CN109273843B - 天线及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端。所述天线用于具有金属边框的移动终端，包括介质基板、天线辐射体和馈电点；其中：所述介质基板包括相对的第一表面和第二表面；所述天线辐射体包括设置于所述第一表面的第一辐射体以及设置于所述第二表面的第二辐射体，所述第一辐射体在所述第二表面的投影与所述第二辐射体至少部分重叠；所述第一辐射体与所述馈电点电连接；所述第二辐射体与所述金属边框电连接。本发明显著提高了GPS天线的辐射能力，减少了GPS天线定位失常、定位精度下降以及定位错误等问题，改善了天线的性能，提高了用户的使用体验。

Description

天线及移动终端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线及移动终端。
背景技术
随着无线通信技术和物联网技术的发展，天线得到了广泛的应用。为了响应移动终端产品的尺寸朝向小型化、轻薄化以及功能朝向丰富化的发展趋势，移动终端产品中预留给天线的区域越来越有限，用于设置天线的环境也越来越不利于信号的收发。因此，如何在有限的空间内提供性能良好的天线解决方案越来越重要。
目前，对于市面上大部分具有GPS天线、BT天线以及WIFI天线的移动终端，都是采用同一个结构来覆盖GPS、BT以及WIFI的所有频段，即通过三合一或者四合一的方式来提高移动终端的空间利用率。在平衡天线性能与天线布线空间的同时，还要考虑环境因素。这是因为，置于移动终端内的天线附近通常设置有大量的器件结构，特别是一些金属结构，这些器件结构会影响天线的接收和发射，导致天线性能的下降，影响移动终端的使用效果。因此，在天线布线空间位置与天线布线空间环境的限制下，实现更高的辐射效率以及更优的辐射分布，一直都是天线调试努力的方向。
目前，绝大部分的三合一或者四合一天线都是属于传统的倒F型天线、倒L型天线、单极子天线或者环形天线。由于移动终端内部空间和环境的限制，三合一天线或者四合一天线的效率提升非常有限，在一些结构复杂地区很难接收到信号，例如像大城市这些散射和/或衍射比较丰富的地区，GPS的信号比较弱，这些传统类型的天线就很难接收到卫星导航信号，使得移动终端的使用效果不够理想。
因此，如何提升天线的性能，改善用户的使用体验，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种天线及移动终端，用于解决现有的天线性能较差的问题，以提升用户的使用体验。
为了解决上述问题，本发明提供了一种天线，用于具有金属边框的移动终端，包括介质基板、天线辐射体和馈电点；其中：
所述介质基板包括相对的第一表面和第二表面；
所述天线辐射体包括设置于所述第一表面的第一辐射体以及设置于所述第二表面的第二辐射体，所述第一辐射体在所述第二表面的投影与所述第二辐射体至少部分重叠；
所述第一辐射体与所述馈电点电连接；
所述第二辐射体与所述金属边框电连接。
优选的，所述第一辐射体包括第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部，所述第一端部与所述馈电点电连接，所述第二端部在所述第二表面的投影与所述第二辐射体部分重叠。
优选的，所述第二辐射体包括第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部；所述第二端部在所述第二表面的投影与所述第四端部部分重叠，所述第三端部与所述金属边框电连接。
优选的，所述第二端部的宽度大于所述第一端部，所述第四端部的宽度大于所述第三端部。
优选的，所述天线辐射体还包括设置于所述第一表面的第三辐射体；所述第三辐射体与所述馈电点电连接，用于形成WIFI 5G工作频段的谐振。
优选的，还包括阻抗匹配网络；所述阻抗匹配网络同时连接所述第一辐射体的所述第一端部、第三辐射体和所述馈电点，用于将所述馈电点的馈电信号调节后传输至所述第一辐射体和所述第三辐射体。
优选的，所述阻抗匹配网络包括第一匹配电感、第二匹配电感、第三匹配电感和匹配电容；
所述第一匹配电感的一端连接所述第一辐射体的所述第一端部、另一端连接所述匹配电容的一端；
所述匹配电容的另一端同时连接所述第二匹配电感的一端和所述第三匹配电感的一端；
所述第二匹配电感的另一端连接所述馈电点；
所述第三匹配电感的另一端连接所述第三辐射体。
优选的，还包括接地板；所述第二辐射体通过所述金属边框与所述接地板连接。
优选的，所述介质基板包括PCB主板。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种移动终端，包括上述任一项所述的天线。
