CN113964521A - 电子设备 - Google Patents

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郑江伟
孙启瑞
马晓娜
陈仁庆
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Abstract

本发明提供了一种电子设备，包括：壳体，包括均由金属制成的边框主体和第一天线，所述第一天线的两端分别与所述边框主体断开并形成缝隙；无线收发器，位于所述壳体的内部，并与所述第一天线电性连接；保护套，为环状框架结构，具有与所述壳体的外形相适配的轮廓；所述保护套从外侧包裹在所述壳体的周缘上；第二天线，设于所述保护套上，并与所述第一天线间隔相对；所述第二天线可选择性地与所述无线收发器电性连接，并在断开连接时所述第二天线由所述第一天线耦合馈电，实现增强第一天线性能的目的。

Description

电子设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种电子设备。
背景技术
随着无线通信技术的进步，人们已经可以在信号较弱的地区，如山区等环境下实现正常通话。但在地下车库、电梯、高铁、隧道等信号较弱或通信终端处于高速移动状态下的场景仍然存在通信质量差，呼通率低，甚至无法接通的情况。其原因一方面是由于基站信号覆盖不足，另一方面是由于终端发射功率有限，导致终端无法与基站建立连接，导致通信质量差甚至无法连接的现象。
天线是一种将射频电路输出的能量转换为空间中的电磁波从而实现远距离通信的器件。天线效率即辐射到空间的能量与天线输入端口馈入能量的比值。天线效率越高代表能量转换能力越强。当前无线通信终端中的天线效率一般仅为20％～40％，有的甚至只有10％。绝大部分能量由于天线效率低无法得到利用，高天线效率有利于延长电池续航时间。
目前提高终端天线性能的途径主要有三种，第一种方法是优化天线布局，提高多天线隔离度，改善系统吞吐率。上述途径一定程度上可以改善通信质量，但具体技术实施较为复杂，且单一天线效率并未得到实质改善。第二种方法是针对MIMO(Multi-Input-Multi-Output多输入多输出)天线的波束成形(beamforming)技术。波束成形通过调节多天线相位实现不同方向的波束合成，从而实现某个方向上天线性能的提升。这种方法适用于毫米波频段的定向天线，对于6GHz以下的频段，由于天线方向图本身不具有很强的方向性，波束成形算法的效果并不明显。第三种方法是在现有天线的基础上增加背夹天线。这种方法不仅增加了整机成本，而且需要增加额外的天线支撑结构，特别影响产品外观。如何在不改变整机结构的同时大幅提升天线性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子设备，以同时满足不改变整机装配流程和提升天线性能的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种电子设备，包括：壳体，包括均由金属制成的边框主体和第一天线，所述第一天线的两端分别与所述边框主体断开并形成缝隙；无线收发器，位于所述壳体的内部，并与所述第一天线电性连接；保护套，为环状框架结构，具有与所述壳体的外形相适配的轮廓；所述保护套从外侧包裹在所述壳体的周缘上；第二天线，设于所述保护套上，并与所述第一天线间隔相对；所述第二天线可选择性地与所述无线收发器电性连接，并在断开连接时所述第二天线由所述第一天线耦合馈电。
根据本发明的一个实施例，所述保护套包括多层重叠的材料层，所述第二天线位于相邻两材料层之间，所述第二天线通过压合或者热熔工艺与多层所述材料层成为一体。
根据本发明的一个实施例，所述第二天线粘贴于所述保护套的外侧面上。
根据本发明的一个实施例，所述第一天线和所述第二天线间隔且平行，两者在保护套上的投影至少部分重合。
根据本发明的一个实施例，所述第一天线位于所述壳体沿长度方向上的一侧边上，并沿竖向延伸。
根据本发明的一个实施例，所述第一天线上间隔设有两个金属弹片，其中一个金属弹片用以接地，另一个金属弹片与无线收发器连接。
根据本发明的一个实施例，所述电子设备还包括收容于所述壳体内的天线开关，所述天线开关设于所述第二天线与所述无线收发器之间。
根据本发明的一个实施例，所述电子设备还包括第一阻抗调谐部和第二阻抗调谐部；所述第一阻抗调谐部设于所述第一天线与所述无线收发器之间，所述第二阻抗调谐部设于所述第二天线和所述天线开关之间。
根据本发明的一个实施例，所述第二天线由薄层状导电金属网格材料制成。
根据本发明的一个实施例，所述第二天线呈透明状。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种电子设备至少具有如下优点和积极效果：
