CN108242593A - 一种金属边框的手机天线 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种金属边框的手机天线，包括：金属外壳、设于金属外壳内且的电路板、设于金属外壳内的支架，以及设于电路板和支架上的天线部分，金属外壳包括金属中框以及金属边框。金属边框与金属中框之间开设有缝隙，天线部分包括馈电点、调谐开关电路和第三天线。通过将金属中框的环形金属边框的一部分作为天线辐射体，使手机金属中框和金属边框无断缝。避免了手机金属边框的强度由于切割的原因而造成强度的减弱，节省了原有技术中由于切割和注塑过程中造成的成本的增加。并且加入第三天线，将金属边框与第三天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种金属边框的手机天线。
背景技术
随着科技的进步和电子与通讯领域的发展，手机、平板电脑等移动终端日益普及，并且越来越多的终端采用全金属外壳或者金属边框来提高产品的外观和质感。然而这种产品外观或者质感与终端的天线性能往往是互相制约的，再加上终端轻薄化的发展趋势，使得天线的设计空间越来越小。为了使天线产生的射频信号能够穿透金属，大多数情况下必须采用特殊的设计。常用的设计是在金属外壳或金属边框上开设断缝，以便于将分割出来的部分金属区域用作天线的一部分，通过这种方式来保证天线的传输性能。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：这种金属断缝的天线结构，必然会导致终端外观一致性变差，金属外壳或金属边框在多次切割后结构强度会变差，经过切割和注塑等操作也会增加产品的成本。另外，在这种切割处作为移动终端天线的方式，不同的天线往往是分开独立设计的，相邻的两个天线之间会存在隔离度的问题，即一个天线传输信号会对另一个天线产生干扰，天线传输信号的性能差，因此对于环境要去也较高。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种金属边框的手机天线，使得该手机的金属边框为金属无断缝结构，避免了手机金属边框的强度由于切割的原因而造成强度的减弱，避免了原有技术中由于切割和注塑过程中造成的成本的增加。并且，加入了第一天线，将金属边框与第一天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种金属边框的手机天线，包括金属外壳、设于金属外壳内且具有接地点的电路板、设于金属外壳内且位于电路板上方的支架，以及设于电路板和支架上的天线部分，金属外壳包括金属中框以及围设于金属中框边缘 与金属中框相连的金属边框，金属中框与电路板的接地点电连接；
金属边框分为顶部边框、底部边框、左侧边框和右侧边框，左侧边框和右侧边框分别设置在金属中框的左右两侧，底部边框设置在金属中框底部的上方，顶部边框设置在金属中框顶部的上方；
金属中框靠近顶部边框开设有第一缝隙，金属中框靠近左侧边框开设有第二缝隙，金属中框靠近右侧边框开设有第三缝隙，第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙连通，并使得金属中框和金属边框相隔一定距离形成净空区；
天线部分包括设置在电路板上的馈电点和调谐开关电路，以及设置在支架上的第三天线，馈电点与顶部边框电连接，顶部边框与馈电点的连接处为顶部边框的第一位置，调谐开关电路与顶部边框电连接，顶部边框与调谐开关电路的连接处为顶部边框的第二位置，第三天线与左侧边框电连接，左侧边框与第三天线的连接处为左侧边框的第三位置，其中，第一位置至左侧边框的端部为第一天线辐射体，第一位置至右侧边框的端部为第二天线辐射体，并且第二位置位于第二辐射体上。
本发明实施方式相对于现有技术而言，手机金属外壳的金属中框与金属边框无断缝连接，金属边框的一部分与金属中框之间形成的缝隙作为净空区，在净空区内馈电点和调谐开关电路与金属边框连接使得金属边框的一部分作为天线辐射体，利用调谐开关电路可以调节金属边框手机天线的工作频段。因此该金属边框的手机天线避免了在金属边框开设断缝和手机金属边框的强度由于切割的原因而造成强度的减弱，避免了原有技术中由于切割和注塑过程中造成的成本的增加。并且，在加入了第三天线，将金属边框与第三天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。
另外，第二缝隙延伸至金属中框靠近左侧边框的端部，第三缝隙延伸至金属中框靠近右侧边框的端部。
另外，左侧边框端部和右侧边框端部与金属中框连接以馈地。由于金属中框与电路板的接地点电连接所以通过将右侧边框端部和左侧边框端部与金属中框连接，而使右侧边框端部和左侧边框端部成为馈地点。
另外，第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2690MHz，第二天线辐射体的工作频段为790MHz～960MHz、1710MHz～2170MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。
