CN108511904B - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线结构，包括壳体、第一馈入源、接地部、第二馈入源以及辐射体，所述壳体包括前框、背板以及边框，所述边框上开设有开槽，所述前框上开设有第一断点、第二断点及缝隙，所述开槽、所述第一断点、第二断点及缝隙共同自所述壳体划分出辐射部及耦合部，所述第一馈入源电连接至所述辐射部，所述接地部的一端电连接至所述辐射部，另一端接地，所述辐射体与所述耦合部间隔耦合设置，所述第二馈入源电连接至所述辐射体，来自所述第二馈入源的电流通过所述辐射体耦合至所述耦合部。该天线结构中的背板构成全金属结构，可有效避免由于开槽、断线或断点的设置而影响背板的完整性和美观性。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置。

Description

天线结构及具有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具有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，例如金属背板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。再者，所述背板上通常还设置有开槽及断点，如此将影响背板的完整性和美观性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。

一种天线结构，包括壳体、第一馈入源、接地部、第二馈入源以及辐射体，所述壳体包括前框、背板以及边框，所述边框夹设于所述前框与所述背板之间，所述边框上开设有开槽，所述前框上开设有第一断点、第二断点及缝隙，所述第一断点、第二断点及缝隙均与所述开槽连通并延伸至隔断所述前框，所述开槽、所述第一断点、第二断点及缝隙共同自所述壳体划分出辐射部及耦合部，所述第一馈入源电连接至所述辐射部，所述接地部的一端电连接至所述辐射部，另一端接地，所述辐射体与所述耦合部间隔耦合设置，所述第二馈入源电连接至所述辐射体，来自所述第二馈入源的电流通过所述辐射体耦合至所述耦合部。

一种无线通信装置，包括上述所述的天线结构。

上述天线结构及具有该天线结构的无线通信装置可涵盖至LTE-A低、中、高频，频率范围较广。另外，该天线结构的壳体上的开槽、第一缝隙、第二缝隙及断点均设置于所述前框及边框上，并未设置于所述背板上，使得所述背板构成全金属结构，即所述背板上并没有绝缘的开槽、断线或断点，使得所述背板可避免由于开槽、断线或断点的设置而影响背板的完整性和美观性。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置的示意图。

图2为图1所示无线通信装置另一角度下的示意图。

图3为图1所示无线通信装置的组装示意图。

图4为图2所示天线结构的电路图。

图5为图4所示天线结构中切换电路的电路图。

图6为图4所示天线结构的电流走向示意图。

图7为图1所示天线结构的S参数(散射参数)曲线图。

图8为图1所示天线结构的总辐射效率图。

主要元件符号说明

天线结构 100

壳体 11

前框 111

背板 112

边框 113

容置空间 114

末端部 115

第一侧部 116

第二侧部 117

端口 118

开槽 120

第一断点 121

第二断点 122

缝隙 123

第一馈入源 12

第二馈入源 13

匹配电路 14

接地部 G1

辐射体 15

连接段 151

耦合段 153

辐射部 A1

第一辐射段 A11

第二辐射段 A12

耦合部 A2

第一端 T1

第二端 T2

切换电路 17

切换单元 171

切换元件 173

无线通信装置 200

显示单元 201

第一电子元件 202

第二电子元件 203

通孔 204

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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式提供一种天线结构100，其可应用于移动电话、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。

所述天线结构100包括壳体11、第一馈入源12、第二馈入源13、匹配电路14、接地部G1以及辐射体15。

所述壳体11可以为所述无线通信装置200的外壳。在本实施例中，所述壳体11由金属材料制成。所述壳体11包括前框111、背板112及边框113。所述前框111、背板112及边框113可以是一体成型的。所述前框111、背板112以及边框113构成所述无线通信装置200的外壳。所述前框111上设置有一开口(图未标)，用于容置所述无线通信装置200的显示单元201。可以理解，所述显示单元201具有一显示平面，该显示平面裸露于该开口，且该显示平面与所述背板112大致平行设置。

所述背板112与所述前框111相对设置。所述背板112与边框113直接连接，所述背板112与边框113之间没有空隙。所述背板112相当于所述天线结构100与所述无线通信装置200的地。

所述边框113夹设于所述前框111与所述背板112之间，且分别环绕所述前框111及所述背板112的周缘设置，以与所述显示单元201、所述前框111以及背板112共同围成一容置空间114。所述容置空间114用以容置所述无线通信装置200的电路板、处理单元等电子元件或电路模块于其内。

