CN107959103A - 一种移动终端的天线及具有该天线的移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动终端的天线及具有该天线的移动终端，所述移动终端具有金属电池盖，所述天线包括设于所述移动终端端部的辐射体、设于所述移动终端主板上的馈电端及连接所述辐射体及馈电端的馈电电路，所述辐射体与所述移动终端主板之间设有缝隙状的净空区域，所述净空区域的宽度不大于3毫米；所述天线包括：第一接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地；第二接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地；第三接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地。本发明的技术方案实现了较小的净空区域，节省移动终端空间；覆盖多个工作频段。

Description

一种移动终端的天线及具有该天线的移动终端

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及具有该天线的移动终端。

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，智能手机等移动设备的天线需要能够工作在多个频段上，在移动终端设备领域中，天线的设计环境非常复杂，空间有限，并且须考虑与其他的功能组件共享空间结构。近几年来移动终端常采用大屏设计，特别是其中部分型号的智能手机采用了整面屏设计，也就是屏幕占到了将近一整个手机平面，这种手机常采用金属框，并在金属框上布设天线的辐射体，在对应屏幕的背面设有玻璃电池盖，相对于传统塑料机壳设备，不但充分利用了手机本身的金属结构，还提供了更好的美观效果。

然而，现有技术的天线设计须在天线辐射体和主板电路之间留有足够的净空区域，所述净空区域即天线辐射体与其他金属部件的隔离区域，为保证天线的性能，净空区域越大越好。上述金属框上布设天线的设计方式，常在移动终端主板与天线辐射体之间设一缝隙作为净空区域。为了保证天线性能，现有技术对于主天线净空区域的宽度均在3毫米以上，对于分集天线的净空区域的宽度甚至达到5毫米以上。特别是现有的利用金属框的天线设计对净空区域的要求很高，净空的大小和天线的性能成正比，且现在的趋势是屏幕越来越大，能够预留的天线的净空区域越来越小，这就给天线的设计带来了挑战。

因此需要设计一种适用于移动终端的天线，能够利用有限的设计环境条件满足天线的多个工作频段需求，同时减少净空区域的大小，节省移动终端内部空间的使用。

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及具有该天线的移动终端，能够在较小的净空区域实现多个工作频段的覆盖。

本发明公开了一种移动终端的天线，所述移动终端具有金属电池盖，所述天线包括设于所述移动终端端部的辐射体、设于所述移动终端主板上的馈电端及连接所述辐射体及馈电端的馈电电路，所述辐射体与所述移动终端主板之间设有缝隙状的净空区域，所述净空区域的宽度不大于3毫米；所述天线包括：第一接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第一频段范围；第二接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第二频段范围；第三接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第三频段范围。

优选地，所述馈电电路设于所述移动终端主板上，包括：第一电容，其一端与所述馈电端连接，另一端接地；第二电容，其一端与所述馈电端连接，另一端与所述辐射体连接；第一电感，其一端与所述第二电容的一端并接后与所述辐射体连接，另一端接地。

优选地，所述第一电容为可调电容。

优选地，所述第一接地电路为导电金属带或金属条，跨过所述净空区域连接所述移动终端主板上的接地点与所述辐射体。

优选地，所述第二接地电路包括：第一切换开关，包括与所述辐射体连接的第一固定端及至少二个第一自由端，切换所述第一固定端与其中一个第一自由端处于接通状态；至少二组第一接地元件，所述第一接地元件的一端与所述第一自由端一一对应连接，另一端接地。

优选地，所述第一切换开关为单刀三掷开关；所述第一接地元件为三组。

优选地，所述第三接地电路包括：第二切换开关，包括与所述辐射体连接的第二固定端及至少二个第二自由端，切换所述第二固定端与其中一个第二自由端处于接通状态；至少二组第二接地元件，所述第二接地元件的一端与所述第二自由端一一对应连接，另一端接地。

