CN110534874B - 一种终端设备天线装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种终端设备天线装置及实现方法，涉及天线领域，所述方法包括：在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域；在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元；所述天线拓扑单元在利用所述终端设备主板提供的射频信号，得到工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配。本发明实施例解决了现有技术中无法在有限尺寸下多个宽频段同时实现工作的技术问题，同时大大提高电磁兼容特性。

Description

一种终端设备天线装置及实现方法

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种终端设备天线装置及实现方法。

背景技术

现有的无线移动终端大多采用单极子天线、平面倒F天线(Planar Inverted-FAntenna，PIFA)、环形天线等类型的天线。这些天线若要满足所需覆盖的频段，其物理尺寸会很大，而且其中单一类型天线的带宽不能达到无线移动终端通信的工作要求。目前，对于要覆盖长期演进(Long Term Evolution，LTE)频段的天线设计，不仅要求天线的回波损耗及增益和效率等天线性能良好，而且还要求天线的尺寸尽可能小。根据天线原理可知，传统的天线尺寸需要达到工作波长的二分之一或者四分之一才能谐振工作，这对于本来体积较小的无线移动终端来说很难找到合适的空间放置这些天线，所以传统的天线形式不能满足无线数据传输对天线的要求。因此，如何在体积较小的无线移动终端保证天线具有小型化且高性能的工作状态是亟待解决的问题。

现有技术给出了一种无线终端的天线设计方法及数据卡单板。该天线设计方法包括:在无线终端的数据卡单板上划分出一个无其他金属布线的半封闭区域；在所述天线走线与所述数据卡单板之间进行耦合。还公开了一种无线终端的数据卡单板。通过该现有技术，能够降低天线的比吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)值的同时，实现宽频的工作带宽。该现有技术的缺陷为：

1.辐射区域为半封闭区域，受环境影响大，金属地电流不平衡，电流路径欧姆损耗大，抗静电放电(Electro-Static discharge，ESD)效果差。

2.辐射天线净空要求大，净空约为最低工作频率的1/4波长,工作频带窄。

发明内容

本发明实施例提供的一种终端设备天线装置及实现方法，解决现有技术中无法在有限尺寸下多个宽频段同时实现工作的问题。

根据本发明实施例提供的一种终端设备天线装置的实现方法，包括：

在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域；

在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元；

所述天线拓扑单元在利用所述终端设备主板提供的射频信号，产生工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配。

优选地，所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，所述在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域包括：

在所述终端设备主板的每层印刷电路层的金属地上均划分出全封闭非金属区域。

优选地，所述在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元包括：

在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域内布置所述天线拓扑单元。

优选地，所述天线拓扑单元包括：与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生所述工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件，所述天线拓扑单元在利用所述终端设备主板提供的射频信号，得到工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地期间，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配包括：

在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号；

对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

优选地，还包括：

在所述第一辐射体至所述第四辐射体中的至少一个上布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一金属耦合片，通过所述第一金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第一金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合；和/或

在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第二金属耦合片，通过所述第二金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第二金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合。

根据本发明实施例提供的一种终端设备天线装置，包括：

金属地，位于终端设备主板上，具有用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域；

天线拓扑单元，布置在所述全封闭非金属区域内，用于在利用所述终端设备主板提供的射频信号，产生工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配。

优选地，所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，每层印刷电路层的金属地上均具有全封闭非金属区域。

优选地，所述天线拓扑单元布置在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域。

优选地，所述天线拓扑单元包括：与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生所述工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件，其中，在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号，对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

优选地，还包括：

第一金属耦合片，布置在所述第一至第四辐射体中的至少一个上，其与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的耦合；和/或

第二金属耦合片，其布置在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域，且与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的二次耦合。

本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的小型化终端设备天线装置是能够满足终端设备覆盖LTE全频段的PCB印刷小型化的无线终端天线装置，能够解决现有技术中无法在有限尺寸下多个宽频段同时实现工作的技术问题，同时大大提高电磁兼容特性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的终端设备天线装置的实现方法流程图；

