CN108767499A - 金属边框天线及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种金属边框天线及终端设备。本发明中，该金属边框天线包括：终端设备的金属边框、第一接地部、第二接地部、耦合馈电枝节；金属边框开设有缝隙，第一接地部以及第二接地部均与金属边框连接；其中，第一接地部与缝隙之间的金属边框形成第一辐射体，第二接地部与缝隙之间的金属边框形成第二辐射体；第一辐射体以及第二辐射体均与耦合馈电枝节耦合连接，耦合馈电枝节与终端设备的天线馈点电性连接。本发明实施方式通过耦合馈电方式实现天线共馈点，从而可以解决天线分开设计占用电路板面积过大的问题，同时有利于提升天线性能以及降低设计成本。

Description

金属边框天线及终端设备

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天线及终端设备。

背景技术

随着移动终端技术的迅速发展，手机、平板电脑等移动终端设备一般都具备蜂窝通信、无线保真(Wireless-Fidelity，简称WiFi)、蓝牙、全球定位系统(GlobalPositioning System，简称GPS)通信等多种无线通信能力，因此移动终端设备需要配置多根天线或者具备多个谐振频率的天线，以覆盖多种无线通信的频段。

现今智能手机的设计越来越追求超薄、有质感等外观体验，金属边框以及一体式金属后壳及金属边框手机应运而生，受到消费者青睐。金属外壳和金属边框会对手机中的天线发射或接收的电磁波产生屏蔽作用，因此，金属边框天线的应用越来越多。现有一般在手机顶部、底部各开两个对称缝，并在缝隙填充介质，实现金属边框天线。天线布局多为手机底部做主天线、顶部分别做分集天线和GPS/WiFi小天线。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有手机顶部通过在金属边框上开设多个断点形成多个天线，且各个天线单独配置射频发射电路，在顶部天线环境差且集成双摄像头的情况下，多个射频发射电路会进一步占用电路板面积，导致主板电路面积以及电池容量更加受限，给手机整机尺寸带来严峻挑战，另外，现有天线设计方式还会增加成本。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种金属边框天线及终端设备，通过耦合馈电方式实现天线共馈点，从而可以解决天线分开设计占用电路板面积过大的问题，同时有利于提升天线性能以及降低设计成本。

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天线，包括：终端设备的金属边框、第一接地部、第二接地部、耦合馈电枝节；所述金属边框开设有缝隙，所述第一接地部以及所述第二接地部均与所述金属边框连接；其中，所述第一接地部与所述缝隙之间的金属边框形成第一辐射体，所述第二接地部与所述缝隙之间的金属边框形成第二辐射体；所述第一辐射体以及所述第二辐射体均与所述耦合馈电枝节耦合连接，所述耦合馈电枝节与所述终端设备的天线馈点电性连接。

本发明的实施方式还提供了一种终端设备，包括：射频电路板以及如上所述的金属边框天线；所述射频电路板上的天线馈点与所述金属边框天线中的耦合馈电枝节连接。

本发明实施方式相对于现有技术而言，终端设备的金属边框通过开设缝隙形成第一辐射体以及第二辐射体，而第一辐射体以及第二辐射体均与耦合馈电枝节耦合连接，耦合馈电枝节与终端设备的天线馈点电性连接，这样，耦合馈电枝节、第一辐射体以及第一接地部形成第一天线，耦合馈电枝节、第二辐射体以及第二接地部形成第二天线，来自终端设备的天线馈点的射频信号可以通过耦合馈电枝节耦合至第一天线以及第二天线，而第一天线以及第二天线接收的电磁波信号也可以通过耦合馈电枝节传递至天线馈点，从而使得第一天线以及第二天线通过耦合馈电枝节实现共馈点，进而使得终端设备的射频电路可以集成为一体。因此，本发明实施方式通过实现天线共馈点不仅可以减少终端设备内部射频电路占用的电路板面积、降低射频损耗，而且可以节省成本。

另外，所述缝隙位于所述金属边框的顶部；所述耦合馈电枝节邻近于所述缝隙，且与所述金属边框的顶部形成预设距离，从而可保证第一辐射体以及第二辐射体与耦合馈电枝节之间的耦合性能。

