CN107204523A - 金属环天线及具有金属环天线的移动设备 - Google Patents

金属环天线及具有金属环天线的移动设备 Download PDF

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Abstract

一种金属环天线，适用于一移动设备，所述金属环天线包括接地板、金属环以及至少一馈电。金属环沿着移动设备的四周侧边构成一连续环形，所述连续环形不具有间隙，所述金属环具有至少一馈电位置，但所述金属环不具有与该接地板电性连接的馈地点。所述馈电耦接金属环的馈电位置。借此，金属环天线能够与移动设备的外壳外观整合，且金属环天线受到手持的影响较小。

Description

金属环天线及具有金属环天线的移动设备
技术领域
本发明涉及一种天线，特别是涉及一种金属环天线及具有金属环天线的移动设备。
背景技术
现有的用于移动设备的天线设计，除了对于天线的性能，更考虑到与移动设备的整合程度，以及是否能实现整合式设计，以避免影响移动设备的外观设计以及品牌(文字或图形)在移动设备的外观上的完美呈现。因此，传统的单极子天线、或平面倒F天线当应用于移动设备时，通常着重于隐藏式设计的考虑，使天线不外露于移动设备的表面。更甚至，对于目前已有的具有全金属背盖的移动设备，移动设备的天线是否能够不受金属背盖而影响其性能，也是设计的课题。
目前已有多种移动设备的连续环天线的设计方案，例如专利公布号CN103606736 A，美国专利公布号US 20150084817 A1，或欧洲专利公布号EP2704255 A1等。现有的用于移动设备的连续环天线，其金属环上都设有与接地板电性连接的馈地点，从辐射原理分析，其辐射原理是缝隙天线(slotantenna)，如图1所示。现有的连续环天线结构通过馈地点来构造缝隙，图1中的两个馈地点11a、11b、接地板12以及金属环13之间围成一个缝隙14。该缝隙14的区域为主要辐射部分，馈电15连上金属环13以后，馈电电流(在图1中以箭头表示)从馈电15出发，通过金属环13到达两边的馈地点11a、11b，流向接地板12以后再回到馈电15处。因此辐射的产生主要局限于缝隙14的区域。现有的连续环天线通过多个馈地点分割出多个这样的缝隙区域来构造多个不同的天线。
然而，移动设备如果采用所述的缝隙天线或是传统的单极子天线，辐射主要集中在某个区域(缝隙区域或是单极子天线附近的区域)，容易被人手遮挡。使得，天线受到手持的影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种金属环天线及具有金属环天线的移动设备，金属环天线能够与移动设备的外壳外观整合，且金属环天线受到手持的影响较小。
为实现所述目的，本发明提供一种金属环天线，适用于一移动设备，所述金属环天线包括接地板、金属环以及至少一馈电。金属环沿着移动设备的四周侧边构成一连续环形，所述连续环形不具有间隙(gap)，所述金属环具有至少一馈电位置，但该金属环不具有与该接地板电性连接的馈地点，所述馈电耦接金属环的馈电位置。
优选地，金属环天线还包括金属背板，设置于移动设备的背面。
优选地，所述至少一馈电包括第一馈电以及第二馈电，第一馈电用以激发金属环天线产生主天线的操作，第二馈电用以激发该金属环天线产生分集天线的操作。
优选地，金属环天线还包括匹配网络，耦接于馈电与射频电路之间。
优选地，金属环天线还包括导电金属块，电性连接接地板，所述导电金属块设置于接地板与金属环之间。
优选地，金属环天线还设有由电介质材料或磁性材料所制成的调节元件，该调节元件用以调节金属环的电流分布。
优选地，调节元件设置在接地板的至少一侧边或以围绕方式设置于金属环的内侧。
优选地，金属环设置于移动设备的正面的四周。
优选地，金属环设置于移动设备的四周侧边机壳。
依据前述金属环天线，本发明也提供一种具有金属环天线的移动设备，所述移动设备包括接地板、金属环以及至少一馈电。金属环沿着移动设备的四周侧边构成一连续环形，所述连续环形不具有间隙(gap)，所述金属环具有至少一馈电位置，但所述金属环不具有馈地点。所述馈电耦接金属环的馈电位置。