图2是本发明实施例提供的无线终端及天线装置的连接结构示意图；

图3是本发明实施实例提供的终端设备的天线装置的结构示意图；

图4是本发明实施实例提供的第一种终端设备天线结构示意图；

图5是本发明实施实例提供的第二种终端设备天线结构示意图；

图6是本发明实施实例提供的第三种终端设备天线结构示意图；

图7是本发明实施实例提供的终端设备的等效电路图；

图8是本发明实施实例提供的应用于无线终端天线上时的S11参数图；

图9是本发明实施实例提供的应用于无线终端天线上时辐射效率图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的终端设备天线装置的实现方法流程图，如图1所示，步骤包括：

步骤S101：在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域。

步骤S101包括：所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，在所述终端设备主板的每层印刷电路层的金属地上均划分出全封闭非金属区域。例如，如果终端设备主板具有顶层和底层两层电路层，则在所述终端设备主板顶层的金属地上划分出全封闭非金属区域，并在所述终端设备主板底层的金属地上划分出全封闭非金属区域。如果终端设备主板的顶层和底层之间还具有内层(至少一层)，侧在内层的每层金属地上也划分出全封闭非金属区域。

步骤S102：在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元。

步骤S102包括：在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域内布置所述天线拓扑单元。例如，在顶层金属地的全封闭非金属区域内和/或底层金属地的全封闭非金属区域内和/或内层金属地的全封闭非金属区域内布置所述天线拓扑单元。

所述天线拓扑单元包括：与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生所述工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件。

步骤S103：所述天线拓扑单元在利用所述终端设备主板提供的射频信号，产生工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配。

步骤S103包括：在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号；对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

所述方法还包括：在所述第一辐射体至所述第四辐射体中的至少一个上布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一金属耦合片，通过所述第一金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第一金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合；和/或在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第二金属耦合片，通过所述第二金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第二金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合。

本发明实施例的终端天线的辐射区域为全封闭区域，受环境影响小，金属地电流呈现平衡电流，辐射特性好。“O”形封闭回路比“C”形回路电流路径欧姆阻抗小，损耗小，辐射效率高。全封闭结构抗ESD(静电放电)效果良好。

本发明实施例的辐射天线净空小，净空约为0.05λ0.025λ(最低工作频率698MHz)，远远小于1/4波长，满足LTE698-960MHz&1710-2690MHz工作频带。

本发明实施例还提供了一种终端设备天线装置，包括：

金属地，位于终端设备主板上，具有用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域。所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，每层印刷电路层的金属地上均具有全封闭非金属区域。例如，金属地具体包括位于所述终端设备主板顶层印刷电路层的顶层金属地和位于所述终端设备主板底层印刷电路层的底层金属地，所述顶层金属地和所述底层金属地均具有全封闭非金属区域。如果所述终端设备主板具有两层以上印刷电路层，即顶层和底层之间存在内层(其具有至少一层印刷电路层)，则金属地还包括内层的每层印刷电路层的内层金属地。

天线拓扑单元，布置在所述全封闭非金属区域内，具体可以布置在所述顶层金属地的全封闭非金属区域和/或所述底层金属地的全封闭非金属区域，用于在利用所述终端设备主板提供的射频信号，产生工作电流，并将所述工作电流耦合到所述金属地，利用局域谐振多阶回波差分抑制方式，实现宽带阻抗匹配。所述天线拓扑单元布置在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域，例如设置在顶层金属地的全封闭非金属区域，或者设置在顶层金属地的全封闭非金属区域和内层金属地的全封闭非金属区域等。其中，所述天线拓扑单元包括：与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生所述工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件，其中，在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号，对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

进一步地，还包括：

第一金属耦合片，布置在所述第一至第四辐射体中的至少一个上，其与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的耦合；和/或

第二金属耦合片，其布置在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域，且与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的二次耦合。

下面列举本发明实施例的天线装置的应用场合，以将本发明实施例的天线装置应用于终端无线终端产品的主板为例。

图2是本发明实施例提供的无线终端及天线装置的连接结构示意图，图3是本发明实施实例提供的终端设备的天线装置的结构示意图，如图2和图3所示。

该终端设备的天线装置，用于笔记本，PC机，PAD等数码产品的无线终端产品上。无线终端的接口可以是USB接口，PCMCIA接口(PC内存卡接口)，Express接口或其他电子设备接口。

