CN105932422A

CN105932422A - 一种全金属底部开缝lte频段手机天线

Info

Publication number: CN105932422A
Application number: CN201610406695.2A
Authority: CN
Inventors: 艾付强; 赵安平
Original assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Priority date: 2016-06-12
Filing date: 2016-06-12
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2036-06-12
Also published as: CN105932422B

Abstract

本发明提供了一种全金属底部开缝LTE频段手机天线，本发明利用可调谐组件，实现了LTE低频0.7‑0.96GHZ的切换，实现了支持不同国家的手机网络制式，降低了因国家及制式不同而需要设计多款天线的研发成本和时间；本发明在可调谐组件任一组合状态下，LTE高频1.7‑2.7GHz均覆盖且始终能够保持很好的阻抗特性；而且本发明与金属框连接点仅有一处，结构简单，易于实现，且除传输线用于连接金属框及回地端外，无需其他走线。

Description

一种全金属底部开缝LTE频段手机天线

技术领域

本发明涉及手机天线，具体涉及的是一种全金属底部开缝LTE频段手机天线。

背景技术

由于金属类壳体手机具有独特的触感，因而深受消费者青睐。目前各大手机天线设计公司相继推出了带金属手机天线的解决方案，其中底部开缝的设计方案相比两侧开缝的设计方案可以有效减少手握对天线性能的影响，因此成为金属壳体手机天线设计的主流方式之一。

但是这种设计方案减少了用于覆盖LTE低频的金属条长度，降低了700-960MHz的带宽潜能，从而导致手机网络制式不能支持LTE全频段，因此，在这种方案下，如何设计出一款覆盖LTE全频段手机天线，成为目前主要的研究方向。

中国发明专利CN103236583 A公开了一种增强带宽的新型LTE金属框天线。如图1所示，其包括手持终端的PCB板100和与其相连的金属外框101、102、103，其中PCB板100的非净空区104内，包括天线部分200和与天线相连的电气部分300，天线部分200通过馈电部分201一端与馈源信号端相连，另一端通过回路辐射第一部分202与回路辐射第二部分203相连，回路辐射第二部分203一路经回路辐射第三部分204与金属框205连接，另一路通过回路辐射第四部分207与接地部分208相连，第三路通过接地点电气连接部分209连接到电气部分300，同时天线部分200还包括与金属外框101连接的“U”字型的接地辐射片210以及连接金属边框205一端的回路辐射第五部分206，其中“U”字型的接地辐射片210、回路辐射第五部分206、金属外框101、金属外框102以及金属边框205一同调节频宽和阻抗，共同优化谐振频率，在长度适当的情况下，“U”字型的接地辐射片210和回路辐射第五部分206均可取消；电气部分300内部有电抗器件301、具有通断射频信号的电气连接件302和控制接口303，移动终端信号通过控制电气部分300进行射频信号的通断从而控制电气部分300是否接地。如当在截止状态f1下，可覆盖低频0.7-0.82GHz和高频1.71-2.17GHz，在导通状态f2下，可覆盖低频0.824-0.96GHz和高频2.5-2.69GHz。

虽然上述方案通过射频通断器件切换可覆盖低频0.7-0.96GHz，但该方案存在如下缺陷：一、切换方式单一，即使两次切换状态，仍无法完全覆盖LTE高频段如TDD-LTE Band402.4-2.5GHz；二、当天线低频从0.7-0.82GHz切换到0.824-0.96GHz时，高频也在不停切换，无法利用高频多载波聚合技术达到最佳下载速率；三、天线与金属外框和PCB连接过于繁多，对生产组装带来不便；四、整机部分只有四周外框是金属，无法满足现阶段手机设计更高金属占比要求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种通过可调谐组件组合可覆盖LTE低频0.7-0.96GHz、在任一组合下LTE高频段1.7-2.7GHz均能完全覆盖、无需多余走线且连接方式简单的全金属底部开缝LTE频段手机天线。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种全金属底部开缝LTE频段手机天线，包括金属后壳，所述金属后壳中安装有一线路板，该线路板下方设置有一净空区域，所述净空区域的下方设置有一直线型金属条、净空区域的一侧设置有第一L型金属件、另一侧设置有第二L型金属件，所述直线型金属条与第一L型金属条之间设置有第一缝隙，所述直线型金属条与第二L型金属条之间设置有第二缝隙；所述净空区域上设置有馈电位置、回地位置、第一可调谐组件、第二可调谐组件、第一传输线和第二传输线，所述馈电位置连接第一可调谐组件后分为两路，一路通过第一传输线与直线型金属条连接，另一路通过第二传输线连接第二可调谐组件，第二可调谐组件接回地位置。