综上所述，本发明实施例提供一种金属环天线，金属环天线能够与移动设备的外壳外观整合，避免影响移动设备的外观设计以及品牌(文字或图形)在移动设备的外观上的完美呈现。并且，金属环不具有与接地板电性连接的馈地点，金属环天线与接地板之间无直接电性连接，金属环天线结构上是环形，但辐射原理是类似(折叠)偶极天线，电流从馈电出来以后流经整个金属环，因此整个金属环都参与辐射，因此能够使得金属环天线受到手持的影响较小。另外，金属环天线可以使用于具有金属背板的机壳的移动设备，可具有非常宽的带宽，在应用至少两个馈电时可实现天线分集(diversity)。另外，金属环天线的结构简单，可以使用最少与最简单的天线连接方式，不需要复杂的馈电设计，也不需要连接天线的复杂组装机构。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1是传统的连续环缝隙天线天线辐射原理的示意图。
图2A是本发明实施例提供的金属环天线的辐射原理的示意图。
图2B是本发明实施例提供的具有两个馈电位置的金属环天线的辐射原理的示意图。
图3A是本发明实施例提供的金属环设置于移动设备的正面的四周的正视图。
图3B是图3A的移动设备的侧视图。
图3C是图3A的移动设备的背视图。
图3D是本发明实施例提供的金属环天线的金属环与接地板的示意图。
图4A是本发明实施例提供的金属环设置于移动设备的四周侧边机壳的爆炸图。
图4B是本发明实施例提供的金属环设置于移动设备的四周侧边机壳的组合图。
图5是本发明实施例提供的金属环天线的馈电方式的示意图。
图6是本发明实施例提供的金属环天线的金属环与接地板之间设置导电金属块的示意图。
图7A是本发明实施例提供的金属环天线设有调节元件的示意图。
图7B是本发明实施例提供的金属环天线设有调节元件的示意图。
图7C是本发明实施例提供的金属环天线设有调节元件的示意图。
具体实施方式
请参照图2A，图2A是本发明实施例提供的金属环天线的辐射原理的示意图。金属环天线适用于一移动设备，如智能手机或平板计算机，但本发明并不因此限定。本发明实施例的金属环天线的操作频率可以例如包括长期演进技术(LTE)频带，但本发明并不因此限定。所述金属环天线21包括接地板211、金属环212以及至少一馈电213。所述接地板211例如是于移动设备的电路板(PCB)。一般而言，移动设备内部的电路板的射频电路提供射频信号给金属环天线，且电路板上的接地部分则作为接地板211。另外，当移动设备的背面机壳是金属背板，此电路板的接地与移动设备的背面的金属背板可以是电性连接或是非电性连接。本发明实施例的金属环天线21不仅可以应用于不具有金属背板的移动设备，也可以应用于具有金属背板的移动设备。以电路观点，当电路板的接地与移动设备的背面的金属背板电性连接时，移动设备的背面的金属背板与电路板的整体视为本发明的接地板211。然而，当电路板的接地与移动设备的背面的金属背板非电性连接时，接地板211仅为电路板本身。值得注意的是，图2A的接地板211与金属环212的相对大小仅适用以在平面的示意图上便于区隔接地板211与金属环212，以此简图简化说明接地板211与金属环212之间的电性连接关系，并非用以限定接地板211与金属环212的实际结构。
金属环212沿着移动设备的四周侧边构成连续环形，连续环形不具有间隙(gap)，也就是在所构成的封闭且连续的环形结构上并没有缺口。金属环天线21结构上是环形，但并非是环天线(loop antenna)，金属环天线21辐射原理是类似于(折叠)偶极天线。所述金属环212具有至少一可选择的馈电位置，对每一个馈电位置而言，接地板211与金属环212相互产生为一个偶极。在图2A中以一个馈电位置212a表示，所述馈电213耦接金属环212的馈电位置212a。馈电位置212a可以是金属环212上的任意位置，本发明并不限定。馈电213耦接金属环212的方式可以是直接电性连接或是间接能量耦合方式，本发明并不因此限定。两个以上的馈电位置的实施例请参照后续图2B的说明。依据设计的需求，馈电位置212a可以选择在金属环212上的任何位置，但本发明并不因此限定。