CN111816985B - 适用于金属中框形式的移动终端的天线系统及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种适用于金属中框形式的移动终端的天线系统及移动终端，通过在金属边框上形成一个中框绝缘缝隙，并在绝缘缝隙两侧形成两个天线单元，从而尽可能地覆盖较大频段，降低移动终端的缝隙数量。同时，将辐射臂末端接地的结构形式，有利于结构强度的增加。另一方面，通过匹配网络的解耦作用，克服了不同天线之间的隔离度问题，实现良好的辐射。最后，利用金属化图案层衔接金属边框，适合复杂终端产品堆叠环境下满足天线体辐射长度的需求。

Description

适用于金属中框形式的移动终端的天线系统及移动终端
技术领域
本申请属于电子设备技术领域，尤其是涉及一种适用于金属中框形式的移动终端的天线系统及移动终端。
背景技术
现有技术中，如中国专利《一种天线系统及移动终端》(专利申请号为CN201810006684.4)，描述了一种利用金属中框和两个缝隙实现的天线系统，如图1所示，通过在加入的开关调谐系统，实现现有4G蜂窝网络下，0.7-0.96GHz和1.71-2.69GHz的全频段覆盖。
但该技术的实现形式，需要底部金属边框101切两个缝隙方可实现。而进入5G时代，对于金属中框形式的移动终端，考虑到更多的5G天线的引入，所需中框缝隙数量必然更多，一方面影响外观完整性，另一方面，过多的金属缝隙对结构强度的挑战也会随之陡增。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种降低中框缝隙需求度的适用于金属中框形式的移动终端的天线系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于金属中框形式的移动终端的天线系统，包括，包括金属边框、收容于金属边框内的金属中框、第一天线单元和第二天线单元，金属中框形成系统地；
金属边框上成型有一条绝缘缝隙，金属边框与金属中框具有绝缘间隙；
第一天线单元，包括金属化图案层，第一信号馈电、第一匹配网络模块、孔径调谐网络模块和第一辐射臂，金属化图案层悬浮地设置于金属中框上方；金属化图案层的一端通过第一连接点与第一信号馈电连接，另一端分别与孔径调谐网络模块和第一辐射臂连接；第一辐射臂的一端连接金属化图案层，另一端连接金属中框；
第二天线单元，包括第二信号馈电、第二匹配网络模块、和第二辐射臂，第二辐射臂的一端通过第三连接点与第二信号馈电与第二匹配网络模块连接，第二辐射臂的另一端与金属中框相连；
第一辐射臂和第二辐射臂分别位于绝缘缝隙两侧的，第一辐射臂和第二辐射臂分别为金属边框的一部分；
孔径调谐网络模块连接第二连接点处，包含若干并联设置的电容，以及用于控制各电容所在支路的通断的孔径调谐开关，孔径调谐开关的另一端与金属中框连接。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，第一天线单元中所述孔径调谐开关网络分别工作于三个工作状态：
当所述孔径调谐开关网络处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖705-805MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第二工作状态时，所述天线系统覆790-894MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖880-960MHz。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，孔径调谐网络中的所述电容包括电容值分别为0.8pF、1.5pF和2.7pF的第一电容，第二电容和第三电容。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，所述阻抗调谐器件包括可调电容和若干并列的电感，及控制并列电感所在支路通断的孔径调谐开关。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，第二天线单元中的所述阻抗调谐器件分别工作于四个工作状态：
当所述阻抗调谐器件处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖1710-1920MHz；
当所述阻抗调谐器件处于至第二工作状态时，所述天线系统覆1920-2170MHz；
当所述阻抗调谐器件处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖2300-2400MHz；
当所述阻抗调谐器件处于至第四工作状态时，所述天线系统覆盖2500-2690MHz。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，所述阻抗调谐器件中的电感包括电感值分别3nH、15nH和4nH的第二电感，第三电感和第四电感，可调电感的电感值分别工作在10pF、2.6pF、1.3pF和0.8pF。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，所述绝缘缝隙的宽度不少于0.5mm。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，第一匹配网络模块包括射频接收机以及一端接入射频接收机与第一连接点的连接线、另一端与所述金属中框连接的第一电感。
