CN106816706B - 天线结构及应用该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及应用该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构，包括金属件，所述金属件上开设有至少一开槽，进而将所述金属件划分为间隔设置的第一金属部及第二金属部；以及辐射部，所述辐射部与所述第一金属部电性连接，用以馈入一电流信号至所述第一金属部，所述第二金属部接地；以及曲折部，所述曲折部的一端电连接至所述第一金属部，另一端接地，用以激发所述天线结构的低频模态，同时维持所述天线结构的高频特性。该天线结构中的金属件可避免了金属件对天线造成的屏蔽效应，减小天线尺寸与占用空间，达到降低成本的效果。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置。

Description

天线结构及应用该天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及应用该天线结构的无线通信装置。
背景技术
随着无线通信技术的进步，无线通信装置不断朝向轻薄趋势发展，消费者对于产品外观的要求也越来越高。由于金属壳体在外观、机构强度、散热效果等方面具有优势，因此越来越多的厂商设计出具有金属壳体的无线通信装置来满足消费者的需求。但是，金属壳体容易干扰遮蔽设置在其内的天线所辐射的信号，不容易达到宽频设计，导致内置天线的辐射性能不佳。而且随着长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术的不断发展，天线的频宽不断增加。因此，如何利用金属壳体设计出具有较宽频宽的天线，是天线设计面临的一项重要课题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结合金属壳体设计的天线结构。
另，有必要提供一种应用该天线结构的无线通信装置。
一种天线结构，包括：
金属件，所述金属件上开设有至少一开槽，进而将所述金属件划分为间隔设置的第一金属部及第二金属部；以及
辐射部，所述辐射部与所述第一金属部电性连接，用以馈入一电流信号至所述第一金属部，所述第二金属部接地；以及
曲折部，所述曲折部的一端电连接至所述第一金属部，另一端接地，用以激发所述天线结构的低频模态，同时维持所述天线结构的高频特性。
一种无线通信装置，包括上述天线结构。
上述天线结构中的金属件上设置有开槽，从而使得金属件划分为第一金属部及第二金属部，并使得所述第一金属部构成天线结构的其中一个辐射体，而所述第二金属部接地，避免了所述金属件对天线造成的屏蔽效应，减小天线尺寸与占用空间，达到降低成本的效果。另外，所述天线结构通过设置所述曲折部，并使得所述曲折部接地，进而提供高电感特性，以激发所述天线结构的低频模态，同时又能维持天线结构的高频特性，使得所述天线结构产生多频段的操作频宽，可工作在多个通信系统。
附图说明
图1为本发明较佳实施例具有天线结构的无线通信装置的示意图。
图2为图1所示天线结构的回波损耗图。
图3为图1所示天线结构的辐射效率曲线图。
图4为本发明另一较佳实施例具有天线结构的无线通信装置的示意图。
图5为图4所示天线结构的回波损耗图。
图6为本发明另一较佳实施例具有天线结构的无线通信装置的示意图。
主要元件符号说明
无线通信装置 200
基板 21
馈入点 211
接地点 213
电子元件 215
净空区 217
FPC 23
天线结构 100
金属件 11
第一边框 111
第二边框 113
第三边框 115
沟槽 117
第一结合部 1111
第二结合部 1113
第三结合部 1115
开口 119
辐射部 12
馈入段 121
第一连接段 123
第二连接段 125
辐射段 127
曲折部 13
第一接地部 14
第二接地部 15
延伸部 16
第一切换电路 17
共振部 18
高通滤波器 181
第二切换电路 19
承载部 20
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，本发明较佳实施方式提供一种天线结构100，其应用于移动电话、个人数字助理等无线通信装置200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。