优选地，所述第一可调谐组件为电容C1；所述第二可调谐组件由电感L1及与该电感L1串联的可变电容VAC1构成，且所述可变电容VAC1一端连接回地位置。

优选地，所述电容C1＝2.05PF，电感L1＝19nH，VAC1可变电容可调范围为1.99-7.3PF。

优选地，所述第一可调谐组件为可变电容VAC2；所述第二可调谐组件由电感L2及与该电感L2串联的可变电容VAC3构成，且所述可变电容VAC3一端连接回地位置。

优选地，所述电感L2＝19nH，可变电容VAC2可调范围为1.49-3.15PF，可变电容VAC3可调范围为1.98-8.2PF。

优选地，所述第二传输线为L型传输线，其包括有与第一传输线垂直连接的垂直线，以及与第一传输线平行且连接第二可调谐组件的平行线。

优选地，所述第一L型金属件由与直线型金属条处于同一直线的第一水平金属边，以及与所述第一水平金属边垂直的第一垂直金属边构成，所述第一水平金属边与直线型金属条之间形成有第一缝隙。

优选地，所述第一水平金属边上开设有一USB开口槽，所述净空区域上设置有与该USB开口槽位置对应的USB接头。

优选地，所述第二L型金属条由与直线型金属条处于同一直线的第二水平金属边，以及与所述第二水平金属边垂直的第二垂直金属边构成，所述第二水平金属边与直线型金属条之间形成有第二缝隙。

优选地，所述金属后壳中设置有一空腔，所述空腔中对应安装有电池，该电池与安装在空腔上方的线路板电联接。

本发明中电信号从馈电位置馈入，经过第一可调谐组件后分两路，一路通过第一传输线连接到直线型金属条，金属条通过耦合方式将电信号“传输”给第一L型金属件和第二L型金属件，通过第一L型金属件和第二L型金属件将能量辐射，其频率覆盖LTE高频1.7-2.7GHz；另一路电信号通过第一传输线传输到第二传输线，流经第二可调谐组件，到达回地位置回地，其中第二可调谐组件有两个作用，一是负责在LTE低频0.7-0.96GHz之间切换，二是将手机所需LTE低频调谐到可匹配区域，另一方面第一可调谐组件负责将手机所需LTE低频调谐到50Ω附近，从而在不影响LTE高频1.7-2.7GHz性能前提下，完成LTE低频0.7-0.96GHz全覆盖。综上所述，与现有技术相比，使用可调谐组件，实现LTE低频0.7-0.96GHZ切换，支持不同国家的手机网络制式，降低终端客户因国家及制式不同而需要设计多款天线的研发成本和时间；而且本发明在可调谐组件任一组合状态下，LTE高频1.7-2.7GHz均覆盖且始终能够保持很好的阻抗特性；另外，本发明与金属框连接点仅有一处，结构简单，易于实现，且除传输线用于连接金属框及回地端外，无需其他走线。

