CN110137671B - 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，包括边框、第一馈入部、第二馈入部以及第一接地部，所述边框上开设有第一断点及第二断点，所述第一断点与所述第二断点共同自所述边框划分出第一辐射部，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过第一谐振段并通过所述第一接地部接地，以激发出第一工作模态及第二工作模态，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过第二谐振段并通过所述第二馈入部接地，以激发出第三工作模态，当电流自所述第二馈入部馈入后，电流流过所述第二谐振段及所述第一谐振段，并通过所述第一接地部接地，进而激发出第四工作模态。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，包括边框、第一馈入部、第二馈入部以及第一接地部，所述边框上开设有第一断点及第二断点，所述第一断点及所述第二断点均贯通且隔断所述边框，所述第一断点与所述第二断点共同自所述边框划分出第一辐射部，所述第一馈入部的一端电连接至所述第一辐射部，并将所述第一辐射部划分为第一谐振段及第二谐振段，所述第二馈入部电连接至所述第二谐振段靠近所述第一断点的端部，所述第一接地部电连接至所述第一谐振段靠近所述第二断点的端部，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过所述第一谐振段并通过所述第一接地部接地，以激发出第一工作模态及第二工作模态以产生第一辐射频段及第二辐射频段的辐射信号，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过所述第二谐振段并通过所述第二馈入部接地，以激发出第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二馈入部馈入后，电流流过所述第二谐振段及所述第一谐振段，并通过所述第一接地部接地，进而激发出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设置所述边框，且利用所述边框上的第一断点及第二断点自所述边框划分出天线结构，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所示天线结构中第一天线的S参数(散射参数)曲线图。
图5为图1所示天线结构中第一天线的增益效率图。
图6为图1所示天线结构中第二天线的S参数(散射参数)曲线图。
图7为图1所示天线结构中第三天线的增益效率图。
图8为图1所示天线结构中第三天线的S参数(散射参数)曲线图。
图9为图1所示天线结构中第三天线的增益效率图。
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
第一断点 118
第二断点 119
开口 120
第一馈入部 12
第二馈入部 13
第一接地部 14
第三馈入部 15
第四馈入部 16
第二接地部 17
第一辐射部 E1
第一谐振段 E11
第二谐振段 E12
第二辐射部 E2
第三辐射部 E3
匹配元件 121、131、151
NFC芯片 132
接地元件 141
匹配电路 161
第一匹配单元 163
第二匹配单元 165
无线通信装置 200
基板 21
第一馈入点 211
第二馈入点 212
第三馈入点 214
第一电子元件 217
第二电子元件 218
第三电子元件 219
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还包括基板21。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上设置有第一馈入点211、第二馈入点212以及第三馈入点214。所述第一馈入点211、第二馈入点212以及第三馈入点214间隔设置于所述基板21上，用以为所述天线结构100馈入电流。
在本实施例中，所述基板21上还设置有至少三个电子元件，即第一电子元件217、第二电子元件218以及第三电子元件219。所述第一电子元件217、第二电子元件218以及第三电子元件219均设置于所述基板21的同一侧，且均位于所述第二馈入点212与所述第三馈入点214之间。在本实施例中，所述第一电子元件217为一音频接口模组，其设置于所述第一馈入点211与所述第三馈入点214之间，且靠近所述第三馈入点214设置。所述第二电子元件218为一前置摄像头模组，其设置于所述第一馈入点211与所述第二馈入点212之间。所述第三电子元件219为扬声器模组，其位于所述第一电子元件217与所述第二电子元件218之间。所述第三电子元件219设置于所述第一馈入点211与所述第三馈入点214之间，且靠近所述第一馈入点211设置。
