本發(fā)明涉及一種天線及應(yīng)用該天線的移動設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，在像移動電話和平板移動終端設(shè)備中金屬外殼被廣為采用。金屬外殼具有使裝置更薄，并具有良好的用戶體驗等優(yōu)點。另一方面，它也造成了天線設(shè)計的大問題，例如天線體積減少，強電磁耦合到天線，效率退化和帶寬減小等。因此，如何設(shè)計天線與金屬外殼是世界范圍內(nèi)有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。

現(xiàn)有移動設(shè)備中覆蓋低頻段780MHz-1GHz和高頻段1.9GHz-2.10GHz的天線尺寸通常較大。然而，受移動設(shè)備輕薄化的設(shè)計限制，天線的尺寸需要做到尺寸更小，但同時又不會影響到天線的工作范圍。從ID設(shè)計和器件的機械強度的角度來看，最好在全金屬外殼上沒有任何切口或槽。然而，由于技術(shù)上的問題，像蘋果和HTC(圖1)等大部分廠商必須在金屬外殼的后蓋上切割一個或多個槽，使得天線可以設(shè)計為滿足運營商的頻帶和效率等方面的要求。

然而，如何在滿足天線上述頻率覆蓋范圍的基礎(chǔ)上縮小天線的尺寸、并不在金屬外殼上切口或切槽，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是一巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無需在外殼上開槽就可以同時滿足低頻帶和高頻帶需要的小尺寸天線以及應(yīng)用該天線的移動設(shè)備。

本發(fā)明的一種移動設(shè)備的天線，包括天線本體和載體，所述天線本體設(shè)置于所述載體上；所述天線本體包括：

一饋送部；

一接地部；

一第一輻射部，具有第一長度的第一輻射臂且分別連接所述饋送部和所述 接地部，以根據(jù)所述第一長度適配于在第一頻段產(chǎn)生諧振，其中所述第一輻射臂設(shè)置于所述載體的不同側(cè)面上；

一第二輻射部，具有第二長度的第二輻射臂且與所述第一輻射部之間具有一耦合間隙，其中所述第二輻射臂設(shè)置于所述載體的不同側(cè)面上；

一調(diào)諧元件，連接于所述第二輻射臂和所述接地部，用于根據(jù)調(diào)節(jié)其電容值以調(diào)諧天線帶寬；

其中，所述第二輻射部和所述調(diào)諧元件適配于在第二頻段產(chǎn)生諧振。

進一步，所述饋送部和所述接地部設(shè)置于所述載體的第一側(cè)面，所述饋送部的一端連接一電路板的饋送端，所述接地部的一端連接所述電路板的接地端。

進一步，所述第一輻射臂包括第一段和第二段；所述第一段設(shè)置于所述載體的頂面，所述第一段分別連接所述接地部的另一端和所述饋送部的另一端；所述第二段，設(shè)置于所述載體的第二側(cè)面，所述第二段的一端連接所述第一段。

進一步，所述第二輻射部包括第三段和第四段；所述第三段，設(shè)置于所述載體的所述頂面，與所述第一段之間具有所述耦合間隙；所述第四段，設(shè)置于所述載體的第三側(cè)面，所述四段的一端連接所述第三段。

進一步，于所述第一側(cè)面和所述頂面鄰接處所述第一段分別連接所述接地部的另一端和所述饋送部的另一端。

進一步，于所述第二側(cè)面和所述頂面鄰接處所述第二段的一端連接所述第一段。

進一步，于所述第三側(cè)面和所述頂面鄰接處所述第四段的一端連接所述第三段。

進一步，所述第一段包括第一臂和第二臂，所述第二段包括第三臂和第四臂，所述第一臂和所述第二臂呈L形設(shè)置于所述頂面，所述第三臂和所述第四臂呈L形設(shè)置于所述第二側(cè)面；所述第一臂分別與所述饋送部和所述接地部連接，所述第二臂向所述第二側(cè)面延伸，使所述第二臂與所述第三臂于所述頂面和所述第二側(cè)面的鄰接處連接。

進一步，所述第三段包括第五臂和第六臂，所述第五臂和所述第六臂呈L形設(shè)置于所述頂面，所述第五臂平行于所述第二臂，向所述第一臂延伸，并與所述第一臂之間具有所述耦合間隙；所述第六臂平行于所述第一臂，向所述第 三側(cè)面延伸，使所述第六臂與所述第四段于所述頂面和所述第三側(cè)面的鄰接處連接。

