CN110233346B - 移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动终端。该移动终端包括：金属边框、接地板、馈线、开关；其中，所述馈线的一端连接所述金属边框，所述馈线的另一端连接所述接地板；所述接地板位于所述金属边框内；所述金属边框的第一部分与所述接地板之间具有空隙，形成净空区；所述金属边框的第一部分作为天线辐射体；所述开关连接在所述金属边框的第一部分和所述接地板之间；所述开关用于控制所述天线辐射体中电流流经的路径。本发明实施例能够在保证移动终端金属边框连续性的条件下覆盖低频和高频的较宽频段。

Description

移动终端
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种移动终端。
背景技术
目前，移动终端(例如手机)一般采用金属边框，一方面使得外形更加美观，另一方面，能够增加结构的稳定性。但是金属边框会使天线的辐射性能受到很多负面影响。例如产生杂散谐振、天线效率恶化、带宽变窄等。
相关技术中，为了在强金属环境下的有限空间内设计出辐射性能较好的天线，在金属边框上一般会具有开缝或者是断点，不够美观，而且结构稳定性不高。
因此，对于本领域技术人员来说，亟需实现一种在无断点的金属边框条件下辐射性能较好的天线。
发明内容
本发明提供一种移动终端，在金属边框下的有限空间内实现一种辐射性能较好的天线。
本发明提供一种移动终端，包括：
金属边框、接地板、馈线、开关；
其中，所述馈线的一端连接所述金属边框，所述馈线的另一端连接所述接地板；所述接地板位于所述金属边框内；
所述金属边框的第一部分与所述接地板之间具有空隙，形成净空区；
所述金属边框的第一部分作为天线辐射体；
所述开关连接在所述金属边框的第一部分和所述接地板之间；所述开关用于控制所述天线辐射体中电流流经的路径。
本发明实施例提供的移动终端，金属边框、接地板、馈线、开关；其中，所述馈线的一端连接所述金属边框，所述馈线的另一端连接所述接地板；所述接地板位于所述金属边框内；所述金属边框的第一部分与所述接地板之间具有空隙，形成净空区；所述金属边框的第一部分作为天线辐射体；所述开关连接在所述金属边框的第一部分和所述接地板之间；所述开关用于控制所述天线辐射体中电流流经的路径，能够在保证移动终端金属边框连续性的条件下覆盖低频和高频的较宽频段。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明提供的一实施例的天线结构示意图；
图2是本发明提供的另一实施例的天线结构示意图；
图3A是本发明提供的一实施例的参考天线1结构图；
图3B是本发明提供的一实施例的参考天线2结构图；
图3C是本发明提供的一实施例的参考天线3结构图；
图3D是本发明提供的一实施例的参考天线4结构图；
图3E是本发明提供的一实施例的天线P结构图；
图4是本发明提供的一实施例的S曲线示意图；
图5是本发明提供的另一实施例的S曲线示意图；
图6A是本发明提供的图3E所示天线的不同谐振模式对应的电流矢量图；
图6B是本发明提供的图3E所示天线的不同谐振模式对应的电流矢量图；
图6C是本发明提供的图3E所示天线的不同谐振模式对应的电流矢量图；
图6D是本发明提供的图3E所示天线的不同谐振模式对应的电流矢量图；
图6E是本发明提供的图3E所示天线的不同谐振模式对应的电流矢量图；
图7是本发明提供的一实施例的第一接地支节中L1对S参数的影响示意图；
图8是本发明提供的一实施例的第二接地支节中L2对S参数的影响示意图；
图9是本发明提供的一实施例的开关断开仿真与实物测试参数对比示意图；
图10是本发明提供的另一实施例的开关闭合仿真与实物测试参数对比示意图；
图11是本发明提供的一实施例的天线效率和增益示意图；
图12是根据一示例性实施例示出的一种移动终端的框图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
首先对本发明所涉及的应用场景进行介绍：
本发明实施例提供的移动终端，具有金属边框，而且金属边框无断点，在强金属环境下的有限空间内移动终端的天线辐射性能较好。
本发明实施例中的移动终端可以包括但不限于：手机、平板电脑、可穿戴设备等移动终端。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本发明提供的一实施例的天线结构示意图。如图1所示，本实施例提供的移动终端，包括：
金属边框1、接地板2、馈线3、开关4；
其中，所述馈线3的一端连接所述金属边框1，所述馈线3的另一端连接所述接地板2；所述接地板2位于所述金属边框1内；