请一并参阅图2，所述天线结构100至少包括壳体11、第一馈入部12、第二馈入部13、第一接地部14、第三馈入部15、第四馈入部16及第二接地部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的基板21、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的顶端。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上开设有第一断点118及第二断点119。在本实施例中，所述第一断点118开设于所述末端部115靠近所述第一侧部116的位置。所述第二断点119开设于所述末端部115靠近所述第二侧部117的位置。所述第一断点118及所述第二断点119均贯通且隔断所述边框112。所述第一断点118及所述第二断点119共同将所述边框112划分为间隔设置的第一辐射部E1、第二辐射部E2以及第三辐射部E3。其中，所述第一断点118与所述第二断点119之间的所述边框112形成所述第一辐射部E1。所述第一断点118远离所述第一辐射部E1及所述第二断点119一侧的所述边框112形成所述第二辐射部E2。所述第二断点119远离所述第一辐射部E1及所述第一断点118一侧的所述边框112形成所述第三辐射部E3。在本实施例中，所述第二辐射部E2及第三辐射部E3均接地。
可以理解，所述第一辐射部E1上还开设有开口120。所述开口120与所述第一电子元件217相对应，以使得所述第一电子元件217从所述开口120部分露出。如此，用户可将一音频组件(例如耳机)通过所述开口120插入，进而与所述第一电子元件217建立电性连接。
可以理解，在本实施例中，所述第一断点118及所述第二断点119内均填充有绝缘材料，例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限。
所述第一馈入部12设置于所述壳体11内部，且位于所述第二电子元件218及所述第三电子元件219之间。所述第一馈入部12的一端电连接至所述第一辐射部E1，另一端通过匹配元件121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。在本实施例中，所述匹配元件121一为零欧姆电阻，也就是短路。当然，在其他实施例中，所述匹配元件121不局限于上述所述的零欧姆电阻，其还可以为电容、电感或其组合。
在本实施例中，所述第一馈入部12进一步将所述第一辐射部E1划分为第一谐振段E11及第二谐振段E12。其中，所述第一馈入部12与所述第二断点119之间的所述边框112形成所述第一谐振段E11。所述第一馈入部12与所述第一断点118之间的所述边框112形成所述第二谐振段E12。在本实施例中，所述第一馈入部12并非电连接至所述第一辐射部E1的中间位置，因此所述第一谐振段E11的长度大于所述第二谐振段E12的长度。
所述第二馈入部13设置于所述壳体11内部，且设置于所述第二电子元件218与所述第一侧部116之间。所述第二馈入部13的一端通过匹配元件131电连接至近距离无线通讯技术(Near Field Communication，NFC)芯片132，并通过所述NFC芯片132接地。所述第二馈入部13的另一端电连接至所述第二谐振段E12靠近所述第一断点118的端部。在本实施例中，所述匹配元件131为一电感，其电感值为39nH。当然，在其他实施例中，所述匹配元件131不局限于上述所述的电感，其还可为电容、其他的匹配元件或其组合。
所述第一接地部14设置于所述壳体11内部，且位于所述第一电子元件217与所述第二侧部117之间。所述第一接地部14的一端通过接地元件141接地，另一端电连接至所述第一谐振段E11靠近所述第二断点119的端部，用以为所述第一辐射部E1提供接地。在本实施例中，所述接地元件141为一电感，其电感值为5.6nH。当然，在其他实施例中，所述接地元件141不局限于上述所述的电感，其还可为电容、其他的匹配元件或其组合。
在本实施例中，所述第三馈入部15设置于所述壳体11内部。所述第三馈入部15的一端通过匹配元件151电连接至所述第二馈入点212，另一端电连接至所述第二辐射部E2，以为所述第二辐射部E2馈入电流信号。在本实施例中，所述匹配元件151为一电容，其电容值为1.2pF。当然，可以理解，在其他实施例中，所述匹配元件151不局限于上述所述的电容，其还可以为电感、其他的匹配元件或其组合。
所述第四馈入部16设置于所述壳体11内部。所述第四馈入部16的一端电连接至所述第三辐射部E3靠近所述第二断点119的端部，另一端通过匹配电路161电连接至所述第三馈入点214，以为所述第三辐射部E3馈入电流信号。在本实施例中，所述匹配电路161包括第一匹配单元163及第二匹配单元165。所述第一匹配单元163的一端电连接至所述第三馈入点214，另一端电连接至所述第四馈入部16及所述第二匹配单元165的一端。所述第二匹配单元165的另一端接地。在本实施例中，所述第一匹配单元163为一电容，其电容值为0.8pF。所述第二匹配单元165为一电感，其电感值为6.2nH。当然，在其他实施例中，所述第一匹配单元163以及第二匹配单元165不局限于上述所述的电容及电感，其还可为其他的匹配元件或其组合。
所述第二接地部17设置于所述壳体11内部，且与所述第四馈入部16间隔设置。所述第二接地部17的一端电连接至所述第三辐射部E3，另一端接地，进而为所述第三辐射部E3提供接地。
