CN107196043B - 一种移动终端的天线系统及具有该天线系统的移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动终端的天线系统及具有该天线系统的移动终端，所述天线系统至少包括第一蜂窝天线单元，所述第一蜂窝天线单元由第一辐射体、第一馈电组件和第一馈电端组成，所述移动终端的外壳为金属壳体，所述外壳包括中框部以及作为所述移动终端后盖的壳体部，其特征在于，所述壳体部覆盖所述移动终端的整个后盖平面，所述中框部位于所述移动终端的左右侧面及上下侧面；所述第一蜂窝天线单元沿所述中框部边缘布设，以保持所述壳体部的整体性；所述第一辐射体由部分所述中框部组成并设有缺口。本发明的技术方案实现所述移动终端后盖设计的完整性，美观大方；同时实现移动终端内两个蜂窝天线单元工作状态互换，增强了通信性能，减小干扰。

Description

一种移动终端的天线系统及具有该天线系统的移动终端

技术领域

本发明涉及移动终端领域，尤其涉及一种移动终端的天线系统及具有该天线系统的移动终端。

背景技术

如今，随着通信技术的发展，2G、3G、4G、WIFI、GPS网络共存，为了兼容不同网络，移动设备的天线需要工作在多个频段上。在移动终端设备领域中，金属盖的移动通讯设备相对于塑料盖设备有着巨大的审美优势，该设计已越来越普遍地应用于移动通讯设备上。然而，由于大部分辐射信号会被金属物体阻隔，为这样的移动终端设计天线对于天线工程师而言是个巨大挑战。

现有技术为了解决该问题，在所述移动终端的金属盖上设计了非金属缝隙，基于所述缝隙进行天线设计。然而，现有技术仍存在问题，即为满足天线工作在多个频段上，往往须设计多个天线单元组件，实现不同的天线配置；此外所述金属盖上的缝隙影响了后盖壳体的完整性，即不利于工艺加工，也不美观。

因此需要设计一种适用于移动终端的天线系统，能够满足多个频段的工作需求，同时保证设计美观。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种移动终端的天线系统及具有该天线系统的移动终端，通过在所述移动终端的窄侧面布设天线单元，实现多频段的工作需求及美观的技术效果。

本发明公开了一种移动终端的天线系统，至少包括第一蜂窝天线单元，所述第一蜂窝天线单元由第一辐射体、第一馈电组件和第一馈电端组成，所述移动终端的外壳为金属壳体，所述外壳包括中框部以及作为所述移动终端后盖的壳体部，所述壳体部覆盖所述移动终端的整个后盖平面，所述中框部位于所述移动终端的左右侧面及上下侧面；所述第一蜂窝天线单元沿所述中框部边缘布设，以保持所述壳体部的整体性；所述第一辐射体由部分所述中框部组成并设有缺口。

优选地，所述天线系统还包括第二蜂窝天线单元，包括第二辐射体、第二馈电组件和第二馈电端；所述第二蜂窝天线单元沿所述中框部边缘布设；所述第二辐射体由部分所述中框部组成并设有缺口。

优选地，所述第二蜂窝天线单元与所述第一蜂窝天线单元轴向对称。

优选地，所述第一辐射体和第二辐射体的缺口设于所述中框部两侧或底部。

优选地，所述天线系统还包括第一WIFI天线单元和第二WIFI天线单元，沿所述中框部边缘布设且轴向对称。

优选地，所述移动终端下端设有第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关连接设于所述壳体部上的第一接地端和所述中框部，所述第二射频开关连接设于所述壳体部上的第二接地端和所述中框部。

优选地，所述第一蜂窝天线单元设于所述移动终端下端，所述第二蜂窝天线单元设于所述移动终端上端。

优选地，所述天线系统还包括第一WIFI天线单元，设于所述移动终端上端并与所述第二蜂窝天线单元轴向对称。

优选地，所述天线系统还包括GPS天线单元，沿所述中框部边缘布设。

本发明还公开了一种移动终端，包括上述的天线系统。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.实现所述移动终端后盖设计的完整性，美观大方；

2.实现移动终端内集成多种天线单元，支持移动终端同时进行多个通信功能；

3.实现移动终端内两个蜂窝天线单元工作状态互换，增强了通信性能，减小干扰。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线系统的结构示意图；

