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CN108172975B - 一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线 - Google Patents

一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线 Download PDF

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Abstract

一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，包括金属边框、系统地板、金属连接条一、金属连接条二、集总电感和同轴馈电端口；所述系统地板为矩形，左右侧为长边侧，上下侧为短边侧，金属边框从四周包围系统地板，且两者之间存在缝隙，金属边框通过金属连接条一、金属连接条二与系统地板相连；金属连接条二上焊有一个集总电感；同轴馈电端口的外导体焊接在系统地板上，内导体跨过缝隙焊接在金属边框上；该天线为纯金属结构，没有介质损耗，辐射效率高；利用金属边框作为辐射体，不需要传统的天线结构，几乎不占用移动终端的内部空间；适用于以手机为代表的各种小型移动终端。

Description

一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线。
背景技术
随着移动通信的飞速发展，人们越来越习惯于利用移动终端获取各种各样的信息。手机作为移动终端的常见形式，目前已成为全球最为普及的电子产品之一。为了实现高速无线数据传输，手机天线需要有较宽的带宽。比如，第四代移动通信标准(4G)的频段有8个，包括698-960MHz的低频段和1710-2690MHz的高频段。考虑到移动终端尺寸严格受限，设计覆盖这些频段的手机天线是一项具有挑战的工作。另一方面，人们对手机的外观有了更多的要求。当前，手机的屏幕占比越来越大，金属机身和金属后盖也成为一种时尚。随着金属占比的增加，手机内部留给天线的空间越来越小。而且，为了美观，手机天线还需要与外壳共形。这些要求进一步增加了手机天线的设计难度。
最近，金属边框吸引了天线研究者较多的关注，因为金属边框不仅能够增加机体的强度，也具有较好的审美。但是，金属边框的引入会使已有天线的性能恶化。为了解决这个问题，业界目前有两种比较成熟的方案。其中一种方案是将金属边框作为手机天线的一部分，将其与单极子天线、PIFA等传统天线联合起来优化。由于金属边框尺寸较大，具有较强的辐射能力，天线的带宽得到了一定的扩展。然而，这种设计仍需要传统的手机天线，不利于天线的小型化设计。另一种方案是将金属边框作为辐射体，信号通过金属边框与系统地板之间的缝隙辐射。这种方案不需要使用传统的天线，几乎不占用手机空间，具有较大的吸引力。但是，在已公开发表的文献中，金属边框与系统地板之间的缝隙较大，手机内部的非金属空间也较大。因此，减小金属边框与系统地板之间的缝隙，对于设计更为实用、更加美观的金属边框天线具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，通过激励金属边框与系统地板的本征模式，减小金属边框与系统地板之间的缝隙。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，包括金属边框、系统地板、金属连接条一、金属连接条二、集总电感和同轴馈电端口，其中：
所述系统地板为矩形，左右侧为长边侧，上下侧为短边侧，金属边框从四周包围系统地板，且两者之间存在缝隙，金属边框通过金属连接条一、金属连接条二与系统地板相连；
所述金属连接条一位于系统地板的左侧，金属连接条二和同轴馈电端口位于系统地板的右侧；
所述金属连接条二包括左右金属部分，且左右金属部分通过集总电感连接；
所述同轴馈电端口的外导体焊接在系统地板上，内导体跨过缝隙焊接在金属边框上。
所述金属边框与系统地板左右侧之间的缝隙宽度相等，与系统地板上侧之间的缝隙宽度大于与系统地板下侧之间的缝隙宽度。
所述同轴馈电端口位于金属连接条二的上侧。
所述金属连接条一和金属连接条二关于系统地板的短边中轴线不对称。
所述同轴馈电端口的特征阻抗为50欧姆。
所述金属边框的底部与系统地板在一个平面内，高度高于系统地板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)使用金属边框作为辐射体，不需要传统的天线，天线几乎不占用移动终端的内部空间，适用于以手机为代表的各种小型移动终端。
(2)金属边框与系统地板之间的缝隙非常小，左右缝隙宽度为2mm，底部缝隙宽度为2mm，顶部缝隙宽度为6mm。
(3)天线为纯金属结构，没有介质损耗，天线的辐射效率较高。
附图说明
图1为本发明提供的移动终端天线示意图。
图2为图1中天线安装后的实施实例三维视图，单位为毫米(mm)。
图3为图1中天线安装后的实施实例俯视图，单位为毫米(mm)。
图4为图1中天线安装后实施实例仿真的散射参数图。
图5为图1中天线安装后实施实例仿真的辐射效率图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明的移动终端天线，天线结构为纯金属结构，包括金属边框1、系统地板2、金属连接条一3、金属连接条二4、集总电感5以及同轴馈电端口6。其中，金属边框1通过金属连接条一3和金属连接条二4与系统地板2连接，集总电感5焊接在金属连接条二4上，同轴馈电端口6的外导体焊接在系统地板2上，内导体跨过缝隙，焊接在金属边框1上。
