CN113555675B - 多模态宽频天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多模态宽频天线及移动终端，涉及天线技术领域，包括：金属边框和天线组件；金属边框上设置有断缝，天线组件设置于金属边框内的主板上；天线组件的一端与金属边框的馈电点连接，天线组件的另一端与金属边框内的主板连接；天线组件用于将主板发射的射频信号传输至馈电点，或者，将金属边框的馈电点接收的射频信号传输至主板；天线组件包括匹配电路；匹配电路用于调整射频信号的频段；金属边框内部还设置有第一开槽、第二开槽和第三开槽；第一开槽、第二开槽和第三开槽分别用于产生不同模态的射频信号；金属边框用于通过断缝发射或接收射频信号。本发明可以产生频段较宽的射频信号，提升了终端的通信能力。

Description

多模态宽频天线及移动终端

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种多模态宽频天线及移动终端。

背景技术

目前，由于移动终端硬件的功能越来越强大，移动终端的器件及PCB走线布局几乎占满整个板面，导致移动终端中天线的净空区缩减，然而，由于目前移动终端天线使用的频宽越来越宽，天线数量越来越多，如何利用移动终端的金属边与支架上的贴片天线搭配出多个模态且具有较宽频宽的天线特性是一个比较大的挑战。现有的移动终端天线设计技术，无法在同一位置的天线中设计出较多模态且较宽频宽，只能通过将多个位置的天线组合实现宽频设计，除了占空间，也使得硬件器件的布局也比较困难，射频在路径上的损失也会比较大，导致移动终端的通信能力较低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种多模态宽频天线及移动终端，可以实现多模态宽频射频信号的发射与接收，提升了移动终端的通信能力。

第一方面，本发明实施例提供了一种多模态宽频天线，包括：金属边框和天线组件；所述金属边框上设置有断缝，所述天线组件设置于所述金属边框内的主板上；所述天线组件的一端与所述金属边框的馈电点连接，所述天线组件的另一端与所述金属边框内的主板连接；所述天线组件用于将所述主板发射的射频信号传输至所述馈电点，或者，将所述金属边框的馈电点接收的射频信号传输至所述主板；所述天线组件包括匹配电路；所述匹配电路用于调整所述射频信号的频段；所述金属边框内部还设置有第一开槽、第二开槽和第三开槽；所述第一开槽、所述第二开槽和所述第三开槽分别用于产生不同模态的射频信号；所述金属边框用于通过所述断缝发射或接收射频信号。

在可选的实施方式中，所述天线组件还包括馈电弹片和射频端口，所述馈电弹片与所述金属边框的馈电点连接，所述断缝位于所述馈电点侧，所述馈电弹片与所述匹配电路的一端连接，所述射频端口与所述匹配电路的另一端连接；所述射频端口用于传输所述金属边框内的主板发射或接收的射频信号；所述馈电弹片用于实现所述金属边框与所述匹配电路之间射频信号的传输。

在可选的实施方式中，所述第一开槽和所述第二开槽位于所述断缝的一侧，所述第三开槽位于所述断缝的另一侧；所述金属边框的馈电点设置于所述第一开槽和所述第二开槽之间，所述第二开槽与所述断缝之间设置有第一金属支节，所述断缝与所述第三开槽之间设置有第二金属支节，所述第一开槽、所述第二开槽和所述第三开槽的一端是连通的。

在可选的实施方式中，所述第一开槽用于产生第一模态、第二模态和第四模态的射频信号；所述第二开槽用于产生第二模态、第三模态、第四模态和第五模态的射频信号；所述第三开槽用于产生第一模态、第二模态、第三模态和第四模态的射频信号；所述第一模态的中心频点为1176MHz，所述第二模态的频段范围为1428MHz～2000MHz，所述第三模态的频段范围为2000MHz～2700MHz，所述第四模态的频段范围为3300MHz～4200MHz，所述第五模态的频段范围为5000MHz～6000MHz。

