一種終端設備的天線裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種終端設備的天線裝置，包括天線支架和天線拓撲單元，天線支架位于終端設備主板的非金屬區域的一面，天線拓撲單元圍繞著終端設備主板的非金屬區域以及天線支架布設，天線拓撲單元的饋電端口與終端設備主板提供的射頻信號輸出端口相連，天線拓撲單元的接地端口與終端設備主板的金屬地相連。本發明的所述裝置僅占用終端設備主板頂部一小部分非金屬區域的面積的前提下實現LTE頻段的高增益高效率的工作性能，打破了傳統的天線尺寸必須要達到工作波長的二分之一天線才能諧振工作的限制，符合諧振天線小型化高性能的要求，適用于各種終端類產品。
【專利說明】一種終端設備的天線裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通訊和電信【技術領域】，尤其涉及一種終端設備的天線裝置。
【背景技術】
[0002]隨著無線通訊和電信技術的快速發展，無線終端設備如手機和平板電腦等、以及作為終端設備與網絡之間無線數據收發裝置的無線數據卡，需要高速率的數據傳輸以及較好的便攜性。同時，隨著通信制式的不斷演進，LTE (Long Term Evolut1n,長期演進)系統從正式提出至今，已經實現了從僅有理論概念發展到一定成熟規模的程度。作為下一代通信系統的演進方案，LTE系統滿足了人們對于通信高速率、低延遲的要求，所以對于要進行無線通信的終端設備的天線來說，要能夠覆蓋新的LTE系統工作頻段，這成為本領域研究的重點。
[0003]現有的無線移動終端,大多采用單極子天線、PIFA (Planar Inverted-F Antenna,平面倒F天線)、環形天線等類型的天線。這些天線若要滿足所需覆蓋的頻段工作，其物理尺寸會很大，而且其中單一類型天線的帶寬不能夠達到無線移動終端通信的工作要求。目前，對于要覆蓋LTE頻段的天線的設計，不僅天線的回波損耗及增益和效率等天線性能要良好，而且還要求天線的尺寸盡可能小。根據天線原理可知，傳統的天線尺寸需要達到工作波長的二分之一或者四分之一才能諧振工作，這對于本來體積較小的無線移動終端來說很難找到合適的空間放置這些天線，所以使用傳統的天線形式不能滿足無線數據傳輸對天線的要求。因此如何在體積較小的無線移動終端保證天線具有小型化且高性能的工作狀態是亟待解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，提供一種終端設備的天線裝置，能夠滿足終端設備對天線小型化及高性能的要求。
[0005]本發明采用的技術方案是，所述終端設備的天線裝置，包括天線支架和天線拓撲單元，天線支架位于終端設備主板的非金屬區域的一面，天線拓撲單元圍繞著終端設備主板的非金屬區域以及天線支架布設。
[0006]進一步的，所述天線拓撲單元的饋電端口與終端設備主板提供的射頻信號輸出端口相連，天線拓撲單元的接地端口與終端設備主板的金屬地相連。
[0007]進一步的，所述天線拓撲單元包括:平面彎折線、立體彎折線、貼片和導電連接部件，貼片和平面彎折線分別位于終端設備主板上兩個不同的印刷電路層，平面彎折線通過導電連接部件與貼片相連，平面彎折線的任一端與終端設備主板中任一印刷電路層的金屬地相連；
[0008]立體彎折線位于終端設備主板的任一印刷電路層上，立體彎折線的一端作為饋電端口與該印刷電路層上提供的射頻信號輸出端口相連，圍繞著貼片的形狀進行平面彎折且留有間隙，同時圍繞天線支架進行立體彎折后，其另一端懸空。
[0009]進一步的，貼片和平面彎折線分開布設，位于終端設備主板上的頂層印刷電路層和底層印刷電路層。
[0010]進一步的，在發射的過程中，終端設備主板上的射頻信號從饋電端口饋入到立體彎折線，使立體彎折線激勵起工作電流，該工作電流通過立體彎折線與貼片之間的間隙耦合到貼片中，貼片中的一部分工作電流通過導電連接部件流入平面彎折線，另一部分工作電流通過貼片與平面彎折線之間的間隙耦合到平面彎折線中，平面彎折線中的電流再回到終端設備主板的金屬地。
[0011 ] 進一步的，所述導電連接部件為金屬化過孔。
[0012]進一步的，所述天線支架為一立方體，其至少一面與終端設備主板的非金屬區域側面對齊。
