TWI637557B - 天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種天線結構，包括金屬件、饋入部及耦合電阻，所述金屬件上開設有開槽、第一斷點、第二斷點以及第三斷點，所述第一斷點及第二斷點均與所述開槽貫通，並與所述開槽共同將所述金屬件劃分為間隔設置之第一部分及第二部分，所述第二部分接地，所述第三斷點設置於所述第一部分上，且與所述開槽貫通，所述第三斷點將所述第一部分劃分為間隔設置之輻射部及耦合部，所述饋入部電連接至所述輻射部，所述耦合部藉由所述耦合電阻接地。

Description

天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置

本發明涉及一種天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。

隨著無線通訊技術之進步，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之要求亦越來越高。由於金屬殼體於外觀、機構強度、散熱效果等方面具有優勢，因此越來越多之廠商設計出具有金屬殼體，例如金屬背板之無線通訊裝置來滿足消費者之需求。然，金屬殼體容易干擾遮蔽設置於其內之天線所輻射之訊號，不容易達到寬頻設計，導致內置天線之輻射性能不佳。

有鑑於此，有必要提供一種天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。

一種天線結構，包括金屬件、饋入部及耦合電阻，所述金屬件上開設有開槽、第一斷點、第二斷點以及第三斷點，所述第一斷點及第二斷點均與所述開槽貫通，並與所述開槽共同將所述金屬件劃分為間隔設置之第一部分及第二部分，所述第二部分接地，所述第三斷點設置於所述第一部分上，且與所述開槽貫通，所述第三斷點將所述第一部分劃分為間隔設置之輻射部及耦合部，所述饋入部電連接至所述輻射部，所述耦合部藉由所述耦合電阻接地。

一種無線通訊裝置，包括上述所述之天線結構。

上述天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置藉由設置所述金屬件，且利用所述金屬件上之開槽、第一斷點、第二斷點以及第三斷點將所述金屬件劃分為相應之輻射部及耦合部。所述耦合部則藉由所述耦合電阻接地，如此可使得所述天線結構不受限於淨空區及對地距離之限制，有效實現寬頻設計，並保持較佳之高頻效果。

100‧‧‧天線結構

11‧‧‧金屬件

111‧‧‧金屬背板

112‧‧‧金屬邊框

113‧‧‧容置空間

114‧‧‧末端部

115‧‧‧第一側部

116‧‧‧第二側部

117‧‧‧開槽

118‧‧‧第一斷點

119‧‧‧第二斷點

120‧‧‧第三斷點

121‧‧‧開口

A1‧‧‧第一部分

A2‧‧‧第二部分

E1‧‧‧輻射部

E2‧‧‧耦合部

13‧‧‧饋入部

14‧‧‧第一接地部

15‧‧‧第二接地部

16‧‧‧匹配電路

161‧‧‧第一匹配元件

163‧‧‧第二匹配元件

165‧‧‧第三匹配元件

167‧‧‧第四匹配元件

Rc‧‧‧耦合電阻

17‧‧‧耦合電路

171‧‧‧第一耦合元件

173‧‧‧第二耦合元件

175‧‧‧第三耦合元件

177‧‧‧第四耦合元件

18‧‧‧切換電路

181‧‧‧切換單元

183‧‧‧切換元件

19‧‧‧訊號分離單元

200‧‧‧無線通訊裝置

21‧‧‧基板

211‧‧‧第一接地點

212‧‧‧第二接地點

213‧‧‧饋入點

214‧‧‧第一電子元件

215‧‧‧第二電子元件

216‧‧‧第三電子元件

217‧‧‧第四電子元件

圖1為本發明較佳實施例之天線結構應用至無線通訊裝置之示意圖。

圖2為圖1所示無線通訊裝置另一角度下之示意圖。

圖3為圖1所示天線結構之電路圖。

圖4為圖1所示天線結構中匹配電路之電路圖。

圖5為圖1所示天線結構中耦合電路之電路圖。

圖6為圖1所示天線結構中切換電路之電路圖。

圖7為圖1所示天線結構之電壓駐波比(VSWR)曲線圖。

圖8為圖1所示天線結構之總增益(Total Gain)曲線圖。

下面將結合本發明實施例中之附圖，對本發明實施例中之技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述之實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部之實施例。基於本發明中之實施例，所屬領域具有通常知識者於沒有做出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，均屬於本發明保護之範圍。

