TWI661613B - 天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部和切換電路，該第一輻射部與該第二輻射部及第三輻射部耦合，該切換電路連接於該第二輻射部和該第三輻射部之間，用於調節該天線結構的共振模態。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。

隨著無線通訊產品的軟體功能與觸控螢幕的快速發展，消費者對於觸控式大螢幕無線通訊產品的需求增加，加上產品外觀設計朝向金屬化與薄型化趨勢發展，使得無線通訊產品的天線設計空間不斷受到限制。同時，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。此外隨著4G FDD/TDD LTE頻段的加入讓天線頻寬需求增加，目前天線設計頻寬需同時涵蓋2G/3G/4G頻段(700~960MHz、1710~2690MHz)，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，本發明提供一種傳輸特性較佳的天線結構。

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，用於無線通訊裝置中，以發射和接收無線通訊訊號，該天線結構包括第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部和切換電路，該第一輻射部與該第二輻射部及第三輻射部耦合，該切換電路連接於該第二輻射部和該第三輻射部之間，用於調節該天線結構的共振模態。

一種無線通訊裝置，其包括金屬邊框和天線結構，該天線結構包括第一輻射部、第二輻射部和切換電路，該第一輻射部與該第二輻射部及金屬邊框耦合，該切換電路連接於該第二輻射部和該金屬邊框之間，並可調節地改變該第二輻射部和該金屬邊框之間的阻抗。

所述天線結構通過該第一輻射部與該第二輻射部及第三輻射部之間形成耦合饋入，並在該第二輻射部及該第三輻射部之間設置該切換電路，通過該切換電路可調整該天線結構的低頻段共振模態，使該天線結構具有較好的輻射效率特性。

100、200、300、400‧‧‧天線結構

110、210、310、410‧‧‧第一輻射部

111‧‧‧第一輻射段

113‧‧‧第二輻射段

115‧‧‧第三輻射段

130、230、330、430‧‧‧第二輻射部

131、331、431‧‧‧第一輻射體

1311‧‧‧短邊

1313‧‧‧長邊

133、333、433‧‧‧第二輻射體

1331、3331‧‧‧第一連接段

1333、3333‧‧‧第二連接段

1335‧‧‧第三連接段

435‧‧‧第三輻射體

150、250、350、450‧‧‧第三輻射部

S1‧‧‧第一溝槽

S2‧‧‧第二溝槽

S3‧‧‧第三溝槽

S4‧‧‧第四溝槽

S5‧‧‧第五溝槽

S6‧‧‧第六溝槽

SW‧‧‧切換電路

70‧‧‧切換器

71‧‧‧輸入端

73‧‧‧輸出端

Z‧‧‧電抗器件

a1、a2、b2、b2、c2、c2‧‧‧曲線

500‧‧‧無線通訊裝置

510‧‧‧基板

511‧‧‧淨空區

513‧‧‧訊號饋入點

515‧‧‧訊號接地點

530‧‧‧金屬邊框

531‧‧‧第一天線邊框

5311‧‧‧第一框體

5313‧‧‧第二框體

533‧‧‧第二天線邊框

535‧‧‧結構邊框

G1‧‧‧第一縫隙

G2‧‧‧第二縫隙

圖1為本發明第一實施例的無線通訊裝置及天線結構平面圖。

圖2為圖1所示天線結構的切換電路原理圖。

圖3為圖1所示天線結構的第一輻射效率曲線圖。

圖4為圖1所示天線結構的回波損耗曲線圖。

圖5為圖1所示天線結構的第二輻射效率曲線圖。

圖6為本發明第二實施例的天線結構平面圖。

圖7為本發明第三實施例的天線結構平面圖。

圖8為本發明第四實施例的天線結構平面圖。

請參閱圖1，本發明第一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500中，用以發送和接收無線通訊訊號。

該無線通訊裝置500包括基板510和金屬邊框530，該基板510一側設置一淨空區511，該基板510上靠近該淨空區511的位置間隔設置一訊號饋入點513和一訊號接地點515，該訊號饋入點513與該無線通訊裝置500的一射 頻收發電路電性連接，以為該天線結構100提供訊號饋入作用，該訊號接地點515與該基板510上的一金屬接地面電性連接，以為該天線結構100提供訊號接地作用。該金屬邊框530環繞該基板510設置，該金屬邊框530上分別設置第一縫隙G1和第二縫隙G2，以將該金屬邊框530分割為第一天線邊框531、第二天線邊框533和結構邊框535三部分，該第一縫隙G1和第二縫隙G2均由不導電材料填充。在本實施例中，該第一縫隙G1設置於該金屬邊框530靠近該訊號接地點515的一側，並與該淨空區511靠近基板510的一側大致平齊，該第二縫隙G2設置於淨空區511遠離基板510的一側。

