TWI659568B - 天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置 - Google Patents

天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置 Download PDF

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Abstract

一種天線結構，包括饋入單元、接地單元、第一輻射單元、第二輻射單元、第三輻射單元、第四輻射單元及第五輻射單元，該饋入單元與該第一輻射單元抵持並電性連接，該接地單元與該第二輻射單元抵持並電性連接，該第三輻射單元與該第一輻射單元、第二輻射單元和第四輻射單元均電性連接，該第五輻射單元與該饋入單元電性連接並與該第四輻射單元耦合。另，本發明還提供一種應用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
本發明涉及無線通訊技術領域，尤其涉及一種天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置。
隨著長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術的不斷成熟，無線通訊裝置的資料傳輸速率和所支援的通訊頻寬均得到大幅度的提升。同時，無線通訊產品的外觀設計朝向金屬化與薄型化趨勢發展，而支援LTE通訊的天線需同時涵蓋從低頻791MH~960MHz到高頻1710MHz~2.7GHz的頻帶範圍，進一步增加了天線的設計難度，且天線周圍的金屬元件容易對於天線造成遮罩效應，降低天線傳輸特性。如何在受限的空間環境下，達到寬頻天線設計需求且能維持天線較佳的傳輸特性，是當前天線設計領域亟需解決的問題。
鑒於以上情況，本發明提供一種輻射性能較好的天線結構。
另，還有必要提供一種應用所述天線結構的無線通訊裝置。
一種天線結構，應用於無線通訊裝置中，該天線結構包括饋入單元、接地單元、第一輻射單元、第二輻射單元、第三輻射單元、第四輻射單元及第五輻射單元，該饋入單元與該第一輻射單元抵持並電性連接，該接地單元與該第二輻射單元抵持並電性連接，該第三輻射單元與該第一輻射單元、第二輻射單元和第四輻射單元均電性連接，該第五輻射單元與 該饋入單元電性連接並與該第四輻射單元耦合。
一種無線通訊裝置，包括基板，其特徵在於：該無線通訊裝置還包括天線結構，所述天線結構設置於該基板上，該天線結構包括饋入單元、接地單元、第一輻射單元、第二輻射單元、第三輻射單元、第四輻射單元及第五輻射單元，該饋入單元與該第一輻射單元抵持並電性連接，該接地單元與該第二輻射單元抵持並電性連接，該第三輻射單元與該第一輻射單元、第二輻射單元和第四輻射單元均電性連接，該第五輻射單元與該饋入單元電性連接並與該第四輻射單元耦合。
所述天線結構藉由將該無線通訊裝置的第一邊框作為其第五輻射單元的一部分，在增加該天線結構工作頻段寬度的同時降低該第一邊框對該天線結構輻射性能的影響，使該天線結構具有較好的輻射性能。
100‧‧‧天線結構
10‧‧‧載體
101‧‧‧第一表面
103‧‧‧第二表面
105‧‧‧第三表面
107‧‧‧第四表面
20‧‧‧饋入單元
30‧‧‧接地單元
40‧‧‧第一輻射單元
41‧‧‧第一輻射片
43‧‧‧第二輻射片
45‧‧‧第三輻射片
50‧‧‧第二輻射單元
60‧‧‧第三輻射單元
61‧‧‧第一輻射段
63‧‧‧第二輻射段
65‧‧‧第三輻射段
67‧‧‧第四輻射段
69‧‧‧延伸段
70‧‧‧第四輻射單元
71‧‧‧第一連接段
73‧‧‧第二連接段
80‧‧‧第五輻射單元
81‧‧‧卡合件
83‧‧‧連接件
85‧‧‧耦合件
S1‧‧‧第一溝槽
S2‧‧‧第二溝槽
S3‧‧‧第三溝槽
200‧‧‧無線通訊裝置
210‧‧‧金屬接地面
230‧‧‧基板
231‧‧‧第一電子元件
232‧‧‧第二電子元件
233‧‧‧第三電子元件
234‧‧‧第四電子元件
235‧‧‧第五電子元件
236‧‧‧第六電子元件
250‧‧‧金屬邊框
251‧‧‧第一邊框
253‧‧‧第二邊框
255‧‧‧第三邊框
圖1為本發明較佳實施例的無線通訊裝置的立體圖。
圖2為圖1所示無線通訊裝置另一角度下的示意圖。
圖3為圖1所示無線通訊裝置的分解示意圖。
