CN109560364A - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线结构，包括壳体及馈入源，所述壳体上形成有间隔设置的辐射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述馈入源的一端电连接至所述辐射部，并进一步将所述辐射部划分为第一辐射段及第二辐射段；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第一辐射段，并耦合至所述第一耦合部，以激发出第一模态及第二模态以产生第一频段及第二频段的信号；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第二辐射段，并耦合至所述第二耦合部，以激发出第三模态及第四模态以产生第三频段及第四频段的信号。该天线结构具有较宽频宽。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，移动电话、个人数字助理等电子装置不断朝向功能多样化、轻薄化、以及资料传输更快、更有效率等趋势发展。然而其相对可容纳天线的空间也就越来越小，而且随着长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术与长期演进技术升级版(LTE-Advanced，LTE-A)的不断发展，天线的频宽不断增加。因此，如何在有限的空间内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，包括壳体及馈入源，所述壳体上形成有间隔设置的辐射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述馈入源的一端电连接至所述辐射部，以为所述辐射部馈入电流信号，并进一步将所述辐射部划分为第一辐射段及第二辐射段；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第一辐射段，并耦合至所述第一耦合部，以使得所述第一辐射段及所述第一耦合部激发出第一模态及第二模态以产生第一频段及第二频段的信号；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第二辐射段，并耦合至所述第二耦合部，以使得所述第二辐射段及所述第二耦合部激发出第三模态及第四模态以产生第三频段及第四频段的信号。
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通过设置所述壳体，且利用所述壳体上的断点及缝隙自所述壳体划分出天线结构，如此可有效实现宽频设计。
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所示无线通信装置的组装示意图。
图3为图1所示天线结构的电路图。
图4为图3所示天线结构中匹配电路的电路图。
图5为图3所示天线结构中切换电路的电路图。
图6至图9为当图5中所述切换电路切换至不同的切换元件时天线结构的S参数(散射参数)曲线图。
图10为图1所示天线结构的增益效率图。
主要元件符号说明
天线结构 100
壳体 11
背板 111
边框 113
容置空间 114
末端部 115
第一侧部 116
第二侧部 117
端口 119
断点 121
缝隙 122
馈入源 13
匹配电路 15
第一匹配元件 151
第二匹配元件 153
辐射部 A1
第一辐射段 A11
第二辐射段 A12
第一耦合部 A2
第二耦合部 A3
匹配元件 16
切换电路 17
切换开关 171
切换元件 173
无线通信装置 200
显示单元 201
基板 21
第一电子元件 23
第二电子元件 25
第三电子元件 26
第四电子元件 27
第五电子元件 28
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，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。
请一并参阅图2及图3，所述天线结构100包括壳体11、馈入源13及匹配电路15(参图3)。所述壳体11可以为所述无线通信装置200的外壳。所述壳体11至少包括背板111及边框113。在本实施例中，所述背板111由非金属材料，例如塑胶、玻璃制成。所述边框113由金属材料制成。所述背板111及边框113构成所述无线通信装置200的外壳。
所述边框113大致呈环状结构。所述边框113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111大致平行设置。在本实施例中，所述边框113环绕所述背板111的周缘设置，以与所述背板111共同围成具有所述开口的容置空间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。所述末端部115、所述第一侧部116与所述第二侧部117均垂直连接至所述背板111。
所述边框113上还开设有端口119、断点121及缝隙122。所述端口119开设于所述末端部115的中部位置，且贯通所述末端部115。
所述无线通信装置200还包括基板21及至少一电子元件。所述基板21为印刷电路板(printed circuit board,PCB)，其可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。在本实施例中，所述无线通信装置200至少包括五个电子元件，即第一电子元件23、第二电子元件25、第三电子元件26、第四电子元件27以及第五电子元件28。其中，所述第一电子元件23为一通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口模块，其设置于所述容置空间114内，且邻近且电连接至所述基板21。所述第一电子元件23与所述端口119相对应，以使得所述第一电子元件23从所述端口119部分露出。如此用户可将一USB设备通过所述端口119插入，进而与所述第一电子元件23建立电性连接。
