CN108155470B - 一种天线装置以及移动通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线装置以及移动通信设备，包括金属壳体以及金属片，其中，金属壳体包括一体成型的金属背板和金属边框，金属边框环绕金属背板；金属片与金属壳体合围形成非闭合的腔体，金属片的外周与金属边框之间具有至少一间隙；非闭合腔体通过一馈电单元被直接馈电或耦合馈电。本发明的天线装置以及移动通信设备通过非闭合腔体接收并发送信号，从而实现在全金属外壳的情况下进行通信。

Description

一种天线装置以及移动通信设备

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及用于便携式无线通信设备的天线装置。

背景技术

当前无线通信设备上，全金属外壳因其外观美观、结构强度大、导热性能优越等优势被越来越多地使用。无线通信设备一般通过天线装置进行电磁信号传输，然而天线装置在信号接收以及发送时容易受到金属外壳的屏蔽和干扰。

为了克服信号屏蔽和干扰，现有技术中的无线通信设备的外壳通常由两部分组成，即金属部分与非金属间隔。天线辐射单元设计在机壳的非金属间隔，从而天线的辐射不被金属部分屏蔽或最大程度减少了金属外壳的影响。然而，这种现有技术并无法实现完整金属外壳，而是加入了部分非金属外壳以降低对天线辐射的屏蔽，因此不仅影响了美观度以及结构强度，也使得加工工艺变得复杂，增加了成本。因此提供一种信号收发不受干扰且外壳完全为金属的无线通信设备成为一个长期困扰的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线装置以及移动通信设备，在其外壳为完全的金属的情况下，能够有效地进行信号收发。

根据本发明的一个方面，提供一种天线装置，包括：金属壳体，金属壳体包括一体成型的金属背板和金属边框，金属边框环绕金属背板；金属片，金属片与金属壳体合围形成非闭合的腔体，金属片的外周与金属边框之间具有至少一间隙；非闭合腔体通过一馈电单元被直接馈电或耦合馈电。

优选地，间隙是金属片外周的至少一边与相邻的局部金属边框之间形成的一条形间隙。

优选地，金属片具有相连接的四条边，间隙包括四条边各自与相邻的局部金属边框之间形成一条形间隙。

优选地，四条条形间隙连通。

优选地，四条条形间隙不连通。

优选地，间隙的范围内具有至少一连接金属边框与金属片外周的连接臂。

优选地，连接臂沿金属片外周方向的长度小于任一条间隙沿金属片外周方向的长度。

优选地，腔体具有相对强电磁场区域和相对弱电磁场区域，馈电单元设置于相对强电磁场区域内。

优选地，上述第一方面的天线装置，还包括可调电容，设置于间隙的范围内，可调电容电连接金属边框和金属片。

优选地，腔体具有相对强电磁场区域和相对弱电磁场区域，可调电容设置于相对强电磁场区域内。

根据本发明的另一个方面，提供一种移动通信设备，包括上述第一方面的天线装置；以及电路板，电路板通过一馈电单元耦接金属壳体或者金属片。

优选地，上述第二方面的移动通信设备，还包括：显示装置，显示装置设置于金属片的相背于金属背板的一侧。

优选地，上述第二方面的移动通信设备，还包括：信号收发装置，信号收发装置与电路板电连接，信号收发装置用于输出功率以使馈电单元向天线装置馈电以及接收天线装置收到的信号。

由于使用了以上技术，本发明的天线装置以及移动通信设备通过非闭合的腔体接收以及发出信号，从而能够在不干扰信号收发的情况下，实现移动通信设备全金属外壳设置。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