优选地，本发明的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，所述第一电感的电感值为12nH。
本发明还提供一种移动终端，包括上述的天线系统。
本发明的有益效果是：
本发明的适用于金属中框形式的移动终端的天线系统，通过在金属边框上形成一个中框绝缘缝隙，并在绝缘缝隙两侧形成两个天线单元，从而尽可能地覆盖较大频段，降低移动终端的缝隙数量。同时，将辐射臂末端接地的结构形式，有利于结构强度的增加。另一方面，通过匹配网络的解耦作用，克服了不同天线之间的隔离度问题，实现良好的辐射。最后，利用金属化图案层衔接金属边框，适合复杂终端产品堆叠环境下满足天线体辐射长度的需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1为现有技术中具有两个缝隙的天线系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中适用于金属中框形式的移动终端的天线系统的连接关系图；
图3为本申请实施例中适用于金属中框形式的移动终端的天线系统的电路图；
图4a为本申请实施例的第一天线单元大信号S参数图及对应效率；
图4b为本申请实施例的第二天线单元大信号S参数图及对应效率；
图5为本申请实施例的天线系统的第一天线单元与第二天线单元隔离度；
图6a为本申请实施例的天线系统在低频状态下电流分布图；
图6b和图6c为本申请实施例的天线系统在高频状态下电流分布图；
图中的附图标记为：
10 绝缘缝隙；
20 金属中框；
31 金属化图案层；
33 第一匹配网络模块；
34 孔径调谐网络模块；
35 第一辐射臂；
42 第二匹配网络模块；
43 第二辐射臂；
81 第一连接点；
82 第二连接点；
83 第三连接点；
101 底部金属边框；
331 第一电感；
341 第一电容；
342 第二电容；
343 第三电容；
344 孔径调谐开关；
421 阻抗调谐器件；
422 第二电感；
423 第三电感；
424 第四电感。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种适用于金属中框形式的移动终端的天线系统，应用于移动终端，天线系统及移动终端的结构如图1所示，包括，包括金属边框、收容于金属边框内的金属中框20、第一天线单元和第二天线单元，金属中框20形成系统地；
金属边框上成型有一条绝缘缝隙10，所述绝缘缝隙10的宽度不少于0.5mm；
金属边框与金属中框20具有间隙，间隙尺寸不少于0.5mm；
第一天线单元，包括金属化图案层31，第一信号馈电、第一匹配网络模块33、孔径调谐网络模块34和第一辐射臂35，金属化图案层31悬浮地设置于金属中框20上方(金属化图案层31与金属中框20不进行电性连接)；金属化图案层31的一端与第一信号馈电连接(通过如图2所示的第一连接点81连接)，另一端分别与孔径调谐网络模块34和第一辐射臂35连接(通过如图2所示的第二连接点82连接)；第一天线单元覆盖0.7-0.96GHz；金属化图案层31高度不少于0.5mm，长度不少于30mm(也即第一连接点81与第二连接点82的距离不少于30mm)。本实施例中，金属化图案层31的高度为2mm，长宽分别为40mm*2mm，厚度为0.1mm；第一辐射臂35的一端连接金属化图案层31，另一端连接金属中框20(系统地)，如图2所示，第一辐射臂35的左侧与金属中框20连接。
第二天线单元，包括第二信号馈电、第二匹配网络模块42、和第二辐射臂43，第二辐射臂43的一端通过第三连接点83与第二信号馈电与第二匹配网络模块42连接，第二辐射臂43的另一端与金属中框20(系统地)相连，如图2所示，第二辐射臂43的右侧与金属中框20连接；
第一辐射臂35和第二辐射臂43分别位于绝缘缝隙10两侧的，第一辐射臂35和第二辐射臂43分别为金属边框1的一部分。以金属边框作为了辐射臂，第一辐射臂35的开槽的长度不少于40mm，本实施例中，第一辐射臂35的开槽的长度为50mm，金属化图案层31与第一辐射臂35，共同构造一个loop天线形式的路径，配合孔径调谐开关的加载和切换作用，实现0.7-0.96GHz频段的覆盖；
如图3所示，图中黑色三角形表示与系统地连接，第一匹配网络模块33连接port1(第一连接点81)处用于连接射频接收机与天线系统，同时使得天线系统馈电端匹配到50欧姆附近，第一匹配网络模块33包含第一电感331，为并联的形式，第一电感331的另一端接系统地。
