TW202017247A - 天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種天線結構，應用於無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括至少一電子元件，所述天線結構至少包括金屬框，所述金屬框上鋪設有至少一基板，所述至少一基板上開設有一天線，所述天線包括饋入部和縫隙，所述饋入部跨越所述縫隙，所述金屬框與所述電子元件之間具有一間距，以形成所述天線結構的淨空區。本發明還提供一種具有該天線結構的無線通訊裝置。

Description

天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置
本發明涉及一種天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置。
隨著無線通訊技術的進步，消費者對於無線通訊產品的頻寬要求也越來越高。目前的產品主要將產品上下兩端的金屬邊框作為天線，通過在金屬框上設置多個中斷點將金屬邊框分為幾段，分別用於實現不同功能的天線，例如，4G、全球定位系統(Global Positioning System，GPS)、以及無線局域網(Wireless Local Area Network，WLAN)。
5G通信可以增加新的通信頻段，但是原有的天線空間已經很擁擠，如果在原有天線空間中增加5G天線，可能會影響原有天線的性能，降低天線設計的靈活性。
有鑑於此，有必要提供一種天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置。
本發明一實施方式提供一種天線結構，應用於無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括至少一電子元件，所述天線結構至少包括金屬框，所述金屬框上鋪設有至少一基板，所述至少一基板上開設有一天線，所述天線包括饋入部和縫隙，所述饋入部跨越所述縫隙，所述金屬框與所述電子元件之間具有一間距，以形成所述天線結構的淨空區。
本發明一實施方式提供一種無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括所述天線結構。
上述天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置可在保持原有天線性能的情況下，增加5G sub-6GHz天線或Wi-Fi天線，增加傳輸頻寬。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。
下面結合附圖，對本發明的一些實施方式作詳細說明。在不衝突的情況下，下述的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
請參閱圖1和圖2，本發明較佳實施例的天線結構100用於無線通訊裝置200中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。所述無線通訊裝置200可以是行動電話、個人數位助理或平板電腦等無線通訊裝置。
所述無線通訊裝置200至少包括殼體11。所述殼體11可以為所述無線通訊裝置200的外殼。所述殼體11至少包括背蓋12及金屬框13。在本實施例中，所述背蓋12由非金屬材料，例如塑膠、玻璃或陶瓷製成。所述金屬框13由金屬材料製成，所述金屬框13可以為所述無線通訊裝置200的外邊框。所述背蓋12及所述金屬框13構成所述無線通訊裝置200的外殼。所述無線通訊裝置200還包括顯示幕10。在本實施例中，所述顯示幕10可以為觸摸式顯示幕，可以用於提供一個交互介面，以實現使用者與所述無線通訊裝置200的交互。所述顯示幕10與所述背蓋12大致平行設置。
請一併參閱圖3和圖4，所述金屬框13大致呈環狀結構。在本實施例中，所述金屬框13及所述背蓋12圍成一容置空間14。所述容置空間14用以容置所述無線通訊裝置200的電池101、主機板102等電子元件15和處理單元等電路模組於其內。
在本實施例中，所述電池101與所述金屬框13的側壁之間具有一間距，用以作為所述天線結構100的淨空區103。所述主機板102可以是PCB（Printed Circuit Board，印製電路板）。
在本實施方式中，所述金屬框13至少包括依次連接的第一側部131、第二側部132、第三側部133及第四側部134。在本實施例中，所述第一側部131與所述第三側部133相對設置。所述第二側部132與所述第四側部134相對設置。所述第二側部132連接所述第一側部131及所述第三側部133，優選垂直連接。所述第四側部134亦連接所述第一側部131及所述第三側部133，優選垂直連接。在本實施方式中，定義所述第二側部132為所述無線通訊裝置200的頂端。定義所述第四側部134為所述無線通訊裝置200的底端。