本发明提供的天线及移动终端，通过在介质基板的第一表面设置第一辐射体、在与所述第一表面相对的第二表面设置第二辐射体，且第二辐射体与移动终端的金属边框耦合，从而使得由所述第一辐射体、所述第二辐射体与所述金属边框共同构成移动终端的天线辐射体，显著提高了GPS天线的辐射能力，既使处于恶劣的环境中，天线依然能够实现优异的通信性能，减少了GPS天线定位失常、定位精度下降以及定位错误等问题，改善了天线的性能，提高了用户的使用体验。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中天线的整体结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式中去除所述第一辐射体后的天线结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中所述天线的原理示意图；
附图4A是本发明具体实施方式中所述天线的GPS与WIFI 2.4G谐振曲线；
附图4B是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI 5G谐振曲线；
附图5A-5C是本发明具体实施方式中所述天线的GPS不同视角的方向图；
附图6A-6C是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI 2.4G不同视角的方向图；
附图7A-7C是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI 5G不同视角的方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的天线及移动终端的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种天线，附图1是本发明具体实施方式中天线的整体结构示意图，附图2是本发明具体实施方式中去除所述第一辐射体后的天线结构示意图。
如图1、图2所示，本具体实施方式提供的天线，用于具有金属边框10的移动终端，包括介质基板11、天线辐射体和馈电点16；其中：所述介质基板11包括相对的第一表面和第二表面；所述天线辐射体包括设置于所述第一表面的第一辐射体13以及设置于所述第二表面的第二辐射体14(在图1、图2所示的视角下所述第二辐射体14不可见，故以虚线表示)，所述第一辐射体13在所述第二表面的投影与所述第二辐射体14至少部分重叠；所述第一辐射体13与所述馈电点16电连接；所述第二辐射体14与所述金属边框10电连接。
其中，所述介质基板11优选为FR4介质板。所述介质基板11位于所述金属边框10围绕而成的区域内。
所述天线优选位于所述移动终端的上半部分。具体来说，所述介质基板11通过所述馈电点16给所述第一辐射体13进行馈电，使得所述第一辐射体13主要用于形成WIFI2.4G工作频段的谐振。所述第一辐射体13在所述第二表面的投影与所述第二辐射体14至少部分重叠，实现所述第二辐射体14与所述第一辐射体13产生非接触式电磁耦合馈电，使得所述第二辐射体14主要用于形成GPS工作频段的谐振。同时，所述第二辐射体14与所述金属边框10电连接，实现所述第二辐射体14与所述金属边框10的耦合，使得所述金属边框10也作为所述天线辐射体的一部分，从而显著提高了GPS信号在所述移动终端上半空间的辐射能力，既使处于恶劣的环境中，天线依然能够实现优异的通信性能，减少了GPS天线定位失常、定位精度下降以及定位错误等问题，改善了天线的性能，提高了用户的使用体验。
附图3是本发明具体实施方式中所述天线的原理示意图。优选的，所述第一辐射体13包括第一端部31以及与所述第一端部31相对的第二端部32，所述第一端部31与所述馈电点16电连接，所述第二端部32在所述第二表面的投影与所述第二辐射体14部分重叠。其中，对于所述第一辐射体13的具体形状，本具体实施方式中是以所述第一辐射体13的形状为多边形为例进行说明，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只需确保其可以形成WIFI 2.4G工作频段的谐振即可。
优选的，所述第二辐射体14包括第三端部21以及与所述第三端部21相对的第四端部22；所述第二端部32在所述第二表面的投影与所述第四端部22部分重叠，所述第三端部21与所述金属边框10电连接。其中，对于所述第二辐射体14的具体形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只需确保其可以形成WIFI 5G工作频段的谐振即可。
