CN208738426U - 一种应用于移动终端的天线装置及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于移动终端的天线装置及移动终端，包括天线主体、接地金属片和金属边框；所述天线主体布设在移动终端内置PCB板的介质层上，且天线主体的接地点连接PCB板的接地层；所述接地金属片连接PCB板的接地层，且包括第一接地金属片和第二接地金属片；所述金属边框布设在移动终端的外壳上，在金属边框上形成有断点，将金属边框分成两段，且第一段金属边框通过所述第一接地金属片连通PCB板的接地层，第二段金属边框通过所述第二接地金属片连通PCB板的接地层。本实用新型通过将配置在移动终端上的金属边框作为天线的一部分使用，使得需要布设在PCB板上的天线结构简化，占用PCB板面积小，且覆盖频段宽。

Description

一种应用于移动终端的天线装置及移动终端

技术领域

本实用新型属于移动终端技术领域，具体地说，是涉及一种应用于移动终端的天线装置以及采用所述天线装置设计的移动终端。

背景技术

天线是移动终端必需的重要组成部分，它是移动终端发射和接收电磁波的一个重要装置。在移动终端进行信号传输的过程中，天线负责将电信号转化为电磁波辐射出去，并将接收到的电磁波转化为电信号。

随着移动终端的快速普及，消费者对移动终端的外观提出了更高的要求，越来越多的移动终端在其外壳上安装金属边框，采用增强移动终端金属质感的方式来提升移动终端的整体美观性。但是，在移动终端的外壳上布设金属边框，会对移动终端中的天线性能产生严重影响，导致天线的辐射功率降低。而且，随着移动终端内部集成功能的不断增加，摄像头、扬声器、USB接口等越来越多的金属设备需要布设在移动终端中，占据了越来越多的PCB板面积，导致天线的净空区域不断缩小，天线的布设空间变得异常紧张，使得目前可支持宽频带的天线装置很难在该类移动终端中应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种天线装置，适合应用在具有金属边框的移动终端中，通过将配置在移动终端上的金属边框作为天线的一部分使用，使得需要布设在PCB板上的天线结构简化，占用PCB板面积小，且覆盖频段宽。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种应用于移动终端的天线装置，包括天线主体、接地金属片和金属边框；其中，所述天线主体布设在移动终端内置PCB板的介质层上，且天线主体的接地点连接PCB板的接地层；所述接地金属片连接所述PCB板的接地层，且包括第一接地金属片和第二接地金属片；所述金属边框布设在移动终端的外壳上，在金属边框上形成有断点，通过所述断点将金属边框分成两段，且第一段金属边框通过所述第一接地金属片连通PCB板的接地层，第二段金属边框通过所述第二接地金属片连通PCB板的接地层。

为了尽可能地减小天线对PCB板面积的占用，本实用新型优选将所述天线主体设计成单极子天线形式，例如，可以采用U型单极子天线和L型贴片连接形成所述的天线主体。

在本实用新型中，所述天线装置可以布设一组，也可以布设多组。当在移动终端中仅布设有一组所述的天线装置时，优选将所述天线装置布设在移动终端的上部或者下部，即，可以将所述天线主体布设在PCB板的顶部，所述金属边框分布在移动终端的上半部分；或者，将所述天线主体布设在PCB板的底部，所述金属边框分布在移动终端的下半部分，以改善移动终端在手持通话时，天线装置的辐射性能。

在移动终端中布设多组所述的天线装置，形成多输入多输出的天线系统（即，MIMO天线系统），相比在移动终端中布设一组天线装置，可以进一步提升天线的性能。本实用新型优选在移动终端中布设两组所述的天线装置，并设计两组天线装置呈上下对称的布设关系，且将上组天线装置中的天线主体布设在PCB板的顶部，下组天线装置中的天线主体布设在PCB板的底部；两组天线装置中的第一接地金属片紧邻且隔离或对接在一起，两组天线装置中的第二接地金属片紧邻且隔离或对接在一起。通过在移动终端中设置MIMO天线，可以增大系统的吞吐量，提高移动终端的网络性能。

