CN112635973B - 天线结构及通信装置 - Google Patents

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CN112635973B CN202010633258.0A CN202010633258A CN112635973B CN 112635973 B CN112635973 B CN 112635973B CN 202010633258 A CN202010633258 A CN 202010633258A CN 112635973 B CN112635973 B CN 112635973B
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Abstract

本发明提供一种天线结构及通信装置，天线结构包括一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体包括一第一段部、一第二段部及一第三段部。第一段部包括一馈入端，第二段部邻近于第一段部且连接于第一段部的靠近馈入端的部位，第三段部连接于第二段部及馈入端而环绕出一空间。第二辐射体框设在第一段部与第二段部之外。第二辐射体包括相对的一第一端及一第二端。第一端为一接地端，第二端与第三段部之间具有一耦合间距。第一辐射体与第二辐射体共振出一第一频段、一第二频段及一第三频段。

Description

天线结构及通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构及通信装置，且尤其涉及一种可共振出多个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1710MHz至2700MHz的频段之外，还增加了3300MHz至5000MHz的频段及5150MHz至5850MHz的频段。要如何设计一种天线结构可共振出上述多个频段，是目前天线设计的研究目标。
发明内容
本发明提供一种天线结构，其可共振出多个频段的信号。
本发明提供一种通信装置，具有上述的天线结构。
本发明的一种天线结构，包括一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体包括一第一段部、一第二段部及一第三段部，其中第一段部包括一馈入端，第二段部邻近于第一段部且连接于第一段部的靠近馈入端的部位，第三段部连接于第二段部及馈入端而环绕出一空间。第二辐射体框设在第一段部与第二段部之外，第二辐射体包括相对的一第一端及一第二端，其中第一端为一接地端，第二端与第三段部之间具有一耦合间距，第一辐射体与第二辐射体共振出一第一频段、一第二频段及一第三频段。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一第一调频辐射体及一第二调频辐射体。第一调频辐射体位于空间且连接于馈入端。第二调频辐射体位于空间且连接于馈入端，且第二调频辐射体环绕第一调频辐射体。
在本发明的一实施例中，上述的第一调频辐射体与第二调频辐射体的间距介于0.3毫米至0.5毫米之间。
在本发明的一实施例中，上述的第三段部具有弯折地连接的一第一区、一第二区及一第三区，第一区连接于第二段部，第三区连接于馈入端，一槽缝形成于第三区内。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一天线接地面，其中第二辐射体包括一第四段部、一第五段部及一第六段部，第五段部分别连接第四段部及第六段部，第一端位于第四段部，第二端位于第六段部，第四段部连接天线接地面。
在本发明的一实施例中，上述的耦合间距介于0.5毫米至1毫米之间。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构的长度介于36毫米至42毫米之间，宽度介于8毫米至10毫米之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一频段介于1710MHz至2700MHz之间，第二频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第三频段介于5150MHz至5850MHz之间。
