CN105811076A - 一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构 - Google Patents
一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构。本发明的天线方案支持金属背盖环境，在空间需求小的前提下，有效利用金属背盖与金属边框所形成的缝隙以及现有的开关技术，实现多天线的设计，并且有效的解决各天线之间的相互干扰问题，实现天线之间的高隔离度，并符合运营商要求的设计指标。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构。
背景技术
近年来，无线技术的迅猛发展，推动了手机、平板电脑等移动终端设备的换代升级，尤其促成了手机成为了人们最不可缺少的智能终端设备。自从苹果公司的Iphone横空出世以来，市场越来越青睐金属材质的使用，继而促使国内外各大手机厂家争相推出具有金属外壳的手机移动终端。但是金属材质具有对电磁波屏蔽特性，使得采用金属外壳的手机终端的天线性能给手机射频工程师提出了严峻的挑战。
现有的具有金属外壳的手机终端，如苹果的Iphone系列、华为的Mates，都是需要在金属背盖开设多条平行的缝隙，通过使用切分出来的金属背盖的一部分作为天线辐射体。然而，这种在金属背盖上增加平行缝隙的设计方案会破坏金属边框的美观和整体性，典型的例子是IPHONE6的白条成为了大家吐槽的对象。
不仅如此，手机射频工程师还不得不面对另一个难点，就是隔离度要求。目前手机等移动终端上在狭窄的空间中，对天线的需求有主天线、分集天线、GPS天线、WIFI天线以及蓝牙天线。为了减少天线间的干扰，天线间的隔离度是必须考虑的因素。
因此，针对上述的问题，对于具有金属外壳的移动终端，有必要提供一种新型的具有高隔离度的天线系统。
发明内容
本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，该天线结构充分利用金属背盖与金属边框之间的缝隙进行辐射，使得在狭小的空间条件下，成功实现多个天线的设计，且其辐射性能和隔离度要求都能达到运营商的设计指标要求。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，包括金属背盖、金属边框、PCB板、第一天线部件和第二天线部件；所述PCB板设置在金属背盖上；所述金属边框包括底部边框、顶部边框、左侧边框和右侧边框，其中左侧边框、右侧边框分别设置在金属背盖的左右两侧，左侧边框、右侧边框与金属背盖连接；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，底部边框、顶部边框分别通过一非导电连接件与金属背盖连接；
所述第一天线部件可包括两种结构方案，分别为方案A和方案B，具体如下：
A.包括第一馈电点、第一馈电线和第一耦合片，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与第一耦合片电连接，第一耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，第一耦合片与顶部边框之间留有间隙，第一耦合片将非导电连接件分为长度相对较短的第一缝隙段和长度相对较长的第二缝隙段；
B.所述第一天线部件包括第一馈电点、第一馈电线和连接部件，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与顶部边框连接，连接部件将非导电连接件分为长度相对较短的第一缝隙段和长度相对较长的第二缝隙段；
所述第二天线部件包括第二馈电点、第二馈电线、第二耦合片和支架，第二馈电点设置于PCB板上，支架安装在第二缝隙段一侧的金属背盖上，第二耦合片设置在支架上，第二馈电点通过第二馈电线与第二耦合片电连接。
上述方案中，所述的第一馈电点和第二馈电点接收信号后，将信号通过第一馈电线、第二馈电线传输至第一耦合片或连接部件、第二耦合片，第一耦合片或连接部件、第二耦合片采用耦合馈电方式或直接馈电方式与顶部边框连接，将信号通过缝隙辐射出去。在具体的实施过程中，顶部边框与金属背盖之间的缝隙宽度和两侧开缝的位置可以根据手机尺寸和内部环境的不同而改变以优化天线的性能。
优选地，所述连接部件为顶针或弹脚。
优选地，所述第一馈电点为分集天线的馈点，第二馈电点为GPS/WIFI天线的馈点。
优选地，所述第一耦合片或连接部件、第二耦合片之间的第二缝隙段上，设置有一接地片，接地片与金属背盖、顶部边框电连接。设置接地片，用于隔离分集天线和GPS/WIFI天线，从而实现天线间的高隔离度，在具体实施时，可以依据具体案例情况来确定接地片的位置。
优选地，所述支架与顶部边框连接。支架选用塑料支架。
优选地，所述PCB板上设置有第一匹配电路，所述第一匹配电路包括第一电容和第一开关器件，第一电容通过第一开关器件与第一馈电点电连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性。
在第一馈电点处设置第一匹配电路，通过并联第一开关器件，选取第一开关器件的输出阻抗为感性，感值范围2.7~56nH，实现低频的切换，达到低频段覆盖698-960MHz的效果，进一步拓宽低频的带宽。其中第一电容的容值为0.3~5.6pF。
优选地，所述PCB板上还设置有第二匹配电路，所述第二匹配电路包括第一电感和串联在所述第一电感后的第二电容，第二电容与第二馈电点电连接。其中第一电感的感值范围为2.7nH~68nH，第二电容的容值范围为0.3pF~8.2pF。