优选地，所述第二切换开关为单刀三掷开关；所述第二接地元件为三组。

本发明还公开了一种移动终端，包括上述任一种天线。

优选地，所述移动终端端部设有塑料条，嵌入所述净空区域。

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.实现了较小的净空区域，节省移动终端空间；

2.覆盖多个工作频段。

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的结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线频带响应实验结果示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线效率实验结果示意图。

附图标记：

11-辐射体、12-馈电端、13-馈电电路、131-第一电容、132-第二电容、133-第一电感、14净空区域、15-第一接地电路；16-第二接地电路；161-第一切换开关、162-第一接地元件、17--第三接地电路、171-第二切换开关、172-第二接地元件、18-第一测试曲线、19-第二测试曲线、20-第三测试曲线。

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。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线的结构示意图，所述移动终端具有金属电池盖及金属边框。所述移动终端为全面屏幕设计，即屏幕占据了将近一整面的范围，也就是俗称的“大屏手机”。所述移动终端相对于屏幕一面的背面外壳拆卸开后可露出所述移动终端的电池，因此所述背面外壳又被称为电池盖，本发明中所述背面外壳由金属材质制成，故称为金属电池盖。所述金属电池盖常用作所述移动终端主板的接地点，是非常理想的接地层，帮助所述移动终端主板上的工作部件，尤其是天线实现较好的性能。

所述移动终端还具有边框，所述边框可使用金属材质，也可选用其他材质，如塑料等。所述边框围绕所述移动终端的窄侧面一周，常用于布设所述移动终端的天线，实现内置天线设计。所述移动终端的天线的辐射体11沿所述边框的内侧布设，根据通信性能的需求设计为不同的形状尺寸，还可根据不同的天线功能设置断点，实现多个独立的天线单元协调工作，例如移动蜂窝网络天线单元、GPS天线单元、WIFI天线单元等。所述移动终端的天线可根据功能需要，设计为支持GSM、WCDMA、LTE等不同的移动蜂窝网络制式。

所述天线包括：

-辐射体11

所述辐射体11用于发送或接收无线电信号，支持所述天线工作在多个频段上。所述辐射体11是狭义上的天线，它是一种变换器，它把有线介质上传播的信号，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换；是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。通常天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线；同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的；即天线的互易定理。本实施例中，所述天线的内涵比狭义的天线要丰富，还包括了与所述辐射体11配合工作的馈电电路13及馈电端12。所述天线工作在移动通信网络的频段，包括2G、3G、4G等多种网络制式，支持所述移动终端与外部进行信息交互。根据工作频段和应用场合的不同，所述辐射体11被设计为不同的构造，例如在所述移动终端内的辐射体11则须根据移动终端的构造特点进行相应的设计，例如利用移动终端的金属电池盖及边框上的缝隙实现电磁震荡，实现辐射体11的小型化。再例如所述辐射体11也会被用于实验室测试的天线，须根据实验室环境进行设计，能够覆盖实验所需的各种频段，对尺寸的限制较少。

本实施例中，所述辐射体设于所述移动终端端部，也就是所述移动终端的顶端或底端，通过金属带与所述移动终端主板上的馈电电路13连接。

-馈电端12

所述馈电端12为所述天线的信号输入端或输出端，当所述天线发射信号时，所述馈电端12接收信号源发来的电信号并通过所述馈电电路13及辐射体11形成无线电信号发射出去；当所述天线接收信号时，所述辐射体11接收的无线信号经所述馈电电路13转换为电信号，再由所述馈电端12传输至其他部件进行处理。所述馈电端12常与射频芯片或基带芯片连接，对接收的射频信号进行处理，将射频信号转换为数字信号。所述馈电端12设于所述移动终端主板上，以便与所述移动终端主板上其他部件连接进行信号传递。