另外，调谐开关电路在三种工作状态之间切换：调谐开关电路切换到第一工作状态时，第二天线辐射体的工作频段为790MHz～894MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；调谐开关电路切换到第二工作状态时，第一天线辐射体的工作频段为2500MHz～2690MHz，第二天线辐射体的工作频段为1710MHz～2170MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；调谐开关电路切换到第三工作状态时，第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2400MHz，第二天线辐射体的工作频段为880MHz～960MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。
通过调谐开关电路的调谐作用，主要实现对第二天线辐射体的低频之间的调谐、以及低频与中频的调谐，同时对第一天线辐射体在高频之间也有一定的调谐效果，并且调谐开电路在进行频率调谐时并不会对第三天线的工作频段造成干扰。
另外，第三天线为全球定位系统GPS天线。通过金属边框与第三天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。
另外，第一天线辐射体的长度与第二天线辐射体的长度不相同，第一天线辐射体的长度小于第二天线辐射体的长度。通过设置长度不同的第一天线辐射体和第二天线辐射体，实现了两种天线辐射体分别工作在不同频段，满足了天线系统宽频带的设计需求。
另外，净空区内填充有绝缘材料。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式提供的金属边框手机天线的结构示意图；
图2是图1中金属边框手机天线的局部示意图；
图3是根据本发明第二实施方式的金属边框手机天线的回损曲线图；
图4是根据本发明第二实施方式的金属边框手机天线的传输效率图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种天线系统。如图1所示，金属边框的手机天线包括金属外壳101，设置于金属外壳101内且具有接地点的电路板104、设于金属外壳101内且位于电路板104上方的支架105，以及设于电路板104和支架105上的天线部分。金属外壳101包括金属中框102以及围设于金属中框边缘与金属中框102相连的金属边框103，金属中框102与电路板104的接地点电连接。
其中，金属边框103分为顶部边框106、底部边框107、左侧边框108和右侧边框109，左侧边框108和右侧边框109分别设置在金属中框102的左右两侧，底部边框107设置在金属中框102底部的上方，顶部边框106设置在金属中框102顶部的上方。
其中，金属中框102靠近顶部边框106开设有第一缝隙110，金属中框102靠近左侧边框108开设有第二缝隙111，金属中框102靠近右侧边框109开设有第三缝隙112，第一缝隙110、第二缝隙111和第三缝隙112连通，并使得金属中框102和金属边框103相隔一定距离形成净空区。
需要说明的是，本实施方式中，电路板104是设置在金属中框102上面的，支架105是设置在电路板104上面的，这样重叠放置，节省了手机的占用面积。本实施例中为了标示其它元件在电路板104和支架105上的具体位置，因此仅标出了电路板14和支架105的部分面积。
天线部分包括设置在电路板104上的馈电点113和调谐开关电路114，以及设置在支架105上的第三天线115，馈电点113与顶部边框106电连接，顶部边框106与馈电点113的连接处为顶部边框的第一位置116，调谐开关电路114与顶部边框106电连接，顶部边框106与调谐开关电路114的连接处为顶部边框的第二位置117，第三天线115与左侧边框108电连接，左侧边框108与第三天线115的连接处为左侧边框的第三位置118，其中，第一位置116至左侧边框端部119为第一天线辐射体，第一位置116至右侧边框端部120为第二天线辐射体，并且第二位置117位于第二天线辐射体上。
其中，馈电点113与调谐开关电路114可以是通过弹片或其它导电材质与顶部边框106连接，第一天线115也可以是通过弹片或其它导电材质与左侧边框108连接。并且在净空区内通过馈电点113和调谐开关电路114与金属边框103连接，使得金属边框的左侧边框端部119至右侧边框端部120作为天线辐射体，利用调谐开关电路可以调节金属边框手机天线的工作频段。
需要说明的是，第二缝隙111延伸至金属中框102靠近左侧边框端部119，第三缝隙112延伸至金属中框102靠近右侧边框端部120。第一缝隙110、第二缝隙111和第三缝隙112形成的净空区内填充有绝缘材料，在具体实现中，第一缝隙110、第二缝隙111和第三缝隙112的宽度不做限定，理论上缝隙宽度越大更有利于天线的设计，但同时也要考虑手机的实际大小，因此需要根据实际情况进行设定。
需要说明的是，本实施方式中的第三天线115可以是利用激光镭射技术直接在塑料支架105上化镀形成的金属天线，并且第三天线115通过弹片或其它导电材质与金属边框103电连接，并且该第三天线115为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线。因此，通过在金属边框的手机天线中加入第三天线115，将金属边框103作为辐射体与第三天线115结合形成一个整的天线系统，避免了天线独立设计时隔离度差，从而造成天线系统传输信号性能差的问题。