圖4為圖1所示無線通訊裝置的局部放大示意圖。
圖5為圖1所示無線通訊裝置中天線結構的電壓駐波比曲線圖。
圖6為圖1所示無線通訊裝置中天線結構的輻射增益曲線圖。
請一併參閱圖1和圖2，本發明較佳實施例提供一種天線結構100，其應用於行動電話、個人數位助理、平板電腦等無線通訊裝置200中，用以發送和接收無線通訊信號。
該無線通訊裝置200還包括金屬接地面210、基板230和金屬邊 框250。在本實施例中，該金屬接地面210為該無線通訊裝置200的金屬中框。該基板230為一印製電路板。該基板230靠近該金屬接地面210一側設置，並與該金屬接地面210電性連接以實現接地。該基板230上設置至少一電子元件。所述至少一電子元件均為金屬元件，其包括第一電子元件231、第二電子元件232、第三電子元件233、第四電子元件234、第五電子元件235及第六電子元件236。該第一電子元件231、第二電子元件232及第三電子元件233設置於該基板230的一表面，且環繞該天線結構100設置。該第四電子元件234、第五電子元件235及第六電子元件236設置於該基板230背離該天線結構100的表面。在本實施例中，該第一電子元件231為一音訊介面模組，該第二電子元件232為一金屬遮罩罩，該第三電子元件233為一後置攝像頭模組，該第四電子元件234為一前置攝像頭模組，該第五電子元件235為一發光二極體指示燈，該第六電子元件236為一音訊接收器模組。
該金屬邊框250包括第一邊框251、第二邊框253及第三邊框255。該第一邊框251平行設置於該基板230一側設置。該第二邊框253及第三邊框255分別垂直於該第一邊框251兩端設置，且與該第一邊框251共同形成一U型結構，以圍繞該基板230設置。
請一併參閱圖3和圖4，該天線結構100包括載體10、饋入單元20、接地單元30、第一輻射單元40、第二輻射單元50、第三輻射單元60、第四輻射單元70及第五輻射單元80。該載體10由不導電塑膠材料製成，其固定於該基板230靠近該第一邊框251的一側，並與該第一邊框251大致平行設置。該載體10包括第一表面101、第二表面103、第三表面105和第四表面107。該第一表面101朝向該基板230設置。該第二表面103與該第一表面101相對設置。該第三表面105及第四表面107相對且大致相互平行設置，並分別垂直連接於該第一表面101及第二表面103的兩側。
該饋入單元20及接地單元30間隔設置於該基板230上。該饋入單元20一端與該基板230上的射頻收發電路(圖未示)電性連接，另一端與該第一輻射單元40電性連接，以為該天線結構100提供信號饋入作用。該接地單元30一端藉由該基板230接地，另一端與該第二輻射單元50電性連接，以為該天線結構100提供信號接地作用。在本實施例中，該第一輻射單元40、第二輻射單元50、第三輻射單元60及第四輻射單元70藉由鐳射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)工藝形成於該載體10表面。
該第一輻射單元40包括第一輻射片41、第二輻射片43和第三輻射片45。該第一輻射片41為一大致呈“L”形的片體，其一端設置於該載體10的第一表面101，並與該饋入單元20抵持以實現電性連接。該第一輻射片41的另一端沿該載體10第三表面105彎折延伸至該第二表面103與第三表面105的連接處。該第二輻射片43一端與該第一輻射片41靠近該第四表面107的一端連接，另一端沿該載體10的第四表面107朝向第二表面103的方向彎折延伸。該第三輻射片45為一呈倒“L”形的片體，其整體佈設於第二表面103。該第三輻射片45的一端與該第二輻射片43佈設於第四表面107的一端連接，另一端沿該載體10的第二表面103朝向該接地單元30的一側延伸。
該第二輻射單元50為一大致呈“L”形的片體，其一端設置於該載體10的第一表面101，並與該接地單元30抵持以實現電性連接。該第二輻射單元50的另一端沿該載體10的第三表面105彎折延伸至該第二表面103與第三表面105的連接處。