該天線結構100包括第一輻射部110、第二輻射部130、第三輻射部150和切換電路SW。該第一輻射部110與該第二輻射部130及第三輻射部150耦合，該切換電路SW連接於該第二輻射部130和該第三輻射部150之間，用於調節該天線結構100的共振模態。

該第一輻射部110為一呈“T”形的單極天線，其包括第一輻射段111、第二輻射段113和第三輻射段115。該第一輻射段111大致垂直於該淨空區511靠近基板510的一側設置，並與該訊號饋入點513電性連接。該第二輻射段113一端與該第一輻射段111遠離訊號饋入點513的一端大致垂直連接，另一端沿平行於淨空區511的另一側的方向水準延伸一段距離。該第三輻射段115一端與該第一輻射段111遠離訊號饋入點513的一端大致垂直連接，另一端朝向與該第二輻射段113相反的方向延伸一段距離。其中，該第三輻射段115的寬度小於該第二輻射段113的寬度。在本實施例中，該第二輻射段113用於激發一第一高頻模態，該第三輻射段115用於激發一低頻主模態及一第二高頻模態。

該第二輻射部130包括第一輻射體131和第二輻射體133。該第一輻射體131呈倒“L”形，包括相互連接的短邊1311和長邊1313。該短邊1311大致垂直於該淨空區511靠近該基板510的一側設置，並與該訊號接地點515電性連接，該長邊1313朝向該第一縫隙G1水準延伸一段距離。該第二輻射體133包括第一連接段1331、第二連接段1333及第三連接段1335。該第一連接段1331為一短條狀片體，其大致垂直連接於該長邊1313遠離該短邊1311的一端。該第二連接段1333為一長條狀片體，其一端大致垂直連接於該第一連接段1331 遠離該長邊1313的一端，另一端朝向該第一輻射段111水準延伸並越過該第三輻射段115，從而與該第三輻射段115之間形成一第一溝槽S1。該第三連接段1335呈倒“L”形，其一端與該第二連接段1333靠近該第一輻射段111的一端大致垂直連接，並朝向遠離該第三輻射段115的方向延伸，另一端朝向該第一連接段1331水準延伸一段距離，從而使該第一輻射體131和第二輻射體133共同形成一非封閉的回路結構。

該第三輻射部150包括第一天線邊框531和第二天線邊框533。該第一天線邊框531呈倒“L”形，其包括相互連接的第一框體5311和第二框體5313，該第一框體5311一端靠近該第一縫隙G1，該第二框體5313一端靠近該第二縫隙G2，該第二框體5313與該第二輻射段113及第三輻射段115之間形成一第二溝槽S2。該第二天線邊框533呈倒“L”形，其一端通過該第二縫隙G2與該第一天線邊框531間隔設置，另一端延伸至與該淨空區511靠近該基板510的一側大致平齊的位置。在本實施例中，該第二天線邊框533用於激發一第三高頻模態，通過調整該第二縫隙G2的位置可改變該第二天線邊框533的長度，該第三高頻模態的中心頻率隨該第二天線邊框533的長度增加而降低。

請參閱圖2，該切換電路SW包括切換器70和至少一電抗器件Z，該切換器70包括一輸入端71和至少一輸出端73。該輸入端71與該第一框體5311靠近該第一縫隙G1的一端電性連接。所述至少一電抗器件Z一端與所述至少一輸出端73連接，另一端連接至該第一輻射體131的長邊1313靠近該第一縫隙G1的一端。在本實施例中，所述至少一電抗器件Z可以為電容、電感、電阻或由電容、電感、電阻通過並聯或串聯形成的組合，所述至少一輸出端73與該長邊1313靠近該第一縫隙G1的一端之間還可直接通過導線相連，以形成短路連接。通過該切換器70切換至不同的輸出端73，該第三輻射部150和該第二輻射部130之間可選擇短路連接、通過電抗器件Z連接或通過電抗器件Z的組合連接，從而利用不同的阻抗調整該天線結構100的共振模態。

請參閱圖3，圖中所示為第三輻射部150和該第二輻射部130之間由該切換電路SW切換至通過3pF和6pF的電容連接時，該天線結構100在低頻模態的總效率和輻射效率。其中，曲線a1為切換至3pF的電容連接時該天線結 構100在低頻模態下的總效率，曲線a2為與之對應的輻射效率；曲線b1為切換至6pF的電容連接時該天線結構100在低頻模態下的總效率，曲線b2為對應的輻射效率。從圖3中可以看出，在切換至3pF和6pF的電容連接時該天線結構100在低頻模態下均具有大於-3dB的輻射效率，且通過切換不同的電容連接，可調整其低頻共振模態。