在本實施例中，所述金屬框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相對設置。即所述第一側部131、所述第二側部132、所述第三側部133和所述第四側部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連接於所述第一面141和所述第二面142之間。具體地，所述第一面141垂直連接於所述第三面143，所述第二面142也垂直連接於所述第三面143，所述第一面141與所述第二面142平行間隔設置。可以理解，在其他實施方式中，所述第三面143與所述第一面141和所述第二面142之間也可以是非垂直連接。
在本實施方式中，所述第一面141朝向所述背蓋12。所述第二面142朝向所述顯示幕10。所述第三面143朝向所述金屬框13的內部，即朝向所述電池101。
在本實施方式中，所述金屬框13上鋪設有至少一基板20。所述基板20可以是柔性電路板（Flexible Printed Circuit，FPC）。在本實施例中，所述基板20可以完全由金屬材料製成或部分由金屬材料製成。所述基板20鋪設在所述電子元件15與所述金屬框13上。在本實施方式中，所述基板20鋪設在所述電池101與所述金屬框13上。所述基板20的一側鋪設在所述電池101上，所述基板20的另一側鋪設在所述金屬框13上，也就是說，所述基板20鋪設在所述淨空區103的上方。
請一併參閱圖5和圖6，在本實施方式中，所述金屬框13上可以開設有至少一開槽130。所述開槽130為長條狀。所述開槽130的數量與所述基板20的數量相同，且所述開槽130開設於所述基板20的下方。所述開槽130用於擴大所述淨空區103。所述電池101與所述金屬框13的第三面143之間的空間作為所述天線結構100的淨空區103。所述開槽130是所述淨空區103的一部分。所述淨空區103之中沒有任何導體或電子元件。可以理解，當所述第三面143與所述電池101的間距足夠大時，所述金屬框13上可以不用開設所述開槽130。
可以理解，在本實施方式中，所述至少一開槽130可以通過數控機床(Computer Numerical Control，CNC)加工方式形成於所述金屬框13上。可以理解，在其他實施方式中，還可以採用鐳射切割技術等其他加工方式對所述金屬框13進行切割，使得所述金屬框13上形成所述至少一開槽130。
在本實施方式中，所述基板20包括第一表面21及與所述第一表面21相對設置的第二表面22。所述第一表面21和所述第一面141位於同一平面。所述第一表面21朝向所述背蓋12。所述第二表面22背向所述第一面141並朝向所述第二面142和所述顯示幕10。
在其他實施方式中，所述基板20可以設置在所述金屬框13的其他位置。例如所述第一表面21和所述第二面142位於同一平面。所述第一表面21朝向所述顯示幕10。所述第二表面22背向所述第二面142並朝向所述第一面141和所述背蓋12。
所述至少一基板20上對應開設有一天線30。在本實施方式中，所述金屬框13上鋪設有兩個所述基板20。一個所述基板20鋪設在所述第一側部131和所述電池101上，另一個所述基板20鋪設在所述第三側部133和與所述電池101上。相應的，所述兩個基板20上分別對應開設有第一天線A1和第二天線A2。所述第一天線A1和所述第二天線A2的結構相同。所述第一天線A1和所述第二天線A2相對設置。所述第一天線A1和所述第二天線A2可以組成多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）天線，例如提供2x2的多輸入多輸出。
可以理解，在其他實施方式中，所述兩個基板20不局限於上述配置，其還可以鋪設在第一側部131、第二側部132、第三側部133及第四側部134其中一個側部或多個側部上。也就是說，第一側部131、第二側部132、第三側部133及第四側部134其中每一個側部上均可以不設置天線30，也可以設置一個或多個天線30。
可以理解，所述金屬框13上鋪設基板20的數量不局限於兩個，可以是一個或任意多個。相應的，所述天線30的數量也不局限為兩個，還可以是一個或任意多個。
在本實施方式中，以其中一個天線30，例如所述第一天線A1為例對所述天線30的結構進行說明。
每一所述天線30包括縫隙31和饋入部32。所述縫隙31和所述饋入部32均為長條形結構。所述縫隙31開設於所述基板20上。所述縫隙31貫穿所述第一表面21和所述第二表面22。所述饋入部32設置於所述第一表面21上且跨越所述縫隙31。可以理解，所述縫隙31的長度L1小於所述基板20的長度L。所述縫隙31的寬度D1小於所述基板20的寬度D2。所述縫隙31的長度L1和所述基板20的長度L均為沿所述縫隙31和所述基板20所在的所述第一側部131所量測的長度。所述縫隙31的寬度D1和所述基板20的寬度D2均為沿垂直所述縫隙31和所述基板20所在的所述第一側部131所量測的長度。
