CN113193335A - 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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CN113193335A CN202010037127.6A CN202010037127A CN113193335A CN 113193335 A CN113193335 A CN 113193335A CN 202010037127 A CN202010037127 A CN 202010037127A CN 113193335 A CN113193335 A CN 113193335A
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Abstract

一种天线结构，包括金属壳体、馈入部及第一接地部，所述金属壳体包括金属边框及金属背板，所述金属边框围绕所述金属背板的边缘设置，所述金属边框上开设有开槽、第一断点、第二断点及第三断点，所述开槽、第一断点、第二断点及第三断点共同自所述金属边框上划分出辐射部及第一耦合部，其中所述第一断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述辐射部，所述第二断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述第一耦合部，所述馈入部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部馈入电信号，所述第一接地部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部提供接地。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，而且随着无线通信技术的不断发展，天线的频宽需求不断增加。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，应用于具有全面屏的无线通信装置，所述天线结构包括金属壳体、馈入部及第一接地部，所述金属壳体包括金属边框及金属背板，所述金属边框围绕所述金属背板的边缘设置，所述金属边框上开设有开槽、第一断点、第二断点及第三断点，所述第一断点、第二断点及第三断点均与所述开槽连通，所述开槽、第一断点、第二断点及第三断点共同自所述金属边框上划分出辐射部及第一耦合部，其中所述第一断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述辐射部，所述第二断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述第一耦合部，所述馈入部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部馈入电信号，所述第一接地部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部提供接地。
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金属壳体，且利用所述金属壳体上的断点自所述金属壳体划分出天线结构，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所示无线通信装置的组装示意图。
图3为图1所示天线结构的电路图。
图4为图3所示天线结构工作时的电流走向示意图。
图5为图3所示天线结构中第一切换电路的电路图。
图6为图4所示天线结构的S参数(散射参数)曲线图。
图7为图4所示天线结构的辐射效率图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002366436410000021
Figure BDA0002366436410000031
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。
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。图1为天线结构100应用至无线通信装置200的示意图。图2为无线通信装置200的组装示意图。
所述天线结构100包括金属壳体11、馈入部12、第一接地部13、第一切换电路14、第二接地部15及第二切换电路17。
所述金属壳体11至少包括金属边框111、金属背板112及金属中框113。所述金属边框111大致呈环状结构，其由金属或其他导电材料制成。所述金属背板112由金属或其他导电材料制成。所述金属背板112设置于所述金属边框111的边缘。所述金属边框111远离所述金属背板112的一侧设置有一开口(图未标)，用于容置所述无线通信装置200的显示单元201。可以理解，所述显示单元201具有一显示平面，该显示平面裸露于该开口。
所述金属中框113大致呈矩形片状，其由金属或其他导电材料制成。在本实施例中，所述金属中框113是位于所述显示单元201与所述金属背板112之间的金属片。所述金属中框113用于支撑所述显示单元201、提供电磁屏蔽、及提高所述无线通信装置200的机构强度。可以理解，所述金属边框111、金属背板112及金属中框113可以构成一体成型的金属框体。