另外，所述预设距离大于或者等于0.5毫米且小于或者等于1毫米。

另外，所述金属边框天线还包括第一调谐电路以及第二调谐电路；所述第一调谐电路与所述第一辐射体连接，所述第二调谐电路与所述第二辐射体连接；其中，所述第二辐射体的长度大于所述第一辐射体的长度，所述第一调谐电路用于调谐所述第一辐射体的至少一谐振频率，所述第二调谐电路用于调谐所述第二辐射体的多个谐振频率。

另外，所述第一调谐电路包括：第一电感，所述第一电感的一端连接所述第一辐射体，所述第一电感的另一端接地。

另外，所述第一调谐电路还包括第一开关，所述第一电感通过所述第一开关接地，从而可通过第一开关切换第一调谐电路中的电感值，便于调谐第一天线的谐振频率。

另外，所述第二调谐电路包括：滤波电容、第二电感以及第三电感；所述第二辐射体的末端通过所述第三电感连接所述第二接地部；所述第二电感的一端连接所述第二辐射体，所述第二电感的另一端接地；所述滤波电容的一端连接所述第二辐射体，所述滤波电容的另一端接地。通过第二调谐电路可使得第二辐射体工作于多种频段，提升天线的宽频性能。

另外，所述第二调谐电路还包括：第二开关，所述第二电感通过所述第二开关接地，从而可通过第二开关切换第二调谐电路中的电感值，便于调谐第二天线的谐振频率。

另外，还包括终端壳体以及支架；所述耦合馈电枝节通过所述支架固定于所述壳体，从而可使耦合馈电枝节易于安装，且易于保证耦合馈电枝节的耦合馈电性能。

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金属边框天线的结构示意图；

图2是图1所示的金属边框天线的等效电路示意图；

图3是根据本发明第二实施方式金属边框天线的结构示意图；

图4是图3所示的金属边框天线的等效电路示意图；

图5是根据本发明第二实施方式金属边框天线的辐射路径示意图；

图6是根据本发明第二实施方式金属边框天线的谐振频率示意图；

图7是根据本发明第二实施方式金属边框天线的天线效率示意图；

图8是根据本发明第三实施方式金属边框天线的结构示意图；

图9是图8所示的金属边框天线的等效电路示意图。

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金属边框天线，可应用于智能手机、平板电脑等便携式金属边框终端设备，然不限于此。如图1、2所示，该金属边框天线包括：终端设备的金属边框1、第一接地部G11、第二接地部G21、耦合馈电枝节2，金属边框1开设有缝隙10，第一接地部G11以及第二接地部G21均与金属边框1连接，其中，第一接地部G11与缝隙10之间的金属边框形成第一辐射体11，第二接地部G21与缝隙10之间的金属边框形成第二辐射体12，第一辐射体11以及第二辐射体12均与耦合馈电枝节2耦合连接，耦合馈电枝节2与终端设备的天线馈点30电性连接。本发明实施方式相对于现有技术而言，终端设备的金属边框通过开设缝隙形成第一辐射体以及第二辐射体，而第一辐射体以及第二辐射体均与耦合馈电枝节耦合连接，耦合馈电枝节与终端设备的天线馈点电性连接，这样，耦合馈电枝节、第一辐射体以及第一接地部形成第一天线，耦合馈电枝节、第二辐射体以及第二接地部形成第二天线，来自终端设备的天线馈点的射频信号可以通过耦合馈电枝节耦合至第一天线以及第二天线，而第一天线以及第二天线接收的电磁波信号也可以通过耦合馈电枝节传递至天线馈点，从而使得第一天线以及第二天线通过耦合馈电枝节实现共馈点，进而使得终端设备的射频电路可以集成为一体。因此，本发明实施方式通过实现天线共馈点不仅可以减少终端设备内部射频电路占用的电路板面积、降低射频损耗，而且可以节省成本。下面对本实施方式的金属边框天线的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