所述基板20可以是全金屬，或在所述縫隙31周圍設置一層金屬。所述縫隙31內可以填充絕緣材料，也可以不填充絕緣材料。所述饋入部32可以是一根導線，可由FPC上的金屬段實現。
在本實施例中，每一所述天線30還包括至少一切換開關33，所述切換開關33的兩端分別連接所述縫隙31的兩側，所述切換開關33用於調整所述縫隙31的長度L1，以調節所述天線結構100的諧振頻段。當所述切換開關33關閉時，所述切換開關33不影響所述縫隙31的長度L1。當所述切換開關33導通時，所述切換開關33可以縮短所述縫隙31的長度L1，以調節所述天線結構100的諧振頻段。當所述切換開關33導通時，所述縫隙31被所述切換開關33分隔為兩段，此時，所述縫隙31的長度縮短為包含所述饋入部32的那一段的長度L2。可以理解，L2小於L1，也就是說，所述切換開關33導通時所述縫隙31的長度L2小於所述切換開關33關閉時所述縫隙31的長度L1。
每一所述天線30均為槽孔天線。當電流自所述饋入部32饋入後，所述電流將耦合至所述縫隙31，使得所述縫隙31可以在所述切換開關33的作用下激發出第一諧振模態及第二諧振模態以分別產生第一頻段及第二頻段的輻射訊號。具體的，在所述切換開關33導通時所述縫隙31的長度為L2，電流自所述饋入部32饋入後，所述電流將耦合至所述縫隙31，使得所述縫隙31激發出所述第一諧振模態以產生所述第一頻段的輻射訊號。在所述切換開關33關閉時所述縫隙31的長度為L1，電流自所述饋入部32饋入後，所述電流將耦合至所述縫隙31，使得所述縫隙31激發出所述第二諧振模態以產生所述第二頻段的輻射訊號。
在本實施方式中，所述第一諧振模態和所述第二諧振模態均為5G sub-6GHz模態。所述第二頻段的頻率低於所述第一頻段的頻率。所述第一頻段為4.8~5.0GHz頻段，所述第二頻段為3.3~3.6GHz 頻段。
在其他實施方式中，所述第一諧振模態和所述第二諧振模態可為Wi-Fi模態。所述第一頻段可為Wi-Fi 5GHz頻段，所述第二頻段可為Wi-Fi 2.4GHz 頻段。
可以理解，當每一所述天線30包括N個所述切換開關33時，通過控制N個所述切換開關33的導通和關閉，可以實現所述縫隙31的長度L1有N+1個變化，使得所述天線結構100可以覆蓋N+1個諧振頻段。N為任意正整數。當電流自所述饋入部32饋入後，所述電流將耦合至所述縫隙31，使得所述縫隙31可以在N個所述切換開關33的作用下激發出N+1個諧振模態以產生N+1個頻段的輻射訊號。
圖7為所述天線結構100的總輻射效率圖。其中，曲線S601為所述第一天線A1工作於3.5GHz頻段時的總輻射效率。曲線S602為所述第一天線A1工作於5GHz頻段時的總輻射效率。曲線S603為所述第二天線A2工作於3.5GHz頻段時的總輻射效率。曲線S604為所述第二天線A2工作於5GHz頻段時的總輻射效率。
可以明顯看出，所述第一天線A1工作於3.5GHz頻段時的總輻射效率和所述第二天線A2工作於3.5GHz頻段的總輻射效率大致重合，所述第一天線A1工作於5GHz頻段的總輻射效率和所述第二天線A2工作於5GHz頻段時的總輻射效率大致重合。可以理解，設置於所述金屬框13相對側的多個所述天線30工作於同一頻段時的總輻射效率大致相同。
如前面各實施例所述，所述天線結構100通過在所述金屬框13上設置至少一基板20。每一所述天線30包括縫隙31、饋入部32和至少一切換開關33。所述縫隙31貫穿所述基板20的第一表面21和所述基板20的第二表面22。所述饋入部32跨越所述縫隙31，並以耦合的方式將電流饋入所述縫隙31，使得所述縫隙31在所述切換開關33的作用下激發出第一諧振模態及第二諧振模態以產生3.3~3.6GHz頻段及4.8~5.0GHz頻段的輻射訊號。所述金屬框13的第一側部131、第二側部132、第三側部133及第四側部134其中的一個或多個側部可用於設置所述基板20，其餘側部可用於設置4G、全球定位系統(GPS)、以及無線局域網(WLAN)等原有天線。因此無線通訊裝置200可在保持原有天線性能的情況下，增加5G sub-6GHz天線或Wi-Fi天線，增加傳輸頻寬。