在可选的实施方式中，所述匹配电路包括多个带通电路模块，所述带通电路模块包括电容和/或电感。

在可选的实施方式中，所述匹配电路包括五个带通电路模块，五个所述带通电路模块依次连接；其中，第一带通电路模块并联有第一电容，所述第一带通电路模块通过第一电感接地；第二带通电路模块并联有第二电容，所述第二带通电路模块通过第二电感接地；第三带通电路模块并联有第三电感，所述第三带通电路模块通过第四电感接地；第四带通电路模块并联有第五电感，所述第四带通电路模块通过第三电容接地；第五带通电路模块通过第四电容接地。

在可选的实施方式中，所述天线组件还包括天线支架和金属贴片；所述天线支架附着于所述金属边框内的主板上，所述金属贴片设置于所述天线支架上，所述金属贴片在所述天线支架上的位置与所述天线组件的位置相对应。

在可选的实施方式中，所述天线组件位于所述金属贴片靠近所述断缝侧的正下方。

第二方面，本发明实施例提供了一种移动终端，包括电源、显示屏、主板及一个或多个第一方面任一项所述的多模态宽频天线。

在可选的实施方式中，所述多模态宽频天线设置于所述移动终端的顶角位置。

本发明实施例提供了一种多模态宽频天线及移动终端，包括：金属边框和天线组件；其中，上述金属边框上设置有断缝，天线组件设置于金属边框内的主板上；天线组件的一端与金属边框的馈电点连接，天线组件的另一端与金属边框内的主板连接；天线组件用于将主板发射的射频信号传输至馈电点，或者，将金属边框的馈电点接收的射频信号传输至主板；天线组件包括匹配电路；该匹配电路用于调整射频信号的频段；金属边框内部还设置有第一开槽、第二开槽和第三开槽；第一开槽、第二开槽和第三开槽分别用于产生不同模态的射频信号；金属边框用于通过断缝发射或接收射频信号。上述多模态宽频天线通过利用天线组件中的匹配电路调整射频信号的频段，可以产生频段较宽的射频信号，通过在金属边框内部设置第一开槽、第二开槽和第三开槽，可以产生不同模态的射频信号，实现了多模态宽频射频信号的发射与接收，提升了终端的通信能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金属边框局部示意图；

图2为本发明实施例提供的一种天线组件结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种金属边框局部示意图；

图4为本发明实施例提供的一种不同模态下的电流分布图；

图5为本发明实施例提供的一种多模态宽频天线模态示意图；

图6为本发明实施例提供的一种匹配电路原理图；

图7为本发明实施例提供的一种天线支架结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种金属边框局部结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种移动终端场型示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有的移动终端天线设计技术无法在共同的位置一支天线中设计出较多模态且较宽频宽，导致移动终端的通信能力较低，本发明实施例提供了一种多模态宽频天线及移动终端，可以应用于提升移动终端的通信能力。

本发明实施例提供了一种多模态宽频天线，该多模态宽频天线包括：金属边框和天线组件。

参见如图1所示的金属边框局部示意图，上述金属边框上设置有馈电点11和断缝12，金属边框通过断缝12发射或接收射频信号。金属边框内部还设置有第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33，其中，第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33分别用于产生不同模态的射频信号。

上述天线组件设置于金属边框内的主板上。其中，上述天线组件的一端与金属边框的馈电点连接，天线组件的另一端与金属边框内的主板连接。天线组件用于将主板发射的射频信号传输至馈电点，或者，将金属边框的馈电点接收的射频信号传输至主板。

参见如图2所示的天线组件结构示意图，上述天线组件包括馈电弹片1、匹配电路2和射频端口3，馈电弹片1与金属边框的馈电点连接，金属边框的断缝位于馈电点侧，馈电弹片1与匹配电路2的一端连接，射频端口3与匹配电路2的另一端连接。

上述射频端口3用于传输金属边框内的主板发射或接收的射频信号。射频端口3与金属边框内的主板通信连接，当移动终端通信中需要接收或发射射频信号时，金属边框内的主板将射频信号首先传输至射频端口3。

