一种基于金属后壳的宽频带天线的制作方法

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种基于金属后壳的宽频带天线。

背景技术：

近来，一部分手机厂商推出了金属边框及全金属手机，其中全金属一体化手机因其美观、时尚、大方，备受消费者青睐，如：HTC one，P8，iphone6等。全金属一体化手机也已是高端旗舰机的代名词，这类设计为了使金属后壳具有辐射功能，通常是对其进行开缝处理，像HTC M9金属后壳的顶端和底部各开了一条缝隙，将顶部与底部的金属后壳直接作为天线辐射体。同时，在顶部金属后壳的内部还嵌有天线支节，通过优化各馈点位置及调谐电路来实现天线指标性能，这就需要主板预留足够的空间，同时调试复杂，特别是在空间环境有限的情况下，给天线设计带来巨大的挑战。

现有的全金属一体化手机通过在金属后壳开槽实现天线，但开槽过多影响美观，为了覆盖第四代(4G，4^th Generation)宽频带，还引入额外的调谐开关、天线支架、相关电气连接件，这些势必占用了较多的空间，同时也增加了设计成本及复杂度；另外，目前一些运营商项目都开始要求支持载波聚合(CA，Carrier Aggregation)，一般要求天线高低频同时兼顾(低频700-960MHz，高频1710-2690MHz)，而现有技术在利用金属后壳做天线辐射单元时，即使引入调谐电路，也很难同时兼顾高低频，这就会导致天线性能指标达不到项目要求。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于金属后壳的宽频带天线。

本发明实施例提供的基于金属后壳的宽频带天线包括：

主板(PCB，Printed Circuit Board)；

金属后壳，所述金属后壳上设置有两条缝隙，所述两条缝隙将所述金属后壳隔开为三部分，所述金属后壳的其中一部分作为天线辐射单元；

金属块，所述金属块连接所述缝隙；

接地元件，所述接地元件与所述金属后壳连接；

馈电点，所述馈电点对所述天线辐射单元馈电；

净空区，所述净空区将所述PCB板与所述天线辐射单元隔开。

本发明实施例中，所述PCB板包括介质基板及表面铺铜区金属地。

本发明实施例中，所述金属后壳上设置有两条缝隙，所述两条缝隙将所述金属后壳隔开为三部分，所述金属后壳的其中一部分作为天线辐射单元，为：

所述金属后壳被上下对称等宽的两条缝隙隔开，分成为以下三部分：底部金属后壳、中部金属后壳、顶部金属后壳；

其中，所述底部金属后壳作为天线辐射单元，所述天线辐射单元位于所述PCB板的净空区上方。

本发明实施例中，所述接地元件连接所述中部金属后壳与所述PCB板的金属地。

本发明实施例中，所述上下对称等宽的两条缝隙的宽度的范围为1mm至2mm，所述缝隙内通过注塑将三部分金属后壳连接。

本发明实施例中，所述金属块位于所述金属后壳的内壁，所述金属块连接所述缝隙，从而使得所述底部金属后壳与所述中部金属后壳导通。

本发明实施例中，所述馈电点对所述天线辐射单元馈电，为：

信号通过所述馈电点对所述底部金属后壳馈电，使得所述底部金属后壳形成天线辐射单元。

本发明实施例中，所述底部金属后壳通过所述金属块与所述中部金属后壳导通而接地。

本发明实施例中，所述底部金属后壳的下方设置有通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)、扬声器；其中，所述的USB位于所述底部金属后壳下方 的中间位置，同时与所述PCB板的金属地相连；所述扬声器悬空不接地，位于所述USB的右侧。