优选地，所述第一缝隙段上设置有第二开关器件，第二开关器件与顶部边框、金属背盖电连接，所述第二开关器件可设置两个或两个以上的状态，所述状态包括空置状态、短路状态、输出阻抗值为感性状态及输出阻抗值为容性状态。增设第二开关器件，通过对第二开关器件状态的切换来调节第一缝隙段的长度，从而使得谐振实现偏移。
优选地，第二开关器件可设置两个状态：第一状态和第二状态，所述第一状态为空置状态；所述第二状态是输出阻抗值为感性状态或短路状态，其感值为1~15nH。
优选地，所述第一馈电线、第二馈电线的阻抗为50欧姆。
优选地，所述第一耦合片与顶部边框之间填充有非导电材料。
优选地，所述非导电材料为非导电材料为ABS材料、PC材料或ABS+PC材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的天线方案支持金属背盖环境，在空间需求小的前提下，有效利用金属背盖与金属边框所形成的缝隙以及现有的开关技术，实现多天线的设计，并且有效的解决各天线之间的相互干扰问题，实现天线之间的高隔离度，并符合运营商要求的设计指标。
附图说明
图1为天线结构的俯视图。
图2为天线结构的立体图。
图3为第一天线部件/第二天线部件的结构示意图。
图4为实施例的分集天线实现切换的天线回波损耗图。
图5实施例的GPS/WIFI天线回波损耗图。
图6为实施例的分集天线实现切换的天线无源效率图。
图7为实施例的GPS/WIFI天线无源效率图。
图8为实施例的分集天线state1状态下和GPS/WIFI天线的隔离度。
图9为实施例的分集天线state1状态下和GPS/WIFI天线的隔离度。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1~3所示，本实施例所述的天线结构，包括金属背盖1、金属边框2、PCB板3、第一天线部件4和第二天线部件5；所述PCB板3设置在金属背盖1上；所述金属边框2包括底部边框21、顶部边框22、左侧边框23和右侧边框24，其中左侧边框23、右侧边框24分别设置在金属背盖1的左右两侧，左侧边框23、右侧边框24与金属背盖1连接；底部边框21、顶部边框22分别设置于金属背盖1底部、顶部的上方，底部边框21、顶部边框22与金属背盖1之间留有间隙，底部边框21、顶部边框22分别通过一非导电连接件6与金属背盖1连接；
所述第一天线部件4在具体的实施过程中可包括两种结构方案，分别为方案A和方案B，具体如下：
A.所述第一天线部件4包括第一馈电点41、第一馈电线42和第一耦合片43，其中第一馈电点41设置于PCB板3上，第一馈电点41通过第一馈电线42与第一耦合片43电连接，第一耦合片43设置于与顶部边框22连接的非导电连接件6上，第一耦合片43与顶部边框22之间留有间隙，第一耦合片43将其左右两侧的非导电连接件6分为长度相对较短的第一缝隙段101和长度相对较长的第二缝隙段102；
B.所述第一天线部件4包括第一馈电点41、第一馈电线42和连接部件，其中第一馈电点41设置于PCB板3上，第一馈电点41通过第一馈电线42与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框22连接的非导电连接件6上，连接部件的另一端与顶部边框22连接，连接部件将非导电连接件6分为长度相对较短的第一缝隙段101和长度相对较长的第二缝隙段102；
所述第二天线部件5包括第二馈电点51、第二馈电线52、第二耦合片53和支架54，第二馈电点51设置于PCB板3上，支架54安装在第二缝隙段102一侧的金属背盖1上，第二耦合片53设置在支架54上，第二馈电点51通过第二馈电线52与第二耦合片53电连接。
上述方案中，所述的第一馈电点41和第二馈电点51接收信号后，将信号通过第一馈电线42、第二馈电线52传输至第一耦合片43或连接部件、第二耦合片53，第一耦合片43、第二耦合片53采用耦合馈电方式或直接馈电方式与顶部边框22连接，将信号通过缝隙辐射出去。在具体的实施过程中，顶部边框22与金属背盖1之间的缝隙宽度和两侧开缝的位置可以根据手机尺寸和内部环境的不同而改变以优化天线的性能。
本实施例中，第一馈电点41为分集天线的馈点，第二馈电点51为GPS/WIFI天线的馈点。
本实施例中，为了减少第一馈电点41和第二馈电点51之间的干扰，在第二缝隙段102中增设接地片7，将缝隙段切分成缝隙段11和缝隙段12。接地片7的位置对于用户在具体实施的时候，可以依据具体案例情况来进行接地片7的设置，根据需要达到的分集天线和GPS/WIFI天线的谐振情况，确定接地片7的设置位置。
为了拓展与优化分集天线和GPS/WIFI天线的谐振，进一步进行实施设置：
分集天线设置有与第一馈电点41连接的第一匹配电路，其中第一匹配电路包括第一开关器件和串联的电容，容值范围为0.3pF~5.6pF，同时通过选取第一开关器件的输出阻抗为感性，感性范围为2.7nH~56nH，实现分集天线的低频切换，达到低频覆盖698MHz~960MHz的效果。分集天线还包括设置在第一缝隙段101的与顶部边框22以及金属背盖1电连接的第二开关器件8，通过选取空置状态和输出阻抗值为电感，感值范围为1nH~15nH，从而丰富分集天线的高频谐振，实现了运营商的高频覆盖要求。
GPS/WIFI天线设置有与第二馈电点51连接的第二匹配电路，其中第二匹配电路包括电感和电容，感值范围为2.7nH~68nH，容值范围为0.3pF~8.2pF。
本发明提供的天线结构所能达到的有益效果如图4~9所示。
图4为本实施例的分集天线实现切换的天线回波损耗图，从图中可知，通过在匹配电路处串联第一开关器件和在第一缝隙段101增设第二开关器件8后，本发明的天线方案能够使得分集天线覆盖低频谐振698~960MHz以及高频1710-2170MHz、2300-2700MHz。
