CN106299676B - 一种全金属外壳移动终端及其天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全金属外壳移动终端及其天线系统。所述全金属外壳天线系统，包括：全金属外壳、馈电点和接地点；所述全金属外壳包括：三段金属外壳；所述三段金属外壳在同一平面内，且通过非金属材料连接；在所述全金属外壳的内侧面，分别在每两段相邻金属外壳之间的连接处设置馈电点以及与所述馈电点对应的接地点。本发明将移动终端的全金属外壳设计成三段，相邻两段之间用非金属材料连接，通过该方法形成的全金属外壳，不会对移动终端的射频信号辐射产生不良影响。

Description

一种全金属外壳移动终端及其天线系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种全金属外壳移动终端及其天线系统。

背景技术

针对用户对移动终端外观美感的要求，人们开始尝试在移动终端中使用金属外壳，依此来提高移动终端的外观美感。然而，移动终端通常使用内置的金属环形天线，金属外壳将屏蔽或影响天线的射频信号的辐射，降低移动终端的通信性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金属外壳移动终端及其天线系统，以解决现有技术中金属外壳容易屏蔽或影响射频信号辐射的问题。

基于上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来解决的。

本发明提供了一种全金属外壳天线系统，包括：全金属外壳、馈电点和接地点；所述全金属外壳包括：三段金属外壳；所述三段金属外壳在同一平面内，且通过非金属材料连接；在所述全金属外壳的内侧面，分别在每两段相邻金属外壳之间的连接处设置馈电点以及与所述馈电点对应的接地点。

其中，还包括：位于所述全金属外壳内侧面下方的信号单元和接地单元；所述信号单元通过第一金属连接件与每个所述馈电点相连接；所述接地单元通过第二金属连接件与每个所述接地点相连接。

其中，每个天线包括：一个馈电点以及与所述馈电点对应的接地点；所述信号单元，用于如果所述馈电点对应的接地点与所述接地单元接通，通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号，以使所述天线工作；如果所述馈电点对应的接地点与所述接地单元断开连接，停止通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号，以使所述天线停止工作。

其中，所述三段金属外壳包括：第一段金属外壳、第二段金属外壳第三段金属外壳；所述信号单元通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号的过程具体为：若所述馈电点处于第一段金属外壳和第二段金属外壳之间，所述信号单元通过所述馈电点向所述第一段金属外壳馈入射频信号；若所述馈电点处于第二段金属外壳和第三段金属外壳之间，所述信号单元通过所述馈电点向所述第三段金属外壳馈入射频信号。其中，在第一段金属外壳和第二段金属外壳之间，设置相距第一距离的第一馈电点和第二馈电点、以及设置与所述第一馈电点对应的第一接地点、与所述第二馈电点对应的第二接地点；在第二段金属外壳和第三段金属外壳之间，设置相距第二距离的第三馈电点和第四馈电点、以及设置与所述第三馈电点对应的第三接地点、与所述第四馈电点对应的第四接地点；在第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点组成的四边形中，第一馈电点和第四馈电点处于一条对角线上，第二馈电点和第三馈电点处于另一条对角线上。

其中，所述全金属外壳天线系统包括：第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；其中，第一工作模式是指第一接地点、第二接地点、第三接地点和第四接地点都接通，形成具有四个天线的全金属外壳天线系统；第二工作模式是指第一接地点和第四接地点接通，第二接地点和第三接地点断开，形成具有两个天线的全金属外壳天线系统；第三工作模式是指第二接地点和第三接地点接通，第一接地点和第四接地点断开，形成具有两个天线的全金属外壳天线系统。

本发明还提供了一种全金属外壳移动终端，所述全金属外壳移动终端包括权利要求上述全金属外壳天线系统。

其中，所述全金属外壳移动终端还包括：位于所述全金属外壳内侧面下方的移动终端主板；所述移动终端主板上设置有与所述馈电点相连接的信号单元、以及用于与所述接地点相连接的接地单元。

其中，当所述金属外壳天线系统包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式时，所述金属外壳移动终端还包括：位置传感器和模式切换单元；所述位置传感器，用于检测所述全金属外壳移动终端的握持位置及被遮挡位置；所述模式切换单元，用于根据所述所述全金属外壳移动终端的握持位置及被遮挡位置，在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式之间进行工作模式切换。

