CN109980333A - 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

一种天线结构，包括壳体、馈入部、接地部、第一辐射体及第二辐射体，所述壳体上设置有第一辐射部及与所述第一辐射部间隔设置的第二辐射部，所述第一辐射体与所述第二辐射体间隔设置于所述壳体内，当电流自所述馈入部馈入后，电流流过所述第一辐射部，并通过所述接地部接地，以激发第一工作模态，同时所述电流通过所述第一辐射部耦合至所述第一辐射体，进而激发第二工作模态，当电流自所述第二辐射体馈入后，所述第二辐射体激发第三工作模态，同时所述电流还通过所述第二辐射体耦合至所述第二辐射部，进而使得所述第二辐射部激发第四工作模态。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、馈入部、接地部、第一辐射体及第二辐射体，所述壳体上设置有第一辐射部及与所述第一辐射部间隔设置的第二辐射部，所述馈入部与所述第一辐射部电连接，用以为所述第一辐射部馈入电流信号，所述接地部与所述第一辐射部电连接，用以为所述第一辐射部提供接地，所述第一辐射体及所述第二辐射体间隔设置于所述壳体内，当电流自所述馈入部馈入后，所述电流流过所述第一辐射部，并通过所述接地部接地，进而激发第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号，当电流自所述馈入部馈入后，所述电流还通过所述第一辐射部耦合至所述第一辐射体，进而使得所述第一辐射体激发第二工作模态以产生第二辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二辐射体馈入后，所述第二辐射体激发第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二辐射体馈入后，所述电流还通过所述第二辐射体耦合至所述第二辐射部，进而使得所述第二辐射部激发第四工作模态以产生第四辐射频段的辐射信号。
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于壳体上设置第一辐射部及第二辐射部，且于所述壳体内设置相应的第一辐射体及第二辐射体，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所示天线结构的电路图。
图3为图2所示天线结构的电流走向示意图。
图4为图1所示天线结构中切换电路的电路图。
图5为图1所示天线结构工作于第一辐射频段及第二辐射频段时的S参数(散射参数)曲线图。
图6为图1所示天线结构工作于第一辐射频段及第二辐射频段时的效率曲线图。
图7为图1所示天线结构工作于第三辐射频段及第四辐射频段时的S参数(散射参数)曲线图。
图8为图1所示天线结构工作于第三辐射频段及第四辐射频段时的效率曲线图。
主要元件符号说明
天线结构 100
壳体 11
边框 112
容置空间 114
末端部 115
第一侧部 116
第二侧部 117
断点 118
缝隙 119
开口 121
第一辐射部 E1
第二辐射部 E2
馈入部 12
匹配电路 13
接地部 14
第一辐射体 16
接地段 161
第一辐射段 163
第二辐射段 165
第三辐射段 167
第二辐射体 17
馈入段 171
第一连接段 173
第二连接段 175
第三连接段 177
匹配单元 18
切换电路 19
切换开关 191
切换元件 193
无线通信装置 200
第一基板 21
第一馈入点 211
第一接地点 213
第二基板 23
第二馈入点 231
第二接地点 233
第一电子元件 24
第二电子元件 25
第三电子元件 26
第四电子元件 27
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。
该无线通信装置200还包括第一基板21及第二基板23。该第一基板21及第二基板23均可采用环氧树脂玻璃纤维(FR4)等介电材质制成。所述第一基板21上设置有第一馈入点211及第一接地点213。所述第一馈入点211与所述第一接地点213间隔设置，用以分别为所述天线结构100馈入电流及提供接地。所述第二基板23与所述第一基板21间隔设置。所述第二基板23上设置有第二馈入点231及第二接地点233。所述第二馈入点231与所述第二接地点233间隔设置，用以分别为所述天线结构100馈入电流及提供接地。
