CN111029733A - 天线结构及具有该天线结构的电子装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构，包括框体、一个馈入端、一个接地端及至少一个延伸段，该框体为金属制成的封闭回路，该框体通过该馈入端连接电路板上的馈入点，并通过该接地端连接该电路板上的接地点，而形成多个回路天线，该至少一个延伸段设置于该馈入端和/或该接地端，用于增加该天线结构的共振模态。本发明还提供一种具有该天线结构的电子装置。

Description

天线结构及具有该天线结构的电子装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及具有该天线结构的电子装置。
背景技术
现有的穿戴式电子装置因主体部空间有限，大多利用其它配件的空间(例如：表带)来设置天线组件。然而，表带的弯曲程度会因人而异，且影响到设置在其内天线组件的辐射特性，进而影响穿戴式电子装置的无线通信性能的稳定性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有稳定无线通信性能的天线结构及具有该天线结构的电子装置。
一种天线结构，包括框体、一个馈入端、一个接地端及至少一个延伸段，该框体为金属制成的封闭回路，该框体通过该馈入端连接电路板上的馈入点，并通过该接地端连接该电路板上的接地点，而形成多个回路天线，该至少一个延伸段设置于该馈入端和/或该接地端，用于增加该天线结构的共振模态。
一种天线结构，包括框体、多个馈入端及多个接地端，该框体为金属制成的封闭回路，该框体通过该多个馈入端连接电路板上的馈入点，并通过该多个接地端连接该电路板上的接地点，而形成多个回路天线，该多个回路天线用于形成多个不同的电流路径以激发多个共振模态。
一种电子装置，该电子装置包括壳体、显示屏、电路板、电池及上述天线结构。
本发明较佳实施例的天线结构利用金属框体作为天线的辐射体，将射频信号直接馈入至金属框体进行信号发射，使得电子装置可获得稳定的无线通信性能。另外，本发明较佳实施例的天线结构还可利用靠近金属外框的共振结构，通过金属外框将电流耦合至共振结构上，进而产生额外的共振模态，增加天线的工作带宽。同时，本发明较佳实施例的天线结构通过切换不同的接地阻抗值，调整天线的阻抗匹配来调整共振频率，以增加天线结构的整体工作带宽。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的电子装置的立体示意图。
图2为图1所示电子装置的另一角度下的立体示意图。
图3为图1所示电子装置的部分分解示意图。
图4为本发明第一较佳实施方式的天线结构的平面示意图。
图5为图1所示电子装置的另一角度下的部分分解示意图。
图6为图1所示电子装置的剖面图。
图7为图4所示天线结构的S参数(散射参数)曲线图。
图8为图4所示天线结构的天线辐射效率表。
图9为本发明第二较佳实施方式的天线结构的平面示意图。
图10为具有图2所示的天线结构的电子装置的部分分解示意图。
图11为本发明第三较佳实施方式的天线结构的平面示意图。
图12及图13为本发明第四较佳实施方式的天线结构的平面示意图。
图14为具有图12所示的天线结构的电子装置的部分分解示意图。
图15为图12所示天线结构的S参数(散射参数)曲线图。
图16为图12所示天线结构的天线性能表。
图17为本发明第五较佳实施方式的天线结构的平面示意图。
主要元件符号说明
天线结构 100、200、300、400、500
框体 10
接地端 30
接地电路 31
匹配电路 32
切换电路 33
馈入端 50
延伸段 60
电子装置 700
壳体 701
显示屏 702
电路板 703
电池 704
扬声器 705
容置空间 706
振动器 707
第一电流路径 AA'B
第二电流路径 AA″B
第三电流路径 AB
第四电流路径 AC
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。
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“和/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，其可应用于智能手表、智能手环等电子装置700中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。在本较佳实施例中，以智能手表为例，加以说明。
请一并参阅图3及图4，本发明的第一较佳实施方式的天线结构100包括框体10、接地端30及馈入端50。该框体10为电子装置700的外壳的一部分。在本较佳实施例中，该框体10为封闭的回路，例如圆环。可以理解，该框体10还可为封闭的方形、椭圆形、多边形等其他形状。在本较佳实施例中，该框体10由金属制成。