与现有技术相比，手机金属外壳的金属中框与金属边框无断缝连接，金属边框的一部分与金属中框之间形成的缝隙作为净空区，在净空区内馈电点和调谐开关电路与金属边框连接使得金属边框的一部分作为天线辐射体，利用调谐开关电路可以调节金属边框手机天线的工作频段。因此该金属边框的手机天线避免了在金属边框开设断缝和手机金属边框的强度由于切割的原因而造成强度的减弱，避免了原有技术中由于切割和注塑过程中造成的成本的增加。并且，加入了第三天线，将金属边框与第三天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。
本发明的第二实施方式涉及一种金属边框。如图2所示，其中，图2为金属边框的手机天线的局部放大图，第二实施方式是对第一实方式中天线部分的具体描述。
需要说明的是，第一天线辐射体的长度与第二天线辐射体的长度不相同，第一天线辐射体的长度小于第二天线辐射体的长度。通过设置两个长度不同的第一天线辐射体和第二天线辐射体，实现了两种天线辐射体分别工作在不同频段，并且第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2690MHz，第二天线的工作频段为790MHz～960MHz、1710MHz～2170MHz。另外第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。在第一天线辐射体、第二天线辐射体和第三天线工作频段内，通过调谐开关电路的调谐作用，主要实现对第二天线辐射体低频之间的调谐、以及低频与中频的调谐，同时对第一天线辐射体在高频之间也有一定的调谐效果。并且调谐开关电路在进行调谐的时并不会对第三天线的工作频段造成干扰。满足了天线系统宽频带的设计需求。
其中，左侧边框端部119和右侧边框端部120的位置分别决定着第一天线辐射体与第二天线辐射体的长度，在实际应用中可以根据需求设置左侧边框端部119和右侧边框端部120 的位置，本实施方式中不做限定。
需要说明的是，本实施方式中由第一天线辐射体与第二天线辐射体构成的金属边框103与金属中框102是一体成型的，即不存在现有技术中由于在终端中设置天线而在金属边框上设置断缝，以将金属边框断开的问题，并且是将金属边框本身通过第一位置116将金属边框本身划分为两个辐射体。因此从原材料即天线材料的使用上来说也进行了节省。
其中，调谐开关电路114可以在不同的工作状态之间切换，每种工作状态下控制金属边框的手机天线的工作频段不同，实现了金属边框的手机天线宽频带的设计需求。本实施方式中以调谐开关电路存在三种状态为例，而在具体应用中可根据实际项目需求增加调谐开关电路的工作状态。当调谐开关电路以三种工作状态为例时，第一状态为调谐开关电路114开路，第二状态为调谐开关电路114短路，第三状态为调谐开关电路114导通，图3至图4为经过调谐开关电路114的调谐后金属边框的手机天线的工作状态图。其中，图3为三种工作状态下金属边框的手机天线的回损曲线图，图4为天线系统的传输效率图，通过图3的回波损耗能看出天线可以覆盖的工作频段，即天线带宽，同时也能得看出天线谐振深度，能分析理想状态下的天线效率。因此得出，第一状态即调谐开关电路114开路时，第二天线辐射体的工作频段为790MHz～894MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；第二状态即调谐开关电路114短路时，第一天线辐射体的工作频段为2500MHz～2690MHz，第二天线辐射体的工作频段为1710MHz～2170MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；第三状态即调谐开关电路114导通时，第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2400MHz，第二天线辐射体的工作频段为880MHz～960MHz，第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。从中可以看出，第二天线辐射体通过开关调谐电路实现了低频之间的调谐、以及低频与中频的调谐，同时对第一天线辐射体在高频之间也有一定的调谐效果，并且调谐开关电路114在进行状态转换的时候，没有对第三天线115的工作频段1550MHz～1620MHz造成干扰。因此，通过设置调谐开关电路114在不同工作状态之间的切换，使得金属边框的手机天线可以工作在多个不同的频段，实现了金属边框的手机天线宽频带的设计需求。
需要说明的是，图3至图4实际表示的是调谐开关电路114在三个状态下对应的天线系统的无源效率，这是天线其中一项性能指标。本领域技术人员能够通过天线效率得出理论状态下天线系统的发射及接收电磁波的能力，可推算出天线的有源性能指标总辐射功率(Total Radiated Power，TRP)和总全向灵敏度(Total Istropic Sensitivity，TIS)。
其中，本实施方式中通过设置第一天线辐射体、第二天线辐射体和调谐开关电路114实现了多个频率段的宽频带设计需求。
