CN205609756U - 一种金属背盖手机的新型天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的天线结构支持金属背盖环境，在空间需求小的前提下，有效利用金属背盖与金属边框所形成的缝隙以及现有的开关技术，实现多天线的设计，并符合运营商要求的性能指标要求。

Description

一种金属背盖手机的新型天线结构

技术领域

本实用新型涉及手机天线领域，更具体地，涉及一种金属背盖手机的新型天线结构。

背景技术

随着移动通信技术领域的快速发展，手机等智能终端的更新换代十分迅速。为了提升用户对于手机的外观及质感的使用体验，手机终端厂商都将外壳的使用材料由传统的塑料材料替换成金属材质。金属材质的外壳，不仅提高了手机的美观性，也增加了手机的耐磨性，同时还带给了用户更高档次的使用感。但是，由于金属材质能够屏蔽电磁波，极大的抑制了手机的内置天线的信号收发，继而影响了手机的正常通讯。为了解决手机的金属外壳对于电磁波的抑制问题，传统的PIFA、IFA、Monopole、Loop等天线形式很难实现，手机天线射频工程师不得不寻求新的天线设计方案。现有的具有金属外壳的手机终端，如苹果的Iphone系列、华为的Mates，都是需要在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。然而，这种在金属背盖上增加平行缝隙的设计方案会破坏金属边框的美观和整体性。因此，有必要提供一种新型的金属背盖手机天线结构。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种金属背盖手机的新型天线结构，该天线结构采用耦合馈电或直接馈电方式，通过充分利用金属背盖与金属边框之间的缝隙进行辐射，同时结合开关器件，使得在狭小的空间条件下，实现GSM、UMTS、LTE多频段覆盖。

为实现以上实用新型目的，采用的技术方案是：

一种金属背盖手机的新型天线结构，包括金属背盖、金属边框、第一天线部件、第二天线部件、第三天线部件和PCB板，所述PCB板设置在金属背盖上，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；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，左侧边框、右侧边框、底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，左侧边框、右侧边框、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；

所述第一天线部件可包括两种结构方案，分别为方案A和方案B，具体如下：

A.包括第一馈电点、第一馈电线和第一耦合片，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与第一耦合片电连接，第一耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，第一耦合片与顶部边框之间留有间隙，第一耦合片将与顶部边框连接的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.所述第一天线部件包括第一馈电点、第一馈电线和连接部件，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一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，连接部件将与顶部边框连接的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；

所述第二天线部件可包括两种结构方案，分别为方案C和方案D，具体如下：

C.包括第二馈电点、第二馈电线和第二耦合片，其中第二馈电点设置于PCB板上，第二馈电点通过第二馈电线与第二耦合片电连接，第二耦合片设置于与底部边框连接的非导电连接件上，第二耦合片与底部边框之间留有间隙，第二耦合片将与底部边框连接的非导电连接件分为长度相对较短的第三缝隙段和长度相对较长的第四缝隙段；

D.所述第二天线部件包括第二馈电点、第二馈电线和连接部件，其中第二馈电点设置于PCB板上，第二馈电点通过第二馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与底部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与底部边框连接，连接部件将与底部边框连接的非导电连接件分为长度相对较短的第三缝隙段和长度相对较长的第四缝隙段；

所述第三天线部件包括第三馈电点、第三馈电线、第三耦合片和支架，第三馈电点设置于PCB板上，支架安装在第四缝隙段一侧的金属背盖上，第三耦合片设置在支架上，第三馈电点通过第三馈电线与第三耦合片电连接。

上述方案中，第一天线部件、第二天线部件、第三天线部件将各自馈电点接收的信号，通过馈电线传输至耦合片或连接部件，耦合片或连接部件将之通过耦合方式或直接馈电方式与顶部边框或底部边框连接，将信号通过缝隙辐射出去。需要说明的是，馈电点的位置以及顶部边框、底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，所述第一天线部件为主天线，第二天线部件为分集天线，第三天线部件为GPS/WIFI天线。

优选地，所述左侧边框、右侧边框分别通过设置接地片与金属背盖连接。

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板上设置有第一匹配电路、第二匹配电路和第三匹配电路；

其中第一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第一馈电点连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；在第一馈电点处设置匹配电路，通过第一开关器件，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。

所述第二匹配电路包括第二开关器件和第二电容，第二电容通过第二开关器件与第二馈电点连接，第二开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；在第二馈电点处设置匹配电路，通过第二开关器件，选取第二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。其中第二电容的容值为0.3~5.6pF。

