TWI668915B - 天線結構及應用該天線結構的無線通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，應用於無線通訊裝置中，該天線結構包括匹配部、第一輻射單元和第二輻射單元，該匹配部包括側邊，該第一輻射單元和第二輻射單元分別從該側邊的兩端向外延伸，該匹配部開設一溝槽，該溝槽開設於該匹配部的另一側；該第二輻射單元與匹配部共振出第一模態，該第一輻射單元與該匹配部及共振出第二模態，該溝槽與該第一輻射單元及匹配部共振出第三模態。另，本發明還提供一種應用該天線結構的無線通訊裝置。該天線結構具有較好的輻射性能。

Description

天線結構及應用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，但現今的大眾消費者對於產品的外觀要求越來越嚴苛，行動電話逐漸趨向輕薄並帶有金屬質感，由於金屬的結構不利於天線的設計，因此在有限的空間和複雜的環境下，令天線設計十分的困難。因此，如何利用金屬殼體設計出具有較寬頻寬的天線，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，該天線結構包括匹配部、第一輻射單元和第二輻射單元，該匹配部包括側邊，該第一輻射單元和第二輻射單元分別從該側邊的兩端向外延伸，該匹配部開設一溝槽，該溝槽開設於該匹配部的另一側；該第二輻射單元與匹配部共振出第一模態，該第一輻射單元與該匹配部及共振出第二模態，該溝槽與該第一輻射單元及匹配部共振出第三模態。

一種無線通訊裝置，該無線通訊裝置包括基板，該天線結構包括匹配部、第一輻射單元和第二輻射單元，該匹配部包括側邊，該第一輻射單元和第二輻射單元分別從該側邊的兩端向外延伸，該匹配部開設一溝槽，該溝槽開設於該匹配部的另一側；該第二輻射單元與匹配部共振出第一模態，該第一輻射單元與該匹配部及共振出第二模態，該溝槽與該第一輻射單元及匹配部共振出第三模態。

所述天線結構利用了無線通訊裝置的金屬邊框來配合天線結構的工作和耦合作用，降低了金屬邊框對天線結構的影響，使得金屬邊框成為天線信號傳遞的組成部分，增加天線結構的頻寬。

100‧‧‧天線結構

10‧‧‧匹配部

11‧‧‧側邊

20‧‧‧饋入單元

30‧‧‧接地單元

50‧‧‧第一輻射單元

51‧‧‧第一輻射片

53‧‧‧第二輻射片

55‧‧‧第三輻射片

56‧‧‧第四輻射片

60‧‧‧第二輻射單元

61‧‧‧第一彎折片

63‧‧‧第二彎折片

65‧‧‧第三彎折片

66‧‧‧第四彎折片

S1‧‧‧溝槽

200‧‧‧無線通訊裝置

210‧‧‧基板

211‧‧‧淨空區

2112‧‧‧缺口

213‧‧‧第一電子元件

215‧‧‧第二電子元件

220‧‧‧載體

230‧‧‧金屬邊框

231‧‧‧第一邊框

232‧‧‧第二邊框

233‧‧‧裝配孔

240‧‧‧外觀蓋體

241‧‧‧第一蓋體

242‧‧‧第二蓋體

圖1為本發明第一較佳實施例的無線通訊裝置的示意圖。

圖2為圖1所示無線通訊裝置另一角度下的部分分解圖。

圖3為圖1所示無線通訊裝置中天線結構示意圖。

圖4為圖3所示天線結構中具有不同長度的溝槽的示意圖。

圖5為圖3所示天線結構中具有不同方向的溝槽示意圖。

圖6為圖3所示天線結構的回波損耗示意圖。

圖7為圖3所示天線結構的效率圖。

圖8為圖4所示天線結構的具有不同長度的溝槽對應的回波損耗示意圖。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式提供一種天線結構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。

請一併參閱圖2，該無線通訊裝置200還包括基板210、載體220、金屬邊框230和外觀蓋體240。該基板210為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。該基板210夾持於該金屬邊框230中間，該金屬邊框230與該基板210電性連接以接入基板210的系統接地面(圖未示)。該基板210上設置淨空區211和至少一電子元件。本實施例中，所述電子元件數量為兩個，包括第一電子元件213和第二電子元件215。該淨空區211設置於該基板210一端，天線結構100對應該淨空區211設置。該淨空區211靠近該金屬邊框230的一側開設一缺口2112。本實施方式中，該第一電子元件213為一聽筒，該第一電子元件213設置於該淨空區211遠離該天線結構100的一側。該第二電子元件215為一耳機 插座，其設置於該缺口2112處，該耳機插座的開孔方向正對該金屬邊框230的一側邊緣。

