CN205488538U - 一种基于金属背盖的手机天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于金属背盖的手机天线结构，包括金属背盖、金属边框、天线部件和PCB板，其中所述天线部件的结构通过耦合馈电或直接馈电的方式，充分利用第一缝隙段、第二缝隙段进行辐射，产生所需的谐振频率，并在第二缝隙段和匹配电路处增设开关器件，进一步拓宽了频段带宽，使得本方案在金属背盖的环境下只需要极窄的空间便能够满足GSM、UTMS、LTE的通讯带宽要求。

Description

一种基于金属背盖的手机天线结构

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种基于金属背盖的手机天线结构。

背景技术

近年来，无线技术发展迅猛，尤其是4G网络的普及，手机已经成为了人们最重要的智能终端设备。由于金属的质感、耐磨性以及更牢固的结构，在手机外观方面，市场越来越青睐金属材质的使用，从而使得各大手机厂家争相使用金属背盖作为手机的外壳来增强外观表现力。目前市面上火热的机型，大都采用三段式和五段式金属外壳作为其手机外壳形式，例如苹果的IPHONE6/IPHONE6S、华为的MateS、酷派的锋尚Max。不幸的是，正是金属材质对电磁波有屏蔽辐射的特性，对于手机射频工程师而言，金属背盖给手机的天线设计带来了艰巨的挑战。

目前，现有的金属背盖手机天线设计方案大多有Monopole、PIFA、Loop等形式，但这些方案都需要在手机的金属背盖开设多条平行的缝隙，通过使用切分出来的金属背盖的一部分作为天线辐射体，从而达到手机通讯频段要求。然而，这种在金属背盖上增加平行缝隙的设计，不仅破坏了金属边框的美观和触感，典型的例子是IPHONE系列的白条成为了大家吐槽的对象，而且天线的辐射性能也不太理想。因此，在保持金属背盖的美观性基础上设计天线方案成为研究价值极高的方向。

发明内容

本发明提供了一种基于金属背盖的手机天线结构，该结构使用耦合馈电方式或直接馈电方式，充分利用金属背盖与金属边框之间的缝隙进行辐射。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于金属背盖的手机天线结构，包括金属背盖、金属边框、天线部件和PCB板；所述PCB板设置在金属背盖上；所述金属边框包括底部边框、顶部边框、左侧边框和右侧边框，其中左侧边框、右侧边框分别设置在金属背盖的左右两侧，左侧边框、右侧边框与金属背盖连接；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，底部边框、顶部边框分别通过一非导电连接件与金属背盖连接；所述天线部件的结构为以下两种方案之一：

A.所述天线部件包括馈电点、馈电线和耦合片，其中馈电点设置于PCB板上，馈电点通过馈电线与耦合片电连接，耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，耦合片与顶部边框之间留有间隙，耦合片将非导电连接件分为长度相对较长的第一缝隙段和长度相对较短的第二缝隙段；

B.所述天线部件包括馈电点、馈电线和连接部件，其中馈电点设置于PCB板上，馈电点通过馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与顶部边框连接，连接部件将非导电连接件分为长度相对较长的第一缝隙段和长度相对较短的第二缝隙段。

上述方案中，天线部件采用方案A时，天线部件采用耦合馈电方式，其工作原理如下：

馈电点接收信号后，信号将通过馈电线传输至耦合片进行激励，将信号通过第一缝隙段、第二缝隙段辐射出去。其中第一缝隙段主要用于形成低频谐振，第二缝隙段主要用于形成高频谐振。

天线部件采用方案B时，天线部件采用直接馈电方式，其工作原理如下：

馈电点接收信号后，信号将通过馈电线传输至连接部件进行激励，将信号通过第一缝隙段、第二缝隙段辐射出去。其中第一缝隙段主要用于形成低频谐振，第二缝隙段主要用于形成高频谐振。

需要说明的是，顶部边框与金属背盖之间的缝隙宽度和两侧开缝的位置可以根据手机尺寸和内部环境的不同而改变以优化天线的性能。

优选地，所述连接部件为顶针或弹脚。

优选地，所述第一缝隙段上设置有接地片，接地片与顶部边框、金属背盖电连接。设置接地片，用于调节第一缝隙段的长度，从而实现低频谐振的优化，拓展低频的带宽，用户在具体实施的时候，可以依据具体案例情况来进行接地片的设置，根据需要达到的低频谐振情况，确定接地片的设置位置。