本发明有益效果如下：

本发明将移动终端的全金属外壳设计成三段，相邻两段之间用非金属材料连接，通过该方法形成的全金属外壳，不会对移动终端的射频信号辐射产生不良影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的全金属外壳天线系统的结构图；

图2是根据本发明第一实施例的全金属外壳的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的全金属外壳天线系统的结构图；

图4是根据本发明第二实施例的第一工作模式下天线系统的回波损耗示意图；

图5是根据本发明第二实施例的第一工作模式下天线系统的隔离度示意图；

图6是根据本发明第二实施例的第二工作模式下天线系统的回波损耗和隔离度示意图；

图7是根据本发明第二实施例的第三工作模式下天线系统的回波损耗和隔离度示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想在于，将移动终端的全金属外壳设计成三段，相邻两段之间用非金属材料连接，通过该方法形成的全金属外壳，不会对移动终端的射频信号辐射产生不良影响。进一步地，在全金属外壳的内侧面设置多个馈电点、以及与每个馈电点对应的接地点，形成多个可以同时使用的天线，通过调节接地点的接通和断开，来控制天线系统中工作天线的数量，进而实现多输入多输出系统(Multiple-Input Multiple-Output，简称MIMO)。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

实施例一

本实施例提供了一种全金属外壳天线系统。如图1所示，为根据本发明第一实施例的全金属外壳天线系统的结构图。

全金属外壳天线系统包括：用于辐射或接收射频信号的辐射单元。

辐射单元包括：全金属外壳1、馈电点2和接地点3。

辐射单元可以作为移动终端外观的一部分，其可以被安装在移动终端上。进一步地，全金属外壳1为移动终端背盖和中框的一体式结构。

全金属外壳1包括：三段金属外壳。三段金属外壳在同一平面内，且通过非金属材料连接。该三段金属外壳包括：第一段金属外壳11、第二段金属外壳12和第三段金属外壳13。在相邻两段金属外壳之间的连接处形成非金属材料缝隙，该非金属材料例如是塑料。

图1中示出的为全金属外壳的内侧面，图2示出的为全金属外壳的外侧面的俯视图。根据图1和图2可知，全金属外壳1为三段式结构，将第一段金属外壳11、第二段金属外壳12和第三段金属外壳13通过非金属材料顺序连接，可以组成移动终端的全金属外壳1。其中，每段金属外壳的尺寸可以根据具体的天线性能参数要求来确定。

在全金属外壳1的内侧面，分别在每两段相邻的金属外壳之间的连接处设置馈电点2以及与所述馈电点2对应的接地点3，也即是分别在第一段金属外壳11和第二段金属外壳12之间、第二段金属外壳12和第三段金属外壳13之间，设置馈电点2以及与馈电点2对应的接地点3。可以分别设置一个或多个馈电点2和接地点3，且馈电点2和接地点3的数量相等。馈电点2和接地点3的设置方式，都是在非金属材料缝隙之上、连接着相邻的两个金属外壳。在图1中，在每条非金属材料缝隙之上设置了多个馈电点2，可以为每个馈电点2都设置对应的接地点3，图1仅示意性的在每条非金属材料缝隙之上设置了两个接地点3，且设置了每个接地点3对应其紧邻的馈电点2。图1中粗线表示馈电点2，细线表示接地点3。两段金属外壳的连接处，即非金属材料缝隙从背盖延伸到中框，馈电点2可以在连接处的任意位置进行设置。

全金属外壳天线系统还包括信号单元和接地单元。信号单元用于产生射频信号，并通过馈电点2向全金属外壳1输入射频信号。接地单元用于使天线接地。信号单元和接地单元位于全金属外壳1内侧面的下方。进一步地，信号单元通过第一金属连接件与每个馈电点2相连接；接地单元通过第二金属连接件与每个接地点3相连接。第一金属连接件和第二金属连接件都包括但不限于：螺丝、弹片、导线。

每个天线包括：一个馈电点2以及与该馈电点2对应的接地点3；通过调节与该馈电点2对应的接地点3的接通和断开，可以控制该天线的工作状态，即工作和不工作状态。

具体的，信号单元用于如果馈电点2对应的接地点3与接地单元接通，通过该馈电点2向全金属外壳1馈入射频信号，以使该天线工作；如果馈电点2对应的接地点3与接地单元断开连接，停止该馈电点2向全金属外壳1馈入射频信号，以使该天线停止工作。