无线终端包括主板12和USB接口3，使用时通过末端的USB接口3与笔记本，PC机等设备相连。无线终端产品的主板12是双层覆铜介质板，材料为非金属材料，无线终端产品的主板中间有一片顶层非金属区域4和底层非金属区域5留给天线拓扑单元9。主板上除去非金属区域剩下的区域为金属地。并且无线终端产品顶层和底层的金属地要共地。天线区域的尺寸为11mm×21mm×2mm。

实施例1

图3是本发明实施实例提供的终端设备的天线装置的结构示意图，如图3所示，包括顶层金属地1，顶层金属地1为一平面，位于终端设备主板12的正面。底层金属地2位于主板12的底面。天线终端设备主板12的材料为非金属材料，终端设备主板12的金属区域中包含多层印刷电路层。USB接口3与其他数码设备相连。

天线拓扑单元9围绕终端设备主板12的顶层金属地1的顶层非金属区域4和底层金属地2的底层非金属区域5铺设。其中顶层非金属区域4和底层非金属区域5可以为方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状，并不局限于本实施例图2所示的矩形，且顶层非金属区域4和底层非金属区域5的形状不一定完全相同。天线拓扑单元9的馈电端口11与终端设备主板提供的射频信号输出端口相连，天线拓扑单元9的馈电端口11的地与终端设备主板的金属地相连。

图4是本发明实施实例提供的第一种终端设备天线结构示意图，如图4所示,天线拓扑单元9包括：顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，第一集总元件7，第二集总元件8，第三集总元件10和第一金属壁6。其中顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93和顶层第四辐射体94可以为但不局限于方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状平面分布，采用印制或者焊接的方式设置于该非金属区域。在本实施例中，顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92和顶层第四辐射体94均采用矩形辐射贴片，顶层第三辐射体93采用图2中所示的一段电感弯折线。顶层第三辐射体93通过顶层第四辐射体94与顶层第一辐射体91形成耦合连接。顶层第三辐射体93通过第三集总元件10与短路枝节95相连，并通过短路枝节95与顶层金属地1相连。第一金属壁6通过第一集总元件和第二集总元件与顶层金属地1相连。其中第一集总元件7、第二集总元件8和第三集总元件10可为电容、电感、电阻等器件的一种或组合，且调整该集总元件的参数和分布位置，可以进一步调整天线的谐振特性。顶层第四辐射体94与顶层金属地1之间留有缝隙。顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，第一金属壁6均采用金属材料。

基于上面描述的本实施例的终端设备的天线装置，在发射过程中，终端设备主板上的射频信号通过馈电端口11馈入到顶层天线拓扑单元9，使天线拓扑单元9激起工作电流，该工作电流耦合到顶层金属地1和底层金属地2中，其中天线拓扑单元9相当于一个谐振电路，再通过短路枝节流入顶层金属地1和底层金属地2，进而形成一个完整的辐射谐振电路。具体地说，在发射过程中，终端设备主板12上的射频信号从馈电端口11馈入到顶层第二辐射体92，使得顶层第二辐射体92激励起电流，该工作电流的一部分通过顶层第一辐射体91进入顶层第四辐射体94和顶层第三辐射体93中，再经过第三集总元件10和短路枝节95进入到主板的金属地。另一部分电流通过顶层第一辐射体91与顶层金属地1之间的缝隙耦合到主板的金属地，形成电流回路。

图7是本发明实施实例提供的终端设备的等效电路图，如图7所示。顶层第二辐射体92等效为第一分布电感Lse，顶层第一辐射体等效为辐射电阻Rse，顶层第一辐射体与顶层第四辐射体产生第一耦合电容Cse。顶层第三辐射体等效成第二分布电感Lsh。顶层第二辐射体与顶层金属地1之间产生第二耦合电容Csh，和辐射导纳Gr，同时第三集总元件产生集总电容C1。频率较低的射频能量从馈电端口11进入由第一分布电感Lse和第一耦合电容Cse所组成的网络产生的回波信号与由第二分布电感Lsh、第二耦合电容Csh和集总电容C1所组成的网络产生的反射信号具有反相的相差，进行多次差分相消，从而阻止回波信号进入馈电端口11。部分无法抵消的差分信号在多次反射的过程中经由第一辐射体等效为辐射电阻Rse和辐射导纳Gr吸收，进而进一步增加了频带宽度。

