CN105720382A - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

一种天线结构，用于无线通信装置中，以发射和接收无线通信信号，该天线结构包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部和切换电路，该第一辐射部与该第二辐射部及第三辐射部耦合，该切换电路连接于该第二辐射部和该第三辐射部之间，用于调节该天线结构的共振模态。另，本发明还提供一种应用该天线结构的无线通信装置。该天线结构具有较好的辐射效率特性。

Description

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
背景技术
随着无线通信产品的软件功能与触控屏幕的快速发展，消费者对于触控式大屏幕无线通信产品的需求增加，加上产品外观设计朝向金属化与薄型化趋势发展，使得无线通信产品的天线设计空间不断受到限制。同时，天线周围的金属元件容易对于天线造成屏蔽效应，降低天线传输特性。此外随着4GFDD/TDDLTE频段的加入让天线带宽需求增加，目前天线设计带宽需同时涵盖2G/3G/4G频段(700~960MHz、1710~2690MHz)，如何在受限的空间环境下，达到宽带天线设计需求且能维持天线较佳的传输特性，是当前天线设计领域亟需解决的问题。
发明内容
鉴于以上情况，本发明提供一种传输特性较佳的天线结构。
另，还有必要提供一种应用所述天线结构的无线通信装置。
一种天线结构，用于无线通信装置中，以发射和接收无线通信信号，该天线结构包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部和切换电路，该第一辐射部与该第二辐射部及第三辐射部耦合，该切换电路连接于该第二辐射部和该第三辐射部之间，用于调节该天线结构的共振模态。
一种无线通信装置，其包括金属边框和天线结构，该天线结构包括第一辐射部、第二辐射部和切换电路，该第一辐射部与该第二辐射部及金属边框耦合，该切换电路连接于该第二辐射部和该金属边框之间，并可调节地改变该第二辐射部和该金属边框之间的阻抗。
所述天线结构通过该第一辐射部与该第二辐射部及第三辐射部之间形成耦合馈入，并在该第二辐射部及该第三辐射部之间设置该切换电路，通过该切换电路可调整该天线结构的低频段共振模态，使该天线结构具有较好的辐射效率特性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的无线通信装置及天线结构平面图。
图2为图1所示天线结构的切换电路原理图。
图3为图1所示天线结构的第一辐射效率曲线图。
图4为图1所示天线结构的回波损耗曲线图。
图5为图1所示天线结构的第二辐射效率曲线图。
图6为本发明第二实施例的天线结构平面图。
图7为本发明第三实施例的天线结构平面图。
图8为本发明第四实施例的天线结构平面图。
主要元件符号说明
天线结构 100、200、300、400
第一辐射部 110、210、310、410
第一辐射段 111
第二辐射段 113
第三辐射段 115
第二辐射部 130、230、330、430
第一辐射体 131、331、431
短边 1311
长边 1313
第二辐射体 133、333、433
第一连接段 1331、3331
第二连接段 1333、3333
第三连接段 1335
第三辐射体 435
第三辐射部 150、250、350、450
第一沟槽 S1
第二沟槽 S2
第三沟槽 S3
第四沟槽 S4
第五沟槽 S5
第六沟槽 S6
切换电路 SW
切换器 70
输入端 71
输出端 73
电抗器件 Z
曲线 a1、a2、b2、b2、c2、c2
无线通信装置 500
基板 510
净空区 511
信号馈入点 513
信号接地点 515
金属边框 530
第一天线边框 531
第一框体 5311
第二框体 5313
第二天线边框 533
结构边框 535
第一缝隙 G1
第二缝隙 G2
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，本发明第一较佳实施例提供一种天线结构100，其应用于移动电话、个人数字助理、平板电脑等无线通信装置500中，用以发送和接收无线通信信号。