为了使本实用新型的天线装置能够覆盖目前移动通信网络的主要频带，例如GSM850/900、DCS、PCS、LTE2300/2500，优选调节所述天线主体在2300MHz附近产生一个谐振点；设计所述第一段金属边框的长度为79mm，由此可以在850MHz和2700MHz处产生新的谐振点；设计第二段金属边框的长度为28mm，由此可以在2500MHz和1700MHz处产生新的谐振点；将所述第一接地金属片和第二接地金属片分置于PCB板的左右两侧，且内置于移动终端的外壳中。在移动终端的PCB板的介质层上还可以进一步布设LC谐振匹配电路，连接所述天线主体，以在900MHz处产生一个新的频点。

进一步的，在所述PCB板的接地层上紧邻天线主体的位置处还形成有向PCB板的介质层凸起的凸出地，天线主体辐射形成的电流可以通过所述凸出地引入到所述PCB板的接地层，为天线辐射电流提供接地回路。

优选的，所述PCB板的接地层的面积优选设计成105×60mm²；所述凸出地的面积优选设计成5×15mm²。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种移动终端，包括外壳、布设在外壳上的金属边框、内置于外壳中的PCB板、天线主体和接地金属片；所述PCB板包括介质层和接地层，所述天线主体布设在所述PCB板的介质层上，且天线主体的接地点连接PCB板的接地层；所述接地金属片连接所述PCB板的接地层，且包括第一接地金属片和第二接地金属片；在所述金属边框上形成有断点，通过所述断点将金属边框分成两段，且第一段金属边框通过所述第一接地金属片连通PCB板的接地层，第二段金属边框通过所述第二接地金属片连通PCB板的接地层。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的天线装置将移动终端表面布设的金属边框作为天线的一部分加以利用，由此只需在移动终端的PCB板上布设简单的单极子天线，即可满足天线对目前移动通信网络的主要频带的覆盖。由于单极子天线结构简单，尺寸小，因此可以有效减少PCB板的占用面积，便于在功能高集成的智能手机中推广应用。同时，通过将移动终端的金属边框分成几段，一方面可以充分利用金属边框拓宽天线装置的带宽，另一方面可以降低人体对天线的影响，使天线在手持状态下仍能保持良好的射频性能。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型所提出的天线装置的第一种实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型所提出的天线装置的第二种实施例的整体结构示意图；

图3是本实用新型所提出的天线装置的第三种实施例的整体结构示意图；

图4是本实用新型所提出的天线装置的第四种实施例的整体结构示意图；

图5是三种天线辐射频率的仿真数据对比图；

图6是本实用新型的天线装置的隔离度的实际测试和仿真测试对比图；

图7是使用本实用新型的移动终端时，人体与移动终端的位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例针对布设有金属边框的移动终端，提出了一种天线装置的结构设计。该天线装置通过将布设在移动终端外壳上的金属边框作为天线辐射体的一部分加以利用，并利用接地金属片将金属边框与移动终端内置PCB板的接地层相连通，由此可以简化需要布设在PCB板上的天线本体的结构，以有效缩小天线装置对PCB板的占用面积，降低PCB板的布板难度。

如图1所示，为了尽可能地减小天线装置1对PCB板面积的占用，本实施例优选采用单极子天线形式设计天线装置1中的天线主体10，以有效控制天线主体10的尺寸。在PCB板的介质层上，根据天线主体10的尺寸设计净空区域13，将天线主体10布设在所述PCB板的介质层上，并位于所述净空区域13内。单极子天线形式的天线主体10采用同轴电缆馈电，馈电点A1连接PCB板的介质层上的射频通路，接地点B1连通PCB板的接地层3。图1将PCB板的介质层与接地层以组合在一起的形式展现，其中，介质层仅展示了天线主体10、净空区域13和馈电点A1，其余部分并未在图1中示出，图1仅用于展示天线装置相对于PCB板的布设位置关系。

