CN106469852A - 一种移动通信装置天线的标准及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明应用的第一个项目是葫芦科技的情侣手机，实现了只使用金属中框设计天线，完成了5模17频主天线、GPS和分集天线、WiFi天线等设计。本发明不但只用金属中框完成了上面三个天线设计，同时保证了各天线的性能及每个天线的稳定性和可靠性。具体通过了如下几个方面实现，主板射频指标的极致优化，降低天线调试压力；主板上采用RF cable转接，减小RF信号在主板上的插损；合理的金属中框打断位置和断层宽度；考究的天线馈点和接地点位置选择；天线匹配的调试；天线馈点和金属中框采取弹片式接触；天线接地采取弹片式接地和打螺丝接地，两种接地方式灵活运用。几种方案相结合，灵活使用每种方案，完成了本发明只用金属中框做天线，同时又保证了每个天线的性能指标的设计目标。

Description

一种移动通信装置天线的标准及设计方法

技术领域

该发明适用于移动通信终端领域，包括手机但不限于手机的移动通信终端。

背景技术

移动通信终端领域，据笔者所查，天线实现技术和形式大概分为两类。一类是支架天线，支架天线又可细分为支架上走FPC的支架天线和支架上走LDS的支架天线，走LDS的支架天线走线形式灵活多样，丰富了天线的走线形式，也降低了天线的调试难度，并有助于提高天线性能；相对LDS走线的支架天线，FPC支架天线受工艺影响走线形式受到很大制约，FPC天线走线样式和灵活性受到很大的限制，天线调试难度加大，这种FPC支架天线性能提升和LDS支架天线相比难度要大。第二类天线，就是目前业内比较火且难度较大的金属中框天线，这种天线摆脱了传统天线的思想禁锢，用金属中框这个结构件来实现天线功能。因为金属中框天线首先是金属中框结构件，其次才是天线的功能。而目前移动通信终端的外观设计都比较考究，因此为了满足移动通信终端的ID设计，金属中框的形式和材质都受到了很大的制约。在这种情况下，再让金属中框充当天线，同时满足天线的性能指标要求，可谓难上加难。现况是几乎每个移动通信设备都具备4G网络功能，同时向下兼容3G和2G网络，这是一个5模17频流行的时代。金属中框天线在满足结构件一堆要求的前提下，又要实现5模17频的天线功能，同时要满足每个频段的天线性能指标要求。在这种难度异常的情况下，多数移动通信终端公司都选择了金属中框+支架走线结合的形式来实现天线功能，降低天线调试难度。而本发明专利实现了只用金属中框实现天线功能，同时满足5模17频的天线性能指标要求。

发明内容

本发明专利需要解决的技术问题有三个。第一，只使用金属中框完成天线设计。一般的金属中框天线为了降低天线调试难度，都需要借助支架走线协助完成天线设计，而本发明专利的核心就是找到一种方法可以只使用金属中框就完成天线设计，这是本发明专利的核心，也是最大的技术难点。第二，在仅使用金属中框做天线的前提下，满足目前流行的移动通信终端5模17频的全部频段天线性能指标。这点就更大的决定了天线调试难度，是对只用金属中框做天线提出的最大的技术挑战和考验。第三，金属中框做天线的稳定性。金属中框做天 线有其天生的不稳定性，比如中框的工艺，打断处的断点长短，主板向金属中框转接射频信号的接触稳定性和可靠性。

综上，本发明专利主要目的就是提供一种方法。该方法实现了只用金属中框做天线，同时该天线能满足移动通信终端5模17频的所有频段天线性能要求，并能保证金属中框天线的稳定性和可靠性。

本发明实现了只使用金属中框设计天线，完成了5模17频主天线、GPS和分集天线、WiFi天线等设计。本发明不但只用金属中框完成了上面三个天线设计，同时保证了各天线的性能及每个天线的稳定性和可靠性。针对只用金属中框实现天线功能和保证性能，本发明主要采取的以下措施。

1、主板射频指标的极致优化，降低天线调试压力。

2、主板上采取RF cable转接，减小主板上RF信号插损。

3、合理的金属中框打断位置和断层宽度，考究的天线馈点和接地点位置选择。

4、天线匹配的调试。

5、天线馈点和金属中框采取弹片式接触。

6、天线接地采取弹片式接地和打螺丝接地，两种接地方式灵活运用。

附图说明

图1为主天线RF cable标识图；

图2为分集和GPS天线RF cable标识图；

图3为主天线打断位置展示图；

图4为主天线馈点标识图；

图5为GPS和分集天线打断位置展示图；

图6为GPS和分集天线馈点标识图；

图7为Wi-Fi天线打断位置标识图；

图8为Wi-Fi天线馈点和接地方式展示图；

图9为主天线匹配网络电路图；

图10为分集和GPS天线匹配网络电路图；

图11为Wi-Fi天线匹配网络电路图；

具体实施方式

一、主板射频指标的极致优化，降低天线调试压力。

为了降低天线压力，本发明适用的项目主板RF传导指标优化到了极点。不管是最大发射功率还是接收灵敏度，指标优化的都很到位，确保降低天线的效率压力。因为该项目是金属中框天线，而且是我们是不借助支架走线的纯金属中框天线，必须把底子做好，不然会给天线附加太大压力。这一点不再赘述，不是本发明的核心。