与现有技术相比，手机金属外壳的金属中框与金属边框无断缝连接，金属边框的一部分与金属中框之间形成的缝隙作为净空区，在净空区内馈电点和调谐开关电路与金属边框连接使得金属边框的一部分作为天线辐射体，利用调谐开关电路可以调节金属边框手机天线的工作频段。因此该金属边框的手机天线避免了在金属边框开设断缝和手机金属边框的强度由于切割的原因而造成强度的减弱，避免了原有技术中由于切割和注塑过程中造成的成本的增加。并且，加入了第三天线，将金属边框与第三天线结合构成整体的天线部分，避免了天线独立设计时造成的隔离度差和手机天线传输信号性能差的问题。并且通过顶部边框的第一位置将金属边框划分为第一天线辐射体和第二天线辐射体，并分别工作在不同的频段内，满足了天线系统宽频带的设计需求。并且通过设置调谐开关电路在不同工作状态之间的切换，使得天线可以工作在多个不同的频段，实现了天线系统宽频带的设计需求。
需要说明的是，图2所示的金属边框的手机天线的局部放大图位于手机的上端，手机的上端是指竖直放置且正常使用状态下手机靠上的区域。其中，正常使用状态下手机的听筒朝上。
当然，该手机还应当包括处理器、存储器等硬件，其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和天线系统之间提供接口。经处理器处理的数据通过天线系统在无线介质上进行传输，进一步，天线系统还接收数据并将数据传送给处理器。处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (8)
1.一种金属边框的手机天线，其特征在于，包括金属外壳、设于所述金属外壳内且具有接地点的电路板、设于所述金属外壳内且位于所述电路板上方的支架，以及设于所述电路板和所述支架上的天线部分，所述金属外壳包括金属中框以及围设于所述金属中框边缘与所述金属中框相连的金属边框，所述金属中框与所述电路板的接地点电连接；
所述金属边框分为顶部边框、底部边框、左侧边框和右侧边框，所述左侧边框和所述右侧边框分别设置在所述金属中框的左右两侧，所述底部边框设置在所述金属中框底部的上方，所述顶部边框设置在所述金属中框顶部的上方；
所述金属中框靠近所述顶部边框开设有第一缝隙，所述金属中框靠近所述左侧边框开设有第二缝隙，所述金属中框靠近所述右侧边框开设有第三缝隙，所述第一缝隙、所述第二缝隙和所述第三缝隙连通，并使得所述金属中框和所述金属边框相隔一定距离形成净空区；
所述天线部分包括设置在所述电路板上的馈电点和调谐开关电路，以及设置在所述支架上的第三天线，所述馈电点与所述顶部边框电连接，所述顶部边框与所述馈电点的连接处为所述顶部边框的第一位置，所述调谐开关电路与所述顶部边框电连接，所述顶部边框与所述调谐开关电路的连接处为所述顶部边框的第二位置，所述第三天线与所述左侧边框电连接，所述左侧边框与所述第三天线的连接处为所述左侧边框的第三位置，其中，所述第一位置至所述左侧边框的端部为第一天线辐射体，所述第一位置至所述右侧边框的端部为第二天线辐射体，并且所述第二位置位于所述第二天线辐射体上。
2.根据权利要求1所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述第二缝隙延伸至所述金属中框靠近所述左侧边框的端部，所述第三缝隙延伸至所述金属中框靠近所述右侧边框的端部。
3.根据权利要求1所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述左侧边框端部和所述右侧边框端部与所述金属中框连接以馈地。
4.根据权利要求1所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述第三天线为全球定位系统GPS天线。
5.根据权利要求1所述的金属边框的手机天线，其特征在于，其特征在于，所述第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2690MHz，所述第二天线辐射体的工作频段为790MHz～960MHz、1710MHz～2170MHz，所述第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。
6.根据权利要求5所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述调谐开关电路在三种工作状态之间切换：
所述调谐开关电路切换到第一工作状态时，所述第二天线辐射体的工作频段为790MHz～894MHz，所述第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；所述调谐开关电路切换到第二工作状态时，所述第一天线辐射体的工作频段为2500MHz～2690MHz，所述第二天线辐射体的工作频段为1710MHz～2170MHz，所述第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz；所述调谐开关电路切换到第三工作状态时，所述第一天线辐射体的工作频段为2300MHz～2400MHz，所述第二天线辐射体的工作频段为880MHz～960MHz，所述第三天线的工作频段为1550MHz～1620MHz。
7.根据权利要求6所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述第一天线辐射体的长度与所述第二天线辐射体的长度不相同，所述第一天线辐射体的长度小于所述第二天线辐射体的长度。
8.根据权利要求1所述的金属边框的手机天线，其特征在于，所述净空区内填充有绝缘材料。
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