可以理解，在本实施例中，所述显示单元201具有高屏占比。即所述显示单元201的显示平面的面积大于70％的无线通信装置的正面面积，甚至可以做到正面全屏幕。具体的，在本实施例中，所述全屏幕是指除了所述天线结构100上开设的必要的槽孔以外，所述显示单元201的左侧、右侧、下侧均可无缝隙地连接至所述金属边框111。
在本实施例中，所述金属边框111至少包括末端部115、第一侧部116以及第二侧部117。所述末端部115为所述无线通信装置200的底端，即所述天线结构100构成所述无线通信装置200的下天线。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。
所述金属壳体11上还开设有开槽118及至少一断点。其中，所述开槽118开设于所述金属边框111上。所述开槽118大致呈U形，其开设于末端部115上，且分别朝所述第一侧部116及第二侧部117所在方向延伸。可以理解，在本实施例中，所述开槽118开设于所述金属边框111上靠近所述金属背板112的位置，且朝所述显示单元201所在方向延伸。在本实施例中，所述开槽118的宽度大致为所述金属边框111宽度的一半。即所述开槽118设置于所述金属边框111靠近所述金属背板112的一侧，且朝远离所述金属背板112的方向延伸至所述金属边框111的中部位置。
在本实施例中，所述金属壳体11上开设有三个断点，即第一断点120、第二断点121及第三断点122。所述第一断点120、所述第二断点121及第三断点122均开设于所述金属边框111上。具体的，所述第一断点120开设于所述末端部115上，且靠近所述第二侧部117设置。所述第二断点121与所述第一断点120间隔设置。所述第二断点121设置于所述第一侧部116上，且靠近所述末端部115设置。所述第三断点122设置于所述第一断点120与第二断点121之间。具体地，所述第三断点122设置于所述第一侧部116上，且邻近所述第二断点121设置。所述第一断点120、所述第二断点121及所述第三断点122均贯通且隔断所述金属边框111，并连通所述开槽118。
所述开槽118与所述至少一断点共同自所述金属壳体11上划分出一辐射部及两个耦合部。在本实施例中，所述开槽118、所述第一断点120、所述第二断点121以及所述第三断点122共同自所述金属壳体11上划分出辐射部F1、第一耦合部F2及第二耦合部F3。其中，在本实施例中，所述第一断点120与所述第三断点122之间的所述金属边框111形成所述辐射部F1。所述第二断点121与所述第三断点122之间的所述金属边框111形成所述第一耦合部F2。所述第一断点120与所述开槽118位于所述第二侧部117的端点之间的所述金属边框111形成所述第二耦合部F3。
可以理解，在本实施例中，所述金属中框113靠近所述末端部115的一侧开设有一缺口123。所述缺口123大致呈U型，即所述缺口123开设于所述金属中框113对应所述末端部115的部分，并分别沿所述金属中框113中与所述第一侧部116及第二侧部117平行的部分延伸，进而大致与所述开槽118平行，且与所述开槽118、第一断点120、第二断点121及第三断点122连通。
可以理解，在本实施例中，所述辐射部F1及所述第一耦合部F2均与所述金属中框113间隔且绝缘设置。所述第二耦合部F3靠近所述开槽118位于所述第二侧部117的端点的一侧连接至所述金属中框113及所述金属背板112，即接地。也就是说，在本实施例中，所述开槽118及所述缺口123用以分隔金属边框辐射体(即所述辐射部F1、第一耦合部F2及第二耦合部F3)及所述金属背板112。
可以理解，所述第一断点120、所述第二断点121及第三断点122的宽度相同。在本实施例中，所述第一断点120、所述第二断点121及第三断点122的宽度均为1-2mm。
可以理解，在本实施例中，所述开槽118、第一断点120、所述第二断点121、所述第三断点122及所述缺口123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)。
请一并参阅图3，所述无线通信装置200还包括电路板21及至少一电子元件。所述电路板21设置于所述金属边框111、金属背板112及金属中框113围成的空间内。所述电路板21的一端与所述金属边框111间隔设置，进而于两者之间形成相应的净空区210。在本实施例中，所述净空区210的尺寸大致为1-3mm。可以理解，所述电路板21上还设置有馈入点211、第一接地点212及第二接地点213。所述馈入点211、第一接地点212及第二接地点213彼此间隔设置。其中，所述馈入点211用以为所述天线结构100提供馈入信号。所述第一接地点212及第二接地点213用以为所述天线结构100提供接地。
在本实施例中，所述无线通信装置200至少包括两个电子元件，即第一电子元件22及第二电子元件23。所述第一电子元件22及第二电子元件23均设置于所述电路板21靠近所述末端部115的同一侧。在本实施例中，所述第一电子元件22为一通用串行总线(UniversalSerial Bus，USB)接口模块。所述第一电子元件22设置于所述电路板21靠近所述末端部115一侧的中部位置，且与所述辐射部F1间隔绝缘设置。所述第二电子元件23为一扬声器。所述第二电子元件23设置于所述第一电子元件22与所述第一侧部116之间。在本实施例中，所述第二电子元件23亦与所述辐射部F1间隔绝缘设置，且所述第二电子元件23至所述辐射部F1的距离大于所述第一电子元件22至所述辐射部F1的距离。
