CN107369885A - 基于金属边框的天线以及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动终端技术领域，公开了一种基于金属边框的天线以及移动终端。本发明中，基于金属边框的天线包括：电路板，至少包括一接地层，电路板上设置有天线组件；金属边框，置于电路板的边缘，包括底部金属框，顶部金属框，左端金属框以及右端金属框，底部金属框上设置2条第一断点缝隙，顶部金属框上设置2条第二断点缝隙，左端金属框和右端金属框与接地层连接；天线组件至少包括一馈电点，馈电点与底部金属框或顶部金属框连接，以对天线信号进行辐射，能够优化天线的性能。

Description

基于金属边框的天线以及移动终端
技术领域
本发明涉及移动终端技术领域，特别涉及一种基于金属边框的天线以及移动终端。
背景技术
如今越来越多的手机都开始采用金属外壳，根据“电磁屏蔽”原理，电磁波很难穿透金属圈、金属壳所包围的机身，金属边框手机有时信号不好，并不是基站的信号没有覆盖到，而是手机自身天线设计问题。
虽然大家都知道坚固又美观的金属材质会阻挡信号，但对于美的追求手机厂商还是愿意不惜一切代价来设计金属边框手机。金属边框天线设计主要是利用金属边框做为天线的一部分进行辐射。虽然金属边框的天线设计原理很简单,但是要得到一个相对较稳定并且较好的性能就会比较困难。金属边框的天线设计是一个长期的过程，需要工程师有相对丰富的经验与理论知识。从前期评估，到中期调试，再到后期量产，每一个环节都需要重点把控。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种基于金属边框的天线以及移动终端，能够优化天线的性能。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于金属边框的天线，包括：电路板，至少包括一接地层，电路板上设置有天线组件；金属边框，置于电路板的边缘，包括底部金属框，顶部金属框，左端金属框以及右端金属框，底部金属框上设置2条第一断点缝隙，顶部金属框上设置2条第二断点缝隙，左端金属框和右端金属框与接地层连接；天线组件至少包括一馈电点，馈电点与底部金属框或顶部金属框连接，以对天线信号进行辐射。
本发明实施方式相对于现有技术而言，电路板，至少包括一接地层，电路板上设置有天线组件；金属边框，置于电路板的边缘，包括底部金属框，顶部金属框，左端金属框以及右端金属框，底部金属框上设置2条第一断点缝隙，顶部金属框上设置2条第二断点缝隙，左端金属框和右端金属框与接地层连接；天线组件至少包括一馈电点，馈电点与底部金属框或顶部金属框连接，以对天线信号进行辐射，可以通过调整断点缝隙的位置及宽度调试天线的性能，从而能够优化天线的性能。
另外，天线组件的性能与第一断点缝隙以及第二断点缝隙的位置及宽度相关，可以通过调整第一断点缝隙和第二断点缝隙的位置及宽度优化天线的性能。
另外，主天线包括主天线本体和主天线支架，主天线包括主天线本体和主天线支架，主天线本体的第一馈电点与底部金属框的第一金属弹片连接形成第一主天线接入点，一调谐开关与底部金属框的第二金属弹片连接形成第二主天线接入点，主天线本体的地馈点通过主天线支架与底部金属框接触形成接地，从而可以通过调整主天线支架走线、第一主天线接入点和第二主天线接入点的位置以及调谐开关的匹配值来优化天线的性能。
另外，分集天线的第二馈电点与顶部金属框形成分集天线接入点，可以通过调整副天线支架走线、分集天线接入点的位置来优化天线的性能。
另外，5G wifi天线的第三馈电点与副天线支架连接，2.4G wifi天线的第四馈电点和GPS天线的第五馈电点分别通过副天线支架连接至顶部金属框形成2.4G wifi天线接入点和GPS天线接入点，顶部金属框通过一电气元件与接地层连接形成接地，从而通过调整副天线支架走线、各接入点的位置来优化天线的性能。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的基于金属边框的天线结构示意图；
图2是本发明第二实施方式的基于金属边框的天线结构示意图；
图3是本发明中的电路板top面的主天线示意图；
图4是本发明中的电路板bottom面的主天线示意图；
图5是本发明中的底部金属框的主天线示意图；
图6是本发明中的主天线支架正面结构示意图；