需要說明的是，當一個元件被稱為“電連接”另一個元件，它可直接於另一個元件上或者亦可存在居中之元件。當一個元件被認為是“電連接”另一個元件，它可是接觸連接，例如，可是導線連接之方式，亦可是非接觸式連接，例如，可是非接觸式耦合之方式。

除非另有定義，本文所使用之所有之技術與科學術語與屬於所屬領域具有通常知識者通常理解之含義相同。本文中於本發明之說明書中所使用之術語僅是為描述具體之實施例之目不是旨在於限制本發明。本文所使用之術語“及/或”包括一個或多個相關之所列項目的任意之與所有之組合。

下面結合附圖，對本發明之一些實施方式作詳細說明。於不衝突之情況下，下述之實施例及實施例中之特徵可相互組合。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式提供一種天線結構100，其可應用於行動電話、個人數位助理等無線通訊裝置200中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。

該無線通訊裝置200還包括基板21。該基板21可採用環氧樹脂玻璃纖維(FR4)等介電材質製成。所述基板21上設置有第一接地點211、第二接地點212以及饋入點213。該第一接地點211及第二接地點212間隔設置於所述基板21上，用以為所述天線結構100提供接地。所述饋入點213設置於所述第一接地點211與第二接地點212之間，用以為所述天線結構100饋入電流。所述基板21上還設置有至少一電子元件。於本實施例中，所述基板21上設置有至少四個電子元件，即第一電子元件214、第二電子元件215、第三電子元件216以及第四電子元件217。所述第一電子元件214、第二電子元件215、第三電子元件216以及第四電子元件217均設置於所述基板21之同一側，且均位於所述第一接地點211與饋入點213之間。於本實施例中，所述第一電子元件214為一音訊介面模組，例如耳機介面模組，其靠近所述第一接地點211設置。所述第二電子元件215為一音訊接收器與揚聲器模組，其靠近所述饋入點213設置。所述第三電子元件216為一前置攝像頭模組，其設置於所述第一電子元件214與第二電子元件215之間。所述第四電子元件217為一麥克風模組，其靠近所述饋入點213及第二電子元件215設置。

請一併參閱圖2及圖3，所述天線結構100包括金屬件11、饋入部13、第一接地部14、第二接地部15、匹配電路16以及耦合電阻Rc。所述金屬件11可為所述無線通訊裝置200之外殼。所述金屬件11包括金屬背板111及金屬邊框112。所述金屬背板111及金屬邊框112可是一體成型。所述金屬邊框112環繞所述金屬背板111之周緣設置，以與所述金屬背板111共同圍成一容置空間113。所述容置空間113用以容置所述無線通訊裝置200之基板21、處理單元等電子元件或電路模組於其內。

於本實施例中，所述金屬邊框112至少包括末端部114、第一側部115以及第二側部116。所述第一側部115與所述第二側部116相對設置，兩者分別設置於所述末端部114之兩端，優選垂直設置。所述末端部114可是無線通訊裝置200之頂端或底端。

所述金屬件11上開設有開槽117(請參閱圖2)、第一斷點118、第二斷點119以及第三斷點120。於本實施例中，所述開槽117大致呈倒U型，其佈設於所述金屬背板111上，且靠近所述末端部114設置。所述第一斷點118、第二斷點119以及第三斷點120均開設於所述金屬邊框112上。其中，所述第一斷點118及第二斷點119分別開設於所述第一側部115及第二側部116上。所述第一斷點118及第二斷點119均與所述開槽117連通，並延伸至隔斷所述金屬邊框112。如此，所述開槽117、第一斷點118及第二斷點119共同將所述金屬件11分隔成相互間隔設置之第一部分A1及第二部分A2。

可理解，於其他實施例中，所述開槽117之形狀不局限於上述項所述之U型，其還可根據具體需求進行調整，例如還可為直條狀、斜線狀、曲折狀等等。

可理解，於本實施例中，所述開槽117開設於所述金屬背板111靠近所述末端部114之一端，並延伸至所述末端部114之邊緣，以使得所述第一部 分A1完全由所述末端部114、部分第一側部115及部分第二側部116構成，即由部分所述金屬邊框112構成。當然，於其他實施例中，所述開槽117之開設位置亦可根據具體需求進行調整。例如，所述開槽117開設於所述金屬背板111之中部位置，以使得所述第一部分A1由部分金屬邊框112及部分金屬背板111構成。

