TWI668912B - 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、饋入部以及連接部，所述殼體上開設有斷點及斷槽，所述斷點與斷槽之間之殼體構成輻射部，所述斷點遠離所述輻射部一側之殼體構成耦合部，所述饋入部與所述斷點之間之殼體構成第一輻射段，所述連接部電連接至所述耦合部靠近所述斷點之端部，當電流饋入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述連接部，進而激發出第一工作模態；當所述電流饋入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述耦合部，以激發出第二工作模態。

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。

所述天線結構包括殼體、饋入部以及連接部，所述殼體由金屬材料製成，所述殼體包括邊框及背板，所述殼體上開設有斷點及斷槽，所述斷點及斷槽均隔斷所述邊框及連接所述邊框之部分背板，所述斷點與所述斷槽之間之所述殼體構成輻射部，所述斷點遠離所述輻射部一側之所述殼體構成耦合部，所述饋入部一端饋入電流，另一端電連接至所述輻射部，所述饋入部與所述斷點之間之所述殼體構成第一輻射段，所述連接部之一端電連接至所述耦合部靠近所述斷點之端部，另一端接地，當電流饋 入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述連接部，進而激發出第一工作模態以產生第一輻射頻段之訊號；當所述電流饋入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述耦合部，進而激發出第二工作模態以產生第二輻射頻段之訊號。

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殼體，且利用所述殼體上之斷點及斷槽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

112‧‧‧邊框

113‧‧‧缺口

114‧‧‧容置空間

115‧‧‧末端部

116‧‧‧第一側部

117‧‧‧第二側部

119‧‧‧端口

121‧‧‧斷點

122‧‧‧斷槽

123‧‧‧縫隙

A1‧‧‧輻射部

A11‧‧‧第一輻射段

A12‧‧‧第二輻射段

A2‧‧‧耦合部

13‧‧‧饋入部

14‧‧‧匹配電路

15‧‧‧連接部

16‧‧‧接地部

17‧‧‧切換電路

171‧‧‧切換單元

173‧‧‧切換元件

18‧‧‧頻率調節單元

200‧‧‧無線通訊裝置

201‧‧‧顯示單元

21‧‧‧基板

211‧‧‧饋入源

213‧‧‧第一接地點

215‧‧‧第二接地點

23‧‧‧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所示天線結構工作之電流走向示意圖。

圖5為圖3所示天線結構中切換電路之電路圖。

圖6為圖1所示天線結構之S參數(散射參數)曲線圖。

圖7為圖1所示天線結構之輻射效率圖。

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及圖2，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。

所述無線通訊裝置200還包括基板21及電子元件23。所述基板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上設置有饋入源211、第一接地點213及第二接地點215。所述饋入源211用以為所述天線結構100饋入電流。所述第一接地點213及所述第二接地點215分別設置於所述饋入源211之兩側，用以為所述天線結構100提供接地。所述電子元件23為一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面模組，其設置於所述基板21上，且位於所述第二接地點215遠離所述饋入源211之一側。

請一併參閱圖3，所述天線結構100包括殼體11、饋入部13、匹配電路14、連接部15以及接地部16。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112。所述背板111由金屬材料製成。所述背板111於靠近所述無線通訊裝置200之底端位置開設有一大致呈矩形之缺口113。

所述邊框112大致呈環狀結構，其由金屬材料製成。所述邊框112可與所述背板111一體成型。所述邊框112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112環繞所述背板111之周緣設置，以與所述顯示單元201以及背板111共同圍成具有所述開口及所述缺口113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之基板21、電子元件23、處理單元等電子元件或電路模組於其內，且所述基板21對應所述缺口113設置。

所述邊框112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均垂直連接所述背板111，並以一體成型之方式相互連接。

所述邊框112上還開設有端口119、斷點121及斷槽122。所述端口119開設於所述末端部115之中部位置，且貫通所述末端部115。所述端口119與所述電子元件23相對應，以使得所述電子元件23從所述端口119部分露出。如此使用者可將一USB設備藉由所述端口119插入，進而與所述電子元件23建立電性連接。