所述第三匹配电路包括第一电感与串联在第一电感后的第三电容，第三电容与第三馈电点连接。其中，电感值为2.7~68nH，电容值为0.3~8.2pF。

优选地，所述第二缝隙段上设置有第三开关器件，第三开关器件分别与顶部边框、金属背盖电连接，所述第三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三开关器件，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，所述第三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，所述第三缝隙段上设置有第四开关器件，第四开关器件与底部边框、金属背盖电连接，所述第四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。在具体实施的过程中，可通过状态的切换来调节第三缝隙段的长度，从而使得谐振实现偏移。

优选地，所述第四开关器件设置两个状态：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1~15nH。

优选地，所述第二天线部件、第三天线部件之间的第四缝隙段上设置有接地片，接地片与底部边框、金属背盖电连接。设置接地片，用于隔离第二天线部件和第三天线部件，从而实现天线部件间的高隔离度，在具体实施时，可以依据具体案例情况来确定接地片的位置。

优选地，所述非导电连接件为非金属件。

优选地，所述第一馈电线、第二馈电线、第三馈电线的阻抗为50欧姆。

优选地，所述第一耦合片、第二耦合片、第三耦合片与顶部边框之间的间隙填充有非导电材料。

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

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的天线结构支持金属背盖环境，在空间需求小的前提下，有效利用金属背盖与金属边框所形成的缝隙以及现有的开关技术，实现多天线的设计，并符合运营商要求的性能指标要求。

附图说明

图1为金属背盖、金属边框的连接示意图。

图2为天线结构的整体示意图。

图3为第一天线部件的结构示意图。

图4为第二天线部件、第三天线部件的结构示意图。

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实用新型做进一步的阐述。

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、第一天线部件3、第二天线部件4、第三天线部件5和PCB板6；所述PCB板6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，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、左侧边框23和右侧边框24与金属背盖1之间留有间隙，底部边框21、顶部边框22、左侧边框23和右侧边框24分别通过一非导电连接件7与金属背盖1连接；

本实施例中，第一天线部件3为主天线，第一天线部件3的第一馈电点31设置于PCB板6上，第一馈电点31通过第一馈电线32与第一耦合片33电连接，第一耦合片33设置于与顶部边框22连接的非导电连接件7上，第一耦合片33与顶部边框22之间留有间隙，第一耦合片33将与顶部边框22连接的非导电连接件7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。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。为了进一步优化第一天线部件3的谐振，第一缝隙段101上设置有接地片8，接地片8与顶部边框22、金属背盖1电连接。设置接地片8，用于调节第一缝隙段101的长度，从而实现低频谐振的优化，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8的设置，根据需要达到的低频谐振情况，确定接地片8的设置位置，同时也可以不增设接地片8。第一天线部件3的第一馈电点31处还设置有第一匹配电路，第一匹配电路设在PCB板6中，包括第一电容元件和第一开关器件，所述第一开关器件的输出阻抗值为感性，感值范围2.7nH~56nH，实现主天线的低频切换，拓宽低频谐振。第一天线部件3还包括在第二缝隙段102上设置有第三开关器件9，第三开关器件9与顶部边框22、金属背盖1电连接，所述第三开关器件9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上设置第三开关器件9，通过状态的切换来调节第二缝隙段102，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。

第二天线部件4为分集天线，第二天线部件4的第二馈电点41设置于PCB板6上，第二馈电点41通过第二馈电线42与第二耦合片43电连接，第二耦合片43设置于与底部边框21连接的非导电连接件7上，第二耦合片43与底部边框21之间留有间隙，第二耦合片43将与底部边框21连接的非导电连接件7分为长度相对较短的第三缝隙段103和长度相对较长的第四缝隙段104。第二天线部件4还包括与第二馈电点41连接的第二匹配电路，所述第二匹配电路设在在PCB板6中，其中第二匹配电路包括第二开关器件和第二电容，第二电容通过第二开关器件与第二馈电点41连接，第二电容的容值范围为0.3pF~5.6pF，第二开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；通过选取第二开关器件的输出阻抗为感性，感性范围为2.7nH~56nH，实现分集天线的低频切换，达到低频覆盖698MHz~960MHz的效果。第二天线部件4还包括设置在第三缝隙段103的与底部边框21以及金属背盖1电连接的第四开关器件10，所述第四开关器件10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。通过选取空置状态和输出阻抗值为电感，感值范围为1nH~15nH，从而丰富分集天线的高频谐振，实现了运营商的高频覆盖要求。

