CN207559049U

CN207559049U - 一种小型化多频可重构移动终端天线

Info

Publication number: CN207559049U
Application number: CN201721684445.1U
Authority: CN
Inventors: 杨鹏; 严魁锡; 颜创; 甘育仪; 杨峰; 刑志宇
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2027-12-06

Abstract

本实用新型提供一种小型化多频可重构移动终端天线，属于天线技术领域。本实用新型天线包括设于系统电路板背面及侧面的金属外壳，金属外壳上开设有双端开口型缝隙，缝隙将金属边框分为相互独立的两段，所述缝隙(200)上还加载有U型折叠金属片，U型折叠金属片的闭合端与靠近U型折叠金属片闭合端处的缝隙开口之间的缝隙以及U型折叠金属片上分别设置有开关，馈电分支横跨缝隙和U型折叠金属片两侧并激励缝隙谐振。本实用新型通过由U型折叠金属片加载于双端开口型缝隙构成的三维天线结构，实现了天线的多频化、小型化和频率可重构，消除了大面积金属外壳对天线的屏蔽作用，提高了终端设备的强度、质感和美感。

Description

一种小型化多频可重构移动终端天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，特别涉及一种用于全金属外壳的小型化多频可重构移动终端天线。

背景技术

消费者的需求、移动终端设备厂商对于高利润的追求以及移动通信技术的发展，不断地促进终端天线技术的创新和进步。消费者的质感体验和视觉审美决定了移动终端设备的发展趋势，目前在市场上移动终端设备趋向于全面屏与金属化机身设计，比如：手机终端采用金属外壳和高屏占比的设计，大屏幕设计手机能够借助其得天独厚的优势，在电子阅读、视频观看等娱乐应用方面彰显相较小屏幕手机更好的视觉效果；同时追求大屏幕、极致轻薄和工业美感决定机身金属化趋势，金属外观设计增强了结构的坚固性和耐用性，同时也支持大屏幕和结构轻薄，符合消费者对于移动终端设备的美感与触感需求。

近年来，中国先后提出实施“网络强国”、“制造强国”等战略，其中，5G系统是重要的信息基础设施，也是支撑国家信息产业由大向强转化的关键。天线作为通信系统重要的组成部分，其性能的好坏直接影响到终端设备的性能的优劣。随着中国5G使用频段的确定，实现移动终端天线的小型化以及多频化作为未来的发展趋势成为了研究者的关注热点。然而，要求移动终端天线在覆盖5G使用频段的同时也兼顾4G甚至2G和3G所使用的频段，因此多频段的设计是移动终端设备的重点。尤其是在高屏占比在带给消费者良好视觉体验的同时也使得天线净空区域的进一步减小，而移动终端设备的小型化发展使得天线的低频频带部分的带宽覆盖成为难点；同时全金属外壳往往也会严重影响了终端天线的辐射性能。因此尤其在5G中频频段应用背景下，如何设计得到在能够覆盖多频段的同时也满足消费者对于移动终端设备全金属化机身和高屏占比的移动智能终端天线成为了本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于：针对移动终端天线的多频化、小型化及其与大面积金属外壳共存导致天线性能受损等问题，提供一种小型化多频可重构移动终端天线，设置双端开口型缝隙、开关和U型折叠金属片在实现多频段覆盖的同时也实现频率可重构，进而满足移动终端设备多频化、小型化和机身全金属化。为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案具体如下：

一种小型化多频可重构移动终端天线，包括装设在系统电路板(700)背面及侧面的金属外壳(100)，开设于金属外壳(100)上的缝隙(200)以及设置在系统电路板(700)正面的馈电网络；其特征在于：

