一种移动终端天线及移动终端的制作方法

1.本实用新型涉及移动终端技术领域，具体而言，涉及一种移动终端天线及移动终端。


背景技术：

2.天线是移动终端收发无线信号最前端部件。发射时，天线将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效的转换成某种极化的空间电磁波，向规定方向发射出去；接收时，进行相反的变换。
3.目前，移动终端的很多天线除了用作天线的辐射体外，还被当作一个电容传感器，用来感应人体靠近移动终端的距离。当人体距离移动终端的距离低于某一设定值时，移动终端会降低发射功率，从而降低sar(specific absorption rate，比吸收率)值，进而降低天线对人体的辐射。其中，sar值是国际上制定的衡量电磁波辐射是否安全的标准，具体是指人体对电磁辐射的吸收比，即sar值越小对人体的损害就越小，反之则会越大，其单位为mw/g。目前sar值有ce(欧标)和fcc(美标)两种标准，其中，ce的标准是2mw/g，fcc的标准是1.6mw/g。
4.sar值的大小与天线的辐射功率、天线的辐射方向以及人体与天线之间的距离均有较大的关系。人们在使用无线设备的移动终端时，会手握或放置于身体部分。当人体越接近于设备的天线时，sar值就越高，反之就越小，这就要求设计者在使用者完全接触到天线时的sar值符合标准要求。一般情况下天线辐射功率越大，sar值就越高，反之就越低。而在天线设计中，天线辐射性能要达到一定标准，就需要平衡sar值和天线性能之间的关系，以期达到一个sar值较低，天线性能较好的状态。
5.如果天线被当作sar的电容传感器时，天线接地的部分需要先通过一个电容，然后再接地，这样就造成了该电容对天线性能的影响，也造成了成本的增加。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种移动终端天线及移动终端。
7.第一方面，本实用新型实施例提供了一种移动终端天线，包括：设置于主板上的第一辐射单元、第二辐射单元、耦合单元以及芯片单元，第一辐射单元的一端设有馈电点，馈电点与芯片单元相连，第一辐射单元的另一端通过耦合单元与第二辐射单元的一端无电连接相连，第二辐射单元的另一端接地。
8.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种移动终端，包括上述的移动终端天线。
9.本实用新型实施例提供的移动终端天线和移动终端，采用了内部无电连接类似螺旋结构的交叉相连的耦合单元，能够在第二辐射单元与接地点之间避免使用电容，节约了成本，同时克服了引入电容对天线造成的性能影响。
10.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并
配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1示出了现有技术一种移动终端天线的电路示意图；
13.图2示出了现有技术一种移动终端天线的结构示意图；
14.图3示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的第一电路示意图；
15.图4示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的第二电路示意图；
16.图5示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的结构示意图；
17.图6示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的耦合单元第一结构示意图；
18.图7示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的耦合单元第二结构示意图；
19.图8示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的耦合单元第三结构示意图；
