CN102780065A

CN102780065A - 天线组件以及移动终端

Info

Publication number: CN102780065A
Application number: CN2011101230064A
Authority: CN
Inventors: 宋玉明; 刘君英; 潘生根
Original assignee: Tyco Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Tyco Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: WO2012153282A1; CN102780065B; TWI607600B; TW201251195A

Abstract

本发明涉及用于移动终端的天线组件以及使用这样天线组件的移动终端。本发明的基本思想是将移动终端的导电性外壳作为其天线系统的辐射单元加以利用。在本发明的一个实施例中，提供了一种用于移动终端(20)的天线组件，其特征在于，包括：辐射单元(206)，其集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成；所述辐射单元包括至少一个形成于其上的天线端口(261、262)；其中，当所述盖体紧固于所述移动终端时，所述天线端口能够激励所述辐射单元工作于多个频段。这种设计可以减少现有移动终端中的独立天线的个数，因此可以更进一步地实现移动终端的小型化。

Description

天线组件以及移动终端

技术领域

本发明涉及一种天线技术，尤其涉及一种用于移动终端的天线组件。

背景技术

在其外形日益朝着小型化和超薄化发展的同时，移动终端的功能也日趋复杂，需要同时满足多种通信协议和标准。这些趋势一方面使移动终端中天线元件可占用的空间越来越小，另一方面，对仅占据有限空间的天线的性能却在不断提出更高的要求，即要求天线系统在更多频段、更宽频带上保持高性能的工作状态。而天线作为一个与频率相关的元件，其辐射性能与其所占空间大小成正比。狭小的空间将限制天线的辐射性能，使其难以满足系统的性能要求。

移动终端通常包括相互独立的若干天线。特别地，在手机终端中，习惯上将这些天线按功能分为主天线和辅助天线，其中主天线是支持蜂窝系统的通信协议的天线，诸如GSM、CDMA、WCDMA等。辅助天线可以是支持GPS(全球定位系统)、蓝牙、无线局域网WLAN、移动电视、或FM调频广播等不同频段信号的天线，也可以是支持多输入多输出(MIMO)技术或信号分集技术的副天线。由于各个天线均占据移动终端内部一定的空间，从而使得整个天线系统占据的空间极为可观。而对每一个天线元件，由于其所占面积、高度、净空等因素的限制，以及壳体等部件的影响，使其辐射性能很难达到优良的水平，最终会影响系统的通信质量。

另外，在移动终端特别是手机终端领域，金属外壳由于其质感和耐用度而越来越受到消费者的青睐。采用金属材质作为手机外壳成为一种趋势。常规的做法是将该金属外壳和移动终端中的电路板的地板进行电连接，使其成为系统的地的一部分。为了防止金属壳体对内置天线的信号造成屏蔽，在金属壳体对应于内置天线的部位开孔或槽以使天线的信号能够辐射出去。这种方式由于在天线的周围额外增加了一个较大的金属部件，通常会对天线的性能造成比较大的不利影响。

发明内容

本发明的基本思想是将移动终端的导电性外壳作为其天线辐射体来加以利用。经过对其外形和馈电端口位置、激励方式的设计，导电性外壳可以作为天线辐射体，在一个或多个频段上实现无线通信。

在本发明中，金属外壳和移动终端中的地之间形成类似微带贴片天线的结构。

微带贴片天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，通过微带线或同轴电缆在适当的位置进行馈电，在导体薄片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过导体薄片四周与接地板间的缝隙向外辐射，微带贴片天线具有辐射性能高，易于共形，天线形式灵活，易于实现圆极化、双极化、多频工作等优点。但由于其占用的空间较大，在通常的移动终端中很少采用微带贴片天线。

基于上述原理，本发明中的金属外壳和移动终端中印刷电路板的地板之间形成类似微带贴片天线的结构。其频段和模式可以通过外壳的形状和馈电位置以及馈电方式进行设计而实现。现有设计中也有将天线集成于移动终端外观件上的方案，比如将移动终端的金属边框的部分作为天线。但是这些设计中采用的天线是单极天线、环形天线或倒F天线(IFA)等移动终端中传统的天线形式，并且，这些设计中的外壳都是塑料材质，只在边框区域镶嵌金属材质作为天线的辐射单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于移动终端的天线组件，其特征在于，包括：辐射单元，其集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成；所述辐射单元包括至少一个形成于其上的天线端口；其中，当所述盖体紧固于所述移动终端时，所述天线端口能够激励所述辐射单元工作于多个频段。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件还包括所述移动终端中的印刷电路板的地板。辐射单元和地板形成类似微带贴片天线的结构。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件还包括与所述天线端口一一对应的至少一个馈电单元，所述馈电单元和所述天线端口之间采用接触式连接或非接触式连接。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件的多个工作频段包括以下通信协议所对应的频段的任意组合：GPS、蓝牙、WiFi、调频广播、移动电视、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、WiMAX。

