一种移动设备的天线及应用该天线的移动设备的制作方法

本发明涉及一种天线及应用该天线的移动设备。

背景技术：

目前，在像移动电话和平板移动终端设备中金属外壳被广为采用。金属外壳具有使装置更薄，并具有良好的用户体验等优点。另一方面，它也造成了天线设计的大问题，例如天线体积减少，强电磁耦合到天线，效率退化和带宽减小等。因此，如何设计天线与金属外壳是世界范围内有挑战性的技术问题。

现有移动设备中覆盖GPS 1.575GHz、WLAN b/g的2.45GHz和5GHz的天线尺寸通常较大。然而，受移动设备轻薄化的设计限制，天线的尺寸需要做到尺寸更小，但同时又不会影响到天线的工作范围。从ID设计和器件的机械强度的角度来看，最好在全金属外壳上没有任何切口或槽。然而，由于技术上的问题，像苹果和HTC(图1)等大部分厂商必须在金属外壳的后盖上切割一个或多个槽7，使得天线可以设计为满足运营商的频带和效率等方面的要求。

然而，如何在满足天线上述频率覆盖范围的基础上缩小天线的尺寸、并不在金属外壳上切口或切槽，这对于本领域技术人员来说是一巨大挑战。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种无需在外壳上开槽就可以同时满足低频带和高频带需要的小尺寸天线以及应用该天线的移动设备。

本发明的一种移动设备的天线，包括天线本体和载体，所述天线本体设置于所述载体上；所述天线本体包括：

一馈送端；

一接地端；

一第一辐射部，具有第一长度的第一辐射臂且连接所述馈送端，其中所述 第一辐射臂设置于所述载体的不同侧面上；

一第二辐射部，具有第二长度的第二辐射臂且连接所述接地端，并与所述第一辐射部之间具有一耦合间隙，其中所述第二辐射臂设置于所述载体的不同侧面上；

一第三辐射部，具有第三长度的第三辐射臂且连接所述接地端，并与所述第一辐射部之间具有一耦合间隙，其中所述第三辐射臂设置于所述载体的不同侧面上；

一第四辐射部，具有第四长度的第四辐射臂与所述第三辐射部电性连接；

其中，所述第一辐射部与所述第二辐射部根据所述第一长度和所述第二长度适配于在第一频段产生谐振；

所述第三辐射部根据所述第一长度和所述第三长度以及所述第一辐射部和所述第三辐射部间的所述耦合间隙适配于在第二频段产生谐振；

所述第三辐射部和所述第四辐射部根据所述第三长度和所述第四长度适配于在第三频段产生谐振。

进一步，所述第一辐射臂包括第一段、第二段和第三段；所述第一段设置于所述载体的第一侧面，所述第一段的一端耦接所述馈送端；所述第二段，设置于所述载体的顶面，所述第二段的一端耦接所述第一段的另一端；所述第三段，设置于所述载体的第二侧面，所述第三段的一端耦接所述第二段的另一端。

进一步，所述第二辐射臂包括第四段和第五段；所述第四段，设置于所述载体的第三侧面，所述第四段的一端耦接所述接地端；所述第五段，设置于所述载体的所述顶面，所述第五段耦接所述第四段的另一端。

进一步，所述第三辐射臂包括第六段、第七段和第八段；所述第六段，设置于所述载体的所述第一侧面，所述第六段的一端耦接所述接地端；所述第七段，设置于所述载体的所述顶面，所述第七段的一端耦接所述第六段的另一端；所述第八段，设置于所述载体的第四侧面，所述第八段耦接所述第七段的另一端。

进一步，还包括：

一感性元件和一容性元件，通过所述感性元件和所述容性元件使所述第三辐射部和所述第四辐射部电性连接，以抑制所述第二频段的信号自所述第三辐射部流过所述第四辐射部。

进一步，所述感性元件和所述容性元件的电感值和电容值与所述第二频段的频率满足一预定关系。

进一步，所述第五段包括第一臂和第二臂，所述第七段包括第三臂和第四臂，所述第一臂和所述第二臂呈L形设置于所述顶面，所述第三臂和所述第四臂呈L形设置于所述顶面；所述第一辐射臂的所述第三段设置于所述第五段和所述第七段之间，并与所述第一臂和所述第三臂相互平行。