20.图9示出了本实用新型实施例所提供的移动终端天线的耦合单元第四结构示意图；
21.图10示出了图1实施例与图3实施例二者的s11对比仿真示意图；
22.图11示出了图1实施例与图3实施例二者的效率对比仿真示意图；
23.图12示出了本实用新型实施例所提供的移动终端结构示意图。
24.附图标记：1-馈电点，2-辐射单元，3-主板，4-第一辐射单元，5-第二辐射单元，6-耦合单元，7-sar控制芯片，8-射频芯片，9-阻抗调节单元，10-扬声器，11-usb接口，12-马达，13-天线本体，14-耦合左端，15-耦合右端，16-耦合枝节，17-匹配单元。
具体实施方式
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.多输入多输出(multiple-input multiple-output，缩写：mimo)：信号的发射端和接收端都包括多个辐射单元。若辐射单元间距很远，辐射单元之间的相关性会很低，但是在手机等移动终端，由于空间较小，辐射单元必然不会相对独立的工作，而是会相互产生强烈的电磁耦合。
29.耦合：当自由空间中有两个以上辐射单元排列时，某一个辐射单元除受自身电流所产生的电磁作用，也会受到其它辐射单元的电流所产生的电磁作用的影响，尤其当辐射单元彼此靠近时，它们之间将会产生复杂的相互作用，这种相互作用被称为互耦。
30.隔离度：辐射单元的相互独立程度，辐射单元之间的耦合度越小，其隔离度越大；反之辐射单元之间的耦合度越大，其隔离度越小。例如，在实际的应用中，隔离度为15db即可满足工程要求。
31.方向图分集：辐射单元所辐射的功率在空间的各个方向上的分布一般是不均匀的，即天线具有方向性。方向图是指天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形，是对天线方向性的图形描述方法。因此，方向图分集可以分析辐射单元的辐射特性。
32.极化分集：同一信源的两路信号分别有辐射单元不同极化方向的无线电波承载，例如，垂直极化和水平极化，这两路信号彼此独立，互不相关，具有不相同的衰减特性，有极化分集的效果。
33.微带线：微带线是由单一导体带构成的微波传输线，适合制作微波集成电路的平面结构传输线。其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低，导体导电率高、稳定性好。
34.吞吐量：通信系统在单位时间/带宽内能够传输的信号量，由于通信系统的本质就是进行信号传输，因此吞吐量是衡量一个通信系统最重要的系统指标之一。
35.天线q值：天线在谐振点附近的储能和耗能的比值，用于表征天线谐振特性对频率的灵敏度，q值越高，天线谐振对频率的灵敏度越高，相应的反射系数带宽则越窄。
36.目前在移动终端设计过程中，除了要考虑移动终端天线的发射和接收性能(trp和tis)，还要考虑移动终端对人体的辐射功率的大小。太大的辐射功率对人体可能会造成伤害，因此移动终端天线还有一个重要的测试指标是sar，该指标用来衡量移动终端对人体的辐射大小。
37.以前，解决移动终端sar的方式是通过调试天线走线，但是现在因为要测试人体的sar指标，调试天线走线的方式已无法满足要求。最直接的方式是降低手机传导功率，使天线发射性能直接降低，sar值也会降低，但是该方式又会让移动终端的发射性能不达标。
38.目前常规的解决方式是加入一个sar控制芯片，将天线本身当作传感器。当移动终端靠近人体超过安全距离时，移动终端的传导功率降低，移动终端天线不会对人体造成伤害；当移动终端没有超过靠近人体的安全距离时，移动终端功率正常发射。在上述过程中，移动终端天线既要作为发射天线，同时要作为检测距离的传感器。因此对于移动终端天线而言，要同时接入两个支路，一个是天线的支路，一个是电容传感器的支路，这两者必然存在冲突。
39.移动终端天线传播的信号属于高频信号，传感器的信号属于低频信号，可以使用电感和电容将高频和低频信号分别隔开，使得两者互不干扰。