下面進一步說明該天線結構的工作原理。電流訊號經該訊號饋入點513饋入該第一輻射部110，並由該第一溝槽S1和第二溝槽S2分別耦合到該第二輻射部130和第三輻射部150，耦合到該第二輻射部130上的電流訊號流經該第二輻射體133和第一輻射體131後由該訊號接地點515接地，耦合到該第三輻射部150上的電流訊號由該切換電路SW接入該第一輻射體131並由該訊號接地點515接地。在本實施例中，可通過調整所述第一溝槽S1和第二溝槽S3的寬度以及該第三輻射段115的長度來調整所述第一輻射部110與第二輻射部130以及第三輻射部150之間的耦合量。

請參閱圖4，圖中所示為當該無線通訊裝置500的尺寸為68×130×7mm，天線淨空區511的尺寸為66×8.5mm，該第二輻射段113的長度為12mm，該第三輻射段115的長度為6.5mm，該第二連接段1333和第三連接段1335總長度為26.5mm，該第一天線邊框531的長度為64mm，該第二天線邊框533的長度為20mm，該第一縫隙G1和第二縫隙G2的寬度為1.5mm，該第一溝槽S1的寬度為0.6mm，該第二溝槽S2的寬度為2mm以及該切換電路切換至6pF的電容連接時，該天線結構100的回波損耗曲線圖。在上述條件下，該天線結構100高頻模態可以覆蓋1710-2690MHz，低頻模態可以覆蓋704-787MHz，而850/900MHz頻段則可通過調節該切換電路SW來實現，從而使該天線結構100能夠滿足該無線通訊裝置500在不同頻段下的通信需求。

請參閱圖5，圖中所示為該天線結構100在圖4所示回波損耗曲線對應的參數下的總效率和輻射效率。其中，曲線c1為該天線結構100的總效率，曲線c2為對應的輻射效率。從圖中可以看出，該天線結構在750-850MHz頻段內的輻射效率大於-4dB，在1710-2690MHz頻段內的輻射效率大於-2dB，即該天線結構100具有良好的輻射效率特性，能夠滿足該無線通訊裝置500在不同頻段 下的通信需求。

請一併參閱圖6至圖8，圖中所示為本發明其他可能實施例的天線結構平面圖。

圖6所示第二實施例的天線結構200包括第一輻射部210、第二輻射部230、第三輻射部250和切換電路SW，其中該第一輻射部210與第二輻射部230與第一實施例結構大致相同，該第三輻射部250與第一實施例的區別僅為去除該第二縫隙G2，而僅保留第一縫隙G1。在本實施例中，該第三輻射部250為一圍繞該淨空區511的半框形結構。

圖7所示第三實施例的天線結構300包括第一輻射部310、第二輻射部330、第三輻射部350和切換電路SW，其中該第一輻射部310及第三輻射部350與第一實施例結構大致相同，該第二輻射部330包括第一輻射體331和第二輻射體333，該第一輻射體331與第一實施例結構大致相同，該第二輻射體333包括第一連接段3331和第二連接段3333，該第一連接段3331大致垂直連接於該第一輻射體331靠近該第一縫隙G1的一端，該第二連接段3333一端大致垂直連接於該第一連接段3331遠離該第一輻射體331的一端，另一端朝向該第一輻射部310水準延伸至該第一輻射部310與該第三輻射部350之間。該第二連接段3333與該第一輻射部310之間形成一第三溝槽S3，並與該第三輻射部350之間形成一第四溝槽S4。在本實施例中，該第一輻射部310和該第二輻射部330可交替切換連接至該訊號饋入點513或訊號接地點515。

圖8所示第四實施例的天線結構400包括第一輻射部410、第二輻射部430、第三輻射部450和切換電路SW。該第一輻射部410和第三輻射部450與第一實施例結構大致相同。該第二輻射部430包括第一輻射體431、第二輻射體433和第三輻射體435。該第一輻射體431與第一實施例的第一輻射體131結構大致相同，該第三輻射體435與該第一輻射體431大致相對於該第一輻射部410對稱設置，並與基板510電連接，該第二輻射體433設置於該第一輻射部410與第三輻射部450之間，其兩端分別與該第一輻射體431和第三輻射體435連接。該第二輻射體433與該第一輻射部410之間形成一第五溝槽S5，並與該第三輻射部450之間形成一第六溝槽S6。