具体而言，金属边框1的缝隙10将顶部金属边框分为两部分，缝隙10可以大于或者等于1毫米且小于或者等于2毫米，缝隙10中可以填充介质。该缝隙10可以位于金属边框的顶部，例如可以设置于金属边框顶部左侧，当然也可以设置于金属边框顶部右侧，本实施方式对缝隙10的位置不作具体限制，只要能够通过缝隙10将顶部金属边框划分成天线所需的辐射体即可。第一接地部G11例如连接于左侧金属边框，第二接地部G21例如连接于右侧金属边框。第一接地部G11与缝隙10之间的金属边框形成第一辐射体11，第二接地部G21与缝隙10之间的金属边框形成第二辐射体12。耦合馈电枝节2、第一辐射体11以及第一接地部G11形成第一天线，耦合馈电枝节2、第二辐射体12以及第二接地部G21形成第二天线，第一天线以及第二天线均为磁环天线。其中，耦合馈电枝节2邻近于缝隙10设置，且与金属边框的顶部形成预设距离，从而使得第一辐射体11以及第二辐射体12与耦合馈电枝节2之间均具有较佳的耦合性能。在一些例子中，该预设距离可以大于或者等于0.5毫米且小于或者等于1毫米，从而使得耦合馈电枝节2与第一辐射体11以及第二辐射体12之间的耦合性能满足实际需要。本实施方式对于该预设距离不作具体限制，只要能够满足需要的耦合性能即可。为了保证天线性能，可以为金属边框天线设置适当的天线净空区。其中，第一天线以及第二天线分别至少形成一个辐射路径，每个辐射路径具有至少一个谐振频率，本实施方式对于第一天线以及第二天线的辐射路径以及谐振频率的数量均不作具体限制。

在实际应用中，耦合馈电枝节2可以通过激光直接成型(Laser-Direct-structuring，简称LDS)、直接印刷手机天线或者柔性电路板(Flexible Printed Circuit，简称FPC)等的工艺实现，本实施方式对于耦合馈电枝节2的实现方式不作具体限制。耦合馈电枝节2可以通过支架固定于终端设备内部，且邻近于金属边框顶部的缝隙10，同时与金属边框顶部保持预设距离，本实施方式对于耦合馈电枝节2的安装方式亦不作具体限制。

需要说明的是，耦合馈电枝节2可以通过金属连接件与终端设备的天线馈点30电性连接，天线馈点30例如位于终端设备内的射频电路板3，本实施方式对于耦合馈电枝节2与天线馈点30的连接方式不作具体限制。

本实施方式与现有技术相比，突破了现有金属边框天线中天线无法共馈点，而需要分别为其实现射频电路的技术水平，通过耦合馈电枝节实现天线共馈点，从而使得终端设备内部的射频电路可以集成为一体，进而不仅可以节省终端设备内部电路板面积、降低射频损耗、提升射频性能，而且可以节约成本，具有良好的应用前景。

本发明的第二实施方式涉及一种金属边框天线。第二实施方式在第一实施方式的基础上做出改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，金属边框天线还包括调谐电路，从而可以提高金属边框天线的宽频性能。

如图3、4所示，本实施方式的金属边框天线包括第一调谐电路以及第二调谐电路，第一调谐电路与第一辐射体11连接，第二调谐电路与第二辐射体12连接。第一调谐电路用于调谐第一辐射体11的至少一谐振频率，第二调谐电路用于调谐第二辐射体12的多个谐振频率。

具体地，第一调谐电路可以包括：第一电感L1，第一电感L1的一端连接第一辐射体11，第一电感L1的另一端接地，其中，第一电感L1的接地端形成第一天线的又一接地部(例如称为第三接地部G12)。

第二调谐电路可以包括：滤波电容C1、第二电感L2以及第三电感L3。第二辐射体11的末端通过第三电感L3连接第二接地部G21，第二电感L2的一端连接第二辐射体12，第二电感L2的另一端接地，其中，第二电感L2的接地端形成第二天线的一个接地部(例如称为第五接地部G23)。滤波电容C1的一端连接第二辐射体12，滤波电容C1的另一端接地，其中，滤波电容C1的接地端形成第二天线的一个接地部(例如称为第四接地部G22)。为了便于描述，将第二电感L2与第二辐射体12连接的位置称为第一连接点，第三电感L3与第二辐射体12连接的位置称为第二连接点，则滤波电容C1与第二辐射体12的连接位置位于第一连接点与第二连接点之间的金属边框上。然而，本实施方式对于滤波电容C1与第二辐射体12的连接位置不作具体限制，只要能够调谐出所需的频段即可。