40.如图1、图2所示，馈电点1的一端与辐射单元2的一端相连，辐射单元2设置在主板3之上，辐射单元2的另一端通过电容c2接地，馈电点1的另一端分别与sar控制芯片7、射频芯片8相连。其中，馈电点1的另一端通过电感l1与sar控制芯片7相连，通过电容c1、天线匹配单元9的串联电路与射频芯片8相连。
41.其中，天线匹配单元9使用电感和电容的串并联组合，作用是调节天线阻抗，减小信号在天线输入端的反射，能够让更多的信号进入到天线。
42.在图1的现有技术中，l1为一个较大电感，l1》100nh。对于高频的天线而言该电感相当于断开状态，对天线性能影响较小，作用是隔绝sar控制芯片7对天线的影响，对低频的sar控制芯片7而言，该电感相当于通路。
43.在图1的现有技术中，c1为一个较大电容，c1》20pf，该电容对天线射频芯片8的支路而言相当于通路，影响较小。该电容对于sar控制芯片7的支路而言，相当于断开，隔绝射频信号对于sar控制芯片7的影响。
44.在图1的现有技术中，c2为一个较大电容，c2》20pf。此处天线本应接地，但是天线接地相当于sar控制芯片7接地，这样sar控制芯片7将起不到相应作用，所以要使用电容c2，但是电容c2会对天线的性能造成影响：
45.(1)c2作为无源器件本身存在插入损耗，会消耗一定的能量；
46.(2)在天线末端插入电容c2会影响到天线的阻抗，不利于天线的调试。
47.在图1现有技术的移动终端天线的技术方案中，天线的辐射单元2是连续的一片金属，没有将其断开。
48.如图3所示，在本实用新型实施例中，包括设置于主板2上的第一辐射单元4、第二辐射单元5、耦合单元6以及芯片单元，第一辐射单元4的一端设有馈电点，馈电点1与芯片单元相连，第一辐射单元4的另一端通过耦合单元6与第二辐射单元5的一端无电连接相连，第二辐射单元5的另一端接地。
49.在本实用新型实施例中，引入耦合单元6可以在天线的接地点不使用电容，直接将第二辐射单元5接地，天线在末端通过耦合单元6的耦合处理，通过第二辐射单元5将能量传输到接地点，但是第一辐射单元4与第二辐射单元5没有直接物理相连，对于芯片单元的传感器信号而言相当于断开，没有连接到接地点。优选地，本实用新型实施例的移动终端天线还包括匹配单元17，芯片单元包括sar控制芯片7和射频芯片8，馈电点1通过匹配单元17与芯片单元电性连接。也就是说，第一辐射单元4与第二辐射单元5没有直接物理上的连接，对于芯片单元中的sar控制芯片7的传感器信号而言是断开的。
50.具体来说，天线作为传感器，当天线靠近人体时会产生电容效应，该电容效应会传输到sar控制芯片7，sar控制芯片7根据传输的感应电容的大小判断天线和人体之间的距离。
51.在图3的本实用新型实施例中，能够在第二辐射单元5与接地点之间避免使用电容，节约了成本，同时减少了引入电容对天线造成的性能影响，具体影响参见以上内容。
52.如图3所示，本实用新型实施例引入耦合单元6将移动终端天线分割成互不连接的两部分，分别为第一辐射单元4和第二辐射单元5，第一辐射单元4和第二辐射单元5设置在
主板3上，第一辐射单元4的一端通过耦合单元6与第二辐射单元5的一端相连，第二辐射单元5的另一端接地，第一辐射单元4的另一端连有馈电点1，馈电点1与芯片单元相连。
53.在本实用新型实施例中，匹配单元17包括电感l1、电容c1和阻抗调节单元9。馈电点1同时与sar控制芯片7、射频芯片8相连。其中，馈电点1通过电感l1与sar控制芯片7相连，馈电点1通过电容c1和阻抗调节单元9与射频芯片8相连。优选地，馈电点1通过电容c1和阻抗调节单元9组成的串联支路与射频芯片8连接。当然，电容c1和阻抗调节单元9之间也可以设置其他连接方式，只要能够将馈电点1和射频芯片8相连即可，在此不再限制。
54.其中，主板3为常规的pcb(printed circuit board，印制电路板)。
55.其中，阻抗调节单元9使用电感和电容的串并联组合，作用是调节天线阻抗，减小信号在天线输入端的反射，能够让更多的信号进入到天线。