於本實施例中，所述斷點121開設於所述端口119與所述第一側部116之間之所述邊框112。所述斷點121貫通且隔斷所述邊框112，並延 伸至所述背板111與所述缺口113連通。所述斷槽122開設於所述端口119與所述第二側部117之間之所述邊框112。所述斷槽122貫通且隔斷所述邊框112，並延伸至所述背板111與所述缺口113連通。於本實施例中，所述斷點121與所述斷槽122共同將所述殼體11劃分為兩部分，即輻射部A1及耦合部A2。其中，於本實施例中，所述斷點121與所述斷槽122之間之所述邊框112及所述缺口113一側之背板111形成所述輻射部A1。所述斷點121遠離所述斷槽122且延伸至所述第一側部116一側之所述邊框112及所述缺口113一側之背板111形成所述耦合部A2。於本實施例中，所述耦合部A2之長度小於輻射部A1之長度。

可理解，於其他實施例中，所述缺口113亦可完全開設於所述背板111之底端。如此，所述輻射部A1及所述耦合部A2可完全由所述邊框112構成。

於本實施例中，所述饋入部13可為金屬彈片、饋線、探針等連接結構。所述饋入部13設置於所述容置空間114內。所述饋入部13之一端電連接至所述輻射部A1靠近所述斷點121之一側。所述饋入部13之另一端藉由所述匹配電路14電連接至所述饋入源211，用以饋入電流訊號至所述輻射部A1。所述饋入源211之另一端連接所述基板21。

請再次參閱圖3，於本實施例中，所述饋入部13還用以將所述輻射部A1進一步劃分出兩部分，即第一輻射段A11及第二輻射段A12。其中，所述斷點121與所述饋入部13之間之所述殼體11形成所述第一輻射段A11。所述斷槽122與所述饋入部13之間之所述殼體11形成所述第二輻射段A12。於本實施例中，所述饋入部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之長度小於所述第二輻射段A12之長度。

所述連接部15可為金屬彈片、饋線、探針等連接結構。所述 連接部15設置於所述容置空間114內。所述連接部15之一端電連接至所述耦合部A2靠近所述斷點121之端部，另一端電連接至所述第一接地點213，以為所述耦合部A2提供接地。

所述接地部16可為金屬彈片、饋線、探針等連接結構。所述接地部16設置於所述容置空間114內，且位於所述電子元件23與所述饋入部13之間。所述接地部16之一端電連接至所述第二輻射段A12靠近所述饋入部13之一側，另一端電連接至所述第二接地點215，以為所述第二輻射段A12提供接地。

可理解，請一併參閱圖4，於本實施例中，當電流自所述饋入源211饋入後，所述電流將流經所述匹配電路14、所述饋入部13以及所述第一輻射段A11，並藉由所述斷點121耦合至所述連接部15，最後藉由所述連接部15接地(參路徑P1)。如此，以使得所述第一輻射段A11激發一第一工作模態以產生第一輻射頻段之輻射訊號。

可理解，當電流自所述饋入源211饋入後，所述電流還將流經所述匹配電路14、所述饋入部13以及所述第一輻射段A11，並藉由所述斷點121耦合至所述耦合部A2，再藉由耦合部A2之背板111及邊框112接地(參路徑P2)。如此，所述饋入源211與所述耦合部A2藉由所述斷點121構成一耦合饋入天線，進而激發一第二工作模態以產生第二輻射頻段之輻射訊號。

可理解，當電流自所述饋入源211饋入後，電流還將依次流經所述匹配電路14、所述饋入部13以及所述第二輻射段A12，並藉由所述接地部16接地(參路徑P3)。如此，所述饋入源211、所述饋入部13、所述第二輻射段A12以及所述接地部16構成一倒F天線，用以激發一第三工作模態以產生第三輻射頻段之輻射訊號。

於本實施例中，所述第二輻射頻段之頻率高於第一輻射頻段之頻率。所述第一輻射頻段之頻率高於第三輻射頻段之頻率。具體所述第一工作模態為LTE-A中頻模態，所述第二工作模態為LTE-A高頻模態。所述第一輻射頻段及所述第二輻射頻段為LTE-A 1710-2690MHz頻段。所述第三工作模態為LTE-A低頻模態，所述第三輻射頻段為LTE-A 703-960MHz頻段。

