TW201616720A - 天線結構及具有該天線結構的電子裝置 - Google Patents

天線結構及具有該天線結構的電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種天線結構，包括第一輻射體、第二輻射體、匹配電路和分離濾波器，該分離濾波器包括第一端口、第二端口和第三端口，該第一輻射體與一饋入端連接，該饋入端與該第一端口電性連接，該第二端口通過該匹配電路與一射頻收發器電性連接，該第三端口直接電性連接至所述射頻收發器，該第二輻射體與該第一輻射體耦合，該分離濾波器將該饋入端的訊號分離為低頻訊號和高頻訊號，該低頻訊號由該第二端口經該匹配電路處理後接入該射頻收發器，該高頻訊號由該第三端口直接接入該射頻收發器。另，本發明還提供一種應用該天線結構的電子裝置。

Description

天線結構及具有該天線結構的電子裝置
本發明涉及一種天線結構，尤其涉及一種整合金屬機殼的天線結構及具有該天線結構的電子裝置。
隨著無線通訊產品設計朝向輕薄趨勢發展，消費者對於產品外觀的要求也愈來愈嚴苛。因為金屬機殼在外觀、結構強度、散熱效果等方面具有優勢，使得具有金屬機殼無線通訊產品倍受消費者青睞。天線是無線通訊產品中最重要的元件之一，然而，金屬機殼易對於天線造成遮罩效應，尤其是對於現今LTE/GSM/WCDMA(704MHz~960MHz)寬頻帶需求，更不容易達到滿意的頻帶頻寬設計。如何在多樣化的金屬外觀結構下滿足現今天線設計的寬頻帶需求，是目前天線設計面臨的一項重要課題。
鑒於以上情況，本發明提供一種整合金屬機殼的天線結構。
另，還有必要提供一種具有該天線結構的電子裝置。
一種天線結構，應用於一具有金屬殼體的電子裝置中，該天線結構包括第一輻射體、第二輻射體、匹配電路和分離濾波器，該分離濾波器包括第一端口、第二端口和第三端口，該第一輻射體與一饋入端連接，該饋入端與該第一端口電性連接，該第二端口通過該匹配電路與一射頻收發器電性連接，該第三端口直接電性連接至所述射頻收發器，該第二輻射體由該金屬殼體分割形成，並與該金屬殼體之間形成一第一溝槽，該第二輻射體與該第一輻射體耦合，該分離濾波器將該饋入端的訊號分離為低頻訊號和高頻訊號，該低頻訊號由該第二端口經該匹配電路處理後接入該射頻收發器，該高頻訊號由該第三端口直接接入該射頻收發器。
一種電子裝置，包括金屬殼體、射頻收發器及天線結構，該天線結構包括第一輻射體、第二輻射體、匹配電路和分離濾波器，該金屬殼體上開設一第一溝槽，該第一溝槽將所述金屬殼體分割為第一殼體與所述第二輻射體，該第一輻射體與該第二輻射體耦合，並與該第二輻射體之間形成一第二溝槽，該分離濾波器包括第一端口、第二端口和第三端口，該第一輻射體與該第一端口電性連接，該第二端口通過該匹配電路與該射頻收發器電性連接，該第三端口直接電性連接至所述射頻收發器，該第一輻射體和該第二輻射體接收到的訊號經該分離濾波器分離為高頻訊號和低頻訊號，該低頻訊號由該匹配電路處理後接入該射頻收發器，該高頻訊號直接接入該射頻收發器。
所述天線結構直接使用該電子裝置的殼體的一部分作為天線輻射體，通過改變所述匹配電路和切換電路的負載連接關係實現頻率可調，在達成所需頻寬同時，保持了該電子裝置良好的外觀設計。
100‧‧‧天線結構
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧殼體
S1‧‧‧第一溝槽
211‧‧‧第一殼體
220‧‧‧基板
221‧‧‧射頻收發器
230‧‧‧顯示幕
10‧‧‧淨空區
11‧‧‧系統接地端
30‧‧‧第一輻射體
31‧‧‧第一輻射片
33‧‧‧第二輻射片
35‧‧‧第三輻射片
351‧‧‧第一連接段
352‧‧‧第二連接段
37‧‧‧饋入端
50‧‧‧第二輻射體
51‧‧‧接地端
S2‧‧‧第二溝槽
70‧‧‧匹配電路
71‧‧‧第一切換器
L1‧‧‧第一負載
72‧‧‧第二切換器
C1‧‧‧第二負載
C2‧‧‧第三負載
L2‧‧‧第四負載
73‧‧‧第三切換器
L3‧‧‧第五負載
L4‧‧‧第六負載
80‧‧‧切換電路
81‧‧‧第四切換器
L5‧‧‧第七負載
