CN105098351A - 宽带天线及无线通信装置 - Google Patents

Abstract

一种宽带天线及无线通信装置。该宽带天线包括：一第一辐射体，该第一辐射体构成一金属外框的一部分，用来共振一射频信号的一第一信号分量；一第二辐射体，该第二辐射体设置于该金属外框所环绕的一区域内，用来共振该射频信号的一第二信号分量；以及一馈入端，该馈入端电性连接于该第二辐射体与一接地部之间，用来馈入该射频信号；其中，该第一辐射体与该第二辐射体间隔一距离，该距离使该第一辐射体与该第二辐射体产生耦合作用，以使该射频信号的该第一信号分量经由该第二辐射体耦合馈入至该第一辐射体。本发明的金属外框可用来收发无线信号，以将天线巧妙地整合入无线通信装置的外观造型，进而达到宽带效果且可符合产品机构。

Description

宽带天线及无线通信装置

技术领域

本发明涉及一种宽带天线及无线通信装置，尤指一种利用金属边框的一部分作为天线本体，且可符合产品机构的宽带天线及无线通信装置。

背景技术

天线用来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号。一般具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant)等，通常通过内建的天线来访问无线网络。而随着无线通信技术的演进，不同无线通信***的工作频率可能不同，因此，理想的天线应能以单一天线涵盖不同无线通信网络所需的频带。

现今大部分便携式无线通信装置为兼顾美观、耐用性等，常使用金属壳体或外框，因此当天线整合入便携式无线通信装置时，往往会因金属壳体或外框的影响，而遭遇天线增益降低或不稳定的问题。在此情形下，天线设计者除了需面对宽带需求的挑战外，尚需考虑与金属外框的整合性。

因此，如何将天线与金属外框环境结合，设计为具有宽带特性的宽带天线，同时满足无线通信装置的空间限制，已成为业界所努力的目标之一。

从而，需要提供一种宽带天线及无线通信装置来解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种利用金属边框的一部分作为天线本体，且可符合产品机构的宽带天线及无线通信装置。

本发明公开一种宽带天线，该宽带天线包含：一第一辐射体，该第一辐射体构成一金属外框的一部分，用来共振一射频信号的一第一信号分量；一第二辐射体，该第二辐射体设置于该金属外框所环绕的一区域内，用来共振该射频信号的一第二信号分量；以及一馈入端，该馈入端电性连接于该第二辐射体与一接地部之间，用来馈入该射频信号；其中，该第一辐射体与该第二辐射体间隔一距离，该距离使该第一辐射体与该第二辐射体产生耦合作用，以使该射频信号的该第一信号分量经由该第二辐射体耦合馈入至该第一辐射体。

本发明还公开一种无线通信装置，该无线通信装置包含：一金属外框；一天线，该天线包含：一第一辐射体，该第一辐射体构成该金属外框的一部分，用来共振一射频信号的一第一信号分量；一第二辐射体，该第二辐射体设置于该金属外框所环绕的一区域内，用来共振该射频信号的一第二信号分量；以及一馈入端，该馈入端电性连接于该第二辐射体与一接地部之间，用来馈入该射频信号；其中，该第一辐射体与该第二辐射体间隔一距离，该距离使该第一辐射体与该第二辐射体产生耦合作用，以使该射频信号的该第一信号分量经由该第二辐射体耦合馈入至该第一辐射体。