本发明实施例中，所述馈电点和所述金属块均位于所述USB的同侧。

本发明实施例的技术方案中，完全基于金属后壳的天线设计形式，不需要额外的天线支节或调谐电路，占用空间较小，同时节省了成本，设计简单易行；利用底部金属后壳构成天线辐射单元，很好地兼顾高低频段，实现了低频带宽为700-960MHz，高频带宽为1710-2690MHz的工作频段，拓宽了频带宽度，并且高低频具有较好的隔离度，满足了无线终端的4G多频段使用要求，可以广泛适应于金属后壳的4G终端中。

附图说明

图1为本发明实施例的基于金属后壳的宽频带天线的整体模型示意图；

图2为天线回波损耗曲线随参数b的变化(a＝3mm)示意图一；

图3为天线回波损耗曲线随参数b的变化(a＝6mm)示意图二；

图4为天线回波损耗曲线随参数d的变化(a＝3mm，b＝28mm)示意图；

图5为引入有匹配电路后所述天线的回波损耗曲线图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。

本发明实施例提供的基于金属后壳的宽频带天线包括：

PCB板；

金属后壳，所述金属后壳上设置有两条缝隙，所述两条缝隙将所述金属后壳隔开为三部分，所述金属后壳的其中一部分作为天线辐射单元；

金属块，所述金属块连接所述缝隙；

接地元件，所述接地元件与所述金属后壳连接；

馈电点，所述馈电点对所述天线辐射单元馈电；

净空区，所述净空区将所述PCB板与所述天线辐射单元隔开。

所述PCB板包括介质基板及表面铺铜区金属地。

所述金属后壳上设置有两条缝隙，所述两条缝隙将所述金属后壳隔开为三部分，所述金属后壳的其中一部分作为天线辐射单元，为：

所述金属后壳被上下对称等宽的两条缝隙隔开，分成为以下三部分：底部金属后壳、中部金属后壳、顶部金属后壳；

其中，所述底部金属后壳作为天线辐射单元，所述天线辐射单元位于所述PCB板的净空区上方。

所述接地元件连接所述中部金属后壳与所述PCB板的金属地。

所述上下对称等宽的两条缝隙的宽度的范围为1mm至2mm，所述缝隙内通过注塑将三部分金属后壳连接。

所述金属块位于所述金属后壳的内壁，所述金属块连接所述缝隙，从而使得所述底部金属后壳与所述中部金属后壳导通。

所述馈电点对所述天线辐射单元馈电，为：

信号通过所述馈电点对所述底部金属后壳馈电，使得所述底部金属后壳形成天线辐射单元。

所述底部金属后壳通过所述金属块与所述中部金属后壳导通而接地。

所述底部金属后壳的下方设置有USB、扬声器；其中，所述的USB位于所述底部金属后壳下方的中间位置，同时与所述PCB板的金属地相连；所述扬声器悬空不接地，位于所述USB的右侧。

所述馈电点和所述金属块均位于所述USB的同侧。

下面结合具体实施例对本发明的基于金属后壳的宽频带天线再做进一步详细描述。

图1为本发明实施例的基于金属后壳的宽频带天线的整体模型示意图。本示例中的天线应用在手机中，当然，本领域技术人员应当理解，本发明实施例的基于金属后壳的宽频带天线还可以应用在其他类型的终端中，例如平板电脑 等。

图1中，天线包括：PCB板1、金属后壳2；金属后壳2上设置有一对对称的第一缝隙31、第二缝隙32，被缝隙31隔开的底部金属后壳21作为天线辐射单元使用。金属后壳的其他两部分为中部金属后壳22和顶部金属后壳23；所述天线还包括连接第一缝隙31的金属块4，三个接地元件分别为第一接地元件51、第二接地元件52、第三接地元件53，馈电点5，天线的净空区6，、USB7和扬声器8。