-馈电电路13

所述馈电电路13连接所述辐射体11及所述馈电端12，由电阻、电容、电感等元器件组成，能够与所述辐射体11产生震荡并通过所述辐射体11以电磁波的形式发送出去，也可以将所述辐射体11接收的无线信号转换为电信号。所述馈电电路13在所述天线中的作用是至关重要的，没有所述馈电电路13，所述天线就无法产生震荡，也就无法发送或接收电磁波信号。所述馈电电路13的结构及电气参数不同，会对其工作频段造成影响，也会影响天线的性能，因此通过改变所述馈电电路的元器件的参数可以对天线的性能进行优化调整。所述馈电电路常采用L型电路、π型电路、L型电路与π型电路的组合、两个L型电路的组合或者两个π型电路的组合。

-净空区域14

所述净空区域14设于所述辐射体11与所述移动终端主板之间，为缝隙状，因此具有这种缝隙状净空区域14的天线也被称为缝隙型天线，充分利用了所述移动终端的金属部件实现电磁震荡。所述净空区域14的作用是为了使所述辐射体11与所述移动终端内其他的金属部件保持一定的距离，以保证所述天线工作时既不影响其他部件工作，也不被其他部件所影响。所述净空区域14的尺寸越大，就意味着所述辐射体11与其他金属部件的距离越远，干扰就变小了，天线的性能也就越好。

现有技术中所述净空区域14的宽度，也就是所述辐射体11与所述移动终端主板的距离至少为3毫米，对移动终端的空间结构设计造成了困难，挤占了其他部件的空间。本发明中，所述净空区域14的宽度不大于3毫米，仍能保持较好的天线性能，节约了移动终端的结构空间。

-第一接地电路15

所述第一接地电路15设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体11与地，与所述馈电电路13配合使所述天线工作于第一频段范围。本实施例中，所述第一接地电路15可以是导电金属带或金属条，不含有其他任何电子元件，也就是使所述辐射体11直接接地了。所述金属带或金属条跨过所述净空区域连接所述移动终端主板上的接地点与所述辐射体11。所述第一频段范围为移动通信终的低频段，大约在600MHz至960MHz。

-第二接地电路16

所述第二接地电路16设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体11与地，与所述馈电电路13配合使所述天线工作于第二频段范围。所述第二频段范围为移动通信终的中频段，大约在1700MHz至2200MHz。

-第三接地电路17

所述第三接地电路17设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体11与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第三频段范围。所述第三频段范围为移动通信终的高频段，大约在2300MHz至2700MHz。

作为所述天线的进一步改进，所述馈电电路13设于所述移动终端主板上，包括：

-第一电容131

所述第一电容131的其中一端与所述馈电端12连接，所述第一电容131的另一端接地。进一步地，所述第一电容131为可调电容，所述可调电容基于天线可调谐技术，该技术以数字方式调整嵌入半导体芯片内的可变容量电容器的容量值，控制与芯片相连接天线的阻抗，这一电容器被称为“DTC(digitally tunable Capacitor)。通过调节所述第一电容器的电容，能够改变所述馈电电路13的阻抗匹配特性，从而使所述天线的工作频段覆盖较广。

-第二电容132

所述第二电容132的其中一端与所述馈电端12连接，所述第二电容132的另一端与所述辐射体11连接。可以看出，所述第一电容131串接在所述辐射体11与所述馈电端12之间，且与所述第一电容131共同并接与所述馈电端12。

-第一电感133

所述第一电感133的其中一端与所述第二电容132的一端并接后与所述辐射体11连接，所述第一电感133的另一端接地。所述第一电感133与所述第二电容132共同并接于一点，并通过导电的金属带延伸至所述辐射体11。

从整体上看，所述第一电容131、第二电容132及第一电感133共同组成了π型电路。

作为所述天线的进一步改进，所述第二接地电路16包括：

-第一切换开关161

所述第一切换开关161包括与所述辐射体11连接的第一固定端及至少二个第一自由端，切换所述第一固定端与其中一个第一自由端处于接通状态。所述第一切换开关161能够控制所述第一固定端分别与其中一个第一自由端连接，实现两侧电路的联通，未被连接的第一自由端处于悬空状态。所述第一切换开关161可以是单刀双掷开关、单刀三掷开关等具有切换功能的通断器件。