在本实施例中，所述天线主体10优选采用一个U型单极子天线12配合一个L型贴片11连接而成。其中，U型单极子天线12的一端连接馈电点A1，另一端连接L型贴片11。可以将所述天线主体10布设在PCB板的顶部位置，且L型贴片11优选位于PCB板的左上角位置或者右上角位置，U型单极子天线12从与L型贴片11相接处向PCB板的顶部的中间位置延伸布设，馈电点A1和接地点B1优选位于PCB板的顶部的居中位置。如图1所示，当天线主体10布设在PCB板的顶部位置时，所述金属边框也应布设在移动终端外壳的上半部分。在金属边框上设置断点18，将金属边框分成两段，分别定义为第一段金属边框14和第二段金属边框15，且将第一段金属边框14通过第一接地金属片16连通PCB板的接地层，将第二段金属边框15通过第二接地金属片17连通PCB板的接地层，将两段金属边框14、15构成天线的辐射体。

作为本实施例的一种优选布设方式，优选将所述断点18开设在移动终端的顶部位置，继而形成两段L型的金属边框14、15，分别围绕移动终端外壳的左上角和右上角布设，与天线主体10的布设位置紧邻。所述第一接地金属片16和第二接地金属片17优选分置于PCB板的左右两侧，且位于移动终端的外壳的内侧。

配置第一段金属边框14的总长度为79mm，第二段金属边框15的总长度为28mm；优选配置PCB板的接地层3的面积为105×60mm²，介质层优选采用面积为115×60mm²，厚度为0.8mm的FR4材质制成。

为了给天线辐射形成的电流提供接地回路，本实施例在PCB板的接地层3上还进一步形成有凸出地31，如图1所示。所述凸出地31向PCB板的介质层方向凸出，优选位于紧邻天线主体10的位置，且面积优选配置成5×15mm²。例如，若天线主体10布设在PCB板的左上角位置，则所述凸出地31优选位于接地层3的右上角位置。反之，若天线主体10布设在PCB板的右上角位置，则所述凸出地31优选位于接地层3的左上角位置。在天线装置工作时，通过天线主体10辐射形成的电流可以经由所述凸出地31引入PCB板的接地层3，继而为天线装置形成的辐射电流提供接地回路。

为了使本实施例的天线装置能够覆盖目前移动通信网络的主要网络模式（例如GSM850/900、DCS、PCS、LTE2300/2500等）所涉及的频带824-960MHz、1710-2690MHz，本实施例优选在未布设金属边框的情况下，首先调节天线主体10中U型单极子天线12和L型贴片11在2300MHz处耦合出一个谐振点，如图5中参考天线Ref1所对应的仿真数据曲线。

在移动终端上增加第二段金属边框15，并使第二段金属边框15通过第二接地金属片17连通PCB板的接地层3，由天线主体10、第二段金属边框15和第二接地金属片17构成参考天线Ref2。相比参考天线Ref1，由于参考天线Ref2增加了金属边框15，原来的谐振点受金属边框15的影响往高频偏移，在2500MHz处形成谐振点，同时通过配置第二段金属边框15的长度为28mm，由此可以在1700MHz处产生一个新的谐振点，如图5中参考天线Ref2所对应的仿真数据曲线。由此可见，通过充分利用布设在移动终端上的金属边框，可以有效拓宽天线装置的带宽。

在移动终端上进一步增加第一段金属边框14，并使第一段金属边框14通过第一接地金属片16连通PCB板的接地层3，由天线主体10、第一段金属边框14、第一接地金属片16、第二段金属边框15和第二接地金属片17构成参考天线Ref3。相比参考天线Ref2，接地层3与金属边框14组成的缝结构，产生了λ/4 谐振模式及其高次模，在850MHz和2700MHz处产生新的谐振点。结合高频的三个谐振点，天线覆盖了DCS/PCS/ LTE2300/2500 频段以及低频的GSM850频段，如图5中参考天线Ref3所对应的仿真数据曲线。