请一并参阅图5及图6，该电子装置700还包括壳体701、显示屏702、电路板703、电池704、扬声器705及振动器707。在本较佳实施例中，该壳体701由塑料制成，为电子装置700的后盖。该壳体701与显示屏702分别设置于该框体10的两侧，与该框体10一并形成该电子装置700的主体部与该主体部其中的容置空间706。该电路板703、电池704、扬声器705及振动器707容置于该容置空间706内。该电路板703上设有馈入点及接地点，分别与该天线结构100的接地端30及馈入端50相连，从而形成第一电流路径AA'B及第二电流路径AA″B。该框体10、该接地端30及该馈入端50形成两个回路天线，这两个回路天线分别对应该第一电流路径AA'B及该第二电流路径AA″B。
在本较佳实施例中，该电池704及该电路板703依次堆叠设置于该容置空间706内。其中，该电池704设置于该电路板703与该壳体701之间。该电路板703设置于该显示屏702与该电池704之间。在用户佩戴时，该壳体701接触用户手臂。如此，该电池704可增加该电路板703上的馈入点与用户之间的距离，进而减少用户对天线结构100产生干扰，此外，电池704也可隔绝用户和该电路板703散发的热能。该电子装置700还包括配件(图未示)，如表带，可设置于该主体部，用于用户佩戴该电子装置700。
在本较佳实施例中，该框体10的半径为21mm，厚度为7.8mm。该容置空间706内设有该天线结构100的净空区域D(参图3)。该净空区域D位于该框体10和该电路板703之间。该馈入端50设置于该净空区域D之中。该净空区域的尺寸为24×6mm。该第一电流路径的长度LAA'B为57mm，该第二电流路径的长度LAA″B为71mm。该天线结构100的馈入匹配电路包括0.6nH的电感及2pF的电容。该框体10的电导率为0.02S/m。
请参阅图7，该天线结构100可通过第二电流路径AA″B激发出第一共振模态，该第一共振模态为GPS模态，其频率为1575MHz。该天线结构100还可通过第一电流路径AA'B激发出第二共振模态，该第二共振模态为Wi-Fi模态，其频率为2.4GHz，从而达到双频天线的效果。另外，通过调整接地端30的匹配电路可调整所述两个共振模态的频率。结合图8可知，该天线结构100在GPS频段的总效率为-2.55dB，在Wi-Fi频段的平均效率为-1.5dB，因此，该天线结构100通过金属框体10进行信号辐射，具有良好的辐射效率。且当所述天线结构100工作于上述频段时，可满足天线工作设计要求。
请一并参阅图9及图10，本发明的第二较佳实施方式的天线结构200结构与工作原理与天线结构100大致相同，其不同之处仅在于该天线结构200包括两个设置于该框体10的接地端30。该电路板703上对应设置两个接地点。该接地端30分别与该接地点相连，形成第三电流路径AB及第四电流路径AC。该框体10、该馈入端50、及该两个接地端30形成两个回路天线，这两个回路天线分别对应该第三电流路径AB及该第四电流路径AC。
在本较佳实施例中，可通过调整单一接地端30的阻抗值改变其中单一共振模态的频率。具体地，请一并参阅图10，可通过设置于该接地端30与其中一个接地点之间的接地电路31的阻抗值来调整所述共振模态的频率，以获得的更宽的工作频宽。例如该接地电路31可为并联LC电路。在本较佳实施例中，该第三电流路径AB可激发出第三共振模态，获得GPS工作频段，该第四电流路径AC可激发出第四共振模态，获得长期演进技术(Long TermEvolution，LTE)Band7(2500MHz-2690MHz)工作频段。
请一并参阅图11，本发明的第三较佳实施方式的天线结构300的结构与工作原理与天线结构100大致相同，其不同之处仅在于该天线结构300还包括匹配电路32及切换电路33。该匹配电路32设置于馈入端50与该电路板703上的馈入点之间，以达成该天线结构300的阻抗匹配。该切换电路33设置于接地端30与该电路板703上的接地点之间。该切换电路33可在多个不同阻抗值之间切换，从而调整天线结构300的共振模态的频率。
请一并参阅图12、13及14，本发明的第四较佳实施方式的天线结构400的结构与工作原理与天线结构100大致相同，其不同之处仅在于该天线结构400还包括延伸段60。该延伸段60连接该电路板703上的接地点以接地。该延伸段60和该框体10间隔设置。该延伸段60可自该框体10耦合电流以增加该天线结构400的共振模态，以增加共振频段。该延伸段60与该电路板703上的接地点之间可设置切换电路(图未示)，该切换电路可在多个不同阻抗值之间切换，从而调整该延伸段60的共振模态的频率。在本较佳实施例中，该天线结构400包括一个延伸段60。在其他实施例中，该天线结构400可包括多个接地的延伸段60。
可以理解，该天线结构400可包括其他形式的多个延伸段60，例如，两个延伸段，如图13和图14所示，分别由该接地端30及馈入端50延伸形成。每个延伸段60皆可增加该天线结构400的共振模态，以增加共振频段。