上述匹配电路2用于调整射频信号的频段。射频端口3将移动终端主板发射或接收的射频信号传输至匹配电路2，使匹配电路将接收到的射频信号调整为主板能够识别到的射频信号，或者将主板发射的射频信号调整为2G/3G/4G行动通信网路中所有中高频频段或第五代行动通信中5G NRn77/n78所使用的频段。匹配电路2将调整频段后的射频信号发送至馈电弹片1。

上述馈电弹片1用于实现金属边框与匹配电路之间射频信号的传输。馈电弹片1与移动终端的金属边框连接，在移动终端发射射频信号时，馈电弹片1将调整频段后的射频信号传输至金属边框上的馈电点，从而使馈电点将射频信号以电流的方式传输至金属边框。在移动终端接收射频信号时，馈电弹片1将金属边框经过断缝接收的射频信号发送至匹配电路2。

上述金属边框用于通过断缝发射或接收射频信号。金属边框接收到馈电弹片1传输的电流形式的射频信号后，将射频信号通过金属边框上的断缝发射出去。在实际应用中，为了增强移动终端的信号传输能力，可以在金属边框上设置多个断缝，且每个断缝均配置有上述馈电点和天线组件。

参见如图3所示的金属边框局部示意图，金属边框内部的第一开槽31和第二开槽32位于断缝的一侧，第三开槽33位于断缝的另一侧。金属边框的馈电点设置于第一开槽31和第二开槽32之间，第二开槽32与断缝之间设置有第一金属支节34，断缝与第三开槽33之间设置有第二金属支节35，第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33的一端是连通的。其中，如图3所示，第一开槽31设置于馈电点的左侧，第二开槽32设置于馈电点的右侧，第二开槽32与金属边框的断缝之间设置有第一金属支节34，第三开槽33设置于断缝的右侧，且第三开槽33于断缝之间设置有第二金属支节35。

从图3中可以看出，第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33的形状和尺寸大小均不相同，通过对第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33设置不同的形状尺寸，可以使第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33分别产生不同模态的射频信号。通过在金属边框的断缝右侧加上第二金属支节35和第三开槽33，能够增加模态宽频特性与阻抗匹配出多模态效果，也可以利用第二金属支节的长短将频带控制在欲使用的其他频带范围上。上述开槽、断缝和金属支节的设计还可以让GPS L1频段有较好的场型与方向图。

上述第一开槽31用于产生第一模态、第二模态和第四模态的射频信号。第二开槽32用于产生第二模态、第三模态、第四模态和第五模态的射频信号。第三开槽33用于产生第一模态、第二模态、第三模态和第四模态的射频信号。参见如图4所示的不同模态下的电流分布图，图中示出了不同模态下金属边框上的电流分布情况，图中的灰色点状为电流分布情况，图4中第一行的第一个图像为第一模态的电流分布图，从图中可以看出，顶部断缝以左的金属开槽与馈电点主要贡献出第一模态，即第一模态下的电流分布主要集中在第一开槽31的周围，第三开槽33的周围也有少量的电流分布，因此，第一开槽31和第三开槽33可以共同产生第一模态的射频信号。图4中第一行的第二个图像为第二模态的电流分布图，从图中可以看出，第二模态下的电流在第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33的周围均有分布，因此，第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33可以共同产生第二模态的射频信号。图4中第一行的第三个图像为第三模态的电流分布图，从图中可以看出，第三模态下的电流主要分布在第二开槽32和第三开槽33的周围，金属边框顶部断缝右侧的第三开槽金属及第二金属支节主要贡献出了第三模态，因此，第二开槽32和第三开槽33可以共同产生第三模态的射频信号。图4中第二行的第一个图像为第四模态的电流分布图，从图中可以看出，第四模态下的电流在第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33的周围均有分布，因此，第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33可以共同产生第四模态的射频信号。