該第三輻射單元60整體佈設於該載體10的第二表面103，其包括第一輻射段61、第二輻射段63、第三輻射段65、第四輻射段67及延伸段69。該第一輻射段61為一方形片體，其一端與該第一輻射片41佈設於第三 表面105的一端連接，另一端朝向該第四表面107延伸。該第二輻射段63大致呈條狀，其一端垂直連接至該第一輻射段61的一側，另一端朝向該接地單元30的一側延伸直至越過該接地單元30。該第三輻射段65的一端垂直連接至所述第二輻射段63遠離第一輻射段61的一端，另一端朝向該第三表面105所在的方向延伸。該第四輻射段67為一條狀片體，其一端與該第三輻射段65遠離該第二輻射段63的一端垂直連接，另一端朝向該第一輻射段61延伸。在本實施例中，該二輻射段63與第四輻射段67大致平行設置，兩者之間形成一第一溝槽S1。該第四輻射段67遠離二輻射段63的一側還與該第二輻射單元50佈設於該第三表面105的一端電性連接。該延伸段69為條狀體，其連接於該第一輻射段61遠離該第二輻射段63的一側，並朝向遠離該第二輻射段63的方向水準延伸。
該第四輻射單元70整體佈設於該載體10的第二表面103，其包括第一連接段71和第二連接段73。該第一連接段71呈倒“L”形，其一端連接於該第一輻射段61、第二輻射段63及延伸段69的連接處，另一端沿平行第三輻射段65且靠近該第四表面107的方向延伸一段距離，再彎折一直角，以沿平行於該第二輻射段63，且遠離第四輻射段67的方向延伸直至越過該第二輻射段63，進而與該第二輻射段63之間形成一第二溝槽S2。該第二連接段73呈倒“L”形，其一端與該第一連接段71遠離該第一輻射段61的一端垂直連接，並朝遠離第三輻射段65的方向延伸。該第二連接段73的另一端沿平行該第二輻射段63且朝向該第三輻射片45所在方向延伸，並與該第一邊框251之間形成一第三溝槽S3。
該第五輻射單元80包括卡合件81、連接件83及耦合件85。。該卡合件81設置於該基板230背離該饋入單元20的一面，並藉由該基板230上的一過孔(圖未示)與該饋入單元20電性連接。該連接件83為一金屬彈 片結構，其一端與該卡合件81卡持並電性連接，另一端與該耦合件85彈性抵持以實現電性連接。在本實施例中，該耦合件85為所述第一邊框251的一部分。
下面進一步說明該天線結構100的工作原理。
電流信號經該饋入單元20饋入，流經該卡合件81和連接件83後，進入該第一邊框251，並分別流向該第一邊框251兩端，以分別產生一低頻共振模態(791MHz~960MHz)和一第一高頻共振模態(2500MHz~2690MHz)。同時，來自饋入單元20的電流信號流經該第一輻射單元40和第三輻射單元60後藉由該第二輻射單元50及該接地單元30接地，並進入該第四輻射單元70，以藉由該第三溝槽S3與該耦合件85耦合，以激發出一第二高頻共振模態(1805MHz~2170MHz)。
可以理解，藉由調節該連接件83與該第一邊框251的連接點位置以調整該耦合件85的長度，以及藉由調整該第一溝槽S1、第二溝槽S2及第三溝槽S3的寬度，可以調節該天線結構100的共振模態，以實現良好的阻抗匹配。
請參閱圖5，圖中所示為該天線結構100的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)曲線，其中704MHz、791MHz、824MHz、960MHz、1710MHz、1805MHz、2170MHz、2500MHz和2690MHz九個共振頻率點對應的電壓駐波比如表1所示。從表1中資料可以看出，該天線結構100在低頻段791MHz~960MHz的電壓駐波比保持在5.4以下，而在高頻段1805MHz~2170MHz的電壓駐波比保持在3.3以下，說明該天線結構100在其工作頻帶內具有較好的輻射性能，能夠滿足該無線通訊裝置200的通訊需求。
表1 天線結構100各頻率下的電壓駐波比
請參閱圖6，圖中所示為該天線結構100的輻射增益曲線。從圖6中可以看出，該天線結構100在其全部輻射頻段的輻射增益均保持在-7.5dB以上，其中高頻段1805MHz~2170MHz的輻射增益保持在-2.7dB以上，使該天線結構100具有較好的輻射性能，可以滿足該無線通訊裝置200的通訊需求。
所述天線結構100藉由鐳射直接成型工藝形成於該載體10表面，能有效縮小該天線結構100的體積，從而節約該無線通訊裝置200的內部空間。同時，藉由將該無線通訊裝置200的第一邊框251與該饋入單元20電性連接，以利用該第一邊框251分別激發一低頻共振模態和一高頻共振模態，從而增加該天線結構100的工作頻帶寬度，使該天線結構100具有體積小、頻帶寬、輻射效率高的特點。
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 (10)

