CN105591198B - 天线结构及具有该天线结构的电子装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的电子装置 Download PDF

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Abstract

一种天线结构，包括第一辐射体、第二辐射体、匹配电路和分离滤波器，该分离滤波器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一辐射体与一馈入端连接，该馈入端与该第一端口电性连接，该第二端口通过该匹配电路与一射频收发器电性连接，该第三端口直接电性连接至所述射频收发器，该第二辐射体由该金属壳体分割形成，并与该金属壳体之间形成一第一沟槽，该第二辐射体与该第一辐射体耦合，该分离滤波器将该馈入端的信号分离为低频信号和高频信号，该低频信号由该第二端口经该匹配电路处理后接入该射频收发器，该高频信号由该第三端口直接接入该射频收发器。该天线结构频率可调节。

Description

天线结构及具有该天线结构的电子装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种整合金属机壳的天线结构及具有该天线结构的电子装置。
背景技术
随着无线通信产品设计朝向轻薄趋势发展，消费者对于产品外观的要求也愈来愈严苛。因为金属机壳在外观、结构强度、散热效果等方面具有优势，使得具有金属机壳无线通信产品倍受消费者青睐。天线是无线通信产品中最重要的组件之一，然而，金属机壳易对于天线造成屏蔽效应，尤其是对于现今LTE/GSM/WCDMA (704MHz~960MHz)宽频带需求，更不容易达到满意的频带带宽设计。如何在多样化的金属外观结构下满足现今天线设计的宽频带需求，是目前天线设计面临的一项重要课题。
发明内容
鉴于以上情况，本发明提供一种整合金属机壳的天线结构。
另，还有必要提供一种具有该天线结构的电子装置。
一种天线结构，应用于一具有金属壳体的电子装置中，该天线结构包括第一辐射体、第二辐射体、匹配电路和分离滤波器，该分离滤波器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一辐射体与一馈入端连接，该馈入端与该第一端口电性连接，该第二端口通过该匹配电路与一射频收发器电性连接，该第三端口直接电性连接至所述射频收发器，该第二辐射体由该金属壳体分割形成，并与该金属壳体之间形成一第一沟槽，该第二辐射体与该第一辐射体耦合，该分离滤波器将该馈入端的信号分离为低频信号和高频信号，该低频信号由该第二端口经该匹配电路处理后接入该射频收发器，该高频信号由该第三端口直接接入该射频收发器。
一种电子装置，包括金属壳体、射频收发器及天线结构，该天线结构包括第一辐射体、第二辐射体、匹配电路和分离滤波器，该金属壳体上开设一第一沟槽，该第一沟槽将所述金属壳体分割为第一壳体与所述第二辐射体，该第一辐射体与该第二辐射体耦合，并与该第二辐射体之间形成一第二沟槽，该分离滤波器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一辐射体与该第一端口电性连接，该第二端口通过该匹配电路与该射频收发器电性连接，该第三端口直接电性连接至所述射频收发器，该第一辐射体和该第二辐射体接收到的信号经该分离滤波器分离为高频信号和低频信号，该低频信号由该匹配电路处理后接入该射频收发器，该高频信号直接接入该射频收发器。
所述天线结构直接使用该电子装置的壳体的一部分作为天线辐射体，通过改变所述匹配电路和切换电路的负载连接关系实现频率可调，在达成所需带宽同时，保持了该电子装置良好的外观设计。
附图说明
图1为本发明电子装置及其天线结构的立体图。
图2为图1所示天线结构的平面图。
图3为图1所示天线结构的匹配电路及切换电路原理图。
图4为图1所示天线结构低频段的第一散射参数曲线图。
图5为图1所示天线结构高频段的第二散射参数曲线图。
图6为图1所示天线结构低频段的第一辐射效率曲线图。
图7为图1所示天线结构高频段的第二辐射效率曲线图。
主要元件符号说明
天线结构 100
电子装置 200
壳体 210
第一沟槽 S1
第一壳体 211
基板 220
射频收发器 221
显示屏 230
净空区 10
系统接地端 11
第一辐射体 30
第一辐射片 31
第二辐射片 33
第三辐射片 35
第一连接段 351
第二连接段 352
馈入端 37
第二辐射体 50
接地端 51
第二沟槽 S2
匹配电路 70
第一切换器 71
第一负载 L1
第二切换器 72
第二负载 C1
第三负载 C2
第四负载 L2
第三切换器 73
第五负载 L3
第六负载 L4
切换电路 80
第四切换器 81
第七负载 L5
第八负载 L6
分离滤波器 90
第一端口 91
第二端口 93
第三端口 95
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供一种天线结构100，其应用于移动电话、个人数字助理等电子装置200中，用以发送和接收无线通信信号。
