TWI599095B - 天線結構及應用該天線結構的無線通訊裝置 - Google Patents

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Description

天線結構及應用該天線結構的無線通訊裝置
本發明涉及一種天線結構及應用該天線結構的無線通訊裝置。
隨著無線通訊技術的進步，無線通訊裝置不斷朝向輕薄趨勢發展，消費者對於產品外觀的要求也越來越高。由於金屬殼體在外觀、機構強度、散熱效果等方面具有優勢，因此越來越多的廠商設計出具有金屬殼體的無線通訊裝置來滿足消費者的需求。但是，金屬殼體容易干擾遮蔽設置在其內的天線所輻射的信號，不容易達到寬頻設計，導致內置天線的輻射性能不佳。而且隨著長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術的不斷發展，天線的頻寬不斷增加。因此，如何利用金屬殼體設計出具有較寬頻寬的天線，是天線設計面臨的一項重要課題。
有鑑於此，有必要提供一種結合金屬殼體設計的天線結構。
另，有必要提供一種應用該天線結構的無線通訊裝置。
一種天線結構，其應用於具有金屬殼體的無線通訊裝置中，該天線結構包括饋入端及輻射體，該輻射體與饋入端連接並朝金屬殼體的方向延伸，該金屬殼體上開設缺口以便金屬殼體與輻射體耦合，該缺口的尺寸由無線通訊裝置收發的信號的波長決定，該金屬殼體與輻射體共同共振出至少二個模態。
一種無線通訊裝置，其包括金屬殼體及天線結構，該金屬殼體開設一缺口，該天線結構包括饋入端及輻射體，該輻射體與饋入端連接並朝金屬 殼體的方向延伸，該金屬殼體通過缺口與輻射體耦合，該缺口的尺寸由無線通訊裝置收發的信號的波長決定，該金屬殼體與輻射體共同共振出至少二個模態。
所述的金屬殼體上開設缺口，從而使得金屬殼體構成天線結構的一部分，避免了金屬殼體對天線造成的遮罩效應，減小天線尺寸與佔用空間，達到降低成本的效果。
200‧‧‧無線通訊裝置
100,300‧‧‧天線結構
210‧‧‧基板
211‧‧‧淨空區
220‧‧‧金屬殼體
212‧‧‧側板
2121‧‧‧邊緣部
2123‧‧‧延伸部
2125‧‧‧開口
223‧‧‧缺口
10‧‧‧饋入端
12‧‧‧接地端
30‧‧‧輻射體
S‧‧‧開槽
50‧‧‧第一匹配電路
C1‧‧‧電容
70‧‧‧第二匹配電路
71‧‧‧單刀雙擲開關
711‧‧‧靜觸點
713‧‧‧第一動觸點
715‧‧‧第二動觸點
L1‧‧‧第一電感
L2‧‧‧第二電感
圖1為本發明第一較佳實施方式的具有天線結構的無線通訊裝置的立體圖。
圖2為圖1所示的天線結構的第一匹配電路的電路圖。
圖3為圖1所示的天線結構的第二匹配電路的電路圖。
圖4是圖1所示的天線結構的回波損耗示意圖。
圖5為本發明第二較佳實施方式的具有天線結構的無線通訊裝置的立體圖。
圖6是圖5所示的天線結構的回波損耗示意圖。
圖7是圖1和圖5所示的天線結構的效率圖。
請參閱圖1，本發明之第一較佳實施方式提供一種天線結構100，其應用於行動電話、平板電腦或智慧型手錶等無線通訊裝置200中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線信號。該無線通訊裝置200還包括基板210及圍繞該基板210設置的金屬殼體220。
該基板210可為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。該基板210上設置一淨空區211，該淨空區211位於天線結構100的輻射體30的下方，該淨空區211指基板210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、CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)等對 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。在本實施方式中，該淨空區211形成於基板210的一側。
在本實施方式中，該金屬殼體220為無線通訊裝置200的邊框，其圍繞基板210設置。該金屬殼體220包括至少一側板212，該至少一側板212包括一邊緣部2121及由該邊緣部2121垂直延伸而出的延伸部2123。該邊緣部2121上形成一開口2125。該延伸部2123上開設一缺口223，其位於輻射體30與該金屬殼體220之間，以便金屬殼體220通過電磁感應與輻射體30耦合，從而使得該金屬殼體220作為天線結構100的一部分。該缺口223大致呈“L”形，其與開口2125連通。該缺口223的尺寸由無線通訊裝置200收發的信號的波長決定。例如，該缺口223的長度可以為無線通訊裝置200收發的信號的波長的1/4。在本實施方式中，開口2125和缺口223用於填充非導電材料，例如空氣或塑膠。該基板210可通過螺釘鎖固於金屬殼體220上。如此，該金屬殼體220可通過基板210接地。可以理解，在其他實施方式中，該金屬殼體220可為無線通訊裝置200的電池蓋。
在本實施方式中，該天線結構100為單極天線，其包括饋入端10和所述輻射體30。該饋入端10與基板210上的饋入點(圖未示)電性連接，以接收電流。該輻射體30垂直連接於饋入端10的末端，並朝金屬殼體220的方向延伸。此外，該輻射體30與金屬殼體220之間間隔設置，二者之間的間隔使得電流可以從輻射體30耦合至金屬殼體220。優選地，該天線結構100被無線通訊裝置200內的一塑膠框架所支撐。
請一併參閱圖2，本發明第一較佳實施方式的天線結構還包括第一匹配電路50。該第一匹配電路50包括電容C1，該電容C1電性連接於饋入端10和地之間。
請一併參閱圖3，本發明第一較佳實施方式的天線結構還包括第二匹配電路70。該第二匹配電路70包括一單刀雙擲開關(single pole double throw，SPDT)71、第一電感L1及第二電感L2。該單刀雙擲開關71包括靜觸點711、第一動觸點713及第二動觸點715。該靜觸點711與金屬殼體220電性連接。該第一電感L1電性連接於第一動觸點713和地之間。該第二電感L2電性連接於第二動觸點715和地之間。
上述的第一匹配電路50和第二匹配電路70均用於調整天線結構100的阻抗匹配，以優化天線結構100的性能。
當該無線通訊裝置200工作時，電流進入饋入端10，並流至輻射體30。此時，該輻射體30和第一匹配電路50可共振出第一模態。並且，電流可以從輻射體30耦合至金屬殼體220，從而使得輻射體30和金屬殼體220共同共振出第二模態。請參閱圖4的回波損耗曲線1，當電容C1約為2pF時，該第一模態和第二模態可使該天線結構100工作於2300~2400MHz以及2500~2690MHz之頻段，以收發長期演進(long term evolution，LTE)信號。進一步的，該第二匹配電路70可用於微調上述LTE信號的頻寬。
請參閱圖5，本發明之第二較佳實施方式提供一種天線結構300。該天線結構300與第一較佳實施方式之天線結構300大致相同，區別點在於：該天線結構300還包括接地端12，該接地端12大致呈“L”形，其連接於基板210上的接地點(圖未示)與輻射體30之間。如此，該天線結構300可為平面倒F天線(planar inverted F-antenna，PIFA)。此外，該天線結構300的輻射體30上還形成開槽S。該開槽S從輻射體30的一端切開，並延伸至輻射體30內部，以形成兩個分支部，從而改變輻射體30上的電流分佈以改善天線結構300的模態。
當該無線通訊裝置200工作時，電流進入饋入端10，並流至輻射體30，以最終耦合至金屬殼體220。此時，該輻射體30和金屬殼體220共同共振出第三模態。同時，由於輻射體30上具有開槽S，使得輻射體30能產生倍頻效應，以便該輻射體30和金屬殼體220共同共振出第四模態。請參閱圖6的回波損耗曲線2，在本實施例中，該第三模態的中心頻率約為2400MHz，該第四模態的中心頻率約為5000MHz。
圖7為上述本發明第一實施方式的天線結構100和第二實施方式的天線結構300的效率圖。其中，曲線3代表天線結構100的效率，曲線4代表天線結構300的效率。由曲線3及曲線4可知該天線結構100在2300~2690MHz之頻段上具有良好的效率，該天線結構300在約2400MHz和5000MHz時也具有良好的效率。
本發明的金屬殼體220上開設缺口223，從而使得金屬殼體220構成天線結構100,300的一部分，避免了金屬殼體220對天線造成的屏蔽效應，減 小天線尺寸與佔用空間，達到降低成本的效果。另外，天線結構100,300的輻射能力也因為設有第一匹配電路50和第二匹配電路70而有效的增進。同時，該無線通訊裝置200的另一優點是在不破壞金屬殼體220的結構下，能維持天線特性與保持產品整體外觀設計的完整性。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明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。
200‧‧‧無線通訊裝置
100‧‧‧天線結構
210‧‧‧基板
211‧‧‧淨空區
220‧‧‧金屬殼體
212‧‧‧側板
2121‧‧‧邊緣部
2123‧‧‧延伸部
2125‧‧‧開口
223‧‧‧缺口
10‧‧‧饋入端
30‧‧‧輻射體