可理解，請一併參閱圖5，於本實施例中，所述天線結構100還包括切換電路17。所述切換電路17之一端電連接至所述接地部16，以藉由所述接地部16電連接至所述第二輻射段A12，另一端電連接至所述第二接地點215以接地。所述切換電路17包括切換單元171及至少一切換元件173。所述切換單元171電連接至所述接地部16，以藉由所述接地部16電連接至所述第二輻射段A12。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單元171，另一端電連接至所述第二接地點215，以接地。

如此，藉由控制所述切換單元171之切換，可使得所述第二輻射段A12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，因此藉由所述切換單元171之切換，可有效調整所述第三工作模態之頻段。例如，於本實施例中，所述切換電路17可包括四個具有不同阻抗之切換元件173。藉由將所述第二輻射段A12切換至四個不同之切換元件173，可使得所述天線結構100之低頻(即第三輻射頻段)涵蓋至LTE-A 703-804MHz頻段(LTE-A Band28)、LTE-A 791-862MHz頻段(LTE-A Band20)、LTE-A 824-894MHz頻段(LTE-A Band5)以及LTE-A 880-960MHz頻段(LTE-A Band8)。

請再次參閱圖1及圖3，於本實施例中，所述天線結構100還包 括頻率調節單元18。於本實施例中，所述頻率調節單元18為一電感。所述頻率調節單元18之一端電連接至所述連接部15，以藉由所述連接部15電連接至所述耦合部A2。所述頻率調節單元18之另一端電連接至所述第一接地點213，以接地。藉由調節所述頻率調節單元18之電感值，可微調所述第一工作模態與第二工作模態之頻率，並使得所述第二工作模態之頻率可涵蓋至3000MHz以上。

可理解，於本實施例中，所述邊框112上還開設有縫隙123。所述縫隙123開設於所述第二側部117靠近所述斷槽122之一側。所述縫隙123貫通且隔斷所述邊框112，並延伸至隔斷部分所述背板111，以與所述缺口113連通。所述縫隙123用以使得所述天線結構100之低頻電流路徑於末端開路，而不與所述無線通訊裝置200之接地系統連接，進而有效降低人體接觸對第三輻射頻段(即低頻)之影響。

可理解，通常所述斷點121、所述斷槽122以及所述縫隙123之寬度越大，所述天線結構100之效率越好。然而考慮到所述無線通訊裝置200之整體外觀設計美感及天線輻射效率，於本實施例中，所述斷點121、所述斷槽122以及所述縫隙123之寬度為1-3mm，優選為2mm。

可理解，於本實施例中，所述斷點121、所述斷槽122、所述縫隙123以及所述缺口113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)。當所述缺口113內填充絕緣材料時，其可有效防止該部分對所述天線結構100之輻射造成影響。再者當所述缺口113內填充絕緣材料時，還可對所述缺口113內填充之絕緣材料進行表面處理，例如鍍膜處理，以使得所述背板111整體呈現金屬外觀狀，具有金屬質感。

圖6為所述天線結構100之S參數(散射參數)曲線圖。其中， 曲線S61-S64分別對應所述切換電路17切換至四個不同之切換元件173時，所述天線結構100之S11值。例如，曲線S61為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 703-804MHz頻段(LTE-A Band28)時之S11值。曲線S62為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 791-862MHz頻段(LTE-A Band20)時之S11值。曲線S63為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 824-894MHz頻段(LTE-A Band5)時之S11值。曲線S64為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 880-960MHz頻段(LTE-A Band8)時之S11值。

圖7為所述天線結構100之輻射效率圖。其中，曲線S71-S74分別對應所述切換電路17切換至四個不同之切換元件173時，所述天線結構100之輻射效率。例如，曲線S71為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 703-804MHz頻段(LTE-A Band28)時之輻射效率。曲線S72為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 791-862MHz頻段(LTE-A Band20)時之輻射效率。曲線S73為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 824-894MHz頻段(LTE-A Band5)時之輻射效率。曲線S74為所述切換電路17切換至其中一個切換元件173，以使得所述天線結構100之低頻工作於LTE-A 880-960MHz頻段(LTE-A Band8)時之輻射效率。