進一步，所述饋送部的一端向所述電路板延伸，使所述饋送部的一端連接所述電路板的所述饋送端，所述饋送部的另一端向所述頂面延伸，使所述饋送部的另一端連接所述第一段。

進一步，所述第一頻段為780MH_Z-1GH_Z，所述第二頻段為1900MH_Z-2110MH_Z。

進一步，所述調(diào)諧元件為可調(diào)電容器，所述可調(diào)電容器的調(diào)諧范圍為1.1pF-5.1pF。

進一步，所述天線本體還包括一感性元件，設(shè)置于所述載體的所述第三側(cè)面，與所述第四段的另一端以及所述電路板連接，并與所述調(diào)諧元件并聯(lián)。

本發(fā)明的移動設(shè)備，包括外殼、電路板以及上述的天線；所述外殼上具有一開口，所述天線設(shè)置于所述開口處，并與所述外殼內(nèi)設(shè)置的所述電路板電連接。

進一步，還包括顯示屏，所述顯示屏定位于所述天線和所述外殼共同形成的接合面。

本發(fā)明采用特定結(jié)構(gòu)的天線，使得天線結(jié)構(gòu)緊湊的同時適用于780MH_Z-1GH_Z以及1900MH_Z-2110MH_Z，并且無需在外殼上切槽就可以降低外殼對天線信號的影響，簡化了外殼制造工藝，降低了制造成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中在外殼上切槽的移動設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的天線在移動設(shè)備中設(shè)置方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明移動設(shè)備中外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明移動設(shè)備中電路板與外殼的連接示意圖；

圖5(a)-圖5(c)為本發(fā)明的天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5(a)-圖5(c)所示天線的等效電路示意圖；

圖7為采用1.1pF-5.1pF的可調(diào)節(jié)電容仿真的S11示意圖；

圖8(a)和圖8(b)為低頻帶和高頻帶下本發(fā)明的天線的輻射圖；

圖9示出了可調(diào)節(jié)電容為1.1pf和5.1pf時測量的S11示意圖。

具體實施方式

如圖2-4所示，本發(fā)明移動設(shè)備1，包括金屬外殼2、電路板3、天線4和顯示屏5，金屬外殼2是由底板和側(cè)板所圍成，金屬外殼2右下角具有未被側(cè)壁包圍的區(qū)域，電路板3設(shè)置于底板上并被側(cè)板包圍于金屬外殼2中，天線4被定位于該區(qū)域并與金屬外殼2內(nèi)設(shè)置的電路板3電連接。因此，金屬外殼2的側(cè)壁和底板上不需再切槽，如此可以保證金屬外殼2的機械強度。由于天線4被設(shè)于側(cè)壁的鄰接區(qū)域也不會影響天線的工作效率和帶寬。天線4與金屬外殼2側(cè)壁的頂面形成設(shè)置顯示屏5的接合面，顯示屏5被固定安裝在該接合面上。

本實施例中移動設(shè)備1可以包括手機、平板電腦等電子設(shè)備，電路板可以為PWB板，顯示屏可以為液晶顯示屏。然而，本發(fā)明中移動設(shè)備、電路板和顯示屏并不局限于此。

以下對移動設(shè)備1中的天線4的結(jié)構(gòu)做如下詳細說明：

如圖5a-圖5c所示，本發(fā)明的天線4，包括天線本體41和載體42，所述天線本體41設(shè)置于所述載體42上；載體42為電絕緣材料，與其上設(shè)置的天線本體41絕緣。

天線本體41包括：

饋送部411；

接地部412；

第一輻射部413，具有第一長度的第一輻射臂且分別連接所述饋送部411和所述接地部412，以根據(jù)所述第一長度匹配于在第一頻段(高頻段2GHZ范圍)產(chǎn)生諧振，其中所述第一輻射臂設(shè)置于所述載體42的不同側(cè)面上。

第二輻射部414，具有第二長度的第二輻射臂且與所述第一輻射部413之間具有一耦合間隙d，其中所述第二輻射臂設(shè)置于所述載體42的不同側(cè)面上，所述耦合間隙d和所述第二長度匹配于在第二頻段(低頻段800MHZ)產(chǎn)生諧振；