Claims (10)

  1. 一種無線通訊裝置，其包括金屬殼體及天線結構，其改良在於：該金屬殼體包括至少一側板，該至少一側板包括一邊緣部及由該邊緣部垂直延伸而出的延伸部，該延伸部垂直於該邊緣部所在平面，該延伸部開設一缺口，該天線結構包括饋入端及輻射體，該輻射體與該饋入端連接並朝該金屬殼體的方向延伸，該金屬殼體通過該缺口與輻射體耦合，該缺口的尺寸由該無線通訊裝置收發的信號的波長決定，該金屬殼體與輻射體共同共振出至少二個模態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述天線結構為單極天線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該邊緣部上形成一開口，該缺口開設於該延伸部上並與該開口連通。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述天線結構還包括第一匹配電路，該第一匹配電路包括電容，該電容電性連接於饋入端和地之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述天線結構還包括第二匹配電路，該第二匹配電路包括一單刀雙擲開關、第一電感及第二電感，該單刀雙擲開關包括靜觸點、第一動觸點及第二動觸點，該靜觸點與該金屬殼體電性連接，該第一電感電性連接於該第一動觸點和地之間，該第二電感電性連接於該第二動觸點和地之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述天線結構為平面倒F天線，其還包括與輻射體連接的接地端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中所述輻射體上形成開槽，該開槽從輻射體的一端切開，並延伸至該輻射體內部。
  8. 一種天線結構，其應用於具有金屬殼體的無線通訊裝置中，其改良在於：該天線結構包括饋入端及輻射體，該輻射體與該饋入端連接並朝該金屬殼體的方向延伸，該金屬殼體包括至少一側板，該至少一側板包括一邊緣部及由該邊緣部垂直延伸而出的延伸部，該延伸部垂直於該邊緣部所在平面，該延伸部上開設缺口以便該金屬殼體與該輻射體耦合，該缺口的尺寸由該無線通訊裝置收發的信號的波長決定，該金屬殼體與輻射體共同共振出至少二個模態。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之天線結構，其中該邊緣部上形成一開口，該缺口開設於該延伸部上並與該開口連通。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之天線結構，其中所述天線結構為單極天線或平面倒F天線。
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