[0013]進一步的，所述天線支架的尺寸根據所述立體彎折線所占的面積進行調整。
[0014]進一步的，所述天線支架的材料為ABS (丙烯一丁二烯一苯二烯共聚物)塑料。
[0015]進一步的，所述平面彎折線、立體彎折線和貼片均采用金屬材料。
[0016]進一步的，所述立體彎折線與所述平面彎折線的長度均根據天線裝置的工作頻率進行調節。
[0017]采用上述技術方案，本發明至少具有下列優點:
[0018]本發明所述終端設備的天線裝置，僅占用終端設備主板頂部一小部分非金屬區域的面積的前提下實現 LTE bandl2 (698MHz_746MHz)、LTE bandl3 (746MHz_787MHz)和GSM850/900 (824MHz-960MHz)頻段的高增益高效率的工作性能，打破了傳統的天線尺寸必須要達到工作波長的二分之一天線才能諧振工作的限制，符合諧振天線小型化高性能的要求，適用于各種終端類產品。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例終端設備的天線裝置的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例終端設備的天線裝置的詳細結構示意圖；
[0021]圖3為本發明實施例的終端設備的天線裝置的等效電路圖；
[0022]圖4為本發明實施例的天線裝置應用于智能手機上時的Sll參數圖；
[0023]圖5為本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡的主板上的結構示意圖；
[0024]圖6為本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡的主板上的詳細結構示意圖；
[0025]圖7為本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡上時的Sll參數圖；
[0026]圖8為本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡上時的輻射效率及峰值增益曲線。
【具體實施方式】
[0027]為更進一步闡述本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明進行詳細說明如后。
[0028]一種終端設備的天線裝置，如圖1所示，包括天線支架I和天線拓撲單元，天線支架I為一立方體，位于終端設備主板的非金屬區域2的一面，比如圖1中位于終端設備主板非金屬區域2的下方，或者也可以位于終端設備主板非金屬區域2的上方，天線支架I至少一面與終端設備主板的非金屬區域2側面對齊。天線支架I的材料可以為ABS塑料。終端設備主板的金屬區域3中包含多層印刷電路層。
[0029]圖2為終端設備的天線裝置的詳細結構示意圖。如圖2所示，天線拓撲單元圍繞著終端設備主板的非金屬區域2以及天線支架I布設，天線拓撲單元的饋電端口 3與終端設備主板提供的射頻信號輸出端口相連，天線拓撲單元的接地端口 4與終端設備主板的金屬地相連。
[0030]天線拓撲單元包括:平面彎折線5、立體彎折線6、貼片7和導電連接部件8，貼片7和平面彎折線5分別位于終端設備主板上兩個不同的印刷電路層，平面彎折線5通過導電連接部件8與貼片7相連，平面彎折線5的任一端與終端設備主板中任一印刷電路層的金屬地相連；導電連接部件8可以為金屬化過孔。平面彎折線5、立體彎折線6和貼片7均采用金屬材料。
[0031]立體彎折線6位于終端設備主板的任一印刷電路層上，立體彎折線6的一端作為饋電端口 3與該印刷電路層上提供的射頻信號輸出端口相連，圍繞著貼片的形狀進行平面彎折且留有間隙，同時沿著天線支架I上與終端設備主板的非金屬區域2側面對齊的一面，圍繞天線支架I進行立體彎折后，其另一端懸空。天線支架I的尺寸即長寬高可以根據立體彎折線6所占的面積進行調整。立體彎折線6與平面彎折線5的長度均可以根據天線裝置的工作頻率進行調節。
[0032]為了便于加工，優選的，貼片7和平面彎折線5分別位于終端設備主板上的頂層印刷電路層和底層印刷電路層。或者，貼片7和平面彎折線5分別位于終端設備主板上的底層印刷電路層和頂層印刷電路層。