进一步，所述第四辐射部呈L形设置于所述载体的所述第二侧面，所述感性元件和所述容性元件设置于所述顶面和所述第二侧面邻接处，分别与所述第三辐射部和所述第四辐射部耦接。

进一步，所述第一频段为4.9GHz-5.8GHz，所述第二频段为2.4GHz-2.5GHz，所述第三频段为1.575GHz。

本发明的移动设备，包括外壳、电路板以及上述的天线；所述外壳上具有一开口，所述天线设置于所述开口处，并与所述外壳内设置的所述电路板电连接。

进一步，还包括显示屏，所述显示屏定位于所述天线和所述外壳共同形成的接合面。

本发明采用特定结构的天线，使得天线结构紧凑的同时适用于4.9GHz-5.8GHz、2.4GHz-2.5GHz以及1.575GHz多个频段，并且无需在外壳上切槽就可以降低外壳对天线信号的影响，简化了外壳制造工艺，降低了制造成本。

附图说明

图1为现有技术中在外壳上切槽的移动设备的结构示意图；

图2为本发明的天线在移动设备中设置方式的结构示意图；

图3为本发明移动设备中外壳的结构示意图；

图4为本发明移动设备中电路板与外壳的连接示意图；

图5(a)-图5(b)为本发明的天线的结构示意图；

图6为模拟天线的S11示意图；

图7为实测天线的S11示意图；

图8为各频段下本发明的天线的辐射图。

具体实施方式

如图2-4所示，本发明移动设备1，包括金属外壳2、电路板3、天线4和显示屏5，金属外壳2是由底板和侧板所围成，金属外壳2右下角具有未被侧壁包围的区域，电路板3设置于底板上并被侧板包围于金属外壳2中，天线4被定位于该区域并与金属外壳2内设置的电路板3电连接。因此，金属外壳2的侧壁和底板上不需再切槽，如此可以保证金属外壳2的机械强度。由于天线4被设于侧壁的邻接区域也不会影响天线的工作效率和带宽。天线4与金属外壳2侧壁的顶面形成设置显示屏5的接合面，显示屏5被固定安装在该接合面上。

本实施例中移动设备1可以包括手机、平板电脑等电子设备，电路板可以为PWB板，显示屏可以为液晶显示屏。然而，本发明中移动设备、电路板和显示屏并不局限于此。

以下对移动设备1中的天线4的结构做如下详细说明：

如图4、5a和5b所示，本发明的天线4，包括天线本体41和载体42，所述天线本体41设置于所述载体42上；所述天线本体41包括：

一馈送端；

一接地端；

一第一辐射部413，具有第一长度的第一辐射臂且连接所述馈送端411，其中所述第一辐射臂设置于所述载体42的不同侧面上；

一第二辐射部414，具有第二长度的第二辐射臂且连接所述接地端，并与所述第一辐射部413之间具有一耦合间隙d，其中所述第二辐射臂设置于所述载体42的不同侧面上；

一第三辐射部415，具有第三长度的第三辐射臂且连接所述接地端，并与所述第一辐射部413之间具有一耦合间隙，其中所述第三辐射臂设置于所述载体42的不同侧面上；

一第四辐射部416，具有第四长度的第四辐射臂与所述第三辐射部415电性连接；

其中，所述第一辐射部413与所述第二辐射部414根据所述第一长度和所述第二长度适配于在第一频段(4.9GHz-5.8GHz)产生谐振；所述第三辐射部根据所述第一长度和所述第三长度以及所述第一辐射部和所述第三辐射部间的 所述耦合间隙d适配于在第二频段(2.4GHz-2.5GHz)产生谐振；所述第三辐射部415和所述第四辐射部416根据所述第三长度和所述第四长度适配于在第三频段1.575GHz产生谐振。

本实施例中将第一辐射部413、第二辐射部414、第三辐射部415和第四辐射部416分别设置于载体42的不同侧面上，以形成立体结构，节省了天线所占空间。根据调整第一辐射部413、第二辐射部414、第三辐射部415、第四辐射部416的长度、耦合间隙，使天线4适配于第一频段(4.9GHz-5.8GHz)、第二频段(2.4GHz-2.5GHz)和第三频段(1.575GHz)。第一辐射部413的第一长度为5GHz的四分之一波长，用于5GHz的WLAN高频段，第二辐射部414邻近于第一辐射部413并与其耦接，第二辐射部414的第二长度为6GHz的四分之一波长，以通过第一辐射部413和第二辐射部414覆盖WLAN 4.9-5.8GHz更宽的高频范围。第三辐射部415邻近与第一辐射部413并与其耦接，第三辐射部415的第三长度大约为2.4GHz的四分之一波长，第三辐射部415和第四辐射部416的第三长度和第四长度满足1.575GHz的四分之一波长。