本发明的一种通信装置，包括天线结构、一天线多工器、一第一芯片及一第二芯片。天线多工器连接于天线结构，且包括一第一滤波单元、一第二滤波单元、一第三滤波单元、一第四滤波单元、一第五滤波单元及一切换单元，切换单元连接于第五滤波单元。第一芯片连接第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元及切换单元。第二芯片连接第四滤波单元及切换单元，切换单元可切换地连接于第一芯片或第二芯片。
本发明的一种通信装置，包括两个天线结构及一隔离元件，两个天线结构隔开一第一距离。隔离元件配置于两个天线结构之间，且与天线结构相隔一第二距离。
在本发明的一实施例中，上述的第一距离介于60毫米至70毫米之间，且第二距离介于8毫米至12毫米之间。
在本发明的一实施例中，上述的隔离元件为长度介于40毫米至50毫米的导体。
基于上述，本发明的天线结构通过上述第一辐射体及第二辐射体的设计，可共振出第一频段、第二频段及第三频段，而能够符合多个频段的要求。在一实施例中，可将两个天线结构间隔第一距离，且于两个天线结构之间配置隔离单元，而使两个天线结构具有良好的隔离度。在一实施例中，通信装置的天线结构通过天线多工器的切换单元来可切换地连接于第一芯片或第二芯片，而可利用单一天线来产生多天线的效果，达到共用天线空间及缩减天线用量的目标。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种天线结构的示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种通信装置的局部示意图。
图3是图2的通信装置的两个天线结构的频率-电压驻波比的关系示意图。
图4是图2的通信装置的两个天线结构的频率-隔离度的关系示意图。
图5是图2的通信装置的两个天线结构的频率-天线效率的关系示意图。
图6是图2的通信装置的两个天线结构的频率-封装相关系数的关系示意图。
图7是依照本发明的另一实施例的一种通信装置的局部示意图。
图8是图7的通信装置的天线多工器的频率-S21的关系示意图。
附图标记如下：
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3：位置
G1：耦合间距
G2：间距
L1、L2：长度
L3：第二距离
L4：距离
L5：第一距离
S：空间
W：宽度
10：通信装置
12：壳体
20：屏幕
30：隔离元件
40、42：导体
50：天线多工器
51：第一滤波单元
52：第二滤波单元
53：第三滤波单元
54：第四滤波单元
55：第五滤波单元
56：切换单元
60：第一芯片
65：第二芯片
100：天线结构
105：基板
110：第一辐射体
111：第一段部
112：第二段部
113：第三段部
114：第一区
115：第二区
116：第三区
117：槽缝
120：第二辐射体
122：第四段部
124：第五段部
126：第六段部
130：第一调频辐射体
132：第二调频辐射体
170：天线接地面
180：同轴传输线
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的一种天线结构的示意图。请参阅图1，本实施例的天线结构100可设置于一基板105上。基板105例如是一硬质基板或是一软质基板，基板105的种类不以此为限制。在其他实施例中，基板105也可被省略。
如图1所示，天线结构100包括一第一辐射体110及一第二辐射体120。第一辐射体110包括一第一段部111(位置A1至位置A6的区段)、一第二段部112(位置A2至位置A3的区段)及一第三段部113(位置A5、A4、A7至位置A1的区段)。
在本实施例中，第一段部111包括一馈入端，也就是在位置A1处。第二段部112邻近于第一段部111且连接于第一段部111的靠近馈入端的部位。更明确地说，是由第二段部112的位置A2的部位连接至第一段部111的位置A1的部位。
第三段部113连接于第二段部112及馈入端(位置A1)而环绕出一空间S。更明确地说，在本实施例中，第三段部113具有弯折地连接的一第一区114(位置A5至位置A4的区段)、一第二区115(位置A4至位置A7的区段)及一第三区116(位置A7至位置A1的区段)。第一区114由位置A5与位置A4之间的部位连接至第二段部112的位置A2，且第三区116连接于馈入端(位置A1)。