该无线通信装置500包括基板510和金属边框530，该基板510一侧设置一净空区511，该基板510上靠近该净空区511的位置间隔设置一信号馈入点513和一信号接地点515，该信号馈入点513与该无线通信装置500的一射频收发电路电性连接，以为该天线结构100提供信号馈入作用，该信号接地点515与该基板510上的一金属接地面电性连接，以为该天线结构100提供信号接地作用。该金属边框530环绕该基板510设置，该金属边框530上分别设置第一缝隙G1和第二缝隙G2，以将该金属边框530分割为第一天线边框531、第二天线边框533和结构边框535三部分，该第一缝隙G1和第二缝隙G2均由不导电材料填充。在本实施例中，该第一缝隙G1设置于该金属边框530靠近该信号接地点515的一侧，并与该净空区511靠近基板510的一侧大致平齐，该第二缝隙G2设置于净空区511远离基板510的一侧。
该天线结构100包括第一辐射部110、第二辐射部130、第三辐射部150和切换电路SW。该第一辐射部110与该第二辐射部130及第三辐射部150耦合，该切换电路SW连接于该第二辐射部130和该第三辐射部150之间，用于调节该天线结构100的共振模态。
该第一辐射部110为一呈“T”形的单极天线，其包括第一辐射段111、第二辐射段113和第三辐射段115。该第一辐射段111大致垂直于该净空区511靠近基板510的一侧设置，并与该信号馈入点513电性连接。该第二辐射段113一端与该第一辐射段111远离信号馈入点513的一端大致垂直连接，另一端沿平行于净空区511的另一侧的方向水平延伸一段距离。该第三辐射段115一端与该第一辐射段111远离信号馈入点513的一端大致垂直连接，另一端朝向与该第二辐射段113相反的方向延伸一段距离。其中，该第三辐射段115的宽度小于该第二辐射段113的宽度。在本实施例中，该第二辐射段113用于激发一第一高频模态，该第三辐射段115用于激发一低频主模态及一第二高频模态。
该第二辐射部130包括第一辐射体131和第二辐射体133。该第一辐射体131呈倒“L”形，包括相互连接的短边1311和长边1313。该短边1311大致垂直于该净空区511靠近该基板510的一侧设置，并与该信号接地点515电性连接，该长边1313朝向该第一缝隙G1水平延伸一段距离。该第二辐射体133包括第一连接段1331、第二连接段1333及第三连接段1335。该第一连接段1331为一短条状片体，其大致垂直连接于该长边1313远离该短边1311的一端。该第二连接段1333为一长条状片体，其一端大致垂直连接于该第一连接段1331远离该长边1313的一端，另一端朝向该第一辐射段111水平延伸并越过该第三辐射段115，从而与该第三辐射段115之间形成一第一沟槽S1。该第三连接段1335呈倒“L”形，其一端与该第二连接段1333靠近该第一辐射段111的一端大致垂直连接，并朝向远离该第三辐射段115的方向延伸，另一端朝向该第一连接段1331水平延伸一段距离，从而使该第一辐射体131和第二辐射体133共同形成一非封闭的回路结构。
该第三辐射部150包括第一天线边框531和第二天线边框533。该第一天线边框531呈倒“L”形，其包括相互连接的第一框体5311和第二框体5313，该第一框体5311一端靠近该第一缝隙G1，该第二框体5313一端靠近该第二缝隙G2，该第二框体5313与该第二辐射段113及第三辐射段115之间形成一第二沟槽S2。该第二天线边框533呈倒“L”形，其一端通过该第二缝隙G2与该第一天线边框531间隔设置，另一端延伸至与该净空区511靠近该基板510的一侧大致平齐的位置。在本实施例中，该第二天线边框533用于激发一第三高频模态，通过调整该第二缝隙G2的位置可改变该第二天线边框533的长度，该第三高频模态的中心频率随该第二天线边框533的长度增加而降低。
请参阅图2，该切换电路SW包括切换器70和至少一电抗器件Z，该切换器70包括一输入端71和至少一输出端73。该输入端71与该第一框体5311靠近该第一缝隙G1的一端电性连接。所述至少一电抗器件Z一端与所述至少一输出端73连接，另一端连接至该第一辐射体131的长边1313靠近该第一缝隙G1的一端。在本实施例中，所述至少一电抗器件Z可以为电容、电感、电阻或由电容、电感、电阻通过并联或串联形成的组合，所述至少一输出端73与该长边1313靠近该第一缝隙G1的一端之间还可直接通过导线相连，以形成短路连接。通过该切换器70切换至不同的输出端73，该第三辐射部150和该第二辐射部130之间可选择短路连接、通过电抗器件Z连接或通过电抗器件Z的组合连接，从而利用不同的阻抗调整该天线结构100的共振模态。
