CN112599982B - 天线结构及通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种天线结构及通信装置，天线结构包括一第一主辐射体、一第二主辐射体及一调频辐射体。第一主辐射体适于激发出一第一频段及一第二频段，第一主辐射体包括依序连接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部具有一馈入端，第四段部具有一接地端，第二段部及第三段部弯折地连接，第二段部及第三段部之间具有一第一槽缝，第一槽缝适以调整第二频段的阻抗匹配。第二主辐射体从馈入端延伸，适于激发出一第三频段及一第四频段。调频辐射体连接于第一主辐射体的第三段部，适于调整第一频段的共振频率点。借此，可达到多频段的效果。

Description

天线结构及通信装置
技术领域
本公开内容涉及一种天线结构及通信装置，尤其涉及一种多频段的天线结构及通信装置。
背景技术
Sub 6GHz为5G通信的其中一种主流频段，其除了698MHz至960MHz的频段及1710MHz至2700MHz的频段之外，还增加了617MHz至698MHz的频段、3300MHz至5000MHz的频段及5150MHz至5850MHz的频段。目前的天线结构在低频频段中，较难以涵盖整个617MHz至960MHz的频段。
发明内容
本公开的目的在于提供一种天线结构及通信装置，以解决上述至少一个问题。
本公开内容的一种天线结构，包括一第一主辐射体、一第二主辐射体及一调频辐射体。第一主辐射体适于激发出一第一频段及一第二频段，第一主辐射体包括依序连接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部具有一馈入端，第四段部具有一接地端，第二段部及第三段部弯折地连接，第二段部及第三段部之间具有一第一槽缝，第一槽缝适以调整第二频段的阻抗匹配。第二主辐射体，从馈入端延伸，适于激发出一第三频段及一第四频段。调频辐射体连接于第一主辐射体的第三段部，适于调整第一频段的共振频率点。
根据本公开内容一实施方式，其中第一频段介于617MHz至960MHz之间，第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第四频段介于5150MHz至5850MHz之间。
根据本公开内容一实施方式，中第一主辐射体的长度介于第一频段的0.4倍波长至0.6倍波长之间。
根据本公开内容一实施方式，其中第一段部弯折地连接第二段部，第三段部弯折地连接第四段部，第一段部位于第四段部旁，第一段部的延伸方向平行于第四段部的延伸方向，第二段部的延伸方向平行于第三段部的延伸方向。
根据本公开内容一实施方式，其中第一槽缝的宽度介于0.3毫米至0.5毫米之间。
根据本公开内容一实施方式，其中调频辐射体包括一第五段部、一第六段部及一第七段部，第五段部的一端连接于第二段部及第三段部的转折处，第六段部及第七段部分别连接于第五段部的另一端，且第六段部与第七段部往相反方向延伸。
根据本公开内容一实施方式，其中第六段部往靠近第四段部的方向延伸，第七段部往远离第四段部的方向延伸。
根据本公开内容一实施方式，其中第一段部位于第四段部及第二主辐射体之间，第二主辐射体具有多个弯折。
根据本公开内容一实施方式，所述的天线结构还包括一绝缘支架，具有一第一长侧面、一第二长侧面、一第三长侧面及一短侧面，第一主辐射体的第一段部的一部分与第四段部的一部分、第二主辐射体的一部分及调频辐射体的一部分分布于绝缘支架的第一长侧面上，第一主辐射体的第一段部的剩下部分、第二段部的一部分、整个第三段部与第四段部的剩下部分、第二主辐射体的另一部分及调频辐射体的另一部分分布于绝缘支架的第二长侧面上，第一主辐射体的第二段部的剩下部分、第二主辐射体的剩下部分及调频辐射体的再一部分分布于绝缘支架的第三长侧面上，调频辐射体的剩下部分位于绝缘支架的短侧面上。
根据本公开内容一实施方式，其中绝缘支架的长度介于70毫米至90毫米之间，宽度介于8毫米至15毫米之间，高度介于8毫米至15毫米之间。
本公开内容的一种通信装置，包括天线结构、多个集总元件及一切换开关。第一频段包括多个子区间。这些集总元件连接至一系统接地面，天线结构与系统接地面之间具有多个接地路径，这些接地路径分别对应第一频段的这些子区间。切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些集总元件的其中一个或不连接于这些集总元件，以将天线结构连接至这些接地路径中的其中一个，并共振出第一频段的这些子区间的其中一个。
根据本公开内容一实施方式，其中多个所述集总元件包括一电容或一电感。
根据本公开内容一实施方式，其中多个所述集总元件包括一第一集总元件、一第二集总元件及一第三集总元件，多个所述接地路径包括四个接地路径，第一频段的多个所述子区间包括一第一子区间、一第二子区间、一第三子区间及一第四子区间，当切换开关连接于第一集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第一子区间，当切换开关连接于第二集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第二子区间，当切换开关连接于第三集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第三子区间，当切换开关不连接于多个所述集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第四子区间。