所述边框113至少包括末端部115、第一侧部116以及第二侧部117。在本实施例中，所述末端部115为所述无线通信装置200的底端。所述末端部115连接所述前框111与所述背板112。所述第一侧部116与所述第二侧部117相对设置，两者分别设置于所述末端部115的两端，优选垂直设置。所述第一侧部116与所述第二侧部117亦连接所述前框111与所述背板112。

所述边框113上还开设有端口118及开槽120。所述前框111上开设有第一断点121、第二断点122及缝隙123。所述端口118开设于所述末端部115上，且贯通所述末端部115。

请一并参阅图2及图3，所述无线通信装置200还包括至少一电子元件。在本实施例中，所述无线通信装置200包括第一电子元件202及第二电子元件203(参图3)。所述第一电子元件202为一USB模块，其设置于所述容置空间114内。所述第一电子元件202与所述端口118相对应，以使得所述第一电子元件202从所述端口118部分露出。如此用户可将一USB设备通过所述端口118插入，进而与所述第一电子元件202建立电性连接。所述第二电子元件203为后置双摄像头模组。

所述背板112为一体成型的单一金属片，为显露双摄像头模组(即第二电子元件203)，所述背板112设置有通孔204。所述背板112其上并没有设置任何用于分割所述背板112的绝缘的开槽、断线或断点。

在本实施例中，所述开槽120布设于所述末端部115上，且与所述端口118连通，并且分别延伸至所述第一侧部116及第二侧部117。所述第一断点121、第二断点122以及缝隙123均与所述开槽120连通，并延伸至隔断所述前框111。在本实施例中，所述第一断点121开设于所述前框111上，且与所述开槽120布设于所述第一侧部116的第一端T1连通。所述第二断点122开设于所述前框111上，且与所述开槽120布设于所述第二侧部117的第二端T2连通。所述缝隙123设置于所述第一端T1与第二端T2之间的所述前框111上，并与所述开槽120连通。如此，所述开槽120、第一断点121、第二断点122以及所述缝隙123共同自所述壳体11至少分隔出相互间隔设置的辐射部A1及耦合部A2。其中，所述第一断点121与所述缝隙123之间的所述前框111构成所述辐射部A1。所述第二断点122与所述缝隙123之间的所述前框111构成所述耦合部A2。在本实施例中，所述缝隙123的位置并未对应到所述第一断点121与第二断点122的中间，因此所述辐射部A1的长度大于所述耦合部A2的长度。

可以理解，在本实施例中，除了所述端口118的位置以外，所述开槽120、第一断点121、第二断点122以及缝隙123内均填充有绝缘材料(例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限)。

可以理解，在本实施例中，所述开槽120开设于所述边框113靠近所述背板112的一端，并延伸至所述前框111，以使得所述辐射部A1及耦合部A2完全由部分所述前框111构成。当然，在其他实施例中，所述开槽120的开设位置亦可根据具体需求进行调整。例如，所述开槽120开设于所述边框113靠近所述背板112的一端，并朝所述前框111所在方向延伸，以使得所述辐射部A1及耦合部A2由部分所述前框111及部分所述边框113构成。

可以理解，在其他实施例中，所述开槽120也可仅设置于所述末端部115，而未延伸至所述第一侧部116及第二侧部117中的任何一个，或者所述开槽120设置于所述末端部115，且仅沿延伸至所述第一侧部116及第二侧部117中的其中之一。如此，所述第一端T1及第二端T2的位置、第一断点121以及第二断点122的位置亦可根据所述开槽120的位置进行调整。例如，所述第一端T1及第二端T2可均位于所述前框111对应所述末端部115的位置。例如，所述第一端T1及第二端T2中的一个可位于所述前框111对应所述末端部115的位置，而所述第一端T1及第二端T2中的另一个可开设于所述前框111对应所述第一侧部116或第二侧部117的位置。显然，所述开槽120的形状、位置以及所述第一端T1及第二端T2于所述边框113上的位置均可根据具体需求进行调整，仅需保证所述开槽120、所述第一断点121、第二断点122以及所述缝隙123可共同自所述壳体11划分出间隔设置的辐射部A1及耦合部A2即可。