綜上所述，本創作符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本創作之較佳實施例，本創作之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟習本案技藝之人士爰依本創作之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100:天線結構 200:無線通訊裝置 11:殼體 12:背蓋 13:金屬框 10:顯示幕 14:容置空間 101:電池 102:主機板 103:淨空區 15:電子元件 131:第一側部 132:第二側部 133:第三側部 134:第四側部 141:第一面 142:第二面 143:第三面 130:開槽 20:基板 21:第一表面 22:第二表面 30:天線 A1:第一天線 A2:第二天線 31:縫隙 32:饋入部 33:切換開關
圖1為本發明較佳實施例的天線結構應用至無線通訊裝置的示意圖。 圖2為圖1所示無線通訊裝置的分解圖。 圖3為圖2所示天線結構的示意圖。 圖4為圖3所示天線結構的局部放大圖。 圖5為圖3所示天線結構的金屬框的示意圖 圖6為圖1所示無線通訊裝置的剖視圖。 圖7為圖3所示天線結構的總輻射效率曲線圖。
無
13:金屬框
14:容置空間
101:電池
102:主機板
103:淨空區
15:電子元件
131:第一側部
132:第二側部
133:第三側部
134:第四側部
141:第一面
142:第二面
143:第三面
20:基板
30:天線
A1:第一天線
A2:第二天線

Claims (12)

  1. 一種天線結構，應用於無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括至少一電子元件，其改良在於：所述天線結構至少包括金屬框，所述金屬框上鋪設有至少一基板，所述至少一基板上開設有一天線，所述天線包括饋入部和縫隙，所述饋入部跨越所述縫隙，所述金屬框與所述電子元件之間具有一間距，以形成所述天線結構的淨空區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中所述至少一基板鋪設於所述電子元件與所述金屬框上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中所述基板包括第一表面及與所述第一表面相對設置的第二表面，所述縫隙貫穿所述第一表面和所述第二表面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中所述天線還包括至少一切換開關，所述切換開關的兩端分別連接所述縫隙的兩側，所述切換開關用於調整所述縫隙的長度，以調節所述天線結構的諧振頻段。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的天線結構，其中當所述切換開關關閉時，所述切換開關不影響所述縫隙的長度，當所述切換開關導通時，所述縫隙被所述切換開關分隔為兩段，所述縫隙的長度縮短為包含所述饋入部的那一段的長度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的天線結構，其中所述饋入部設置於所述第一表面且跨越所述縫隙，當電流自所述饋入部饋入後，所述電流耦合至所述縫隙，在所述切換開關導通時所述縫隙的長度縮短，使得所述縫隙激發出第一諧振模態以產生第一頻段的輻射訊號，在所述切換開關關閉時所述縫隙的長度不變，使得所述縫隙激發出第二諧振模態以產生第二頻段的輻射訊號，所述第二頻段的頻率低於所述第一頻段的頻率。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的天線結構，其中所述金屬框還包括第一面、第二面及第三面，所述第三面連接於所述第一面和所述第二面之間，所述第一面垂直連接於所述第三面，所述第二面垂直連接於所述第三面，且所述第一面與所述第三面平行間隔設置，所述第三面朝向所述金屬框的內部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的天線結構，其中所述第一表面和所述第一面位於同一平面，所述第二表面背向所述第一面並朝向所述第二面。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的天線結構，其中所述第一表面和所述第二面位於同一平面，所述第二表面背向所述第二面並朝向所述第一面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的天線結構，其中所述金屬框上開設有一開槽，用於擴大所述淨空區。
  11. 一種無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括申請專利範圍1-10中任一項所述的天線結構。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括背蓋和顯示幕，所述金屬框的第一面朝向所述背蓋，所述金屬框的第二面朝向所述顯示幕。
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