所述第二电子元件25为一麦克风，其设置于所述容置空间114内，且位于所述缝隙122与所述第一电子元件23之间。所述第三电子元件26为一电池，其设置于所述容置空间114内，且与所述第一电子元件23及第二电子元件25间隔设置。所述第四电子元件27为扬声器。所述第四电子元件27设置于所述容置空间114内，且位于所述基板21与所述第一侧部116之间。所述第五电子元件28为一震动器。所述第五电子元件28设置于所述容置空间114内，且位于所述基板21与第二侧部117之间。
在本实施例中，所述断点121开设于所述端口119与所述第一侧部116之间的所述边框113。所述缝隙122开设于所述端口119与所述第二侧部117之间的所述边框113，即所述断点121及所述缝隙122分别设置于所述端口119两侧。在本实施例中，所述断点121及所述缝隙122均贯通且隔断所述边框113，进而将边框113划分为三部分，即辐射部A1、第一耦合部A2及第二耦合部A3。其中，所述断点121与所述缝隙122之间的所述边框113形成所述辐射部A1。所述断点121邻近所述第一侧部116一侧的所述边框113形成所述第一耦合部A2。所述缝隙122远离所述断点121且邻近所述第二侧部117的所述边框113形成所述第二耦合部A3。在本实施例中，所述第一耦合部A2及第二耦合部A3均接地。
在本实施例中，所述断点121及所述缝隙122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)，以区隔所述辐射部A1、第一耦合部A2及第二耦合部A3。
请一并参阅图3，所述馈入源13设置于所述容置空间114内，且位于所述第一电子元件23与所述第二电子元件25之间。所述馈入源13的一端通过所述匹配电路15电连接至所述辐射部A1。如此，所述馈入源13将所述辐射部A1进一步划分为第一辐射段A11及第二辐射段A12。其中，所述馈入源13与所述断点121之间的所述边框113构成所述第一辐射段A11。所述馈入源13与所述缝隙122之间的所述边框113构成所述第二辐射段A12。在本实施例中，所述馈入源13的位置并非对应到所述辐射部A1的中间，因此所述第一辐射段A11的长度大于所述第二辐射段A12的长度。
可以理解，当电流自所述馈入源13馈入后，一部分电流将流入所述第一辐射段A11，并通过所述断点121耦合至所述第一耦合部A2，进而使得所述馈入源13、第一辐射段A11及第一耦合部A2构成耦合馈入天线，从而激发出第一模态及第二模态以产生第一频段及第二频段的辐射信号。当电流自所述馈入源13馈入后，另外一部分电流将流经所述第二辐射段A12，并通过所述缝隙122耦合至所述第二耦合部A3，进而使得所述馈入源13、第二辐射段A12及第二耦合部A3构成另一耦合馈入天线，从而激发出第三模态及第四模态以产生第三频段及第四频段的辐射信号。
在本实施例中，所述第二频段的频率高于所述第一频段的频率。所述第三频段的频率高于第二频段的频率。所述第四频段的频率高于所述第三频段的频率。具体的，所述第一模态为LTE-A低频模态，所述第一频段为699-960MHz频段。所述第二模态为LTE-A第一中频模态，所述第二频段为1450-1990MHz频段。所述第三模态为LTE-A第二中频模态，所述第三频段为1920-2170MHz频段。所述第四模态为LTE-A高频模态，所述第四频段为2300-2690MHz频段。
请一并参阅图4，在本实施例中，所述匹配电路15用于对所述天线结构100的辐射频段进行阻抗匹配。所述匹配电路15包括第一匹配元件151及第二匹配元件153。其中所述第一匹配元件151的一端电连接至所述馈入源13，另一端电连接至所述辐射部A1。所述第二匹配元件153的一端电连接至所述第一匹配元件151与所述辐射部A1之间，另一端接地。
在本实施例中，所述第一匹配元件151为电容。所述第二匹配元件153为电感。所述第一匹配元件151的电容值为3pF。所述第二匹配元件153的电感值为6.2nH。当然，在其他实施例中，所述第一匹配元件151及所述第二匹配元件153不局限于上述所述的电感及电容，其还可为其他的匹配元件或其组合。
请再次参阅图1、图3及图5，在本实施例中，所述天线结构100还包括匹配元件16及切换电路17。所述匹配元件16及所述切换电路17均设置于所述容置空间114内，且位于所述馈入源13与所述第一电子元件23之间。在本实施例中，所述匹配元件16为一电容，其电容值为33pF。所述匹配元件16的一端电连接至所述第一辐射段A11靠近所述缝隙122的位置，另一端电连接至所述切换电路17。所述切换电路17的一端电连接至所述匹配元件16，以通过所述匹配元件16电连接至所述第一辐射段A11。所述切换电路17的另一端接地。
所述切换电路17包括切换开关171及多个切换元件173。所述切换开关171电连接至所述匹配元件16。每一个所述切换元件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开关171，另一端接地。如此，通过控制所述切换开关171的切换，可使得所述第一辐射段A11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，因此通过所述切换开关171的切换，可有效调整所述第一模态的第一频段。
图6至图9分别为当所述切换开关171切换至不同的切换元件173时所述天线结构100的S参数(散射参数)曲线图。显然，图6至图9分别对应四个不同频段，并分别对应所述切换电路17可切换的多个低频模态的其中四个。例如，图6中，所述天线结构100可工作于700MHz频段。图7中，所述天线结构100可工作于750MHz频段。图8中，所述天线结构100可工作于800/850MHz频段。图9中，所述天线结构100可工作于900/1400/1800/1900/2100/2300/2500MHz频段。另外，当所述切换电路17切换至其中一个切换元件173，使得所述天线结构100工作于900MHz频段时，所述天线结构100还具有较佳的中频及高频效应。