所述金属边框1的第一部分11与所述接地板2之间具有空隙，形成净空区5；
所述金属边框1的第一部分11作为天线辐射体；
所述开关4连接在所述金属边框1的第一部分11和所述接地板2之间；所述开关4用于控制天线辐射体中电流流经的路径。
其中，如图2所示，所述金属边框1的第二部分12可以与所述接地板2连接。金属边框1的第一部分11为从K点到C点到D点再到G点的金属边框部分，金属边框1的第二部分12为从K点到U点到V点再到G点的金属边框的部分。
具体的，金属边框的引入不仅能够使移动终端看起来美观，而且能够增加移动终端结构的稳定性，但是同时也会使传统天线的辐射性能受到很多负面影响，比如杂散谐振、带宽变窄等，因此本发明实施例中针对在有金属边框的移动终端中设计一种辐射性能较好的天线，而且无需对金属边框开设断点，即在金属边框连续性条件，能够覆盖较宽的工作频段。
开关的两端分别用E和F点表示，馈线3通过A点连接在金属边框上，B点连接在接地板上。馈线3的长度对天线的辐射有一定影响，可以根据实际需求采用相应长度的馈线。
接地板例如是移动终端的金属背板、主板等可作为相对参考地的部分。
在本发明的一实施例中，金属边框可以采用0.3mm厚，5mm高的金属铜制成。
其中，开关例如为单刀单置开关，置于EF之间，用于切换该处的金属边框与接地板的连接与断开。
在本发明的一实施例中，馈线可以通过一个50欧姆的同轴传输线实现馈电。同轴线的外心接地板，内心接金属边框。
本发明实施例中通过开关实现了可重构天线，如图1所示，U形的金属边框的第一部分作为天线的辐射体，通过开关控制金属边框的第一部分形成的环天线的电流流经的路径，开关闭合时电流经开关流向接地板。
通过开关关闭和断开的两种工作状态，可以获得GSM850/900低频带宽的覆盖。
本发明实施例提供的移动终端，金属边框、接地板、馈线、开关；其中，所述馈线的一端连接所述金属边框，所述馈线的另一端连接所述接地板；所述接地板位于所述金属边框内；所述金属边框的第一部分与所述接地板之间具有空隙，形成净空区；所述金属边框的第一部分作为天线的辐射体；所述开关连接在所述金属边框的第一部分和所述接地板之间；所述开关用于控制所述天线辐射体中电流流经的路径，能够在保证移动终端金属边框连续性的条件下覆盖低频和高频的较宽频段。
在上述实施例的基础上，进一步的，所述净空区的形状为U形，如图2所示，所述移动终端，还包括：
第一接地分支6和第二接地分支7；
其中，所述第一接地分支6位于所述U形净空区内，所述第一接地分支6的一端连接在所述接地板2上；
所述第二接地分支7位于所述U形净空区内，所述第二接地分支7的一端连接在所述接地板2上。
其中，作为一种可能的实现方式，所述第一接地分支6包括第一分支(N到P1之间的分支)和与所述第一分支连接的第二分支(P1到P之间的分支)，所述第一分支的一端连接在所述接地板2上，所述第一分支和所述第二分支形成L形的第一接地分支6；所述第二接地分支7包括第三分支(Q到S1之间的分支)和与所述第三分支连接的第四分支(S1到S之间的分支)，所述第三分支的一端连接在所述接地板2上，所述第三分支和所述第四分支形成L形的第二接地分支7。
具体的，如图2所示，第一接地支节6的一端N连接在接地板2上，第一接地支节6的另一端P不连。
第一接地支节6能够产生一个大约在2450MHz处的谐振，为第一接地支节6的四分之一波长模式。同样的，第二接地支节7能够获得四分之一波长谐振，例如谐振发生在1750MHz。
进一步，为了实现更好的匹配，可以在第二接地支节7上加载电感，即在第二接地支节7上串联电感。例如电感为11nH电感，其中电感也可以为可变电感。
其中，如图2所示，所述第一接地分支和所述第二接地分支对称设置在U形净空区的第一区域内；所述第一区域位于所述金属边框沿第一方向(图2中X方向)延伸的第一边框与所述接地板之间。第一边框为图2中从C点到D点的部分。
其中，第一接地分支和所述第二接地分支可以为金属材料制成的。
在本发明的一些实施例中，所述第一接地分支的第二分支(P1到P之间的分支)和所述第二接地分支的第四分支(S1到S之间的分支)的长度可以相同或不同。
进一步的，如图2所示，所述馈线与所述金属边框的第一连接点(A点)位于所述金属边框沿第二方向(Y方向)延伸的第三边框上，所述开关与所述金属边框的第二连接点(E点)位于所述金属边框沿第二方向(Y方向)延伸的第二边框上。其中，第二边框与第三边框可以平行设置。第二边框为图2中从D点到V点的部分。第三边框为图2中从C点到U点的部分。
在本发明的一实施例中，所述第一连接点(A点)与所述金属边框的第二部分的起始点(K点)相距第一预设距离，所述第二连接点(E点)与所述金属边框的第二部分的终点(G点)相距第二预设距离。