在天线装置中增加匹配电路，连接所述天线主体10，以在900MHz处产生一个新的谐振点，继而覆盖网络模式GSM900所涉及的频带。具体而言，可以在PCB板的介质层上布设电容C1和电感L1，如图1所示。其中，电容C1可以连接在馈电点A1与U型单极子天线12之间，电感L1连接在接地点B1与PCB板的接地层3的连通线路中，以形成LC谐振匹配电路。通过合理配置所述电容C1和电感L1的参数值，使天线装置在900MHz处产生谐振点，由此，便使得本实施例的天线装置覆盖了GSM850/900/DCS/PCS/LTE2300/2500（824-960MHz，1710-2690MHz）的主要频带。

图1示出了将天线装置1布设在移动终端上半部分的情况。当然，所述天线装置1也可以布设在移动终端的下半部分，如图2所示，在这种情况下，凸出地31可以根据天线装置1的布设位置，选择形成在PCB板的接地层3的左下角位置（当天线主体10布设在介质层的右下角时）或者右下角位置（当天线主体10布设在介质层的左下角时）。

为了提高天线装置的辐射性能，本实施例优选在移动终端中布设两组所述的天线装置，以形成MIMO天线系统。如图3所示，将两组所述的天线装置1、2呈上下对称的位置关系布设在移动终端上。其中，上组天线装置1中的天线主体10优选布设在PCB板的顶部，且第一段金属边框14、第二段金属边框15以及第一接地金属片16和第二接地金属片17均位于移动终端的上半部分；下组天线装置2中的天线主体20优选布设在PCB板的底部，且第一段金属边框24、第二段金属边框25以及第一接地金属片26和第二接地金属片27均位于移动终端的下半部分。两组天线装置1、2中的第一接地金属片16、26在移动终端的PCB板的左侧（或右侧）的中间位置紧邻且间隔；两组天线装置1、2中的第二接地金属片17、27在移动终端的PCB板的右侧（或左侧）的中间位置紧邻且间隔，即，在两个第一接地金属片16、26之间形成断点19，在两个第二接地金属片17、27之间形成断点29。当然，也可以将两个第一接地金属片16、26对接在一起，并将两个第二接地金属片17、27对接在一起，如图4所示，以形成MIMO天线系统。

当在PCB板上布设两组天线装置1、2时，在PCB板的接地层3形成两个凸出地31、32，如图3、图4所示。将其中一个凸出地31形成在接地层3的右上角位置（当上组天线装置1中的天线主体10布设在介质层的左上角时）或者左上角位置（当上组天线装置1中的天线主体10布设在介质层的右上角时），以将天线主体10辐射形成的电流经由凸出地31引入到PCB板的接地层3，为上组天线装置1形成的辐射电流提供接地回路。将另外一个凸出地32形成在接地层3的右下角位置（当下组天线装置2中的天线主体20布设在介质层的左下角时）或者左下角位置（当下组天线装置2中的天线主体20布设在介质层的右下角时），以将天线主体20辐射形成的电流经由凸出地32引入到PCB板的接地层3，为下组天线装置2形成的辐射电流提供接地回路。

在MIMO天线设计方案中，采用将两组天线装置1、2分置于移动终端的上下两侧，相对距离较远，并且中间间隔着大面积的接地层2，采用这种布设结构的天线系统，相比于同侧布设两组天线装置的结构设计，其隔离度将会有很大的改善。

对本实施例的MIMO天线进行了加工和测试，并通过两根50Ω的同轴电缆对两组天线装置1、2中的天线主体10、20进行馈电。对实物进行实际测试和该实物对应的虚拟模型进行仿真测试，仿真和测试的S参数对比图见图6。图6中的仿真S11、仿真S12为通过仿真软件建立虚拟模型得到的S参数。而测试S11、测试S12和测试S22所得的S参数是将实物加工出来在实验室用相关仪表测试所得。具体的，S11和S22是两个反射系数，反映天线的工作带宽，S12为天线的耦合系数的绝对值，用于反映天线单元之间的耦合强度。

