一種基于金屬背蓋的手機天線結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于金屬背蓋的手機天線結構，包括金屬背蓋、金屬邊框、天線部件和PCB板，其中所述天線部件的結構通過耦合饋電或直接饋電的方式，充分利用第一縫隙段、第二縫隙段進行輻射，產生所需的諧振頻率，并在第二縫隙段和匹配電路處增設開關器件，進一步拓寬了頻段帶寬，使得本方案在金屬背蓋的環境下只需要極窄的空間便能夠滿足GSM、UTMS、LTE的通訊帶寬要求。
【專利說明】
一種基于金屬背蓋的手機天線結構
技術領域
[0001]本發明涉及無線通信領域，更具體地，涉及一種基于金屬背蓋的手機天線結構。
【背景技術】
[0002]近年來，無線技術發展迅猛，尤其是4G網絡的普及，手機已經成為了人們最重要的智能終端設備。由于金屬的質感、耐磨性以及更牢固的結構，在手機外觀方面，市場越來越青睞金屬材質的使用，從而使得各大手機廠家爭相使用金屬背蓋作為手機的外殼來增強外觀表現力。目前市面上火熱的機型，大都采用三段式和五段式金屬外殼作為其手機外殼形式，例如蘋果的IPH0NE6/IPH0NE6S、華為的MateS、酷派的鋒尚Max。不幸的是，正是金屬材質對電磁波有屏蔽輻射的特性，對于手機射頻工程師而言，金屬背蓋給手機的天線設計帶來了艱巨的挑戰。
[0003]目前，現有的金屬背蓋手機天線設計方案大多有Monopole、PIFA、Loop等形式，但這些方案都需要在手機的金屬背蓋開設多條平行的縫隙，通過使用切分出來的金屬背蓋的一部分作為天線輻射體，從而達到手機通訊頻段要求。然而，這種在金屬背蓋上增加平行縫隙的設計，不僅破壞了金屬邊框的美觀和觸感，典型的例子是IPHONE系列的白條成為了大家吐槽的對象，而且天線的輻射性能也不太理想。因此，在保持金屬背蓋的美觀性基礎上設計天線方案成為研究價值極高的方向。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種基于金屬背蓋的手機天線結構，該結構使用耦合饋電方式或直接饋電方式，充分利用金屬背蓋與金屬邊框之間的縫隙進行輻射。
[0005]為實現以上發明目的，采用的技術方案是:
[0006]—種基于金屬背蓋的手機天線結構，包括金屬背蓋、金屬邊框、天線部件和PCB板；所述PCB板設置在金屬背蓋上;所述金屬邊框包括底部邊框、頂部邊框、左側邊框和右側邊框，其中左側邊框、右側邊框分別設置在金屬背蓋的左右兩側，左側邊框、右側邊框與金屬背蓋連接;底部邊框、頂部邊框分別設置于金屬背蓋底部、頂部的上方，底部邊框、頂部邊框與金屬背蓋之間留有間隙，底部邊框、頂部邊框分別通過一非導電連接件與金屬背蓋連接；所述天線部件的結構為以下兩種方案之一:
[0007]A.所述天線部件包括饋電點、饋電線和耦合片，其中饋電點設置于PCB板上，饋電點通過饋電線與耦合片電連接，耦合片設置于與頂部邊框連接的非導電連接件上，耦合片與頂部邊框之間留有間隙，耦合片將非導電連接件分為長度相對較長的第一縫隙段和長度相對較短的第二縫隙段；
[0008]B.所述天線部件包括饋電點、饋電線和連接部件，其中饋電點設置于PCB板上，饋電點通過饋電線與連接部件的一端連接，連接部件設置于與頂部邊框連接的非導電連接件上，連接部件的另一端與頂部邊框連接，連接部件將非導電連接件分為長度相對較長的第一縫隙段和長度相對較短的第二縫隙段。
[0009]上述方案中，天線部件采用方案A時，天線部件采用耦合饋電方式，其工作原理如下:
[0010]饋電點接收信號后，信號將通過饋電線傳輸至耦合片進行激勵，將信號通過第一縫隙段、第二縫隙段輻射出去。其中第一縫隙段主要用于形成低頻諧振，第二縫隙段主要用于形成高頻諧振。