下面对本实施方式中第一天线以及第二天线通过上述调谐电路可实现的频段进行说明。

如图5所示，举例而言，第二辐射体12的长度大于第一辐射体11的长度，从而使得第一天线以及第二天线提供不同频段的谐振频率。具体地，第一天线的1/4倍波长模式可以产生中频(Middle Band，简称MB)谐振(例如LTE的B1/B3)，其中，P1表示中频的辐射路径，而通过第一调谐电路可以调谐中频的1/4倍波长模式部分。

第二天线的1/4倍波长模式可以产生低频(Low Band，简称LB)谐振，例如LTE的Band5/Band8，第二天线的3/4倍波长模式可以产生高频(High Band，简称HB)谐振，例如WiFi、LTE Band40/Band41，其中P3表示第二天线的高/低频的辐射路径。其中，滤波电容C1与第三电感L3可以形成LC并联滤波网络，该并联滤波网络对蜂窝(Cellular)低频呈现小电感状态(即近似短路状态)、对GPS呈现开路状态，对高频呈现大电容状态(即近似短路状态)。P2表示第二天线的GPS辐射路径，为了描述方便，将滤波电容C1与第二辐射体12之间的连接位置记为第三连接点A，耦合馈电枝节2通过耦合馈电与缝隙10以及第三连接点A之间的金属边框耦合形成单极(monople)天线，利用该单极天线的1/4倍波长模式可以产生GPS谐振。因此，本实施方式在金属边框顶部仅开设一个缝隙的情况下，即可实现分集天线、GPS/WiFi天线，相比现有技术减少了金属边框断点数量，有利于提高金属边框一体性。应当理解，本实施方式对于金属边框天线可以实现的通信频段不作具体限制，在实际应用中，通过第一天线以及第二天线还可以调谐出更多需要的频段，此处不再赘述。

请参考图6、图7，本实施方式的金属边框天线具有较佳的性能，能够充分满足移动终端的多频段、宽频化通信需求，特别适用多频段载波聚合(Carrier Aggregation，简称CA)。

本实施方式与第一实施方式相比，进一步提供了金属边框天线宽频化实现方式，因此，本实施方式的金属边框天线通过共馈点、共辐射体，可大大提升天线宽频化性能，并且不会显著增加电路板使用面积。

本发明的第三实施方式涉及一种金属边框天线。第三实施方式在第二实施方式的基础上做出改进，主要改进之处在于：在第三实施方式中，通过对金属边框天线的调谐电路增加开关，从而可以进一步提升金属边框天线的调谐性能。

请参考图8、9，本实施方式中，第一调谐电路还包括第一开关SW1，第一电感L1通过第一开关SW1接地，这样，通过第一开关SW1控制第一电感L1接地或者断开以切换第一天线的调谐电路的不同电感值，从而方便第一天线谐振频率的调谐，例如中频的调谐。第二调谐电路还包括：第二开关SW2，第二电感L2通过第二开关SW2接地，即通过第二开关SW2控制第二电感L2接地或者断开以切换第二天线的调谐电路的不同电感值，从而方便第二天线谐振频率的调谐，例如低频和高频的调谐。其中，第一开关SW1以及第二开关SW2可以采用射频二极管，本实施方式对于第一开关SW1以及第二开关SW2的实现方式不作具体限制。在实际应用中，还可以通过第三开关(图未示)切换滤波电容C1的容值或者第三电感L3的电感值，本实施方式对此不作具体限制。

本实施方式与第二实施方式相比，通过在第一天线以及第二天线的调谐电路中增加开关以切换调谐电路中的电感值，从而便于调谐谐振频率，进一步增加了金属边框天线使用的灵活性。

