TWI661609B - 天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括殼體及饋入源，所述殼體上形成有間隔設置之輻射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述饋入源之一端電連接至所述輻射部，並進一步將所述輻射部劃分為第一輻射段及第二輻射段；當電流自所述饋入源饋入所述輻射部後，將流經所述第一輻射段，並耦合至所述第一耦合部，以激發出第一模態及第二模態以產生第一頻段及第二頻段之訊號；當電流自所述饋入源饋入所述輻射部後，將流經所述第二輻射段，並耦合至所述第二耦合部，以激發出第三模態及第四模態以產生第三頻段及第四頻段之訊號。

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，行動電話、個人數位助理等電子裝置不斷朝向功能多樣化、輕薄化、以及資料傳輸更快、更有效率等趨勢發展。然而其相對可容納天線之空間亦就越來越小，且隨著長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術與長期演進技術升級版(LTE-Advanced，LTE-A)之不斷發展，天線之頻寬不斷增加。因此，如何於有限之空間內設計出具有較寬頻寬之天線，是天線設計面臨之一項重要課題。

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，包括殼體及饋入源，所述殼體上形成有間隔設置之輻射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述饋入源之一端電連接至所述輻射部，以為所述輻射部饋入電流訊號，並進一步將所述輻射部劃分為第一輻射段及第二輻射段；當電流自所述饋入源饋入所述輻射部後，將流經所述第一輻射段，並耦合至所述第一耦合部，以使得所述第一輻射段及所述第一耦合部激發出第一模態及第二模態以產生第一頻段及第二頻段之訊號；當電流自所述饋入源饋入所述 輻射部後，將流經所述第二輻射段，並耦合至所述第二耦合部，以使得所述第二輻射段及所述第二耦合部激發出第三模態及第四模態以產生第三頻段及第四頻段之訊號。

一種無線通訊裝置，包括上述項所述之天線結構。

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殼體，且利用所述殼體上之斷點及縫隙自所述殼體劃分出天線結構，如此可有效實現寬頻設計。

100‧‧‧天線結構

11‧‧‧殼體

111‧‧‧背板

113‧‧‧邊框

114‧‧‧容置空間

115‧‧‧末端部

116‧‧‧第一側部

117‧‧‧第二側部

119‧‧‧開孔

121‧‧‧斷點

122‧‧‧縫隙

13‧‧‧饋入源

15‧‧‧匹配電路

151‧‧‧第一匹配元件

153‧‧‧第二匹配元件

A1‧‧‧輻射部

A11‧‧‧第一輻射段

A12‧‧‧第二輻射段

A2‧‧‧第一耦合部

A3‧‧‧第二耦合部

16‧‧‧匹配元件

17‧‧‧切換電路

171‧‧‧切換開關

173‧‧‧切換元件

200‧‧‧無線通訊裝置

201‧‧‧顯示單元

21‧‧‧基板

23‧‧‧第一電子元件

25‧‧‧第二電子元件

26‧‧‧第三電子元件

27‧‧‧第四電子元件

28‧‧‧第五電子元件

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所示無線通訊裝置之組裝示意圖。

圖3為圖1所示天線結構之電路圖。

圖4為圖3所示天線結構中匹配電路之電路圖。

圖5為圖3所示天線結構中切換電路之電路圖。

圖6至圖9為當圖5中所述切換電路切換至不同之切換元件時天線結構之S參數(散射參數)曲線圖。

圖10為圖1所示天線結構之增益效率圖。

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。

請一併參閱圖2及圖3，所述天線結構100包括殼體11、饋入源13及匹配電路15(參圖3)。所述殼體11可為所述無線通訊裝置200之外殼。所述殼體11至少包括背板111及邊框113。於本實施例中，所述背板111由非金屬材料，例如塑膠、玻璃製成。所述邊框113由金屬材料製成。所述背板111及邊框113構成所述無線通訊裝置200之外殼。

所述邊框113大致呈環狀結構。所述邊框113上設置有一開口(圖未標)，用於容置所述無線通訊裝置200之顯示單元201。可理解，所述顯示單元201具有一顯示平面，該顯示平面裸露於該開口，且該顯示平面與所述背板111大致平行設置。於本實施例中，所述邊框113環繞所述背板111之周緣設置，以與所述背板111共同圍成具有所述開口之容置空間114。所述容置空間114用以容置所述無線通訊裝置200之電路板、處理單元等電 子元件或電路模組於其內。