图10为当所述切换开关171切换至不同的切换元件173时所述天线结构100的增益效率曲线图。其中曲线S101-S104分别对应四个不同频段，并分别对应所述切换电路17可切换的多个低频模态的其中四个。同样，当所述切换电路17切换至其中一个切换元件173，使得所述天线结构100工作于900MHz频段时，所述天线结构100还具有较佳的中频及高频辐射效率。
显然，从图6至图10可知，所述天线结构100可工作于相应的LTE-A低频频段，例如699-960MHz频段。另外，所述天线结构100还可工作于LTE-A中频频段(1450-1990MHz频段及1920-2170MHz频段)及LTE-A高频频段(2300-2690MHz)，即涵盖至低、中、高频频段，频率范围较广，且当所述天线结构100工作于上述频段时，其工作频率均可满足天线工作设计要求，并具有较佳的辐射效率。
如前面各实施例所述，所述天线结构100通过设置所述断点121以及缝隙122，以自所述边框113划分出第一辐射段A11、第二辐射段A12、第一耦合部A2及第二耦合部A3。所述天线结构100还设置有馈入源13，进而使得所述馈入源13的电流馈入至所述第一辐射段A11，并耦合至所述第一耦合部A2。同时所述馈入源13的电流还将馈入至所述第二辐射段A12，并耦合至所述第二耦合部A3。如此，所述第一辐射段A11及第一耦合部A2可激发第一模态及第二模态以产生低频频段及第一中频频段的辐射信号。所述第二辐射段A12及第二耦合部A3可激发第三模态及第四模态以产生第二中频频段及高频频段的辐射信号。因此无线通信装置200可使用LTE-A的载波聚合(CA，Carrier Aggregation)技术并使用所述第一辐射段A11、第二辐射段A12、第一耦合部A2及第二耦合部A3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。
另外，该天线结构100通过设置所述壳体11，且所述壳体11上的断点121及缝隙122均设置于所述边框113上，并未设置于所述背板111上。如此，该天线结构100仅利用所述边框113便可设置出相应的低、中、高频天线，而使得所述背板111整体可采用非金属材料，较为完整及美观，且可有效适应手机天线净空区越来越小的趋势，同时可有效确保无线信号接收的稳定性。
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 (10)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括壳体及馈入源，所述壳体上形成有间隔设置的辐射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述馈入源的一端电连接至所述辐射部，以为所述辐射部馈入电流信号，并进一步将所述辐射部划分为第一辐射段及第二辐射段；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第一辐射段，并耦合至所述第一耦合部，以使得所述第一辐射段及所述第一耦合部激发出第一模态及第二模态以产生第一频段及第二频段的信号；当电流自所述馈入源馈入所述辐射部后，将流经所述第二辐射段，并耦合至所述第二耦合部，以使得所述第二辐射段及所述第二耦合部激发出第三模态及第四模态以产生第三频段及第四频段的信号。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第四频段的频率高于所述第三频段的频率，所述第三频段的频率高于第二频段的频率，所述第二频段的频率高于第一频段的频率。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述壳体至少包括边框，所述边框上开设有断点及缝隙，所述断点及所述缝隙均贯通且隔断所述边框，所述断点与所述缝隙之间的所述边框构成所述辐射部，所述断点远离所述辐射部一侧的所述边框构成所述第一耦合部，所述缝隙远离所述辐射部一侧的所述边框构成所述第二耦合部。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述断点及所述缝隙内均填充有绝缘材料。
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匹配电路，所述匹配电路包括第一匹配元件及第二匹配元件，所述第一匹配元件的一端电连接至所述馈入源，另一端电连接至所述辐射部，所述第二匹配元件的一端电连接至所述第一匹配元件与所述辐射部之间，另一端接地，所述匹配电路用以对所述天线结构的辐射频段进行阻抗匹配。
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匹配元件及切换电路，所述切换电路包括切换开关及多个切换元件，所述切换开关通过所述匹配元件电连接至所述第一辐射段，所述切换元件之间相互并联，且其一端电连接至所述切换开关，另一端接地，每一个切换元件具有不同的阻抗，通过控制所述切换开关的切换，使得所述切换开关切换至不同的切换元件，进而调整所述第一频段。
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、第一耦合部及第二耦合部同时在多个不同频段接收或发送无线信号。
8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述壳体还包括背板，所述边框围绕所述背板的边缘设置，所述背板由非金属材料制成。
9.一种无线通信装置，包括如权利要求1-8中任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USB模块，所述壳体上还开设有端口，所述端口与所述USB模块相对应，用以使得所述USB模块从所述端口部分露出。
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