附图说明

图1为现有增强带宽新型LTE金属框天线的结构示意图；

图2为本发明全金属底部开缝手机天线的结构示意图；

图3为本发明线路板与金属后壳的安装位置结构示意图；

图4为本发明部分元器件与PCB板和天线的连接结构示意图；

图5为本发明全金属底部开缝手机天线实施方案一的连接示意图；

图6为本发明全金属底部开缝手机天线实施方案二的连接示意图；

图7为本发明实施方案一的S11示意图一；

图8为本发明实施方案一的S11示意图二；

图9为本发明实施方案二的S11示意图一；

图10为本发明实施方案二的S11示意图二。

图中标识说明：金属后壳10、腔体11、喇叭12、振动马达13、左侧板14、右侧板15、第一L型金属件20、USB开口槽21、直线型金属条30、第一缝隙31、第二缝隙32、第二L型金属件40、USB接头50、线路板60、净空区域61、馈电位置70、回地位置71、第一可调谐组件80、第二可调谐组件81、第一传输线90、第二传输线91。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2所示，图2为本发明全金属底部开缝手机天线的结构示意图。本发明提供了一种全金属底部开缝手机天线，其主要用于实现LTE低频0.7-0.96GHz、LTE高频段1.7-2.7GHz完全覆盖。本发明所述的天线结构无需多余走线，而且连接方式简单。

其中所述天线结构包括有金属后壳10，所述金属后壳10左右两侧各设置有一侧板(左侧板14及右侧板15)，金属后壳10中设置有一个空腔11(见图3)，所述空腔11中对应安装有一个电池，空腔11的上方安装有线路板60，所述线路板60与电池之间电联接，通过电池为线路板60供电。

在一些实施例中，金属后壳10中没有空腔，电池对应安装在线路板60的下方。

线路板60一部分与金属后壳10两侧相接，另外一部分为净空区域61，该净空区域61位于金属后壳10下方。净空区域61形状根据实际需要而不同，本实施例中以矩形为例进行说明，净空区域61的下方设置有一个直线型金属条30，在净空区域61的一侧(左侧)设置有第一L型金属件20、另一侧(右侧)设置有第二L型金属件40。

第一L型金属件20由第一水平金属边和第一垂直金属边正交构成，其中第一水平金属边与直线型金属条30处于同一直线，第一垂直金属边与金属后壳10的一侧边(左侧边)处于同一直线上。在第一L型金属件20的第一水平金属边与直线型金属条30之间形成有第一缝隙31。

另外，在第一L型金属件20的第一水平金属边上开设有一个USB开口槽 21，所述净空区域61上设置有与该USB开口槽21位置对应的USB接头50。该USB接头50对应与安装在空腔11中的线路板连接，主要用于通过USB接头50进行充电及进行数据传输。

第二L型金属条40由第二水平金属边和第二垂直金属边正交构成，其中第二水平金属边与直线型金属条30处于同一直线，第二垂直金属边与金属后壳10的另一侧边(右侧边)处于同一直线上。

第二水平金属边与直线型金属条30之间形成有第二缝隙32。

净空区域61的上设置有馈电位置70、回地位置71、第一可调谐组件80、第二可调谐组件81、第一传输线90和第二传输线91。

第一传输线90与第二缝隙32在净空区域61上的垂直投影平行(也可以不平行)，且直线型金属条30与第一传输线90连接，所述第一传输线90与第一可调谐组件80连接，第一可调谐组件80连接馈电位置70。

另外，第一传输线90还与第二传输线91连接，第二传输线91与第二可调谐组件81连接，第二可调谐组件81连接回地位置71。其中第二传输线91为L型传输线，其包括有与第一传输线90垂直连接的垂直线，以及与第一传输线90平行且连接第二可调谐组件81的平行线。

其中电信号从馈电位置70馈入，经过第一可调谐组件80后分两路，一路通过第一传输线90连接到直线型金属条30，直线型金属条30通过耦合方式将电信号“传输”给第一L型金属件20和第二L型金属件40，通过第一L型金属件20和第二L型金属件40将能量辐射，其频率覆盖LTE高频1.7-2.7GHz。