-第一接地元件162

所述第一接地元件162至少有二组，与所述第一切换开关161的第一自由端的数量一一对应。所述第一接地元件162的一端与其对应的第一自由端连接，所述第一接地元件162的另一端接地。所述第一接地元件162可以是电感、电容或电阻等匹配元件，不同的第一接地元件162的参数不同，以支持不同的天线工作频段。

本改进实施例中，所述第二接地电路16成为了可以允许所述辐射体11选择不同的第一接地元件162接地的接地电路，允许所述天线覆盖更多的工作频段，特别是对中频段的覆盖率较好。

所述第三接地电路17包括：

-第二切换开关171

所述第二切换开关171包括与所述辐射体11连接的第二固定端及至少二个第二自由端，切换所述第二固定端与其中一个第二自由端处于接通状态。所述第二切换开关171能够控制所述第二固定端分别与其中一个第二自由端连接，实现两侧电路的联通，未被连接的第二自由端处于悬空状态。所述第二切换开关171可以是单刀双掷开关、单刀三掷开关等具有切换功能的通断器件。

-第二接地元件172

所述第二接地元件172至少有二组，与所述第二切换开关171的第二自由端的数量一一对应。所述第二接地元件172的一端与其对应的第二自由端连接，所述第二接地元件172的另一端接地。所述第二接地元件172可以是电感、电容或电阻等匹配元件，不同的第二接地元件172的参数不同，以支持不同的天线工作频段。

本改进实施例中，所述第三接地电路17成为了可以允许所述辐射体11选择不同的第二接地元件172接地的接地电路，允许所述天线覆盖更多的工作频段，特别是对高频段的覆盖率较好。

进一步地，所述第一切换开关161为单刀三掷开关；所述第一接地元件162为三组。所述第二切换开关171为单刀三掷开关；所述第二接地元件172为三组。本改进实施例中，所述第二接地电路16及第三接地电路17分别可选择三种不同的接地元件，具有灵活性，可根据工作需要选择合适的接地元件，使所述天线具有较好的工作频段覆盖能力，实现较佳的天线性能。

具体地，所述第一切换开关161及第二切换开关171均为微机电工艺的单刀多掷开关。微机电工艺是近年来制造技术发展的热门，制造出的设备或元器件也被称为微机电系统，英文简称MEMS，英文全称Micro-Electro-Mechanical System。所述微机电系统也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。由于所述移动终端内的可用空间资源紧张，因此采用微机电工艺生产的元器件具有体积小的优点，这样的切换开关也被称为MEMS开关。MEMS开关的概念是在20世纪80年代末期90年代初期被提出的，对射频工程师具有巨大的吸引力，它们的潜力包括减少芯片的总面积、功耗和器件成本。常见的MEMS开关有型号为HMC245A的单刀三掷(SP3T)MEMS开关，还具有静电保护的特性，相比射频继电器，MEMS开关的体积缩小多达95％，可靠性提升10倍，速度提升30倍，功耗降低10倍。

参阅图2，为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线频带响应实验结果示意图，展示了所述移动终端的天线分别在不同频段的频带响应特性。图2中横坐标为频率，从600MHz至3100MHz，覆盖了所述移动终端的所有工作频段范围。图2中展示了3条曲线，分别为所述天线在不同状态下的测试结果，即调节所述第一电容131以及所述第一切换开关161和第二切换开关171，使所述天线适用于不同的频段范围。所述第一测试曲线18为虚线，在低频段860MHz附近有幅度衰落，在中频段及高频段维持在-5dB以上，该状态下的天线具有较好的中频段和高频段性能。所述第二测试曲线19为实线，在中频段1900MHz附近有幅度衰落，在低频段及高频段维持在-5dB以上，该状态下的天线具有较好的低频段和高频段性能。所述第三测试曲线20为点画线，在高频段2400MHz附近有幅度衰落，在低频段及中频段维持在-5dB以上，该状态下的天线具有较好的低频段和中频段性能。综上，所述天线可根据不同的工作制式调整为不同的工作状态，实现较好的工作频段覆盖。