L6‧‧‧第八負載
90‧‧‧分離濾波器
91‧‧‧第一端口
93‧‧‧第二端口
95‧‧‧第三端口
圖1為本發明電子裝置及其天線結構的立體圖。
圖2為圖1所示天線結構的平面圖。
圖3為圖1所示天線結構的匹配電路及切換電路原理圖。
圖4為圖1所示天線結構低頻段的第一散射參數曲線圖。
圖5為圖1所示天線結構高頻段的第二散射參數曲線圖。
圖6為圖1所示天線結構低頻段的第一輻射效率曲線圖。
圖7為圖1所示天線結構高頻段的第二輻射效率曲線圖。
請參閱圖1，本發明提供一種天線結構100，其應用於行動電話、個人數位助理等電子裝置200中，用以發送和接收無線通訊訊號。
該電子裝置200包括殼體210、基板220及顯示幕230。在本實施例中，該殼體210為金屬材質，該基板220為該電子裝置200的系統電路板，該基板220一側設置一天線淨空區10，該淨空區10通過一系統接地端11與該基板220電性連接。該淨空區10是指該基板220上無導體存在的區域，用以防止外在環境中電子元件如電池、振動器、喇叭、電荷耦 合器件等對所述天線結構100產生干擾，造成其工作頻率偏移或輻射效率變低。該顯示幕230平行於該基板220的一個表面設置，並與該殼體210兩側邊貼合。
請一併參閱圖2和圖3，該天線結構100包括第一輻射體30、第二輻射體50、匹配電路70、切換電路80和分離濾波器90。該第一輻射體30垂直設置於該淨空區10一側，並通過一饋入端37與該分離濾波器90連接。該分離濾波器90包括第一端口91、第二端口93和第三端口95，該第一端口91與該饋入端37電性連接，該第二端口93通過該匹配電路70與該電子裝置200的一射頻收發器221電性連接，該第三端口95直接電性連接至該射頻收發器221。該分離濾波器90將該饋入端37的訊號分離為高頻訊號和低頻訊號兩部分，所述高頻訊號直接接入該射頻收發器221，而所述低頻訊號則經該匹配電路70處理後再接入該射頻收發器221，從而實現高頻與低頻訊號的分開處理，以使該天線結構100獲得對應的低頻共振頻率和高頻共振頻率。在本實施例中，該殼體210被一第一溝槽S1分割為一第一殼體211及該第二輻射體50。該第二輻射體50靠近該第一殼體211一側的大致中間位置延伸出一接地端51，該接地端51與該切換電路80電性連接。
該第一輻射體30包括第一輻射片31、第二輻射片33和第三輻射片35。該第一輻射片31為一矩形片體，其設置於該淨空區10相對於該基板220的一側，且其上邊緣大致與該淨空區10平齊。該第二輻射片33為一條狀片體，其從該第一輻射片31一側延伸形成，並與該第一輻射片31共面。該第二輻射片33的下邊緣與該第一輻射片31的下邊緣平齊。該第三輻射片35為一倒L形結構，包括相連接的第一連接段351和第二連接段352。該第一連接段351為一條狀片體，其一端與該第一輻射片31靠近該第二輻射片33的一端連接，且二者側邊緣相互平齊，另一端朝向該第二輻射體50延伸，並與該第二連接段352連接。該第二連接段352為一條狀片體，其平行於該第二輻射體50設置從而在該第二連接段352與該第二輻射體50之間形成一第二溝槽S2，以使該第一輻射體30上的電流訊號經該第二溝槽S2耦合至該第二輻射體50。該饋入端37大致垂直地連接至該第一 輻射片31與該第一連接段351的連接處。
該匹配電路70包括第一切換器71、第二切換器72、第三切換器73、第一負載L1、第二負載C1、第三負載C2、第四負載L2、第五負載L3及第六負載L4。該第一切換器71一端與該電子裝置200的射頻收發器221連接，另一端可選擇為開路或與所述第一負載L1一端連接，所述第一負載L1另一端接地。在本實施例中，該第一負載L1為一電感量為16nH的電感。該第二切換器72一端與該電子裝置200的射頻收發器221連接，另一端可選擇地與所述第二負載C1或第三負載C2連接，所述第二負載C1和第三負載C2另一端均與該第四負載L2一端連接，該第四負載L2另一端與該分離濾波器90的第二端口93連接。在本實施例中，該第二負載C1為一容值為2pF的電容，該第三負載C2為一容值為2.5pF的電容，該第四負載L2為一電感量為1.5nH的電感。該第三切換器73一端與該分離濾波器90的第二端口93連接，另一端可選擇開路或與所述第五負載L3或第六負載L4的一端連接，所述第五負載L3及第六負載L4另一端接地。在本實施例中，該第五負載L3為一電感量為26nH的電感，該第六負載L4為一電感量為68nH的電感。