经过第一可调谐组件80后的另一路电信号通过第一传输线90传输到第二传输线91，流经第二可调谐组件81，到达回地位置71回地，其中第二可调谐组件有两个作用，一是负责在LTE低频0.7-0.96GHz之间切换，二是将手机所需LTE低频调谐到可匹配区域，另一方面第一可调谐组件负责将手机所需LTE低频调谐到50Ω附近，从而在不影响LTE高频1.7-2.7GHz性能前提下，完成LTE低频0.7-0.96GHz全覆盖。

净空区域61上还对应设置有喇叭12和振动马达13(见图4)。

实施例一

如图5所示，第一可调谐组件80为普通电容C1，该电容C1的一端接馈电位置70，另一端接第一传输线90，其中电容C1＝2.05PF。

第二可调谐组件81由电感L1及可变电容VAC1构成，电感L1一端与第二传输线91连接，另一端与可变电容VAC1串联，而所述可变电容VAC1的另一端连接回地位置71。

其中电感L1＝19nH，可变电容VAC1可调范围为1.99-7.3PF，满足此要求且用于手机的可调电容器件选型如下供参考：On Semi(安森美)公司TCP-4182UB可调范围1.822-8.2PF。

本实施例通过调节可变电容VAC1可实现低频0.7-0.96GHz切换，S11结果如图7和图8，其中LTE Band17 0.704-0.716GHz和GSM 900 0.88-0.96GHz受电容C1值不可变影响导致带宽偏窄。

需要说明的是，S11是衡量天线性能的的一个重要参数之一，其是由反射系数通过换算转化成dB形式表示，与常提到驻波也有对应关系，一般当在某一频率段S11＝-6dB时，反射系数为0.5，表示有25％的能量反射回来，75％的能量传输到天线(因天线由如白杨铜、青铜、磷铜或钢等金属构成，存在导体损耗)，假设天线为理想导体，无损耗，此时，天线最多可将75％的能量辐射；而S11<＝-6dB是评判天线将更多能量辐射的重要参数之一。

实施例二

如图6所示，第一可调谐组件80为可变电容VAC2，该可变电容VAC2一端接馈电位置70，另一端接第一传输线90，其中可变电容VAC2可调范围为1.49-3.15PF，满足此要求且用于手机的可调电容器件选型如下供参考：美国CANVENDISH KINETICS公司32CK503S可调范围0.8-3.15PF和32CK505S/R可调范围1.15-5.15PF。

第二可调谐组件81由电感L2及可变电容VAC3构成，电感L2一端与第二传输线91连接，另一端与可变电容VAC3串联，而所述可变电容VAC3的另一端连接回地位置71。其中电感L2＝19nH，可变电容VAC3可调范围为1.98-8.2PF，满足此要求且用于手机的可调电容器件选型如下供参考：On Semi(安森美)公司TCP-4182UB可调范围1.822-8.2PF。

针对实施例一中的受电容C1值不可变影响而导致带宽偏窄的问题，本实施例进行了改进优化，将实施例一中的普通电容C1替换为一个可变电容VAC2，本实施例通过调节可变电容VAC2和VAC3可实现低频0.7-0.96GHz切换，而且能够满足不同频段的所需带宽，使其效率达到最佳，同时保证各频段TRP和TIS能够满足终端客户研发标准并有充分余量，其S11结果如图9和图10所示。

以上两个实施方案中第一可调谐组件和第二可调谐组件仅使用电容、电感和可变电容组合来简要说明其工作方式，但第一可调谐组件和第二可调谐组件由电容、电感、电阻、可变电容、传输线、耦合或叉指类结构，如“EU”型结构等任一排列组合组成(单个器件可重复使用)，均可达到类似效果，其不在本发明限制范围之内。