本发明的第四实施方式涉及一种终端设备，例如为智能手机、平板电脑等便携式金属边框终端设备，然本实施方式对于终端设备的类型不作具体限制。

请继续参阅图2、4以及图8，终端设备包括：射频电路板3以及如第一、第二或者第三实施方式所述的金属边框天线。射频电路板3上的天线馈点30与金属边框天线中的耦合馈电枝节2连接，天线馈点30例如通过金属连接件(图未示)与耦合馈电枝节2电性连接，本实施方式对天线馈点与耦合馈电枝节的连接方式不作具体限制。其中，射频电路板可以为智能手机中的小板或者主板，金属边框天线的射频电路，例如分集天线、GPS天线、WiFi天线的射频电路可以集成为一体，从而不仅可以减少射频电路板的面积，节约智能手机内部电路板占用空间，而且由于多天线射频电路集成为一体，还可以降低射频损耗，节约设计成本。其中多天线集成射频电路可以采用现有技术实现，此处不再赘述。

本实施方式与现有技术相比，突破了现有终端设备中金属边框天线无法共馈点，而需要分别为其实现射频电路的技术水平，通过耦合馈电枝节实现天线共馈点，从而使得终端设备内部的射频电路可以集成为一体，进而不仅可以节省终端设备内部电路板面积、降低射频损耗、提升射频性能，而且可以节约成本，具有良好的应用前景。

不难发现，本实施方式为与第一、第二或者第三实施方式相对应的终端实施例，本实施方式可与第一、第二或者第三实施方式互相配合实施。第一、第二或者第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一、第二或者第三实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，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)

1.一种金属边框天线，其特征在于，包括：终端设备的金属边框、第一接地部、第二接地部、耦合馈电枝节；

所述金属边框开设有缝隙，所述第一接地部以及所述第二接地部均与所述金属边框连接；其中，所述第一接地部与所述缝隙之间的金属边框形成第一辐射体，所述第二接地部与所述缝隙之间的金属边框形成第二辐射体；

所述第一辐射体以及所述第二辐射体均与所述耦合馈电枝节耦合连接，所述耦合馈电枝节与所述终端设备的天线馈点电性连接。

2.根据权利要求1所述的金属边框天线，其特征在于，所述缝隙位于所述金属边框的顶部；

所述耦合馈电枝节邻近于所述缝隙，且与所述金属边框的顶部形成预设距离。

3.根据权利要求2所述的金属边框天线，其特征在于，所述预设距离大于或者等于0.5毫米且小于或者等于1毫米。

4.根据权利要求1所述的金属边框天线，其特征在于，所述金属边框天线还包括第一调谐电路以及第二调谐电路；

所述第一调谐电路与所述第一辐射体连接，所述第二调谐电路与所述第二辐射体连接；

其中，所述第二辐射体的长度大于所述第一辐射体的长度，所述第一调谐电路用于调谐所述第一辐射体的至少一谐振频率，所述第二调谐电路用于调谐所述第二辐射体的多个谐振频率。

5.根据权利要求4所述的金属边框天线，其特征在于，所述第一调谐电路包括：第一电感，所述第一电感的一端连接所述第一辐射体，所述第一电感的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的金属边框天线，其特征在于，所述第一调谐电路还包括第一开关，所述第一电感通过所述第一开关接地。

7.根据权利要求4所述的金属边框天线，其特征在于，所述第二调谐电路包括：滤波电容、第二电感以及第三电感；

所述第二辐射体的末端通过所述第三电感连接所述第二接地部；

所述第二电感的一端连接所述第二辐射体，所述第二电感的另一端接地；

所述滤波电容的一端连接所述第二辐射体，所述滤波电容的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的金属边框天线，其特征在于，所述第二调谐电路还包括：第二开关，所述第二电感通过所述第二开关接地。

9.一种终端设备，其特征在于，包括：射频电路板以及如权利要求1至8中任一项所述的金属边框天线；

所述射频电路板上的天线馈点与所述金属边框天线中的耦合馈电枝节连接。

10.根据权利要求9所述的终端设备，其特征在于，还包括终端壳体以及支架；

所述耦合馈电枝节通过所述支架固定于所述壳体。