图7是本发明中的主天线支架反面结构示意图；
图8是本发明中的电路板top面的分集天线示意图；
图9是本发明中的电路板bottom面的5G Wifi天线和GPS天线示意图；
图10是本发明中的电路板bottom面的2.4G Wifi天线示意图；
图11是本发明中的顶部金属框的副天线示意图；
图12是本发明中的副天线支架正面结构示意图；
图13是本发明中的副天线支架反面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种基于金属边框的天线。具体如图1所示，基于金属边框的天线包括：电路板11以及金属边框12。电路板11至少包括一接地层(图未示)，电路板11上设置有天线组件13。金属边框12置于电路板11的边缘，包括底部金属框121，顶部金属框122，左端金属框123以及右端金属框124，底部金属框121上设置2条第一断点缝隙125，顶部金属框上设置2条第二断点缝隙126，左端金属框123和右端金属框124与接地层连接。天线组件13至少包括一馈电点，馈电点与底部金属框121或顶部金属框122连接，以对天线信号进行辐射。由于天线组件13的性能与第一断点缝隙125和第二断点缝隙126的位置及宽度相关，可以调整第一断点缝隙125和第二断点缝隙126的位置及宽度来调试天线的性能，从而能够优化天线的性能。
在本发明实施方式中，2条第一断点缝隙以及2条第二断点缝隙形成中心对称。左侧的第一断点缝隙125以及第二断点缝隙126距离左侧边缘位置为12mm，右侧的第一断点缝隙125以及第二断点缝隙126距离右侧边缘位置为12mm。
参见图2，底部金属框121上还设置有一耳机孔127，顶部金属框122上还设置有一USB孔128。电路板11至少包括露铜区130，露铜区130为接地层的一部分。左端金属框123和右端金属框124通过一导电体与露铜区130连接，从而实现与电路板11的接地层的连接。
基于金属边框的天线还包括后壳14，后壳14内表面涂覆有导电层(图未示)。导电层与电路板11的接地层连接形成接地。具体导电层通过露铜区130与接地层连接，而左端金属框123和右端金属框124通过导电体与后壳14的导电层连接进而形成接地。导电体为导电泡棉或导电布。
在本发明实施方式中，天线组件13包括主天线131和副天线132。电路板11包括位于底部的第一净空区110和位于顶部的第二净空区111，主天线131设置在第一净空区110，副天线132设置在第二净空区111。
在本发明实施方式中，参见图3-7，主天线131包括主天线本体(图未示)和主天线支架133，主天线本体的第一馈电点1311与底部金属框121的第一金属弹片1211连接形成第一主天线接入点，一调谐开关1312与底部金属框121的第二金属弹片1212连接形成第二主天线接入点，主天线本体的地馈点1313通过主天线支架133与底部金属框121接触形成接地。
具体地，第一馈电点1311位于电路板11的顶(top)面，底部金属框121伸出的第一金属弹片1211接触，此处为连接底部金属框121的第一主天线接入点。该第一主天线接入点距离右侧边缘位置优选为20.77mm，距离左侧边缘位置优选为51.16mm。调谐开关1312和地馈点1313位于电路板11的底面(bottom)。调谐开关1312通过电路板11铺铜与底部金属框121伸出的第二金属弹片1212接触，此处为连接底部金属框121的第二主天线接入点，此第二金属弹片1212距右侧边缘位置优选为27.96mm，距离左侧边缘位置优选为43.97mm。引入调谐开关1312的目的是针对不同频段进行不同的优化调整，特别适用于有双低频的应用中。地馈点1313与主天线支架133接触，具体地馈点1313与设置在主天线支架133反面的导电泡棉15接触，进而通过主天线支架133的版图(Pattern)走线与底部金属框121接触。参见图6和7，其中图6为主天线支架133的正面，图7为主天线支架133的反面。主天线支架133的宽度优选为22.08±0.10mm，主天线支架133的长度优选为48.19±0.10mm，主天线支架133还通过导电泡棉15与数据卡内壳16接触。其中导电泡棉15优选为5.8×6.0mm。