图2为符合本发明另一优选实施例中移动终端的天线系统的结构示意图；

图3为符合本发明再一优选实施例中移动终端的天线系统的结构示意图；

图4为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线系统仿真实验结果示意图。

附图标记：

10-天线系统、20-第一蜂窝天线单元、21-第一辐射体、22-第一馈电组件、23-第一馈电端、30-外壳、31-中框部、32-壳体部、40-第二蜂窝天线单元、41-第二辐射体、42-第二馈电组件、43-第二馈电端、50-第一WIFI天线单元、60-第二WIFI天线单元、71-第一射频开关、72-第二射频开关、80-GPS天线单元、91-第一仿真曲线、92-第二仿真曲线、93-第三仿真曲线、94-第四仿真曲线。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线系统10的结构示意图，所述天线系统包括：

-天线系统10

天线系统10，设于所述移动终端内，包括第一蜂窝天线单元20、第二蜂窝天线单元40、第一WIFI天线单元50、第二WIFI天线单元60、GPS天线单元80。所述移动终端，是指支持移动通信网络的终端设备，可以是手机、卫星电话、电台等通信设备。所述移动终端的外壳30为金属壳体，所述外壳30的外周经切割形成了缝隙，所述缝隙环绕范围内的主要部分为壳体部32，所述缝隙的外周为中框部31。所述壳体部32覆盖所述移动终端的整个后盖平面，所述中框部31设于所述移动终端的左右侧面和上下侧面，所述壳体部32与所述中框部31在立体空间上是正交的，即所述壳体部32所在的后盖平面与所述中框部31所在的侧平面正交，这样的设计使得所述移动终端的后盖成为一个整体，所述缝隙位于所述移动终端的侧面，便于生产加工，且更加美观。所述中框部31与所述壳体部32的结构设计是本发明的技术基础，各种天线单元均基于该结构设计而布设，所述天线单元均布设于所述中框部31的边缘，并以部分所述中框部31作为所述天线单元的辐射体，所述天线单元的馈电端设于所述壳体部32，所述天线单元的馈电组件则连接所述馈电端与所述辐射体。

-第一蜂窝天线单元20

第一蜂窝天线单元20，由第一辐射体21、第一馈电组件22和第一馈电端23组成。所述第一蜂窝天线单元20，实现所述移动终端与蜂窝移动网络的通信，包括2G、3G、4G移动网络，覆盖频段包括690MHz-960MHz、1710MHz-2170MHz、2300MHz-2690MHz。所述移动终端通过所述第一蜂窝天线单元20实现话音通话、短信息、数据流量上网等功能。所述第一蜂窝天线单元20沿所述中框部边缘布设，以保持所述壳体部的整体性，本实施例中，所述第一蜂窝天线单元20设于所述移动终端的左下侧。所述第一辐射体21由部分所述中框部31组成并设有缺口，所述缺口设于所述移动终端的左侧面。所述第一馈电组件22连接所述缺口的两端缘和所述第一馈电端23。所述第一馈电组件22可选择不同的元器件以适应不同的蜂窝移动网络频段。

-第二蜂窝天线单元40

第二蜂窝天线单元40，包括第二辐射体41、第二馈电组件42和第二馈电端43。所述第二蜂窝天线单元40与所述第一蜂窝天线单元20构成相同，功能相同，实现所述移动终端与所述蜂窝移动网络的通信。在本实施例中，所述第一蜂窝天线单元20与所述第二蜂窝天线单元20呈轴向对称，所述第二蜂窝天线单元20设于所述移动终端的右下侧。所述第二辐射体41由部分所述中框部31组成并设有缺口，所述缺口设于所述移动终端的右侧面。所述第二馈电组件42连接所述缺口的两端缘和所述第二馈电端43。本实施例中所述第一蜂窝天线单元20与所述第二蜂窝天线单元40的位置可互换，即所述第一蜂窝天线单元20亦可设于所述移动终端的右下端，因为两个蜂窝天线单元的结构是一样的，左右互换并不影响使用效果。