顯然，由圖6及圖7可知，藉由控制所述切換電路17之切換，可控制所述天線結構100之低頻模態涵蓋至LTE-A Band28/20/5/8，同時所述天線結構100之中高頻段亦可涵蓋全球常用之通訊頻道。另外，當所述 天線結構100工作於上述頻段時，其S11值均小於-5dB，滿足天線之輻射標準。亦就是說，於本實施例中，所述天線結構100之工作頻率可涵蓋至LTE-A 703-960MHz頻段及LTE-A 1710-2690MHz頻段，甚至超過3000MHz，進而可應用至GSM Qual-band，UMTS Band I/II/V/VIII頻段，以及全球通用LTE 700/850/900/1800/1900/2100/2300/2500頻段之操作。

如前面實施例所述，所述天線結構100藉由設置所述斷點121以及斷槽122，以自所述殼體11劃分出輻射部A1及耦合部A2。所述輻射部A1進一步藉由饋入部13劃分為第一輻射段A11及第二輻射段A12。當電流自饋入源211饋入時，所述電流流過所述第一輻射段A11，並藉由所述斷點121耦合至所述連接部15，進而激發出第一工作模態以產生中頻頻段之輻射訊號。再者，流入所述第一輻射段A11之電流還藉由所述斷點121耦合至所述耦合部A2，進而使得所述耦合部A2激發第二工作模態以產生高頻頻段之輻射訊號。再者，當電流自饋入源211饋入時，所述電流還可直接流過所述第二輻射段A12，並藉由所述接地部16接地，以激發第三工作模態以產生低頻頻段之輻射訊號。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。

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，其改良在於，所述天線結構包括殼體、饋入部以及連接部，所述殼體由金屬材料製成，所述殼體包括邊框及背板，所述殼體上開設有斷點及斷槽，所述斷點及斷槽均隔斷所述邊框及連接所述邊框之部分背板，所述斷點與所述斷槽之間之所述殼體構成輻射部，所述斷點遠離所述輻射部一側之所述殼體構成耦合部，所述饋入部一端饋入電流，另一端電連接至所述輻射部，所述饋入部與所述斷點之間之所述殼體構成第一輻射段，所述連接部之一端電連接至所述耦合部靠近所述斷點之端部，另一端接地，當電流饋入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述連接部，進而激發出第一工作模態以產生第一輻射頻段之訊號；當所述電流饋入時，所述電流流過所述饋入部及所述第一輻射段，並藉由所述斷點耦合至所述耦合部，進而激發出第二工作模態以產生第二輻射頻段之訊號，所述邊框至少包括末端部、第一側部及第二側部，所述第一側部與所述第二側部分別連接所述末端部之兩端，所述斷點開設於所述末端部靠近所述第一側部之位置，所述斷槽開設於所述末端部靠近所述第二側部之位置，所述邊框上還開設有縫隙，所述縫隙開設於所述斷槽遠離所述斷點之一側。
2. 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頻率調節單元，所述頻率調節單元為一電感，所述頻率調節單元之一端電連接至所述連接部，以藉由所述連接部連接至所述耦合部，所述頻率調節單元之另一端接地，所述頻率調節單元用以調節所述第一輻射頻段及第二輻射頻段之頻率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中所述饋入部與所述斷槽之間之所述殼體構成第二輻射段，所述天線結構還包括接地部， 所述接地部之一端電連接至所述第二輻射段，另一端接地，當所述電流饋入後，所述電流流過所述饋入部及所述第二輻射段，並藉由所述接地部接地，進而激發出第三工作模態以產生第三輻射頻段之訊號，所述第二輻射頻段之頻率高於第一輻射頻段之頻率，所述第一輻射頻段之頻率高於所述第三輻射頻段之頻率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線結構，其中無線通訊裝置使用所述第一輻射段、第二輻射段以及所述耦合部同時於多個不同頻段接收或發送無線訊號。
5. 如申請專利範圍第3項所述之天線結構，其中所述縫隙用以降低人體接觸對所述第三輻射頻段之影響。
6. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，其中所述斷點、斷槽及所述縫隙內均填充有絕緣材料。
7. 如申請專利範圍第5項所述之天線結構，其中所述邊框圍繞所述背板之邊緣設置，所述背板由金屬材料製成，所述背板之一端設置有缺口，所述缺口對應所述天線結構設置，且填充有絕緣材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中所述第一輻射段、所述第二輻射段以及所述耦合部設置於所述邊框及所述缺口一側連接所述邊框之背板。
9. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中所述缺口內之絕緣材料還經過表面處理，以使得所述缺口內之絕緣材料表面與所述背板表面外觀一致。
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。