该无线通信装置200还包括基板21以及柔性电路板（flexible printed circuit，FPC）23。该基板21可采用环氧树脂玻璃纤维（FR4）等介电材质制成。所述基板21上设置有馈入点211以及至少一接地点213。该馈入点211用于为天线结构100馈入电流。在本实施例中，所述基板21上设置两个接地点213。该两个接地点213设置于所述馈入点211的两侧，用于为天线结构100提供接地。所述基板21上还设置有电子元件215以及净空区217。在本实施例中，所述电子元件215为通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）接口模块，其设置于所述基板21的一侧，且与所述基板21电连接。当然，所述电子元件215还可以为麦克风、喇叭、摄像头等其他电子元件。该净空区217设置于所述基板21的一侧，且围绕所述电子元件215设置。所述净空区217是指基板21上无导体存在的区域，用以防止外在环境中的电子组件如电池、振动器、喇叭、电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等对天线结构100产生干扰，造成其工作频率偏移或辐射效率变低。
所述FPC 23设置于所述电子元件215上，且电连接至所述天线结构100的接地系统（图未示），以为所述电子元件215提供接地。
所述天线结构100包括金属件11、辐射部12、曲折部13以及至少一接地部。
该金属件11为无线通信装置200的外观件，如金属边框。在本实施例中，该金属件11为一框体结构，包括第一边框111、第二边框113及第三边框115。该第二边框113与第三边框115相对且相互平行设置，且分别连接至该第一边框111的两端。该第一边框111上开设有至少一沟槽117，以将所述第一边框111划分为多个结合部。其中一个结合部可作为所述金属件11的第一金属部，并作为所述天线结构100的辐射体，用以收发无线信号。剩余的结合部可与所述第二边框113及第三边框115结合，共同作为所述金属件11的第二金属部，并接地处理，以为所述天线结构100提供接地。在本实施例中，所述第一边框111上开设有二个沟槽117。该二个沟槽117将所述第一边框111划分为相互间隔设置的三个结合部，即第一结合部1111、第二结合部1113以及第三结合部1115。其中第一结合部1111构成所述金属件11的第一金属部，且作为所述天线结构100的辐射体，用以收发无线信号。所述第二结合部1113、第三结合部1115分别与所述第二边框113以及第三边框115连接，并共同构成所述金属件11的第二金属部。所述第二金属部作为所述天线结构100的接地系统，以为所述天线结构100提供接地。
所述金属件11上还设置有开口119。在本实施例中，所述开口119设置于所述金属件11的第一金属部上，且使得所述电子元件215可从所述开口119露出，如此可便于用户将一USB设备穿过该开口119，并插设于所述电子元件215上，进而建立所述USB设备与该无线通信装置200的电连接。
所述辐射部12为一单极天线。在本实施例中，所述辐射部12包括馈入段121、第一连接段123、第二连接段125以及辐射段127。该馈入段121大致呈矩形条状。所述馈入段121的一端电连接至所述馈入点211，另一端沿平行于所述第二边框113且朝所述第一边框111所在方向延伸，并连接至所述第一连接段123。所述第一连接段123与所述馈入段121设置于同一平面。所述第一连接段123呈矩形片体状，其一端垂直连接至所述馈入段121远离所述馈入点211的端部，另一端沿平行所述第一边框111且朝向所述第三边框115的方向延伸，直至与所述第二连接段125垂直连接。所述第二连接段125布设于与所述第一连接段123相垂直的平面内，所述第二连接段125的一端垂直连接至所述第一连接段123，并沿远离所述基板21且平行所述第二边框113的方向延伸。所述辐射段127布设于所述馈入段121与第一连接段123所在平面。所述辐射段127的一端垂直连接至所述第一连接段123远离馈入段121的一侧，另一端沿平行于所述第二边框113且朝所述第一边框111所在方向延伸，直至与所述第一金属部电连接，进而将电信号馈入至所述第一金属部。
所述曲折部13为曲折状片体。在本实施例，所述曲折部13呈方波状，其设置于所述电子元件215的上方，且其一端电连接至所述第一金属部，另一端电连接至所述FPC 23，以通过所述FPC 23接地。所述曲折部13用以利用其高电感性激发所述天线结构100的低频模态，同时维持所述天线结构100的高频特性。