其中，上述第一模态的中心频点为1176MHz，第二模态的频段范围为1428MHz～2000MHz，第三模态的频段范围为2000MHz～2700MHz，第四模态的频段范围为3300MHz～4200MHz，第五模态的频段范围为5000MHz～6000MHz。参见如图5所示的多模态宽频天线模态示意图，图5中示出了上述第一模态～第五模态(也可以称为模态1～模态5)的频率分布图，图中的横轴为频段大小，从图中可以看出，上述第一模态的中心频点在1176MHz处，第二模态(模态2)在横轴上所占频段范围为1428MHz～2000MHz，第三模态(模态3)在横轴上所占频段范围为2000MHz～2700MHz，第四模态(模态4)在横轴上所占频段范围为3300MHz～4200MHz，第五模态(模态5)在横轴上所占频段范围为5000MHz～6000MHz。

上述匹配电路包括多个带通电路模块，带通电路模块包括电容和/或电感。参见如图6所示的匹配电路原理图，上述匹配电路包括五个带通电路模块，五个带通电路模块依次连接。其中，第一带通电路模块并联有第一电容61，第一带通电路模块通过第一电感62接地；第二带通电路模块并联有第二电容63，第二带通电路模块通过第二电感64接地；第三带通电路模块并联有第三电感65，第三带通电路模块通过第四电感66接地；第四带通电路模块并联有第五电感67，第四带通电路模块通过第三电容68接地；第五带通电路模块通过第四电容69接地。上述带通电路模块构成了带通滤波器，用于允许特定频段的射频信号通过。

在实际应用中，上述金属边框发射或接收的射频信号的频段可以包括GPS L1/L5频段、LTE所有中频频段和高频频段、WLAN 2.4G/5G频段和第五代行动通通信中的5G NR77/78频段。上述各个模态涵盖了GPS L1/L5频段及LTE所有中频和高频频段，以及WLAN2.4G/5G频段还有第五代行动通通信中5G NR 77/78频段，几乎涵盖了目前移动终端通信系统中所有使用的大部份频段，能够搭配射频前端的器件不同搭配而有各种不同的使用方式，使用更加灵活。

参见如图7所示的天线支架结构示意图，上述天线组件还包括天线支架71和金属贴片72。天线支架71附着于金属边框内的主板上，金属贴片72设置于天线支架上，金属贴片72在天线支架上的位置与天线组件的位置相对应，天线组件位于金属贴片72靠近断缝侧的正下方。即金属贴片在上述天线组件的正上方，如图7所示，金属贴片72位于天线支架71的左上角，与金属边框的断缝相邻，且位于上述第一开槽31、第二开槽32和第三开槽33的上方。该金属贴片可以增强5000MHz-6000MHz频段上天线辐射性能，图4中第二行的第二个图像是未加金属贴片时金属边框上产生的5000MHz-6000MHz频段的电流分布图，图4中第二行的第三个图像是加上金属贴片时金属边框上产生的5000MHz-6000MHz频段的电流分布图，从图中可以看出，加上金属贴片后，天线周围的电流分布增强，金属贴片将电流耦合至贴片上方，从图4中可以清楚看见整个模态透过金属贴片耦合后电流增强，增强了5000MHz-6000MHz频段的辐射性能。

在实际应用中，参见如图8所示的金属边框局部结构示意图，图8中示出了金属边框中各个开槽的尺寸大小，诸如，可以将金属边框的断缝设置为1.6毫米宽度的断缝，可以将第一开槽设置为3.5毫米宽的开槽，可以将第三开槽设置为2.2毫米高度的开槽。上述第一开槽、第二开槽和第三开槽也可以根据上述多模态宽频天线应用的移动终端的形状和尺寸自适应变化，在此对上述第一开槽、第二开槽和第三开槽的形状和尺寸不进行限定。

本实施例提供的上述多模态宽频天线，利用天线组件中的匹配电路调整射频信号的频段，可以产生频段较宽的射频信号，通过在金属边框内部设置第一开槽、第二开槽和第三开槽，可以产生不同模态的射频信号，实现了多模态宽频射频信号的发射与接收，提升了终端的通信能力。

对应于上述实施例提供的多模态宽频天线，本实施例提供了一种移动终端，包括电源、显示屏、主板及一个或多个上述实施例提供的多模态宽频天线。该移动终端可以是诸如第五代行动通信终端，简称5G终端。