本发明的天线的三维视图如图2所示，系统地板2为矩形结构，金属边框1为通透的长方体结构，从四周包围系统地板2。系统地板2的底部与金属边框1的底部在一个平面内。金属边框1的长宽高三维尺寸为129mm×70mm×6mm，四个侧壁的金属厚度均为0.5mm。系统地板2的长宽二维尺寸为120mm×65mm，厚度为0.5mm。
本发明的天线的俯视图如图3所示，金属边框1与系统地板2在上下左右这四侧均存在缝隙。其中，左侧缝隙与右侧缝隙的宽度为2mm，底部缝隙的宽度为2mm，顶部缝隙为6mm。左侧连接点(金属连接条一3的连接点)位于系统地板2长边的中心，距离系统地板2的顶部为60mm，右侧连接点(金属连接条二4的连接点)距离系统地板2的底部为38mm，同轴馈电接口6距离系统地板2的底部为80mm。集总电感5的电感值为5.6nH。
本发明的原理：
金属边框1与系统地板2之间的环形缝隙被左右两个金属连接条分割成两部分，即上部槽结构和下部槽结构。在698-960MHz的低频段，这两部分的槽结构均工作在λ/2模式。由于这两个槽结构的长度不相等，对应的谐振频率也略有差别。这两个谐振模式的耦合能有效扩展低频段的带宽。在1710-2690MHz的高频段，金属边框1与系统地板2均存在多个高次模，通过在右侧的金属连接条二4上串联一个集总电感5，能有效调节这些高次模之间的耦合，从而在宽频带内实现阻抗匹配。因此，通过选择合适的连接点位置、信号馈入点位置和串联电感的电感值，本发明可实现多个模式的耦合，从而实现宽频带的覆盖。
本发明的实施例的结构具体说明如下：
具体实施尺寸由图2和图3所示。以上述2个图所示尺寸制作的移动终端天线仿真的反射系数结果如图4所示。在1GHz以下的低频段，反射系数曲线有两个谐振点，对应的-6dB阻抗带宽为210MHz(780-990MHz)，覆盖了GSM850、GSM950频段和部分LTE700频段。在1GHz以上的高频段，反射系数曲线有四个谐振点，对应的-6dB阻抗带宽为1500MHz(1390-2890MHz)，覆盖了DCS1800、PCS1900、UMTS、LTE2300和LTE2500频段。
以上述图2和图3所示尺寸制作的移动终端，天线仿真的辐射效率结果如图5所示。在780-960MHz的低频段内，所述手机天线的辐射效率高于80％。在1710-2690MHz的高频段内，所述手机天线的辐射效率高于65％。
综上，所述移动终端天线利用金属边框作为辐射体，无需传统的天线形式，几乎不占用手机空间，实现了移动通信宽频段的覆盖。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限定，凡是在本发明权利要求范围内所作的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，其特征在于，包括金属边框(1)、系统地板(2)、金属连接条一(3)、金属连接条二(4)、集总电感(5)和同轴馈电端口(6)，其中：
所述系统地板(2)为矩形，左右侧为长边侧，上下侧为短边侧，金属边框(1)从四周包围系统地板(2)，且两者之间存在缝隙，金属边框(1)通过金属连接条一(3)、金属连接条二(4)与系统地板(2)相连；
所述金属连接条一(3)位于系统地板(2)的左侧，金属连接条二(4)和同轴馈电端口(6)位于系统地板(2)的右侧，同轴馈电端口(6)位于金属连接条二(4)的上侧，金属连接条一(3)和金属连接条二(4)关于系统地板(2)的短边中轴线不对称；
所述金属连接条二(4)包括左右金属部分，且左右金属部分通过集总电感(5)连接；
所述同轴馈电端口(6)的外导体焊接在系统地板(2)上，内导体跨过缝隙焊接在金属边框(1)上。
2.根据权利要求1所述利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，其特征在于，所述金属边框(1)与系统地板(2)左右侧之间的缝隙宽度相等，与系统地板(2)上侧之间的缝隙宽度大于与系统地板(2)下侧之间的缝隙宽度。
3.根据权利要求1所述利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，其特征在于，所述同轴馈电端口(6)的特征阻抗为50欧姆。
4.根据权利要求1所述利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，其特征在于，所述金属边框(1)的底部与系统地板(2)在一个平面内，高度高于系统地板(2)。
5.根据权利要求1所述利用金属边框作为辐射体的移动终端天线，其特征在于，所述金属边框(1)为通透的长方体结构，其长宽高尺寸为129mm×70mm×6mm，四个侧壁的厚度均为0.5mm，系统地板(2)的长宽尺寸为120mm×65mm，厚度为0.5mm，金属边框(1)与系统地板(2)的左右侧缝隙的宽度均为2mm，上侧缝隙宽度为6mm，下侧缝隙宽度为2mm，金属连接条一(3)连接在系统地板(2)的左侧中心点，金属连接条二(4)与系统地板(2)的下侧距离为38mm，同轴馈电接口(6)与系统地板(2)的下侧距离为80mm，集总电感(5)的电感值为5.6nH。
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