该电子设备通过在保护套上新增第二天线，以提高弱信号或高速移动场景下的天线性能，从而改善通信。由于无需改变现有终端的外观和结构，不改变整机装配的工艺流程，不改变原有的天线布局，具有制作成本低、实用性强的优点。具体为，第二天线与第一天线间隔相对，能够通过耦合的方式进行电能量的传导。其工作原理为无线收发器发出的高频信号经过高频电路传输到第一天线，高频能量通过第一天线向自由空间辐射，并在第二天线上产生感应电流，感应电流通过第二天线再次向自由空间辐射，形成辐射场的叠加，实现增强第一天线性能的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中壳体和保护套的装配示意图。
图2为图1中的壳体的整体结构示意图。
图3为图2中的壳体的侧面示意图。
图4为本发明实施例中第一天线和第二天线的布置示意图。
图5为本发明实施例中第一天线和第二天线工作的原理框图。
附图标记说明如下：
1-壳体、10-边框主体、111-壳体枝节、11-第一天线、12-金属弹片、101-容置槽、102-断缝、
2-第二天线、
3-无线收发器、
4-天线开关、
5-保护套、51-材料层、
61-第一阻抗调谐部、62-第二阻抗调谐部。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
本发明提供一种电子设备，通过在保护套上设置第二天线，以提高弱信号或高速移动场景下的天线性能，从而改善通信。由于无需改变现有终端的外观和结构，不改变整机装配的工艺流程，不改变原有的天线布局，具有制作成本低、实用性强的优点。
本发明的电子设备不局限于手机、平板电脑、个人穿戴数码设备等。
以下通过几个实施例对于电子设备的具体结构进行详细说明。
请参照图1，图1示出了本实施例提供的一种电子设备的具体结构，其主要包括壳体1、第二天线2、保护套5和无线收发器3(无线收发器3的结构在下文的附图4详细说明)。其中，壳体1包括边框主体10和第一天线11，第一天线11的两端分别与边框主体10断开并形成缝隙；无线收发器3位于壳体的内部，并与第一天线11电性连接；保护套5为环状框架结构具有与壳体的外形相适配的轮廓；保护套5从外侧包裹在壳体1的周缘上；第二天线2设于保护套5上，并与第一天线11间隔相对；第二天线2可选择性地与无线收发器3电性连接，并在断开连接时第二天线2可由第一天线11耦合馈电。
壳体1主要作为承载电子设备内部元件的载体。在本实施例中，壳体1包括金属边框和连接于金属边框背面上的背板。金属边框与背板共同围合形成矩形的容置槽101。容置槽101能够放置PCB电路板、液晶显示屏、无线收发器3、天线等电子元件。
金属边框为中空矩形框架结构，其四个角落均通过圆弧过渡设计为圆角。
请一并参照图2和图3，金属边框包括均由金属制成的边框主体10和第一天线11。边框主体10本身包括多个断开的折弯的壳体枝节111。边框主体10沿自身的一侧上具有一缺口。第一天线11对应设置在该缺口中，且第一天线11的两端分别与边框主体10断开并形成断缝102。
如图2所示，第一天线11位于壳体1沿长度方向上的一侧边上，沿竖向延伸。
第一天线11采用Loop(环形)天线的形式。第一天线11上间隔设有两个金属弹片12，具体表现为，两个金属弹片12关于第一天线11的中心对称布置，并可靠近断缝102。其中一个金属弹片12与主板的地端连接从而接地，另一个金属弹片12与无线收发器3连接，从而第一天线11与无线收发器3电性连接。在第一天线11的无线收发通路上设置有双L型阻抗匹配网络。
请返回参照图1，保护套5为中空矩形框架结构，具有与壳体1的外形相适配的轮廓。保护套5从外侧包裹在壳体1的周缘上，从而与壳体1紧密连接在一起。
保护套5由绝缘材料制成，通常采用塑料材质。
第二天线2设于保护套5上，并与第一天线11间隔相对。第二天线2可选择性地与无线收发器3电性连接，并在断开连接时第二天线2可由第一天线11耦合馈电。
第二天线2能够增强第一天线11的性能。其工作原理为：无线收发器3发出的高频信号经过高频电路传输到第一天线11，高频能量通过第一天线11向自由空间辐射，并在第二天线2上产生感应电流，感应电流通过第二天线2再次向自由空间辐射，形成辐射场的叠加，实现增强第一天线11性能的目的。
请进一步地参照图4，保护套5包括多层重叠的材料层51。
第二天线2位于相邻两材料层51之间，第二天线2通过压合或者热熔工艺与多层材料层51成为一体，相当于第二天线2位于保护套5的内层中。
当保护套5套设于壳体1后，第二天线2与第一天线11间隔平行相对。此时，第二天线2与第一天线11之间的间距为0.3mm。
在本实施例中，第一天线11和第二天线2在保护套5上的投影至少部分重合。
进一步地，第一天线11与第二天线2具有相同或相似的天线图案，天线图案为规则或不规则的二维或三维多边形结构，多边形包括至少一条直线或曲线。应理解的是，上述“至少部分重合”可以表示为两个天线的投影图案可以仅有部分重合或者完全重合，并且，为达到更好的性能，两者重合区域覆盖第一天线11上的电流波峰，实现最强耦合。
在本实施例中，当第二天线2位于保护套5的内层中上，即在第二天线2不外露的情况下，第二天线2可以由透明薄层状导电金属网格材料或不透明薄层状导电金属材料构成。
在本实施例中，保护套5为多层塑胶结构，保护套5总厚度为0.8mm。第二天线2为薄层状导电金属网格材料的天线，厚度为0.1mm，金属线宽为2微米，线间距8微米，方阻为0.1欧姆。
