CN111092292A - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构，应用于无线通信装置，所述无线通信装置包括至少一电子元件，所述天线结构至少包括金属框，所述金属框上铺设有至少一基板，所述至少一基板上开设有一天线，所述天线包括馈入部和缝隙，所述馈入部跨越所述缝隙，所述金属框与所述电子元件之间具有一间距，以形成所述天线结构的净空区。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置。上述天线结构及具有该天线结构的无线通信装置可在保持原有天线性能的情况下，增加5G sub‑6GHz天线，增加传输频宽。

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，消费者对于无线通信产品的频宽要求也越来越高。目前的产品主要将产品上下两端的金属边框作为天线，通过在金属框上设置多个断点将金属边框分为几段，分别用于实现不同功能的天线，例如，4G、全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)、以及无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)。
5G通信可以增加新的通信频段，但是原有的天线空间已经很拥挤，如果在原有天线空间中增加5G天线，可能会影响原有天线的性能，降低天线设计的灵活性。
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。
本发明一实施方式提供一种天线结构，应用于无线通信装置，所述无线通信装置包括至少一电子元件，所述天线结构至少包括金属框，所述金属框上铺设有至少一基板，所述至少一基板上开设有一天线，所述天线包括馈入部和缝隙，所述馈入部跨越所述缝隙，所述金属框与所述电子元件之间具有一间距，以形成所述天线结构的净空区。
本发明一实施方式提供一种无线通信装置，所述无线通信装置包括所述天线结构。
上述天线结构及具有该天线结构的无线通信装置可在保持原有天线性能的情况下，增加5G sub-6GHz天线或Wi-Fi天线，增加传输频宽。
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分解图。
图3为图2所示天线结构的示意图。
图4为图3所示天线结构的局部放大图。
图5为图3所示天线结构的金属框的示意图
图6为图1所示无线通信装置的剖视图。
图7为图3所示天线结构的总辐射效率曲线图。
主要元件符号说明
天线结构 100
无线通信装置 200
壳体 11
背盖 12
金属框 13
显示屏 10
容置空间 14
电池 101
主板 102
净空区 103
电子元件 15
第一侧部 131
第二侧部 132
第三侧部 133
第四侧部 134
第一面 141
第二面 142
第三面 143
开槽 130
基板 20
第一表面 21
第二表面 22
天线 30
第一天线 A1
第二天线 A2
缝隙 31
馈入部 32
切换开关 33
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。
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和图2，本发明较佳实施例的天线结构100用于无线通信装置200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述无线通信装置200可以是移动电话、个人数字助理或平板电脑等无线通信装置。
所述无线通信装置200至少包括壳体11。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至少包括背盖12及金属框13。在本实施例中，所述背盖12由非金属材料，例如塑胶、玻璃或陶瓷制成。所述金属框13由金属材料制成，所述金属框13可以为所述无线通信装置200的外边框。所述背盖12及所述金属框13构成所述无线通信装置200的外壳。所述无线通信装置200还包括显示屏10。在本实施例中，所述显示屏10可以为触摸式显示屏，可以用于提供一个交互界面，以实现用户与所述无线通信装置200的交互。所述显示屏10与所述背盖12大致平行设置。
请一并参阅图3和图4，所述金属框13大致呈环状结构。在本实施例中，所述金属框13及所述背盖12围成一容置空间14。所述容置空间14用以容置所述无线通信装置200的电池101、主板102等电子元件15和处理单元等电路模块于其内。