可理解，於其他實施例中，所述開槽117之位置不局限於開設於所述金屬背板111，例如可開設於所述末端部114。

可理解，於其他實施例中，所述第一斷點118及第二斷點119之位置亦可根據具體情況進行調整。例如，所述第一斷點118及第二斷點119可均開設於所述末端部114。例如，所述第一斷點118及第二斷點119中之一個可開設於所述末端部114，而所述第一斷點118及第二斷點119中之另一個可開設於所述第一側部115或第二側部116。顯然，所述開槽117之形狀、位置以及所述第一斷點118及第二斷點119於所述金屬邊框112上之位置均可根據具體需求進行調整，僅需保證所述開槽117、所述第一斷點118及第二斷點119可共同將所述金屬件11劃分為間隔設置之第一部分A1及第二部分A2即可。

於本實施例中，所述第三斷點120開設於所述第一部分A1上。所述第三斷點120開設於所述第一斷點118及第二斷點119之間。所述第三斷點120與所述開槽117連通，並延伸至隔斷所述第一部分A1。於本實施例中，所述第三斷點120鄰近所述第二側部116設置，如此所述第三斷點120將所述第一部分A1劃分出兩部分，即輻射部E1及耦合部E2。其中，所述第三斷點120一側之金屬邊框112直至其延伸至設置有第一斷點118之部分形成所述輻射部E1。所述第三斷點120另一側之金屬邊框112直至其延伸至設置有第二斷點119之部分形成所述耦合部E2。

可理解，於本實施例中，所述第三斷點120開設之位置並非對應到所述末端部114之中間，因此所述輻射部E1之長度大於所述耦合部E2之長度。另 外，所述開槽117、所述第一斷點118、第二斷點119以及第三斷點120內均填充有絕緣材料(例如塑膠、橡膠、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此為限)，進而區隔所述輻射部E1、耦合部E2與其餘之所述金屬件11。

可理解，所述輻射部E1上還開設有開口121，所述開口121與所述第一電子元件214相對應，以使得所述第一電子元件214從所述開口121部分露出。如此，使用者可將一音訊元件(例如耳機)藉由所述開口121插入，進而與所述第一電子元件214建立電性連接。

請再次參閱圖1及圖3，所述饋入部13之一端電連接至所述輻射部E1靠近所述第三斷點120之一端，另一端則藉由所述匹配電路16電連接至所述饋入點213，進而為所述輻射部E1饋入電流。

請一併參閱圖4，該匹配電路16包括第一匹配元件161、第二匹配元件163、第三匹配元件165及第四匹配元件167。其中所述第一匹配元件161之一端電連接至所述饋入點213，另一端電連接至所述第二匹配元件163之一端及所述第三匹配元件165之一端。所述第二匹配元件163之另一端接地。所述第三匹配元件165之另一端電連接至所述第四匹配元件167之一端並藉由所述饋入部13電連接至所述輻射部E1。所述第四匹配元件167之另一端接地。於本實施例中，所述第一匹配元件161、第三匹配元件165及第四匹配元件167均為電感，其電感值分別為2.7nH、1.6nH、3.9nH。所述第二匹配元件163為一電容，其電容值為2pF。當然，於其他實施例中，所述第一匹配元件161、第三匹配元件165及第四匹配元件167不局限於上述項所述之電感，其還可為其他電感、電容或者電感與電容之組合。同樣，所述第二匹配元件163不局限於上述項所述之電容，其還可為其他電容、電感或者電感與電容之組合。

所述第一接地部14之一端電連接至所述輻射部E1靠近所述第一斷點118之一端，另一端藉由第一接地點211接地。該第二接地部15之一端電連接 至所述耦合部E2，另一端藉由所述耦合電阻Rc電連接至所述第二接地點212，即接地。於本實施例中，所述耦合電阻Rc之阻值為50歐姆。