所述邊框113至少包括末端部115、第一側部116以及第二側部117。於本實施例中，所述末端部115為所述無線通訊裝置200之底端。所述第一側部116與所述第二側部117相對設置，兩者分別設置於所述末端部115之兩端，優選垂直設置。所述末端部115、所述第一側部116與所述第二側部117均垂直連接至所述背板111。

所述邊框113上還開設有開孔119、斷點121及縫隙122。所述開孔119開設於所述末端部115之中部位置，且貫通所述末端部115。

所述無線通訊裝置200還包括基板21及至少一電子元件。所述基板21為印刷電路板(printed circuit board,PCB)，其可採用環氧樹脂玻璃纖維(FR4)等介電材質製成。於本實施例中，所述無線通訊裝置200至少包括五個電子元件，即第一電子元件23、第二電子元件25、第三電子元件26、第四電子元件27以及第五電子元件28。其中，所述第一電子元件23為一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面模組，其設置於所述容置空間114內，且鄰近且電連接至所述基板21。所述第一電子元件23與所述開孔119相對應，以使得所述第一電子元件23從所述開孔119部分露出。如此使用者可將一USB設備藉由所述開孔119插入，進而與所述第一電子元件23建立電性連接。

所述第二電子元件25為一麥克風，其設置於所述容置空間114內，且位於所述縫隙122與所述第一電子元件23之間。所述第三電子元件26為一電池，其設置於所述容置空間114內，且與所述第一電子元件23及第二電子元件25間隔設置。所述第四電子元件27為揚聲器。所述第四電子元件27設置於所述容置空間114內，且位於所述基板21與所述第一側部116之間。所述第五電子元件28為一震動器。所述第五電子元件28設置於所述 容置空間114內，且位於所述基板21與第二側部117之間。

於本實施例中，所述斷點121開設於所述開孔119與所述第一側部116之間之所述邊框113。所述縫隙122開設於所述開孔119與所述第二側部117之間之所述邊框113，即所述斷點121及所述縫隙122分別設置於所述開孔119兩側。於本實施例中，所述斷點121及所述縫隙122均貫通且隔斷所述邊框113，進而將邊框113劃分為三部分，即輻射部A1、第一耦合部A2及第二耦合部A3。其中，所述斷點121與所述縫隙122之間之所述邊框113形成所述輻射部A1。所述斷點121鄰近所述第一側部116一側之所述邊框113形成所述第一耦合部A2。所述縫隙122遠離所述斷點121且鄰近所述第二側部117之所述邊框113形成所述第二耦合部A3。於本實施例中，所述第一耦合部A2及第二耦合部A3均接地。

於本實施例中，所述斷點121及所述縫隙122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)，以區隔所述輻射部A1、第一耦合部A2及第二耦合部A3。

請一併參閱圖3，所述饋入源13設置於所述容置空間114內，且位於所述第一電子元件23與所述第二電子元件25之間。所述饋入源13之一端藉由所述匹配電路15電連接至所述輻射部A1。如此，所述饋入源13將所述輻射部A1進一步劃分為第一輻射段A11及第二輻射段A12。其中，所述饋入源13與所述斷點121之間之所述邊框113構成所述第一輻射段A11。所述饋入源13與所述縫隙122之間之所述邊框113構成所述第二輻射段A12。於本實施例中，所述饋入源13之位置並非對應到所述輻射部A1之中間，因此所述第一輻射段A11之長度大於所述第二輻射段A12之長度。

可理解，當電流自所述饋入源13饋入後，一部分電流將流入所述第一輻射段A11，並藉由所述斷點121耦合至所述第一耦合部A2，進 而使得所述饋入源13、第一輻射段A11及第一耦合部A2構成耦合饋入天線，從而激發出第一模態及第二模態以產生第一頻段及第二頻段之輻射訊號。當電流自所述饋入源13饋入後，另外一部分電流將流經所述第二輻射段A12，並藉由所述縫隙122耦合至所述第二耦合部A3，進而使得所述饋入源13、第二輻射段A12及第二耦合部A3構成另一耦合饋入天線，從而激發出第三模態及第四模態以產生第三頻段及第四頻段之輻射訊號。