同时，本发明的目的之一在于减少天线走线，如除去用于连接直线型金属条30的第一传输线90、用于连接回地的第二传输线91(对传输线的长度不做限制)之外，无需其他多余走线，但其他如在靠近第一缝隙31和第二缝隙32的第一L型金属件20、直线型金属条30、第二L型金属件40一端加若干走线或接地处理，或改变馈电位置70或回地位置71、第一缝隙31或第二缝隙32 位置、净空区域61宽度、USB和其他器件位置等，也可实现本案类似效果。

另外，本发明中手机后壳是以金属后壳为例进行的说明，但本发明所述的方案在非金属后壳上也同样适用。

综上所述，本发明使用可调谐组件，实现LTE低频0.7-0.96GHZ切换，支持中国、美、欧、印等多个国家的手机网络制式，降低终端客户因国家及制式不同而需要设计多款天线的研发成本和时间；而且本发明在可调谐组件任一组合状态下，LTE高频1.7-2.7GHz均覆盖且始终能够保持很好的阻抗特性；另外，本发明与金属框连接点仅有一处，结构简单，易于实现，且除传输线用于连接金属框及回地端外，无需其他走线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种全金属底部开缝LTE频段手机天线，包括金属后壳(10)，所述金属后壳(10)中安装有一线路板(60)，其特征在于，该线路板(60)下方设置有一净空区域(61)，所述净空区域(61)的下方设置有一直线型金属条(30)、净空区域(61)的一侧设置有第一L型金属件(20)、另一侧设置有第二L型金属件(40)，所述直线型金属条(30)与第一L型金属条(20)之间设置有第一缝隙(31)，所述直线型金属条(30)与第二L型金属条(40)之间设置有第二缝隙(32)；所述净空区域(61)上设置有馈电位置(70)、回地位置(71)、第一可调谐组件(80)、第二可调谐组件(81)、第一传输线(90)和第二传输线(91)，所述馈电位置(70)连接第一可调谐组件(80)后分为两路，一路通过第一传输线(90)与直线型金属条(30)连接，另一路通过第二传输线(91)连接第二可调谐组件(81)，第二可调谐组件(81)接回地位置(71)。

2.如权利要求1所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第一可调谐组件(80)为电容C1；所述第二可调谐组件(81)由电感L1及与该电感L1串联的可变电容VAC1构成，且所述可变电容VAC1一端连接回地位置(71)。

3.如权利要求2所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述电容C1＝2.05PF，电感L1＝19nH，VAC1可变电容可调范围为1.99-7.3PF。

4.如权利要求1所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第一可调谐组件(80)为可变电容VAC2；所述第二可调谐组件(81)由电感L2及与该电感L2串联的可变电容VAC3构成，且所述可变电容VAC3一端连接回地位置(71)。

5.如权利要求4所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述电感L2＝19nH，可变电容VAC2可调范围为1.49-3.15PF，可变电容VAC3可调范围为1.98-8.2PF。

6.如权利要求1～5任一所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第二传输线(91)为L型传输线，其包括有与第一传输线(90)垂直连接的垂直线，以及与第一传输线(90)平行且连接第二可调谐组件(81)的平行线。

7.如权利要求6所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第一L型金属件(20)由与直线型金属条(30)处于同一直线的第一水平金属边，以及与所述第一水平金属边垂直的第一垂直金属边构成，所述第一水平金属边与直线型金属条(30)之间形成有第一缝隙(31)。

8.如权利要求7所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第一水平金属边上开设有一USB开口槽(21)，所述净空区域(60)上设置有与该USB开口槽(21)位置对应的USB接头(50)。

9.如权利要求6所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述第二L型金属条(40)由与直线型金属条(30)处于同一直线的第二水平金属边，以及与所述第二水平金属边垂直的第二垂直金属边构成，所述第二水平金属边与直线型金属条(30)之间形成有第二缝隙(32)。

10.如权利要求6所述的全金属底部开缝LTE频段手机天线，其特征在于，所述金属后壳(10)中设置有一空腔(11)，所述空腔(11)中对应安装有电池，该电池与安装在空腔(11)上方的线路板(60)电联接。