当然在一些实施例中，在避免两个天线接触的前提下，第二天线2还可以位于保护套5的外侧面上。此时，第二天线2由可弯曲的透明、薄层状导电金属网格材料制成。其目的在于，第二天线2通过弯曲以更好地适应并贴合在保护套的外表面上，薄状的设计不会引起厚度的增加，透明的设计不会影响保护套100的整体外观颜色，保证了壳体1的外观的一致性。
请参照图5，电子设备还包括收容在壳体1内部的天线开关4、第一阻抗调谐部61和第二阻抗调谐部62。
天线开关4设于第二天线2和无线收发器3之间。通过天线开关4的断开和闭合，使得第二天线2可选择性地与无线收发器3电性连接。
第一阻抗调谐部61设于第一天线11与无线收发器3之间，用以减少高频能量的反射。同理，第二阻抗调谐部62设于第二天线2和天线开关4之间。
天线开关4的切换由电子设备的处理单元控制。
当天线开关4断开时，第二天线2没有通电，其作为辅助天线使用；第二天线2由第一天线11耦合馈电，用于增强第一天线11性能。当天线开关4导通时，第二天线2通电可以作为独立天线工作，此时第二阻抗调谐部62用于第二天线2的阻抗匹配。
在本实施例中，第二天线2由第一天线11耦合馈电。在其他实施例中，第二天线还可以由同轴线、弹片、FPC等方式馈电。
在本实施例中，第一天线11和第二天线2均具有多频带工作特性，可工作于蜂窝通信频段、WiFi、GPS和北斗频段。具体为，第一天线11工作在900MHz和1800MHz的GSM频段，第二天线2与第一天线11集成后将改变第一天线11的阻抗匹配，可以通过第一阻抗调谐部61进行阻抗匹配，实现最大能量传输。
无线通信终端一般包含多个天线。应理解的是，本实施例中的第一天线11泛指其中的某一个天线，且并未局限于其中的一个天线，第二天线2泛指具备增强第一天线11性能的所有天线。
综上所述，本发明提供的一种电子设备至少具有如下优点和积极效果：
该电子设备通过在保护套上新增第二天线，以提高弱信号或高速移动场景下的天线性能，从而改善通信。由于无需改变现有终端的外观和结构，不改变整机装配的工艺流程，不改变原有的天线布局，具有制作成本低、实用性强的优点。具体为，第二天线与第一天线间隔相对，能够通过耦合的方式进行电能量的传导。其工作原理为无线收发器发出的高频信号经过高频电路传输到第一天线，高频能量通过第一天线向自由空间辐射，并在第二天线上产生感应电流，感应电流通过第二天线再次向自由空间辐射，形成辐射场的叠加，实现增强第一天线性能的目的。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体，包括均由金属制成的边框主体和第一天线，所述第一天线的两端分别与所述边框主体断开并形成缝隙；
无线收发器，位于所述壳体的内部，并与所述第一天线电性连接；
保护套，为环状框架结构，具有与所述壳体的外形相适配的轮廓；所述保护套从外侧包裹在所述壳体的周缘上；
第二天线，设于所述保护套上，并与所述第一天线间隔相对；所述第二天线可选择性地与所述无线收发器电性连接，并在断开连接时所述第二天线由所述第一天线耦合馈电。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述保护套包括多层重叠的材料层，所述第二天线位于相邻两材料层之间，所述第二天线通过压合或者热熔工艺与多层所述材料层成为一体。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第二天线粘贴于所述保护套的外侧面上。
4.根据权利要求2或者3所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线间隔且平行，两者在保护套上的投影至少部分重合。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线位于所述壳体沿长度方向上的一侧边上，并沿竖向延伸。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述第一天线上间隔设有两个金属弹片，其中一个金属弹片用以接地，另一个金属弹片与无线收发器连接。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括收容于所述壳体内的天线开关，所述天线开关设于所述第二天线与所述无线收发器之间。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括第一阻抗调谐部和第二阻抗调谐部；所述第一阻抗调谐部设于所述第一天线与所述无线收发器之间，所述第二阻抗调谐部设于所述第二天线和所述天线开关之间。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第二天线由薄层状导电金属网格材料制成。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述第二天线呈透明状。
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