图1为本发明的一实施例中的天线装置的立体示意图；

图2为本发明的一实施例中的天线装置的剖面示意图；

图3a-3e为本发明的天线装置包括不同条形间隙时的俯视示意图；

图4a为对应图3a的天线装置的频率回波损耗图；

图4b为对应图3e的天线装置的频率回波损耗图；

图5为本发明一实施例中的天线装置的俯视示意图；

图6为本发明一实施例中的天线装置包括不同容值可调电容的频率回波损耗图；

图7a为本发明一实施例中的天线装置的第一模态的电磁场分布示意图；

图7b为本发明一实施例中的天线装置的第二模态的电磁场分布示意图；

图8为本发明一实施例中的天线装置的仿真测试下频率效率示意图；

图9为本发明一实施例的移动通信设备的模块图示意图。

附图标记

1 移动通信设备

10 天线装置

100 腔体

101 金属壳体

1011 金属背板

1012 金属边框

102 金属片

1021 馈入端

103 间隙

1031 条形间隙

104 连接臂

105 可调电容

11 馈电单元

12 电路板

13 显示装置

14 信号收发装置

21 第一容值频率回波损耗曲线

22 第二容值频率回波损耗曲线

31 相对强电磁场区域

32 相对弱电磁场区域

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的结构和部件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。图1为本发明的一实施例中的天线装置的立体示意图。图2为本发明的一实施例中的天线装置的剖面示意图。

如图1和图2所示，本发明第一实施例的天线装置10包括金属壳体101以及金属片102，金属片102与金属壳体101合围形成非闭合的腔体100。在本实施例中，腔体100的形状为长方体，容易想到的是，在其他实施例中腔体100也可以是其他形状。

金属壳体101包括金属背板1011和金属边框1012，金属边框1012环绕金属背板1011。其中，金属背板1011与金属边框1012一体成形，也就是说，金属背板1011与金属边框1012之间没有缝隙，也没有现有技术中的非金属间隔。

本实施例中，金属片102为长方形，具有相连接的四条边。在其他实施例中金属片102也可以采用其他形状，例如菱形或是梯形。

金属片102的外周与金属边框1012之间形成至少一个间隙103，也就是说，腔体100是非闭合的，以使得当非闭合的腔体100通过馈电单元11被直接馈电或耦合馈电时，非闭合的腔体100能够发出一定频率的信号。在本发明中，至少一个间隙103形成于金属片102的外周与金属边框1012之间，而不是形成于金属片102上等其他位置，这样的设置一方面保证了天线装置10的金属壳体的完整性，且便于加工，另一方面该位置不会因为在金属片102相背于金属背板1011的一侧设置其他部件，例如显示装置，而对信号收发产生影响。

这里的直接馈电是指馈电单元11通过与腔体100直接接触而向腔体100馈电，耦合馈电是指馈电单元11通过不直接接触腔体100的方式向腔体100馈电。本实施例采用了直接馈电的方式，如图2所示，腔体100的内部设置电路板12，馈电单元11的一端连接电路板12，以从电路板12获得激励电流。馈电单元11的另一端直接连接金属片102，从而直接激励腔体100在特定谐振频率谐振。作为另一种实施直接馈电的实施方式，馈电单元11的另一端可以直接连接金属壳体101。在直接馈电时，馈电单元11可以由弹簧探针、金属弹片或是导线实现。

在其他的实施例中也可以采用耦合馈电的方式，例如，馈电单元11为一个设置在电路板12上的耦合部件，该耦合部件不连接腔体100但激励腔体100在特定谐振频率谐振。

腔体100的谐振频率主要由腔体100的长度、宽度以及高度决定。具体而言，本实施例中的形状为长方体的腔体100具有长a，宽b以及高c，腔体100的谐振频率f满足以下公式：

m，n，p＝0，1，2，3，4…(整数)

其中，v是光在空气中的速度。同一个腔体100具有多个模态(mode)，不同m，n，p的组合代表了不同模态，不同的模态对应了不同的谐振频率，即天线装置10具有多个工作频率。

腔体100的谐振频率还受到间隙103的长度以及数量的影响。间隙103包括金属片102外周的至少一边与相邻的局部金属边框1012之间形成的条形间隙1031。随着条形间隙1031的数量增多以及总长度增长，腔体100的谐振频率降低。图3a-3e为本发明的天线装置包括不同条形间隙时的俯视示意图。