进一步地，信号单元向全金属外壳1馈入射频信号的过程具体为：若馈电点2处于第一段金属外壳11和第二段金属外壳12之间，信号单元通过所述馈电点2向第一段金属外壳11馈入射频信号；若馈电点2处于第二段金属外壳12和第三段金属外壳13之间，信号单元通过馈电点2向第三段金属外壳13馈入射频信号。换言之，信号单元通过处于第一段金属外壳11和第二段金属外壳12之间的所述馈电点2，向所述第一段金属外壳11馈入射频信号；通过处于第二段金属外壳12和第三段金属外壳13之间的所述馈电点2，向所述第三段金属外壳13馈入射频信号。其中，第一段金属外壳11和第三段金属外壳13作为天线辐射片，即天线分支，第二段金属外壳12作为地分支，天线分支和地分支之间设置接地点和馈电点，射频信号通过馈电点馈入天线分支。

本实施例的三段式设计，避免了金属外壳对天线的不良影响，增加了全金属外壳天线系统的实用性，同时，本实施例将全金属外壳1设计成辐射单元，能够降低天线系统对于移动终端的空间要求，通过对接地点3的控制，实现了具有不同数量工作天线的MIMO天线系统，根据工作天线的不同，本实施例可以获得不同的工作带宽。

实施例二

基于实施例一的全金属外壳天线系统，本实施例提供了一种多工作模式的全金属外壳天线系统。如图3所示，为根据本发明第二实施例的全金属外壳天线系统的结构图。

面对全金属外壳1的内侧面，在第一段金属外壳11和第二段金属外壳12之间，沿第一段金属外壳11和第二段金属外壳12连接处的长度方向，设置相距第一距离的第一馈电点21和第二馈电点22、以及设置与第一馈电点21对应的第一接地点31、与第二馈电点22对应的第二接地点32；在第二段金属外壳12和第三段金属外壳13之间，沿第二段金属外壳12和第三段金属外壳13连接处的长度方向，设置相距第二距离的第三馈电点23和第四馈电点24、以及设置与第三馈电点23对应的第三接地点33、与第四馈电点24对应的第四接地点34。第一距离和第二距离可以根据具体天线性能参数来设置。在第一馈电点21、第二馈电点22、第三馈电点23和第四馈电点24组成的四边形中，第一馈电点21和第四馈电点24处于一条对角线(第一对角线)上，第二馈电点22和第三馈电点23处于另一条对角线(第二对角线)上。

利用第一金属连接件，将每个馈电点2与信号单元相连接，利用第二金属连接件，将每个接地点3与接地单元相连接。

在每个接地点3和接地单元之间设置端口开关，端口开关用于控制接地点3与接地单元的连通和断开状态。端口开关控制接地点3与接地单元连通，该接地点3所属天线工作，端口开关控制接地点3与接地单元断开，该接地点3所属天线不工作。进一步地，还可以在馈电点2和信号单元之间设置端口开关，这样，仅在馈电点2和信号单元连通、且该馈电点2对应的接地点3和接地单元连通的情况下，馈电点2及其对应的接地点3所属的天线才能开始工作，其他情况天线均不工作。本实施例优选地，仅在接地点3和接地单元之间设置端口开关。

通过端口开关，来调节各个接地点3的接通与否，进而可以控制天线系统中工作天线的数量。馈电点2对应的接地点3接通，天线工作，馈电点2对应的接地点3断开天线不工作，这样，本实施例中工作天线的数量可以控制在0～4个。

将本实施例的天线系统应用在移动终端中之后，为了保证移动终端能够正常功能，本实施例的天线系统可以提供3种工作模式，包括：第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。

第一工作模式：第一接地点31、第二接地点32、第三接地点33和第四接地点34都接通，形成具有4个天线的全金属外壳1天线系统。进一步地，调节端口开关，使4个接地点3都导通，4个馈电点2同时工作，天线系统处于4天线工作状态，且4天线都工作在高频段，即4个单频天线。天线工作的高频段例如是LTE的B38、B40、或者B41频段，或者可以工作在WiFi频段。