金属环212接受到馈电后，产生馈电激发电流与环天线的电流不同，且此馈电激发电流由馈电位置212a开始分别以两个方向沿着金属环212传递，如图2A所示的箭头。值得注意的是，图2A所示的环型电流仅用以示意据以帮助说明，实际上馈电激发电流是随着电位置212a与馈电213的影响，并依据实际设计而有所不同。另外，本发明实施例的金属环212不具有与接地板211电性连接的馈地点，也就是说金属环212只有一个以上的馈电位置(在图2A中为212a)以接受馈电，且金属环212并不与接地板211的接地直接电性连接。换句话说，金属环212和接地板211没有利用有线连接的方式直接通过任何金属导体或导线连接，但是就能量耦合观点，金属环212的馈电能量有可能通过金属环212和接地板211之间的电介质而有少部分传递至接地板211。本发明也不限定金属环212与接地板211的间隔。本发明实施例的金属环天线由于金属环212不具有与接地板211电性连接的馈地点，类似于(折叠)偶极天线。并且，由于没有馈地点，电流从馈电出来以后流经整个金属环212，因此整个金属环212都参与辐射。相比于传统上采用的缝隙天线或是单极子天线本发明实施例的金属环212具有较大的辐射体。因此，可使较多的射频信号的功率被传递至天线辐射体(金属环212)，大部分的辐射体(金属环212)并不会因使用者的手持而遮挡，而可自由地产生辐射，使得天线受到手持的影响较小。相较于本发明实施例的金属环天线，传统上采用的缝隙天线或是单极子天线辐射主要集中在某个区域(隙缝附近或单极子附近)，其天线辐射体较小，容易被人手遮挡的，天线辐射体被人手遮挡后将不利于产生辐射，使得天线受到手持的影响较大。依据所述可知，对于天线特性受到人手持移动设备的影响方面，本发明实施例的金属环天线相较于传统的缝隙天线或是单极子天线受到手持的影响较小。
接着，图2B说明金属环212具有两个馈电位置212a、212b。馈电213a通过在馈电位置212a进行馈电，使金属环212产生馈电电流。同样的，馈电213b通过在馈电位置212b进行馈电，使金属环212产生另一个馈电电流。依此可类推至超过两个馈电的方式。当采用本发明实施例的金属环天线方案进行多天线设计时，此多天线设计是共享同一个金属环212。两个以上馈电位置的适当选择，需要使彼此相互的耦合(coupling，|S21|)最小化，以能够新增需要的操作频带。例如，一个馈电用以使金属环212激发(产生)一个长期演进技术(LTE)主天线(main antenna)操作，另一个馈电用以使金属环212激发(产生)一个长期演进技术(LTE)分集天线(diversityantenna)操作。然而，本发明并不限定各个馈电位置的在金属环212的设置位置，也不限定各个馈电位置彼此之间的距离。
金属环天线的封闭金属环可为细环(Slim metal ring)或宽环(Widemetal ring)，但本发明不限定金属环的粗细宽度，为了能整合于移动设备的外壳外观，且不影响天线的操作的情况下，金属环的粗细宽度也是可调整的。以下将以图3A、3B、3C、3D、图4A与图4B的实施例以帮助说明金属环天线的金属环如何沿着移动设备的四周侧边构成封闭环形的实施方式，但本发明并不因此限定。
在一实施例中，请参照图3A至图3D，移动设备2a的正面通常是具有屏幕22，接地面211a是移动设备2b的背面金属背板的方式实施(参照图3D的移动设备的背面示意图)。如图3A所示，图3A的移动设备2a的四周侧边是大致为矩形周边，金属环212则可以是设置在屏幕22的四周并沿着移动设备2a的四周侧边环绕成封闭环形。如图3C所示，本实施例的金属环212是与屏幕22设置在相同平面，但本发明并不因此限定。本发明也并不限定移动设备2a的屏幕所占移动设备2a的正面机壳的面积，也不限定金属环212与屏幕22之间的间距，只须让位于正面机壳的金属环212沿着移动设备2a的四周侧边即可。金属环212的馈电则可设置于金属环212的内侧，在图3A中以两个馈电213c、213d作为例子。又参照图3D所示的简图，位于正面机壳的金属环212是个封闭金属环，而此封闭金属环的形状是大致相同于移动设备2a的四周侧边的形状。