該載體220用於承載天線結構100。該載體220安裝於該基板210上，至少覆蓋該淨空區211，如此實現該天線結構100與淨空區211的對應設置。

該金屬邊框230至少包括第一邊框231和第二邊框232，該第一邊框231和第二邊框232分別安裝於該基板210兩側。該第二邊框232設置於該基板210靠近該缺口2112的一側。該第二邊框232一端開設一裝配孔233，該裝配孔233與該第二電子元件215正對，以方便一耳機(圖未示)能方便的穿過該第二邊框232以插入該第二電子元件215。

該外觀蓋體240安裝於該金屬邊框230上，用於與金屬邊框230共同容置安裝該基板210。本實施方式中，該外觀蓋體240包括二第一蓋體241和第二蓋體242。該二第一蓋體241和第二蓋體242可一體成型，或者分別獨立製造後再藉由卡持、黏接的方式連接。該第二蓋體242為金屬件，可採用金屬材料製成，或者在非金屬材料上形成金屬膜層形成。該每一第一蓋體241採用非金屬材料製成，如採用塑膠、玻璃、木材、皮革等製成。該每一第一蓋體241大體為一矩形，其尺寸至少能夠完全蓋設該天線結構100。本實施例中，該二第一蓋體241連接於該第二蓋體242兩端，並且該每一第一蓋體241遠離該第二蓋體242的一端連接於該無線通訊裝置200的一前蓋(未標號)。

請參閱圖2，該天線結構100為雙支路倒F天線，包括匹配部10、饋入單元20、接地單元30、第一輻射單元50和第二輻射單元60。該饋入單元20和接地單元30與第一輻射單元50和匹配部10共同形成一平面倒F天線，該饋入單元20和接地單元30與第二輻射單元60和匹配部10共同形成另一平面倒F天線。本實施方式中，該匹配部10大體為一方形片狀體，其包括一側邊11，該第一輻射單元50和第二輻射單元分別從該側邊11的兩端向外延伸。該饋入單元20和接地單元30均為柱狀。該饋入單元20和接地單元30各自的一端分別連接於該匹配部10，各自的另一端穿過該載體220分別電性連接於該基板210上的一饋入點和接地點，以使該匹配部10架設於該基板210的非淨空區(未標號)，同時為該天線結構100提供信號饋入作用和信號接地作用。

請參閱圖3，該第一輻射單元50包括依次連接的第一輻射片51、第二輻射片53、第三輻射片55和第四輻射片56。該第一輻射片51大致垂直的連接於該匹配部10的側邊11的其中一端。該第一輻射片51與第三輻射片55平行相對設置。第二輻射片53與第四輻射片56平行相對設置，且第二輻射片53大致垂直的連接第一與第三輻射片51、55。如此，該第一輻射單元50大致為未封口的矩形環狀結構。

該第二輻射單元60包括依次連接的第一彎折片61、第二彎折片63、第三彎折片65和第四彎折片66。該第一彎折片61大致垂直連接於該側邊11的另一端，並朝向與該第一輻射片51相同的方向延伸。該第一彎折片61與該第三彎折片65相對平行設置，該第二彎折片63與該第四彎折片66相對平行設置，並且，該第四彎折片66和該第二輻射片53大致平行的設置於該第二彎折片63的兩側，以使該第二輻射單元60大致為一“S”形的結構。該第二輻射片53和第二彎折片63的延伸方向朝向該匹配部10的同一側，並使得該第三輻射片55和第三彎折片65遠離該匹配部10的一側大致齊平，以使該天線結構100的結構更加緊湊。

該第一輻射單元50和第二輻射單元60形成於載體220的表面，因此該第一輻射單元50和第二輻射單元60整體上具有與載體220的表面相同的彎曲弧度。

該天線結構100還包括一溝槽S1，該溝槽S1開設於該匹配部10上未連接第一輻射單元50和第二輻射單元60的側邊，並垂直貫通該側邊。在本實施方式中，該溝槽S1的延伸方向與該第二彎折部513平行。

請參閱圖5E-5F，可以理解，溝槽S1的開設位置、方向也可適當調整，只需保證溝槽S1與該第一輻射單元50耦合即可。另外，在其他實施例中，饋入單元20和接地單元30可配置在匹配部10的任意位置。

下面進一步說明該天線結構100的工作原理。

電流信號從饋入單元20饋入，流經該匹配部10與第二輻射單元60的第一彎折片61、第二彎折片63、第三彎折片65和第四彎折片66的路徑共振出一低頻模態a1。電流信號從饋入單元20饋入，流經該匹配部10與第一輻射單元50的第一輻射片51、第二輻射片53、第三輻射片55和第四輻射片56 的路徑共振出一中頻模態a2。同時，該第一輻射單元50藉由倍頻效應，並與該溝槽S1耦合，共振出高頻模態a3。圖6為天線結構100的回波損耗示意圖，圖6描述了共振模態a1、a2和a3所對應的頻率。