所述金属外壳(100)包括设于系统电路板(700)背面的金属后盖(101)以及从金属后盖(101)的四周边缘处延伸至侧面的金属边框(102)；所述开设于金属外壳(100)上的缝隙(200)为双端开口型缝隙，并且缝隙(200)将金属边框(102)分为相互独立的两段；所述缝隙(200)上还加载有U型折叠金属片(300)，所述U型折叠金属片(300)将缝隙(200)分隔形成单端开口型缝隙；缝隙(200)上设置有第一开关(601)，第一开关(601)位于U型折叠金属片的闭合端与靠近U型折叠金属片闭合端处的缝隙开口之间，U型折叠金属片上设置有第二开关(602)来调节所述单端开口型缝隙的长度；所述馈电网络包括：馈电分支(500)和馈电端口(400)，所述馈电分支(500)横跨缝隙(200)。进一步的是，本实用新型中金属边框(102)包括相对设置的两条长边和两条短边，所述两条短边相对设置且连接在两条长边之间；所述缝隙(200)靠近金属边框(102)的短边设置。

进一步的是，本实用新型中金属后盖上的缝隙距离金属边框的距离是可调节的。

进一步的是，本实用新型中U型折叠金属片(300)的两端向下穿入系统电路板(700)中并与其背面的金属后盖(101)相连，使得部分U型折叠金属片(300)悬设于系统电路板(700)正面上方，并且U型折叠金属片(300)与缝隙(200)形成一条单端开口的缝隙。

进一步的是，本实用新型中U型折叠金属片的加载位置和加载宽度是可根据频率需求而调节的。

进一步的是，本实用新型中悬浮设置的U型折叠金属片(300)部分与其下方的系统电路板(700)二者之间还填充有非金属材料。

进一步的是，本实用新型中第一开关和第二开关的位置是可根据频率需求而调节的。

进一步的是，本实用新型中金属外壳(100)上缝隙(200)的宽度介于0.5毫米～5毫米之间。

进一步的是，本实用新型中金属边框(102)上的缝隙开口宽度与金属后盖(101)上的缝隙宽度相同或者不同，所述缝隙开口宽度介于0.5毫米～5毫米之间。

进一步的是，本实用新型中金属外壳(100)作为系统地。

相比现有技术，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过金属外壳上的双端开口型缝隙实现多个频点谐振，从而实现多频段工作，同时通过设置开关来调节缝隙的谐振长度，从而重构得到不同频率的谐振；通过在双端开口型缝隙上加载U型折叠金属片，使得U型折叠金属片与缝隙之间形成新的谐振路径以激发更低频的谐振，在实现宽频带的同时也满足天线小型化设计的要求，同时也通过设置开关来调节U型折叠金属片与缝隙所形成U型槽的长度，通过可重构方式激励低频段不同频率的谐振；综上所述，本实用新型通过采用频率可重构和缝隙加载的形式，在大面积金属外壳存在的条件下，不仅缩减了天线尺寸而且实现了天线的多频化，根据本实用新型实施例可知，本实用新型天线可工作于不同状态，在覆盖现有4G频段的同时还具备覆盖5G使用频段的优点。

2、本实用新型采用开关实现频率可重构，一方面避免了在馈电分支与馈电端口之间连接选通电路以及匹配电路，另一方面在一副天线结构的基础上实现频率可重构，避免多种天线结构占用空间，因此，开关的设置有利于天线的小型化设计。

3、本实用新型的天线适用于全金属外壳终端设备，运用本实用新型天线的终端设备除了金属后盖的一条缝隙以及金属边框上的两条开口缝之外，终端设备的背面及侧面均为金属，提高了终端设备的强度、质感和美感，迎合市场需求；同时金属外壳作为系统地，金属外壳上的缝隙作为辐射单元，本实用新型提供的三维结构设计天线有别于传统平面天线结构，在实现天线小型化和紧凑性的同时解决了天线与大面积的金属外壳共存致使天线性能受损的难题。

附图说明

图1是本实用新型提供的移动终端天线的三维立体示意图。

图2是本实用新型提供的移动终端天线的侧视示意图。

图3是本实用新型提供的移动终端天线的俯视示意图。

图4是本实用新型提供的移动终端天线的金属后盖上缝隙的示意图。

图5是本实用新型提供的移动终端天线中馈电分支、第一开关与缝隙的位置示意图。

图6是本实用新型提供的移动终端天线中U型折叠金属片与系统电路板的位置示意图。

图7是本实用新型提供的移动终端天线的回波损耗曲线。

图8是本实用新型提供的移动终端天线的效率曲线。

其中：100为金属外壳，101为金属后盖，102为金属边框，200为缝隙，300为U型折叠金属片，400为馈电端口，500为馈电分支，601为第一开关，602为第二开关，700为系统电路板。