[0011 ]天線部件采用方案B時，天線部件采用直接饋電方式，其工作原理如下:
[0012]饋電點接收信號后，信號將通過饋電線傳輸至連接部件進行激勵，將信號通過第一縫隙段、第二縫隙段輻射出去。其中第一縫隙段主要用于形成低頻諧振，第二縫隙段主要用于形成高頻諧振。
[0013]需要說明的是，頂部邊框與金屬背蓋之間的縫隙寬度和兩側開縫的位置可以根據手機尺寸和內部環境的不同而改變以優化天線的性能。
[0014]優選地，所述連接部件為頂針或彈腳。
[0015]優選地，所述第一縫隙段上設置有接地片，接地片與頂部邊框、金屬背蓋電連接。設置接地片，用于調節第一縫隙段的長度，從而實現低頻諧振的優化，拓展低頻的帶寬，用戶在具體實施的時候，可以依據具體案例情況來進行接地片的設置，根據需要達到的低頻諧振情況，確定接地片的設置位置。
[0016]優選地，所述PCB板上設置有匹配電路，所述匹配電路包括第一電容和第一開關器件，第一電容通過第一開關器件與饋電點電連接;所述第一開關器件的輸出阻抗值可為感性或容性。在饋電點處設置匹配電路，通過并聯第一開關器件，選取第一開關器件的輸出阻抗為感性，感值范圍2.7?56nH，實現低頻的切換，達到低頻段覆蓋698_960MHz的效果，進一步拓寬低頻的帶寬。其中第一電容的容值為0.3-4.7pF。
[0017]優選地，所述第二縫隙段上設置有第二開關器件，第二開關器件與頂部邊框、金屬背蓋電連接，所述第二開關器件可設置兩個或兩個以上的狀態，所述狀態包括空置狀態、短路狀態、輸出阻抗值為感性狀態及輸出阻抗值為容性狀態。在第二縫隙段上設置第二開關器件，通過狀態的切換來調節第二縫隙段的長度，從而使得天線結構能夠產生多個高頻諧振，拓寬高頻帶寬，達到滿足現有運營商要求的高頻覆蓋指標。
[0018]優選地，所述第二開關器件可設置第一狀態和第二狀態，所述第一狀態為空置狀態;所述第二狀態是輸出阻抗值為感性狀態或短路狀態，其感值為0.8?5.6nH，。
[0019]優選地，所述饋電線的阻抗為50歐姆。
[0020]優選地，所述非導電連接件為非金屬件。
[0021]優選地，所述耦合片與頂部邊框之間的間隙填充有非導電材料。
[0022 ] 優選地，所述非導電材料為FR4材料、ABS材料、PC材料或ABS+PC材料。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0024]本發明提供的天線結構通過耦合饋電或直接饋電的方式，充分利用第一縫隙段、第二縫隙段進行輻射，產生所需的諧振頻率，并在第二縫隙段和匹配電路處增設開關器件，進一步拓寬了頻段帶寬，使得本方案在金屬背蓋的環境下只需要極窄的空間便能夠滿足GSM、UTMS、LTE的通訊帶寬要求。
【附圖說明】
[0025]圖1為金屬背蓋、金屬邊框的連接示意圖。
[0026]圖2為天線結構的立體示意圖。
[0027]圖3為天線部件的結構示意圖。
[0028]圖4為天線結構的俯視圖。
[0029]圖5為實施例2的天線結構實現切換的天線回波損耗圖。
[0030]圖6為實施例2的天線結構實現切換的天線無源效率圖。
【具體實施方式】
[0031]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0032]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的闡述。
[0033]實施例1
[0034]如圖1?4所示，本實施例所述的天線結構，包括金屬背蓋1、金屬邊框2、天線部件3和PCB板4;所述PCB板4設置在金屬背蓋I上;所述金屬邊框2包括底部邊框21、頂部邊框22、左側邊框23和右側邊框24，其中左側邊框23、右側邊框24分別設置在金屬背蓋I的左右兩偵U，左側邊框23、右側邊框24與金屬背蓋I連接;底部邊框21、頂部邊框22分別設置于金屬背蓋I底部、頂部的上方，底部邊框21、頂部邊框22與金屬背蓋I之間留有間隙，底部邊框21、頂部邊框22分別通過一非導電連接件5與金屬背蓋I連接;所述天線部件的結構為以下兩種方案之一:
[0035]A.其中所述天線部件3包括饋電點31、饋電線32和耦合片33，其中饋電點31設置于PCB板4上，饋電點31通過饋電線32與耦合片33電連接，耦合片33設置于與頂部邊框22連接的非導電連接件5上，耦合片33與頂部邊框22之間留有間隙，耦合片33將其左右兩側的非導電連接件5分為長度相對較長的第一縫隙段101和長度相對較短的第二縫隙段102。
[0036]B.所述天線部件3包括饋電點31、饋電線32和連接部件，其中饋電點31設置于PCB板上，饋電點31通過饋電線32與連接部件的一端連接，連接部件設置于與頂部邊框22連接的非導電連接件5上，連接部件的另一端與頂部邊框22連接，連接部件將其左右兩側的非導電連接件5分為長度相對較長的第一縫隙段101和長度相對較短的第二縫隙段102。
[0037]上述方案中，天線部件3采用方案A時，天線部件3采用耦合饋電方式，其工作原理如下:
[0038]饋電點31接收信號后，信號將通過饋電線32傳輸至耦合片33進行激勵，將信號通過第一縫隙段101、第二縫隙段102輻射出去。其中第一縫隙段101主要用于形成低頻諧振，第二縫隙段102主要用于形成高頻諧振。
[0039]天線部件3采用方案B時，天線部件3采用直接饋電方式，其工作原理如下:
[0040]饋電點31接收信號后，信號將通過饋電線32傳輸至連接部件進行激勵，將信號通過第一縫隙段101、第二縫隙段102輻射出去。其中第一縫隙段101主要用于形成低頻諧振，第二縫隙段102主要用于形成高頻諧振。
[0041 ] 實施例2
[0042]本實施例在實施例1的基礎上，進行了更進一步的優化，目的在于拓展天線結構高頻、低頻的帶寬，具體涉及的技術方案是:
[0043]A.第一縫隙段101上設置有接地片6，接地片6與頂部邊框22、金屬背蓋I電連接。設置接地片6，用于調節第一縫隙段101的長度，從而實現低頻諧振的優化，拓展低頻的帶寬，用戶在具體實施的時候，可以依據具體案例情況來進行接地片6的設置，根據需要達到的低頻諧振情況，確定接地片6的設置位置。
[0044]B.PCB板4上設置有匹配電路，所述匹配電路包括第一電容和第一開關器件，第一電容通過第一開關器件與饋電點31電連接;所述第一開關器件的輸出阻抗值可為感性或容性。在饋電點31處設置匹配電路，通過并聯第一開關器件，選取第一開關器件的輸出阻抗為感性，感值范圍2.7nH?56nH，實現低頻的切換，達到低頻段覆蓋698-960MHZ的效果，進一步拓寬低頻的帶寬。
[0045]C.第二縫隙段102上設置有第二開關器件7，第二開關器件7與頂部邊框22、金屬背蓋I電連接，所述第二開關器件7可設置兩個或兩個以上的狀態，所述狀態包括空置狀態、短路狀態、輸出阻抗值為感性狀態及輸出阻抗值為容性狀態。在第二縫隙段102上設置第二開關器件7，通過狀態的切換來調節第二縫隙段102的長度，從而使得天線結構能夠產生多個高頻諧振，拓寬高頻帶寬，達到滿足現有運營商要求的高頻覆蓋指標。
[0046]本發明提供的天線結構所能達到的有益效果如圖5、6所示。
[0047]圖5為本實施例的天線結構實現切換的天線回波損耗圖，從圖中可知，通過在匹配電路處串聯第一開關器件和在第二縫隙段102增設第二開關器件7后，本發明的天線方案能夠滿足低頻諧振698?960MHz以及高頻1710-2170MHz、2300-2700MHz的天線全頻段設計指標。