可以理解，请一并参阅图3，当电流自所述第一馈入部12馈入后，电流将依次流过所述第一谐振段E11及第一接地部14，并通过所述接地元件141接地(参路径P1)。如此，所述第一馈入部12、第一谐振段E11及所述第一接地部14共同构成回路(loop)天线，进而激发第一工作模态及第二工作模态以产生第一辐射频段及第二辐射频段的辐射信号。另外，当电流自所述第一馈入部12馈入后，所述电流还将流过所述第二谐振段E12、第二馈入部13以及所述NFC芯片132，并通过所述NFC芯片132接地(参路径P2)。如此，所述第一馈入部12、第二谐振段E12及所述第二馈入部13共同构成另一回路天线，以激发第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号。
当电流自所述第二馈入部13馈入后，电流将依次流过所述第二谐振段E12、第一谐振段E11及第一接地部14，并通过所述接地元件141接地(参路径P3)。如此，所述第二馈入部13、第一辐射部E1及所述第一接地部14共同构成回路天线，进而激发第四工作模态以产生第四辐射频段的辐射信号。
当所述第三馈入部15馈入电流时，所述电流通过所述第三馈入部15馈入所述第二辐射部E2，并接地(参路径P4)。如此，所述第三馈入部15与所述第二辐射部E2共同构成回路天线，进而激发第五工作模态以产生第五辐射频段的辐射信号。
当所述第四馈入部16馈入电流时，所述电流通过所述第四馈入部16馈入所述第三辐射部E3，并通过所述第二接地部17接地(参路径P5)。如此，所述第四馈入部16、所述第三辐射部E3及所述第二接地部17共同构成回路天线，进而激发第六工作模态以产生第六辐射频段的辐射信号。
在本实施例中，所述第一工作模态为长期演进技术升级版(LTE-Advanced，LTE-A)低频模态。所述第二工作模态及第三工作模态均为LTE-A中频模态。所述第四工作模态为NFC模态。所述第五工作模态包括GPS模态、WIFI 2.4/5GHz模态以及LTE-A高频模态。所述第六工作模态包括WIFI 2.4/5GHz模态。所述第一辐射频段的频率为699-960MHz。所述第二辐射频段的频率为所述第一辐射频段的倍频。所述第二辐射频段及第三辐射频段的频率为1805-2170MHz。所述第四辐射频段的频率为13.56MHz。所述第五辐射频段的频率包括1575-1605MHz、2412-2485MHz、5125-5825MHz以及2300-2690MHz。所述第六辐射频段的频率包括2412-2485MHz及5125-5825MHz。
显然，在本实施例中，所述第一馈入部12、第二馈入部13、第一辐射部E1以及第一接地部14共同构成第一天线。所述第三馈入部15与所述第二辐射部E2构成第二天线。所述第四馈入部16、第三辐射部E3以及所述第二接地部17构成第三天线。其中所述第一天线为分集(diversity)天线及NFC天线。所述第二天线为分集(diversity)天线、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)天线及WIFI 2.4/5GHz天线。所述第三天线为WIFI2.4/5GHz天线。其中，所述第一天线中，所述第一馈入部12、第二馈入部13、第一辐射部E1以及所述第一接地部14构成分集(diversity)天线。所述第二馈入部13、第一辐射部E1以及所述第一接地部14构成NFC天线。当所述第一天线工作于第三辐射频段时，所述第一天线通过所述第二馈入部13接地。当所述第一天线工作于第四辐射频段时，所述第一天线通过所述第二馈入部13馈入电流信号。也就是说，所述第二馈入部13可同时作为分集(diversity)天线的地以及所述NFC天线的信号馈入点。
图4为所述天线结构100中第一天线的S参数(散射参数)曲线图。图5为所述天线结构100中第一天线的增益效率曲线图。图6为所述天线结构100中第二天线的S参数(散射参数)曲线图。图7为所述天线结构100中第二天线的增益效率曲线图。图8为所述天线结构100中第三天线的S参数(散射参数)曲线图。图9为所述天线结构100中第三天线的增益效率曲线图。
显然，从图4至图9可知，所述天线结构100的工作频率可涵盖至699-960MHz、1710-2690MHz、1575-1605MHz以及5125-5825MHz，即涵盖至LTE-A低、中、高频频段、GPS频段、NFC频段、WIFI 2.4/5GHz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。
如前面实施例所述，所述天线结构100通过设置所述第一断点118以及第二断点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还设置有第一馈入部12、第二馈入部13、第一接地部14及第三馈入部15，进而使得所述第一馈入部12的电流馈入至所述第一辐射部E1的第一谐振段E11，通过所述第一接地部14接地，以激发第一工作模态以产生低频频段的辐射信号，并激发第二工作模态以产生第一中频频段的辐射信号。所述第一馈入部12的电流还馈入至所述第一辐射部E1的第二谐振段E12，并通过所述第二馈入部13接地，以激发第三工作模态以产生第二中频频段的辐射信号。所述第三馈入部15的电流馈入至所述第二辐射部E2，进而使得所述第二辐射部E2可产生高频频段的辐射信号。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，由于所述第二天线及第三天线均可产生或接收WIFI 2.4/5GHz的辐射信号，进而使得所述天线结构100可实现WIFI MIMO(Multi-input Multi-output)功能。即本案之天线结构100可完整的达到4G LTE手机所需涵盖LTE/GSM/UMTS、GPS1575MHz、Wi-Fi MIMO 2.4/5GHz、NFC 13.56MHz频带的接收和发射功能，包含700/850/900/1800/1900/2100/2300/2500MHz及GPS 1575MHz、Wi-Fi 2.4/5GHz、NFC 13.56MHz等频带的接收和发射功能，并且同时具有3CA功能以及Wi-Fi MIMO功能。