在本发明的另一个实施例中，用于移动终端的天线组件中，辐射单元上的天线端口至少包括一个多频天线端口，该多频天线端口能够激励所述辐射单元工作于天线组件的多个工作频段的一个子集，该子集包括所述多个工作频段中的至少两个频段。

在本发明的另一个实施例中，用于移动终端的天线组件中，辐射单元上的天线端口包括多个天线端口；其中，所述多个天线端口中的每一个能够激励所述辐射单元工作于不同的频段。

在本发明的一个实施例中，提供了一种用于移动终端的天线组件，其特征在于，包括：辐射单元，其集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成；所述辐射单元包括多个形成于其上的天线端口；其中，当所述盖体紧固于所述移动终端时，所述多个天线端口能够激励所述辐射单元工作于同一个频段。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件还包括与所述多个天线端口一一对应的多个馈电单元，所述馈电单元和所述天线端口之间采用接触式连接或非接触式连接。

在本发明的一个实施例中，移动终端的天线组件的多个天线端口中的至少两个能够激励所述辐射单元工作于同一个频段的正交模式。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件的辐射单元的外表面还覆盖了一层电绝缘层，以进一步降低使用者接触辐射单元而对无线通信性能造成的不利影响。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件中，辐射单元采用的导电性材料包括金属、导电塑料或导电橡胶。

在本发明的一个实施例中，提供了一种移动终端，其包括前述任一实施例所述的天线组件。

在本发明的一个实施例中，移动终端还包括连接到多频天线端口的一个选通单元(开关单元、双工器或者多工器)。

从本发明给出的实施例中可以看出，通过在多个不同位置对外壳进行激励，外壳天线能够产生覆盖多个无线通信频段的谐振，且在各个谐振频段上均能获得优良的辐射效率，各天线端口之间可以实现良好的隔离度，可以同时进行多协议的无线通信。由于金属外壳的尺寸较大，利用外壳作为天线辐射体易于获得较高的自由空间辐射效率。同时这种设计可以减少现有移动终端中的独立天线的个数，因此可以更进一步地实现移动终端的小型化。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的移动终端的一部分的分解结构图；

图2a示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端的一部分的分解结构图；

图2b示出了图2a中移动终端的辐射单元的平面图；

图2c示出了图2a所示移动终端中各天线端口的回波损耗曲线；

图2d示出了图2a所示移动终端中各天线端口的传输系数曲线；

图3示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端的一部分的分解结构图；

图4示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端的一部分的逻辑结构图；

图5示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端的一部分的分解结构图；

图6a示出了根据本发明的另一个实施例的天线组件中辐射单元的平面图；

图6b示出了图6a所示天线端口的回波损耗和传输系数曲线；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示对应的特征。

具体实施方式

本发明中所称的移动终端，涵盖任何可通过某一种或多种无线协议或标准与其他设备通信的便携式或手持式的可移动设备，例如但不限于手机、智能手机、个人数字助理(PDA)、便携式电脑、便携式GPS终端等。

图1示出了根据本发明的一个实施例的移动终端10的一部分的分解结构图。如图所示，该实施例中的移动终端10包括前面板103、印刷电路板(PCB)102、导电性的后盖101、非导电性的外壳104、独立内置天线105。例如但不限于，电池可以至少部分地设置于后盖101和印刷电路板102之间。

一个面状的辐射单元集成于后盖101上作为天线组件的一部分。在某些示例中，整个后盖101可以作为一个辐射单元。通常，辐射单元由导电性材料构成，诸如金属、合金、导电塑料或导电橡胶。