本实施例将所述第一蜂窝天线单元20与所述第二蜂窝天线单元40按照轴向对称方式设置的目的是使得所述移动终端能够根据需要切换上述蜂窝天线单元的工作状态，例如当所述第一蜂窝天线单元20处于发射状态时，可以使所述第二蜂窝天线单元40处于接收状态，反之亦可。由于用户手持或以其他方式操作所述移动终端时，会对信号的辐射产生影响，两个蜂窝天线单元受影响的情况是不同的，因此选用通信效果较好的蜂窝天线单元进行工作，减少用户手部效应的干扰。相对于单天线的设计，本实施例可以根据使用条件随时切换两个天线的工作状态，使得通信性能达到最优。

-外壳30

外壳30，由金属材料制成，包括壳体部32和中框部31，所述壳体部32和所述中框部31之间有缝隙。金属材料制成的外壳30在所述移动终端领域的应用越来越普遍，其力学性能、外观效果均优于塑料外壳。然而金属外壳对电磁波的干扰也是显而易见的，因为所述外壳30设计为含有缝隙的构造，作为所述移动终端内天线单元设计的基础，通过缝隙产生耦合及震荡，发射电磁波。所述壳体部32与中框部31的技术特点已在前文阐述。

-第一WIFI天线单元50

第一WIFI天线单元50，沿所述中框部边缘布设。本实施例中，所述第一WIFI天线单元50设于所述移动终端的左上端，利用部分所述中框部31作为辐射体。所述第一WIFI天线单元50覆盖的频段包括2.4GHz和5GHz，实现所述移动终端与WIFI网络的连接，实现所述移动终端与外部的数据交互。随着互联网技术的发展，WIFI逐渐成为无线局域网络的主流标准，因此大部分移动终端均设置了WIFI天线单元以实现与外部无线局域网络的通信连接。所述无线局域网络英文全名Wireless Local Area Networks，简写为WLAN，使用802.11协议簇，是由国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准。无线局域网络是相当便利的数据传输系统，利用射频技术，使用电磁波取代旧式有线介质局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它实现信息互联互通。在无线局域网络技术家族中，WIFI技术成为应用最广的无线局域网络技术，是大部分智能终端的必备无线通信制式。

-第二WIFI天线单元60

第二WIFI天线单元60，沿所述中框部边缘布设。本实施例中，所述第二WIFI天线单元60设于所述移动终端的右上端，利用部分所述中框部31作为辐射体。所述第一WIFI天线单元50与所述第二WIFI天线单元60构成相同，功能相同，呈轴向对称，该设计使得两个WIFI天线单元实现多通道的工作模式，支持所述移动终端同时与不同频段的WIFI网络连接。

-GPS天线单元80

GPS天线单元80，沿所述中框部边缘布设，设于所述移动终端上端的中间部位。所述GPS天线单元80，利用部分所述中框部31作为辐射体，实现所述移动终端与GPS网络的连接，帮助用户实现定位、速度测量等功能。所述GPS网络属于GPS系统，所述GPS系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS，利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。所述GPS天线单元80是移动终端领域常用的部件，配合所述移动终端内的地图应用程序、速度测量应用程序，帮助用户定位、测距、查找目的地。

参阅图2，为符合本发明另一优选实施例中移动终端的天线系统10的结构示意图，所述天线系统10的结构与图1实施例中的天线系统结构类似，不同之处在于所述第一辐射体21与所述第二辐射体42的缺口设于所述中框部的底部，所述第一馈电组件22与所述第二馈电组件42的位置相应调整。本实施例提出了不同的蜂窝天线单元设置位置，以便配合所述移动终端的其他设计做出搭配，使得所述天线系统的设计较为灵活，兼容性强。

参阅图3，为符合本发明再一优选实施例中移动终端的天线系统10的结构示意图，与图1中的实施例相比，本实施例有较大的变化。

首先，所述第二蜂窝天线单元40的位置设于所述移动终端的左上端，包括第二辐射体41、第二馈电组件42和第二馈电端43。所述第二蜂窝天线单元40与所述第一蜂窝天线单元20构成相同，功能相同，实现所述移动终端与所述蜂窝移动网络的通信。