作为可选实施方式之一，如图3a所示，金属片102的一条边与相邻局部的金属边框1012形成了一条条形间隙1031。该一条条形间隙1031的位置不限于图3a所示的位置，而是可以形成于金属片102的任意一条边与相邻局部的金属边框1012之间。图4a为对应图3a的天线装置的频率回波损耗图，如图4a所示，横坐标表示频率，纵坐标表示入射功率与反射功率之比，纵坐标值越小表明该频率下的发射效率越强。当腔体100包括一条条形间隙1031时，腔体100包括第一模态对应谐振频率2.2GHz以及第二模态对应谐振频率2.6GHz，即此时天线装置10具有工作频率2.2GHz以及2.6GHz。

作为另一可选的实施方式，如图3b所示，金属片102相连接的两条边各自与相邻局部的金属边框1012形成一条条形间隙1031，该两条条形间隙1031连通。该两条条形间隙1031的位置也不限于图3b所示的位置。

作为另一可选的实施方式，如图3c所示，金属片102相连接的三条边各自与相邻局部的金属边框1012形成一条条形间隙1031，该三条条形间隙1031连通。该三条条形间隙1031的位置也不限于图3b所示的位置。

作为另一可选的实施方式，如图3d所示，金属片102相连接的四条边各自与相邻局部的金属边框1012形成一条条形间隙1031，四条条形间隙1031不连通。

作为另一可选的实施方式，如图3e所示，金属片102相连接的四条边各自与相邻局部的金属边框1012形成一条条形间隙1031，四条条形间隙1031连通，即四条条形间隙1031首尾相接连通呈环形。图4b为对应图3e的天线装置的频率回波损耗图。如图4b所示，横坐标表示频率，纵坐标表示入射功率与反射功率之比。当腔体100包括四条连通的条形间隙1031时，腔体100包括第一模态对应谐振频率1.1GHz以及第二模态对应谐振频率2.2GHz，即此时天线装置10具有工作频率1.1GHz以及2.2GHz。

对比图4a以及图4b能够明显地发现，随着条形间隙1031的数量增多以及总长度增长，腔体100的谐振频率降低。

同时，通过以上的说明可以看出，将间隙103设置为金属片102外周的至少一边与相邻的局部金属边框1012之间条形间隙1031，一方面可以保证全金属外壳的整体设置，另一方面在需要调整腔体100谐振频率时，调整条形间隙1031的数量或长度即可，相对于其他间隙的设置方式，调整更为简单加工方便。

在本发明的第一实施例中，采用了如图3e所示的间隙103设置方式，即腔体100包括四条连通的条形间隙1031。然而，根据以上描述可看出，可以通过设计腔体100的长度、宽度、高度，以及配合设计间隙103的数量以及长度来使得天线装置10在特定频率下工作。

在实际使用时，通常需要根据需求进一步调整腔体100的谐振频率。图5为本发明一实施例中的天线装置的俯视示意图。作为可选实施方式之一，如图5所示，天线装置10还包括一个连接臂104。连接臂104设置在间隙103的范围内，连接臂104连接金属边框1012与金属片102的外周。连接臂104沿金属片102外周方向的长度小于任意一条间隙103沿金属片102外周方向的长度。设置连接臂104能够提高腔体100的谐振频率，从而可以通过设置连接臂104来进一步调整腔体100的谐振频率。如图5所示，第一实施例中示例性地设置了一个连接臂104，然而在实际使用时，连接臂104的数量可以根据实际需要确定，并不以此限。

通常，天线装置的工作频率需要满足一定的带宽需求，例如目前移动终端天线装置的主流通信协议LTE(Long Term Evolution，4G长期演进)的低频带宽需要覆盖260MHz。为了满足天线装置10的带宽需求，继续参考图5，天线装置10还包括可调电容105，可调电容105设置于间隙103的范围内，连接金属边框1012和金属片102。

