移动电子设备天线的制作方法

本发明涉及，特别涉及一种移动电子设备天线。

背景技术：

移动电子设备是指手机、pad、ipad、笔记本电脑等便携的电子设备，其因自身的便携性逐渐成为人们日常生活的一部分。随着科技的快速发展，越来越多的人离不开移动电子设备，因此亟需在移动电子设备中集成更多的功能以带给人们更好的用户体验。

在移动电子设备的发展历程中，无线信息传输与交流尤为重要。一般来说，“无线”指的是无线电或无线电波，交流则指信息互换的过程，属于通信领域范畴。

天线作为无线信息传输与交流不可缺少的中介，在电磁波被人类发现之后就被广泛应用，例如：用作电视接收的鱼骨天线、用作雷达发射和接收的阵列天线。随着移动电子设备的出现以及多种无线信息传输功能的集成，如何在小型电子设备如手机、平板上集成多频率天线同时、又保证产品的质量如耐摔，还可降低成本变成一个棘手的问题。

以手机为例，频率为900mhz左右的2g通讯功能、频率为2ghz左右的3g通讯功能、频率为2.6ghz左右的4g通讯功能、频率为2.4ghz左右的wifi和蓝牙功能等等。复杂的多功能集合使得移动电子设备的天线设计变得越来越复杂，为了改善该问题，很多移动电子设备摒弃了金属背板的设计，取而代之的是玻璃及陶瓷背板，使得背板有更多的空间能集成多频率天线以实现更多的通信功能；并且，随着感应式无线充电在移动电子设备上的广泛应用，金属背板因其具有屏蔽效果只能被替代。

然而，玻璃背板和陶瓷背板也有很多缺点，导致移动电子设备的设计遇到瓶颈。首先，因为玻璃和陶瓷材质具有相对较脆的物性，使得移动电子设备产品在摔打过程中极易受到损毁，因此不得不更换背板，如此会造成一定的时间和金钱成本，这显然是制造商和消费者不愿看到的。其次，玻璃和陶瓷相较于金属而言加工工艺并不成熟，加工代价高，增加生产成本的同时也会提高移动电子设备的价格。另外，玻璃和陶瓷散热性能相对也较差，在高集成化的趋势下，散热会限制集成化的程度。

目前，金属后盖缝隙天线的解决方案有以下几种：利用多金属层耦合开缝(参见公开号为cn103178344a、申请名称为“频段金属后盖手机天线”的发明专利申请中)，三段式(例如经典的htcone背壳天线设计)，以及金属缝隙天线和天线线圈耦合的nfc天线(例如公开号为cn105119040、申请名称为“基于金属后壳的nfc天线结构”的发明专利申请中)。

上述解决方案虽然从不同程度上缓解了多频率天线设计的问题，但都具有明显缺点，例如外观设计上难以避免的三段式，制作工艺复杂，发射和接收的区分困难，以及耦合部位置不易确定的限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种移动电子设备天线，以提供适用于现有技术中移动电子设备的金属天线。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种移动电子设备天线，其包括：

金属层，包括金属层本体，于所述金属层本体上形成有由条形缝隙构成的镂空部，于所述镂空部上形成有若干耦合部，所述耦合部用于发射或接收电磁波信号；

填充部，充斥于所述镂空部内；

两层保护层，分别覆盖于充斥有所述填充部的所述金属层的两个表面上。

进一步地，所述条形缝隙的图案为对称的分形图案，所述对称的分形图案包括希尔伯特分形、h分形、科赫曲线；或者

所述条形缝隙的图案为非分形图案。

进一步地，所述条形缝隙的图案为一个条形缝隙连续构成的图案，或为多个互不连续的条形缝隙构成的图案。

进一步地，所述耦合部的位置决定所述天线的发射特性，所述发射特性包括：增益、效率、阻抗、电压驻波比、带宽和极化。

进一步地，所述填充部由介电材料制成，所述介电材料的相对介电常数为1～200。

进一步地，所述金属层由铝合金、镁铝合金、镁铝锂合金、钛铝合金、锌合金、铜、不锈钢和金中的任一种制成。

进一步地，各所述保护层的厚度均为1nm～1mm。

进一步地，所述金属层和所述填充部的厚度均为0.7mm-0.9mm。

进一步地，所述金属层和所述填充部的厚度均为0.8mm。

进一步地，各所述保护层均由介电材料制成，且每层所述保护层为单层结构或多层结构。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1、本发明提供了一种适用于移动电子设备的天线，可以直接利用移动电子设备的金属背壳设计缝隙天线，重拾成熟的金属加工工艺，并且可以制作成多频率超表面缝隙天线，使得移动电子设备如手机的金属背壳将不再成为限制天线发射的阻碍，从而会极大的降低制作成本，具有广阔的应用前景。