該切換電路80包括第四切換器81、第七負載L5及第八負載L6。該第四切換器81一端與該接地端51連接，另一端可選擇地與所述第七負載L5或第八負載L6連接，所述第七負載L5和第八負載L6另一端接地。在本實施例中，該第七負載L5為一電感量為7nH的電感，該第八負載L6為一電感量為1nH的電感。
在本實施例中，通過改變所述多個切換器與對應負載之間的連接關係，可以對天線工作頻段進行調節。
請一併參閱圖3、圖4和圖6，該天線結構100接收到的訊號由該饋入端37流經該分離濾波器90分離，低頻訊號經過該匹配電路70處理後接入該電子裝置200的射頻收發器221。當該第一切換器71開路，該第二切換器72與該第二負載C1連接，該第三切換器73與該第五負載L3連接，該第四切換器81與該第七負載L5連接時，該天線結構100工作於GSM850/900頻段。該天線結構100在GSM850/900頻段下的散射參數如圖 4曲線1所示，輻射效率如圖6曲線4所示。
當該第一切換器71開路，該第二切換器72與該第二負載C1連接，該第三切換器73與該第六負載L4連接，該第四切換器81與該第七負載L5連接時，該天線結構100工作於LTE band20頻段。該天線結構100在LTE band20頻段下的散射參數如圖4曲線2所示，輻射效率如圖6曲線5所示。
當該第一切換器71與該第一負載L1連接，該第二切換器72與該第三負載C2連接，該第三切換器73開路，該第四切換器81與該第七負載L5連接時，該天線結構100工作於LTE band17頻段。該天線結構100在LTE band17頻段下的散射參數如圖4曲線3所示，輻射效率如圖6曲線6所示。
請一併參閱圖3、圖5和圖7，該天線結構100接收到的訊號經該分離濾波器90分離後，高頻訊號不經過該匹配電路70而直接接入該電子裝置200的射頻收發器221，同時將該第四切換器81切換至與該第八負載L6連接時，該天線結構100工作於GSM1800/1900、UMTS2100及LTE band7頻段。該天線結構100在GSM1800/1900、UMTS2100及LTE band7頻段下的散射參數曲線如圖5所示，輻射效率曲線如圖7所示。
相較於傳統單極天線或倒F型天線，本發明所述天線結構100直接使用該電子裝置200的殼體210的一部分作為天線輻射體，並通過該分離濾波器90將高、低頻訊號分開處理，通過改變所述匹配電路70和切換電路80的負載連接關係實現頻率可調，在達成GSM/WCDMA/LTE系統所需的天線頻寬同時，保持了該電子裝置200良好的外觀設計。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，並非是對本發明作任何形式上的限定。另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其它變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
100‧‧‧天線結構
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧殼體
S1‧‧‧第一溝槽
211‧‧‧第一殼體
220‧‧‧基板
221‧‧‧射頻收發器
230‧‧‧顯示幕
10‧‧‧淨空區
11‧‧‧系統接地端
30‧‧‧第一輻射體
31‧‧‧第一輻射片
33‧‧‧第二輻射片
35‧‧‧第三輻射片
351‧‧‧第一連接段
352‧‧‧第二連接段
37‧‧‧饋入端
50‧‧‧第二輻射體
51‧‧‧接地端
S2‧‧‧第二溝槽

Claims (10)