请参阅图3，图中所示为第三辐射部150和该第二辐射部130之间由该切换电路SW切换至通过3pF和6pF的电容连接时，该天线结构100在低频模态的总效率和辐射效率。其中，曲线a1为切换至3pF的电容连接时该天线结构100在低频模态下的总效率，曲线a2为与之对应的辐射效率；曲线b1为切换至6pF的电容连接时该天线结构100在低频模态下的总效率，曲线b2为对应的辐射效率。从图3中可以看出，在切换至3pF和6pF的电容连接时该天线结构100在低频模态下均具有大于-3dB的辐射效率，且通过切换不同的电容连接，可调整其低频共振模态。
下面进一步说明该天线结构的工作原理。电流信号经该信号馈入点513馈入该第一辐射部110，并由该第一沟槽S1和第二沟槽S2分别耦合到该第二辐射部130和第三辐射部150，耦合到该第二辐射部130上的电流信号流经该第二辐射体133和第一辐射体131后由该信号接地点515接地，耦合到该第三辐射部150上的电流信号由该切换电路SW接入该第一辐射体131并由该信号接地点515接地。在本实施例中，可通过调整所述第一沟槽S1和第二沟槽S3的宽度以及该第三辐射段115的长度来调整所述第一辐射部110与第二辐射部130以及第三辐射部150之间的耦合量。
请参阅图4，图中所示为当该无线通信装置500的尺寸为68×130×7mm，天线净空区511的尺寸为66×8.5mm，该第二辐射段113的长度为12mm，该第三辐射段115的长度为6.5mm，该第二连接段1333和第三连接段1335总长度为26.5mm，该第一天线边框531的长度为64mm，该第二天线边框533的长度为20mm，该第一缝隙G1和第二缝隙G2的宽度为1.5mm，该第一沟槽S1的宽度为0.6mm，该第二沟槽S2的宽度为2mm以及该切换电路切换至6pF的电容连接时，该天线结构100的回波损耗曲线图。在上述条件下，该天线结构100高频模态可以覆盖1710-2690MHz，低频模态可以覆盖704-787MHz，而850/900MHz频段则可通过调节该切换电路SW来实现，从而使该天线结构100能够满足该无线通信装置500在不同频段下的通信需求。
请参阅图5，图中所示为该天线结构100在图4所示回波损耗曲线对应的参数下的总效率和辐射效率。其中，曲线c1为该天线结构100的总效率，曲线c2为对应的辐射效率。从图中可以看出，该天线结构在750-850MHz频段内的辐射效率大于-4dB，在1710-2690MHz频段内的辐射效率大于-2dB，即该天线结构100具有良好的辐射效率特性，能够满足该无线通信装置500在不同频段下的通信需求。
请一并参阅图6至图8，图中所示为本发明其他可能实施例的天线结构平面图。
图6所示第二实施例的天线结构200包括第一辐射部210、第二辐射部230、第三辐射部250和切换电路SW，其中该第一辐射部210与第二辐射部230与第一实施例结构大致相同，该第三辐射部250与第一实施例的区别仅为去除该第二缝隙G2，而仅保留第一缝隙G1。在本实施例中，该第三辐射部250为一围绕该净空区511的半框形结构。
图7所示第三实施例的天线结构300包括第一辐射部310、第二辐射部330、第三辐射部350和切换电路SW，其中该第一辐射部310及第三辐射部350与第一实施例结构大致相同，该第二辐射部330包括第一辐射体331和第二辐射体333，该第一辐射体331与第一实施例结构大致相同，该第二辐射体333包括第一连接段3331和第二连接段3333，该第一连接段3331大致垂直连接于该第一辐射体331靠近该第一缝隙G1的一端，该第二连接段3333一端大致垂直连接于该第一连接段3331远离该第一辐射体331的一端，另一端朝向该第一辐射部310水平延伸至该第一辐射部310与该第三辐射部350之间。该第二连接段3333与该第一辐射部310之间形成一第三沟槽S3，并与该第三辐射部350之间形成一第四沟槽S4。在本实施例中，该第一辐射部310和该第二辐射部330可交替切换连接至该信号馈入点513或信号接地点515。
图8所示第四实施例的天线结构400包括第一辐射部410、第二辐射部430、第三辐射部450和切换电路SW。该第一辐射部410和第三辐射部450与第一实施例结构大致相同。该第二辐射部430包括第一辐射体431、第二辐射体433和第三辐射体435。该第一辐射体431与第一实施例的第一辐射体131结构大致相同，该第三辐射体435与该第一辐射体431大致相对于该第一辐射部410对称设置，并与基板510电连接，该第二辐射体433设置于该第一辐射部410与第三辐射部450之间，其两端分别与该第一辐射体431和第三辐射体435连接。该第二辐射体433与该第一辐射部410之间形成一第五沟槽S5，并与该第三辐射部450之间形成一第六沟槽S6。