接着，在另一实施例中，请参照图4A，图4A是本发明实施例提供的金属环天线设置于移动设备的四周侧边机壳的爆炸图。不同于图3A的实施例，图4A实施例的金属环212是作为移动设备的四周侧边机壳。在此实施例中，移动设备2b的四周侧边机壳是大致垂直于移动设备2b的正面的屏幕22b与背面机壳。金属环212例如具有实质上笔直的垂直侧壁，但本发明并不因此限定，金属环212的侧壁可为弯曲的，或可具有任何其他适当形状。值得注意的是，当移动设备2b的背面机壳是金属背板211b且金属背板211b电性连接移动设备内的电路板的接地板时，金属环212不与背面机壳的接地直接电性连接，金属环212须与金属背板211b之间利用绝缘材料(如塑料材料)定位并保持一个彼此不接触的间距。例如是四周侧边机壳与背面机壳之间设置有由绝缘材料所制成的部件，用以连接(或组装)四周侧边机壳与背面机壳。然而，在实际应用时，依据移动设备2b的机壳组装设计，金属环212在移动设备2b机壳的组装方式可有多种，本发明并不因此限定。在另一实施例中，参照图4B，图4B实施例的金属环212是作为移动设备2c的四周侧边机壳23的一部分。移动设备2c的四周侧边机壳23的其他部分可以绝缘材料实现，用以固定金属环212，并让金属环212与金属背板保持一个彼此不接触的间距，但本发明并不限定金属环212的粗细或厚度。以上实施例仅适用以帮助说明金属环212的设置方式，本发明并不因此限定金属环212与机壳的组装与构成方式。本发明也不限定金属环212与金属背板211b之间的间隔大小。
接着，请参照图5，图5是本发明实施例提供的金属环天线的馈电方式的示意图。在图5中以两个馈电213e、213f对金属环212馈电为例子进行说明。金属环天线还包括匹配网络24e、24f。匹配网络24e耦接于馈电213e与射频电路25之间。匹配网络24f耦接于馈电213f与射频电路25之间。匹配网络可用于帮助射频电路与作为天线的金属环212之间的阻抗匹配，然而，本发明并不限定匹配网络的实现方式。
接着，请参照图6，图6是本发明实施例提供的金属环天线的金属环与接地板之间设置导电金属块的示意图。金属环天线还包括导电金属块26，电性连接接地板211c，所述导电金属块26设置于接地板211c与金属环212之间。值得注意的是，在图6中，金属环212的馈电位置以及馈电被省略而未示出。导电金属块26可用于调节天线的工作频率，然而本发明并不限定导电金属块26的尺寸、导电金属块26的设置位置，也不限定导电金属块26与金属环212的间距。值得注意的是，图6的接地板211c可以不相同于前述实施例的接地板211，而接地板211c可以是移动设备的电路板的接地板、屏幕模块的接地板或是前述实施例提及的金属背板。本发明并不限定接地板211c的实施方式。
接着，请参照图7A、7B、7C，图7A、7B、7C是本发明实施例提供的金属环天线设有调节元件的示意图。调节元件27由电介质材料(或磁性材料)所制成。调节元件27可设置在接地板211d的至少一个侧边，即接地板211d的上侧边、下侧边、左侧边、右侧边的至少其中一个侧边，以调节金属环212的电流分布，从而达到调节金属环天线的谐振频率以及阻抗匹配的目的。例如在图7A中，调节元件27设置在接地板211d的下侧边，以从下侧边固定金属环212。在图7B中，调节元件27设置在接地板211d的右侧边，以从右侧边固定金属环212。在图7C中，调节元件27是以围绕金属环212的内侧设置，以环形固定金属环212，但本发明并不因此限定。值得注意的是，图7A、图7B与图7C的接地板211d可以不相同于前述实施例的接地板211，而接地板211d可以是移动设备的电路板的接地板、屏幕模块的接地板或是前述实施例提及的金属背板。
综上所述，本发明实施例所提供的金属环天线及具有金属环天线的移动设备，其金属环天线能够与移动设备的外壳外观整合，避免影响移动设备的外观设计以及品牌(文字或图形)在移动设备的外观上的完美呈现。并且，金属环天线没有设置馈地点，电流从馈电出来以后流经整个金属环，因此整个金属环都参与辐射，因此能够使得金属环天线受到手持的影响较小。此外，所述金属环天线结构简单，制造成本较低。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (18)