实现时，主要适当调节Lse,Cse,Lsh,Csh和C1的大小，就可以控制整个天线装置的局域谐振状态。实现时，通过优化天线装置结构中的第一辐射体91，第二辐射体92，第三辐射体93，第四辐射体94的形状和尺寸，优化的辐射体之间，辐射体与数据卡主板之间耦合缝隙的大小，优化集总元件的参数以及分布位置，可以调节天线装置的谐振及匹配状态，并最终达到完全覆盖目标带宽的要求。

实施例2

图5是本发明实施实例提供的第二种终端设备天线结构示意图，如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在天线顶层第三辐射体93上设置金属耦合片13，金属耦合片13与天线辐射体之间采用印刷层之间的非金属介质或者空气介质进行耦合。金属耦合片13与数据卡主板12之间存在有缝隙，通过所述缝隙金属耦合片13与数据卡主板12之间进行耦合，从而实现天线辐射体与数据卡主板12之间的二次耦合。

如图3所示，天线拓扑单元9围绕终端设备主板12的顶层金属地1的顶层非金属区域4和底层金属地2的底层非金属区域5铺设。其中顶层非金属区域4和底层非金属区域5可以为方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状，并不局限于本实施例图4所示的矩形，且顶层非金属区域4和底层非金属区域5的形状不一定完全相同。天线拓扑单元9的馈电端口11与终端设备主板提供的射频信号输出端口相连，天线拓扑单元9的馈电端口11的地与终端设备主板的金属地相连。

如图5所示,天线拓扑单元9包括：顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，金属辐射贴片13、第一集总元件7，第二集总元件8，第三集总元件10和第一金属壁6。其中顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93和顶层第四辐射体94可以为但不局限于方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状平面分布，采用印制或者焊接的方式设置于该非金属区域。在本实施例中，顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92和顶层第四辐射体94均采用矩形辐射贴片，顶层第三辐射体93采用图2中所示的一段电感弯折线。其中，金属辐射贴片13的可以为但不局限于方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状，在本实施例中，金属辐射贴片13采用矩形金属片。且金属耦合片13可以对顶层天线辐射体全部或者部分贴片，不局限于本实施例中仅对顶层第三辐射体93进行贴片。顶层第三辐射体93通过顶层第四辐射体94与顶层第一辐射体91形成耦合连接，顶层第三辐射体93通过第三集总元件10与短路枝节95相连，并通过短路枝节95与顶层金属地1相连。顶层第三辐射体93与金属辐射贴片13之间可以完全绝缘，或者可以在适当位置通过增加一个或者多个导电连接点实现导电连接。第一金属壁6通过第一集总元件和第二集总元件与顶层金属地1相连。其中第一集总元件7、第二集总元件8和第三集总元件10可为电容、电感、电阻等器件的一种或组合，且调整该集总元件的参数和分布位置，可以进一步调整天线的谐振特性。顶层第四辐射体94与顶层金属地1之间留有缝隙。顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，金属辐射贴片13和第一金属壁6均采用金属材料。

基于上面描述的本发明的终端设备的天线装置，在发射过程中，终端设备主板12上的射频信号从馈电端口11馈入到顶层第二辐射体92，使得顶层第二辐射体92激励起电流，该工作电流的一部分通过顶层第一辐射体91进入顶层第四辐射体94和顶层第三辐射体93中，再经过第三集总元件10和短路枝节95进入到主板的金属地。另一部分电流通过顶层第一辐射体91与顶层金属地1之间的缝隙耦合到主板的金属地，形成电流回路。同时，顶层第三辐射体93和金属耦合片13以及数据卡主板12之间封过缝隙产生多次耦合，从而产生多个谐振点，拓宽了天线的工作频带。

实现时，通过优化天线装置结构中的第一辐射体91，第二辐射体92，第三辐射体93，第四辐射体94和金属辐射片13的形状和尺寸，优化的辐射体之间，辐射体与数据卡主板之间，金属辐射体与数据卡主板之间，金属辐辐射片与天线辐射体之间耦合缝隙的大小，优化集总元件的参数以及分布位置，可以调节天线装置的谐振及匹配状态，并最终达到完全覆盖目标带宽的要求。