根据本公开内容一实施方式，其中第一子区间介于617MHz至698MHz，第二子区间介于680MHz至800MHz，第三子区间介于740MHz至860MHz，第四子区间介于824MHz至960MHz。
基于上述，本公开内容的天线结构的第一主辐射体适于激发出第一频段及第二频段，且第一槽缝存在于第二段部及第三段部之间，以调整第二频段的阻抗匹配。第二主辐射体适于激发出第三频段及第四频段。调频辐射体适于调整第一频段的共振频率点。因此，本公开内容的天线结构可达到支持多频段的效果。此外，本公开内容的通信装置通过将切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些集总元件的其中一个或不连接于这些集总元件，而可选择不同的接地路径，使其第一频段能够达到较大的涵盖频宽。
附图说明
图1A是依照本公开内容的一实施例的一种通信装置的天线结构的示意图。
图1B是图1A的通信装置的切换开关的示意图。
图2A是绝缘支架的立体示意图。
图2B至图2E是图1A的天线结构配置在绝缘支架上的不同表面的示意图。
图3是图1A的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-电压驻波比的关系图。
图4是图1A的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-电压驻波比的关系图。
图5是图1A的通信装置在第一频段(617MHz至960MHz)的史密斯图。
图6是图1A的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-天线效率的关系图。
图7是图1A的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-天线效率的关系图。
附图标记如下：
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、C1、C2、C3、C4、C5：位置
D：间距
L1：长度
L3、L5：宽度
L2、L4：高度
1：通信装置
10：绝缘支架
12：第一长侧面
14：第二长侧面
16：第三长侧面
18：短侧面
20：切换开关
22、24、26、28：接点
32、34、36、38：集总元件
40：数据机
50：系统接地面
100：天线结构
105：基板
110：第一主辐射体
111：第一段部
112：第二段部
113：第三段部
114：第四段部
116：第一槽缝
117：第二槽缝
120：第二主辐射体
130：调频辐射体
132：第五段部
134：第六段部
136：第七段部
具体实施方式
图1A是依照本公开内容的一实施例的一种通信装置的天线结构的示意图。图1B是图1A的通信装置的切换开关的示意图。请参阅图1A至图1B，本实施例的通信装置1包括天线结构100、多个集总元件32、34、36、38(图1B)及一切换开关20。天线结构100配置于一基板105上，基板105例如是软性电路板，而可挠地设置在例如是绝缘支架10(图2A)等结构上，但基板105的种类不以此为限制。
如图1A所示，在本实施例中，天线结构100包括一第一主辐射体110、一第二主辐射体120及一调频辐射体130。第一主辐射体110包括依序弯折地连接的一第一段部111(位置A1、A2、A3)、一第二段部112(位置A3、A4)、一第三段部113(位置A5、A9)及一第四段部114(位置B2、B1)。
更明确地说，第一段部111弯折地连接第二段部112，第二段部112弯折地连接第三段部113，第三段部113弯折地连接第四段部114。第一段部111位于第四段部114旁，且第二段部112位于第三段部113旁。第一段部111的延伸方向平行于第四段部114的延伸方向，且第二段部112的延伸方向平行于第三段部113的延伸方向。
在本实施例中，第一段部111具有一馈入端(位置A1)，第四段部114具有一接地端(位置B1)。馈入端(位置A1)适于电性连接至一数据机40或是主机板的信号正端，接地端(位置B1)适于电性连接至主机板的信号负端。
第一主辐射体110适于激发出一第一频段及一第二频段。在本实施例中，第一频段介于617MHz至960MHz之间，第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，但第一频段与第二频段不以此为限制。在本实施例中，第一主辐射体110的长度介于第一频段的0.4倍波长至0.6倍波长之间，例如是0.5倍波长。
更具体地说，第一主辐射体110的通过第一段部111(位置A1、A2、A3)、第二段部112(位置A3、A4)、第三段部113(位置A5、A9)及第四段部114(位置B2、B1)共同构成一回路(Loop)天线架构，此回路路径为900MHz的0.5倍波长，而约为160毫米。当然，第一主辐射体110的长度不以此为限制。
值得一提的是，在本实施例中，第二段部112及第三段部113之间具有一第一槽缝116，第一槽缝116的宽度适以被调整，而调整第二频段的阻抗匹配及共振频率点位置。在本实施例中，第一槽缝116的宽度介于0.3毫米至0.5毫米之间，但第一槽缝116的宽度不以此为限制。此外，第二段部112的宽度适以被调整，以调整该第二频段的阻抗匹配。