本发明的金属外框可用来收发无线信号，以将天线巧妙地整合入无线通信装置的外观造型，进而达到宽带效果且可符合产品机构。

附图说明

图1为本发明实施例的一无线通信装置的示意图。

图2为本发明实施例的图1的天线的结构示意图。

图3为本发明实施例的图1的天线的电压驻波比示意图。

图4为本发明实施例的另一天线的结构示意图。

图5为本发明实施例的另一天线的结构示意图。

主要组件符号说明：

MS无线通信装置

HUS壳体

10、40、50天线

11、12、51、52辐射体

121、122、141、142支臂

13馈入端

14、44寄生辐射体

LG距离

L11、L51、L121、L122长度

GND接地部

FRM金属外框

GP1、GP2接地端

RF_sig射频信号

X、Y方向

具体实施方式

请参考图1，其为本发明实施例的一无线通信装置MS的示意图。为便于说明，无线通信装置MS为一手持式移动装置，然而不限于此，无线通信装置MS亦可以是平板计算机、笔记本型计算机、个人数字助理或是任何具有无线通信功能的电子装置。无线通信装置MS包含有一金属外框FRM、一壳体HUS以及一天线10。金属外框FRM构成壳体HUS的一部分，其完整无缺口或一体成型地环绕无线通信装置MS周围。壳体HUS上设置有一接地部GND(未绘于图1)，用来提供接地。天线10用来收发无线信号，以实现无线通信。

详细来说，请参考图2，其为天线10的结构示意图。如图2所示，天线10包含有二主要辐射体11、12以及一馈入端13及一寄生辐射体14。辐射体11用来共振一射频信号RF_sig的低频信号分量(本实施例为699～960MHz)。辐射体12设置于金属外框FRM所环绕的区域内，用来共振射频信号RF_sig的高频信号分量(本实施例为1710～2700MHz)。馈入端13电性连接于辐射体12与接地部GND之间，用来馈入射频信号RF_sig。辐射体11与12间隔一距离LG，在特定距离LG下，可使辐射体11与12之间产生耦合作用，让射频信号RF_sig经由辐射体12耦合馈入至辐射体11，或由辐射体11耦合传递至辐射体12。

在操作上，当无线通信装置MS发射无线信号时，射频信号RF_sig馈入至馈入端13，射频信号RF_sig的高频信号分量直接通过辐射体12辐射至空中，且低频信号分量同时通过辐射体12耦合馈入至辐射体11，而使辐射体11得以辐射低频信号分量至空中。反之，当无线通信装置MS接收无线信号时，辐射体11及12分别由空中感应射频信号RF_sig的低、高频信号分量，辐射体11经由耦合作用将低频信号分量耦合传送至辐射体12，低、高频信号分量接着由馈入端13传送至后端射频处理模块，以进一步执行信号分析及解调等动作。如此一来，天线10可同时通过辐射体11及12分别收发射频信号RF_sig的低、高频信号分量，以进行无线通信。

值得注意的是，在外观上，辐射体11为金属外框FRM的一部分；或者，换个角度而言，本发明利用金属外框FRM的一部分作为天线10的主要辐射体11。因此，本发明可充分利用无线通信装置MS的机构组件，让金属外框FRM不仅具有美观、耐用性等功用，亦可用来共振无线信号，以将天线10巧妙地整合入无线通信装置的外观造型。

由上述可知，本发明利用金属外框FRM的一部分作为天线10的主要辐射体11，同时将另一主要辐射体12设置于金属外框FRM所环绕的区域内，当辐射体11与12之间具有特定距离LG时，可使辐射体11与12之间产生耦合作用，让射频信号RF_sig的低频信号分量通过耦合作用传递于辐射体11及12之间。如此一来，金属外框FRM即可用来共振无线信号，以将天线10巧妙地整合入无线通信装置的外观造型。

请注意，由于辐射体11为天线10的主要辐射体(其可视为天线10本体的一部分)，并非额外增加的寄生辐射体，因此若将辐射体11(或金属外框FRM)移除，则无法让天线10产生用来共振低频信号分量的共振模态。换言之，辐射体11(或金属外框FRM)为天线10的必要组件，必须与辐射体12相互配合才得以让天线10产生低频共振模态以进行无线通信。

进一步地，辐射体11的一端电性连接于一接地端GP1，另一端电性连接于一接地端GP2；其中辐射体11经由接地端GP1及GP2耦接至接地部GND。辐射体11具有一长度L11，其由接地端GP1延伸至接地端GP2的长度。

长度L11相关于射频信号RF_sig的低频信号分量的频率大小，其中长度L11的大小取决于接地端GP1及GP2的位置。由于长度L11对应于辐射体11所提供的电流路径长度，在辐射体11所提供的电流路径长度对应于低频信号分量的工作频率的情况下，当低频信号分量耦合馈入至辐射体11时，辐射体11可产生对应于低频信号分量的工作频率的共振模态，以将低频信号分量辐射至空中。同时，低频信号分量在辐射体11上的回返电流可经由接地端GP1及GP2回流至接地部GND。在上述架构下，辐射体11提供了低频信号分量环状式电流路径，因此天线10可视为一耦合馈入式环状天线。