可以理解，在其他实施例中，所述第一电子元件22和所述第二电子元件23的位置可根据具体需求进行调整。
可以理解，在本实施例中，所述金属边框111上还开设有端口25。所述端口25开设于所述末端部115的中部位置，且贯通所述末端部115。所述端口25与所述第一电子元件22相对应，以使得所述第一电子元件22从所述端口25部分露出。如此用户可将一USB设备通过所述端口25插入，进而与所述第一电子元件22建立电性连接。
可以理解，在本实施例中，所述馈入部12设置于所述金属壳体11内。所述馈入部12的一端可通过弹片、微带线、条状线、同轴电缆等方式电连接至所述辐射部F1靠近所述第一断点120的一侧，另一端通过一匹配电路16电连接至所述馈入点211，用以馈入电流信号至所述辐射部F1。
在本实施例中，所述馈入部12可以由铁件、金属铜箔、激光直接成型技术(LaserDirect structuring，LDS)制程中的导体等材质制成。
可以理解，在本实施例中，所述匹配电路16可以为L型匹配电路、T型匹配电路、π型匹配电路或其他电容、电感以及电容与电感的组合，用以调节所述辐射部F1的阻抗匹配。
可以理解，在本实施例中，所述馈入部12还用以将所述辐射部F1进一步划分为两部分，即第一辐射段F11及第二辐射段F12。其中，所述馈入部12与所述第三断点122之间的所述金属边框111形成所述第一辐射段F11。所述馈入部12与所述第一断点120之间的所述金属边框111形成所述第二辐射段F12。
在本实施例中，所述馈入部12的位置并非对应到所述辐射部F1的中间，因此所述第一辐射段F11的长度大于所述第二辐射段F12的长度。
在本实施方式中，所述第一接地部13设置于所述金属壳体11内，且位于所述第一电子元件22与所述第二电子元件23之间。所述第一接地部13的一端电连接至所述辐射部F1，另一端通过所述第一切换电路14电连接所述第一接地点212，进而为所述辐射部F1提供接地。
所述第二接地部15设置于所述金属壳体11内，且位于所述第一断点120与所述第二侧部117之间。所述第二接地部15的一端电连接至所述第二耦合部F3，另一端通过所述第二切换电路17电连接所述第二接地点213，进而为所述第二耦合部F3提供接地。
请一并参阅图4，为所述天线结构100的电流路径图。当所述馈入部12馈入电流后，所述电流流经所述辐射部F1的第一辐射段F11，并流向所述第三断点122，再通过所述第三断点122耦合至所述第一耦合部F2(参路径P1)，进而激发一第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号。
当所述馈入部12馈入电流后，所述电流还将流经所述辐射部F1的第二辐射段F12，并通过所述第一断点120耦合至所述第二耦合部F3，最后再通过所述第二切换电路17流入所述第二接地点213，即接地(参路径P2)，进而激发一第二工作模态以产生第二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(Long Term EvolutionAdvanced，LTE-A)低频及中频模态，所述第二工作模态为LTE-A高频模态。所述第一辐射频段的频率为700-960MHz及1710-2170MHz。所述第二辐射频段的频率为2300-2690MHz。其中，所述第一辐射频段中的低频部分主要由所述第一耦合部F2激发。所述第一辐射频段中的中频部分主要由所述辐射部F1激发。
请一并参阅图5，在本实施例中，所述第一切换电路14包括第一切换单元141及至少一第一切换元件143。所述第一切换单元141可以为单刀单掷开关、单刀双掷开关、单刀三掷开关、单刀四掷开关、单刀六掷开关、单刀八掷开关等。所述第一切换单元141电连接至所述第一辐射段F11。所述第一切换元件143可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述第一切换元件143之间相互并联，且其一端电连接至所述第一切换单元141，另一端则电连接至所述第一接地点212，即接地。如此，通过控制所述第一切换单元141的切换，可使得所述第一辐射段F11切换至不同的第一切换元件143，以调整所述第一辐射频段中的低频频段。
可以理解，在本实施例中，所述第二切换电路17的电路结构及工作原理与第一切换电路14类似，其区别仅在于所述第二切换电路17用以调整所述第二辐射频段的频率，在此不再赘述。
图6为所述天线结构100的S参数(散射参数)曲线图。
图7为所述天线结构100的辐射效率曲线图。其中，曲线S71为所述天线结构100的辐射效率。曲线S72为所述天线结构100的总辐射效率。