本发明实施方式的天线支持以下所列频段：GSM850(824MHZ-894MHZ)，GSM900(880-960MHZ)，DCS1800(1710-1880MHZ)，PCS1900(1850-1990MHZ)，WCDMA B1(1920-2170MHZ)，WCDMAB2(1850-1990MHZ)，WCDMA B5(824-894MHZ)，WCDMA B8(880-960MHZ)，LTEFDDB1(1920-2170MHZ)，LTE FDD B3(1710-1880MHZ)，LTE FDD B7(2500-2690MHZ)，LTE FDDB8(880-960MHZ)，LTE FDD B20(791-862MHZ)。其中，长期演进(Long Term Evolution，LTE)的所有频段都采用分集接收。对本发明实施方式的天线实测空中下载(Over-the-Air，OTA)技术主天线有源数据如表1。其中TRP(Total Radiant Power)为总辐射功率，TIS(totalisotropic sensitivity)为总全向灵敏度。
表1实测OTA主天线有源数据
本发明实施方式可以通过调整主天线支架133走线，调整第一主天线接入点和第二主天线接入点的位置，调整调谐开关1312的不同匹配值与天线匹配来调谐天线频率点，最终实现并优化主天线131的性能。
在本发明实施方式中，参见图8-13，副天线132为单极天线，包括分集天线1321、2.4G wifi天线1322、5G wifi天线1323、GPS天线1324以及副天线支架1325。第二净空区域包括分集天线净空区域1111，2.4G Wifi天线净空区域1112、5G Wifi天线净空区域1113以及GPS天线净空区域1114。其中，分集天线净空区域1111位于电路板11的top面，2.4G Wifi天线净空区域1112、5G Wifi天线净空区域1113以及GPS天线净空区域1114位于电路板11的bottom面。
参见图8和图11，分集天线1321的第二馈电点与顶部金属框122形成分集天线接入点。具体分集天线1321的第二馈电点与顶部金属框122的第三金属弹片1221接触形成分集天线接入点，该分集天线接入点距离右侧边缘位置优选为14.01mm，距离左侧边缘位置优选为57.92mm。表2为不断调试并优化出来的实测分集天线1321的无源数据。本发明实施方式可以通过调整该分集天线接入点的位置和调试天线匹配来调谐天线频率点，最终实现并优化分集天线性能。
表2实测分集天线无源数据
参见图9和图12-13，5G wifi天线1323的第三馈电点与副天线支架1325连接。在本发明实施方式中，为了各个天线性能综合考虑，可将5G Wifi天线设计成仅支架天线，并且可以通过调整天线支架走线和天线匹配来调谐天线频率点。表3为不断调试并优化出来的实测5G wifi天线1323的无源数据。副天线支架1325的长度优选为64.76±0.10mm，宽度优选为15.18±0.10mm。在副天线支架1325的反面设置有导电泡棉17，并通过导电泡棉17与电路板上的地馈点接触。导电泡棉17优选为5.8×6.44mm。
表3实测5G wifi天线无源数据。
参见图9-13，2.4G wifi天线1322的第四馈电点和GPS天线1324的第五馈电点分别通过副天线支架1325连接至顶部金属框122形成2.4G wifi天线接入点和GPS天线接入点，并且顶部金属框122通过一电气元件与接地层连接形成接地。具体地，2.4G wifi天线1322的第四馈电点与副天线支架1325中的2.4G wifi天线支架接触，并通过副天线支架1325上的一段版图走线连接至顶部金属框122的第四金属弹片1222形成2.4G wifi天线接入点。如此可以通过调整副天线支架1325中的2.4G wifi天线支架的走线，调整2.4G wifi天线接入点的位置和调试天线匹配来调谐天线频率点，最终实现并优化该2.4G Wifi天线的性能。表4为不断调试并优化出来的实测2.4G wifi天线1322的无源数据。
表4实测2.4G wifi天线无源数据
位于电路板11的bottom面的GPS天线1324的第五馈电点与副天线支架1325中的GPS天线支架接触，通过副天线支架1325上的一段版图走线连接至顶部金属框122的第五金属弹片1223形成GPS天线接入点，然后通过顶部金属框122与接地层连接形成接地。如此可以通过调整副天线支架1325中的GPS天线支架走线，调整GPS天线接入点的位置和调试天线匹配来调谐天线频率点，最终实现并优化了该GPS天线的性能。表5为不断调试并优化出来的实测GPS天线1324的无源数据。