二、主板上采取RF cable转接，减小主板上RF信号插损。

同样是为了减小天线本身的压力，保证该发明适用的项目可以达到纯金属天线的研发初衷。该项目主天线、分集和GPS天线都采取了RF cable走线，避免因在板子上走过长的带状线或微带线带来RF信号插损过大，进而把压力转嫁到天线上。图1中a标注物，就是我们主天线RF cable，它不仅能降低信号传输插损，还起到把主路射频信号从主板连接到副板的作用。图2中b标注物，是分集和GPS天线使用的RF cable，该cable把RF信号从主板的一个位置引到主板另外一个位置，这个cable只有一个目的，就是降低RF信号传输插损。减少分集和GPS接收信号在板子上传输中的插损，减小天线本身的压力。

三、合理的金属中框打断位置和断层宽度，考究的天线馈点和接地点位置选择。

众所周知，金属中框天线最关键、最难的技术点有两个。一是金属中框打断位置的选择，二是天线馈点和接地点位置的选择。上面两点决定了天线性能的大局，是否合理的选择了打断位置、天线馈点和接地点也决定了天线最后的成败。断层宽度的选择，较前面两点，对天线指标性能的决定程度相对较低，但是断层厚度决定了天线的稳定性，因为过窄的断层宽度，会增加工艺的难度，进而降低天线的稳定性和一致性。该项目打断位置共有五处，底端两处是主天线，顶端两处是分集和GPS天线，侧面打断处是WiFi天线。所有的断层宽度选择的 都是1mm，这个宽度从ID上可以接受，从天线工艺控制上也比较容易有实现，进而保证天线稳定性和一致性。

图3中c和d标注物是该项目主天线打断位置，从图上可以明显看到，打断位置兼顾了整机ID，左右两个打断位置是对称的。可以肯定，该项目的两个打断位置不是随便确定的，是经过无数次天线指标无源测试最后确定的，而且不仅仅是只测试主天线无源指标，而是测试所有天线无源指标后确定的。可以看出这个打断位置的选择经历了多少时间和测试，选择是多么的慎重和考究，这个位置的确定占用了天线研发一半以上的时间。受ID的制约，这个断点位置决定了分集和GPS天线的打断位置，因为主天线、分集和GPS天线打断位置必须是对称的。可以确切的说，主天线的打断位置决定了整个项目所有天线的大局。

图4是该项目主天线馈点f和接地点e标识图，如果说主天线打断位置决定了整个项目所有天线的大局，那么该图中的主天线馈点f和接地点e的位置选择决定了主天线性能的大局。图4中，靠近里面的弹片接触点是主天线馈点，靠近外侧的是主天线接地点。馈点f和接地点e的位置确定，同样是经历无数次主天线无源指标测试后确定的。每修改一次都需要测试一次主天线无源效率和插损，经过不知道多少次的尝试和测试，最后确定了f点和e点位置。

主天线频率范围从820MHz～2690MHz，最差频点的天线效率在33％以上，最好频点的天线效率在65％以上。5模17频每个的频段的有源测试指标都有很大余量，不管是发射还是接收。GSM低频TRP在28dBm以上，GSM高频TRP在26dBm以上，WCDMA和LTE的TRP都在都在18dBm以上，所有频段的TIS都有4dB以上的余量。

图5是分集、GPS天线的中框打断位置图。分集、GPS天线的两处打断位置和主天线的两处打断位置在结构设计上是对称的，这是该项目整机ID的限定的。就如主天线介绍时说的那样，其实在确定主天线打断位置时，已经考虑和测试了分集、GPS天线性能。值得一提的是，分集、GPS天线两处打断位置的g打断位置选择了耳机孔的位置，这个也是考虑整机ID和天线性能实现后决定的。原因有二，其一，如果耳机和打断位置g不重合，天线就会在有一个断层的同时，又被耳机孔打断了一次，天线功能很难实现，性能也不好保证。其二，如果打断位置g和耳机孔不重合，整个项目的外观不能符合大众审美，ID肯定不能通过。