在印刷电路板102上还设置有馈电单元151及其相应的信号处理模块111、馈电单元152及其相应的信号处理模块112、馈电单元153及其相应的信号处理模块113。当后盖101紧固于移动终端10时，每一馈电单元151、152、153可以通过辐射单元上的相应天线端口进行馈电，以激励辐射单元工作于至少一个频段。这样，集成于后盖101的辐射单元和印刷电路板102的地板形成类似微带贴片天线的结构。在该例中，馈电单元151对应移动电视频段以支持移动多媒体业务，馈电单元152所对应的工作频段为蓝牙频段，馈电单元153所对应的工作频段为GPS频段。

基于某些设计上的考虑，独立内置天线105仍然有其存在的必要。在这种情况下，移动终端10一部分区域采用非导电性的外壳104。外壳104通常为塑胶材料，以便独立内置天线105将无线信号有效辐射出去，不会被屏蔽。

在本发明的各个实施例中，各馈电单元(或天线端口)所对应的工作频段可以包括以下通信协议所对应的频段中的一个或多个：GPS、蓝牙、WiFi、调频广播、移动电视UHF频段、S波段、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、WiMAX。为使信号有效传送到天线端口，馈电单元包括必要的匹配电路。

图2a示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端20的一部分的分解结构图。该实施例中的移动终端20包括印刷电路板202和集成于盖体(未示出)上的辐射单元206。

辐射单元206上包括天线端口261和262。

印刷电路板202上包括馈电单元251、252及相应信号处理模块(图中未示出)。在印刷电路板202的一端、未被辐射单元206所遮盖的区域设置有一个传统的天线208。天线208例如但不限于单极子天线、PIFA天线。

馈电单元251对应于天线端口261，通过向天线端口261馈电，以激励辐射单元206工作。馈电单元252对应于天线端口262，通过向天线端口262馈电，以激励辐射单元206工作。这样，集成于盖体的辐射单元206和印刷电路板202的地板形成类似微带贴片天线的结构。

馈电单元251和天线端口261之间、馈电单元252和天线端口262之间可以采用接触式连接或非接触式连接。对于接触式连接，馈电单元可以采用伸缩探针(pogo pin)或弹性连接器(spring clip)的形式。对于非接触式连接，馈电单元与相应天线端口之间采用例如但不限于电容耦合的形式。在本发明的另一些实施例中，馈电单元也可以设置于盖体上。

图2b示出了图2a中移动终端20的辐射单元206的平面图；图2c示出了图2a所示移动终端20中各天线或天线端口的回波损耗曲线；图2d示出了图2a所示移动终端20中各天线或天线端口的传输系数曲线。

如图2b所示，辐射单元206为矩形，大小为45mm(x轴)×75mm(y轴)。以图中所示辐射单元206的右下角为坐标原点，天线端口261的中心位置的坐标为(43mm，22mm)，天线端口262的中心位置的坐标为(22.5mm，57mm)。天线端口261的回波损耗(对频率的)曲线由图2c中圆形标记的曲线示出，传输系数(对频率的)曲线由图2d中圆形标记的曲线示出。天线端口262的回波损耗曲线由图2c中三角形标记的曲线示出，传输系数曲线由图2d中三角形标记的曲线示出。天线208的回波损耗曲线和传输系数曲线分别由图2c、图2d中没有标记的曲线示出。如图所示，天线端口261对应的工作频段包括2450MHz附近的蓝牙频段或WiFi频段；天线端口262对应的工作频段包括1575.42MHz附近的GPS频段；传统天线208对应的工作频段包括多种蜂窝系统的频段，诸如GSM850MHz频段、EGSM900MHz频段、DCS1800MHz频段、PCS1900MHz频段、WCDMA频段(1710-1755MHz/2110-2155MHz/1920-1980MHz/2110-2170MHz)。从图2c可以看出，在以上这些频段，对应的回波损耗都在-6dB以下，从图2d可以看出，各端口之间的隔离度优于15dB，说明本设计方案具有优异可靠的工作性能。

为了避免或降低使用者的肢体接触辐射单元206而对移动终端20的性能造成不利影响，可选地，还可以在辐射单元206的外表面覆盖一层电绝缘层。

在本发明的其他一些实施例中，作为天线组件的一部分，集成于移动终端的盖体的辐射单元具有各种形状，例如三角形、四边形、圆形、椭圆形等，以及边角圆滑的类多边形。在另一些实施例中，集成于移动终端的盖体的辐射单元上存在各种形状或图案的镂空部分，通常，这些镂空部分由非导电性材料构成或填充。辐射单元的形状的上述各种设计用于满足对天线的各种不同的工作频段及其组合的要求。