另一方面，辐射体12包含有支臂121以及122。支臂121电性连接于馈入端13，由馈入端13沿方向X延伸至支臂122。支臂122电性连接于支臂121，由靠近支臂121的末端沿方向Y延伸。支臂121具有一长度L121，其由馈入端13延伸至支臂122的长度；支臂122具有一长度L122，其由靠近支臂121的末端沿方向Y延伸至另一末端的长度。

长度L121与长度L122的总和相关于射频信号RF_sig的高频信号分量的工作频率大小。由于长度L121与长度L122的总和对应于辐射体12所提供的电流路径长度，在辐射体12所提供的电流路径长度对应于高频信号分量的工作频率的情况下，当高频信号分量馈入辐射体12时，辐射体12可产生对应于高频信号分量的工作频率的共振模态，以将高频信号分量辐射至空中。

除此之外，长度L122相关于辐射体12将低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。辐射体11与12相邻的接面形成了平行电容板的结构，当长度L122长度越长时，可增加该平行电容板的等效电容值，如此相当于降低低频信号分量的耦合路径阻抗，因而增加低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。反之，当长度L122长度越短时，则降低该平行电容板的等效电容值，如此相当于增加低频信号分量的耦合路径阻抗，因而降低低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。

天线10的寄生辐射体14用来产生另一共振模态，除了可增加天线10的工作带宽，例如增进高频工作频带的带宽，如此亦可增进辐射体12与射频信号RF_sig的高频信号分量的匹配，以达到增加带宽的目的。寄生辐射体14包含有一支臂141以及一支臂142。支臂141电性连接于接地部GND，由接地部GND沿方向X延伸，其中支臂121设置于支臂141与辐射体11之间。支臂142电性连接于支臂141，由支臂141沿方向Y延伸，且设置于支臂141与支臂122之间。

请参考图3，其为天线10的电压驻波比(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)的示意图。如图3所示，宽带天线10在低频频带(本实施例为699～960MHz)以及高频频带(本实施例为1710～2700MHz)的电压驻波比大致小于3。因此，本发明的天线10可操作于两个以上的工作频带，以具有宽带的特性。在本实施例中，辐射体11可提供较长的电流路径，因此低频频带对应于低频信号分量的工作频率；而辐射体12则提供较短的电流路径，因此高频频带对应于高频信号分量的工作频率。

请注意，本发明利用金属外框FRM的一部分作为天线10的主要辐射体11(即天线本体)，同时通过辐射体11与12之间的耦合作用，让射频信号RF_sig的低频信号分量传递于辐射体11及12之间。如此一来，金属外框FRM即可用来共振无线信号，以将天线10巧妙地整合入无线通信装置的外观造型。凡是符合上述架构的天线皆属本发明的范畴，而不限于本实施例。

举例来说，凡是涉及天线的辐射体11及12的尺寸大小无所限制，天线设计者可视实际需要的工作频段进行调整。例如，天线设计者可根据低频信号分量的工作频率，调整长度L11，如此相当于调整接地端GP1及GP2的位置(即金属外框FRM的接地位置)，以使辐射体11提供的电流路径长度匹配低频信号分量的工作频率。天线设计者亦可根据高频信号分量的工作频率，调整长度L121、L122的总和，以使辐射体12提供的电流路径长度匹配高频信号分量的工作频率。

辐射体11及12相对位置皆无所限制，天线设计者可调整辐射体11与12之间的距离LG及长度L122二者或二者之一，以调整辐射体12将低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。

或者，在本实施例中，辐射体12设置于靠近辐射体11的转折处，以使辐射体12的支臂122在相邻辐射体11的转折处的末端产生微量的耦合作用，如此亦可增加低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。当然，天线设计者亦可将辐射体12沿方向Y平移，以调整低频信号分量耦合至辐射体11的耦合量。