孔径调谐网络模块34连接图中port2(第二连接点82)处，包含并联设置的第一电容341，第二电容342和第三电容343以及用于控制连接第一电容341，第二电容342和第三电容343三条支路的通断的孔径调谐开关344。其中，孔径调谐开关344还通过微带线与第二连接点82连接。其中第一电容341，第二电容342，第三电容343的另一端分别通过微带线与金属中框20(系统地)相连，以实现孔径调谐的作用，电容的数量和电容值可根据需要支持的频率灵活设置。
第二匹配网络模块42，与port3(第三连接点83)处相连。第二匹配网络模块42包括阻抗调谐器件421，第二电感422，第三电感423和第四电感424。其中，阻抗调谐器件421为一般性的带有内部可调电容和三个开关通道的器件，其一端通过微带线连接第二信号馈电，另一端通过微带线连接射频前端，另外三个开关通道分别连接第二电感422，第三电感423和第四电感424，第二电感422，第三电感423和第四电感424的另一端分别通过微带线连接系统地。
如下图4a所示，第一天线单元中所述的孔径调谐开关网络分别工作于三个工作状态及其对应的效率性能：
当所述孔径调谐开关网络处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖705-805MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第二工作状态时，所述天线系统覆盖790-894MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖880-960MHz。
从图4a上看，低频性能均有-8dB以上，考虑到小净空的天线环境下，基本满足移动终端的天线性能需求。
第二天线单元中的所述阻抗调谐器件421分别工作于四个工作状态：
当所述阻抗调谐器件421处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖1710-1920MHz；
当所述阻抗调谐器件421处于至第二工作状态时，所述天线系统覆1920-2170MHz；
当所述阻抗调谐器件421处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖2300-2400MHz。
当所述阻抗调谐器件421处于至第四工作状态时，所述天线系统覆盖2500-2690MHz。
如下表1，为阻抗调谐器件的四个工作状态详细的可调电容和开关通道组合。
表1第二天线单元阻抗调谐器件工作状态
工作状态 可调电容值 CH1开关通道 CH2开关通道 CH3开关通道
第一工作状态 10pF on off off
第二工作状态 2.6pF off off on
第三工作状态 1.3pF off off off
第四工作状态 0.8pF off on off
一般情况下，类似形式的第一天线单元和第二天线单元仅相隔一个绝缘缝隙10，天线单元间的隔离度会非常恶劣，如图4a所示，第一天线单元的高次模式的谐振，很容易会落入到第二天线单元所支持的频率范围内，造成严重的系统间互扰问题。而本发明的其中一个核心技术为，在第一天线单元靠近第二天线单元的边缘放置孔径调谐开关网络模块，且确保切换的三个工作状态均为电容加载。除了作为第一天线单元切换谐振覆盖不同频段范围的作用以外，对于高频信号，并联电容有短路的等效作用。所以，对于第二天线单元，电容并联加载起到第一天线单元高次模式谐振短路到地的等效作用，从而降低第一天线单元的高次模式谐振对第二天线单元的影响。同样的，对于第一天线单元，电容并联加载起到对第二天线单元的高频谐振短路到地的等效作用，从而同样降低第二天线单元的高次模式谐振对第一天线单元的影响。总的来说，相当于在第一天线单元和第二天线单元之间增加了一个地隔离，并且随着电容的值越大，等效地的作用越明显。
如图5所示，当第一天线单元工作在第三工作状态时，第二天线切换不同第一到第四工作状态下的隔离度，均满足-10dB以下的隔离度需求，尤其是第一天线单元的高次模式的谐振处，明显可以看到对应的隔离度有明显的幅值凹坑，降低隔离度风险。
如下图6所示，为本发明所述天线系统各频段模式的电流分布。
当所述天线系统工作在低频部分时，如图4a所示，为第一天线单元的Loop的半波模式；
当所述天线系统工作在中高频部分时，如图4b所示，为第二天线单元的金属长臂的monopole 1/4模式和馈电点到回地端的LOO的1/2模式，通过阻抗调谐匹配网络搭建的不同拓扑，匹配50欧姆附件形成对应谐振；
本实施例的适用于金属中框形式的移动终端的天线系统，仅需一个中框缝隙，能完整覆盖现有4G蜂窝网络下，0.7-0.96GHz和1.71-2.69GHz的全频段。对于移动终端的总缝隙数量有利。同时，其辐射臂末端接地的结构形式，有利于结构强度的增加。另一方面，通过匹配网络的解耦作用，克服了不同天线之间的隔离度问题，实现良好的辐射。最后，利用金属化图案层衔接金属边框，适合复杂终端产品堆叠环境下满足天线体辐射长度的需求。能减少金属边框的缝隙，即可实现更多频段的覆盖，减少了对一级外观面完整性的破坏，也有利于结构强度。另外，本发明巧妙的利用了在第一天线单元增加的孔径调谐开关网络，能有效的解耦相邻天线的隔离度问题，有效的保障各自系统的同时运作且不相互影响。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种适用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，包括金属边框、收容于金属边框（1）内的金属中框（20）、第一天线单元和第二天线单元，金属中框（20）形成系统地；