所述天线结构100通过该第一辐射部10与该第二辐射部30及第三辐射部50之间形成耦合馈入，并在该第二辐射部30及该第三辐射部50之间设置该切换电路SW，通过该切换电路SW将该第二辐射部30及该第三辐射部50之间切换为通过不同的电抗器件Z连接或直接短接，从而调整该天线结构100的低频段共振模态，使该天线结构100具有较好的辐射效率特性，能够满足该无线通信装置200的通信需求。
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 (13)

1.一种无线通信装置，其包括金属边框和天线结构，其特征在于：该天线结构包括第一辐射部、第二辐射部和切换电路，该第一辐射部与该第二辐射部及金属边框耦合，该切换电路连接于该第二辐射部和该金属边框之间并可调节地改变该第二辐射部和该金属边框之间的阻抗。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于：该第一辐射部呈“T”形，包括第一辐射段、第二辐射段和第三辐射段，该第一辐射段一端与一信号馈入点电性连接，另一端与该第二辐射段垂直连接，该第三辐射段一端与该第一辐射段垂直连接，另一端朝与该第二辐射段相反的方向延伸。
3.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于：该第二辐射部包括第一辐射体和第二辐射体，该第一辐射体与该第二辐射体连接，并形成一非封闭的回路结构。
4.如权利要求3所述的无线通信装置，其特征在于：该第一辐射体呈倒“L”形，包括相互连接的短边和长边，该短边与一信号接地点电性连接，该长边朝向远离该第一辐射段的方向水平延伸。
5.如权利要求4所述的无线通信装置，其特征在于：该第二辐射体包括第一连接段、第二连接段及第三连接段，该第一连接段垂直连接于该长边远离该短边的一端，该第二连接段一端垂直连接于该第一连接段远离该长边的一端，另一端朝向该第一辐射段水平延伸并越过该第三辐射段，该第二连接段与该第三辐射段之间形成一第一沟槽。
6.如权利要求5所述的无线通信装置，其特征在于：该第三连接段呈倒“L”形，其一端与该第二连接段靠近该第一辐射段的一端垂直连接，并朝向远离该第三辐射段的方向延伸，另一端朝向该第一连接段水平延伸。
7.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于：该第三辐射部包括第一天线边框和第二天线边框，该第一天线边框呈倒“L”形，其包括相互连接的第一框体和第二框体，该第一框体一端设置一第一缝隙，该第二框体一端设置一第二缝隙，该第二框体与该第二辐射段及第三辐射段之间形成一第二沟槽。
8.如权利要求7所述的无线通信装置，其特征在于：该第二天线边框呈倒“L”形，该第二天线边框通过该第二缝隙与该第一天线边框间隔设置。
9.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于：该第三辐射部为一半框形结构。
10.如权利要求4所述的无线通信装置，其特征在于：该第二辐射体包括第一连接段和第二连接段，该第一连接段垂直连接于该第一辐射体的一端，该第二连接段一端垂直连接于该第一连接段远离该第一辐射体的一端，另一端朝向该第一辐射部水平延伸至该第一辐射部与该第三辐射部之间。
11.如权利要求2所述的无线通信装置，其特征在于：该第二辐射部包括第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体，该第二辐射体与该第一辐射部平行设置，其两端分别与该第一辐射体和第三辐射体连接。
12.一种天线结构，用于无线通信装置中，以发射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部、第二辐射部、第三辐射部和切换电路，该第一辐射部与该第二辐射部及第三辐射部耦合，该切换电路连接于该第二辐射部和该第三辐射部之间，用于调节该天线结构的共振模态。
13.如权利要求12所述的天线结构，其特征在于：该切换电路包括切换器和至少一电抗器件，该切换器包括一输入端和至少一输出端，该输入端与该第三辐射部的一端电性连接，所述至少一电抗器件一端与所述至少一输出端连接，另一端电性连接至该第二辐射部。
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