在本实施例中，所述电池101与所述金属框13的侧壁之间具有一间距，用以作为所述天线结构100的净空区103。所述主板102可以是PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)。
在本实施方式中，所述金属框13至少包括依次连接的第一侧部131、第二侧部132、第三侧部133及第四侧部134。在本实施例中，所述第一侧部131与所述第三侧部133相对设置。所述第二侧部132与所述第四侧部134相对设置。所述第二侧部132连接所述第一侧部131及所述第三侧部133，优选垂直连接。所述第四侧部134亦连接所述第一侧部131及所述第三侧部133，优选垂直连接。在本实施方式中，定义所述第二侧部132为所述无线通信装置200的顶端。定义所述第四侧部134为所述无线通信装置200的底端。
在本实施例中，所述金属框13包括第一面141、第二面142及第三面143。所述第一面141和所述第二面142相对设置。即所述第一侧部131、所述第二侧部132、所述第三侧部133和所述第四侧部134均包括所述第一面141、所述第二面142及所述第三面143。所述第三面143连接于所述第一面141和所述第二面142之间。具体地，所述第一面141垂直连接于所述第三面143，所述第二面142也垂直连接于所述第三面143，所述第一面141与所述第二面142平行间隔设置。可以理解，在其他实施方式中，所述第三面143与所述第一面141和所述第二面142之间也可以是非垂直连接。
在本实施方式中，所述第一面141朝向所述背盖12。所述第二面142朝向所述显示屏10。所述第三面143朝向所述金属框13的内部，即朝向所述电池101。
在本实施方式中，所述金属框13上铺设有至少一基板20。所述基板20可以是柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。在本实施例中，所述基板20可以完全由金属材料制成或部分由金属材料制成。所述基板20铺设在所述电子元件15与所述金属框13上。在本实施方式中，所述基板20铺设在所述电池101与所述金属框13上。所述基板20的一侧铺设在所述电池101上，所述基板20的另一侧铺设在所述金属框13上，也就是说，所述基板20铺设在所述净空区103的上方。
请一并参阅图5和图6，在本实施方式中，所述金属框13上可以开设有至少一开槽130。所述开槽130为长条状。所述开槽130的数量与所述基板20的数量相同，且所述开槽130开设于所述基板20的下方。所述开槽130用于扩大所述净空区103。所述电池101与所述金属框13的第三面143之间的空间作为所述天线结构100的净空区103。所述开槽130是所述净空区103的一部分。所述净空区103之中没有任何导体或电子元件。可以理解，当所述第三面143与所述电池101的间距足够大时，所述金属框13上可以不用开设所述开槽130。
可以理解，在本实施方式中，所述至少一开槽130可以通过数控机床(ComputerNumerical Control，CNC)加工方式形成于所述金属框13上。可以理解，在其他实施方式中，还可以采用镭射切割技术等其他加工方式对所述金属框13进行切割，使得所述金属框13上形成所述至少一开槽130。
在本实施方式中，所述基板20包括第一表面21及与所述第一表面21相对设置的第二表面22。所述第一表面21和所述第一面141位于同一平面。所述第一表面21朝向所述背盖12。所述第二表面22背向所述第一面141并朝向所述第二面142和所述显示屏10。
在其他实施方式中，所述基板20可以设置在所述金属框13的其他位置。例如所述第一表面21和所述第二面142位于同一平面。所述第一表面21朝向所述显示屏10。所述第二表面22背向所述第二面142并朝向所述第一面141和所述背盖12。
所述至少一基板20上对应开设有一天线30。在本实施方式中，所述金属框13上铺设有两个所述基板20。一个所述基板20铺设在所述第一侧部131和所述电池101上，另一个所述基板20铺设在所述第三侧部133和与所述电池101上。相应的，所述两个基板20上分别对应开设有第一天线A1和第二天线A2。所述第一天线A1和所述第二天线A2的结构相同。所述第一天线A1和所述第二天线A2相对设置。所述第一天线A1和所述第二天线A2可以组成多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线，例如提供2x2的多输入多输出。
