CN108281753B - 一种天线系统及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及通讯技术领域，公开了一种天线系统及移动终端。该天线系统包括：至少一个天线组，每个天线组包括第一天线和第二天线；第一天线形成于金属边框，包括开设在金属边框上的第一缝隙和与第一缝隙贯通的第二缝隙，第一缝隙沿金属边框的周向方向延伸，第二缝隙沿垂直于第一缝隙的方向延伸，以将位于第一缝隙边缘的金属边框分割为第一分支和第二分支；第二天线形成于与金属边框间隔设置的金属化图案层，金属化图案层位于电路板背离所述金属中框的一侧空间内。本发明中，使得移动终端在原有基础上增设至少一个的天线组，保证移动终端能够满足5G的移动通讯要求和数据传输要求，并保证天线良好的隔离度和相关性。

Description

一种天线系统及移动终端

技术领域

本发明实施例涉及通讯技术领域，特别涉及一种天线系统及移动终端。

背景技术

随着通信技术的不断发展，在虚拟现实、无人机、自动驾驶这些炫酷的热门技术背后，都能看到第五代移动通信技术(Fifth-Generation，简称“5G”)的身影。第五代移动通信技术，是4G之后的延伸，正在研究中，5G网络的理论下行速度为10Gb/s(相当于下载速度1.25GB/s)，在容量方便，5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍；在传输速率方面，典型用户数据速率提升10倍到100倍，峰值传输速率可达10Gbps(4G为100Mbps),由此可见，5G将在方方面面全面超越4G，实现真正意义的融合性网络。

国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的主要应用场景，ITU定义了三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的移动终端设计偏向于全面屏、陶瓷或玻璃后壳以及金属中框的结构。对于全面屏的通讯设备，如何布局满足5G的数据传输要求和传输容量，且传统的天线布局空间已经十分紧张了，在此基础上设置更多频段的更多数量的天线有设计难度，且在多频段天线的布局中还要考虑天线之间隔离度、相关性的要求，进一步提升了设计困难。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种天线系统及移动终端，使得移动终端在原有基础上增设至少一个的天线组，保证移动终端能够满足5G的移动通讯要求和数据传输要求，并保证天线良好的隔离度和相关性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种天线系统，应用于移动终端，该移动终端包括金属中框、围设于金属中框周缘且与金属中框一体成型的金属边框以及设置于金属中框之上的电路板，该天线系统包括：至少一个天线组，每个天线组包括第一天线和第二天线；

第一天线形成于金属边框，其包括开设在金属边框上的第一缝隙和与第一缝隙贯通的第二缝隙，第一缝隙沿金属边框的周向方向延伸，第二缝隙沿垂直于第一缝隙的方向延伸，以将位于第一缝隙边缘的金属边框分割为第一分支和第二分支；

第二天线形成于与金属边框间隔设置的金属化图案层，金属化图案层位于电路板背离金属中框的一侧空间内，金属化图案层在电路板上的正投影区域内设置有导电元件或地。

本发明的实施方式还提供了一种移动终端，包括上述实施方式中提到的天线系统。

本发明实施方式相对于现有技术而言，提供的天线系统能够在不影响原有天线的情况下，提高数据传输容量和数据传输通道，且天线系统中的每个天线组包括两个天线，两个天线没有互相接触，不会影响彼此的传输信号，第一天线和第二天线分别设置在移动终端金属边框和金属化图案层，不会影响移动终端的美观性，且没有占用既有的传统天线的位置，保证该天线组内部各天线之间具有较好的隔离度，并且提高第一天线和第二天线的相关性。