所述天線結構100通過該第一輻射部10與該第二輻射部30及第三輻射部50之間形成耦合饋入，並在該第二輻射部30及該第三輻射部50之間設置該切換電路SW，通過該切換電路SW將該第二輻射部30及該第三輻射部50之間切換為通過不同的電抗器件Z連接或直接短接，從而調整該天線結構100的低頻段共振模態，使該天線結構100具有較好的輻射效率特性，能夠滿足該無線通訊裝置200的通信需求。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。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。

Claims (12)

1. 一種無線通訊裝置，其包括金屬邊框和天線結構，其改良在於：該天線結構包括第一輻射部、第二輻射部和切換電路，該第一輻射部與該第二輻射部及該金屬邊框耦合，該第二輻射部與一訊號接地點電性連接；所述第一輻射部呈“T”形，包括第一輻射段、第二輻射段和第三輻射段，該第一輻射段一端與一訊號饋入點電性連接，另一端與該第二輻射段垂直連接，該第三輻射段一端與該第一輻射段垂直連接，另一端朝與該第二輻射段相反的方向延伸，該切換電路連接於該第二輻射部和該金屬邊框之間並可調節地改變該第二輻射部和該金屬邊框之間的阻抗。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述第二輻射部包括第一輻射體和第二輻射體，該第一輻射體與該第二輻射體連接，並形成一非封閉的回路結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無線通訊裝置，其中所述第一輻射體呈倒“L”形，包括相互連接的短邊和長邊，該短邊與訊號接地點電性連接，該長邊朝向遠離該第一輻射段的方向水準延伸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無線通訊裝置，其中所述第二輻射體包括第一連接段、第二連接段及第三連接段，該第一連接段垂直連接於該長邊遠離該短邊的一端，該第二連接段一端垂直連接於該第一連接段遠離該長邊的一端，另一端朝向該第一輻射段水準延伸並越過該第三輻射段，該第二連接段與該第三輻射段之間形成一第一溝槽。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線通訊裝置，其中所述第三連接段呈倒“L”形，其一端與該第二連接段靠近該第一輻射段的一端垂直連接，並朝向遠離該第三輻射段的方向延伸，另一端朝向該第一連接段水準延伸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中該金屬邊框上分別設置第一縫隙和第二縫隙，該第一縫隙和第二縫隙將該金屬邊框分割為第一天線邊框、第二天線邊框和結構邊框三部分，所述天線結構還包括第三輻射部，所述第三輻射部包括第一天線邊框和第二天線邊框，該第一天線邊框呈倒“L”形，其包括相互連接的第一框體和第二框體，第一縫隙設置於該第一框體一端，該第二縫隙設置於該第二框體一端，該第二框體與該第二輻射段及第三輻射段之間形成一第二溝槽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中所述第二天線邊框呈倒“L”形，該第二天線邊框通過該第二縫隙與該第一天線邊框間隔設置。
8. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中所述第三輻射部為一半框形結構。
9. 如申請專利範圍第3項所述之無線通訊裝置，其中所述第二輻射體包括第一連接段和第二連接段，該第一連接段垂直連接於該第一輻射體的一端，該第二連接段一端垂直連接於該第一連接段遠離該第一輻射體的一端，另一端朝向該第一輻射部水準延伸至該第一輻射部與該金屬邊框之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊裝置，其中所述第二輻射部包括第一輻射體、第二輻射體和第三輻射體，該第二輻射體與該第一輻射部平行設置，其兩端分別與該第一輻射體和第三輻射體連接。
11. 一種天線結構，用於無線通訊裝置中，以發射和接收無線通訊訊號，其改良在於：該天線結構包括第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部和切換電路，該第一輻射部與該第二輻射部及該第三輻射部耦合，該第二輻射部與一訊號接地點電性連接；所述第一輻射部呈“T”形，包括第一輻射段、第二輻射段和第三輻射段，該第一輻射段一端與一訊號饋入點電性連接，另一端與該第二輻射段垂直連接，該第三輻射段一端與該第一輻射段垂直連接，另一端朝與該第二輻射段相反的方向延伸，該切換電路連接於該第二輻射部和該第三輻射部之間，用於調節該天線結構的共振模態。
12. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中所述切換電路包括切換器和至少一電抗器件，該切換器包括一輸入端和至少一輸出端，該輸入端與該第三輻射部的一端電性連接，所述至少一電抗器件一端與所述至少一輸出端連接，另一端電性連接至該第二輻射部。