显然，本发明的天线结构100通过在所述金属边框111上设置至少一断点(例如第一断点120、第二断点121及第三断点122)，以自所述金属边框111上划分出相应的辐射部及两耦合部。所述天线结构100还通过设置所述第一切换电路14及第二切换电路17。如此可通过不同的切换方式涵盖至LTE-A低频频段、LTE-A中频频段及LTE-A高频频段，频率范围较广，并使得所述天线结构100的辐射相较于一般的金属背盖天线更具宽频效果。再者，本发明的天线结构100具有正面全屏幕，且在全金属的金属背板112、金属边框111以及周围有大量金属的不利环境中，所述天线结构100仍具有良好的表现。可以理解，在其他实施例中，所述第一断点120、第二断点121及第三断点122的位置亦可根据具体情况进行调整。例如，所述第一断点120可开设于所述末端部115靠近所述第一侧部116的位置。所述第二断点121及第三断点122间隔设置于所述第二侧部117上。对应地，所述金属壳体11内的元件，例如馈入部12、第一接地部13、第二接地部15、第一切换电路14、第二切换电路17等，其位置根据上述断点的位置对应进行调整。
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，应用于具有全面屏的无线通信装置，其特征在于，所述天线结构包括金属壳体、馈入部及第一接地部，所述金属壳体包括金属边框及金属背板，所述金属边框围绕所述金属背板的边缘设置，所述金属边框上开设有开槽、第一断点、第二断点及第三断点，所述第一断点、第二断点及第三断点均与所述开槽连通，所述开槽、第一断点、第二断点及第三断点共同自所述金属边框上划分出辐射部及第一耦合部，其中所述第一断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述辐射部，所述第二断点与所述第三断点之间的所述金属边框形成所述第一耦合部，所述馈入部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部馈入电信号，所述第一接地部电连接至所述辐射部，以为所述辐射部提供接地。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述金属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，所述开槽开设于所述末端部，且分别朝所述第一侧部及第二侧部所在方向延伸，所述第一断点开设于所述末端部且靠近所述第二侧部设置，所述第二断点开设于所述第一侧部且靠近所述末端部，所述第三断点开设于所述第一断点与所述第二断点之间，所述第一断点与所述开槽位于所述第二侧部的端点之间的所述金属边框形成第二耦合部。
3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括第二接地部，所述第二接地部的一端电连接至所述第二耦合部，另一端接地。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：当所述馈入部馈入电流时，所述电流流经所述辐射部，并流向所述第三断点，再通过所述第三断点将电流耦合至所述第一耦合部，进而激发一第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号；当所述馈入部馈入电流时，所述电流流经所述辐射部，并通过所述第一断点将电流耦合至所述第二耦合部，再通过所述第二接地部接地，进而激发一第二工作模态以产生第二辐射频段的辐射信号；所述第一辐射频段的频率低于所述第二辐射频段的频率。
5.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：所述第一工作模态为LTE-A低频及LTE-A中频模态，所述第二工作模态为LTE-A高频模态，所述第一辐射频段中的低频部分由所述辐射部激发，所述第一辐射频段中的中频部分由所述第一耦合部激发。
6.如权利要求5所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括第一切换电路及第二切换电路，所述第一切换电路的一端电连接至所述第一接地部，另一端接地，用以调节所述第一辐射频段的频率，所述第二切换电路的一端电连接至所述第二接地部，另一端接地，用以调节所述第二辐射频段的频率。
7.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述开槽开设于所述金属边框上靠近所述金属背板的位置，且朝所述全面屏所在方向延伸，所述开槽的宽度为所述金属边框宽度的一半。
8.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：所述天线结构还包括金属中框，所述金属中框设置于所述金属壳体内，所述金属中框邻近所述末端部的位置开设有缺口，所述缺口与所述开槽相互连通。
9.如权利要求8所述的天线结构，其特征在于：所述无线通信装置还包括电路板，所述电路板设置于所述金属边框、金属背板及金属中框围成的空间内，所述电路板的一端与所述金属边框间隔设置，进而于两者之间形成相应的净空区，所述净空区的尺寸为1-3mm。
10.一种无线通信装置，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项所述的天线结构。
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