另外，在本实施例中，第二段部112具有位于内部的一第二槽缝117，可用以调整该第二频段的阻抗匹配；在其他实施例中，第二段部112也可以不具有第二槽缝117。
此外，第二主辐射体120(位置C1、C2、C3、C4、C5)从馈入端(位置A1)延伸，适于激发出一第三频段及一第四频段。在本实施例中，第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第四频段介于5150MHz至5850MHz之间，但第三频段与第四频段不以此为限制。
由图1A可见，第一主辐射体110的第一段部111位于第四段部114及第二主辐射体120之间，且第二主辐射体120具有多个弯折，而在基板105的宽度方向(图1A的上下方向)上不超出于第一幅射体。此外，在本实施例中，天线结构100可通过调整第二主辐射体120在位置C1、C2的部位与系统接地面50之间的间距D，来调整第三频段及第四频段的阻抗匹配。
另外，调频辐射体130连接于第一主辐射体110的第三段部113，适于调整第一频段的共振频率点。更具体地说，调频辐射体130包括一第五段部132(位置A5、A6)、一第六段部134(位置A6、A8)及一第七段部136(位置A6、A7)。
第五段部132的一端连接于第二段部112及第三段部113的转折处，第六段部134及第七段部136分别连接于第五段部132的另一端，且第六段部134及第七段部136往相反方向延伸。具体来说，第六段部134往靠近第四段部114的方向延伸，且第七段部136往远离第四段部114的方向延伸。在本实施例中，第六段部134(位置A6、A8)及第七段部136(位置A6、A7)可用来调整第一频段的共振频率点位置。
要说明的是，如图1B所示，在本实施例中，这些集总元件32、34、36、38连接至一系统接地面50。切换开关20的一端连接于天线结构100的接地端(位置B1)，另一端可选择地连接至这些集总元件32、34、36、38的其中一个或不连接于这些集总元件32、34、36、38。在本实施例中，集总元件32、34、36、38包括电容或电感，但集总元件32、34、36、38的种类不以此为限制。
第一主辐射体110的接地端(位置B1)会连接到主机板(未示出)上的切换开关20，以通过切换开关20来切换至连接至不同接点22、24、26、28，来连接到对应的集总元件32、34、36、38，而选择不同的接地路径(All OFF、RF1、RF3、RF4)。这些接地路径(All OFF、RF1、RF3、RF4)分别对应于第一频段中的多个子区间，天线结构100以这些接地路径(All OFF、RF1、RF3、RF4)的其中一个连接至系统接地面50时，适于共振出第一频段的这些子区间(617MHz至698MHz、680MHz至800MHz、740MHz至860MHz、824MHz至960MHz)的其中一个，使第一频段(低频)可涵盖617～960MHz的频宽。
在本实施例中，切换开关20是以一对四的切换开关为例，但切换开关20的种类并不以此为限制，在其他实施例中，切换开关20也可以是一对二、一对三、一对五或一对更多的切换开关。
下表一为使用一对四的切换开关20其所对应的控制表，共会有16种的切换状态。
表一：
在本实施例中，仅选用其中几种状态(也就是仅采用All OFF、RF1并联下地、RF3并联下地、RF4并联下地模式)，即可使第一频段达到良好的涵盖范围。
更明确地说，当切换开关20不作动(即为开路All OFF)时，其共振频带为第一频段的第四子区间(Band 4)，也就是824MHz至960MHz。
当切换开关20选择RF1路径，而连接到接点22时，代表并联集总元件32(例如是电感1.6nH)下地，其共振频带为第一频段的第一子区间(Band 1)，也就是617MHz至698MHz。
当切换开关20选择RF3路径，而连接到接点26时，代表并联集总元件36(例如是电容3.9pF))下地，其共振频带为第一频段的第二子区间(Band 2)，也就是680MHz至800MHz。
当切换开关20选择RF4路径，而连接到接点28时，代表并联集总元件38(例如是电容1pF))下地，其共振频带为第一频段的第三子区间(Band 3)，也就是740MHz至860MHz。当然，集总元件32、34、36、38的种类与数量不以上述为限制。
值得一提的是，在本实施例中，天线结构100适于设置在绝缘支架10上，以缩减通信装置1的体积，且具有良好的天线效率。图2A是绝缘支架的立体示意图。图2B至图2E是图1A的天线结构100配置在绝缘支架10上的不同表面的示意图。于一些实施例中，绝缘支架10的材质为塑胶，但不以此为限制。
请同时参阅图1A、图2A至2E，绝缘支架10以立方体为例，具有一第一长侧面12、一第二长侧面14、一第三长侧面16及一短侧面18。如图2B，第一主辐射体110的第一段部111的一部分(位置A1)与第四段部114的一部分(位置B1)、第二主辐射体120的一部分(位置C1、C2)及调频辐射体130的一部分(位置A6、A8)分布于绝缘支架10的第一长侧面12上。
如图2C，第一主辐射体110的第一段部111的剩下部分(位置A2)、第二段部112的一部分(位置A2、A5)、整个第三段部113(位置A5、A9)与第四段部114的剩下部分(位置B2)、第二主辐射体120的另一(another)部分(位置C3、C5)及调频辐射体130的另一部分(位置A5)分布于绝缘支架10的第二长侧面14上。