其中，第一预设距离和第二预设距离可以相同或不同。
例如，图2中的天线中A点到K的距离为19mm，A点到C点的距离为41mm，D点到G点为66mm，E点到G点为10mm。
以上仅为示例，在其他实施例中，还可以设计成其他的尺寸结构，本发明实施例对此并不限定。
以下通过图3A、图3B、图3C、图3D和图3E，详细分析天线对应的模式。
需要说明的是，当开关打开或者闭合是不影响天线的工作原理的。因此，以下以状态1也就是开关断开状态为例进行说明。首先分析的是参考天线1，在图3A中表示为Ref.1，这个环天线能够产生基本的环模谐振模式和两个基本环模的高次模式，对应的S曲线放置在图4中。如图3B所示，对比参考天线1，参考天线2引入了另外的一个接地支节MK，这个接地支节MK距离馈电点A的位置例如为19mm。为了进一步增加移动终端结构的稳定性。将剩下的金属边框加了进来，形成参考天线3，如图3C所示。对比参考天线2，加入了GVUK这段金属边框。整体的结构就是一个完整金属边框和一个U型环天线。从图4中可以看出，从参考天线1到参考天线2再到参考天线3，S参数的变化基本是没有的。而且，在这个变化过程中也并没有新的谐振模式的引入。参考天线1、参考天线2和参考天线3均包括0.5λ谐振模式、1λ谐振模式和1.5λ谐振模式。如图4所示，参考天线1、参考天线2和参考天线3在860MHz左右产生谐振(M1，OFF)，在1500MHz左右产生谐振(M2，OFF)，在2200MHz左右产生谐振(M4，OFF)。
为了拓展天线的带宽，在参考天线3的基础上，引入了两个接地辐射的单极子支节。形状为倒L结构，如图3D和图3E。这样一来，就在2450MHz处产生了一个新的谐振点(M5，OFF)。具体的如图5所示。天线P是在参考天线4的基础之上，加上了另外一个辐射单极子支节(即第二接地支节)，在11nH电感的加载下，在1750MHz处产生了另外一个新的谐振点(M3，OFF)。天线P覆盖了高频和低频的带宽。
从图5可以看出，原参考天线4在1500MHz左右的谐振点已经偏移到1300MHz左右了(M2，OFF)。
为了更加深入的分析天线各个模式的谐振原理，图6A-图6E为图3E结构的天线的不同谐振模式对应的电流矢量图。如图6A所示，在ACDG上，在860MHz处，存在一个电流的零点，即在860MHz左右产生谐振(M1，OFF)。这就表明了环天线的一个主模即基本模式。同样的道理，该U型环天线的二次模和三次模也在对应图6B，图6D中给出，即在在1500MHz左右产生谐振(M2，OFF)，在2200MHz左右产生谐振(M4，OFF)。通过观察图6C发现，在1750MHz处，电流主要分布在倒L支节QS上边，即在1750MHz处产生了另外一个新的谐振点(M3，OFF)。在与地板链接的Q点是电流的最大值点，电流沿着支节QS进行传输，基本在支节的末端衰减到了基本为0。这就意味着，这个支节谐振在四分之一波长，即在2450MHz处产生了一个新的谐振点(M5，OFF)。
以下分析两个接地支节的物理尺寸的变化，对天线S参数的影响，在开关断开的状态下。
如图7所示，伴随着第一接地支节NP物理尺寸的变大，第五个谐振模式(2450MHz左右的谐振频点)会相应的向低频的方向移动。当L1＝16mm时，天线的带宽不能够覆盖我们所希望得到的频段，L1即第一接地支节的第二分支(P1到P之间的分支)的长度。可以看到一个明显的垂直突起(2500MHz左右)。然而当L1＝20mm时，可以清楚的看出垂直方向上的凸起取消了，但是第五个谐振模式(2450MHz左右的谐振频点)会相应的向低频的方向移动，导致带宽变窄。上述对比可以看出L1＝18mm时天线性能较好。
随着第二接地支节QS的第四分支(S1到S之间的分支)长度L2的变化，对应随其变化对天线性能造成的影响在图8中给出。从图8中可以清楚的看出，当L2的长度从13mm到17mm变化的过程中，第三个谐振模式(1750MHz左右的谐振频点)也随之向低频的方向移动。这也充分的表明了，对于第三个谐振模式所做贡献最大的支节是第二接地支节。另外一点值得注意，当L2的长度为13mm时，会使我们所需要的高频频段变窄。当L2的长度为17mm时，会造成第四个谐振模式的阻抗匹配失配，谐振点向低频方向移动。即图8中在2300MHz左右形成一个凸起，S参数大于-6dB，阻抗匹配失配。从图8中可以看出，L2＝15时，天线性能较好。