第二工作模式：处于第一对角线上的第一接地点31和第四接地点34接通，处于第二对角线上的第二接地点32和第三接地点33断开，形成具有2个天线的全金属外壳1天线系统。进一步地，调节端口开关，使对角的2个接地点3导通，相应的2个馈电点2同时工作，天线系统处于双天线工作状态，2个天线同时工作在低频段和高频段，即每个天线都是双频天线。

第三工作模式：处于第二对角线上的第二接地点32和第三接地点33接通，处于第一对角线上的第一接地点31和第四接地点34断开，形成具有2个天线的全金属外壳1天线系统。进一步地，调节端口开关，使另外对角的2个接地点3导通，相应的2个馈电点2同时工作，天线系统处于双天线工作状态，2个天线同时工作在低频段和高频段，即每个天线都是双频天线。

由于2个馈电点2同时工作在低频段时，波长较长，2个馈电点2之间可能会相互影响，因此，本实施例优选的，选择处于对角的2个馈电点2同时工作在低频段。

例如：移动终端宽度为70mm、长度为142mm，第一馈电点21和第二馈电点22之间的距离为44mm，第三馈电点23和第四馈电点24之间的距离为44mm，第一馈电点21～第四馈电点24中的每个馈电点2与背盖边沿的距离都为10mm,每个馈电点2与接地点3之间的距离为4mm；馈电点2和接地点3在全金属外壳1上的位置，对于天线系统的性能影响较大，可以通过优化馈电点2和接地点3之间的距离，来调整天线系统的工作频段，如果整个移动终端的尺寸发生了变化，上述的参数需要重新调整来优化整个天线系统；经过CST仿真3种工作模式的S参数(S-Parameter)。图4为第一工作模式下天线系统的回波损耗示意图；图5为第一工作模式下天线系统的隔离度示意图；图6为第二工作模式下天线系统的回波损耗和隔离度示意图；图7为第三工作模式下天线系统的回波损耗和隔离度示意图。在图4-图7中，S参数的端口号“1”表示第一馈电点21，端口号“2”表示第二馈电点22、端口号“3”表示第三馈电点23、端口号“4”表示第四馈电点24，横坐标为频率(Frequency)，纵坐标为幅度(Magnitude)，即S参数的值。

根据图4和图5可知，4天线都工作在高频段、且任意两个天线之间的隔离度都小于-10dB，满足4×4MIMO的要求。根据图6和图7可知，处于对角的2个馈电点2同时工作时，天线之间的隔离度都小于-10dB，满足双天线MIMO的要求。

第二工作模式和第三工作模式覆盖的频带基本相同，而且隔离度都满足双天线MIMO的要求。他们的区别在于，第二工作模式和第三工作模式下的工作天线的位置不同，这样，可以根据外界干扰源的位置的不同，如左右手，左右头，进行工作模式切换，减少外界对天线造成的损耗。

实施例三

将全金属外壳天线系统应用在移动终端中，形成全金属外壳移动终端。全金属外壳移动终端中包括全金属外壳1、移动终端主板。移动终端主板位于全金属外壳1内侧面的下方。该全金属外壳移动终端应用上述全金属外壳天线系统。

用于与馈电点2相连接的信号单元、以及用于与接地点3相连接的接地单元，被设置在移动终端主板上。一般而言，移动终端主板已经设置有信号单元和接地单元，这样，全金属天线系统可以和移动终端主板共用信号单元和接地单元。

当全金属外壳天线系统如实施例二，包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式时，为了避免用户左右手握和左右头会对天线系统造成不同的不良影响，本实施例的全金属外壳移动终端还包括：位置传感器和模式切换单元。位置传感器，用于检测所述全金属外壳移动终端的握持位置及被遮挡位置。模式切换单元，用于根据握持位置及被遮挡位置，在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式之间进行工作模式切换。其中，握持位置及被遮挡位置用于反映用户的头手位置，头手位置即是用户的握持终端的位置和头部遮挡终端位置。