高頻共振模態a3的頻寬可以藉由調整該溝槽S1的長度進行調節。請參閱圖4，圖4A-4D所示的天線結構100的溝槽S1的長度依次變短。圖8為對應圖4A-4D所示的天線結構100的回波損耗特性圖。可見，調整該溝槽S1的長度，可調整高頻共振模態a3的頻寬。具體的，隨著該溝槽S1的長度減小，電流經由該匹配部10流入該第一輻射單元50的路徑更長，共振的高頻模態a3的頻率更低。該第二邊框232與天線結構100相互耦合，進一步增加了天線結構100的各模態的頻帶。

此外，在其他的實施例中，還可藉由在饋入端加一匹配電路(圖未示)，進一步加深天線結構100的各模態的深度。

請參閱圖7，圖7為天線結構100的輻射效率圖，在本實施方式中，該低頻模態a1為GPS頻段，中心頻率約為1.575GHz，頻段輻射效率約為39%；該中頻模態a2為WIFI頻段，中心頻率約為2.4GHz，頻段輻射效率介於30%~35%；該高頻模態a3的中心頻率約為5.18GHz-5.85GHz，頻段輻射效率介於30%~48%，可符合一般無線通訊產品的需求，以滿足現今GPS與WIFI工作頻段的需求。

所述天線結構100藉由設置雙支路倒F結構的第一輻射單元50和第二輻射單元60，搭配開設於匹配部的溝槽S1產生電磁耦合，降低金屬邊框及天線結構100周圍的電子裝置對天線結構100的影響，並共振出GPS/WIFI 1.575GHz、GPS/WIFI 2.4GHz和GPS/WIFI 5.18GHz-5.85GHz三頻的工作頻段，結構簡單，並且達到了縮減天線結構100空間的特性。所述的天線結構100旁的邊框即使採用金屬材料製成，或者採用非金屬材料製成，都可以滿足現今GPS與WIFI工作頻段的需求。

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 (7)

1. 一種天線結構，應用於無線通訊裝置中，其改良在於：該天線結構包括匹配部、第一輻射單元和第二輻射單元，該匹配部包括側邊，該第一輻射單元和第二輻射單元分別從該側邊的兩端向外延伸，該匹配部開設一溝槽，該溝槽開設於該匹配部的另一側邊；該第二輻射單元與該匹配部共振出第一模態，該第一輻射單元與該匹配部共振出第二模態，該溝槽與該第一輻射單元及匹配部共振出第三模態，該第一輻射單元包括依次連接的第一輻射片、第二輻射片、第三輻射片和第四輻射片，該第一輻射片連接於該側邊的一端，該第一輻射片與第三輻射片平行相對設置，第二輻射片與第四輻射片平行相對設置，該第二輻射單元包括依次連接的第一彎折片、第二彎折片、第三彎折片和第四彎折片，該第一彎折片連接於該側邊的另一端，該第一彎折片與該第三彎折片相對平行設置，該第二彎折片與該第四彎折片相對平行設置，該第四彎折片和該第二輻射片設置於該第二彎折片的兩側，該第二輻射片和第二彎折片的延伸方向朝向該匹配部的同一側，該第三輻射片和第三彎折片遠離該匹配部的一側大致齊平。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該天線結構還包括饋入單元和接地單元，該饋入單元和該接地單元電性連接於該匹配部，該饋入單元和該接地單元與該第一輻射單元和該匹配部共同形成一平面倒F天線，該饋入單元和該接地單元與該第二輻射單元和該匹配部共同形成另一平面倒F天線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一輻射單元和該第二輻射單元設置於該匹配部的同一側，該第一輻射單元為未封口的矩形環狀結構，該第二輻射單元大致為“S”形的結構。
4. 一種無線通訊裝置，其中該無線通訊裝置包括基板和天線結構，該天線結構為申請專利範圍第1-3任意一項所述的天線結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線通訊裝置，其中該無線通訊裝置還包括一金屬邊框，該基板夾持於該金屬邊框中間，該金屬邊框與該基板電性連接，該基板上設置淨空區，該淨空區設置於該基板一端，該天線結構的該第一輻射單元和該第二輻射單元對應該淨空區設置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之無線通訊裝置，其中該無線通訊裝置還包括載體，該載體承載該天線結構，該載體安裝於該基板上，該載體至少覆蓋該淨空區。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊裝置，其中該第一輻射單元和該第二輻射單元形成於該載體的表面，該第一輻射單元和該第二輻射單元整體上具有與該表面相同的彎曲弧度。