具体实施方式

本实用新型的要旨在于：提供一种采用双端开口型缝隙加载的天线形式，同时在双端开口型缝隙上加载U型折叠金属片，并且在缝隙上分别设置开关来调节缝隙的谐振长度和U型折叠金属片与缝隙所形成U型槽的长度，从而实现天线的小型化、多频化和频率可重构，并用于未来5G通信网络的移动终端；同时本实用新型采用全金属外壳设计，消除了传统金属外壳对天线的屏蔽作用，性能优良，实现了适用于全金属外壳终端设备的天线装置。

为了使得本实用新型的目的、技术方案及优势更加清楚，下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型的原理和特性进行详细说明：

实施例：

本实用新型中5G终端设备包括但不局限于：手机终端，智能手表，便携式计算机或者类似的任何合适的终端设备。

结合图1至图6所示出的示意图，本实用新型具体实施例提供了一种小型化多频可重构移动终端天线，包括：

系统电路板700的背面设有金属后盖101，金属后盖(101)的四周边缘处延伸至侧面形成金属边框(102)，金属后盖101上开设有缝隙200，所述缝隙200为双端开口型缝隙并将金属边框(102)分为相互独立的两段，金属后盖101与金属边框102共同构成金属外壳100；缝隙200将金属外壳100分隔为不连续的区域，从而利用缝隙辐射来克服金属外壳100对天线信号的不利影响，进而提高了天线性能；作为优选方式，缝隙200采用填充非金属材质的方式以保证金属外壳的结构强度；缝隙200的尺寸可根据具体情况来设定，本实用新型对此不作限制，本实施中缝隙200的宽度优选为3mm；

本实施例中，金属边框102包括相对设置的两条长边和两条短边，所述两条短边相对设置且连接在两条长边之间，结合图4示意，所述缝隙(200)靠近金属边框(102)的短边设置，并且缝隙200距离金属短边框的距离是可调节；

缝隙(200)上还加载有U型折叠金属片300，U型折叠金属片300的加载位置和加载宽度是可根据频率需求而调节；U型折叠金属片300与缝隙200之间形成U型槽，从而将双端开口型缝隙分隔形成单端开口型，形成新的谐振路径，激励更低频的谐振，从而有效避免低频段的天线尺寸较大与天线设计小型化之间的矛盾，有利于天线小型化的实现；结合图6示意图，作为优选方式，U型折叠金属片(300)的两端向下穿入系统电路板(700)中并与金属后盖(101)相连，使得部分U型折叠金属片(300)悬设于系统电路板(700)正面上方，并且U型折叠金属片(300)与缝隙(200)形成一条单端开口的缝隙；作为优选方式，悬浮设置的U型折叠金属片(300)部分与其下方的系统电路板(700)二者之间还填充有非金属材料；

结合图1和图3示意图，缝隙(200)上设置有第一开关(601)，第一开关(601)位于U型折叠金属片的闭合端与靠近U型折叠金属片闭合端处的缝隙开口之间，用来调节缝隙200的谐振长度；U型折叠金属片300上设置有第二开关(602)，通过缝隙(200)两侧金属片的通断来调节U型折叠金属片上300与缝隙200所形成单端开口型缝隙的长度，从而激励低频不同频率的谐振，通过可重构方式实现低频频段的覆盖；第一开关和第二开关的位置是可根据频率需求而调节；

馈电网络位于系统电路板700的正面，馈电网络包括：馈电分支500和馈电端口400，如图5所示，图中示意出了馈电网络、缝隙200与第一开关601的位置关系图，馈电分支500从缝隙200一侧至缝隙200的另一侧，馈电分支500远离缝隙200的一端设置有馈电端口400，馈电分支500通过耦合馈电的方式激励对应缝隙的谐振。