調(diào)諧元件415，連接于所述第二輻射臂和所述接地部412，用于根據(jù)調(diào)節(jié)其電容值以調(diào)諧所述天線4于所述第一頻段和所述第二頻段的工作帶寬。

本實施例中將第一輻射部413和第二輻射部414中的輻射臂分別設(shè)置于載 體42的不同側(cè)面上，以形成立體結(jié)構(gòu)，并且第一輻射部413和第二輻射部414之間設(shè)置一耦合間隙d，如此可以根據(jù)第一輻射部413和第二輻射部414的長度以及第一輻射部413和第二輻射部414之間的耦合間隙d，使天線4匹配于高頻段(第一頻段)和低頻段(第二頻段)。在保證輻射臂有效長度的同時節(jié)省了輻射臂所占空間。

本實施例中所述饋送部411和所述接地部412設(shè)置于所述載體42的第一側(cè)面421，所述饋送部411的一端連接電路板3的饋送端，以向第一輻射部413饋送信號。所述接地部412的一端連接所述電路板3的接地端。其中，所述饋送部411的一端向所述電路板3延伸，使所述饋送部411的一端連接所述電路板3的所述饋送端，所述饋送部411的另一端向載體42的頂面延伸，使所述饋送部411的另一端連接所述第一段4131。

本實施例中第一輻射部413的第一輻射臂包括設(shè)置于載體42不同側(cè)面的第一段4131和第二段4132，第一段4131設(shè)置于所述載體42的頂面422，所述第一段4131分別連接所述接地部412的另一端和所述饋送部411的另一端；所述第二段4132，設(shè)置于所述載體42的第二側(cè)面423，所述第二段4132的一端連接所述第一段4131。其中，第一段4131和第二段4132的總長度為第一輻射部413的第一長度，并且該第一長度為2GHz的四分之一波長。其中，第一段4131包括第一臂4133和第二臂4134，所述第二段4132包括第三臂4135和第四臂4136，所述第一臂4133和所述第二臂4134呈L形設(shè)置于所述頂面，所述第三臂4135和所述第四臂4136呈L形設(shè)置于所述第二側(cè)面。然而，第一臂4133和第二臂4134，以及第三臂4135和第四臂4136所形成的形狀并不局限于L形，其也可以為其他任意形狀。所述第一臂4133分別與所述饋送部11和所述接地部412連接，所述第二臂4134向所述第二側(cè)面延伸，使所述第二臂4134與所述第三臂4135于所述頂面和所述第二側(cè)面的鄰接處連接，第四臂4136向載體42的第三側(cè)面424。

本實施例中第二輻射部414的第二輻射臂包括設(shè)置于載體42不同側(cè)面的第三段4141和第四段4142，所述第三段4141設(shè)置于所述載體42的所述頂面422，與所述第一段4131之間具有所述耦合間隙d；所述第四段4142設(shè)置于所述載體42的第三側(cè)面，所述第四段4142的一端連接所述第三段4141。其中，第三段4141和第四段4142的總長度為第二輻射部414的第二長度，并且 該第二長度和耦合間隙d使天線13匹配于低頻段800MHZ。其中，所述第三段4141包括第五臂4143和第六臂4144，所述第五臂4143和所述第六臂4144呈L形設(shè)置于所述頂面，所述第五臂4143平行于所述第二臂4134，向所述第一臂4133延伸，并與所述第一臂4133之間具有所述耦合間隙；所述第六臂4144平行于所述第一臂4133，向所述第三側(cè)面424延伸，使所述第六臂4144與所述第四段4142于所述頂面和所述第三側(cè)面的鄰接處連接。然而，第五臂4143、第六臂4144的形狀以及與第一臂4133和第二臂4134之間的位置關(guān)系并不局限于此。

本實施例中在所述第一側(cè)面421和所述頂面422鄰接處，所述第一段4131分別連接所述接地部412的另一端和所述饋送部411的另一端。在所述第二側(cè)面和所述頂面鄰接處，所述第二段4132的一端連接所述第一段4131。然而，第一段4131與饋送部411和接地部412的連接位置以及第二段4132和第一段4131的連接位置并不局限于此，可以根據(jù)實際需要做相應(yīng)調(diào)整。