如图2D，第一主辐射体110的第二段部112的剩下部分(位置A3、A4)、第二主辐射体120的剩下部分(位置C4)及调频辐射体130的再一部分(位置A7)分布于绝缘支架10的第三长侧面16上。此外，如图2E，调频辐射体130的剩下部分位于绝缘支架10的短侧面18上。
绝缘支架10的长度L1介于70毫米至90毫米之间，例如80毫米。宽度L3、L5介于8毫米至15毫米之间，例如12毫米。高度L2、L4介于8毫米至15毫米之间，例如10毫米。当然，上述尺寸不以此为限制。在本实施例中，第一主辐射体110、第二主辐射体120及调频辐射体130可选择地分布于绝缘支架10的第一长侧面12、第二长侧面14、第三长侧面16及短侧面18上，而可缩减通信装置1的体积。
图3是图1A的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-电压驻波比的关系图。请参阅图3，在本实施例中，当切换开关20切换至不同接地路径(RF1、RF3、RF4、All OFF)时，第一频率中的第一子区间(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子区间(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子区间(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子区间(Band 4，824MHz至960MHz)的电压驻波比，除频率在617MHz和960MHz两点附近的电压驻波比在6以下，其余均可保持在3以下，具有良好频宽的表现。
此外，图4是图1A的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-电压驻波比的关系图。请参阅图4，当切换开关20切换至不同接地路径(RF1、RF3、RF4、All OFF)时，第三频段(3300MHz至5000MHz)与第四频段(5150MHz至5850MHz)皆可保持在3以下。据此，当低频(第一频段)切换不同接地路径时，高频(第三频段到第四频段)特性不会受到影响，具有良好的表现。
也就是说，在本实施例中，通信装置1可运用All OFF(绝缘)、RF1并联下地、RF3并联下地及RF4并联下地等不同路径下地方式，来切换第一频段中的第一子区间(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子区间(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子区间(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子区间(Band 4，824MHz至960MHz)的频带，使其第一频段可支持617MHz至960MHz的频宽，达到第一频段为宽频，且第三频段与第四频段(高频)不受切换影响的特性。因此，第三频段与第四频段(高频)较不会产生频率偏移或阻抗不匹配的状况。
图5是图1A的通信装置在第一频段(617MHz至960MHz)的史密斯图(Smith chart)。请参阅图5，在史密斯图中可见，通过并联不同的电感或电容可看出，在不同接地路径下，史密斯图的变化圈均在VSWR为3以内，而具有良好的表现。
图6是图1A的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-天线效率的关系图。请参阅图6，在本实施例中，当切换开关20切换至不同接地路径(RF1、RF3、RF4、All OFF)时，第一频段(低频)中的第一子区间(Band 1，617MHz至698MHz)、第二子区间(Band 2，680MHz至800MHz)、第三子区间(Band 3，740MHz至860MHz)及第四子区间(Band 4，824MHz至960MHz)的天线效率为-1.0dBi至-6.4dBi，都可大于-6.5dBi以上，而具有良好的天线效率的表现。
图7是图1A的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-天线效率的关系图。请参阅图7，在本实施例中，切换开关20切换至不同接地路径(RF1、RF3、RF4、All OFF)时，第二频段(1710MHz至2700MHz)其天线效率为-1.9dBi至-4.9dBi，第三频段(3300MHz至5000MHz)其天线效率为-1.5dBi至-3.7dBi，第四频段(5150MHz至5850MHz)其天线效率为-2.3dBi至-4.2dBi，都可大于-5dBi，而具有5G-Sub 6G的LTE宽频天线良好的效率表现。
综上所述，本公开内容的天线结构的第一主辐射体适于激发出第一频段及第二频段，且第一槽缝存在于第二段部及第三段部之间，以调整第二频段的阻抗匹配。第二主辐射体适于激发出第三频段及第四频段。调频辐射体适于调整第一频段的共振频率点。因此，本公开内容的天线结构可达到多频段的效果。此外，本公开内容的通信装置通过将切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些集总元件的其中一个或不连接于这些集总元件，而可选择不同的接地路径，以使第一频段能够达到较大的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