在本实施例中，所述无线通信装置200还包括至少四个电子元件，即第一电子元件24、第二电子元件25、第三电子元件26及第四电子元件27。所述第一电子元件24为扬声器模组，其设置于所述第一基板21与所述第二基板23之间，且邻近所述第一接地点213设置。所述第二电子元件25为振动马达，其设置于所述第二基板23背离所述第一基板21的一侧，且邻近所述第二馈入点231设置。所述第三电子元件26与所述第四电子元件27间隔设置于所述第二基板23上，且位于所述第一电子元件24及第二电子元件25之间。所述第三电子元件26为通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口模块，其邻近所述第一电子元件24设置。所述第四电子元件27为麦克风模块，其邻近所述第二接地点233设置。
请一并参阅图2，所述天线结构100至少包括壳体11、馈入部12、接地部14、第一辐射体16及第二辐射体17。
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至少包括边框112。在本实施例中，所述边框112由金属材料制成。所述边框112大致呈环状结构。所述壳体11还可包括背板(图未示)。所述背板盖设于所述边框112上，且与所述边框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的第一基板21、第二基板23、处理单元等电子元件或电路模块于其内。
所述边框112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。
所述边框112上开设有断点118及缝隙119。在本实施例中，所述断点118开设于所述第一侧部116靠近所述末端部115的位置。所述缝隙119开设于所述末端部115靠近所述第二侧部117的位置。所述断点118及所述缝隙119均贯通且隔断所述边框112。所述断点118及所述缝隙119共同将所述边框112划分为间隔设置的第一辐射部E1及第二辐射部E2。其中，所述断点118与所述缝隙119之间的所述边框112形成所述第一辐射部E1。所述缝隙119远离所述第一辐射部E1及所述断点118一侧的所述边框112形成所述第二辐射部E2。在本实施例中，所述第二辐射部E2接地。
可以理解，所述第一辐射部E1上还开设有开口121。所述开口121与所述第三电子元件26相对应，以使得所述第三电子元件26从所述开口121部分露出。如此，用户可将一USB设备通过所述开口121插入，进而与所述第三电子元件26建立电性连接。
可以理解，在本实施例中，所述断点118及所述缝隙119内均填充有绝缘材料(例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此為限)。
在本实施例中，所述馈入部12设置于所述壳体11内部，且位于所述第一电子元件24与所述第一侧部116之间。所述馈入部12的一端电连接至所述第一辐射部E1靠近所述断点118的位置，另一端通过一匹配电路13电连接至所述第一馈入点211，进而为所述第一辐射部E1馈入电流信号。所述匹配电路13可以为电容、电感或其组合，其用于调节所述第一辐射部E1的阻抗匹配。
所述接地部14设置于所述壳体11内部。所述接地部14的一端电连接至所述第一辐射部E1靠近所述缝隙119的一端，另一端电连接至所述第二接地点233，用以为所述第一辐射部E1提供接地。
所述第一辐射体16为一内辐射体，其设置于所述壳体11内。所述第一辐射体16设置于所述末端部115、第一侧部116、第一基板21以及第一电子元件24围成的空间内，且与所述末端部115间隔设置。所述第一辐射体16包括依次连接的接地段161、第一辐射段163、第二辐射段165及第三辐射段167。所述接地段161大致呈直条状，其设置于所述第一电子元件24与所述馈入部12之间。所述接地段161的一端电连接至所述第一接地点213，另一端沿平行所述第一侧部116且靠近所述末端部115的方向延伸。
所述第一辐射段163、第二辐射段165及第三辐射段167设置于所述第一电子元件24与所述末端部115之间。所述第一辐射段163大致呈直条状，其垂直连接至所述接地段161远离所述第一接地点213的端部，并沿平行所述末端部115且靠近所述第二侧部117的方向延伸。所述第二辐射段165大致呈直条状。所述第二辐射段165垂直连接至所述第一辐射段163远离所述接地段161的端部，并沿平行所述接地段161且靠近所述末端部115的方向延伸。所述第三辐射段167大致呈直条状。所述第三辐射段167的一端垂直连接至所述第二辐射段165远离所述第一辐射段163的端部，并沿平行所述第一辐射段163且靠近所述第一侧部116的方向延伸。