例如：先确定用户握持位置和头部遮挡位置，使工作天线的位置避开用户握持位置和头部遮挡位置。如果位置传感器检测到用户手部和头部和移动终端无接触时，如将移动终端放在支架上，则模式切换单元向端口开关发送指令，以便将工作模式切换成第一工作模式；如果位置传感器检测到用户握持移动终端、头部接近第二对角线的，则模式切换单元向端口开关发送指令，以便将工作模式切换成第一对角线对应的工作模式，如第二工作模式；如果位置传感器检测到用户握持移动终端、头部接近第一对角线，则模式切换单元向端口开关发送指令，以便将工作模式切换成第二对角线对应的工作模式，如第三工作模式。

本实施例的移动终端可以有效避免外界对天线系统的影响，在天线谐振频率的调节、以及通信制式和MIMO的支持上较为灵活。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种全金属外壳天线系统，其特征在于，包括：

全金属外壳、馈电点和接地点；

所述全金属外壳包括：三段金属外壳；所述三段金属外壳在同一平面内，且通过非金属材料连接；

在所述全金属外壳的内侧面，分别在每两段相邻金属外壳之间的连接处设置馈电点以及与所述馈电点对应的接地点；

所述三段金属外壳包括：第一段金属外壳、第二段金属外壳及第三段金属外壳；

在第一段金属外壳和第二段金属外壳之间，设置相距第一距离的第一馈电点和第二馈电点、以及设置与所述第一馈电点对应的第一接地点、与所述第二馈电点对应的第二接地点；

在第二段金属外壳和第三段金属外壳之间，设置相距第二距离的第三馈电点和第四馈电点、以及设置与所述第三馈电点对应的第三接地点、与所述第四馈电点对应的第四接地点；

在第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点组成的四边形中，第一馈电点和第四馈电点处于一条对角线上，第二馈电点和第三馈电点处于另一条对角线上。

2.根据权利要求1所述的全金属外壳天线系统，其特征在于，还包括：位于所述全金属外壳内侧面下方的信号单元和接地单元；

所述信号单元通过第一金属连接件与每个所述馈电点相连接；

所述接地单元通过第二金属连接件与每个所述接地点相连接。

3.根据权利要求2所述的全金属外壳天线系统，其特征在于，

每个天线包括：一个馈电点以及与所述馈电点对应的接地点；

所述信号单元，用于如果所述馈电点对应的接地点与所述接地单元接通，通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号，以使所述天线工作；如果所述馈电点对应的接地点与所述接地单元断开连接，停止通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号，以使所述天线停止工作。

4.根据权利要求3所述的全金属外壳天线系统，其特征在于，

所述信号单元通过所述馈电点向所述全金属外壳馈入射频信号的过程具体为：

若所述馈电点处于第一段金属外壳和第二段金属外壳之间，所述信号单元通过所述馈电点向所述第一段金属外壳馈入射频信号；

若所述馈电点处于第二段金属外壳和第三段金属外壳之间，所述信号单元通过所述馈电点向所述第三段金属外壳馈入射频信号。

5.根据权利要求4所述的全金属外壳天线系统，其特征在于，

所述全金属外壳天线系统包括：第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；其中，

第一工作模式是指第一接地点、第二接地点、第三接地点和第四接地点都接通，形成具有四个天线的全金属外壳天线系统；

第二工作模式是指第一接地点和第四接地点接通，第二接地点和第三接地点断开，形成具有两个天线的全金属外壳天线系统；

第三工作模式是指第二接地点和第三接地点接通，第一接地点和第四接地点断开，形成具有两个天线的全金属外壳天线系统。

6.一种全金属外壳移动终端，其特征在于，所述全金属外壳移动终端包括权利要求1-5中任一项所述的全金属外壳天线系统。

7.根据权利要求6所述的全金属外壳移动终端，其特征在于，所述全金属外壳移动终端还包括：位于所述全金属外壳内侧面下方的移动终端主板；

所述移动终端主板上设置有与所述馈电点相连接的信号单元、以及用于与所述接地点相连接的接地单元。

8.根据权利要求7所述的全金属外壳移动终端，其特征在于，当所述金属外壳天线系统包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式时，所述金属外壳移动终端还包括：位置传感器和模式切换单元；

所述位置传感器，用于检测所述全金属外壳移动终端的握持位置及被遮挡位置；

所述模式切换单元，用于根据所述握持位置及被遮挡位置，在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式之间进行工作模式切换。