利要求1所述的一体化金属边框天线,其特征在于,所述一体化金属边框(1)是形成机壳的金属板经压铸或CNC工艺加工形成的。
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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 | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160720 |