在本实施例中，所述第一辐射段163及第三辐射段167分别设置于所述第二辐射段165的两端，进而与所述第二辐射段165构成大致呈U型的结构。所述第一辐射段163的长度大于所述第三辐射段167的长度，所述第三辐射段167的长度大于所述第二辐射段165的长度。
所述第二辐射体17为一内辐射体，其设置于所述壳体11内。所述第二辐射体17整体设置于所述末端部115、第二侧部117与所述第二电子元件25围成的空间内，且与所述末端部115间隔设置。所述第二辐射体17包括依次连接的馈入段171、第一连接段173、第二连接段175及第三连接段177。在本实施例中，所述馈入段171大致呈直条状，其一端通过匹配单元18电连接至所述第二馈入点231，以为所述第二辐射体17馈入电流信号。所述馈入段171的另一端沿平行所述第二侧部117且靠近所述末端部115的方向延伸。在本实施例中，所述匹配单元18可以为电容、电感或其组合，其用于调节所述第二辐射体17的阻抗匹配。
所述第一连接段173大致呈直条状。所述第二连接段173的一端垂直连接至所述馈入段171远离所述第二馈入点231的端部，并沿平行所述末端部115且靠近所述第二侧部117的方向延伸。所述第二连接段175的一端垂直连接至所述第一连接段173远离所述馈入段171的端部，并沿平行所述馈入段171且靠近所述第二电子元件25(即远离所述末端部115)的方向延伸。所述第三连接段177大致呈直条状，其一端垂直连接至所述第二连接段175远离所述第一连接段173的端部，并沿平行所述第一连接段173且靠近所述馈入段171的方向延伸。
在本实施例中，所述第一连接段173与所述第三连接段177分别设置于所述第二连接段175的两端，进而与所述第二连接段175构成大致呈U型的结构。所述第一连接段173的长度大于所述第三连接段177的长度，所述第三连接段177的长度大于所述第二连接段175的长度。
可以理解，请一并参阅图3，当电流自所述馈入部12馈入后，电流将流过所述第一辐射部E1，并流向所述缝隙119，再通过所述接地部14及第二接地点232接地(参路径P1)。如此，所述馈入部12、第一辐射部E1及所述接地部14共同构成回路(loop)天线，进而激发第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号。另外，当电流自所述馈入部12馈入后，所述电流将流过所述第一辐射部E1，并通过所述第一辐射部E1耦合至所述第一辐射体16，再通过所述第一接地点213接地。如此，所述第一辐射体16与所述第一辐射部E1耦合设置，且使得所述第一辐射体16激发第二工作模态以产生第二辐射频段的辐射信号。
当电流自所述第二馈入点231馈入后，电流将流过所述第二辐射体17，进而使得所述第二馈入点231与所述第二辐射体17共同构成单极天线，进而激发第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号。另外，当电流自所述第二馈入点231馈入后，电流将流过所述第二辐射体17，并通过所述第二辐射体17耦合至所述第二辐射部E2。如此，所述第二辐射部E2与所述第二辐射体17耦合设置，且使得所述第二辐射体17激发第四工作模态以产生第四辐射频段的辐射信号。
在本实施例中，所述第一工作模态为LTE-A低频模态。所述第二工作模态为LTEBand21模态。所述第三共振模态为LTE-A高频模态。所述第四共振模态为LTE-A中频模态。所述第二辐射频段的频率高于第一辐射频段的频率。所述第三辐射频段的频率高于所述第四辐射频段的频率。所述第四辐射频段的频率高于所述第二辐射频段的频率。在本实施例中，所述第一辐射频段的频率为703-960MHz。所述第二辐射频段的频率为1400-1700MHz。所述第三辐射频段的频率为2300-2700MHz。所述第四辐射频段的频率为1700-2200MHz。
可以理解，在其他实施例中，所述天线结构100还包括切换电路19。所述切换电路19的一端电连接至所述接地部14，以通过所述接地部14电连接至所述第一辐射部E1。另一端电连接至所述第二接地点231，即接地，进而有效调整所述第一频段，即所述天线结构100的低频频段。