於本實施例中，所述第二頻段之頻率高於所述第一頻段之頻率。所述第三頻段之頻率高於第二頻段之頻率。所述第四頻段之頻率高於所述第三頻段之頻率。具體所述第一模態為LTE-A低頻模態，所述第一頻段為699-960MHz頻段。所述第二模態為LTE-A第一中頻模態，所述第二頻段為1450-1990MHz頻段。所述第三模態為LTE-A第二中頻模態，所述第三頻段為1920-2170MHz頻段。所述第四模態為LTE-A高頻模態，所述第四頻段為2300-2690MHz頻段。

請一併參閱圖4，於本實施例中，所述匹配電路15用於對所述天線結構100之輻射頻段進行阻抗匹配。所述匹配電路15包括第一匹配元件151及第二匹配元件153。其中所述第一匹配元件151之一端電連接至所述饋入源13，另一端電連接至所述輻射部A1。所述第二匹配元件153之一端電連接至所述第一匹配元件151與所述輻射部A1之間，另一端接地。

於本實施例中，所述第一匹配元件151為電容。所述第二匹配元件153為電感。所述第一匹配元件151之電容值為3pF。所述第二匹配元件153之電感值為6.2nH。當然，於其他實施例中，所述第一匹配元件151及所述第二匹配元件153不局限於上述項所述之電感及電容，其還可為其他之匹配元件或其組合。

請再次參閱圖1、圖3及圖5，於本實施例中，所述天線結構 100還包括匹配元件16及切換電路17。所述匹配元件16及所述切換電路17均設置於所述容置空間114內，且位於所述饋入源13與所述第一電子元件23之間。於本實施例中，所述匹配元件16為一電容，其電容值為33pF。所述匹配元件16之一端電連接至所述第一輻射段A11靠近所述縫隙122之位置，另一端電連接至所述切換電路17。所述切換電路17之一端電連接至所述匹配元件16，以藉由所述匹配元件16電連接至所述第一輻射段A11。所述切換電路17之另一端接地。

所述切換電路17包括切換開關171及多個切換元件173。所述切換開關171電連接至所述匹配元件16。每一個所述切換元件173可為電感、電容、或者電感與電容之組合。所述切換元件173之間相互並聯，且其一端電連接至所述切換開關171，另一端接地。如此，藉由控制所述切換開關171之切換，可使得所述第一輻射段A11切換至不同之切換元件173。由於每一個切換元件173具有不同之阻抗，因此藉由所述切換開關171之切換，可有效調整所述第一模態之第一頻段。

圖6至圖9分別為當所述切換開關171切換至不同之切換元件173時所述天線結構100之S參數(散射參數)曲線圖。顯然，圖6至圖9分別對應四個不同頻段，並分別對應所述切換電路17可切換之多個低頻模態之其中四個。例如，圖6中，所述天線結構100可工作於700MHz頻段。圖7中，所述天線結構100可工作於750MHz頻段。圖8中，所述天線結構100可工作於800/850MHz頻段。圖9中，所述天線結構100可工作於900/1400/1800/1900/2100/2300/2500MHz頻段。另外，當所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，使得所述天線結構100工作於900MHz頻段時，所述天線結構100還具有較佳之中頻及高頻效應。

圖10為當所述切換開關171切換至不同之切換元件173時所述 天線結構100之增益效率曲線圖。其中曲線S101-S104分別對應四個不同頻段，並分別對應所述切換電路17可切換之多個低頻模態之其中四個。同樣，當所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，使得所述天線結構100工作於900MHz頻段時，所述天線結構100還具有較佳之中頻及高頻輻射效率。

顯然，從圖6至圖10可知，所述天線結構100可工作於相應之LTE-A低頻頻段，例如699-960MHz頻段。另外，所述天線結構100還可工作於LTE-A中頻頻段(1450-1990MHz頻段及1920-2170MHz頻段)及LTE-A高頻頻段(2300-2690MHz)，即涵蓋至低、中、高頻頻段，頻率範圍較廣，且當所述天線結構100工作于上述頻段時，其工作頻率均可滿足天線工作設計要求，並具有較佳之輻射效率。