由图1可见，第一辐射体110在位置A1、A2、A4、A7共同环绕出空间S。在本实施例中，一槽缝117形成于第三段部113的第三区116(位置A7至位置A1的区段)内，但在其他实施例中，第三段部113的第三区116也可不具有内部的槽缝117。
在本实施例中，第二辐射体120呈C型而框设在第一段部111与第二段部112之外。第二辐射体120包括相对的一第一端(位置B1)及一第二端(位置B4)。第一端(位置B1)为一接地端。第二辐射体120包括一第四段部122(位置B1至位置B2的区段)、一第五段部124(位置B2至位置B3的区段)及一第六段部126(位置B3至位置B4的区段)。第五段部124分别连接该第四段部122及第六段部126，第一端位于第四段部122，且第二端位于第六段部126。
此外，天线结构100还包括一天线接地面170，第四段部122(位置B1至位置B2的区段)连接天线接地面170，而与系统接地面(未示出)导通。天线接地面170例如是一铜箔或一铝箔，但不以此为限制。
同轴传输线180的信号正端连接至馈入端(位置A1)，且同轴传输线180的信号负端通过位置B1、B2接地。在本实施例中，同轴传输线180是使用直径1.13毫米，且线长为400毫米的低损耗线材，但同轴传输线180的种类不以此为限制。
一耦合间距G1形成于第二辐射体120的第二端与第一辐射体110的第三段部113之间，更明确地说，耦合间距G1形成在位置B4与位置A5之间。在本实施例中，耦合间距G1介于0.5毫米至1毫米之间，但不以此为限制。
本实施例的天线结构100的第一辐射体110与第二辐射体120通过耦合间距G1，构成一开回路(Open-Loop)的天线架构，而共振出一第一频段、一第二频段及一第三频段。在本实施例中，第一频段介于1710MHz至2700MHz之间，第二频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第三频段介于5150MHz至5850MHz之间。当然，第一频段、第二频段及第三频段的范围不以上述为限制。
更具体地说，第一频段(1710MHz至2700MHz)是由第一辐射体110在位置A1、A7、A4、A2至A3的路径与第二辐射体120在位置B1、B2、B3至B4的路径，产生第一开回路共振。此外，设计者可通过调整位置A2至位置A3的路径长短，来控制第一频段(1710MHz至2700MHz)的频率点位置。
第二频段(3300MHz至5000MHz)是由第一辐射体110在位置A1、A7、A4、A5至A2的路径与第二辐射体120在位置B1、B2、B3至B4的路径，产生第二开回路共振。此外，设计者可通过调整位置A4至位置A5的路径的长短，来控制第二频段(3300MHz至5000MHz)的频率点位置。
第三频段(5150MHz至5850MHz)是由第一辐射体110在位置A1、A7、A4、A5、A2、A1至A6的路径与第二辐射体120在位置B1、B2、B3至B4的路径，产生第三开回路共振。此外，设计者可通过调整位置A1至位置A6的路径的长短，来调整第三频段(5150MHz至5850MHz)的频率点位置。
另外，天线结构100还包括一第一调频辐射体130及一第二调频辐射体132。第一调频辐射体130与第二调频辐射体132位于空间S且连接于馈入端(位置A1)，且第二调频辐射体132环绕第一调频辐射体131。第一调频辐射体130等间距地设置在邻近第二调频辐射体132处。第一调频辐射体130与第二调频辐射体132的间距G2介于0.3毫米至0.5毫米之间，但不以此为限制。
在本实施例中，位在位置A1、A2、A4至A7所围绕出的空间S内的第一调频辐射体130(位置C1至位置C2)与第二调频辐射体132(位置C1至位置C3)，可用来各别调整第二频段和第三频段的阻抗匹配。
值得一提的是，在本实施例中，天线结构100的长度L1介于36毫米至42毫米之间，例如是39毫米。宽度WW介于8毫米至10毫米之间，例如是9毫米。这样小尺寸的天线结构100可通过上述第一辐射体110及第二辐射体120的设计，可共振出第一频段、第二频段及第三频段，而能够在小尺寸的前提下符合多个频段的要求。