该电子装置200包括壳体210、基板220及显示屏230。在本实施例中，该壳体210为金属材质，该基板220为该电子装置200的系统电路板，该基板220一侧设置一天线净空区10，该净空区10通过一系统接地端11与该基板220电性连接。该净空区10是指该基板220上无导体存在的区域，用以防止外在环境中电子组件如电池、振动器、喇叭、电荷耦合器件等对所述天线结构100产生干扰，造成其工作频率偏移或辐射效率变低。该显示屏230平行于该基板220的一个表面设置，并与该壳体210两侧边贴合。
请一并参阅图2和图3，该天线结构100包括第一辐射体30、第二辐射体50、匹配电路70、切换电路80和分离滤波器90。该第一辐射体30垂直设置于该净空区10一侧，并通过一馈入端37与该分离滤波器90连接。该分离滤波器90包括第一端口91、第二端口93和第三端口95，该第一端口91与该馈入端37电性连接，该第二端口93通过该匹配电路70与该电子装置200的一射频收发器221电性连接，该第三端口95直接电性连接至该射频收发器221。该分离滤波器90将该馈入端37的信号分离为高频信号和低频信号两部分，所述高频信号直接接入该射频收发器221，而所述低频信号则经该匹配电路70处理后再接入该射频收发器221，从而实现高频与低频信号的分开处理，以使该天线结构100获得对应的低频共振频率和高频共振频率。在本实施例中，该壳体210被一第一沟槽S1分割为一第一壳体211及该第二辐射体50。该第二辐射体50靠近该第一壳体211一侧的大致中间位置延伸出一接地端51，该接地端51与该切换电路80电性连接。
该第一辐射体30包括第一辐射片31、第二辐射片33和第三辐射片35。该第一辐射片31为一矩形片体，其设置于该净空区10相对于该基板220的一侧，且其上边缘大致与该净空区10平齐。该第二辐射片33为一条状片体，其从该第一辐射片31一侧延伸形成，并与该第一辐射片31共面。该第二辐射片33的下边缘与该第一辐射片31的下边缘平齐。该第三辐射片35为一倒L形结构，包括相连接的第一连接段351和第二连接段352。该第一连接段351为一条状片体，其一端与该第一辐射片31靠近该第二辐射片33的一端连接，且二者侧边缘相互平齐，另一端朝向该第二辐射体50延伸，并与该第二连接段352连接。该第二连接段352为一条状片体，其平行于该第二辐射体50设置从而在该第二连接段352与该第二辐射体50之间形成一第二沟槽S2，以使该第一辐射体30上的电流信号经该第二沟槽S2耦合至该第二辐射体50。该馈入端37大致垂直地连接至该第一辐射片31与该第一连接段351的连接处。
该匹配电路70包括第一切换器71、第二切换器72、第三切换器73、第一负载L1、第二负载C1、第三负载C2、第四负载L2、第五负载L3及第六负载L4。该第一切换器71一端与该电子装置200的射频收发器221连接，另一端可选择为开路或与所述第一负载L1一端连接，所述第一负载L1另一端接地。在本实施例中，该第一负载L1为一电感量为16nH的电感。该第二切换器72一端与该电子装置200的射频收发器221连接，另一端可选择地与所述第二负载C1或第三负载C2连接，所述第二负载C1和第三负载C2另一端均与该第四负载L2一端连接，该第四负载L2另一端与该分离滤波器90的第二端口93连接。在本实施例中，该第二负载C1为一容值为2pF的电容，该第三负载C2为一容值为2.5pF的电容，该第四负载L2为一电感量为1.5nH的电感。该第三切换器73一端与该分离滤波器90的第二端口93连接，另一端可选择开路或与所述第五负载L3或第六负载L4的一端连接，所述第五负载L3及第六负载L4另一端接地。在本实施例中，该第五负载L3为一电感量为26nH的电感，该第六负载L4为一电感量为68nH的电感。
该切换电路80包括第四切换器81、第七负载L5及第八负载L6。该第四切换器81一端与该接地端51连接，另一端可选择地与所述第七负载L5或第八负载L6连接，所述第七负载L5和第八负载L6另一端接地。在本实施例中，该第七负载L5为一电感量为7nH的电感，该第八负载L6为一电感量为1nH的电感。
在本实施例中，通过改变所述多个切换器与对应负载之间的连接关系，可以对天线工作频段进行调节。
请一并参阅图3、图4和图6，该天线结构100接收到的信号由该馈入端37流经该分离滤波器90分离，低频信号经过该匹配电路70处理后接入该电子装置200的射频收发器221。当该第一切换器71开路，该第二切换器72与该第二负载C1连接，该第三切换器73与该第五负载L3连接，该第四切换器81与该第七负载L5连接时，该天线结构100工作于GSM850/900频段。该天线结构100在GSM850/900频段下的散射参数如图4曲线1所示，辐射效率如图6曲线4所示。
当该第一切换器71开路，该第二切换器72与该第二负载C1连接，该第三切换器73与该第六负载L4连接，该第四切换器81与该第七负载L5连接时，该天线结构100工作于LTEband20频段。该天线结构100在LTE band20频段下的散射参数如图4曲线2所示，辐射效率如图6曲线5所示。
当该第一切换器71与该第一负载L1连接，该第二切换器72与该第三负载C2连接，该第三切换器73开路，该第四切换器81与该第七负载L5连接时，该天线结构100工作于LTEband17频段。该天线结构100在LTE band17频段下的散射参数如图4曲线3所示，辐射效率如图6曲线6所示。