其次，所述第一蜂窝天线单元20的位置即可以设于所述移动终端的左下端，也可设于所述移动终端的右下端。在本实施例中，所述第一蜂窝天线单元20与所述第二蜂窝天线单元40的工作状态可以互换。所述第一蜂窝天线单元20与所述第二蜂窝天线单元40的位置一个在所述移动终端上端、另一个在下端，目的在于减少用户手部效应的干扰。因为用户的手只能握在所述移动终端的下端或上端，从而使得两个蜂窝天线单元中至少有一个不被握住，通信性能良好。

再次，所述天线系统10还设有第一射频开关71和第二射频开关72，所述第一射频开关71和第二射频开关72设于所述移动终端下端，分别包括接地端、射频开关。所述射频开关连接部分所述中框部31与所述接地端，根据所述移动终端的控制使得所述中框部31接地。所述射频开关，又称RF开关，属通讯领域使用的信号开关，用于对射频信号的传输进行控制，由输入、输出及控制端构成，具有结构简单，使用范围广，成本低，耗电低，易于安装，可靠性极高等优点，可广泛用于载波电话切换，有线电视信号切换，无线射频信号开关等领域。本实施例中，所述射频开关的一端接于所述壳体部32上的接地端，另一端接于所述中框部31上；当所述天线系统10处于工作状态时，所述天线系统10根据所述第一蜂窝天线单元20和所述第二蜂窝天线单元40的工作状态分别控制所述第一射频开关71和第二射频开关72导通，从而使得所述中框部31接地，消除干扰，保证所述天线系统10的通信性能良好。

最后，所述天线系统10设有第一WIFI天线单元50和GPS天线单元80。所述第一WIFI天线单元50设于所述移动终端的左上端，与所述第二蜂窝天线单元40相对应，两者位置可左右互换。所述GPS天线单元80沿所述中框部边缘布设，设于所述移动终端上端的中间部位。

参阅图4，为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线系统10仿真实验结果示意图。所述仿真实验结果，是根据图1和图3中所示的实施例模型进行仿真而得到，根据4种不同的预设条件得到了4个仿真曲线，分别是第一仿真曲线91、第二仿真曲线92、第三仿真曲线93、第四仿真曲线94。所述预设条件为所述第一辐射体21的缺口距所述中框部31的距离，以下简称缺口距离；以及所述第一辐射体21的长度，以下简称天线长度。所述仿真实验结果为波特图，所述波特图是线性非时变系统的传递函数对频率的半对数坐标图，其横轴频率以对数尺度(log scale)表示，利用波特图可以看出系统的频率响应，又称幅频响应和相频响应曲线图。波特图可以用电脑软件(如MATLAB)或仪器绘制，也可以自行绘制。利用波特图可以看出在不同频率下，系统增益的大小及相位，也可以看出大小及相位随频率变化的趋势。波特图的图形和系统的增益，极点、零点的个数及位置有关，只要知道相关的资料，配合简单的计算就可以画出近似的波特图。本实施例使用计算机仿真的方式绘制波特图，在计算机中建立天线模型，输入预设条件，得出仿真结果；所述仿真结果使用波特图表示，横坐标为频率范围，单位为GHz，即吉赫兹，纵坐标为响应幅度，单位为dB。由于本发明设计的天线系统应用于移动终端设备，因此实验仿真所覆盖的频段范围为0.5-3.0GHz，覆盖了目前主流移动通信网络的频段范围。

本实施例中的仿真实验均针对LTE通信网络，所述LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为150Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps)，并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。根据双工方式不同LTE系统分为FDD-LTE(Frequency Division Duplexing)和TDD-LTE(Time DivisionDuplexing)，二者技术的主要区别在于空口的物理层上(像帧结构、时分设计、同步等)。FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，较FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率。由于LTE通信网络为目前世界上再用的技术最先进、传输速率最快的移动通信网络，且该网络已在我国覆盖率非常高，故选用此网络作为实验仿真的预设条件。

所述第一仿真曲线91的预设条件是按照图3所示实施例中的设计布设，所述第一蜂窝天线单元20和所述第二蜂窝天线单元40设于所述移动终端的底部，且呈轴向对称，工作在LTE网络频段，其中所述缺口距离为10毫米，所述天线长度为154毫米。所述第一仿真曲线91为虚线，从图4中可以看出，该曲线在0.5-0.9GHz、1.1-1.6GHz、2.4-2.9GHz频段处有较好的响应。