第三天线部件5为GPS/WIFI天线，包括第三馈电点51、第三馈电线52、第三耦合片53和支架54，第三馈电点51设置于PCB板6上，支架54安装在第四缝隙段104一侧的金属背盖1上，第三耦合片53设置在支架54上，第三耦合片53与底部边框21之间留有间隙，第三馈电点51通过第三馈电线52与第三耦合片53电连接。为了减少第三天线部件5与第二天线部件4之间的干扰，在第四缝隙段104中增设接地片8。接地片8的位置对于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8的设置，根据需要达到的天线部件和天线部件之间的谐振情况，确定接地片8的设置位置。同时，第三天线部件5还包括有设在在PCB板6上的第三匹配电路，第三匹配电路包括第一电感与串联在第一电感后的第三电容，第三电容与第三馈电点51连接。其中，电感值为2.7~68nH，电容值为0.3~8.2pF。

本实用新型的天线系统，打破常规的天线设计形式，充分利用金属背盖与金属边框之间的缝隙进行辐射，结合开关器件或调谐器件，在狭小的空间环境下，实现了多天线的设计，并达到运营商的相关技术指标。

实施例2

本实施例的天线结构将第一耦合片33、第二耦合片43分别替换为连接部件，两个连接部件的一端分别与第一耦合片33、第二耦合片43连接，另一端分别与顶部边框22、底部边框21连接，其耦合方式为直接馈电方式。这样的结构同样能够达到实施例1的技术效果，其中连接部件为顶针或弹脚。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：包括金属背盖、金属边框、第一天线部件、第二天线部件、第三天线部件和PCB板，所述PCB板设置在金属背盖上，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；底部边框、顶部边框分别设置于金属背盖底部、顶部的上方，左侧边框、右侧边框、底部边框、顶部边框与金属背盖之间留有间隙，左侧边框、右侧边框、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；

所述第一天线部件可包括两种结构方案，分别为方案A和方案B，具体如下：

A.包括第一馈电点、第一馈电线和第一耦合片，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一馈电线与第一耦合片电连接，第一耦合片设置于与顶部边框连接的非导电连接件上，第一耦合片与顶部边框之间留有间隙，第一耦合片将与顶部边框连接的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.所述第一天线部件包括第一馈电点、第一馈电线和连接部件，其中第一馈电点设置于PCB板上，第一馈电点通过第一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，连接部件将与顶部边框连接的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；

所述第二天线部件可包括两种结构方案，分别为方案C和方案D，具体如下：

C.包括第二馈电点、第二馈电线和第二耦合片，其中第二馈电点设置于PCB板上，第二馈电点通过第二馈电线与第二耦合片电连接，第二耦合片设置于与底部边框连接的非导电连接件上，第二耦合片与底部边框之间留有间隙，第二耦合片将与底部边框连接的非导电连接件分为长度相对较短的第三缝隙段和长度相对较长的第四缝隙段；

D.所述第二天线部件包括第二馈电点、第二馈电线和连接部件，其中第二馈电点设置于PCB板上，第二馈电点通过第二馈电线与连接部件的一端连接，连接部件设置于与底部边框连接的非导电连接件上，连接部件的另一端与底部边框连接，连接部件将与底部边框连接的非导电连接件分为长度相对较短的第三缝隙段和长度相对较长的第四缝隙段；

所述第三天线部件包括第三馈电点、第三馈电线、第三耦合片和支架，第三馈电点设置于PCB板上，支架安装在第四缝隙段一侧的金属背盖上，第三耦合片设置在支架上，第三馈电点通过第三馈电线与第三耦合片电连接。

2.根据权利要求1所述的金属背盖手机的新型天线结构，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所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述第一天线部件为主天线，第二天线部件为分集天线，第三天线部件为GPS/WIFI天线。

4.根据权利要求1所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述左侧边框、右侧边框分别通过设置接地片与金属背盖连接。

5.根据权利要求4所述的金属背盖手机的新型天线结构，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。

6.根据权利要求5所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述PCB板上设置有第一匹配电路、第二匹配电路和第三匹配电路；

其中第一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第一馈电点连接；所述第一开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；

所述第二匹配电路包括第二开关器件和第二电容，第二电容通过第二开关器件与第二馈电点连接，第二开关器件的输出阻抗值可为感性或容性；

所述第三匹配电路包括第一电感与串联在第一电感后的第三电容，第三电容与第三馈电点连接。

7.根据权利要求6所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述第二缝隙段上设置有第三开关器件，第三开关器件分别与顶部边框、金属背盖电连接，所述第三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。

8.根据权利要求7所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述第三缝隙段上设置有第四开关器件，第四开关器件与底部边框、金属背盖电连接，所述第四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。

9.根据权利要求8所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述第二天线部件、第三天线部件之间的第四缝隙段上设置有接地片，接地片与底部边框、金属背盖电连接。

10.根据权利要求1~9任一项所述的金属背盖手机的新型天线结构，其特征在于：所述非导电连接件为非金属件。