金属边框（1）上成型有一条绝缘缝隙（10），金属边框（1）与金属中框（20）具有绝缘间隙；
第一天线单元，包括金属化图案层（31），第一信号馈电、第一匹配网络模块（33）、孔径调谐网络模块（34）和第一辐射臂（35），金属化图案层（31）悬浮地设置于金属中框（20）上方；金属化图案层（31）的一端通过第一连接点（81）与第一信号馈电连接，另一端分别与孔径调谐网络模块（34）和第一辐射臂（35）连接；第一辐射臂（35）的一端连接金属化图案层（31），另一端连接金属中框（20）；
第二天线单元，包括第二信号馈电、第二匹配网络模块（42）、和第二辐射臂（43），第二辐射臂（43）的一端通过第三连接点（83）与第二信号馈电与第二匹配网络模块（42）连接，第二辐射臂（43）的另一端与金属中框（20）相连，所述第二匹配网络模块（42）包括阻抗调谐器件（421）；
第一辐射臂（35）和第二辐射臂（43）分别位于绝缘缝隙（10）两侧的，第一辐射臂（35）和第二辐射臂（43）分别为金属边框（1）的一部分；
孔径调谐网络模块（34）连接第二连接点（82）处，包含若干并联设置的电容，以及用于控制各电容所在支路的通断的孔径调谐开关（344），孔径调谐开关（344）的另一端与金属中框（20）连接；
所述孔径调谐网络模块（34）设置在第一天线单元靠近第二天线单元的边缘，所述孔径调谐网络模块（34）设置在第一天线单元和第二天线单元之间用于提高天线单元间的隔离度。
2.根据权利要求1所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，第一天线单元中所述孔径调谐开关网络分别工作于三个工作状态：
当所述孔径调谐开关网络处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖705-805MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第二工作状态时，所述天线系统覆790-894MHz；
当所述孔径调谐开关网络处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖880-960MHz。
3.根据权利要求2所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，孔径调谐网络模块（34）中的所述电容包括电容值分别为0.8pF、1.5pF和2.7pF的第一电容（341），第二电容（342）和第三电容（343）。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，所述阻抗调谐器件（421）包括可调电容和若干并列的电感，及控制并列电感所在支路通断的孔径调谐开关。
5.根据权利要求4所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，第二天线单元中的所述阻抗调谐器件（421）分别工作于四个工作状态：
当所述阻抗调谐器件（421）处于至第一工作状态时，所述天线系统覆盖1710-1920MHz；
当所述阻抗调谐器件（421）处于至第二工作状态时，所述天线系统覆1920-2170MHz；
当所述阻抗调谐器件（421）处于至第三工作状态时，所述天线系统覆盖2300-2400MHz；
当所述阻抗调谐器件（421）处于至第四工作状态时，所述天线系统覆盖2500-2690MHz。
6.根据权利要求5所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，所述阻抗调谐器件（421）中的电感包括电感值分别3nH、15nH和4nH的第二电感（422），第三电感（423）和第四电感（424），可调电感的电感值分别工作在10pF、2.6pF、1.3pF和0.8pF。
7.根据权利要求1所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，所述绝缘缝隙（10）的宽度不少于0.5mm。
8.根据权利要求1所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，第一匹配网络模块（33）包括射频接收机以及一端接入射频接收机与第一连接点（81）的连接线、另一端与所述金属中框（20）连接的第一电感（331）。
9.根据权利要求8所述的用于金属中框形式的移动终端的天线系统，其特征在于，所述第一电感（331）的电感值为12nH。
10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的天线系统。
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