实施例3

图6是本发明实施实例提供的第三种终端设备天线结构示意图，如图6所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：在天线底层非金属区域5内设置金属耦合片14，金属耦合片14采用印制或者焊接的方式设置于该非金属区域。金属耦合片14与数据卡主板12之间存在有缝隙，通过所述缝隙金属耦合片14与数据卡主板12之间进行耦合，从而实现天线辐射体与数据卡主板12之间的二次耦合。

如图3所示，天线拓扑单元9围绕终端设备主板12的顶层金属地1的顶层非金属区域4和底层金属地2的底层非金属区域5铺设。其中顶层非金属区域4和底层非金属区域5可以为方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状，并不局限于本实施例图2所示的矩形，且顶层非金属区域4和底层非金属区域5的形状不一定完全相同。天线拓扑单元9的馈电端口11与终端设备主板提供的射频信号输出端口相连，天线拓扑单元9的馈电端口11的地与终端设备主板的金属地相连。

如图6所示,天线拓扑单元9包括：顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，金属辐射贴片14、第一集总元件7，第二集总元件8，第三集总元件10和第一金属壁6。其中顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93和顶层第四辐射体94可以为但不局限于方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状平面分布，采用印制或者焊接的方式设置于该非金属区域。在本实施例中，顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92和顶层第四辐射体94均采用矩形辐射贴片，顶层第三辐射体93采用图2中所示的一段电感弯折线。其中，金属辐射贴片14的可以为但不局限于方形、圆形、菱形、梯形、三角形等任意规则或者不规则的形状，在本实施例中，金属辐射贴片14采用矩形金属耦合片印制于底层非金属区5，其与顶层天线辐射体之间采用印刷层之间的非金属介质进行耦合，且可以为顶层天线辐射体全部或者部分投影区域进行贴片，不局限于本实施例中仅对顶层第三辐射体93的投影区域进行贴片。顶层第三辐射体93通过顶层第四辐射体94与顶层第一辐射体91形成耦合连接，顶层第三辐射体93通过第三集总元件10与短路枝节95相连，并通过短路枝节95与顶层金属地1相连。顶层第三辐射体93与金属辐射贴片14之间可以完全绝缘，或者可以在适当位置通过增加一个或者多个导电连接点实现导电连接。第一金属壁6通过第一集总元件和第二集总元件与顶层金属地1相连。其中第一集总元件7、第二集总元件8和第三集总元件10可为电容、电感、电阻等器件的一种或组合，且调整该集总元件的参数和分布位置，可以进一步调整天线的谐振特性。顶层第四辐射体94与顶层金属地1之间留有缝隙。顶层第一辐射体91，顶层第二辐射体92，顶层第三辐射体93，顶层第四辐射体94，金属辐射贴片14和第一金属壁6均采用金属材料。

基于上面描述的本发明的终端设备的天线装置，在发射过程中，终端设备主板12上的射频信号从馈电端口11馈入到顶层第二辐射体92，使得顶层第二辐射体92激励起电流，该工作电流的一部分通过顶层第一辐射体91进入顶层第四辐射体94和顶层第三辐射体93中，再经过第三集总元件10和短路枝节95进入到主板的金属地。另一部分电流通过顶层第一辐射体91与顶层金属地1之间的缝隙耦合到主板的金属地，形成电流回路。同时，顶层第三辐射体93和金属耦合片14以及数据卡主板12之间封过缝隙产生多次耦合，从而产生多个谐振点，拓宽了天线的工作频带，

实现时，通过优化天线装置结构中的第一辐射体91，第二辐射体92，第三辐射体93，第四辐射体94和金属辐射片14的形状和尺寸，优化的辐射体之间，辐射体与数据卡主板之间，金属辐射体与数据卡主板之间，金属辐辐射片与天线辐射体之间耦合缝隙的大小，优化集总元件的参数以及分布位置，可以调节天线装置的谐振及匹配状态，并最终达到完全覆盖目标带宽的要求。

综上所述，本发明各个实施例通过在数据卡上开一个无金属区域，在该无金属区域内仅包含有如天线辐射体、金属耦合片和缝隙等设计要素。通过优化该无金属区域的形状及该无金属区域内的设计要素，最终实现完全覆盖目标频段的要求。