进一步的，为了证实本发明实施例中天线设计的可行性，对天线进行了加工和测试。而且为了验证可重构的两种状态(即开关打开和闭合状态)都能够正常工作，于是对开关的打开和闭合两种状态都进行了测试。相应的测试与仿真S参数对比图放在图9和图10中。图9为开关打开状态，图10所示为开关闭合状态。在开关打开状态的情况下，天线的带宽足以能够覆盖824-894MHz(M1，OFF谐振点)和1710-2690MHz(M3，OFF谐振点、M4，OFF谐振点、M5，OFF谐振点)。同样的，当开关处于闭合状态天线能够覆盖880-960MHz(M1，ON谐振点)和1920-2690MHz(M3，ON谐振点、M4，ON谐振点、M5，ON谐振点)。因此通过以上两种状态的组合，整个天线能够覆盖824-960MHz和1710-2690MHz。
如图9和图10中，通过天线仿真和实物测试对比，可以观察到在824MHz-960MHz和1710-2690MHz频段内满足小于-6dB。如图11所示，在低频824-960MHz，测试所得天线的效率大概为40％-60％之间，相应的增益大概为0.3-1.7dBi。对于高频频段1710MHz-2690MHz来说，天线的增益大概为1.2到4.2dBi。天线在高频整个频段的效率基本都在47％以上。从实验数据的结果来看，基本能够符合现代移动终端对天线的要求。图11中分别示出了开关打开和闭合状态的效率和增益结果。
以上结果仅为示例，即在天线的一定尺寸比例下的仿真结果，本发明实施例对此并不限定。
本实施例的天线，通过开关的打开与闭合切换两个状态，达到覆盖824-960MHz和1710-2690MHz的目的，能够在保证移动终端金属边框连续性的条件下覆盖较宽的频段。
图12是根据一示例性实施例示出的一种移动终端的框图。例如，移动终端可以是智能手机，计算机，平板设备，可穿戴设备等。
参照图12移动终端还可以包括以下一个或多个组件：处理组件602，存储器604，电源组件606，多媒体组件608，音频组件610，输入/输出(I/O)的接口612，传感器组件614，以及通信组件616。
处理组件602通常控制移动终端的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件602可以包括一个或多个处理器620来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件602可以包括一个或多个模块，便于处理组件602和其他组件之间的交互。例如，处理组件602可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件608和处理组件602之间的交互。
存储器604被配置为存储各种类型的数据以支持移动终端的操作。这些数据的示例包括用于在移动终端上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器604可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件606为移动终端的各种组件提供电力。电源组件606可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为移动终端生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件608包括在所述移动终端和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件608包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当移动终端处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件610被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件610包括一个麦克风(MIC)，当移动终端处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器604或经由通信组件616发送。在一些实施例中，音频组件610还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口612为处理组件602和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件614包括一个或多个传感器，用于为移动终端提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件614可以检测到移动终端的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为移动终端的显示器和小键盘，传感器组件614还可以检测移动终端或移动终端一个组件的位置改变，用户与移动终端接触的存在或不存在，移动终端方位或加速/减速和移动终端的温度变化。