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 (11)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括边框、第一馈入部、第二馈入部以及第一接地部，所述边框上开设有第一断点及第二断点，所述第一断点及所述第二断点均贯通且隔断所述边框，所述第一断点与所述第二断点共同自所述边框划分出第一辐射部，所述第一馈入部的一端电连接至所述第一辐射部，并将所述第一辐射部划分为第一谐振段及第二谐振段，所述第二馈入部电连接至所述第二谐振段靠近所述第一断点的端部，所述第一接地部电连接至所述第一谐振段靠近所述第二断点的端部，所述天线结构还包括NFC芯片，所述第二馈入部的一端电连接至所述第二谐振段，另一端电连接至所述NFC芯片，并通过所述NFC芯片接地，所述第一馈入部、第二馈入部、第一辐射部及所述第一接地部构成分集天线，所述第二馈入部、第一辐射部及所述第一接地部构成NFC天线，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过所述第一谐振段并通过所述第一接地部接地，以激发出第一工作模态及第二工作模态而产生第一辐射频段及第二辐射频段的辐射信号，当电流自所述第一馈入部馈入后，电流流过所述第二谐振段并通过所述第二馈入部接地，以激发出第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号，当电流自所述第二馈入部馈入后，电流流过所述第二谐振段及所述第一谐振段，并通过所述第一接地部接地，进而激发出第四工作模态以产生第四辐射频段的辐射信号，所述第四工作模态为近距离无线通讯技术(Near FieldCommunication，NFC)模态。
2.如权利要求1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，所述第二工作模态及第三工作模态均为LTE-A中频模态。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：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，所述第一断点及所述第二断点开设于所述末端部上，所述第一断点与所述第二断点之间的所述边框构成所述第一辐射部。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述第一断点远离所述第一辐射部及所述第二断点一侧的所述边框形成第二辐射部，所述天线结构还包括第三馈入部，所述第二辐射部接地，所述第三馈入部的一端电连接至所述第二辐射部靠近所述第一断点的端部，以为所述第二辐射部馈入电流信号，进而激发第五工作模态以产生第五辐射频段的辐射信号。
5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：所述第五工作模态包括GPS模态、WIFI2.4/5GHz模态以及LTE-A高频模态。
6.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：所述第二断点远离所述第一辐射部及所述第一断点一侧的所述边框形成第三辐射部，所述天线结构还包括第四馈入部及第二接地部，所述第三辐射部接地，所述第四馈入部的一端电连接至所述第三辐射部靠近所述第二断点的端部，所述第二接地部电连接至所述第三辐射部，当电流自所述第四馈入部馈入后，所述第三辐射部激发第六工作模态以产生第六辐射频段的辐射信号。
7.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于：所述第六工作模态为WIFI 2.4/5GHz模态。
8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述第一断点及所述第二断点内均填充有绝缘材料。
9.如权利要求4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及所述第二辐射部同时在多个不同频段接收或发送无线信号。
10.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于：无线通信装置使用所述第二辐射部及所述第三辐射部实现WIFI MIMO功能。
11.一种无线通信装置，包括如权利要求1-10中任一项所述的天线结构。
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