當電流自所述饋入點213進入後，電流將藉由所述匹配電路16流入所述饋入部13，並流經所述輻射部E1。其中一部分電流將藉由所述輻射部E1流入所述第一接地部14，進而使得所述輻射部E1激發一第一模態以產生第一頻段之輻射訊號。本實施例中，所述第一模態為一低頻模態。同時流入所述輻射部E1之一部分電流將藉由所述第三斷點120耦合至所述耦合部E2，並藉由所述第二接地部15及所述耦合電阻Rc接地，進而使得所述耦合部E2激發一第二模態以產生第二頻段之輻射訊號。本實施例中，所述第二模態為一中高頻模態。所述第一頻段之頻率低於所述第二頻段之頻率。可理解，所述耦合電阻Rc用以使得不同頻率之電流均藉由所述耦合電阻Rc接地，進而獲得平坦之耦合量，使得所述天線結構100之高頻效果較佳，且同樣具有較寬之高頻頻寬。

可理解，請再次參閱圖1及圖3，於其他實施例中，所述天線結構100還包括耦合電路17。所述耦合電路17之一端電連接至所述第二接地部15，另一端藉由所述耦合電阻Rc與第二接地點212接地。

具體地，請一併參閱圖5，所述耦合電路17包括第一耦合元件171、第二耦合元件173、第三耦合元件175及第四耦合元件177。其中所述第一耦合元件171之一端電連接至所述第二接地部15及所述第二耦合元件173之一端，另一端接地。所述第二耦合元件173之另一端電連接至所述第三耦合元件175之一端及所述第四耦合元件177之一端。所述第三耦合元件175之另一端接地。所述第四耦合元件177之另一端藉由所述耦合電阻Rc與第二接地點212接地。於本實施例中，所述第一耦合元件171、第二耦合元件173及第三耦合元件175均為電感，其電感值分別為5.6nH、1nH、3.6nH。所述第四耦合元件177為一電容，其電容值為1.8pF。當然，於其他實施例中，所述第一耦合元件171、第二耦合元件173 及第三耦合元件175不局限於上述項所述之電感，其還可為其他電感、電容或者電感與電容之組合。同樣，所述第四耦合元件177不局限於上述項所述之電容，其還可為其他電容、電感或者電感與電容之組合。

可理解，於本實施例中，所述天線結構100之第二部分A2接地，即所述第二部分A2相當於所述天線結構100之地。另外，所述耦合部E2靠近所述第二斷點119之一端可藉由連接結構電連接至所述第二部分A2。亦就是說，設置於所述第二側部116一端之第二斷點119為虛斷點。即雖所述耦合部E2藉由所述第二斷點119與所述金屬背板111間隔設置，但實際上所述耦合部E2與所述金屬背板111之間藉由連接結構存於電性連接關係。

可理解，請再次參閱圖1及圖3，於其他實施例中，為調節所述第一頻段之頻寬，即使得所述天線結構100具有較佳之低頻頻寬，所述天線結構100還可包括切換電路18。所述第一接地部14之一端電連接至所述輻射部E1，另一端藉由所述切換電路18電連接至所述第一接地點211。

請一併參閱圖6，所述切換電路18包括切換單元181及至少一切換元件183。所述切換單元181電連接至所述第一接地部14，以藉由所述第一接地部14電連接至所述輻射部E1。所述切換元件183可為電感、電容、或者電感與電容之組合。所述切換元件183之間相互並聯，且其一端電連接至所述切換單元181，另一端電連接至第一接地點211，即接地。如此，藉由控制所述切換單元181之切換，可使得所述輻射部E1切換至不同之切換元件183。由於每一個切換元件183具有不同之阻抗，因此藉由所述切換單元181之切換，可調整所述輻射部E1之第一模態之頻段。

可理解，請再次參閱圖3，所述天線結構100還可包括訊號分離單元19。所述訊號分離單元19電連接於所述耦合電路17與所述耦合電阻Rc之間。因此，當來自所述饋入點213之電流藉由所述第三斷點120耦合至所述耦合部E2 時，該第二頻段之輻射訊號將藉由所述耦合電路17進入所述訊號分離單元19。所述訊號分離單元19再將該電流中之GPS訊號分離出，而使得其他之輻射訊號藉由所述耦合電阻Rc接地。

如上述所述，所述輻射部E1可激發第一模態以產生低頻頻段之輻射訊號。所述耦合部E2可激發第二模態以產生中頻頻段與高頻頻段之輻射訊號。因此無線通訊裝置200可使用長期演進技術升級版(LTE-Advanced)之載波聚合(CA，Carrier Aggregation)技術同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號以增加傳輸頻寬。即所述無線通訊裝置200可使用所述載波聚合技術並使用所述第一部分A1同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號，即同時實現2CA或3CA。