图3示出了根据本发明的又一个实施例的移动终端30的一部分的分解结构图。如图所示，该实施例中的移动终端30包括前面板303、印刷电路板302、后盖301。例如但不限于，电池可以至少部分地设置于后盖301和印刷电路板302之间。

在该实施例中，后盖301主体作为辐射单元，和印刷电路板302的地板一起形成类似微带贴片天线的结构。为了使得天线具有多个谐振频率，以支持多个工作频段，辐射单元上可以设计成具有复杂图案的形状，例如但不限于具有如图所示的一个长条形和一个E字型的镂空部分。

印刷电路板302上设置有馈电单元351及其相应的信号处理模块或电路311。例如但不限于，当后盖301紧固于移动终端30时，通过馈电单元351向后盖301上相应的天线端口馈电，天线301可以工作于多个蜂窝系统频段。当然，还可以增加其他天线端口和馈电单元，使得盖体可以同时工作于其它通信协议的频段，从而取代移动终端中的全部独立天线元件，所有天线功能全部由盖体实现。

在本发明的一些实施例中，集成于移动终端盖体的辐射单元上包含多个天线端口。在这多个天线端口中包括至少一个多频天线端口。多频天线端口能够激励所述辐射单元工作于至少两个频段，该至少两个频段是所述辐射单元的所有多个工作频段的一个子集。在一个实施例中，多频天线端口对应的工作频段包括：GPS频段、移动电视UHF频段、WiFi、蓝牙频段。该实施例中，移动终端中还包括连接到所述多模天线端口的多工器，该多工器连接至一个或多个信号处理模块，以分别处理GPS信号、移动电视信号、WiFi信号、蓝牙信号。

图4示出了根据本发明的一个实施例的移动终端的一部分的逻辑结构图。在该实施例中，集成于移动终端的盖体上的辐射单元包括一个多频天线端口451。该多频天线端口451连接到印刷电路板上的馈电单元411。如前所述，连接方式可以采用直接接触或非接触式耦合。馈电单元411连接到一个选通单元460。选通单元460连接到多个信号处理模块或电路461、462等。多频天线端口451能够激励辐射单元工作于多个频段，每一个信号处理模块或电路461、462用于处理其中一个工作频段的信号。具体地，选通单元460包括与各信号处理电路或模块461、462一一对应的滤波单元，以选择各信号处理模块或电路所对应的工作频率的信号。在不同的实施例中，根据实际的应用和设计要求，选通单元可以分别为开关单元、双工器或者多工器。

在本发明的另一些实施例中，集成于移动终端盖体的辐射单元上包含多个单频天线端口。这多个单频天线端口能够分别激励所述辐射单元工作于不同的频段。在一个实施例中，集成于移动终端盖体的辐射单元上包含四个单频天线端口；其中一个端口对应的工作频段为GPS频段，连接到印刷电路板上的GPS信号处理模块；另一个端口对应的工作频段为蓝牙频段，连接到印刷电路板上的蓝牙信号处理模块；另一个端口对应的工作频段为调频广播频段，连接到印刷电路板上的调频广播信号处理模块；另一个端口对应的工作频段为WiFi频段，连接到印刷电路板上的WiFi信号处理模块。

在本发明的另一些实施例中，集成于移动终端盖体的辐射单元上包含多个单频天线端口，且这多个端口对应的工作频段为同一频段。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的移动终端50的一部分的分解结构图。该实施例中的移动终端50包括印刷电路板502和集成于盖体(未示出)上的辐射单元506。辐射单元506和印刷电路板502的地板形成类似微带贴片天线的结构。

辐射单元506上包括形成于其上的第一天线端口561和第二天线端口562。印刷电路板502上包括分别与第一天线端口561、第二天线端口562连接的馈电单元551、552及相应信号处理模块(图中未示出)。

第一天线端口561和第二天线端口562均能够激励辐射单元506工作于一个第一频段。第一频段可以为任一支持多输入多输出(Multiple-Input，Multiple-Output，MIMO)技术的无线通信协议所使用的频段，例如但不限于2400～2483MHz WiFi频段。