可以理解，所述前框111与边框113的下半部除了所述端口118、开槽120、第一断点121、第二断点122以及缝隙123以外没有再设置其他绝缘的开槽、断线或断点，因此所述前框111的下半部就只有第一断点121、第二断点122以及缝隙123，没有其他断点。

可以理解，在本实施例中，所述天线结构100的耦合部A2接地。具体的，所述耦合部A2靠近所述第二断点122的一端可通过弹片、探针、导线等连接结构电连接至所述背板112，进而为所述耦合部A2提供接地。也就是说，设置于所述第二侧部117一端的所述第二断点122为虚断点。即虽然所述耦合部A2通过所述第二断点122与所述背板112间隔设置，但实际上所述耦合部A2与所述背板112之间通过连接结构存在电性连接关系。

所述第一馈入源12的一端通过所述匹配电路14电连接至所述辐射部A1，以为所述辐射部A1馈入电流。所述第一馈入源12的另一端电连接至所述背板112，即接地。在本实施例中，从第一馈入源12馈入电流后，所述电流在所述辐射部A1处分别向该第一断点121和缝隙123传送，所述辐射部A1以该第一馈入源12为分隔点进一步划分为相向该第一断点121的第一辐射段A11及相向该缝隙123的第二辐射段A12。具体地，所述第一馈入源12至所述前框111设置有所述第一断点121的部分形成所述第一辐射段A11。所述第一馈入源12至所述前框111设置有所述缝隙123的部分形成所述第二辐射段A12。

在本实施例中，所述第一馈入源12接入的位置并非对应到辐射部A1的中间，因此所述第一辐射段A11的长度小于第二辐射段A12的长度。所述第一辐射段A11激发一第一模态以产生第一频段的辐射信号，所述第二辐射段A12激发一第二模态以产生第二频段的辐射信号。本实施例中，所述第一模态为进阶长期演进技术(Long Term EvolutionAdvanced，LTE-A)中频模态，所述第二模态为LTE-A低频模态。所述第一频段的频率高于第二频段的频率。所述第一频段为1710-2170MHz频段，所述第二频段为699-960MHz频段。

所述接地部G1设置于所述容置空间114内，且位于所述第一断点121与所述第一馈入源12之间。所述接地部G1的一端电连接至所述第一辐射段A11，另一端电连接所述背板112，即接地，用以为所述第一辐射段A11提供接地。

可以理解，在本实施例中，通过调整所述接地部G1与所述第一馈入源12的位置，可有效调整所述第二模态的频率。例如当所述接地部G1与所述第一馈入源12之间的距离减少时，所述第二频段的频率往低偏移。当所述接地部G1与所述第一馈入源12之间的距离增加时，所述第二频段的频率往高偏移。另外，通过改变所述接地部G1的长度，即调整所述接地部G1的接地路径长短，可有效调整所述第二频段的频率及阻抗匹配。

在本实施例中，所述辐射体15设置于所述容置空间114内，且靠近所述耦合部A2设置。所述辐射体15可以为柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit，FPC)或利用激光直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)工艺形成。所述辐射体15大致呈L型片体条状，其包括连接段151及耦合段153。所述连接段151大致呈弧形，其一端电连接至所述第二馈入源13，用以为所述辐射体15馈入电流信号。所述第二馈入源13的另一端接地。所述耦合段153大致呈直条状，其一端垂直连接至所述连接段151，并沿平行所述末端部115且靠近所述第一侧部116的方向延伸。

可以理解，在本实施例中，所述第二馈入源13与所述辐射体15构成单极天线。当电流自所述第二馈入源13馈入后，电流将流经所述辐射体15，并通过所述耦合段153耦合至所述耦合部A2，进而通过所述耦合部A2接地，以使得所述第二馈入源13、辐射体15以及所述耦合部A2共同构成耦合馈入天线。所述耦合馈入天线用以激发一第三模态以产生第三频段的辐射信号。本实施例中，所述第三模态为LTE-A高频模态，所述第三频段的频率高于第二频段的频率。所述第三频段为2300-2690MHz频段。

请一并参阅图4，可以理解，在本实施例中，所述缝隙123的宽度S≧0.5mm。较佳地，所述缝隙123的宽度S为2mm。所述辐射体15中所述耦合段153的长度为L。所述辐射体15中所述耦合段153与所述耦合部A2位于所述末端部115的部分之间的第一距离为K。所述辐射体15中所述耦合段153与所述耦合部A2位于所述第二侧部117的部分之间的第二距离为U。所述第一距离K满足公式0.5mm≦K≦5mm。较佳地，所述第一距离K为1.5mm，所述第二距离U为1mm。