图2是依照本发明的一实施例的一种通信装置的局部示意图。请参阅图2，本实施例的通信装置10以笔记本电脑的上机体为例，但在其他实施例中，也可以是平板电脑或是其他电子装置，不以此为限。通信装置10包括一壳体12、一屏幕20、如图1所示的两个天线结构100、一隔离元件30及两导体。两个天线结构100、隔离元件30及两导体配置于壳体12的边缘与屏幕20之间的缝隙中，也就是边框处的位置。在本实施例中，两个天线结构100可采对称方式配置，且两同轴传输线180(图1)会沿着边框从两个天线结构100往左右两侧延伸至主机板(未示出)上的模块。
两个天线结构100隔开一第一距离L5。在本实施例中，第一距离L5介于60毫米至70毫米之间，例如是65毫米。隔离元件30配置于两个天线结构100之间，隔离元件30例如是铜箔或是铝箔，但不以此为限制。隔离元件30作为一模拟金属墙，用来阻隔两个天线结构100之间互相的影响，提升其彼此间的隔离度。此外，隔离元件30为长度L2介于40毫米至50毫米的导体，例如是45毫米。隔离元件30的宽度W介于8毫米至10毫米，例如是9毫米。
隔离元件30与各天线结构100相隔一第二距离L3。第二距离L3介于8毫米至12毫米之间，例如是10毫米。此外，两个天线结构100的外侧配置有导体40、42，天线结构100与导体40、42之间的距离L4介于5毫米至7毫米之间，例如是6毫米。
由上述尺寸可见，两个天线结构100及隔离元件30不需要占用很大的面积，而可应用于例如是窄边框的装置。当然，上述尺寸关系不以此为限制。
图3是图2的通信装置的两个天线结构的频率-电压驻波比的关系示意图。请参阅图3，两个天线结构100在第一频段(1710MHz至2700MHz)、第二频段(3300MHz至5000MHz)及第三频段(5150MHz至5850MHz)的电压驻波比(VSWR)皆可在3以下，而具有良好的表现。
图4是图2的通信装置的两个天线结构的频率-隔离度的关系示意图。请参阅图4，当两个天线结构100之间的第一距离L1为65毫米，且与隔离元件30之间的第二距离L3为10毫米，而与外侧的导体的距离L4为6毫米时，在第一频段(1710MHz至2700MHz)、第二频段(3300MHz至5000MHz)及第三频段(5150MHz至5850MHz)，两个天线结构100之间的隔离度(Isolation，即S21)可在-15dB以下，而具有良好的表现。
图5是图2的通信装置的两个天线结构的频率-天线效率的关系示意图。请参阅图5，两个天线结构100在第一频段(1710MHz至2700MHz)的天线效率为-3.2dBi至-5.0dBi，在第二频段(3300MHz至5000MHz)的天线效率为-3.0dBi至-5.5dBi，且在第三频段(5150MHz至5850MHz)的天线效率为-3.6dBi至-5.2dBi，而拥有宽频的天线效率表现。
图6是图2的通信装置的两个天线结构的频率-封装相关系数的关系示意图。请参阅图6，两个天线结构100在第一频段(1710MHz至2700MHz)、第二频段(3300MHz至5000MHz)及第三频段(5150MHz至5850MHz)的封装相关系数ECC(Envelope CorrelationCoefficient)可在0.1以下，甚至是0.02以下，而具有良好的表现。
图7是依照本发明的另一实施例的一种通信装置的局部示意图。请参阅图7，本实施例的通信装置包括图1的天线结构100、一天线多工器50(Antenna-Plexer)、一第一芯片60及一第二芯片65。天线多工器50连接于天线结构100，且包括一第一滤波单元51、一第二滤波单元52、一第三滤波单元53、一第四滤波单元54、一第五滤波单元55及一切换单元56。
图8是图7的通信装置的天线多工器的频率-S21的关系示意图。请同时参考图7与图8，在本实施例中，第一滤波单元51为低通滤波单元(LPF)，其可用来使小于2.4GHz的信号通过。第二滤波单元52为带通滤波单元(BPF)，其可用来使2.5GHz至2.7GHz的信号通过。第三滤波单元53为带通滤波单元(BPF)，其可用来使3.3GHz至5GHz的信号通过。第四滤波单元54为带通滤波单元(BPF)，其可用来使2.4GHz至2.5GHz的信号通过。第五滤波单元55为高通滤波单元(HPF)，其可用来使大于5GHz的信号通过。当然，第一滤波单元51、第二滤波单元52、第三滤波单元53、第四滤波单元54及第五滤波单元55的种类与滤波范围不以此为限制。