具体实现时，所述金属后壳2的外围尺寸为150mm×75mm×6.8mm，其中，金属后壳2的厚度为0.75mm；所述PCB板1包括介质基板11及表面覆铜区金属地12，所述天线辐射单元即为底部金属后壳21，位于PCB板1的净空区6上方；所述的底部金属后壳21与顶部金属后壳23的外围尺寸均为75mm×8mm×6.8mm；所述第一接地元件51、第二接地元件52、第三接地元件53将中部金属后壳22与PCB板1的地相连，其中第二接地元件52位于中部金属后壳22的中间位置，第一接地元件51、第三接地元件53分别位于中部金属后壳22的两侧；三个接地元件可以采用金属弹片实现；所述两个上下对称的第一缝隙31、第二缝隙32的宽度的范围为1mm至2mm，在一实施方式中，第一缝隙31、第二缝隙32的宽度均为1.5mm，其中第一缝隙31通过位于金属后壳2内壁的金属块4连接，所述的第一缝隙31、第二缝隙32采用模内注塑方式，使金属后壳2形成一个整体，金属块4在第一缝隙31中的位置由参数d(见图1)所决定；底部金属后壳21通过金属块4与中部金属后壳22导通接地，其下方分布有USB 7以及扬声器8，天线的馈电形式是对底部金属后壳21进行直接馈电，其中天线的馈电点5在底部金属后壳21中的位置由参数a(见图1)和参数b(见图1)所决定。

对于手机的全金属天线设计来说，机身尺寸预先固定后，实际上天线的尺寸也就随之固定，本发明实施例所述的天线仅利用底部金属后壳21作为天线辐射单元，其尺寸也已固定(75mm×8mm×6.8mm)，同时其下方只有一个信号馈电点5，如何在这种情况下，获得足够宽的天线带宽是本发明实施例的关键， 主要通过优化信号馈电点5及金属块4的位置来调节天线性能，最终确定满足天线带宽的最佳位置，接下来进一步详述天线的设计过程。

首先，固定连接第一缝隙31的金属块4位置，这里取d＝23mm，优化调谐天线馈电点5的位置参数b。

图2为天线回波损耗曲线随参数b的变化(a＝3mm)示意图一，图3为天线回波损耗曲线随参数b的变化(a＝6mm)示意图二，通过观察图2、图3中曲线的变化情况，可以很容易发现：对于参数a不同的取值，当参数b＝28mm，a＝3mm时，所述天线在低频及高频均可以得到较好的带宽。

图4为天线回波损耗曲线随参数d的变化(a＝3mm，b＝28mm)示意图，如图4所示，在a、b取值固定的情况下(a＝3mm，b＝28mm)，当参数d增大时，所述天线在高低频带内谐振会加深，回波损耗变小，但是带宽均变窄，当参数d减小时，所述天线在低频相对带宽变宽，但高频相对带宽变窄，所以综上，当参数d＝23mm时，所述天线在低频/高频可以同时获得较好的带宽和谐振。此时馈电点5以及金属块4的位置可以认为是本发明实施例所述天线的最佳位置。

另外，通过也可适当调节接地元件的位置也可以进一步优化天线的性能，如：移动第一接地元件51、第三接地元件53的位置还可以微调天线高、低频谐振和带宽，其中对高频影响相对较大。

最终，a、b、d的最佳位置参数分别为3mm，28mm，23mm，图5给出了引入有匹配电路后所述天线的回波损耗曲线图，其中匹配电路采用L型匹配形式。从图中可以看到天线具有两个谐振频段，可以很好地覆盖产期演进(LTE，Long Term Evolution)工作频段(700-960MHz、1710-2690MHz)，且频段带内回波损耗小于-5dB，满足了移动通信中4G手机天线的技术要求；其中天线的低频部分主要由整个底部金属后壳21作为天线辐射单元产生，而高频部分主要由低频倍频以及底部金属后壳21的短支节单元贡献。另外，相比现有其他金属后壳手机天线实现形式，本发明实施例提出的方案具有设计简单易行、无需额外的开关电路调谐、实现成本低，同时天线带宽较宽等优点，可以很好地应用 于当前全金属手机天线的设计当中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，如，接地点的个数还可以是两个或四个等，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。