可以理解，在其他实施方式中，所述两个基板20不局限于上述配置，其还可以铺设在第一侧部131、第二侧部132、第三侧部133及第四侧部134其中一个侧部或多个侧部上。也就是说，第一侧部131、第二侧部132、第三侧部133及第四侧部134其中每一个侧部上均可以不设置天线30，也可以设置一个或多个天线30。
可以理解，所述金属框13上铺设基板20的数量不局限于两个，可以是一个或任意多个。相应的，所述天线30的数量也不局限为两个，还可以是一个或任意多个。
在本实施方式中，以其中一个天线30，例如所述第一天线A1为例对所述天线30的结构进行说明。
每一所述天线30包括缝隙31和馈入部32。所述缝隙31和所述馈入部32均为长条形结构。所述缝隙31开设于所述基板20上。所述缝隙31贯穿所述第一表面21和所述第二表面22。所述馈入部32设置于所述第一表面21上且跨越所述缝隙31。可以理解，所述缝隙31的长度L1小于所述基板20的长度L。所述缝隙31的宽度D 1小于所述基板20的宽度D2。所述缝隙31的长度L1和所述基板20的长度L均为沿所述缝隙31和所述基板20所在的所述第一侧部131所量测的长度。所述缝隙31的宽度D 1和所述基板20的宽度D2均为沿垂直所述缝隙31和所述基板20所在的所述第一侧部131所量测的长度。
所述基板20可以是全金属，或在所述缝隙31周围设置一层金属。所述缝隙31内可以填充绝缘材料，也可以不填充绝缘材料。所述馈入部32可以是一根导线，可由FPC上的金属段实现。
在本实施例中，每一所述天线30还包括至少一切换开关33，所述切换开关33的两端分别连接所述缝隙31的两侧，所述切换开关33用于调整所述缝隙31的长度L1，以调节所述天线结构100的谐振频段。当所述切换开关33关闭时，所述切换开关33不影响所述缝隙31的长度L1。当所述切换开关33导通时，所述切换开关33可以缩短所述缝隙31的长度L1，以调节所述天线结构100的谐振频段。当所述切换开关33导通时，所述缝隙31被所述切换开关33分隔为两段，此时，所述缝隙31的长度缩短为包含所述馈入部32的那一段的长度L2。可以理解，L2小于L1，也就是说，所述切换开关33导通时所述缝隙31的长度L2小于所述切换开关33关闭时所述缝隙31的长度L1。
每一所述天线30均为槽孔天线。当电流自所述馈入部32馈入后，所述电流将耦合至所述缝隙31，使得所述缝隙31可以在所述切换开关33的作用下激发出第一谐振模态及第二谐振模态以分别产生第一频段及第二频段的辐射信号。具体的，在所述切换开关33导通时所述缝隙31的长度为L2，电流自所述馈入部32馈入后，所述电流将耦合至所述缝隙31，使得所述缝隙31激发出所述第一谐振模态以产生所述第一频段的辐射信号。在所述切换开关33关闭时所述缝隙31的长度为L1，电流自所述馈入部32馈入后，所述电流将耦合至所述缝隙31，使得所述缝隙31激发出所述第二谐振模态以产生所述第二频段的辐射信号。
在本实施方式中，所述第一谐振模态和所述第二谐振模态均为5G sub-6GHz模态。所述第二频段的频率低于所述第一频段的频率。所述第一频段为4.8～5.0GHz频段，所述第二频段为3.3～3.6GHz频段。
在其他实施方式中，所述第一谐振模态和所述第二谐振模态可为Wi-Fi模态。所述第一频段可为Wi-Fi 5GHz频段，所述第二频段可为Wi-Fi 2.4GHz频段。
可以理解，当每一所述天线30包括N个所述切换开关33时，通过控制N个所述切换开关33的导通和关闭，可以实现所述缝隙31的长度L1有N+1个变化，使得所述天线结构100可以覆盖N+1个谐振频段。N为任意正整数。当电流自所述馈入部32馈入后，所述电流将耦合至所述缝隙31，使得所述缝隙31可以在N个所述切换开关33的作用下激发出N+1个谐振模态以产生N+1个频段的辐射信号。
图7为所述天线结构100的总辐射效率图。其中，曲线S601为所述第一天线A1工作于3.5GHz频段时的总辐射效率。曲线S602为所述第一天线A1工作于5GHz频段时的总辐射效率。曲线S603为所述第二天线A2工作于3.5GHz频段时的总辐射效率。曲线S604为所述第二天线A2工作于5GHz频段时的总辐射效率。
可以明显看出，所述第一天线A1工作于3.5GHz频段时的总辐射效率和所述第二天线A2工作于3.5GHz频段的总辐射效率大致重合，所述第一天线A1工作于5GHz频段的总辐射效率和所述第二天线A2工作于5GHz频段时的总辐射效率大致重合。可以理解，设置于所述金属框13相对侧的多个所述天线30工作于同一频段时的总辐射效率大致相同。