图6为本发明一实施例中的天线装置包括不同容值可调电容的频率回波损耗图。在本实施例中，可调电容105的容值范围是1-5pF。如图6所示，横坐标表示频率，纵坐标表示入射功率与反射功率之比，纵坐标值越小表明该频率下的发射效率越强。图6中用虚线表示的第一容值频率回波损耗曲线21示出了可调电容105的容值为1pF时，天线装置10的回波损耗曲线，从第一容值频率回波损耗曲线21中可看出，天线装置10的腔体100包括第一模态对应谐振频率960MHz以及第二模态对应谐振频率2.2GHz。图6中用实线表示的第二容值频率回波损耗曲线22示出了可调电容105的容值为5pF时，天线装置10的回波损耗曲线，从第二容值频率回波损耗曲线22中可看出，天线装置10的腔体100包括第一模态对应谐振频率700MHz以及第二模态对应谐振频率1.74GHz。因此，当可调电容105的容值范围是1-5pF时，天线装置10的腔体100包括第一模态对应谐振频率700MHz-960MHz以及第二模态对应谐振频率1.74GHz-2.2GHz，从而通过可调电容105使得天线装置10的工作频率满足带宽需求。

图7a-7b为本发明一实施例中的天线装置的不同模态的电磁场分布示意图。图7a示出了天线装置10的腔体100的第一模态的电磁场分布，图7b示出了天线装置10的腔体100的第二模态的电磁场分布。如图7a以及图7b所示，天线装置10的腔体100包括相对强电磁场区域31和相对弱电磁场区域32，其中相对强电磁场区域31相较于相对弱电磁场区域32具有更高的电磁场强度。馈电单元11设置在相对强电磁场区域31内，从而使得馈电单元11对腔体100有较佳的激励效果。需要注意的是腔体100第一模态的相对强电磁场区域31与相对弱电磁场区域32的位置与腔体100第二模态的相对强电磁场区域31与相对弱电磁场区域32的位置不完全重叠。为了使得腔体100在第一模态与第二模态都有较好的信号收发效果，因此馈电单元11较佳地设置在腔体100第一模态的相对强电磁场区域31与腔体100第二模态的相对强电磁场区域31重叠的区域。继续参考图5，图7a以及图7b，在本实施例中，馈电单元11向天线装置10直接馈电，金属片102具有与馈电单元11连接的馈入端1021，馈入端1021位于金属片102的一条短边的中央，从而馈电单元11设置在腔体100的第一模态的相对强电磁场区域31与腔体100第二模态的相对强电磁场区域31重叠的区域。

作为可选实施方式之一，可调电容105同样设置于腔体100相对强电磁场区域31内，以使得可调电容105对腔体100的谐振频率有较佳的调节效果。容易想到的是，可调电容105可以仅设置在腔体100第一模态的相对强电磁场区域31而不设置在腔体100第二模态的相对强电磁场区域31，从而使得可调电容105对腔体100第一模态所对应的谐振频率有较佳的调节效果，而对腔体100第二模态所对应的谐振频率的影响较小。可调电容105也可以根据需要设置在腔体100第一模态的相对强电磁场区域31与腔体100第二模态的相对强电磁场区域31重叠的区域，以对第一模态以及第二模态所对应的谐振频率均有较佳的调节效果。

图8为本发明一实施例中的天线装置的仿真测试下频率效率示意图。如图8所示，横坐标为频率值，纵坐标为效率值，在本实施例中，天线装置10在900-940MHz频率的仿真效率为40％以上，在1.835GHz-2.195GHz频率的仿真效率为50％以上。由此能看出，本实施例中的天线装置10在外壳为完全的金属的情况下，通过非闭合的腔体100能够有效地在工作频率进行信号收发。通过条形间隙1031以及连接臂104的设置，能够有效地调整天线装置10的工作频率至所需频率。通过可调电容105能够保证天线装置10的工作频率满足所需要的带宽。