请一并参阅图3、图5和图7，该天线结构100接收到的信号经该分离滤波器90分离后，高频信号不经过该匹配电路70而直接接入该电子装置200的射频收发器221，同时将该第四切换器81切换至与该第八负载L6连接时，该天线结构100工作于GSM1800/1900、UMTS2100及LTE band7频段。该天线结构100在GSM1800/1900、UMTS2100及LTE band7频段下的散射参数曲线如图5所示，辐射效率曲线如图7所示。
相较于传统单极天线或倒F型天线，本发明所述天线结构100直接使用该电子装置200的壳体210的一部分作为天线辐射体，并通过该分离滤波器90将高、低频信号分开处理，通过改变所述匹配电路70和切换电路80的负载连接关系实现频率可调，在达成GSM/WCDMA/LTE系统所需的天线带宽同时，保持了该电子装置200良好的外观设计。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何形式上的限定。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种天线结构，应用于一具有金属壳体的电子装置中，以发送和接收无线通信信号，其特征在于：该天线结构包括第一辐射体、第二辐射体、匹配电路和分离滤波器，该分离滤波器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一辐射体与一馈入端连接，该馈入端与该第一端口电性连接，该第二端口通过该匹配电路与一射频收发器电性连接，该第三端口直接电性连接至所述射频收发器，该第二辐射体由该金属壳体分割形成，并与该金属壳体之间形成一第一沟槽；该第一辐射体包括第一辐射片、第二辐射片和第三辐射片，该第一辐射片垂直于一净空区设置，该第二辐射片从该第一辐射片一侧延伸，该三辐射片包括相连接的第一连接段和第二连接段，该第一连接段与该第一辐射片连接，该第二连接段与该第二辐射体之间形成一第二沟槽，该第二辐射体与该第一辐射体耦合，该分离滤波器将该馈入端的信号分离为低频信号和高频信号，该低频信号由该第二端口经该匹配电路处理后接入该射频收发器，该高频信号由该第三端口直接接入该射频收发器。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该匹配电路包括第一切换器和第一负载，该第一切换器一端与该射频收发器连接，另一端可选择为开路或与所述第一负载一端连接，所述第一负载另一端接地。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该匹配电路还包括第二切换器、第二负载、第三负载及第四负载，该第二切换器一端与该射频收发器连接，另一端可选择地与所述第二负载或第三负载连接，所述第二负载和第三负载另一端均与该第四负载一端连接，该第四负载另一端与该分离滤波器的第二端口连接。
4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该匹配电路还包括第三切换器、第五负载及第六负载，该第三切换器一端与该第二端口连接，可选择开路或与所述第五负载或第六负载的一端连接，所述第五负载及第六负载另一端接地。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该天线结构还包括接地端及切换电路，该接地端连接于该第二辐射体和该切换电路之间，该切换电路包括第四切换器、第七负载及第八负载，该第四切换器一端与该接地端连接，另一端可选择地与所述第七负载或第八负载连接，所述第七负载和第八负载另一端接地。
6.一种电子装置，包括金属壳体、基板及射频收发器，该基板一侧设置一净空区，其特征在于：该电子装置还包括天线结构，该天线结构包括第一辐射体、第二辐射体、匹配电路和分离滤波器，该金属壳体上开设一第一沟槽，该第一辐射体包括第一辐射片、第二辐射片和第三辐射片，该第一辐射片垂直于该净空区设置，该第二辐射片从该第一辐射片一侧延伸，该三辐射片包括相连接的第一连接段和第二连接段，该第一连接段与该第一辐射片连接，该第一沟槽将所述金属壳体分割为第一壳体与所述第二辐射体，该第一辐射体与该第二辐射体耦合，该第二连接段与该第二辐射体之间形成一第二沟槽；该分离滤波器包括第一端口、第二端口和第三端口，该第一辐射体与该第一端口电性连接，该第二端口通过该匹配电路与该射频收发器电性连接，该第三端口直接电性连接至所述射频收发器，该第一辐射体和该第二辐射体接收到的信号经该分离滤波器分离为高频信号和低频信号，该低频信号由该匹配电路处理后接入该射频收发器，该高频信号直接接入该射频收发器。
7.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：该天线结构还包括馈入端，该馈入端一端垂直连接至该第一辐射片与该第一连接段的连接处，另一端和该分离滤波器电性连接。
8.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：该天线结构还包括接地端和切换电路，该接地端电性连接于该第二辐射体和该切换电路之间，并通过该切换电路接地。
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