优选地，所述PCB板上设置有匹配电路，所述匹配电路包括第一电容和第一开关器件，第一电容通过第一开关器件与馈电点电连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性。在馈电点处设置匹配电路，通过并联第一开关器件，选取第一开关器件的输出阻抗为感性，感值范围2.7~56nH，实现低频的切换，达到低频段覆盖698-960MHz的效果，进一步拓宽低频的带宽。其中第一电容的容值为0.3~4.7pF。

优选地，所述第二缝隙段上设置有第二开关器件，第二开关器件与顶部边框、金属背盖电连接，所述第二开关器件可设置两个或两个以上的状态，所述状态包括空置状态、短路状态、输出阻抗值为感性状态及输出阻抗值为容性状态。在第二缝隙段上设置第二开关器件，通过状态的切换来调节第二缝隙段的长度，从而使得天线结构能够产生多个高频谐振，拓宽高频带宽，达到满足现有运营商要求的高频覆盖指标。

优选地，所述第二开关器件可设置第一状态和第二状态，所述第一状态为空置状态；所述第二状态是输出阻抗值为感性状态或短路状态，其感值为0.8~5.6nH,。

优选地，所述馈电线的阻抗为50欧姆。

优选地，所述非导电连接件为非金属件。

优选地，所述耦合片与顶部边框之间的间隙填充有非导电材料。

优选地，所述非导电材料为FR4材料、ABS材料、PC材料或ABS+PC材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的天线结构通过耦合馈电或直接馈电的方式，充分利用第一缝隙段、第二缝隙段进行辐射，产生所需的谐振频率，并在第二缝隙段和匹配电路处增设开关器件，进一步拓宽了频段带宽，使得本方案在金属背盖的环境下只需要极窄的空间便能够满足GSM、UTMS、LTE的通讯带宽要求。

附图说明

图1为金属背盖、金属边框的连接示意图。

图2为天线结构的立体示意图。

图3为天线部件的结构示意图。

图4为天线结构的俯视图。

图5为实施例2的天线结构实现切换的天线回波损耗图。

图6为实施例2的天线结构实现切换的天线无源效率图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1~4所示，本实施例所述的天线结构，包括金属背盖1、金属边框2、天线部件3和PCB板4；所述PCB板4设置在金属背盖1上；所述金属边框2包括底部边框21、顶部边框22、左侧边框23和右侧边框24，其中左侧边框23、右侧边框24分别设置在金属背盖1的左右两侧，左侧边框23、右侧边框24与金属背盖1连接；底部边框21、顶部边框22分别设置于金属背盖1底部、顶部的上方，底部边框21、顶部边框22与金属背盖1之间留有间隙，底部边框21、顶部边框22分别通过一非导电连接件5与金属背盖1连接；所述天线部件的结构为以下两种方案之一：

A.其中所述天线部件3包括馈电点31、馈电线32和耦合片33，其中馈电点31设置于PCB板4上，馈电点31通过馈电线32与耦合片33电连接，耦合片33设置于与顶部边框22连接的非导电连接件5上，耦合片33与顶部边框22之间留有间隙，耦合片33将其左右两侧的非导电连接件5分为长度相对较长的第一缝隙段101和长度相对较短的第二缝隙段102。

B.所述天线部件3包括馈电点31、馈电线32和连接部件，其中馈电点31设置于PCB板上，馈电点31通过馈电线32与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框22连接的非导电连接件5上，连接部件的另一端与顶部边框22连接，连接部件将其左右两侧的非导电连接件5分为长度相对较长的第一缝隙段101和长度相对较短的第二缝隙段102。

上述方案中，天线部件3采用方案A时，天线部件3采用耦合馈电方式，其工作原理如下：

馈电点31接收信号后，信号将通过馈电线32传输至耦合片33进行激励，将信号通过第一缝隙段101、第二缝隙段102辐射出去。其中第一缝隙段101主要用于形成低频谐振，第二缝隙段102主要用于形成高频谐振。

天线部件3采用方案B时，天线部件3采用直接馈电方式，其工作原理如下：

馈电点31接收信号后，信号将通过馈电线32传输至连接部件进行激励，将信号通过第一缝隙段101、第二缝隙段102辐射出去。其中第一缝隙段101主要用于形成低频谐振，第二缝隙段102主要用于形成高频谐振。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，进行了更进一步的优化，目的在于拓展天线结构高频、低频的带宽，具体涉及的技术方案是：