[0033]基于上面描述的本發明的終端設備的天線裝置，在發射的過程中，終端設備主板上的射頻信號從饋電端口 3饋入到立體彎折線6，使立體彎折線6激勵起工作電流，該工作電流通過立體彎折線6與貼片7之間的間隙耦合到貼片7中，貼片7中的一部分工作電流通過導電連接部件8流入平面彎折線5，另一部分工作電流通過貼片7與平面彎折線5之間的間隙耦合到平面彎折線5中，平面彎折線5中的電流再流回到終端設備主板的金屬地，進而形成一個完整的諧振回路。
[0034]圖3為本實施例的終端設備的天線裝置的等效電路圖，如圖3所示，立體彎折線6可以等效成第一分布電感LI和輻射電阻Rrad，立體彎折線6與貼片7之間產生第一耦合電容C12 ;導電連接部件8以及平面彎折線5可以等效成第二分布電感L23 ;貼片7與平面彎折線5產生第一等效電容C23和輻射導納Grad，同時彎平面折線5的線間間隙可以形成第二等效電容C3。只要適當調節L1、C12、L23、C23和C3的大小就可以控制整個天線裝置的諧振狀態。實現時，通過優化天線裝置結構中的立體彎折線6的形狀和尺寸，優化立體彎折線6與貼片7的耦合縫隙的大小，優化貼片7的形狀和尺寸，優化平面彎折線5的長度和寬度以及金屬化過孔的位置和直徑，可以調節天線裝置的諧振特性及匹配狀態，并最終達到完全覆蓋目標帶寬。
[0035]下面列舉本發明實施例的天線裝置的兩個應用場合。
[0036]I)將本發明實施例的天線裝置應用于智能手機的主板，如圖1、2所示。
[0037]圖4是本發明實施例的天線裝置應用于智能手機上時的Sll參數圖，可以看出本實施例中的智能手機天線覆蓋了所需的LTE bandl2 (698MHz-746MHz)、LTEbandl3(746MHz-787MHz)和 GSM850/900 (824MHz_960MHz)頻段，并能正常工作。
[0038]2 )將本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡的主板上，如圖5、6所示。
[0039]無線數據卡包括主板和USB連接器11，使用時通過末端的USB連接器11與PC機等設備相連。無線數據卡的主板是雙層覆銅介質板，材質為FR4 (玻璃纖維環氧樹脂覆銅板)，無線數據卡的主板的頂端有一片非金屬區域2留給天線拓撲單元和放置天線支架1，主板上除去非金屬區域2剩下的區域為金屬地，并且無線數據卡主板的頂層和底層的金屬地要共地。天線支架I放置在無線數據卡主板頂端非金屬區域2的下方，天線支架I采用相對介電常數為3.5的ABS塑料材質,天線支架的I尺寸為11.5mmX20mmX5mm。
[0040]為滿足無線數據卡產品小型化的要求，天線設計成局域諧振結構的形式。其中天線拓撲單元分為三個部分，其中第一部分為一總長67mm的立體彎折線，印刷在雙層覆銅介質板頂面和天線支架I上；天線拓撲單元的第二部分為一尺寸為17.5mmX 6mm的矩形貼片7印刷在雙層覆銅介質板頂面上；天線拓撲單元的第三部分為線寬0.7mm、總長56mm的平面彎折線5，印刷在雙層覆銅介質板的底面上；貼片7與平面彎折線5之間通過導電連接部件8連接，導電連接部件8貫穿雙層覆銅介質板。立體彎折線6的形狀也可以為除了圖6或圖2中所示形狀以外其他平面結構形狀，且均為金屬條或帶狀，其具體形狀可以依據實際調試的結果進行相應地調整，天線拓撲單元的頂部貼片7的形狀可以是矩形、菱形、梯形、三角形、多邊形等任意形狀，并不局限于圖6或圖2中所示的形狀。天線拓撲單元中的平面彎折線5的寬度、長度及線間間距均可適當調節，導電連接部件8的位置可以變化，只要保證貼片7和平面彎折線5電連接就可以，同時導電連接部件8的直徑也可以根據要求變化。天線支架I的長度、寬度和高度均可根據立體彎折線6所占用的面積進行調整，并不局限于本實施例中的尺寸。
[0041]圖7是本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡上時的Sll參數圖，可以看出無線數據卡天線發覆蓋了所需的LTE bandl2 (698MHz-746MHz)、LTEbandl3(746MHz-787MHz)和 GSM850/900 (824MHz_960MHz)頻段。