如前面各實施例所述，所述天線結構100藉由設置所述斷點121以及縫隙122，以自所述邊框113劃分出第一輻射段A11、第二輻射段A12、第一耦合部A2及第二耦合部A3。所述天線結構100還設置有饋入源13，進而使得所述饋入源13之電流饋入至所述第一輻射段A11，並耦合至所述第一耦合部A2。同時所述饋入源13之電流還將饋入至所述第二輻射段A12，並耦合至所述第二耦合部A3。如此，所述第一輻射段A11及第一耦合部A2可激發第一模態及第二模態以產生低頻頻段及第一中頻頻段之輻射訊號。所述第二輻射段A12及第二耦合部A3可激發第三模態及第四模態以產生第二中頻頻段及高頻頻段之輻射訊號。因此無線通訊裝置200可使用LTE-A之載波聚合(CA，Carrier Aggregation)技術並使用所述第一輻射段A11、第二輻射段A12、第一耦合部A2及第二耦合部A3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。

另外，該天線結構100藉由設置所述殼體11，且所述殼體11上 之斷點121及縫隙122均設置於所述邊框113上，並未設置於所述背板111上。如此，該天線結構100僅利用所述邊框113便可設置出相應之低、中、高頻天線，而使得所述背板111整體可採用非金屬材料，較為完整及美觀，且可有效適應手機天線淨空區越來越小之趨勢，同時可有效確保無線訊號接收之穩定性。

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 (9)

1. 一種天線結構，其改良在於，所述天線結構包括殼體、饋入源及匹配電路，所述殼體上形成有間隔設置之輻射部、第一耦合部及第二耦合部，所述第一耦合部及第二耦合部接地，所述饋入源之一端藉由所述匹配電路電連接至所述輻射部，以為所述輻射部饋入電流訊號，並進一步將所述輻射部劃分為第一輻射段及第二輻射段；當電流自所述饋入源饋入所述輻射部後，將流經所述第一輻射段，並耦合至所述第一耦合部，以使得所述第一輻射段及所述第一耦合部激發出第一模態及第二模態以產生第一頻段及第二頻段之訊號；當電流自所述饋入源饋入所述輻射部後，將流經所述第二輻射段，並耦合至所述第二耦合部，以使得所述第二輻射段及所述第二耦合部激發出第三模態及第四模態以產生第三頻段及第四頻段之訊號；所述殼體至少包括邊框，所述邊框上開設有斷點及縫隙，所述斷點及所述縫隙均貫通且隔斷所述邊框，所述斷點與所述縫隙之間之所述邊框構成所述輻射部，所述斷點遠離所述輻射部一側之所述邊框構成所述第一耦合部，所述縫隙遠離所述輻射部一側之所述邊框構成所述第二耦合部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述第四頻段之頻率高於所述第三頻段之頻率，所述第三頻段之頻率高於第二頻段之頻率，所述第二頻段之頻率高於第一頻段之頻率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述斷點及所述縫隙內均填充有絕緣材料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述匹配電路包括第一匹配元件及第二匹配元件，所述第一匹配元件之一端電連接至所述饋入源，另一端電連接至所述輻射部，所述第二匹配元件之一端電連接至所述第一匹配元件與所述輻射部之間，另一端接地，所述匹配電路用以對所述天線結構之輻射頻段進行阻抗匹配。
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元件及切換電路，所述切換電路包括切換開關及多個切換元件，所述切換開關藉由所述匹配元件電連接至所述第一輻射段，所述切換元件之間相互並聯，且其一端電連接至所述切換開關，另一端接地，每一個切換元件具有不同之阻抗，藉由控制所述切換開關之切換，使得所述切換開關切換至不同之切換元件，進而調整所述第一頻段。
6. 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輻射部、第一耦合部及第二耦合部同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述殼體還包括背板，所述邊框圍繞所述背板之邊緣設置，所述背板由非金屬材料製成。
8. 一種無線通訊裝置，包括如申請專利範圍第1-7項中任一項所述之天線結構。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無線通訊裝置，其中所述無線通訊裝置還包括USB模組，所述殼體上還開設有開孔，所述開孔與所述USB模組相對應，用以使得所述USB模組從所述開孔部分露出。