在本实施例中，所述天线结构100包括两个接地部，即第一接地部14及第二接地部15。所述第一接地部14及第二接地部15均呈矩形条状，用以为所述天线结构100提供接地，以调整所述天线结构100于高频段的共振模态。具体的，第一接地部14的一端电连接至所述第二金属部，例如所述第二结合部1113，另一端电连接至其中一个接地点213。第二接地部15设置于所述电子元件215的另一侧，其一端电连接至所述第二金属部，例如所述第三结合部1115，另一端电连接至另一接地点213。
可以理解，在其他实施例中，所述天线结构100还包括延伸部16。该延伸部16呈矩形片状，其设置于与第一连接段123平行的平面内。所述延伸部16的宽度大于所述第二连接段125的宽度。所述延伸部16的一端连接至所述第二连接段125，另一端沿平行所述第一边框111且远离所述第二边框113的方向延伸。所述延伸部16用以激发所述天线结构100的高频模态，进而增加其于高频段的频宽。
请一并参阅图2，为所述天线结构100的回波损耗图。其中曲线S21代表所述天线结构100的回波损耗。曲线S22代表所述天线结构100未设置所述曲折部13时的回波损耗。曲线S23代表所述天线结构100未设置第一接地部14时的回波损耗。曲线S24代表所述天线结构100未设置第二接地部15时的回波损耗。显然，所述天线结构100于704-960MHz及1360-2690MHz频段均可满足天线设计要求。其次，当所述天线结构100未设置所述曲折部13时，所述天线结构100于低频段的频宽及阻抗匹配均不佳。另外，所述第一接地部14及第二接地部15是用以增加天线结构100于高频段的频宽。
请一并参阅图3，为所述天线结构100的辐射效率曲线图。其中曲线S31代表所述天线结构100的辐射效率。曲线S32代表所述天线结构100的总效率。显然，当所述天线结构100工作于704-960MHz及1360-2690MHz频段时，均具有较佳的辐射效率。
可以理解，请一并参阅图4，在其他实施例中，所述天线结构100还包括第一切换电路17。所述第一切换电路17设置于所述FPC 23上，其一端电连接至所述曲折部13，另一端接地。所述第一切换电路17可包括若干电感及电容，用以切换至不同的电感，以调节所述天线结构100的频率。另外，所述第一切换电路17可通过所述电子元件215的金属面接地，如此可使得天线结构100与电子元件215共用接地面，进而增加天线净空区并提高天线特性。
请一并参阅图5，为所述天线结构100设置所述第一切换电路17时的回波损耗图。其中曲线S51代表所述天线结构100中第一切换电路17切换至一电感值为1nH的电感时的回波损耗。曲线S52代表所述天线结构100中第一切换电路17切换至电感值为5nH的电感时的回波损耗。曲线S53代表所述天线结构100中第一切换电路17切换至电感值为8nH的电感时的回波损耗。显然，所述天线结构100于低频段随电感值增加而频率往低频偏移，高频频宽不随电感值改变而影响。
请再次参阅图4，在其他实施例中，所述天线结构100还包括共振部18，所述共振部18设置于所述曲折部13与第二接地部15之间，且通过高通滤波器181接地。所述共振部18用以改善该辐射部12的隔离度，并提高天线结构100的频宽。
可以理解，在其他实施例中，所述天线结构100还包括至少一第二切换电路19。在本实施例中，所述天线结构100包括二个第二切换电路19。所述第一接地部14及第二接地部15分别通过相应的第二切换电路19接地，进而改善所述天线结构100的高频特性。
可以理解，请一并参阅图6，在其他实施例中，所述天线结构100还包括承载部20，所述承载部20设置于所述电子元件215上方，用以收容所述电子元件215，且承载所述曲折部13及延伸部16。
可以理解，在其他实施例中，所述曲折部13不局限于设置于所述电子元件215的上方，其还可以设置于所述电子元件215的一侧。
可以理解，在其他实施例中，亦可于所述馈入点213加入匹配电路（图未示），用于改善该天线结构100的阻抗匹配以及提高天线结构100的辐射效率。
本发明的天线结构100通过在所述金属件11上设置开槽117，以将所述金属件11划分为第一金属部及第二金属部，并使得所述第一金属部构成天线结构100的其中一个辐射体，而所述第二金属部接地，避免了所述金属件11对天线造成的屏蔽效应，减小天线尺寸与占用空间，达到降低成本的效果。另外，所述天线结构100通过设置所述曲折部13，并使得所述曲折部13透过电子元件215的金属面接地，进而提供高电感特性，以激发所述天线结构100的低频模态，同时又能维持天线结构100的高频特性，使得所述天线结构100产生多频段的操作频宽，可工作在多个通信系统。

Claims (13)

1.一种天线结构，其特征在于：所述天线结构包括：