本发明实施例所述天线辐射单元的形状并不局限于本实施例中采用的形状，且辐射贴片的尺寸，辐射贴片间缝隙的大小不限于本发明实施例中所采用的尺寸。

本发明实施例所述无金属区域的形状可以是任意规则或者不规则的形状，并不限于本发明实施例中所采用的形状，主板顶层的无金属区域与主板底层无金属区域的形状也不需要完全相同。

本发明实施例所述谐振网络可以采用电感和/或电容中的一个组成，或者，若干个数的电感、电容串和/或并的组合。

本发明不限于工作在本发明实施例中的频带范围，可根据工作频段需求，调整天线的尺寸，以满足工作频带的要求。

图8是本发明实施实例提供的应用于无线终端天线上时的S11参数图，天线装置在覆盖了所需的LTE频段698MHz～960MHz&1710MHz～2690MHz，满足天线高性能的要求。

图9是本发明实施实例提供的应用于无线终端天线上时辐射效率图，天线装置在低频的辐射效率大于60％，在高频段天线的辐射效率的大于60％。可以看出，该终端天线装置覆盖了所需的LTE频段698MHz～960MHz&1710MHz～2690MHz，因此具有高效率的特点，满足天线高性能的要求。

综上所述，本发明的实施例具有以下技术效果：

1.通过金属围边封闭结构，实现辐射区域全封闭区域，平衡金属地电流；

2.通过金属围边封闭结构，实现“O”形封闭回路，比“C”形回路电流路径欧姆阻抗小，损耗小，辐射效率高，抗ESD效果良好；

3.通过局域谐振多阶回波差分抑制方法，实现小型化高电抗下的宽带阻抗匹配，减小了天线净空小，净空约为0.05λ×0.025λ(最低工作频率698MHz)，远远小于1/4波长的要求，同时覆盖LTE698-960，1710-2690宽频段。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种终端设备天线装置的实现方法，其特征在于，包括：

在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域；

在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元，其中，所述天线拓扑单元包括：与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件；

在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号；

对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，所述在终端设备主板的金属地上划分出用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域包括：

在所述终端设备主板的每层印刷电路层的金属地上均划分出全封闭非金属区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所划分的全封闭非金属区域内布置天线拓扑单元包括：

在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域内布置所述天线拓扑单元。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一辐射体至所述第四辐射体中的至少一个上布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一金属耦合片，通过所述第一金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第一金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合；和/或

在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域布置与所述终端设备主板之间存在缝隙的第二金属耦合片，通过所述第二金属耦合片与所述终端设备主板之间的所述缝隙，将所述第二金属耦合片与所述终端设备主板进行耦合。

5.一种终端设备天线装置，其特征在于，包括：

金属地，位于终端设备主板上，具有用于平衡金属地电流的全封闭非金属区域；

天线拓扑单元，布置在所述全封闭非金属区域内，包括与所述终端设备主板之间存在缝隙的第一辐射体、用于产生工作电流的第二辐射体、第三辐射体、第四辐射体，以及集总元件；

其中，在所述天线拓扑单元处于局域谐振状态期间，由所述第二辐射体、所述第一辐射体和所述第四辐射体形成的等效网络产生回波信号，由所述第三辐射体、所述集总元件、所述金属地和所述第二辐射体形成的等效网络产生反射信号，对所述回波信号和所述反射信号进行差分抵消处理，得到差分信号，并利用第一辐射体，吸收所述差分信号，从而实现宽带阻抗匹配。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述终端设备主板具有至少两层印刷电路层，每层印刷电路层的金属地上均具有全封闭非金属区域。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述天线拓扑单元布置在至少一层印刷电路层的金属地的全封闭非金属区域。

8.根据权利要求5-7任一项所述的装置，其特征在于，还包括：

第一金属耦合片，布置在所述第一至第四辐射体中的至少一个上，其与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的耦合；和/或

第二金属耦合片，其布置在未布置所述天线拓扑单元的非金属区域，且与所述终端设备主板之间存在有缝隙，用于通过与所述终端设备主板之间的所述缝隙，实现与所述终端设备主板的二次耦合。

Images