圖7為所述天線結構100之電壓駐波比(voltage standing wave ratio，VSWR)曲線圖。其中，曲線S71為所述天線結構100藉由類比測試獲得之電壓駐波比。曲線S72為所述天線結構100藉由實際測試獲得之電壓駐波比。圖8為所述天線結構100之總增益(Total Gain)曲線圖。其中，曲線S81為所述天線結構100藉由類比測試獲得之總增益。曲線S82為所述天線結構100藉由實際測試獲得之總增益。顯然，所述天線結構100可工作於相應之低頻頻段，且具有較佳之高頻頻寬，即工作於1710-2690MHz。

顯然，該天線結構100藉由設置所述金屬件11，且利用所述金屬件11上之開槽117、第一斷點118、第二斷點119以及第三斷點120將所述金屬件11劃分為相應之輻射部E1及耦合部E2。所述耦合部E2則藉由所述耦合電阻Rc接地，如此可使得所述天線結構100不受限於淨空區及對地距離之限制，有效實現寬頻設計，並保持較佳之高頻效果。

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。

Claims (11)

1. 一種天線結構，包括金屬件、饋入部及耦合電阻，所述金屬件上開設有開槽、第一斷點、第二斷點以及第三斷點，所述第一斷點及第二斷點均與所述開槽貫通，並與所述開槽共同將所述金屬件劃分為間隔設置之第一部分及第二部分，所述第二部分接地，所述第三斷點設置於所述第一部分上，且與所述開槽貫通，所述第三斷點將所述第一部分劃分為間隔設置之輻射部及耦合部，所述饋入部電連接至所述輻射部，所述耦合部藉由所述耦合電阻接地，當電流自所述饋入部進入後，電流流經所述輻射部，進而激發出第一模態以產生第一頻段之輻射訊號，同時流入所述輻射部之電流進一步藉由所述第三斷點耦合至所述耦合部，進而激發出第二模態以產生第二頻段之輻射訊號，所述第一頻段之頻率低於所述第二頻段之頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述開槽、第一斷點、第二斷點以及第三斷點內均填充有絕緣材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述金屬件包括金屬背板及金屬邊框，所述金屬邊框環繞所述金屬背板之周緣設置，所述開槽開設於所述金屬背板或所述金屬邊框，所述第一斷點、第二斷點及第三斷點均開設於所述金屬邊框上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線結構，其中所述第三斷點一側之金屬邊框直至延伸至所述第一斷點之部分形成所述輻射部，所述第三斷點另一側之金屬邊框直至延伸至所述第二斷點之部分形成所述耦合部。
5. 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匹配電路，所述匹配電路包括第一匹配元件及第二匹配元件、第三匹配元件及第四匹配元件，所述第一匹配元件之一端用以饋入電流訊號，所述第一匹配元件之另一端電連接至所述第二匹配元件之一端及所述第三匹配元件之一端， 所述第二匹配元件之另一端接地，所述第三匹配元件之另一端電連接至所述第四匹配元件之一端及所述輻射部，所述第四匹配元件之另一端接地。
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耦合電路，所述耦合電路包括第一耦合元件、第二耦合元件、第三耦合元件及第四耦合元件，所述第一耦合元件之一端電連接至所述耦合部及所述第二耦合元件之一端，所述第一耦合元件之另一端接地，所述第二耦合元件之另一端電連接至所述第三耦合元件之一端及所述第四耦合元件之一端，所述第三耦合元件之另一端接地，所述第四耦合元件之另一端藉由所述耦合電阻接地。
7. 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切換電路，所述切換電路包括切換單元及至少一切換元件，所述切換單元電連接至所述輻射部，所述至少一切換元件之間相互並聯，且所述至少一切換元件之一端均電連接至所述切換單元，所述至少一切換元件之另一端均接地，藉由控制所述切換單元之切換，使得所述輻射部切換至不同之切換元件，進而調整所述第一頻段。
8. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中無線通訊裝置使用載波聚合技術並使用所述第一部分同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線結構，其中所述無線通訊裝置使用載波聚合技術並使用所述輻射部及所述耦合部同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號。
10. 一種無線通訊裝置，包括如申請專利範圍第1-9項中任一項所述之天線結構。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置，其中所述金屬背板以及所述金屬邊框構成所述無線通訊裝置之外殼。