當(dāng)?shù)谝惠椛洳?13是由射頻(RF)信號饋送，在第一輻射部413的電流將通過第一輻射部413和第二輻射部414之間的間隙d耦合到第二輻射部414。從射頻的角度看，第一輻射部413和第二輻射部414將提供感性阻抗，它們之間的電磁耦合將產(chǎn)生容性阻抗，當(dāng)感性和容性阻抗串聯(lián)連接，將產(chǎn)生特定頻率上的諧振。所以，第一輻射部413和第二輻射部414的間隙寬度(電容)和耦合長度是本設(shè)計中的關(guān)鍵。適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)可以產(chǎn)生低頻段諧振(800MHz)。而低頻段的單個帶寬大約為30MHz很窄，遠小于所需的260MHz低頻段。

為了彌補低頻段的帶寬，調(diào)諧元件415連接于所述第二輻射臂和所述接地部412，并且位于載體42的第三側(cè)面上。調(diào)諧元件415可選擇性地為可調(diào)諧電容器，并且選擇其電容值1.1-5.1PF的可調(diào)節(jié)低頻諧振，以實現(xiàn)整體220MHz的帶寬。

可調(diào)諧電容器位于第2部分末端和印刷電路板的右端。可調(diào)諧電容器具有32個狀態(tài)，其范圍從1.1pF到5.1pF。選擇電容值從1到5pF的可調(diào)節(jié)低頻諧振，以實現(xiàn)整體220MHz的帶寬適合LTE700/GSM850/900全球手機頻段的應(yīng)用。

另外，在一實施例中天線本體41還包括一感性元件416，設(shè)置于所述載 體42的所述第三側(cè)面，與所述第四段4142的另一端以及所述電路板3連接，并與所述調(diào)諧元件415并聯(lián)，這樣可以進一步改善第二頻段工作帶寬的范圍，使其整體帶寬可以大于220MHz。

如圖6所示，為圖5a-圖5c中天線結(jié)構(gòu)的等效電路圖。圖中Ccoupling1表示第一輻射部和印刷電路板之間的耦合，Ccoupling2表示第二輻射部與所述印刷電路板之間的耦合，Ccoupling3表示第一輻射部和第二輻射部之間的耦合。Lmatch1是匹配部件，CDTC是可調(diào)電容、Lmatch2是匹配部件。

為了更為清楚地了解本發(fā)明天線的性能，這里將展示天線仿真和實測結(jié)果，包括S11，輻射方向圖和效率。通過選擇從1.1-5.1pF的可調(diào)諧電容器，模擬的S11示于圖7。在可調(diào)諧電容器為1.1pF時，天線工作在1GHz和2.10GHz，在可調(diào)諧電容器為2pF時，天線將在低和高頻段的較低頻率下工作，在可調(diào)諧電容器為5.1pF的，天線工作的最低頻率位于780MHz和1.9GHz。低頻段780MHz-1GHz和高頻段1.9-2.10GHz，低頻覆蓋范圍約220MHz，高頻約210MHz。這表明，對于LTE700/GSM850/900和DCS/PCS/UMTS有巨大的運用前景。

低頻處的天線方向圖和增益在圖8a給出。由圖可見，所述方向圖是全向的，有利于理想信號的發(fā)射和接收。同樣地，高頻帶方向圖和增益在圖8b中顯示，該輻射模式有一定的指向性，但在一般情況下，仍然屬于全向性。

在本發(fā)明中使用的是美國公司Peregrine的數(shù)字可調(diào)諧電容器(DTC)，它的可調(diào)諧范圍從1.1至5.1pF。該DTC的好處是，它有32個調(diào)整狀態(tài)，確保它可以覆蓋所有需要的頻帶。為了改善調(diào)諧范圍，在連接可調(diào)電容的同時并聯(lián)一個10nH的電感。

測量的S11于圖9所示，電容器的值可以選擇從1.1pF至5.1pF，這里為顯示覆蓋的范圍，僅使用C＝1.1pF和5.1pF的兩種情況。并且實驗結(jié)果和仿真結(jié)果有很好的吻合。

該天線在低頻段處測得的平均效率為35％，在高頻段是45％，在MIMO(多輸入多輸出)或移動設(shè)備中的分集天線中有很好的應(yīng)用。