其中，上述多模态宽频天线设置于移动终端的顶角位置。为了增强移动终端的通信性能，可以在移动终端的各个顶角位置均设置多模态宽频天线，上述多模态宽频天线设置的数量越多，移动终端的通信能力越强。

本实施例提供的上述移动终端，通过设置上述多模态宽频天线，采用顶部断缝方式搭配开槽的结构设计更能够让GPS L1(1575MHz)频段有一个较好的场型，参见如图9所示的移动终端场型示意图，在实际使用中，上述移动终端的多模态宽频天线对于接收卫星信号有较好的接收效果。

本实施例提供的上述移动终端，通过在移动终端的各个顶角位置设置多个多模态宽频天线，可以产生频段较宽的射频信号，提升了移动终端的通信能力。

另外，在本发明实施例的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种多模态宽频天线，其特征在于，包括：金属边框和天线组件；所述金属边框上设置有断缝，所述天线组件设置于所述金属边框内的主板上；所述天线组件的一端与所述金属边框的馈电点连接，所述天线组件的另一端与所述金属边框内的主板连接；所述天线组件用于将所述主板发射的射频信号传输至所述馈电点，或者，将所述金属边框的馈电点接收的射频信号传输至所述主板；

所述天线组件包括匹配电路；所述匹配电路用于调整所述射频信号的频段；

所述金属边框内部还设置有第一开槽、第二开槽和第三开槽；所述第一开槽、所述第二开槽和所述第三开槽分别用于产生不同模态的射频信号；

所述金属边框用于通过所述断缝发射或接收射频信号；

所述第一开槽和所述第二开槽位于所述断缝的一侧，所述第三开槽位于所述断缝的另一侧；所述金属边框的馈电点设置于所述第一开槽和所述第二开槽之间，所述第二开槽与所述断缝之间设置有第一金属支节，所述断缝与所述第三开槽之间设置有第二金属支节，所述第一开槽、所述第二开槽和所述第三开槽的一端是连通的。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线组件还包括馈电弹片和射频端口，所述馈电弹片与所述金属边框的馈电点连接，所述断缝位于所述馈电点侧，所述馈电弹片与所述匹配电路的一端连接，所述射频端口与所述匹配电路的另一端连接；

所述射频端口用于传输所述金属边框内的主板发射或接收的射频信号；

所述馈电弹片用于实现所述金属边框与所述匹配电路之间射频信号的传输。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一开槽用于产生第一模态、第二模态和第四模态的射频信号；

所述第二开槽用于产生第二模态、第三模态、第四模态和第五模态的射频信号；

所述第三开槽用于产生第一模态、第二模态、第三模态和第四模态的射频信号；

所述第一模态的中心频点为1176MHz，所述第二模态的频段范围为1428MHz～2000MHz，所述第三模态的频段范围为2000MHz～2700MHz，所述第四模态的频段范围为3300MHz～4200MHz，所述第五模态的频段范围为5000MHz～6000MHz。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述匹配电路包括多个带通电路模块，所述带通电路模块包括电容和/或电感。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述匹配电路包括五个带通电路模块，五个所述带通电路模块依次连接；其中，第一带通电路模块并联有第一电容，所述第一带通电路模块通过第一电感接地；

第二带通电路模块并联有第二电容，所述第二带通电路模块通过第二电感接地；

第三带通电路模块并联有第三电感，所述第三带通电路模块通过第四电感接地；

第四带通电路模块并联有第五电感，所述第四带通电路模块通过第三电容接地；

第五带通电路模块通过第四电容接地。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线组件还包括天线支架和金属贴片；

所述天线支架附着于所述金属边框内的主板上，所述金属贴片设置于所述天线支架上，所述金属贴片在所述天线支架上的位置与所述天线组件的位置相对应。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述天线组件位于所述金属贴片靠近所述断缝侧的正下方。

8.一种移动终端，其特征在于，包括电源、显示屏、主板及一个或多个权利要求1-7任一项所述的多模态宽频天线。

9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，所述多模态宽频天线设置于所述移动终端的顶角位置。