除此之外，寄生辐射体的配置方式无所限制，天线设计者可视情况增加或移除寄生辐射体，或设计寄生辐射体的尺寸形状，来调整天线10整体与射频信号RF_sig的匹配，以适应不同应用需求。

举例来说，请参考图4，其为本发明实施例的另一天线40的结构示意图。天线40还包含一寄生辐射体44。寄生辐射体44电性连接于接地部GND，由接地部GND沿方向X延伸，且设置于支臂121与辐射体11之间。寄生辐射体44用来产生另一共振模态，除了可增加天线10的工作带宽，例如增加高频工作频带的带宽，如此亦可增进辐射体12与射频信号RF_sig的高频信号分量的匹配，以达到增加带宽的目的。

辐射体12的形状不限于图2、图4中所绘示的长方形，亦可为其他规则或不规则形状。或者，金属外框FRM的形状亦无所限，其可为矩形、椭圆形、圆形等规则形状或为其他不规则形状。只要辐射体12与辐射体11(即金属外框FRM的一部分)之间存有特定距离LG，让辐射体11与12之间产生足够耦合量即可。

举例来说，请参考图5，其为本发明实施例的另一天线50的结构示意图。如图5所示，天线50的辐射体51(即金属外框FRM的一部分)具有二圆弧形状的弯折。在此架构下，天线50的辐射体52在靠近圆弧弯折的末端亦呈现圆弧形状，让辐射体51与52在圆弧弯折处以及平行方向Y的相邻接面保持固定距离LG，因此辐射体51与52之间可产生适当的耦合量以传递低频信号分量。如此一来，辐射体52即可适应金属外框FRM(或辐射体51)的机构式设计，以将天线50巧妙地整合入无线通信装置的外观造型。请注意，在辐射体51与图2的辐射体11形状不同的情况下，天线设计者可调整接地端GP1及GP2的位置，使得辐射体51的长度L51(即所提供的电流路径长度)匹配射频信号RF_sig的低频信号分量，以将低频信号分量辐射至空中。

总而言之，本发明利用金属外框的一部分作为天线的主要辐射体，同时将另一主要辐射体设置于金属外框所环绕的区域内，当二主要辐射体之间具有特定距离时，可使二主要辐射体之间产生耦合作用，让射频信号通过耦合作用传递于二主要辐射体之间。此外，属于金属外框的一部分的辐射体提供了射频信号循环式电流路径，因此本发明的天线可视为一耦合馈入式环状天线。如此一来，金属外框即可用来收发无线信号，以将天线巧妙地整合入无线通信装置的外观造型，进而达到宽带效果且可符合产品机构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的均同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种宽带天线，该宽带天线包括：

一第一辐射体，该第一辐射体构成一金属外框的一部分，用来共振一射频信号的一第一信号分量；

一第二辐射体，该第二辐射体设置于该金属外框所环绕的一区域内，用来共振该射频信号的一第二信号分量；以及

一馈入端，该馈入端电性连接于该第二辐射体与一接地部之间，用来馈入该射频信号；

其中，该第一辐射体与该第二辐射体间隔一距离，该距离使该第一辐射体与该第二辐射体产生耦合作用，以使该射频信号的该第一信号分量经由该第二辐射体耦合馈入至该第一辐射体。

2.如权利要求1所述的宽带天线，其中该第一辐射体的一端电性连接于一第一接地端，另一端电性连接于一第二接地端；其中该第一辐射体经由该第一、第二接地端耦接至该接地部。

3.如权利要求2所述的宽带天线，其中该第一辐射体具有一第一长度，该第一长度是由该第一接地端延伸至该第二接地端的长度；其中该第一长度相关于该射频信号的该第一信号分量的频率大小。

4.如权利要求1所述的宽带天线，其中该第二辐射体包括：

一第一支臂，该第一支臂电性连接于该馈入端，由该馈入端沿一第一方向延伸；以及一第二支臂，该第二支臂电性连接于该第一支臂，由该第一支臂沿一第二方向延伸；其中，该第一方向与该第二方向垂直。