请一并参阅图4，在本实施例中，所述切换电路19包括切换开关191及至少一切换元件193。所述切换开关191电连接至所述接地部14，以通过所述接地部14电连接至所述第一辐射部E1。所述切换元件193可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述切换元件193之间相互并联，且其一端电连接至所述切换开关191，另一端电连接至所述第二接地点231，即接地。如此，通过控制所述切换开关191的切换，可使得所述第一辐射部E1切换至不同的切换元件193。由于每一个切换元件193具有不同的阻抗，因此通过所述切换开关191的切换，可有效调整所述天线结构100的低频频率，即第一频段。
图5为所述天线结构100工作于第一辐射频段及第二辐射频段(即工作于LTE-A低频频段及LTE Band 21频段)时的S参数(散射参数)曲线图。图6为所述天线结构100工作于第一辐射频段及第二辐射频段(即工作于LTE-A低频频段及LTE Band 21频段)时的效率曲线图。其中曲线S61为所述天线结构100工作于第一辐射频段及第二辐射频段(即工作于LTE-A低频频段及LTE Band 21频段)时的辐射效率。曲线S62为所述天线结构100工作于第一辐射频段及第二辐射频段(即工作于LTE-A低频频段及LTE Band 21频段)时的总辐射效率。其中，所述天线结构100工作于低频段时的效率为30％，工作于LTE Band 21频段时的效率为38％。
图7为所述天线结构100工作于第三辐射频段及第四辐射频段(即LTE-A中高频段)时的S参数(散射参数)曲线图。图8为所述天线结构100工作于第三辐射频段及第四辐射频段(即LTE-A中高频段)时的效率曲线图。其中曲线S81为所述天线结构100工作于第三辐射频段及第四辐射频段(即LTE-A中高频段)时的辐射效率。曲线S82为所述天线结构100工作于第三辐射频段及第四辐射频段(即LTE-A中高频段)时的总辐射效率。其中，所述天线结构100工作于LTE-A中频段时的效率为50％，工作于LTE-A高频段时的效率为40％。
显然，从图5至图8可知，所述天线结构100的工作频率可涵盖至703-960MHz、1400-1700MHz以及1710-2690MHz，即涵盖至LTE-A低、中、高频频段以及LTE Band21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。
可以理解，在其他实施例中，所述馈入部12与所述接地部14的位置可以互换，如此所述第一基板21上的第一馈入点211与第二基板23上的第二接地点233的位置互换。即所述馈入部12的一端通过所述匹配电路13电连接至设置于所述第二基板23上的所述第一馈入点211，另一端电连接至所述第一辐射部E1靠近所述缝隙119的一端。所述接地部14的一端通过所述切换电路19电连接至设置于所述第一基板21上的所述第二接地点233，另一端电连接至所述第一辐射部E1靠近所述断点118的端部。
如前面实施例所述，所述天线结构100通过设置所述断点118以及缝隙119，以自所述边框112划分出第一辐射部E1及第二辐射部E2。所述天线结构100还设置有馈入部12、接地部14及第二辐射体17。如此所述馈入部12的电流馈入至所述第一辐射部E1，并通过所述接地部14接地，以激发第一工作模态以产生LTE-A低频段的辐射信号。所述第二辐射体17亦馈入电流信号，并接地，以激发第三工作模态以产生LTE-A高频段的辐射信号。另外所述第二辐射体17的电流还耦合至所述第二辐射部E2，进而使得所述第二辐射部E2产生LTE-A中频段的辐射信号。因此无线通信装置200可使用长期演进技术升级版(LTE-Advanced)的载波聚合(CA，Carrier Aggregation)技术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。
再者，在本实施例中，由于所述天线结构100设置所述第一辐射体16。如此，流过所述第一辐射部E1的电流将耦合至所述第一辐射体16，进而使得所述第一辐射体16可工作于LTE Band21频段。即本案的天线结构100可完整的应用至GSM Qual-band，UMTS Band I/II/V/VIII及LTE 700/850/900/1800/1900/2100/2300/2500频带，并且同时具有3CA功能以及达到LTE Band21天线特性。