为了进一步优化所述第一辐射体13与所述第二辐射体14之间的非接触式电磁耦合馈电的效果，优选的，所述第二端部32的宽度大于所述第一端部31，所述第四端部的宽度22大于所述第三端部31。即通过增大所述第一端部32与所述第二端部31之间的重叠面积，改善两者之间的电磁耦合效果。
优选的，所述天线辐射体还包括设置于所述第一表面的第三辐射体15；所述第三辐射体15与所述馈电点16电连接，用于形成WIFI 5G工作频段的谐振。具体来说，所述第三辐射体15自所述馈电点16接收馈电信号，并与所述天线整体结构的高阶模式形成WIFI 5G工作频段的谐振，从而在有限的空间内集成了GPS天线、BT天线、WIFI 2.4G天线与WIFI 5G天线，极大的提高了空间利用率。其中，对于所述第三辐射体15的具体形状，本具体实施方式是以所述第三辐射体15的形状为L型为例进行说明，本领域技术人员也可以根据实际需要选择合适的第三辐射体形状，只需确保其可以形成WIFI 5G工作频段的谐振即可。
本具体实施方式中，所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15的材料可以均为铜、金或者银。为了降低所述天线的生产成本，优选的，所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15的材料均为铜。
优选的，所述天线还包括阻抗匹配网络17；所述阻抗匹配网络17同时连接所述第一辐射体13的所述第一端部31、第三辐射体15和所述馈电点16，用于将所述馈电点16的馈电信号调节后传输至所述第一辐射体13和所述第三辐射体15。
所述阻抗匹配网络17用于对所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15的性能进行调试和匹配。具体来说，所述介质基板11上的射频输出端依次通过所述馈电点16、所述阻抗匹配网络17传输至所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15。
优选的，所述阻抗匹配网络16包括第一匹配电感L1、第二匹配电感L2、第三匹配电感L3和匹配电容C；所述第一匹配电感L1的一端连接所述第一辐射体13的所述第一端部31、另一端连接所述匹配电容C的一端；所述匹配电容C的另一端同时连接所述第二匹配电感L2的一端和所述第三匹配电感L3的一端；所述第二匹配电感L2的另一端连接所述馈电点16；所述第三匹配电感L3的另一端连接所述第三辐射体15。
在图3中，P为所述介质基板11中用于向所述天线传输射频信号的信号源。所述阻抗匹配网络16中的所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第三电感L3用于调节所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15的感抗部分，所述匹配电容C用于调节所述辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15的容抗部分，以增加所述天线的带宽，进一步提高所述天线的性能。所述信号源P通过射频输出端将馈电信号经所述馈电点16传输至所述阻抗匹配网络16，然后经所述阻抗匹配网络16中的LC器件的调节后，传输至所述第一辐射体13、所述第二辐射体14以及所述第三辐射体15。
具体来说，所述第一电感L1主要用于调节所述天线中WIFI 2.4G的性能参数，所述匹配电容C主要用于调节所述天线中GPS以及WIFI 2.4G的性能参数，所述第二电感L2主要用于调节所述天线中WIFI 2.4G以及WIFI 5G的性能参数，所述第三电感L3主要用于调节所述天线中WIFI 5G的性能参数。
其中，所述第一电感L1、所述第二电感L2和所述第三电感L3可以均为可调电感，所述匹配电容C为可调电容。通过选择所述第一电感L1、所述第二电感L2、所述第三电感L3以及所述匹配电容C的具体数值，可以对所述天线的工作频段、带宽、增益等性能参数进行调整。
优选的，所述天线还包括接地板12；所述第二辐射体14通过所述金属边框10与所述接地板12连接。具体来说，所述第一辐射体13、所述第二辐射体14与所述第三辐射体15分布于所述介质基板11相对两表面的净空区，所述接地板12分布于所述介质基板11除去所述净空区之外的区域中。所述第二辐射体14通过所述金属边框10与所述接地板12连接，使得所述天线在馈入电信号后可以形成闭合回路。
优选的，所述介质基板11包括PCB主板。