[0048]圖6為本實施例的天線結構實現切換的天線無源效率圖，Statel、State2、State3和State4為使用第一開關器件后低頻四個狀態的切換效果，Statel和State5為采用第二開關器件7后高頻兩個狀態的切換效果。在實際應用中，第一開關器件、第二可以根據不同的應用場景進行自動切換，從而使得無線終端獲得最優的通訊效果。
[0049]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:包括金屬背蓋、金屬邊框、天線部件和PCB板;所述PCB板設置在金屬背蓋上;所述金屬邊框包括底部邊框、頂部邊框、左側邊框和右側邊框，其中左側邊框、右側邊框分別設置在金屬背蓋的左右兩側，左側邊框、右側邊框與金屬背蓋連接;底部邊框、頂部邊框分別設置于金屬背蓋底部、頂部的上方，底部邊框、頂部邊框與金屬背蓋之間留有間隙，底部邊框、頂部邊框分別通過一非導電連接件與金屬背蓋連接;所述天線部件的結構為以下兩種方案之一: A.所述天線部件包括饋電點、饋電線和耦合片，其中饋電點設置于PCB板上，饋電點通過饋電線與耦合片電連接，耦合片設置于與頂部邊框連接的非導電連接件上，耦合片與頂部邊框之間留有間隙，耦合片將非導電連接件分為長度相對較長的第一縫隙段和長度相對較短的第二縫隙段； B.所述天線部件包括饋電點、饋電線和連接部件，其中饋電點設置于PCB板上，饋電點通過饋電線與連接部件的一端連接，連接部件設置于與頂部邊框連接的非導電連接件上，連接部件的另一端與頂部邊框連接，連接部件將非導電連接件分為長度相對較長的第一縫隙段和長度相對較短的第二縫隙段。2.根據權利要求1所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述連接部件為頂針或彈腳。3.根據權利要求2所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述第一縫隙段上設置有接地片，接地片與頂部邊框、金屬背蓋電連接。4.根據權利要求3所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述PCB板上設置有匹配電路，所述匹配電路包括第一電容和第一開關器件，第一電容通過第一開關器件與饋電點電連接;所述第一開關器件的輸出阻抗值可為感性或容性。5.根據權利要求3所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述第二縫隙段上設置有第二開關器件，第二開關器件與頂部邊框、金屬背蓋電連接，所述第二開關器件可設置兩個或兩個以上的狀態，所述狀態包括空置狀態、短路狀態、輸出阻抗值為感性狀態及輸出阻抗值為容性狀態。6.根據權利要求5所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述第二開關器件可設置第一狀態和第二狀態，所述第一狀態為空置狀態;所述第二狀態是輸出阻抗值為感性狀態或短路狀態。7.根據權利要求1?6任一項所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述饋電線的阻抗為50歐姆。8.根據權利要求7所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述非導電連接件為非金屬件。9.根據權利要求8所述的基于金屬背蓋的手機天線結構，其特征在于:所述耦合片與頂部邊框之間的間隙填充有非導電材料。
【文檔編號】H01Q5/321GK205488538SQ201620329384
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】李 根, 李琴芳, 俞斌, 周支業
【申請人】惠州碩貝德無線科技股份有限公司