2、本发明的移动电子设备天线，其中镂空部的条形缝隙图案如果是对称的分形图案，且若发射和接收电磁波信号的耦合部位于几何上镜像对称位置，则几何上镜像对称位置的发射特性相同，因此耦合部的位置可以选取为几何上镜像对称点之间任一点位置，耦合部的位置选择可能性较多。如果将本移动电子设备天线应用于耦合部位置有特殊要求的不同的电子产品，则由于本移动电子设备天线的耦合部位置选择可能性较多，从而本发明可实现一天线适用于多种电子产品，大大简化设计结构。此外，耦合部可以设置于条形缝隙的任意位置，由于耦合部的位置调整会直接影响到天线的发射特性，因此，该结构在为耦合部位置选择提供便利的同时，可增加发射特性的可调节性。

3、本发明的条形缝隙图案可以根据用户需求进行个性化修改，由此可为移动电子设备产品的外观的美化设计、用户特殊化定制等提供解决方案。

4、由于本发明的移动电子设备天线主要材质为金属，对比现有技术中采用玻璃和陶瓷材质的产品，本发明更加结实、耐摔、耐磨，成本更低廉，同时加工工艺更成熟。

5、本发明对比现有技术中的金属后盖缝隙天线的解决方案，功能集成全面，且加工工艺简单。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的移动电子设备天线中、镂空部为四阶希尔伯特缝隙图案的爆炸图；

图2为本发明实施例一所述的金属层的结构示意图；

图3为本发明实施例一所述的耦合部位于图2中a点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

图4为本发明实施例一所述的耦合部位于图2中b点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

图5为本发明实施例一所述的耦合部位于图2中c点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

图6为本发明实施例二所述的移动电子设备天线中、镂空部为两个不连续环形缝隙图案的爆炸图；

图7为本发明实施例二所述的金属层的结构示意图；

图8为本发明实施例二所述的耦合部位于图6中d点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

图9为本发明实施例二所述的耦合部位于图6中e点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

图10为本发明实施例三述的移动电子设备天线中、镂空部为单个环形缝隙图案的爆炸图；

图11为本发明实施例三所述的金属层的结构示意图；

图12为本发明实施例三所述的耦合部位于图9中f点时通过模拟运算得到的回波损耗图；

附图标记说明：

1-金属层，101-镂空部，2-填充部，3-保护层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种移动电子设备天线，如图1所示，其主要包括金属层1、填充部2和两层保护层3。金属层1包括金属层本体，于金属层本体上形成有由条形缝隙构成的镂空部101，于镂空部101上形成有若干耦合部；填充部2充斥于镂空部101内；两层保护层3分别覆盖于充斥有填充部2的金属层1的两个表面上。

参照图2所示的金属层1的具体结构，本实施例中，金属层1由铝合金、镁铝合金、镁铝锂合金、钛铝合金、锌合金、铜、不锈钢和金中的任一种制成，其包括呈薄片状的金属层本体，镂空部101为形成于金属层本体上的条形缝隙，条形缝隙的图案可为分形图案，或可为非分形图案，所谓的非分形图案也即无规则形状的图案。

继续参照图2，镂空部101由条形缝隙构成，其形状为希尔伯特分形，并具体为四阶希尔伯特分形。四阶希尔伯特分形是一种对称的分形图案，当然，镂空部101还可设为其他对称的分形图案，如h分形、科赫曲线等。此外，镂空部101的条形缝隙图案可以为图2所示的由一个条形缝隙连续构成的图案，也可以为多个互不连续的条形缝隙构成的图案；并且条形缝隙图案可以存在于金属层本体的中部，亦可以延伸到金属层本体的周边。金属层1的几何参数为：l1＝16cm，l2＝8cm，l3＝6mm，w1＝1mm。