如前面各实施例所述，所述天线结构100通过在所述金属框13上设置至少一基板20。每一所述天线30包括缝隙31、馈入部32和至少一切换开关33。所述缝隙31贯穿所述基板20的第一表面21和所述基板20的第二表面22。所述馈入部32跨越所述缝隙31，并以耦合的方式将电流馈入所述缝隙31，使得所述缝隙31在所述切换开关33的作用下激发出第一谐振模态及第二谐振模态以产生3.3～3.6GHz频段及4.8～5.0GHz频段的辐射信号。所述金属框13的第一侧部131、第二侧部132、第三侧部133及第四侧部134其中的一个或多个侧部可用于设置所述基板20，其余侧部可用于设置4G、全球定位系统(GPS)、以及无线局域网(WLAN)等原有天线。因此无线通信装置200可在保持原有天线性能的情况下，增加5G sub-6GHz天线或Wi-Fi天线，增加传输频宽。
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 (12)

1.一种天线结构，应用于无线通信装置，所述无线通信装置包括至少一电子元件，其特征在于，所述天线结构至少包括金属框，所述金属框上铺设有至少一基板，所述至少一基板上开设有一天线，所述天线包括馈入部和缝隙，所述馈入部跨越所述缝隙，所述金属框与所述电子元件之间具有一间距，以形成所述天线结构的净空区。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述至少一基板铺设于所述电子元件与所述金属框上。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述基板包括第一表面及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述缝隙贯穿所述第一表面和所述第二表面。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述天线还包括至少一切换开关，所述切换开关的两端分别连接所述缝隙的两侧，所述切换开关用于调整所述缝隙的长度，以调节所述天线结构的谐振频段。
5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于：当所述切换开关关闭时，所述切换开关不影响所述缝隙的长度，当所述切换开关导通时，所述缝隙被所述切换开关分隔为两段，所述缝隙的长度缩短为包含所述馈入部的那一段的长度。
6.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于：所述馈入部设置于所述第一表面且跨越所述缝隙，当电流自所述馈入部馈入后，所述电流耦合至所述缝隙，在所述切换开关导通时所述缝隙的长度缩短，使得所述缝隙激发出第一谐振模态以产生第一频段的辐射信号，在所述切换开关关闭时所述缝隙的长度不变，使得所述缝隙激发出第二谐振模态以产生第二频段的辐射信号，所述第二频段的频率低于所述第一频段的频率。
7.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述金属框还包括第一面、第二面及第三面，所述第三面连接于所述第一面和所述第二面之间，所述第一面垂直连接于所述第三面，所述第二面垂直连接于所述第三面，且所述第一面与所述第三面平行间隔设置，所述第三面朝向所述金属框的内部。
8.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于：所述第一表面和所述第一面位于同一平面，所述第二表面背向所述第一面并朝向所述第二面。
9.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于：所述第一表面和所述第二面位于同一平面，所述第二表面背向所述第二面并朝向所述第一面。
10.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述金属框上开设有一开槽，用于扩大所述净空区。
11.一种无线通信装置，其特征在于：所述无线通信装置包括权利要求1-10中任一项所述的天线结构。
12.如权利要求11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背盖和显示屏，所述金属框的第一面朝向所述背盖，所述金属框的第二面朝向所述显示屏。
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