图15为天线结构100、400的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S 1为没有延伸段60的天线结构100的S 11值。曲线S2为具有一个如图12所示的延伸段60的天线结构400的S11值。曲线S3为具有两个如图12所示的延伸段60的天线结构400的S 11值。从图15可知，通过两个延伸段60形成的共振结构，可使得天线结构400增加LTE Band1TX\RX频段，以达到多频天线设计。结合图16可知，该天线结构400在GPS、Wi-Fi及LTE Band 1TX\RX频段均具有良好的辐射效率，可满足天线工作设计要求。
请一并参阅图17，本发明的第五较佳实施方式的天线结构500的结构与工作原理与天线结构100大致相同，其不同之处仅在于该天线结构500包括多个接地端30及多个馈入端50。该框体10、该多个接地端30及该多个馈入端50形成多个回路天线。为便于说明，图中仅以两个多个接地端30及馈入端50为例，此时，天线结构500可形成四个回路天线。其中第一个回路天线包括上方的该馈入端50、右方的该接地端30、以及这两者之间的该框体10。第二个回路天线包括下方的该馈入端50、右方的该接地端30、以及这两者之间的该框体10。第三个回路天线包括下方的该馈入端50、左方的该接地端30、以及这两者之间的该框体10。第四个回路天线包括上方的该馈入端50、左方的该接地端30、以及这两者之间的该框体10。多个回路天线可形成多个不同的电流路径，从而激发多个共振模态以获得较宽的天线频宽，满足用户的需求，也可满足多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)的应用需求。
在其他实施例中，该天线结构100、该天线结构200、该天线结构300、该天线结构400以及该天线结构500均可包括至少一个如图12所示的延伸段60和/或至少一个如图13所示的延伸段60。
本发明较佳实施例的天线结构利用金属框体作为天线的辐射体，将射频信号直接馈入至金属框体进行信号发射，使得电子装置可获得稳定的无线通信性能。另外，本发明较佳实施例的天线结构还可利用靠近金属外框的耦合共振结构，通过金属外框将电流耦合至共振结构上，进而产生额外的共振模态，增加天线的工作带宽。同时，本发明较佳实施例的天线结构通过切换不同的接地阻抗值，调整天线的阻抗匹配来调整共振频率，以增加天线结构的整体工作带宽。
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，包括框体、一个馈入端、一个接地端及至少一个延伸段，该框体为金属制成的封闭回路，该框体通过该馈入端连接电路板上的馈入点，并通过该接地端连接该电路板上的接地点，而形成多个回路天线，该至少一个延伸段设置于该馈入端和/或该接地端，用于增加该天线结构的共振模态。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该至少一延伸段包括第一延伸段和第二延伸段，该第一延伸段由该馈入端延伸形成，该第二延伸段由该接地端延伸形成。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该天线结构还包括第三延伸段，该第三延伸段连接该电路板上的该接地点，该第三延伸段和该框体间隔设置，用于自该框体耦合电流以增加该天线结构的共振模态。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：该天线结构还包括切换电路，该切换电路设置于该第三延伸段与该接地点之间，用于在多个不同阻抗值之间切换，从而调整该第三延伸段的共振模态的频率。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该天线结构还包括接地电路，该接地电路设置于该接地端与该接地点之间，用于调整该天线结构的共振模态的频率。
6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该天线结构还包括匹配电路，该匹配电路设置于该馈入端与该馈入点之间。
7.一种天线结构，包括框体、多个馈入端及多个接地端，该框体为金属制成的封闭回路，该框体通过该多个馈入端连接电路板上的馈入点，并通过该多个接地端连接该电路板上的接地点，而形成多个回路天线，该多个回路天线用于形成多个不同的电流路径以激发多个共振模态。
8.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于：该天线结构包括两个馈入端及两个接地端，该框体通过该两个馈入端及该两个接地端连接该电路板上的该馈入点和该接地点，以形成四个回路天线。
9.一种电子装置，该电子装置包括壳体、显示屏、电路板、电池及天线结构，其特征在于：该天线结构为权利要求1-8项中任意一项所述之天线结构。
10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于：该壳体与该显示屏分别设置于该框体的两侧，并与该框体一并形成该电子装置的主体部与该主体部其中的容置空间，该电池及该电路板依次堆叠设置于该容置空间内，该电池设置于该电路板与该壳体之间，该电路板设置于该显示屏与该电池之间。
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