请回到图7，切换单元56连接于第五滤波单元55。第一芯片60例如是LTE芯片，第一芯片60连接第一滤波单元51、第二滤波单元52、第三滤波单元53及切换单元56。第二芯片65例如是WiFi芯片，第二芯片65连接第四滤波单元54及切换单元56。切换单元56可切换地连接于第一芯片60或第二芯片65，以可选择地将第五滤波单元55的信号传递至第一芯片60或第二芯片65。
在本实施例中，天线结构100搭配天线多工器50，使天线结构100可选择地作为LTE天线或是WiFi天线，可在有限空间下达到两种天线的功能，而达到MIMO多天线的应用。
综上所述，本发明的天线结构通过上述第一辐射体及第二辐射体的设计，可共振出第一频段、第二频段及第三频段，而能够符合多个频段的要求。在一实施例中，可将两个天线结构间隔第一距离，且于两个天线结构之间配置隔离单元，而使两个天线结构具有良好的隔离度。在一实施例中，通信装置的天线结构通过天线多工器的切换单元来可切换地连接于第一芯片或第二芯片，而可利用单一天线来产生多天线的效果，达到共用天线空间及缩减天线用量的目标。

Claims (11)

1.一种天线结构，包括：
一第一辐射体，包括一第一段部、一第二段部及一第三段部，其中该第一段部包括一馈入端，该第二段部邻近于该第一段部且连接于该第一段部的靠近该馈入端的部位，该第三段部连接于该第二段部及该馈入端而环绕出一空间；
一第二辐射体，框设在该第一段部与该第二段部之外，该第二辐射体包括相对的一第一端及一第二端，其中该第一端为一接地端，该第二端与该第三段部之间具有一耦合间距，该第一辐射体与该第二辐射体共振出一第一频段、一第二频段及一第三频段；
一第一调频辐射体，位于该空间且连接于该馈入端；以及
一第二调频辐射体，位于该空间且连接于该馈入端，且该第二调频辐射体环绕该第一调频辐射体。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一调频辐射体与该第二调频辐射体的间距介于0.3毫米至0.5毫米之间。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三段部具有弯折地连接的一第一区、一第二区及一第三区，该第一区连接于该第二段部，该第三区连接于该馈入端，一槽缝形成于该第三区内。
4.如权利要求1所述的天线结构，还包括一天线接地面，其中该第二辐射体包括一第四段部、一第五段部及一第六段部，该第五段部分别连接该第四段部及该第六段部，该第一端位于该第四段部，该第二端位于该第六段部，该第四段部连接该天线接地面。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该耦合间距介于0.5毫米至1毫米之间。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该天线结构的长度介于36毫米至42毫米之间，宽度介于8毫米至10毫米之间。
7.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一频段介于1710MHz至2700MHz之间，该第二频段介于3300MHz至5000MHz之间，且该第三频段介于5150MHz至5850MHz之间。
8.一种通信装置，包括：
一如权利要求1至7任一项所述的天线结构；
一天线多工器，连接于该天线结构，且包括一第一滤波单元、一第二滤波单元、一第三滤波单元、一第四滤波单元、一第五滤波单元及一切换单元，该切换单元连接于该第五滤波单元；
一第一芯片，连接该第一滤波单元、该第二滤波单元、该第三滤波单元及该切换单元；以及
一第二芯片，连接该第四滤波单元及该切换单元，该切换单元可切换地连接于该第一芯片或该第二芯片。
9.一种通信装置，包括：
两个如权利要求1至7任一项所述的天线结构，两个该天线结构隔开一第一距离；以及
一隔离元件，配置于该两个天线结构之间，且与该天线结构相隔一第二距离。
10.如权利要求9所述的通信装置，其中该第一距离介于60毫米至70毫米之间，且该第二距离介于8毫米至12毫米之间。
11.如权利要求9所述的通信装置，其中该隔离元件为长度介于40毫米至50毫米的导体。
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