所述第二仿真曲线92的预设条件是按照图3所示实施例中的设计布设，所述第一蜂窝天线单元20和所述第二蜂窝天线单元40设于所述移动终端的底部，且呈轴向对称，工作在LTE网络频段，其中所述缺口距离为10毫米，所述天线长度为160毫米。从图4中可以看出，所述第二仿真曲线92在0.5-0.7GHz、1.0-1.6GHz、2.4-2.8GHz频段处有较好的响应。

所述第三仿真曲线93的预设条件是按照图1所示实施例中的设计布设，所述第一蜂窝天线单元20和所述第二蜂窝天线单元40设于所述移动终端的底部，且呈轴向对称，工作在LTE网络频段，其中所述缺口距离为20毫米，所述天线长度为160毫米。从图4中可以看出，所述第三仿真曲线93在0.5-0.7GHz、0.95-1.6GHz、2.3-2.7GHz频段处有较好的响应。

所述第四仿真曲线94的预设条件是按照图3所示实施例中的设计布设，所述第一蜂窝天线单元20设于所述移动终端的左下端或右下端，所述第二蜂窝天线单元40设于所述移动终端的左上端或右上端。所述第一蜂窝天线单元20工作在LTE网络频段，其中所述缺口距离为10毫米，所述天线长度为160毫米。从图4中可以看出，所述第四仿真曲线94在0.5-0.7GHz、0.8-1.9GHz、2.1-2.3GHz、2.7-3.0GHz频段处有较好的响应。

由于本实施例所列举的实验仿真结果是在有限的预设条件下得到的，因此本发明涉及的天线系统的技术效果并不限于图4所示的实验结果。在实际应用中，根据所述移动终端的结构设计，所述天线系统10的技术参数会相应调整，会得到不同的通信技术性能。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种移动终端的天线系统，至少包括第一蜂窝天线单元，所述第一蜂窝天线单元由第一辐射体、第一馈电组件和第一馈电端组成，所述移动终端的外壳为金属壳体，所述外壳包括中框部以及作为所述移动终端后盖的壳体部，其特征在于，

所述外壳的外周形成有缝隙，所述缝隙环绕范围内的部分为壳体部，所述缝隙的外周为中框部，所述壳体部覆盖所述移动终端的整个后盖平面，所述中框部位于所述移动终端的左右侧面及上下侧面；

所述第一蜂窝天线单元沿所述中框部边缘布设，以保持所述壳体部的整体性；

所述第一辐射体由部分所述中框部组成并设有缺口，所述缺口设于所述移动终端的左侧面，所述第一馈电组件连接所述缺口的两端缘和所述第一馈电端；

所述天线系统还包括第二蜂窝天线单元，包括第二辐射体、第二馈电组件和第二馈电端；

所述第二蜂窝天线单元沿所述中框部边缘布设；

所述第二辐射体由部分所述中框部组成并设有缺口，所述缺口设于所述移动终端的右侧面，所述第二馈电组件连接所述缺口的两端缘和所述第二馈电端；

所述第二蜂窝天线单元与所述第一蜂窝天线单元轴向对称从而使得所述移动终端根据需要切换所述第一蜂窝天线单元和所述第二蜂窝天线单元的工作状态。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述第一辐射体和第二辐射体的缺口设于所述中框部两侧或底部。

3.如权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，

所述天线系统还包括第一WIFI天线单元和第二WIFI天线单元，沿所述中框部边缘布设且轴向对称。

4.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，

所述移动终端下端设有第一射频开关和第二射频开关，所述第一射频开关连接设于所述壳体部上的第一接地端和所述中框部，所述第二射频开关连接设于所述壳体部上的第二接地端和所述中框部。

5.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，

所述第一蜂窝天线单元设于所述移动终端下端，所述第二蜂窝天线单元设于所述移动终端上端。

6.如权利要求5所述的天线系统，其特征在于，

所述天线系统还包括第一WIFI天线单元，设于所述移动终端上端并与所述第二蜂窝天线单元轴向对称。

7.如权利要求1-2或4-6中任一所述的天线系统，其特征在于，

所述天线系统还包括GPS天线单元，沿所述中框部边缘布设。

8.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1所述的天线系统。

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