从S参数可以看出，MIMO天线的-6dB带宽为800-963 MHz、1688-2710 MHz，且带宽内满足隔离度-15dB的要求。

移动终端的使用离不开人体，移动终端受人体头部的影响不可忽视。目前应用较为广泛的SAR值(电磁波能量吸收比值)标准为美国标准，即满足SAR值不高于1.6W/Kg。为了说明人体对天线的影响，对SAR值进行仿真，具体参见图7。图7为人体与移动终端的位置关系示意图，其中，人头与两组天线装置1、2之间的距离为1mm，上组天线装置1位于人头一侧，下组天线装置2远离人头一侧。对天线低频点和高频点的输入功率分别为24dBm和21dBm，仿真所得的SAR值见表1。

表1

观察表1中数据可知，天线装置1的SAR值高于天线装置2的SAR值，这主要是因为天线装置1距离人头比天线装置2距离人头更近，但是，两组天线装置1、2均满足SAR值不高于1.6W/Kg的要求。

本实施例的天线装置在确保天线辐射性能及频带覆盖宽范围要求的同时，可以有效缩小布设在PCB板上的天线辐射体的尺寸，继而显著减少了天线对PCB板的占用面积，能够更好地适应目前功能高集成度的智能机内部日渐复杂的电子元器件布设环境，拓宽了天线装置的应用领域。

此外，采用本实施例的天线装置结构设计，解决了目前高端智能机追求的金属装饰与天线设计原则之间产生的冲突，可以广泛应用在手机、平板电脑等对外观有特殊要求的移动终端产品中，以满足该类产品对时尚外观的设计要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种应用于移动终端的天线装置，其特征在于，包括：

天线主体，其布设在移动终端内置PCB板的介质层上，且天线主体的接地点连接PCB板的接地层；

接地金属片，其连接所述PCB板的接地层，且包括第一接地金属片和第二接地金属片；

金属边框，其布设在移动终端的外壳上，在金属边框上形成有断点，通过所述断点将金属边框分成两段，且第一段金属边框通过所述第一接地金属片连通PCB板的接地层，第二段金属边框通过所述第二接地金属片连通PCB板的接地层。

2.根据权利要求1所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述天线主体为单极子天线形式。

3.根据权利要求2所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述天线主体由U型单极子天线和L型贴片连接而成。

4.根据权利要求1所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述天线主体布设在PCB板的顶部，所述金属边框分布在移动终端的上半部分；或者，所述天线主体布设在PCB板的底部，所述金属边框分布在移动终端的下半部分。

5.根据权利要求1所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述天线装置包括两组，呈上下对称布设关系，且上组天线装置中的天线主体布设在PCB板的顶部，下组天线装置中的天线主体布设在PCB板的底部；两组天线装置中的第一接地金属片紧邻且隔离或对接在一起，两组天线装置中的第二接地金属片紧邻且隔离或对接在一起。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述天线主体在2300MHz附近产生一个谐振点，所述第一段金属边框的长度为79mm，第二段金属边框的长度为28mm；所述第一接地金属片和第二接地金属片分置于PCB板的左右两侧，且内置于移动终端的外壳中。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，还包括LC谐振匹配电路，布设在PCB板的介质层上，且连接所述天线主体。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，在所述PCB板的接地层上紧邻天线主体的位置处形成有向PCB板的介质层凸起的凸出地，天线主体辐射形成的电流通过所述凸出地引入所述PCB板的接地层。

9.根据权利要求8所述的应用于移动终端的天线装置，其特征在于，所述PCB板的接地层的面积为105×60mm²；所述凸出地的面积为5×15mm²。

10.一种移动终端，包括外壳和内置于外壳中的PCB板，所述PCB板包括介质层和接地层；其特征在于，还设置有如权利要求1至9中任一项所述的应用于移动终端的天线装置。