可以理解，在本实施例中，通过调整所述辐射体15中所述耦合段153的长度L，可有效调整所述天线结构100的第三频段的频率。另外，通过优化所述第一距离K，可达到增加频宽的效果，进而使得天线结构100的高频涵盖至2300-2690MHz。

可以理解，请再次参阅图1、图2及图4，在其他实施例中，为使得所述第二辐射段A12具有较佳的低频频宽，所述天线结构100还可包括切换电路17。所述切换电路17的一端电连接至所述第二辐射段A12，另一端电连接至所述背板112，即接地。

请一并参阅图5，所述切换电路17包括切换单元171及至少一切换元件173。所述切换单元171电连接至第二辐射段A12。所述切换元件173可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述切换元件173之间相互并联，且其一端电连接至所述切换单元171，另一端电连接至所述背板112，即接地。如此，通过控制所述切换单元171的切换，可使得所述第二辐射段A12切换至不同的切换元件173。由于每一个切换元件173具有不同的阻抗，因此通过所述切换单元171的切换，可调整所述第二辐射段A12的LTE-A低频频段。

例如，在本实施例中，所述切换电路17包括四个切换元件173。该四个切换元件173均为电感，且电感值分别为6.2nH、20nH、100nH以及120nH。其中，当所述切换单元171切换至电感值为6.2nH的切换元件173时，所述天线结构100可工作于GSM900频段(880-960MHz)。当所述切换单元171切换至电感值为20nH的切换元件173时，所述天线结构100可工作于LTEband 20频段(791-862MHz)。当所述切换单元171切换至电感值为100nH及120nH的切换元件173时，所述天线结构100可工作于LTE band 28频段(703-804MHz)。即通过所述切换单元171的切换，可使得所述天线结构100的低频涵盖至703-960MHz。

请一并参阅图6，当电流自所述第一馈入源12进入后，电流将流入所述第一辐射段A11，并通过所述接地部G1接地(参路径P1)，进而使得所述第一馈入源12、第一辐射段A11及所述接地部G1构成倒F型天线，以激发所述第一模态以产生第一频段的辐射信号。另外，当电流自所述第一馈入源12进入后，电流还将流入所述第二辐射段A12，并通过所述切换电路17接地(参路径P2)，进而使得所述第一馈入源12、第二辐射段A12及所述切换电路17构成倒F型天线，以激发第二模态以产生第二频段的辐射信号。当电流自所述第二馈入源13馈入后，电流将流经所述辐射体15，并耦合至所述耦合部A2，以使得所述第二馈入源13、辐射体15以及所述耦合部A2共同构成耦合馈入天线，进而用以激发所述第三模态以产生第三频段的辐射信号。

可以理解，在本实施例中，所述背板112可作为所述天线结构100和所述无线通信装置200的地。在另一实施例中，在所述显示单元201朝向所述背板112那一面可设置用于屏蔽电磁干扰的屏蔽罩(shielding mask)或支撑所述显示单元201的中框。所述屏蔽罩或中框以金属材料制作。所述屏蔽罩或中框可以和所述背板112相连接以作为所述天线结构100和所述无线通信装置200的地。在上述的每一处接地，所述屏蔽罩或中框可以取代所述背板112以供所述天线结构100或所述无线通信装置200接地。在另一实施例中，所述无线通信装置200的主电路板可设置接地面，在上述的每一处接地，所述接地面可以取代所述背板112以供所述天线结构100或所述无线通信装置200接地。所述接地面可以和所述屏蔽罩、中框或所述背板112相连接。

图7为所述天线结构100的S参数(散射参数)曲线图。其中曲线S71为所述辐射部A1工作于LTE-A低频与中频模态时的S11值。曲线S72为所述辐射体15工作于LTE-A高频模态时的S 11值。曲线S73为所述辐射部A1与辐射体15之间的隔离度。

图8为所述天线结构100的总辐射效率图。其中，曲线S81、S82为所述切换电路17中所述切换单元171切换至不同的切换元件173时所述辐射部A1的总辐射效率。曲线S83为所述辐射体15工作于LTE-A高频模态时的总辐射效率。