另外，该金属化图案层与电路板的垂直距离大于等于1.5mm。

另外，金属化图案层靠近第二缝隙的一端与第二缝隙靠近金属化图案层的一端之间的垂直距离大于等于2mm。

第二天线设置在金属化图案层上，第二天线和电路板之间有一定的距离使得该天线的数据传输效率较好，提高了移动终端的数据传输性能，提升用户体验。

另外，该天线系统还包括设置于电路板上的第一馈电点和第一接地点，第一馈电点与第一分支靠近第二缝隙的末端连接，第一接地点与第二分支靠近第二缝隙的末端连接。

另外，金属化图案层具有馈电部和自该馈电部沿相反方向延伸的第三分支和第四分支；天线系统还包括设置于电路板上的第二馈电点，第二馈电点与馈电部连接。

第一天线和第二天线的馈电点各自设置，使得第一天线与第二天线在一种紧凑的布局中又能实现各自的功能，且受彼此影响较小。

另外，金属化图案层由金属片或柔性电路板或激光直接成型技术形成。

另外，金属边框包括依次首尾相接的第一长边框、第一短边框、第二长边框和第二短边框，第一天线设置于第一长边或第二长边上。

另外，第一缝隙和第二缝隙的宽度均不大于1mm。

第一缝隙和第二缝隙的宽度较小，能够与金属边框侧面的其他开口部件的槽口结合，使得第一天线对移动终端的外观影响较小。

另外，第一天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz，第二天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz。

第一天线和第二天线的工作频段相同，使得第一天线和第二天线能相辅相成，保证移动终端的数据传输速率更快数据传输通道容量更大。

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是本发明第一实施方式中移动终端的结构示意图；

图2是本发明第一实施方式中一种天线系统的结构图；

图3是本发明第一实施方式中另一种天线系统的结构图；

图4是本发明第一实施方式中另一种天线系统的结构图；

图5是本发明第二实施方式中电路板上部分部件与第一天线的连接关系示意图；

图6是本发明第二实施方式中电路板上部分部件与第二天线的连接关系示意图；

图7是本发明第二实施方式中第一天线和第二天线的辐射效率波形图；

图8是本发明第二实施方式中第一天线和第二天线的反向传输系数示意图；

图9是本发明第二实施方式中第一天线和第二天线的包络相关系数的示意图。

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发明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，也可以实现本发明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，应用于移动终端，如图1所示，该移动终端包括金属中框101、围设于金属中框101周缘且与金属中框一体成型的金属边框102以及设置于金属中框之上的电路板103。天线系统的结构如图2所示，该天线系统包括至少一个天线组100，每组天线组包括第一天线10和第二天线20。

第一天线10形成于金属边框102，其包括开设在金属边框102上的第一缝隙11和与第一缝隙11贯通的第二缝隙12，第一缝隙11沿金属边框的周向方向延伸，第二缝隙12沿垂直于第一缝隙11的方向延伸，以将位于第一缝隙11边缘的金属边框102分割为第一分支10a和第二分支10b；第二天线20形成于与金属边框102间隔设置的金属化图案层104，金属化图案层104位于电路板103背离金属中框101的一侧空间内，金属化图案层104在电路板103上的正投影区域内设置有导电元件或地。

具体的，该金属边框102包括依次首尾相接的第一长边框、第一短边框、第二长边框和第二短边框，第一天线10设置于第一长边或第二长边上。

需要说明的是，当该移动终端中包括一组天线系统时，第一天线10可设置于第一长边或第二长边。当该移动终端中包括不止一个的天线系统时，该天线系统有如下设置方式，将不止一个的天线系统中第一天线均设置在第一长边；将不止一个的天线系统中第一天线均设置在第二长边；将不止一个的天线系统分布设置在第一长边或第二长边。一般情况下，该金属边框102的第一短边或第二短边会设置该移动终端的传统天线，在不影响该移动终端中原有传统天线工作的情况下，还可以将该天线系统设置在第一短边或第二短边。

具体的，第一天线10和第二天线20构成MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)天线组，移动终端可设置至少一组的MIMO天线组，充分利用移动终端的金属边框和金属中框的位置，提高移动终端数据传输效率，改善移动终端的通讯质量。例如，可在移动终端的第一长边或第二长边并列设置两个MIMO天线组，或者分别在移动终端的两个长边设置MIMO天线组，都能够改善移动终端数据传输效率。