表5实测GPS天线无源数据
以上提到的各数据包括：馈电点的个数，各接入点的位置，主天线支架以及副天线支架的走线，天线匹配，各缝隙距两端的距离，缝隙的宽度，都是经过不断调试并优化出来的数据。实测天线数据见以上表1-5所示，可以看到，基于金属边框的天线的性能已经基本达到一般塑胶壳天线的性能。
本发明还提供一种移动终端，包括前述的基于金属边框的天线，在此不再赘述。
相对于现有技术而言，电路板，至少包括一接地层，电路板上设置有天线组件；金属边框，置于电路板的边缘，包括底部金属框，顶部金属框，左端金属框以及右端金属框，底部金属框上设置2条第一断点缝隙，顶部金属框上设置2条第二断点缝隙，左端金属框和右端金属框与接地层连接；天线组件至少包括一馈电点，馈电点与底部金属框或顶部金属框连接，以对天线信号进行辐射，可以通过调整断点缝隙的位置及宽度调试天线的性能，从而能够优化天线的性能。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于金属边框的天线，其特征在于，所述天线包括：
电路板，至少包括一接地层，所述电路板上设置有天线组件；
金属边框，置于所述电路板的边缘，包括底部金属框，顶部金属框，左端金属框以及右端金属框，所述底部金属框上设置2条第一断点缝隙，所述顶部金属框上设置2条第二断点缝隙，所述左端金属框和所述右端金属框与所述接地层连接；
所述天线组件至少包括一馈电点，所述馈电点与所述底部金属框或所述顶部金属框连接，以对天线信号进行辐射。
2.根据权利要求1所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述天线组件的性能与所述第一断点缝隙以及所述第二断点缝隙的位置及宽度相关。
3.根据权利要求2所述的基于金属边框的天线，其特征在于，2条所述第一断点缝隙以及2条所述第二断点缝隙形成中心对称。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述天线组件包括主天线和副天线，所述电路板包括位于底部的第一净空区和位于顶部的第二净空区，所述主天线设置在所述第一净空区，所述副天线设置在所述第二净空区。
5.根据权利要求4所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述主天线包括主天线本体和主天线支架，所述主天线本体的第一馈电点与所述底部金属框的第一金属弹片连接形成第一主天线接入点，一调谐开关与所述底部金属框的第二金属弹片连接形成第二主天线接入点，所述主天线本体的地馈点通过所述主天线支架与所述底部金属框接触形成接地。
6.根据权利要求4所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述副天线为单极天线，包括分集天线、2.4G wifi天线、5G wifi天线、GPS天线以及副天线支架。
7.根据权利要求6所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述分集天线的第二馈电点与所述顶部金属框形成分集天线接入点。
8.根据权利要求7所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述5G wifi天线的第三馈电点与所述副天线支架连接，所述2.4G wifi天线的第四馈电点和所述GPS天线的第五馈电点分别通过所述副天线支架连接至所述顶部金属框形成2.4G wifi天线接入点和GPS天线接入点，所述顶部金属框通过一电气元件与所述接地层连接形成接地。
9.根据权利要求1-8任一顶所述的基于金属边框的天线，其特征在于，所述基于金属边框的天线还包括后壳，所述电路板至少包括露铜区，所述后壳内表面涂覆有导电层，所述导电层通过所述露铜区与所述接地层连接，所述左端金属框和所述右端金属框通过所述导电体与所述后壳的所述导电层连接进而形成接地。
10.一种移动终端，其特征在于，包括：后壳以及如权利要求1-9所示的基于金属边框的天线，所述后壳内表面涂覆有导电层，所述导电层与所述电路板的接地层连接形成接地。
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