如上述所述，所述天线结构100通过设置所述第一断点121、第二断点122以及缝隙123，以自所述壳体11划分出辐射部A1及耦合部A2。所述天线结构100还设置有辐射体15。所述辐射部A1可激发第一模态及第二模态以产生LTE-A低频与中频频段的辐射信号。所述辐射体15可与所述耦合部A2共同配合，以激发第三模态以产生LTE-A高频频段的辐射信号。因此所述无线通信装置200可使用LTE-A的载波聚合(CA，Carrier Aggregation)技术并使用所述辐射部A1、所述耦合部A2以及所述辐射体15同时在多个不同频段接收或发送无线信号以增加传输频宽，同时实现3CA，而无需再额外设置相应的双工器。

另外，该天线结构100通过设置所述壳体11，且所述壳体11上的端口118、开槽120、第一断点121、第二断点122以及缝隙123均设置于所述前框111及边框113上，并未设置于所述背板112上。如此，可仅利用所述前框111、边框113及相应的内辐射体，即辐射体15，便可设置出相应的LTE-A低、中、高频天线，涵盖了较宽的频段。再者，所述背板112构成全金属结构，即所述背板112上并没有绝缘的开槽、断线或断点，使得所述背板112可避免由于开槽、断线或断点的设置而影响背板112的完整性和美观性。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。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，包括壳体、第一馈入源、接地部、第二馈入源以及辐射体，所述壳体包括前框、背板以及边框，所述边框夹设于所述前框与所述背板之间，所述边框至少包括末端部、第一侧部及第二侧部，所述第一侧部与所述第二侧部分别连接所述末端部的两端，所述边框上开设有开槽，所述前框上开设有第一断点、第二断点及缝隙，所述开槽至少开设于所述末端部，所述第一断点与所述开槽布设于所述第一侧部的第一端连通，所述第二断点与所述开槽布设于所述第二侧部的第二端连通，所述缝隙设置于所述第一端与第二端之间的所述前框上并与所述开槽连通，所述第一断点、第二断点及缝隙均与所述开槽连通并延伸至隔断所述前框，所述开槽、所述第一断点、第二断点及缝隙共同自所述壳体划分出辐射部及耦合部，所述第二断点与所述缝隙之间的所述前框构成所述耦合部，所述第一断点与所述缝隙之间的所述前框构成所述辐射部，所述第一馈入源电连接至所述辐射部，以进一步将所述辐射部划分为第一辐射段及第二辐射段，所述接地部于所述第一断点与所述第一馈入源之间，所述接地部的一端电连接至所述第一辐射段，另一端接地，当电流自所述第一馈入源进入后，电流流入所述第一辐射段，并通过所述接地部接地，进而激发第一模态以产生第一频段的辐射信号，当电流自所述第一馈入源进入后，电流流入所述第二辐射段，进而使得所述第二辐射段激发第二模态以产生第二频段的辐射信号，通过调整所述接地部与所述第一馈入源的位置，以调整所述第二模态的频率，所述辐射体与所述耦合部间隔耦合设置，所述第二馈入源电连接至所述辐射体，来自所述第二馈入源的电流通过所述辐射体耦合至所述耦合部；

所述耦合部接地；当电流自所述第二馈入源馈入后，电流流经所述辐射体，并耦合至所述耦合部，进而激发第三模态以产生第三频段的辐射信号。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第一馈入源至所述前框设置有所述第一断点的部分形成所述第一辐射段，所述第一馈入源至所述前框设置有所述缝隙的部分形成所述第二辐射2段。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第三频段的频率高于第一频段的频率，所述第一频段的频率高于所述第二频段的频率。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：通过调节所述辐射体的长度，以调整所述第三频段的频率；通过调节所述辐射体与所述耦合部之间的距离，以调整所述第三频段的频宽；通过调节所述接地部的长度，以调整所述第二频段的频率及阻抗匹配。

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切换电路，所述切换电路包括切换单元及至少一切换元件，所述切换单元电连接至所述第二辐射段，所述切换元件之间相互并联，且其一端电连接至所述切换单元，另一端接地，通过控制所述切换单元的切换，使得所述切换单元切换至不同的切换元件，进而调整所述第二频段。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述开槽、第一断点、所述第二断点及所述缝隙内均填充有绝缘材料。

7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：无线通信装置使用载波聚合技术并使用所述辐射部、耦合部及所述辐射体同时在多个不同频段接收或发送无线信号。

8.一种无线通信装置，包括如权利要求1-7中任一项所述的天线结构。

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