在一个具体的实现中，第一天线10的位置与移动终端的卡槽的位置重合，第一缝隙11设置在卡槽的周围，使得第一天线10的位置隐蔽，完全不影响移动终端的美观性。或者，将第一天线10的第一缝隙11与设置在移动终端金属边框102的按键相结合，将第一缝隙11与按键开槽重合，使第一天线10隐性，且第一缝隙11的尺寸能够根据按键开槽或卡槽的尺寸进行调节。

具体的，第一缝隙11和第二缝隙12的宽度均不大于1mm。具体第一缝隙11和第二缝隙12的宽度可根据天线的尺寸进行调节，本实施方式是一种优选的实施方式，具体可根据天线的尺寸或缝隙填充材料而改变，不具体限制第一缝隙11和第二缝隙12的尺寸。

具体的，该金属化图案层104与电路板103的垂直距离大于等于1.5mm。需要说明的是，该金属化图案层104是位于电路板103上方位置，在移动终端中还包括后壳，金属化图案层104位于后壳和电路板103之间的位置，且与电路板103的垂直距离大于等于1.5mm，具体设置该金属化图案层104的位置根据实际选择，本实施方式不具体限制金属化图案层104与电路板103的距离。

具体的，金属化图案层104由金属片或柔性电路板或激光直接成型技术形成。需要说明的是，金属化图案层104通过非金属支架设置在电路板103上放的位置，该非金属支架可设置在电路板103或移动终端背部壳体。当然，金属化图案层104也可以设置在后壳的内表面上，节省空间。本领域的技术人员可以理解，实际应用中，也可以采用其他工艺将金属化图案层104布设与相应区域，本实施方式不具体限制布设金属化图案层104的方法。

具体的，移动终端可设置多组天线组，如图3所示4*4天线组，其中图示左边的移动终端边框设置一个天线组200，右侧设置一个天线组300，具体还可设置8*8天线组，如图4所示，具体可以左侧设置两个天线组200和400，右侧设置两个天线组300和500。此处仅为举例说明，具体设置天线组的个数和位置可根据移动终端数据传输或通讯质量要求自行设定。其中，天线组200、天线组300、天线组400以及天线组500的具体结构与天线组100的具体结构相同或相似。

一个具体实现中，第二天线为PIFA(Planar Inverted F-shaped Antenna，平面倒F形)天线，在另一个具体实现中，第二天线还可设计为双频单极子天线。

本实施方式相对于现有技术而言，提供的天线系统能够在不影响原有天线的情况下，提高数据传输容量和数据传输通道，且天线系统中的每个天线组包括两个天线，两个天线没有互相接触，不会影响彼此的传输信号。并且，第一天线和第二天线分别设置在移动终端金属边框和金属化图案层，第一天线和第二天线的工作机理不同，保证第一天线和第二天线的高隔离和低相关性，使得天线组的工作效率更好。此外，第一天线和第二天线没有占用既有的传统天线的位置，保证移动终端内部各组天线的配合布置。

本发明的第二实施方式涉及一种天线系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，在本发明第二实施方式中，具体说明了该天线组的馈电点的设置。此外，本领域技术人员可以理解，第一天线和第二天线都是通过馈电点与移动终端中的射频电路连接，从而发射或接收信号。

该天线系统还包括设置于电路板103上的第一馈电点31和第一接地点32，第一馈电点31与第一分支10a的靠近第二缝隙12的末端连接，第一接地点32与第二分支10b的靠近第二缝隙12的末端连接。具体结构如图5所示。

金属化图案层104具有馈电部51和自该馈电部沿相反方向延伸的第三分支52和第四分支53；天线系统还包括设置于电路板103上的第二馈电点33，第二馈电点33与馈电部51连接。具体结构如图6所示。

需要说明的是，金属化图案层104上的馈电部51通过弹片或pogo pin等方式与位于电路板103上的第二馈电点连接，图6中示出的仅是一种金属化图案层104的形状，并不具体限制该金属化图案层。