[0042]圖8是本發明實施例的天線裝置應用于無線數據卡上時的輻射效率及峰值增益曲線，如圖8所示，本發明實施例中的無線數據卡天線在工作帶寬684MHz?960MHz范圍內的輻射效率大于40%，峰值增益大于OdBi，因此具有高效率、高增益的特點，滿足天線高性能的要求。
[0043]本發明實施例的所述終端設備的天線裝置，僅占用終端設備主板頂部一小部分非金屬區域的面積的前提下實現LTE bandl2 (698MHz_746MHz)、LTE band 13(746MHz-787MHz)和GSM850/900 (824MHz_960MHz)頻段的高增益高效率的工作性能，打破了傳統的天線尺寸必須要達到工作波長的二分之一天線才能諧振工作的限制，符合諧振天線小型化高性能的要求，適用于各種終端類產品。
[0044]通過【具體實施方式】的說明，應當可對本發明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發明加以限制。
【權利要求】
1.一種終端設備的天線裝置，其特征在于，包括天線支架和天線拓撲單元，天線支架位于終端設備主板的非金屬區域的一面，天線拓撲單元圍繞著終端設備主板的非金屬區域以及天線支架布設。
2.根據權利要求1所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述天線拓撲單元的饋電端口與終端設備主板提供的射頻信號輸出端口相連，天線拓撲單元的接地端口與終端設備主板的金屬地相連。
3.根據權利要求2所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述天線拓撲單元包括:平面彎折線、立體彎折線、貼片和導電連接部件，貼片和平面彎折線分別位于終端設備主板上兩個不同的印刷電路層，平面彎折線通過導電連接部件與貼片相連，平面彎折線的任一端與終端設備主板中任一印刷電路層的金屬地相連； 立體彎折線位于終端設備主板的任一印刷電路層上，立體彎折線的一端作為饋電端口與該印刷電路層上提供的射頻信號輸出端口相連，圍繞著貼片的形狀進行平面彎折且留有間隙，同時圍繞天線支架進行立體彎折后，其另一端懸空。
4.根據權利要求3所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，貼片和平面彎折線分開布設，且分別位于終端設備主板上的頂層印刷電路層和底層印刷電路層。
5.根據權利要求3所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，在發射的過程中，終端設備主板上的射頻信號從饋電端口饋入到立體彎折線，使立體彎折線激勵起工作電流，該工作電流通過立體彎折線與貼片之間的間隙耦合到貼片中，貼片中的一部分工作電流通過導電連接部件流入平面彎折線，另一部分工作電流通過貼片與平面彎折線之間的間隙耦合到平面彎折線中，平面彎折線中的電流再回到終端設備主板的金屬地。
6.根據權利要求3所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述導電連接部件為金屬化過孔。
7.根據權利要求1所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述天線支架為一立方體，其至少一面與終端設備主板的非金屬區域側面對齊。
8.根據權利要求1所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述天線支架的尺寸根據所述立體彎折線所占的面積進行調整。
9.根據權利要求1所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述天線支架的材料為丙烯一丁二烯一苯二烯共聚物ABS塑料； 所述平面彎折線、立體彎折線和貼片均采用金屬材料。
10.根據權利要求1?9中任一項所述的終端設備的天線裝置，其特征在于，所述立體彎折線與所述平面彎折線的長度均根據天線裝置的工作頻率進行調節。
【文檔編號】H01Q1/38GK104347925SQ201310310818
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月23日 優先權日:2013年7月23日
【發明者】王小明, 謝一泓, 李龍, 史琰, 刑珺, 張璐, 孫浩 申請人:中興通訊股份有限公司