  1. 一種天線結構，應用於一具有金屬殼體的電子裝置中，以發送和接收無線通訊訊號，其改良在於：該天線結構包括第一輻射體、第二輻射體、匹配電路和分離濾波器，該分離濾波器包括第一端口、第二端口和第三端口，該第一輻射體與一饋入端連接，該饋入端與該第一端口電性連接，該第二端口通過該匹配電路與一射頻收發器電性連接，該第三端口直接電性連接至所述射頻收發器，該第二輻射體由該金屬殼體分割形成，並與該金屬殼體之間形成一第一溝槽，該第二輻射體與該第一輻射體耦合，該分離濾波器將該饋入端的訊號分離為低頻訊號和高頻訊號，該低頻訊號由該第二端口經該匹配電路處理後接入該射頻收發器，該高頻訊號由該第三端口直接接入該射頻收發器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述第一輻射體包括第一輻射片、第二輻射片和第三輻射片，該第一輻射片垂直於一淨空區設置，該第二輻射片從該第一輻射片一側延伸，該三輻射片包括相連接的第一連接段和第二連接段，該第一連接段與該第一輻射片連接，該第二連接段與該第二輻射體之間形成一第二溝槽。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述匹配電路包括第一切換器和第一負載，該第一切換器一端與該射頻收發器連接，另一端可選擇為開路或與所述第一負載一端連接，所述第一負載另一端接地。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述匹配電路還包括第二切換器、第二負載、第三負載及第四負載，該第二切換器一端與該射頻收發器連接，另一端可選擇地與所述第二負載或第三負載連接，所述第二負載和第三負載另一端均與該第四負載一端連接，該第四負載另一端與該分離濾波器的第二端口連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述匹配電路還包括第三切換器、第五負載及第六負載，該第三切換器一端與該第二端口連接，可選擇開路或與所述第五負載或第六負載的一端連接，所述第五負載及第六負載另一端接地。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述天線結構還包括接地端及切換電路，該接地端連接於該第二輻射體和該切換電路之間，該切換 電路包括第四切換器、第七負載及第八負載，該第四切換器一端與該接地端連接，另一端可選擇地與所述第七負載或第八負載連接，所述第七負載和第八負載另一端接地。
  7. 一種電子裝置，包括金屬殼體、基板及射頻收發器，該基板一側設置一淨空區，其改良在於：該電子裝置還包括天線結構，該天線結構包括第一輻射體、第二輻射體、匹配電路和分離濾波器，該金屬殼體上開設一第一溝槽，該第一溝槽將所述金屬殼體分割為第一殼體與所述第二輻射體，該第一輻射體與該第二輻射體耦合，並與該第二輻射體之間形成一第二溝槽，該分離濾波器包括第一端口、第二端口和第三端口，該第一輻射體與該第一端口電性連接，該第二端口通過該匹配電路與該射頻收發器電性連接，該第三端口直接電性連接至所述射頻收發器，該第一輻射體和該第二輻射體接收到的訊號經該分離濾波器分離為高頻訊號和低頻訊號，該低頻訊號由該匹配電路處理後接入該射頻收發器，該高頻訊號直接接入該射頻收發器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中所述第一輻射體包括第一輻射片、第二輻射片和第三輻射片，該第一輻射片垂直於該淨空區設置，該第二輻射片從該第一輻射片一側延伸，該三輻射片包括相連接的第一連接段和第二連接段，該第一連接段與該第一輻射片連接，該第二溝槽形成於該第二連接段與該第二輻射體之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中所述天線結構還包括饋入端，該饋入端一端垂直連接至該第一輻射片與該第一連接段的連接處，另一端和該分離濾波器電性連接。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中所述天線結構還包括接地端和切換電路，該接地端電性連接於該第二輻射體和該切換電路之間，並通過該切換電路接地。
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