传感器组件614可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件614还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件614还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件616被配置为便于移动终端和其他设备之间有线或无线方式的通信。移动终端可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G、3G、4G或5G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件616经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件616还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

Claims (11)

1.一种移动终端，其特征在于，包括：
金属边框、接地板、馈线、开关；所述金属边框为连续的未开设有断点的边框；
其中，所述馈线的一端连接所述金属边框，所述馈线的另一端连接所述接地板；所述接地板位于所述金属边框内；
所述金属边框的第一部分与所述接地板之间具有空隙，形成净空区；
所述金属边框的第一部分作为天线辐射体；
所述开关连接在所述金属边框的第一部分和所述接地板之间；所述开关用于切换所述金属边框上的所述开关处与所述接地板的连接与断开，以控制所述天线辐射体中电流流经的路径，所述开关闭合时电流流经开关流向所述接地板。
2.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述净空区的形状为U形，所述移动终端，还包括：
第一接地分支和第二接地分支；
其中，所述第一接地分支位于所述U形净空区内，所述第一接地分支的一端连接在所述接地板上；
所述第二接地分支位于所述U形净空区内，所述第二接地分支的一端连接在所述接地板上。
3.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，
所述第一接地分支包括第一分支和与所述第一分支连接的第二分支，所述第一分支的一端连接在所述接地板上，所述第一分支和所述第二分支形成L形的第一接地分支；所述第二接地分支包括第三分支和与所述第三分支连接的第四分支，所述第三分支的一端连接在所述接地板上，所述第三分支和所述第四分支形成L形的第二接地分支。
4.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，
所述第一接地分支和所述第二接地分支对称设置在U形净空区的第一区域内；所述第一区域位于所述金属边框沿第一方向延伸的第一边框与所述接地板之间。
5.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，
所述第一接地分支的第二分支和所述第二接地分支的第四分支的长度不同。
6.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，还包括：
电感，所述电感串联连接在所述第二接地分支的第三分支上。
7.根据权利要求2-6任一项所述的移动终端，其特征在于，
所述第一接地分支的第一分支靠近所述金属边框沿第二方向延伸的第二边框，所述第二接地分支的第三分支靠近所述金属边框沿第二方向延伸的第三边框。
8.根据权利要求1-6任一项所述的移动终端，其特征在于，
所述馈线与所述金属边框的第一连接点位于所述金属边框沿第二方向延伸的第三边框上，所述开关与所述金属边框的第二连接点位于所述金属边框沿第二方向延伸的第二边框上。
9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，
所述第一连接点与所述金属边框的第二部分的起始点相距第一预设距离，所述第二连接点与所述金属边框的第二部分的终点相距第二预设距离。
10.根据权利要求2-6任一项所述的移动终端，其特征在于，
所述第一接地分支和所述第二接地分支为金属材料制成的。
11.根据权利要求1-6任一项所述的移动终端，其特征在于，
所述金属边框的第二部分与所述接地板连接。
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