图5为本实施例的GPS/WIFI天线的天线回波损耗图，从图中可知，GPS/WIFI天线能够覆盖运营商所要求的GPS:1575MHz~1610MHz，WIFI:2.4GHz~2.5GHz&5.15GHz~5.85GHz频段。
图6为本实施例的分集天线实现切换的天线无源效率图，State2、State3和State4为使用第一开关器件后低频四个状态的切换效果，State1和State3为采用第二开关器件8后高频两个状态的切换效果。在实际应用中，第一开关器件和第二开关器件8可以根据实际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。
图7为本实施例的GPS/WIFI天线的天线无源效率图，从图中可知，GPS/WIFI天线能够达到运营商所要求的天线性能指标。
图8、9为本实施例的分集天线state1、state3状态下和GPS/WIFI天线的隔离度图，从图中可知，分集天线和GPS/WIFI天线的隔离度最差在频率2350MHz，值为-13dB，能够符合运营商的设计指标。需注意的是，由于State2、State3和State4只是低频切换，高频基本保持不变，不会影响GPS/WIFI天线的隔离度，因此，只需查看从三个状态State2、State3和State4的任意一个与State1即可。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：包括金属背盖、金属边框、PCB板、第一天线部件和第二天线部件；所述PCB板设置在金属背盖上；所述金属边框包括底部边框、顶部边框、左侧边框和右侧边框，其中左侧边框、右侧边框分别设置在金属背盖的左右两侧，左侧边框、右侧边框与金属背盖连接；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，底部边框、顶部边框分别通过一非导电连接件与金属背盖连接；
所述第一天线部件可包括两种结构方案，分别为方案A和方案B，具体如下：
A.包括第一馈电点、第一馈电线和第一耦合片，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与第一耦合片电连接，第一耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，第一耦合片与顶部边框之间留有间隙，第一耦合片将非导电连接件分为长度相对较短的第一缝隙段和长度相对较长的第二缝隙段；
B.所述第一天线部件包括第一馈电点、第一馈电线和连接部件，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与顶部边框连接，连接部件将非导电连接件分为长度相对较短的第一缝隙段和长度相对较长的第二缝隙段；
所述第二天线部件包括第二馈电点、第二馈电线、第二耦合片和支架，第二馈电点设置于PCB板上，支架安装在第二缝隙段一侧的金属背盖上，第二耦合片设置在支架上，第二馈电点通过第二馈电线与第二耦合片电连接。
2.根据权利要求1所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述第一馈电点为分集天线的馈点，第二馈电点为GPS/WIFI天线的馈点。
3.根据权利要求2所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述第一耦合片或连接部件、第二耦合片之间的第二缝隙段上，设置有一接地片，接地片与金属背盖、顶部边框电连接。
4.根据权利要求3所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述支架与顶部边框连接。
5.根据权利要求3所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述PCB板上设置有第一匹配电路，所述第一匹配电路包括第一电容和第一开关器件，第一电容通过第一开关器件与第一馈电点电连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；
所述PCB板上还设置有第二匹配电路，所述第二匹配电路包括第一电感和串联在所述第一电感后的第二电容，第二电容与第二馈电点电连接。
6.根据权利要求5所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述第一缝隙段上设置有第二开关器件，第二开关器件与顶部边框、金属背盖电连接，所述第二开关器件可设置两个或两个以上的状态，所述状态包括空置状态、短路状态、输出阻抗值为感性状态及输出阻抗值为容性状态。
7.根据权利要求6所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：第二开关器件可设置两个状态：第一状态和第二状态，所述第一状态为空置状态；所述第二状态是输出阻抗值为感性状态或短路状态，其感值为1~15nH。
8.根据权利要求1~7任一项所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述第一馈电线、第二馈电线的阻抗为50欧姆。
9.根据权利要求8所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述第一耦合片与顶部边框之间填充有非导电材料。
10.根据权利要求9所述的基于金属背盖的高隔离度手机天线结构，其特征在于：所述非导电材料为ABS材料、PC材料或ABS+PC材料。
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