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、馈入部、接地部、第一辐射体及第二辐射体，所述壳体上设置有第一辐射部及与所述第一辐射部间隔设置的第二辐射部，所述馈入部与所述第一辐射部电连接，用以为所述第一辐射部馈入电流信号，所述接地部与所述第一辐射部电连接，用以为所述第一辐射部提供接地，所述第一辐射体及所述第二辐射体间隔设置于所述壳体内，当电流自所述馈入部馈入后，所述电流流过所述第一辐射部，并通过所述接地部接地，进而激发第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号，当电流自所述馈入部馈入后，所述电流还通过所述第一辐射部耦合至所述第一辐射体，进而使得所述第一辐射体激发第二工作模态以产生第二辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二辐射体馈入后，所述第二辐射体激发第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二辐射体馈入后，所述电流还通过所述第二辐射体耦合至所述第二辐射部，进而使得所述第二辐射部激发第四工作模态以产生第四辐射频段的辐射信号。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第二辐射频段的频率高于第一辐射频段的频率，所述第三辐射频段的频率高于所述第四辐射频段的频率，所述第四辐射频段的频率高于所述第二辐射频段的频率。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述第一工作模态为LTE-A低频模态，所述第二工作模态为LTE Band21模态，所述第三工作模态为LTE-A高频模态，所述第四工作模态为LTE-A中频模态。
4.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，所述壳体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壳体，所述断点与所述缝隙共同自所述壳体划分出所述第一辐射部及所述第二辐射部，所述断点与所述缝隙之间的所述边框构成所述第一辐射部，所述缝隙远离所述第一辐射部及所述断点一侧的所述边框形成所述第二辐射部。
5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：所述第一辐射体包括依次连接的接地段、第一辐射段、第二辐射段及第三辐射段，所述接地段的一端接地，另一端沿平行所述第一侧部且靠近所述末端部的方向延伸，所述第一辐射段垂直连接至所述接地段的端部，并沿平行所述末端部且靠近所述第二侧部的方向延伸，所述第二辐射段垂直连接至所述第一辐射段远离所述接地段的端部，并沿平行所述接地段且靠近所述末端部的方向延伸，所述第三辐射段的一端垂直连接至所述第二辐射段远离所述第一辐射段的端部，并沿平行所述第一辐射段且靠近所述第一侧部的方向延伸。
6.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：所述第二辐射体包括依次连接的馈入段、第一连接段、第二连接段及第三连接段，所述馈入段一端电连接至一馈入点，以为所述第二辐射体馈入电流信号，另一端沿平行所述第二侧部且靠近所述末端部的方向延伸，所述第二连接段垂直连接至所述馈入段的端部，并沿平行所述末端部且靠近所述第二侧部的方向延伸，所述第二连接段的一端垂直连接至所述第一连接段远离所述馈入段的端部，并沿平行所述馈入段且远离所述末端部的方向延伸，所述第三连接段一端垂直连接至所述第二连接段远离所述第一连接段的端部，并沿平行所述第一连接段且靠近所述馈入段的方向延伸。
7.如权利要求4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。
8.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第一辐射部、所述第二辐射部及所述第二辐射体同时在多个不同频段接收或发送无线信号。
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第一基板、第二基板、扬声器模组、振动马达、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口模块以及麦克风模块，所述第一基板及第二基板间隔设置于所述壳体内，所述扬声器模组设置于所述第一基板与第二基板之间，所述振动马达设置于所述第二基板远离所述第一基板的一侧，所述USB接口模块以及麦克风模块间隔设置于所述第二基板上，所述第一辐射体设置于所述第一基板、扬声器模组以及所述壳体围成的空间内，所述第二辐射体设置于所述壳体、振动马达与所述麦克风模块围成的空间内。
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