本实施例中，低频段工作特性由第一接地电路16产生，通过调节所述第一电容131，可以实现低频段全覆盖；由所述馈电电路13和第二接地电路16配合产生中频段工作特性，通过所述第一切换开关161可以覆盖中频段；由所述馈电电路13和第三接地电路17配合产生高频段工作特性，通过所述第二切换开关171可以覆盖高频段。由此方案实现全网通，且效率高，所需的净空区域较少，完全满足当下全面屏移动终端天线的要求。

参阅图3，为符合本发明一优选实施例中移动终端的天线效率实验结果示意图，从图3中可以看出，本发明天线在低频段的效率约为30％～40％，在中频段的效率约为50％～60％，在高频段的效率约为60％左右，实现了较好的全频段覆盖。

本发明还公开了一种移动终端，包括上述任一种天线。所述移动终端可以以各种形式来实施。例如，本发明中描述的终端可以包括诸如移动电话、智能电话、笔记本电脑、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、导航装置等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。下面，假设终端是移动终端。然而，本领域技术人员将理解的是，除了特别用于移动目的的元件之外，根据本发明的实施方式的构造也能够应用于固定类型的终端。

所述移动终端优选为具有全面屏的移动终端，即屏幕覆盖了将近一整个屏幕的面积。所述屏幕对应的背面优选使用金属材质的外壳，即金属电池盖，以配合天线工作。

进一步地，所述移动终端的端部设有塑料条，嵌入所述净空区域14。由于所述辐射体11与所述移动终端主板之间设有缝隙状的净空区域14，所述净空区域14内不能有金属部件，故选择使用塑料条进行填充，保证所述移动终端的外观饱满、美观，且不会产生电磁干扰。

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 (10)

1.一种移动终端的天线，所述移动终端具有金属电池盖，所述天线包括设于所述移动终端端部的辐射体、设于所述移动终端主板上的馈电端及连接所述辐射体及馈电端的馈电电路，所述辐射体与所述移动终端主板之间设有缝隙状的净空区域，其特征在于，

所述净空区域的宽度不大于3毫米；

所述天线包括：

第一接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第一频段范围；

第二接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第二频段范围；

第三接地电路，设于所述移动终端主板上，连接所述辐射体与地，与所述馈电电路配合使所述天线工作于第三频段范围。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述馈电电路设于所述移动终端主板上，包括：

第一电容，其一端与所述馈电端连接，另一端接地；

第二电容，其一端与所述馈电端连接，另一端与所述辐射体连接；

第一电感，其一端与所述第二电容的一端并接后与所述辐射体连接，另一端接地。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，

所述第一电容为可调电容。

4.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述第一接地电路为导电金属带或金属条，跨过所述净空区域连接所述移动终端主板上的接地点与所述辐射体。

5.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述第二接地电路包括：

第一切换开关，包括与所述辐射体连接的第一固定端及至少二个第一自由端，切换所述第一固定端与其中一个第一自由端处于接通状态；

至少二组第一接地元件，所述第一接地元件的一端与所述第一自由端一一对应连接，另一端接地。

6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，

所述第一切换开关为单刀三掷开关；

所述第一接地元件为三组。

7.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述第三接地电路包括：

第二切换开关，包括与所述辐射体连接的第二固定端及至少二个第二自由端，切换所述第二固定端与其中一个第二自由端处于接通状态；

至少二组第二接地元件，所述第二接地元件的一端与所述第二自由端一一对应连接，另一端接地。

8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，

所述第二切换开关为单刀三掷开关；

所述第二接地元件为三组。

9.一种移动终端，特征在于，包括如权利要求1所述的天线。

10.如权利要求9所述的移动终端，其特征在于，

所述移动终端端部设有塑料条，嵌入所述净空区域。