具体的，金属化图案层104靠近第二缝隙12的一端与第二缝隙12靠近金属化图案层104的一端之间的垂直距离L大于等于2mm。该垂直距离可以保证两个天线的隔离。需要说明的是，为了隔离度的考虑，实际设置天线中第一天线和第二天线之间的距离可做适当调整，不限于本实施方式中提到的距离值。

具体的，第一天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz，第二天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz。需要说明的是，第一天线和第二天线工作覆盖频段相同，在MIMO系统中，保证在该频段移动终端良好的性能和数据传输效率。

具体的，第一天线和第二天线的工作辐射的效率如图7所示，在上述具体实施方式中第一天线和第二天线对应的工作频率下，第一天线和第二天线的辐射效率较高，辐射效率均在-7.5dB以上；第一天线和第二天线的的反向传输系数如图8所示，其中，两个天线在上述具体实施方式中第一天线和第二天线对应的工作频率下反向传输系数(隔离度)很好，反向传输系数(隔离度)都在-10dB以下。第一天线和第二天线的ECC(包络相关系数，Envelope Correlation Coefficient)波形如图9所示，在对应的工作频段，第一天线和第二天线的ECC较好，均在0.05以下，充分说明第一天线和第二天线的相关性较低。

值得一提的是，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种移动终端，包括上述第一或第二实施方式中涉及的天线系统，且该移动终端为全面屏。

具体的，该移动终端能够在5G的频段工作。

相对于现有技术而言，本发明的实施方式能够在全屏幕的移动终端实现数据传输效率增加，且改善移动终端的通讯质量，在现有移动终端空间十分有限的情况下，增设天线，提高用户体验。

当然，该移动终端还应当包括处理器、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。总线接口在总线和相控阵天线系统之间提供接口。经处理器处理的数据通过相控阵天线系统在无线介质上进行传输，进一步，相控阵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 (10)

1.一种天线系统，应用于移动终端，所述移动终端包括金属中框、围设于所述金属中框周缘且与所述金属中框一体成型的金属边框以及设置于所述金属中框之上的电路板，其特征在于，所述天线系统包括：至少一个天线组，每个所述天线组包括第一天线和第二天线；

所述第一天线形成于所述金属边框，其包括开设在所述金属边框上的第一缝隙和与所述第一缝隙贯通的第二缝隙，所述第一缝隙沿所述金属边框的周向方向延伸，所述第二缝隙沿垂直于所述第一缝隙的方向延伸，所述第二缝隙的一端连通所述第一缝隙，所述第二缝隙的另一端连通所述金属边框一侧的边缘以将位于所述第一缝隙边缘的金属边框分割为第一分支和第二分支；

所述第二天线形成于与所述金属边框间隔设置的金属化图案层，所述金属化图案层位于所述电路板背离所述金属中框的一侧空间内，所述金属化图案层在所述电路板上的正投影区域内设置有导电元件或地。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属化图案层与所述电路板的垂直距离大于等于1.5mm。

3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属化图案层的靠近所述第二缝隙的一端与所述第二缝隙的靠近所述金属化图案层的一端之间的垂直距离大于等于2mm。

4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括设置于所述电路板上的第一馈电点和第一接地点，所述第一馈电点与所述第一分支的靠近所述第二缝隙的末端连接，所述第一接地点与所述第二分支的靠近所述第二缝隙的末端连接。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属化图案层具有馈电部和自所述馈电部沿相反方向延伸的第三分支和第四分支；所述天线系统还包括设置于所述电路板上的第二馈电点，所述第二馈电点与所述馈电部连接。

6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属化图案层由金属片或柔性电路板或激光直接成型技术形成。

7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述金属边框包括依次首尾相接的第一长边框、第一短边框、第二长边框和第二短边框，所述第一天线设置于所述第一长边或第二长边上。

8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一缝隙和所述第二缝隙的宽度均不大于1mm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz，所述第二天线的工作频段覆盖3300MHz-3600MHz和4800MHz-5000MHz。

10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的天线系统。

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