5.如权利要求4所述的宽带天线，其中该第一支臂具有一第一长度，该第一长度是由该馈入端延伸至该第二支臂的长度；该第二支臂具有一第二长度，该第二长度是由该第二支臂的一末端沿该第二方向延伸至另一末端的长度，该第二长度相关于该射频信号的该第一信号分量耦合馈入该第一辐射体的能量大小，以及该第一长度与该第二长度的总和相关于该射频信号的该第二信号分量的频率大小。

6.如权利要求4所述的宽带天线，该宽带天线还包括一第一寄生辐射体，该第一寄生辐射体包括：

一第三支臂，该第三支臂电性连接于该接地部，由该接地部沿该第一方向延伸，其中该第一支臂设置于该第三支臂与该第一辐射体之间；以及

一第四支臂，该第四支臂电性连接于该第三支臂，由该第三支臂沿该第二方向延伸，且设置于该第三支臂与该第二支臂之间。

7.如权利要求6所述的宽带天线，该宽带天线还包括一第二寄生辐射体，该第二寄生辐射体电性连接于该接地部，由该接地部沿该第一方向延伸，且设置于该第一支臂与该第一辐射体之间。

8.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线用于包括该金属外框的一无线通信装置，该无线通信装置包括一壳体；该金属外框构成该壳体的一部分，且完整无缺口或一体成型地环绕该无线通信装置。

9.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线为一耦合馈入式环状天线。

10.一种无线通信装置，该无线通信装置包括：

一金属外框；

一天线，该天线包括：

一第一辐射体，该第一辐射体构成该金属外框的一部分，用来共振一射频信号的一第一信号分量；

一第二辐射体，该第二辐射体设置于该金属外框所环绕的一区域内，用来共振该射频信号的一第二信号分量；以及

一馈入端，该馈入端电性连接于该第二辐射体与一接地部之间，用来馈入该射频信号；

其中，该第一辐射体与该第二辐射体间隔一距离，该距离使该第一辐射体与该第二辐射体产生耦合作用，以使该射频信号的该第一信号分量经由该第二辐射体耦合馈入至该第一辐射体。

11.如权利要求10所述的无线通信装置，其中该第一辐射体的一端电性连接于一第一接地端，另一端电性连接于一第二接地端；其中该第一辐射体经由该第一、第二接地端耦接至该接地部。

12.如权利要求11所述的无线通信装置，其中该第一辐射体具有一第一长度，该第一长度是由该第一接地端延伸至该第二接地端的长度；其中该第一长度相关于该射频信号的该第一信号分量的频率大小。

13.如权利要求10所述的无线通信装置，其中该第二辐射体包括：

一第一支臂，该第一支臂电性连接于该馈入端，由该馈入端沿一第一方向延伸；以及一第二支臂，该第二支臂电性连接于该第一支臂，由该第一支臂沿一第二方向延伸；其中，该第一方向与该第二方向垂直。

14.如权利要求13所述的无线通信装置，其中该第一支臂具有一第一长度，该第一长度是由该馈入端延伸至该第二支臂的长度；该第二支臂具有一第二长度，该第二长度是由该第二支臂的一末端沿该第二方向延伸至另一末端的长度，该第二长度相关于该射频信号的该第一信号分量耦合馈入该第一辐射体的能量大小，以及该第一长度与该第二长度的总和相关于该射频信号的该第二信号分量的频率大小。

15.如权利要求13所述的无线通信装置，其中该天线还包括一第一寄生辐射体，该第一寄生辐射体包括：

一第三支臂，该第三支臂电性连接于该接地部，由该接地部沿该第一方向延伸，其中该第一支臂设置于该第三支臂与该第一辐射体之间；以及

一第四支臂，该第四支臂电性连接于该第三支臂，由该第三支臂沿该第二方向延伸，且设置于该第三支臂与该第二支臂之间。

16.如权利要求15所述的无线通信装置，其中该天线还包括一第二寄生辐射体，该第二寄生辐射体电性连接于该接地部，由该接地部沿该第一方向延伸，且设置于该第一支臂与该第一辐射体之间。

17.如权利要求10所述的无线通信装置，该无线通信装置包括一壳体；该金属外框构成该壳体的一部分，且完整无缺口或一体成型地环绕该无线通信装置。

18.如权利要求10所述的无线通信装置，其中该天线为一耦合馈入式环状天线。