结合图4至6来看，本实施例天线的具体结构的主要参数如下：l₁＝43mm；l₂＝19mm；w₁＝3mm；p₁＝28mm；l₃＝16mm；l₄＝2mm；h＝6mm；本实例给出了第一开关601和第二开关602处于不同通断下天线的工作状态，假设当第一开关601和第二开关602均断开时，天线工作在状态1，当第一开关601断开而第二开关602选通时，此时U型折叠金属片300与缝隙200之间所形成U型槽的长度相当于缩短，此时天线工作于状态2；当第一开关601选通而第二开关602断开时，缝隙200变为单端开口缝隙，此时天线找工作与状态3；下面给出三种工作状态下天线的性能仿真图：

如图7所示为本实用新型天线的回波损耗曲线；如图8所示为本实用新型天线的效率曲线，由这两幅图中可看出：本实用新型提供的天线在实现结构紧凑的同时实现了多频以及宽频的优点，能够覆盖通信所需的频段；并且本实施例天线具有多频段的优势，能够覆盖GSM850、GSM900、DCS、PCS、UMTS2100、LTE2300、LTE2500这7个频段以及两个5G中频通信频段。

从本实施还能看出：除了金属外壳100上的缝隙200之外，机身均为金属覆盖，换而言之也就说本实用新型提出的移动终端设备的背面及侧面几乎完全覆盖金属，基本上实现了移动终端设备的全金属覆盖，提高了用户对机身金属质感与美感的需求；另外，本实用新型采用双端开口型缝隙加载的天线形式，同时在双端开口型缝隙上加载U型折叠金属片，并且在缝隙上分别设置开关来调节缝隙的谐振长度和U型折叠金属片与缝隙所形成U型槽的长度，实现了天线的小型化、多频化和频率可重构，既能满足目前4G又能符合即将发展的5G技术。

Claims

1.一种小型化多频可重构天线，包括装设在系统电路板(700)背面及侧面的金属外壳(100)，开设于金属外壳(100)上的缝隙(200)以及设置在系统电路板(700)正面的馈电网络；其特征在于：

所述金属外壳(100)包括设于系统电路板(700)背面的金属后盖(101)以及从金属后盖(101)的四周边缘处延伸至侧面的金属边框(102)；所述开设于金属外壳(100)上的缝隙(200)为双端开口型缝隙，并且缝隙(200)将金属边框(102)分为相互独立的两段；所述缝隙(200)上还加载有U型折叠金属片(300)，所述U型折叠金属片(300)将缝隙(200)分隔形成单端开口型缝隙；缝隙(200)上设置有第一开关(601)，第一开关(601)位于U型折叠金属片的闭合端与靠近U型折叠金属片闭合端处的缝隙开口之间，U型折叠金属片上设置有第二开关(602)来调节所述单端开口型缝隙的长度；所述馈电网络包括：馈电分支(500)和馈电端口(400)，所述馈电分支(500)横跨缝隙(200)。

2.根据权利要求1所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：所述金属边框(102)包括相对设置的两条长边和两条短边，所述两条短边相对设置且连接在两条长边之间；所述缝隙(200)靠近金属边框(102)的短边设置。

3.根据权利要求1所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：U型折叠金属片(300)的两端向下穿入系统电路板(700)中并与其背面的金属后盖(101)相连，使得部分U型折叠金属片(300)悬设于系统电路板(700)正面上方，并且U型折叠金属片(300)与缝隙(200)形成一条单端开口的缝隙。

4.根据权利要求3所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：悬浮设置的U型折叠金属片(300)部分与其下方的系统电路板(700)二者之间还填充有非金属材料。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：金属外壳(100)上缝隙(200)的宽度介于0.5毫米～5毫米之间。

6.根据权利要求5所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：金属边框(102)上的缝隙开口宽度与金属后盖(101)上的缝隙宽度相同或者不同，所述缝隙开口宽度介于0.5毫米～5毫米之间。

7.根据权利要求6所述的一种小型化多频可重构天线，其特征在于：所述金属外壳(100)作为系统地。