A.第一缝隙段101上设置有接地片6，接地片6与顶部边框22、金属背盖1电连接。设置接地片6，用于调节第一缝隙段101的长度，从而实现低频谐振的优化，拓展低频的带宽，用户在具体实施的时候，可以依据具体案例情况来进行接地片6的设置，根据需要达到的低频谐振情况，确定接地片6的设置位置。

B. PCB板4上设置有匹配电路，所述匹配电路包括第一电容和第一开关器件，第一电容通过第一开关器件与馈电点31电连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性。在馈电点31处设置匹配电路，通过并联第一开关器件，选取第一开关器件的输出阻抗为感性，感值范围2.7nH~56nH，实现低频的切换，达到低频段覆盖698-960MHz的效果，进一步拓宽低频的带宽。

C.第二缝隙段102上设置有第二开关器件7，第二开关器件7与顶部边框22、金属背盖1电连接，所述第二开关器件7可设置两个或两个以上的状态，所述状态包括空置状态、短路状态、输出阻抗值为感性状态及输出阻抗值为容性状态。在第二缝隙段102上设置第二开关器件7，通过状态的切换来调节第二缝隙段102的长度，从而使得天线结构能够产生多个高频谐振，拓宽高频带宽，达到满足现有运营商要求的高频覆盖指标。

本发明提供的天线结构所能达到的有益效果如图5、6所示。

图5为本实施例的天线结构实现切换的天线回波损耗图，从图中可知，通过在匹配电路处串联第一开关器件和在第二缝隙段102增设第二开关器件7后，本发明的天线方案能够满足低频谐振698~960MHz以及高频1710-2170MHz、2300-2700MHz的天线全频段设计指标。

图6为本实施例的天线结构实现切换的天线无源效率图，State1、State2、State3和State4为使用第一开关器件后低频四个状态的切换效果，State1和State5为采用第二开关器件7后高频两个状态的切换效果。在实际应用中，第一开关器件、第二可以根据不同的应用场景进行自动切换，从而使得无线终端获得最优的通讯效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：包括金属背盖、金属边框、天线部件和PCB板；所述PCB板设置在金属背盖上；所述金属边框包括底部边框、顶部边框、左侧边框和右侧边框，其中左侧边框、右侧边框分别设置在金属背盖的左右两侧，左侧边框、右侧边框与金属背盖连接；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，底部边框、顶部边框分别通过一非导电连接件与金属背盖连接；所述天线部件的结构为以下两种方案之一：

A.所述天线部件包括馈电点、馈电线和耦合片，其中馈电点设置于PCB板上，馈电点通过馈电线与耦合片电连接，耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，耦合片与顶部边框之间留有间隙，耦合片将非导电连接件分为长度相对较长的第一缝隙段和长度相对较短的第二缝隙段；

B.所述天线部件包括馈电点、馈电线和连接部件，其中馈电点设置于PCB板上，馈电点通过馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与顶部边框连接，连接部件将非导电连接件分为长度相对较长的第一缝隙段和长度相对较短的第二缝隙段。

2.根据权利要求1所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述连接部件为顶针或弹脚。

3.根据权利要求2所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述第一缝隙段上设置有接地片，接地片与顶部边框、金属背盖电连接。

4.根据权利要求3所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述PCB板上设置有匹配电路，所述匹配电路包括第一电容和第一开关器件，第一电容通过第一开关器件与馈电点电连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性。

5.根据权利要求 3所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述第二缝隙段上设置有第二开关器件，第二开关器件与顶部边框、金属背盖电连接，所述第二开关器件可设置两个或两个以上的状态，所述状态包括空置状态、短路状态、输出阻抗值为感性状态及输出阻抗值为容性状态。

6.根据权利要求 5所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述第二开关器件可设置第一状态和第二状态，所述第一状态为空置状态；所述第二状态是输出阻抗值为感性状态或短路状态。

7.根据权利要求1~6任一项所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述馈电线的阻抗为50欧姆。

8.根据权利要求7所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述非导电连接件为非金属件。

9.根据权利要求8所述的基于金属背盖的手机天线结构，其特征在于：所述耦合片与顶部边框之间的间隙填充有非导电材料。