附图4A是本发明具体实施方式中所述天线的GPS与WIFI 2.4G谐振曲线，附图4B是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI 5G谐振曲线，附图5A-5C是本发明具体实施方式中所述天线的GPS不同视角的方向图，附图6A-6C是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI2.4G不同视角的方向图，附图7A-7C是本发明具体实施方式中所述天线的WIFI 5G不同视角的方向图。由图4A-图4B、图5A-图5C、图6A-图6C、图7A-图7C可知，本具体实施方式提供的所述天线中GPS、WIFI 2.4G、WIFI 5G的增益分别为3.7dB、5.7dB、6.3dB。区别于现有技术中常规的三合一或者四合一天线，本具体实施方式提供的天线克服了环境因素对天线性能的限制，显著提高了GPS信号在上半空间的辐射能力，同时保持了WIFI 2.4G以及WIFI 5G的全向辐射特性，能够显著降低GPS定位失常、定位精度下降、以及定位错误等问题，实现良好的用户体验。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种移动终端，包括上述任一项所述的天线。本具体实施方式中的移动终端可以是但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑等。
本具体实施方式提供的天线及移动终端，通过在介质基板的第一表面设置第一辐射体、在与所述第一表面相对的第二表面设置第二辐射体，且第二辐射体与移动终端的金属边框耦合，从而使得由所述第一辐射体、所述第二辐射体与所述金属边框共同构成移动终端的天线辐射体，显著提高了GPS天线的辐射能力，既使处于恶劣的环境中，天线依然能够实现优异的通信性能，减少了GPS天线定位失常、定位精度下降以及定位错误等问题，改善了天线的性能，提高了用户的使用体验。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种天线，用于具有金属边框的移动终端，其特征在于，包括介质基板、天线辐射体和馈电点；其中：
所述介质基板包括相对的第一表面和第二表面；
所述天线辐射体包括设置于所述第一表面的第一辐射体以及设置于所述第二表面的第二辐射体，所述第二辐射体与所述金属边框电连接，所述第一辐射体在所述第二表面的投影与所述第二辐射体至少部分重叠，实现所述第二辐射体与所述第一辐射体之间产生非接触式电磁耦合馈电，使得所述第二辐射体用于形成GPS工作频段的谐振；
所述第一辐射体与所述馈电点电连接，使得所述第一辐射体用于形成WIFI 2.4G工作频段的谐振；
所述第一辐射体包括第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部，所述第二辐射体包括第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部，所述第二端部的宽度大于所述第一端部，所述第四端部的宽度大于所述第三端部，所述第二端部在所述第二表面的投影与所述第四端部部分重叠；
接地板，所述第二辐射体通过所述金属边框与所述接地板连接。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一端部与所述馈电点电连接。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第三端部与所述金属边框电连接。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线辐射体还包括设置于所述第一表面的第三辐射体；所述第三辐射体与所述馈电点电连接，用于形成WIFI 5G工作频段的谐振。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，还包括阻抗匹配网络；所述阻抗匹配网络同时连接所述第一辐射体的所述第一端部、第三辐射体和所述馈电点，用于将所述馈电点的馈电信号调节后传输至所述第一辐射体和所述第三辐射体。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述阻抗匹配网络包括第一匹配电感、第二匹配电感、第三匹配电感和匹配电容；
所述第一匹配电感的一端连接所述第一辐射体的所述第一端部、所述第一匹配电感的另一端连接所述匹配电容的一端；
所述匹配电容的另一端同时连接所述第二匹配电感的一端和所述第三匹配电感的一端；
所述第二匹配电感的另一端连接所述馈电点；
所述第三匹配电感的另一端连接所述第三辐射体。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基板包括PCB主板。
8.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的天线。
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