56.在图4和图5的本实用新型实施例中，电感l1与sar控制芯片7组成的是电容传感器的支路，电容c1、阻抗调节单元9、射频芯片8组成的是天线的支路，两条支路接入馈电点1。
57.如图6-图9所示，耦合单元6包括耦合左端14和耦合右端15，耦合左端14与第二辐射单元5的一端相连，耦合右端15与第一辐射单元4的另一端相连，耦合左端14与耦合右端15通过无电连接的断缝的交叉方式相连。
58.具体地，上述耦合左端14与耦合右端15之间设有断缝，物理上没有直接连接，该断缝的宽窄可以根据实际需要设置，该断缝宽度可以为耦合左端14与耦合右端15之间任何位置的缝隙宽度。
59.其中，上述断缝的缝隙宽度为0.2mm-1.2mm之间，宽度越大耦合度越低，宽度越小耦合越强烈，在实际调试中根据耦合强弱的需要适当调节断缝的缝隙宽度。
60.具体地，耦合单元由两块相互无电连接的单独辐射单元交叉组成，耦合左端14为一块辐射单元，耦合右端15为另一块辐射单元。交叉结构如图6-图9所示，由于耦合左端14与耦合右端15之间断缝的存在，当天线传输高频信号时，两块辐射单元相互交叉，高频信号可以自第一辐射单元4通过耦合的方式传输到第二辐射单元5，耦合单元6的交叉部分要尽量多，这样能增加相互的耦合量。但是当天线作为电容传感器时，该电容传感器使用的信号是低频信号，第一辐射单元4和第二辐射单元5在低频状态下不存在耦合，可以视为断开。所以耦合单元6的作用是阻断低频，接通高频。
61.本实用新型实施例的移动终端天线既不会引入额外的电容(如c2)对天线性能造成影响并降低了成本，又实现了天线复用为电容传感器的功能。
62.如图7所示，耦合单元还包括耦合枝节16，用于加大天线的辐射面积。优选地，该耦合枝节16呈u字型枝节的结构设置，耦合枝节16的形状根据天线的实际情况还可以为其他结构设置，在此不做限定。
63.如图6所示，公开了本实用新型实施例移动终端天线的第一种耦合单元的结构。第一辐射单元4与第二辐射单元5通过耦合单元6的耦合右端15、耦合左端14彼此相连。
64.其中，耦合单元6的耦合左端14、耦合右端15都呈锯齿状结构，第一辐射单元4和第二辐射单元5通过锯齿状结构相连，第一辐射单元4的能量能够通过耦合单元6传递到第二辐射单元5，断缝的存在会引发部分能量的损失。
65.具体来说，第一辐射单元4的一端与耦合右端15相连，第二辐射单元5的一端与耦合左端14相连，第一辐射单元4一端相连的耦合右端15呈锯齿状结构，第二辐射单元5一端
相连的耦合左端14也呈锯齿状结构，上述耦合右端15与耦合左端14相互交叉连接形成耦合单元6，第一辐射单元4和第二辐射单元5各自的另一端分别连接馈电点1和接地点，如此形成环形天线。
66.优选地，在本实用新型图6的实施例中，锯齿状结构一般采用等距设置，即锯齿状结构的每相邻两个锯齿的齿距距离相等，锯齿的相邻齿距一般在0.3mm-1mm之间，可以根据实际情况进行调节，锯齿状结构的锯齿形状一般呈规则设置，例如可以设置成矩形、三角形、正方形等。
67.当天线传输高频信号时，第一辐射单元4和第二辐射单元5相互交叉，高频信号可以自第一辐射单元4通过耦合的方式传输到第二辐射单元5，耦合单元6的锯齿状结构交叉部分越多，天线整体的耦合量越多。当天线传输低频信号时，耦合单元6相当于电容，即当天线作为电容传感器时，该电容传感器使用的信号是低频信号，第一辐射单元4和第二辐射单元5在低频状态下不存在耦合，可以视为断开。故耦合单元6的作用是阻断低频信号，接通高频信号。
68.如图7所示，公开了本实用新型实施例移动终端天线的第二种耦合单元的结构。第一辐射单元4与第二辐射单元5通过耦合单元6的耦合右端15、耦合左端14彼此相连。
69.其中，耦合左端14、耦合右端15呈相互适配的凹凸状结构。如果耦合左端14为“凹”状结构，耦合右端15即为“凸”状结构；如果耦合左端14为“凸”状结构，耦合右端15即为“凹”状结构。
70.第一辐射单元4和第二辐射单元5通过凹凸状结构相连，第一辐射单元4的能量能够通过耦合单元6传递到第二辐射单元5，断缝的存在会引发部分能量的损失。