通过对辐射单元506的形状、大小以及第一天线端口561、第二天线端口562的位置的精心设计，可以激励辐射单元506产生两个正交的模式，且这两个模式的谐振频率相同。例如但不限于，辐射单元506可以为正方形或近似于正方形；第一天线端口561和第二天线端口562可以分别位于辐射单元506的两条中轴线上靠近边缘的位置。

在本发明的一个实施例中，用于移动终端的天线组件包括集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成的辐射单元；当所述盖体紧固于所述移动终端时，该辐射单元与移动终端中的印刷电路板的地板形成类似微带贴片天线的结构，辐射单元与印刷电路板之间的距离为5mm。图6a具体地示出了该实施例的天线组件中辐射单元606的平面图。如图所示，辐射单元606的大小为55mm×54mm，其上包括第一天线端口661和第二天线端口662。以图中所示辐射单元606的左下角为坐标原点，天线端口661的中心位置的坐标为(27.5mm，14mm)，天线端口662的中心位置的坐标为(19mm，29mm)。在这种情况下，由天线端口661激励出的模式近似微带贴片天线的沿y方向极化的TM₀₁模，天线端口662激励的是沿x方向极化的TM₁₀模，此两种模式是相互正交的。图6b示出了图6a所示天线端口的性能曲线。天线端口661的回波损耗|S₁₁|曲线由带三角形标记的曲线示出，天线端口662的回波损耗|S₁₁|曲线由带圆形标记的曲线示出，天线端口661和662之间的传输系数|S₂₁|曲线由无标记的曲线示出。如图所示，在无线局域网的频带范围(2400～2483MHz)之内，天线端口661和662的带内回波损耗均小于-6dB，而彼此的隔离度高于20dB，其良好的性能可以满足MIMO系统对多天线系统的高隔离度、高效率的要求。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现，某一部分的功能也可以由多个不同的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims

1.一种用于移动终端(20)的天线组件，其特征在于，包括：

辐射单元(206)，其集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成；

所述辐射单元包括至少一个形成于其上的天线端口(261、262)；

其中，当所述盖体紧固于所述移动终端时，所述天线端口能够激励所述辐射单元工作于多个频段。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，还包括所述移动终端中的印刷电路板的地板。

3.根据权利要求2所述的天线组件，其特征在于，还包括与所述天线端口一一对应的至少一个馈电单元(251、252)，所述馈电单元和所述天线端口之间采用接触式连接或非接触式连接。

4.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述多个频段包括以下通信协议所对应的频段的任意组合：GPS、蓝牙、WiFi、调频广播、移动电视、GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、WiMAX。

5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辐射单元的外表面还覆盖了一层电绝缘层。

6.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述导电性材料包括金属、导电塑料或导电橡胶。

7.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述天线端口至少包括一个多频天线端口，该多频天线端口能够激励所述辐射单元工作于所述多个频段的一个子集，该子集包括所述多个频段中的至少两个频段。

8.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辐射单元包括多个形成于其上的天线端口；

其中，所述多个天线端口中的每一个能够激励所述辐射单元工作于不同的频段。

9.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的天线组件。

10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求7所述的天线组件，还包括连接到所述多频天线端口的一个选通单元。

11.一种用于移动终端的天线组件，其特征在于，包括：

辐射单元，其集成于所述移动终端的盖体并且由导电性材料构成；

所述辐射单元包括多个形成于其上的天线端口；

其中，当所述盖体紧固于所述移动终端时，所述多个天线端口中的至少两个能够激励所述辐射单元工作于同一个频段。

12.根据权利要求11所述的天线组件，其特征在于，还包括所述移动终端中的印刷电路板的地板。

13.根据权利要求12所述的天线组件，其特征在于，还包括与所述多个天线端口一一对应的多个馈电单元，所述馈电单元和所述天线端口之间采用接触式连接或非接触式连接。

14.根据权利要求11所述的天线组件，其特征在于，所述辐射单元的外表面还覆盖了一层电绝缘层。

15.根据权利要求11所述的天线组件，其特征在于，所述导电性材料包括金属、导电塑料或导电橡胶。

16.根据权利要求11所述的天线组件，其特征在于，所述多个天线端口中的至少两个能够激励所述辐射单元工作于同一个频段的正交模式。

17.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求11至16中任一项所述的天线组件。