金属件，所述金属件包括第一边框、第二边框及第三边框，所述第二边框与所述第三边框相对且相互平行设置，且分别连接至所述第一边框的两端，所述金属件上开设有至少一沟槽，进而将所述金属件划分为间隔设置的第一金属部及第二金属部；
辐射部，所述辐射部一端电连接至一馈入点，另一端与所述第一金属部电性连接，用以馈入一电流信号至所述第一金属部，所述第二金属部接地，所述辐射部包括第一连接段及第二连接段，所述第一连接段耦接于所述馈入点与所述第一金属部之间，所述第二连接段的一端连接至所述第一连接段；
曲折部，所述曲折部为一曲折状片体，所述曲折部的一端电连接至所述第一金属部，另一端接地，用以激发所述天线结构的低频模态，同时维持所述天线结构的高频特性；以及
延伸部，所述延伸部连接至所述第二连接段的另一端，且设置于与所述第一连接段平行的平面内。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述金属件所述至少一沟槽开设于所述第一边框上，以将所述第一边框划分为多个结合部，其中一个结合部作为所述金属件的第一金属部，并作为所述天线结构的辐射体，用以收发无线信号；剩余的结合部与所述第二边框及第三边框结合，共同作为所述金属件的第二金属部，并接地处理，以为所述天线结构提供接地。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述辐射部还包括馈入段及辐射段，所述馈入段的一端电连接至所述馈入点，另一端沿平行于所述第二边框且朝所述第一边框所在方向延伸，并连接至所述第一连接段；所述第一连接段与所述馈入段设置于同一平面；所述第一连接段一端垂直连接至所述馈入段远离所述馈入点的端部，另一端沿平行所述第一边框且朝向所述第三边框的方向延伸，直至与所述第二连接段垂直连接；所述第二连接段布设于与所述第一连接段相垂直的平面内，所述第二连接段的一端垂直连接至所述第一连接段，并沿远离所述第一连接段且平行所述第二边框的方向延伸；所述辐射段布设于所述馈入段与所述第一连接段所在平面；所述辐射段的一端垂直连接至所述第一连接段远离馈入段的一侧，另一端沿平行于所述第二边框且朝所述第一边框所在方向延伸，直至与所述第一金属部电连接，进而将电信号馈入至所述第一金属部。
4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述延伸部的一端连接至所述第二连接段，另一端沿平行所述第一边框且远离所述第二边框的方向延伸。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括至少一接地部，所述至少一接地部的一端电连接至一接地点，另一端电连接至所述第二金属部，以为所述第二金属部提供接地。
6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括第一切换电路，所述第一切换电路的一端电连接至所述曲折部，另一端接地，所述第一切换电路包括若干电感及电容，用以切换至不同的电感，以调节所述天线结构的频率。
7.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括共振部，所述共振部设置于所述曲折部与第二边框之间，且通过高通滤波器接地，进而改善该辐射部的隔离度，并提高天线结构的频宽。
8.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括至少一第二切换电路，每一接地部分别通过相应的第二切换电路接地，进而改善所述天线结构的高频特性。
9.一种无线通信装置，包括如权利要求1-8中任意一项所述的天线结构。
10.如权利要求9所述的无线通信装置，其特征在于：所述无线通信装置还包括基板，所述金属件围绕所述基板设置，所述基板上设置有馈入点及至少一接地点，所述馈入点电连接至所述辐射部，所述至少一接地点电连接至所述第二金属部。
11.如权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于：所述无线通信装置还包括匹配电路，所述匹配电路电连接至所述馈入点，用于改善该天线结构的阻抗匹配以及提高天线结构的辐射效率。
12.如权利要求10所述的无线通信装置，其特征在于：所述基板上还设置有电子元件及柔性电路板，所述柔性电路板设置于所述电子元件上，所述曲折部设置于所述电子元件的上方或一侧，且通过所述柔性电路板接地。
13.如权利要求12所述的无线通信装置，其特征在于：所述天线结构还包括承载部，所述承载部设置于所述电子元件上方，用以收容所述电子元件，且承载所述曲折部。
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