71.如图8所示，公开了本实用新型实施例移动终端天线的第三种耦合单元的结构。第一辐射单元4与第二辐射单元5通过耦合单元6的耦合右端15、耦合左端14彼此相连。
72.其中，耦合左端14、耦合右端15呈开口相对的u型结构，第一辐射单元4和第二辐射单元5通过开口相对的u型结构相连，第一辐射单元4的能量能够通过耦合单元6传递到第二辐射单元5，断缝的存在会引发部分能量的损失。
73.如图9所示，公开了本实用新型实施例移动终端天线的第四种耦合单元的结构。第一辐射单元4与第二辐射单元5通过耦合单元6的耦合右端15、耦合左端14彼此相连。
74.其中，耦合左端14、耦合右端15呈螺旋状结构，第一辐射单元4和第二辐射单元5通过螺旋状结构相连，第一辐射单元4的能量能够通过耦合单元6传递到第二辐射单元5，断缝的存在会引发部分能量的损失。
75.具体来说，第一辐射单元4的一端与耦合右端15相连，第二辐射单元5的一端与耦合左端14相连，第一辐射单元4一端相连的耦合右端15呈螺旋状结构，第二辐射单元5一端相连的耦合左端14也呈螺旋状结构，上述耦合右端15与耦合左端14相互交叉连接形成耦合单元6，第一辐射单元4和第二辐射单元5各自的另一端分别连接馈电点1和接地点，如此形成环形天线。
76.当天线传输高频信号时，第一辐射单元4和第二辐射单元5相互交叉，高频信号可以自第一辐射单元4通过耦合的方式传输到第二辐射单元5，耦合单元6的螺旋结构交叉部分越多，天线整体的耦合量越多。当天线传输低频信号时，耦合单元6相当于电容，即当天线作为电容传感器时，该电容传感器使用的信号是低频信号，第一辐射单元4和第二辐射单元
5在低频状态下不存在耦合，可以视为断开。故耦合单元6的作用是阻断低频信号，接通高频信号。
77.需要说明的是，本实用新型实施例中辐射单元2、第一辐射单元4、第二辐射单元5的形状、大小、长度、材质等可以根据实际需要设置，本实用新型实施例在此不做限制。
78.从图10和图11的仿真结果来看，图3实施例采用了耦合单元的天线与图1实施例不采用耦合单元的天线，两者的天线性能差异较小，但采用耦合单元的天线实现了天线主体辐射单元的不接地，有效克服了引入电容对天线性能的影响。
79.引入电容对天线性能的影响包括但不限于：
80.(1)引入电容作为一个无源器件本身存在插入损耗，会消耗一定的能量；
81.(2)在天线末端插入一个引入电容会影响到天线的阻抗，不利于天线的调试。
82.优选地，第一辐射单元4、第二辐射单元5以及耦合单元6组成环型天线(loop antenna)或ifa天线。
83.如图12所示，本实用新型实施例的移动终端包括扬声器10、usb(universal serial bus，通用串行总线)接口11、马达12和天线本体13等部件。
84.在图12的本实用新型实施例中，将移动终端天线本体13设置在pcb主板3的净空区，可以降低usb接口11、马达12或话筒等器件对该天线性能的影响。所谓pcb的净空区即为该区域没有设置其他器件。
85.本实用新型实施例的移动终端天线的应用场景包括各种移动终端，包括手机、笔电设备等的2g/3g/4g/5g频段的通信天线，或者gps/bt/wifi天线等。进一步地，本实用新型实施例的移动终端天线的工作频段为1710mhz-2690mhz，覆盖gsm 1800/1900、wcdma band 1/2/3/4、lte band 1/2/3/4/7/38/39/40/41等频段，主板3具体为贴装于天线支架上的柔性电路板fpc(flexible printed circuit)，或者采用lds(laser direct structuring，激光直接成型)等工艺制成。
86.部分移动终端例如手机，可能使用金属边框当作手机天线，手机天线的馈电点通过同轴电缆连接到手机主板的射频端，天线作为传感器的信号通过手机的排线连接到主板的sar控制芯片。
87.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。