图9为本发明一实施例的移动通信设备的模块图示意图。如图9所示，移动通信设备1包括天线装置10、电路板12、馈电单元11、显示装置13以及信号收发装置14。

其中，天线装置10用于发出或接收通讯信号，移动通信设备1的后壳即为天线装置10的金属壳体101，包括一体成型的金属背板1011和金属边框1012。天线装置10的具体结构如上文中所述，此处不再赘述。

电路板12通过馈电单元11耦接金属壳体101或者金属片102，即馈电单元11设置在电路板12上，电路板12向馈电单元11输送激励电流，馈电单元11向天线装置10直接馈电或是耦合馈电。

信号收发装置14与电路板12电连接，当移动通信设备1需要发出信号时，信号收发装置14输出功率，并通过电路板12使馈电单元11向天线装置10馈电。当天线装置10接收到信号，信号收发装置14接收天线装置10收到的信号。

显示装置13设置于天线装置10的金属片102的相背于金属背板1011的一侧。金属片102也可用同时作为显示装置13的屏蔽片，用于屏蔽对显示装置13的干扰电磁场。

移动通信设备1通常还包括其他的模块或是部件，例如处理器，音频输入输出模块等，其他模块或是部件可以采用现有技术中的移动通信设备的部件，此处不再赘述。

综上可知，本发明的天线装置10以及包括天线装置10的移动通信设备1，采用一体成型的金属背板1011以及金属边框1012，与金属片102一起合围形成非闭合的腔体100，并通过在该非闭合的腔体100上设置间隙103、连接臂104以及可调电容105有效地实现了天线装置10或移动通信设备1在特定工作频率进行信号收发。因此，天线装置10或移动通信设备1的外壳无需加入非金属部分，真正实现了信号收发不受干扰且外壳完全金属化，提高了美观度以及结构强度，简化了加工工艺，降低了成本。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

金属壳体，所述金属壳体包括一体成型的金属背板和金属边框，所述金属边框环绕所述金属背板；

金属片，所述金属片与所述金属壳体合围形成非闭合的腔体，所述金属片的外周与所述金属边框之间具有至少一间隙；

所述非闭合腔体通过一馈电单元被直接馈电或耦合馈电；

所述腔体具有多个模态，所述腔体在各模态的相对强电磁场区域部分重叠，所述馈电单元设置于各模态的所述相对强电磁场区域的重叠区域内。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述间隙是所述金属片外周的至少一边与相邻的局部所述金属边框之间形成的一条形间隙。

3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述金属片具有相连接的四条边，所述间隙包括所述四条边各自与相邻的局部所述金属边框之间形成一条形间隙。

4.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，四条所述条形间隙连通。

5.如权利要求3所述的天线装置，其特征在于，四条所述条形间隙不连通。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述间隙的范围内具有至少一连接所述金属边框与所述金属片外周的连接臂。

7.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述连接臂沿所述金属片外周方向的长度小于任一条所述间隙沿所述金属片外周方向的长度。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的天线装置，其特征在于，还包括可调电容，设置于所述间隙的范围内，所述可调电容电连接所述金属边框和所述金属片。

9.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述腔体具有相对强电磁场区域和相对弱电磁场区域，所述可调电容设置于所述相对强电磁场区域内。

10.一种移动通信设备，其特征在于包括：如权利要求1-9中任意一项所述的天线装置；以及电路板，所述电路板通过一馈电单元耦接所述金属壳体或者所述金属片。

11.如权利要求10所述的移动通信设备，其特征在于还包括：

显示装置，所述显示装置设置于所述金属片的相背于所述金属背板的一侧。

12.如权利要求10所述的移动通信设备，其特征在于还包括：

信号收发装置，所述信号收发装置与所述电路板电连接，所述信号收发装置用于输出功率以使所述馈电单元向所述天线装置馈电以及接收所述天线装置收到的信号。

Images