在一实施例中本公开还包括一感性元件L和容性元件C，通过感性元件L和容性元件C使所述第三辐射部415和所述第四辐射部416电性连接，以抑制所述第二频段的信号自所述第三辐射部流过所述第四辐射部。其中，感性元件L和容性元件C的电感和电容值满足公式：

其中f＝2.45GHz，LC电路被设计在f＝2.45GHz，是一个高Q的结构，这将在2.45GHz的创建无限大的阻抗，但是在1.575GHz非常低的阻抗，这意味着，当在2.4GHz-2.5GHz处电流将只集中在第三辐射部415，不会流入第四辐射部416，使第三辐射部415产生2.4GHz-2.5GHz的谐振。但是，当在1.575GHz处电流将从第三辐射部415流向第四辐射部416，第三辐射部415和第四辐射部416产生的共振一起工作在1.575GHz。感性元件的电感值的大小影响第四辐射部的长度，L值越大，第四辐射部长度越短。本发明的天线可以支持GPS(1.575GHz)和WLAN b/g的(2.45GHz和5GHz)，天线长度仅为25毫米，大约为单极和PIFA天线的一半尺寸。

本实施例中第一辐射部413的所述第一辐射臂包括第一段4131、第二段 4132和第三段4133；所述第一段4131设置于所述载体42的第一侧面421，所述第一段4131的一端耦接所述馈送端411；所述第二段4132置于所述载体42的顶面422，所述第二段4132的一端耦接所述第一段4131的另一端；所述第三段4133设置于所述载体42的第二侧面423，所述第三段4133的一端耦接所述第二段4132的另一端。其中，第一段4131与第二段4132于第一侧面421和顶面422的邻界处相连接，第二段4132与第三段4133于顶面422和第二侧面423邻界处相连接。

本实施例中第二辐射部414的所述第二辐射臂包括第四段4141和第五段4142；所述第四段4141设置于所述载体42的第三侧面424，所述第四段4141的一端耦接所述接地端；所述第五段4142设置于所述载体42的所述顶面422，所述第五段4142耦接所述第四段4141的另一端。其中，第四段4141和第五段4142于顶面422和第三侧面424邻界处相连接，第五段4142呈L形布置。然而，第五段4142所形成的形状并不局限于L形，其也可以为其他任意形状。

本实施例中第三辐射部415的所述第三辐射臂包括第六段4151、第七段4152和第八段4153；所述第六段4151设置于所述载体42的所述第一侧面421，所述第六段4151的一端耦接所述接地端412；所述第七段4152设置于所述载体42的所述顶面422，所述第七段4152的一端耦接所述第六段4151的另一端；所述第八段4153设置于所述载体42的第四侧面425，所述第八段4153耦接所述第七段4152的另一端。其中，第六段4151和第七段4152于第一侧面421和顶面422的邻界处相连接，第七段4152和第八段4153于第四侧面425和顶面422的邻界处相连接，第七段4152呈L形布置。然而，第七段4152所形成的形状并不局限于L形，其也可以为其他任意形状。

所述第五段4142包括第一臂和第二臂，所述第七段4152包括第三臂和第四臂，所述第二段4132设置于所述第五段4142和所述第七段4152之间，并与所述第一臂和所述第三臂相互平行。

为了更为清楚地了解本发明天线的性能，这里将展示天线仿真和实测结果，包括S11，辐射模式和效率。天线的仿真S11示于图6。GPS天线的带宽是频率22MHz(1.56-1.58GHz)。WLAN天线在低频段的带宽是57MHz(2.441-2.498GHz)和在高频段是1.2GHz(5.3-6.5GHz)。轻微调谐，该天线可被GPS和WLAN应用在1.575，2.4和5GHz频带。实测天线的S11示于 图7中，所测量的S11中与仿真结果非常相似。在全球定位系统(1.575GHz)，无线局域网低频段(2.4GHz)和WLAN高频带(5GHz)测得的平均效率分别为45％，30％和70％。这非常有利于于GPS/WLAN中应用。模拟辐射图案和增益在1.57，2.4和5.8GHz示于图8。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。