一第一主辐射体，适于激发出一第一频段及一第二频段，该第一主辐射体包括依序连接的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中该第一段部具有一馈入端，该第四段部具有一接地端，该第二段部及该第三段部弯折地连接，该第二段部及该第三段部之间具有一第一槽缝，该第一槽缝适以调整该第二频段的阻抗匹配；
一第二主辐射体，从该馈入端延伸，适于激发出一第三频段及一第四频段；以及
一调频辐射体，包括一第五段部、一第六段部及一第七段部，该第五段部的一端连接于该第二段部及该第三段部的转折处，该第六段部及该第七段部分别连接于该第五段部的另一端，且该第六段部与该第七段部往相反方向延伸，该调频辐射体适于调整该第一频段的共振频率点。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第一频段介于617MHz至960MHz之间，该第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，该第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且该第四频段介于5150MHz至5850MHz之间。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第一主辐射体的长度介于该第一频段的0.4倍波长至0.6倍波长之间。
4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第一段部弯折地连接该第二段部，该第三段部弯折地连接该第四段部，该第一段部位于该第四段部旁，该第一段部的延伸方向平行于该第四段部的延伸方向，该第二段部的延伸方向平行于该第三段部的延伸方向。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第一槽缝的宽度介于0.3毫米至0.5毫米之间。
6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第六段部往靠近该第四段部的方向延伸，该第七段部往远离该第四段部的方向延伸。
7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，其中该第一段部位于该第四段部及该第二主辐射体之间，该第二主辐射体具有多个弯折。
8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，还包括一绝缘支架，具有一第一长侧面、一第二长侧面、一第三长侧面及一短侧面，该第一主辐射体的该第一段部的一部分与该第四段部的一部分、该第二主辐射体的一部分及该调频辐射体的一部分分布于该绝缘支架的该第一长侧面上，该第一主辐射体的该第一段部的剩下部分、该第二段部的一部分、整个该第三段部与该第四段部的剩下部分、该第二主辐射体的另一部分及该调频辐射体的另一部分分布于该绝缘支架的该第二长侧面上，该第一主辐射体的该第二段部的剩下部分、该第二主辐射体的剩下部分及该调频辐射体的再一部分分布于该绝缘支架的该第三长侧面上，该调频辐射体的剩下部分位于该绝缘支架的该短侧面上。
9.如权利要求8所述的天线结构，其特征在于，其中该绝缘支架的长度介于70毫米至90毫米之间，宽度介于8毫米至15毫米之间，高度介于8毫米至15毫米之间。
10.一种通信装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至9任一项所述的天线结构，其中该天线结构的第一频段包括多个子区间；
多个集总元件，连接至一系统接地面，该天线结构与该系统接地面之间具有多个接地路径，多个所述接地路径分别对应该第一频段的多个所述子区间；以及
一切换开关，一端连接于该天线结构的该接地端，另一端可选择地连接至多个所述集总元件的其中一个或不连接于多个所述集总元件，以将该天线结构连接至多个所述接地路径中的其中一个，并共振出该第一频段的多个所述子区间的其中一个。
11.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，其中多个所述集总元件包括一电容或一电感。
12.如权利要求10所述的通信装置，其特征在于，其中多个所述集总元件包括一第一集总元件、一第二集总元件及一第三集总元件，多个所述接地路径包括四个接地路径，该第一频段的多个所述子区间包括一第一子区间、一第二子区间、一第三子区间及一第四子区间，当该切换开关连接于该第一集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第一子区间，当该切换开关连接于该第二集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第二子区间，当该切换开关连接于该第三集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第三子区间，当该切换开关不连接于多个所述集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第四子区间。
13.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，其中该第一子区间介于617MHz至698MHz，该第二子区间介于680MHz至800MHz，该第三子区间介于740MHz至860MHz，该第四子区间介于824MHz至960MHz。
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