本发明的移动电子设备天线，金属层1表面的电流分布由镂空部101的条形缝隙形状调节，不同的条形缝隙图案以及几何参数都会影响到电流分布，而耦合部位于不同的位置则关系到阻抗的匹配，从而使具有条形缝隙的金属层1成为可以发射电磁波的天线。

耦合部具体可形成于镂空部101的任何位置，其用于发射或接收电磁波信号。具体来讲，耦合部可以是镂空部101的边框，也可以为镂空部101的中部区域。一般的，耦合部的位置根据天线的发射特性确定，发射特性包括：增益、效率、阻抗、电压驻波比、带宽和极化等。

填充部2的结构仍可参照图1所示，其充斥于镂空部101内，形状与镂空部101形状匹配。填充部2具体由介电材料制成，其可为均匀的结构，也可为不均匀的结构，介电材料的相对介电常数为1～200。本实施例中优选为均匀的fr-4高频介电材料，相对介电常数优选为2.6。

以上结构中，金属层1和填充部2的厚度均为0.7mm-0.9mm，本实施例中优选为0.8mm。

两个保护层3的结构仍参照图1所示，其厚度均为1nm～1mm，本实施例中优选为0.01mm，保护层3具体可为单层结构，或由多层层叠而成的多层结构。当保护层3为多层结构时，其厚度可为均匀结构或不均匀结构，每层的厚度均为1nm～1mm，保证每个保护层3的总厚范围在1nm～1mm。本实施例中，各保护层3均由介电材料制成，其可为均匀的结构，也可为不均匀的结构，本实施例中优选为均匀的介电材料，相对介电常数优选为9。

本实施例的移动电子设备天线，耦合部的位置决定其发射特性，首先，我们证明耦合部位于镂空部101的不同位置对应不同的发射特性。仍参照图2所示，当耦合部位于镂空部101的a点所示的位置时，阻抗为50ω，频率范围为0.1～10ghz，其回波损耗图均如图3所示。由图3可以看出，在多个频率都具有较好的发射特性，如1ghz、2.5ghz、2.8ghz、3.5ghz等等，因此，可以用作多频率发射天线。

当耦合部位于镂空部101的c点所示的位置时，回波损耗如图5所示。对比图3和图5可以看出，更改耦合部的位置后发射特性有所改变，因此，可以通过调节耦合部的位置而可以达到调整本发明的移动电子设备天线的发射特性。

其次，我们证明几何对称性，也即证明几何对称位置处的发射特性相同，因此可以提供多种发射和接收的耦合部位置的选择方式。当耦合位置为如图2所示的b点位置7时，发射损耗如图4所示，对比图3和图4可以看出，几何对称位置处的发射特性相同；当然，这也并不是发射和接收的耦合部的唯一位置选择方式。

实施例二

本实施例涉及一种移动电子设备天线，其与实施例一中的移动电子设备天线具有大致相同的结构，区别在于镂空部101和填充部2的形状，可参照图6和图7所示，以下未注明的几何参数、材质等与实施例一相同。

本实施例中，镂空部101的条形缝隙图案为两个独立的环形缝隙图案，两个环形图案关于金属层1长度方向的中心线对称，金属层1的几何参数为l4＝16cm，l5＝8cm，l6＝1cm，r1＝2cm，w2＝1mm。

图8、图9分别为耦合部位于镂空部101的、图7所示d点和e点位置时的回波损耗，对比图8和图9可以看出，由于耦合部所处位置的几何对称性，二者对应的发射特性相同，且在5.8ghz频率附近具有较好的发射特性。本实施例说明，本发明的移动电子设备多频率超表面缝隙天线的条形缝隙图案可以为非连续的独立的多个图案。

实施例三

本实施例涉及一种移动电子设备天线，其与实施例一中的移动电子设备天线具有大致相同的结构，区别在于镂空部101和填充部2的形状，可参照图10和图11所示，以下未注明的几何参数、材质等与实施例一相同。

本实施例中，镂空部101的条形缝隙图案为一个独立的环形缝隙图案，金属层1的几何参数为l7＝16cm，l8＝8cm，l9＝1cm，r2＝1.7cm，w3＝1mm。

图12为耦合部位于镂空部101的、图11所示f点位置时的回波损耗图，由图12可以看出，其在5.8ghz左右具有较好的发射特性。本实例说明，镂空部101的条形缝隙图案可以为非分形图案，例如如图11所示的环形图案。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。