图6是分集、GPS天线的馈点i位置图。分集、GPS天线使用的是单极天线，因此只有一个天线馈点接触弹片和中框接触，没有接地点弹片。同样，分集、GPS天线馈点位置的选择也决定分集、GPS天线的大局，馈点位置的选择也是经历一次次修改，一次次天线无源指 标测试后确定的。本发明适用项目的GPS天线效率在50％以上，TIS测试值在-148dBm以下。分集天线全频段，最差频点的天线效率在35％以上，最好频点的天线效率在45％以上，所有频段的TIS都有2dB以上余量。

图7是WiFi天线在金属中框的打断位置j标识图。为了保证WiFi天线的性能，经过无数次的尝试修改位置和测试后，打断位置选择了j处。

图8是WiFi天线的馈点k、接地位置l和接地方式图。天线馈点和金属中框的接触方式与主天线、分集和GPS天线馈点的接触方式相同，都是采取的弹片式到金属中框。但是WiFi天线的接地点不是弹片式接触到金属中框，而是采用了更可靠和牢固的螺钉式接触到地。

WiFi天线金属中框打断位置、天线馈点位置和接地点位置，都是经过无数次修改和测试天线无源效率后确定的。最后，WiFi天线性能如何？WiFi天线的全频段天线效率都在45％以上。

四、天线匹配的调试。

主天线、分集和GPS天线、WiFi天线在确定了打断位置、天线馈点位置、接地点位置后，天线的大局基本确定。但是天线指标的细化需要通过天线匹配的调试来完成，这一部分是该发明的细活，也是最耗时的工程。前面几点确定了天线的大局，匹配调试这个细活需要充分到位，才能把天线的性能充分优化出来。匹配网络的确定，匹配形式的选择，匹配值的确定，每一步都要经过很充分的测试和尝试后才能确定。

图9是主天线匹配网络图，图10是分集和GPS天线匹配网络图，图11是WiFi天线匹配网络图。这些匹配都是发明人无数次调试、测试、再调试最终确定的匹配值，把天线性能优化到了极点。

五、天线馈点和金属中框采取弹片式接触。

主天线、分集和GPS天线、WiFi天线每个天线的馈点都采用的弹片式到金属中框。从图4，图6，图8中，可以看到该项目的弹片式接触方式和一般手机接触方式不同，全部是卡死在金属中框上，同时金属中框开槽漏出金属，天线馈点的接触稳定性和牢靠性很好。部分天线的接地方式也采取的这种弹片式和金属中框接触。图8中的WiFi天线接地方式特别，采用了螺钉锁死的方式接地，稳定性更佳。

六、天线接地采取弹片式接地和打螺丝接地，两种接地方式灵活运用。

如上面所述，主天线、分集和GPS天线的接地方式采用的弹片式和金属中框接触。WiFi天线接地方式特别，采用了螺钉锁死的方式接地，稳定性更佳。WiFi天线这种接地形式的使用受到很多限制，不能每个天线都采取该方式接地。两种接地方式的灵活使用，保证了天线馈点位置、接地位置合理的同时，又保证了天线馈点和接地的稳定和牢靠性。对整个天线性能提升、稳定性、一致性都提供的最佳的保障。

Claims (5)

1.本发明的技术关键点是只用金属中框做天线时，金属中框打断位置、天线馈点位置、接地点位置的选择。这些位置的选择，结合ID考虑，综合三个天线性能折中和取舍，经历无数次三个天线无源指标的测试，位置修改，再测试。多次的如此反复，才最终确定三个天线的五个打断位置。这种解决问题思路、方法，具体的打断位置和断开细节，都是本发明要保护的内容。

2.本发明欲保护的点包括但不限于以下内容，只用金属中框做天线；打断的位置；选取打断位的方法和思想；天线馈点和接地点与金属中框的接触方式；接地点方式的灵活运用。

3.本发明中实现了只用金属中框做天线，本发明在主板上采取的一些降低天线压力的方法和思想是本发明的成功的关键点，所以属于本发明保护的对象。另外，本发明中使用的只用金属中框做天线的具体方案，是本发明的保护的对象。所有根据本发明衍生，受本发明启发实现的金属中框天线都是本发明保护的内容。

4.本发明中选取的打断位置是发明的核心和关键点，是本发明要保护的对象。另外，本发明选择打断位置的方法和思想是独特的，也是本发明要求保护的内容。

5.本发明中的接地点方式灵活使用，也是本发明成功的关键，所以这种灵活使用的思想和灵活使用额方式都是本发明要保护的内容，以及由此种思想和方式衍生出来的接地方式都是本发明要保护的内容。