1.一种金属环天线，适用于一移动设备，其特征在于，包括：
一接地板；
一金属环，沿着该移动设备的四周侧边构成连续环形，该连续环形不具有间隙，该金属环具有至少一馈电位置，但该金属环不具有与该接地板电性连接的馈地点；以及
至少一馈电，耦接该金属环的该馈电位置。
2.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，还包括：
一金属背板，设置于该移动设备的一背面。
3.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，其中该至少一馈电包括一第一馈电以及一第二馈电，该第一馈电用以激发该金属环天线产生一主天线的操作，该第二馈电用以激发该金属环天线产生一分集天线的操作。
4.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，还包括：
一匹配网络，耦接于该馈电与一射频电路之间。
5.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，还包括：
一导电金属块，电性连接该接地板，该导电金属块设置于该接地板与该金属环之间。
6.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，还设有由电介质材料或磁性材料所制成的调节元件，该调节元件用以调节该金属环的电流分布。
7.如权利要求6所述的金属环天线，其特征在于，该调节元件设置在该接地板的至少一侧边或以围绕方式设置于该金属环的内侧。
8.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，其中，该金属环设置于该移动设备的一正面的四周。
9.如权利要求1所述的金属环天线，其特征在于，其中，该金属环设置于该移动设备的四周侧边机壳。
10.一种具有金属环天线的移动设备，其特征在于，包括：
一接地板；
一金属环，沿着该移动设备的四周侧边构成一连续环形，该连续环形不具有间隙，该金属环具有至少一馈电位置，但该金属环不具有与该接地板电性连接的馈地点；以及
至少一馈电，耦接该金属环的该馈电位置。
11.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，还包括：
一金属背板，设置于该移动设备的一背面。
12.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，其中该至少一馈电包括一第一馈电以及一第二馈电，该第一馈电用以激发该金属环天线产生一主天线的操作，该第二馈电用以激发该金属环天线产生一分集天线的操作。
13.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，还包括：
一匹配网络，耦接于该馈电与一射频电路之间。
14.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，还包括：
一导电金属块，电性连接该接地板，该导电金属块设置于该接地板与该金属环之间。
15.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，还设有由电介质材料或磁性材料所制成的调节元件，该调节元件用以调节该金属环的电流分布。
16.如权利要求15所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，该调节元件设置在该接地板的至少一侧边或以围绕方式设置于该金属环的内侧。
17.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，其中，该金属环设置于该移动设备的一正面的四周。
18.如权利要求10所述的具有金属环天线的移动设备，其特征在于，其中，该金属环设置于该移动设备的四周侧边机壳。
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