  1. 一種天線結構，應用於無線通訊裝置中，其改良在於：該天線結構包括載體、饋入單元、接地單元、第一輻射單元、第二輻射單元、第三輻射單元、第四輻射單元及第五輻射單元，該饋入單元與該第一輻射單元抵持並電性連接，該接地單元與該第二輻射單元抵持並電性連接，該第三輻射單元與該第一輻射單元、第二輻射單元和第四輻射單元均電性連接，該第五輻射單元與該饋入單元電性連接並與該第四輻射單元耦合，該載體包括第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，該第一表面與該第二表面相對設置，該第三表面及第四表面相對且相互大致平行設置，並分別大致垂直連接於該第一表面及第二表面的兩側，該第一輻射單元設置於該第一表面、第三表面及第四表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二輻射單元設置於該第一表面及第三表面，該第三輻射單元及第四輻射單元設置於該第二表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中所述第一輻射單元包括第一輻射片、第二輻射片和第三輻射片，該第一輻射片一端設置於該載體的第一表面，另一端沿該載體第三表面彎折延伸至該第二表面與第三表面的連接處，該第二輻射片一端與該第一輻射片靠近該第四表面的一端連接，另一端沿該載體第四表面朝向該第二表面的方向彎折延伸，該第三輻射片為一呈倒“L”形的片體，其整體佈設於該第二表面，該第三輻射片一端與該第二輻射片佈設於第四表面的一端連接，另一端沿該第二表面朝向該接地單元的一側延伸。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中所述第二輻射單元為一呈“L”形的片體，其一端設置於該載體的第一表面，另一端沿該載體的第三表面彎折延伸至該第二表面與第三表面的連接處。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之天線結構，其中所述第三輻射單元包括第一輻射段、第二輻射段及第三輻射段，該第一輻射段一端與該第一輻射片連接，另一端朝向該第四表面延伸，該第二輻射段一端垂直連接至該第一輻射段的一側，另一端朝向該接地單元的一側延伸，該第三輻射段一端垂直連接至所述第二輻射段遠離第一輻射段的一端，另一端朝向該第三表面所在的方向延伸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，其中所述第三輻射單元還包括第四輻射段及延伸段，該第四輻射段一端與該第三輻射段遠離該第二輻射段的一端垂直連接，另一端朝向該第一輻射段延伸，並與該該二輻射段之間形成一第一溝槽，該延伸段連接於該第一輻射段遠離該第二輻射段的一側，並朝向遠離該第二輻射段的方向水準延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中所述第四輻射單元包括第一連接段和第二連接段，該第一連接段呈倒“L”形，其一端連接於該第一輻射段、第二輻射段及延伸段的連接處，，另一端與該第二輻射段平行並延伸至越過該第二輻射段，並與該第二輻射段之間形成一第二溝槽，該第二連接段呈倒“L”形，其一端與該第一連接段遠離該第一輻射段的一端垂直連接，並朝遠離該第三輻射段的方向，另一端沿平行該第二輻射段且朝向該第三輻射片所在方向延伸，並與該第一邊框之間形成一第三溝槽。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中所述第五輻射單元包括卡合件、連接件及耦合件，該卡合件與該饋入單元電性連接，該連接件一端與該卡合件卡持並電性連接，另一端與該耦合件彈性抵持並電性連接，該耦合件與該第二連接段之間形成一第三溝槽。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中所述第一輻射單元、第二輻射單元、第三輻射單元及第四輻射單元藉由鐳射直接成型工藝形成於該載體表面。
  10. 一種無線通訊裝置，包括基板，其改良在於：該無線通訊裝置還包括如申請專利範圍第1-9項中任一項所述的天線結構，所述天線結構設置於該基板上。
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