CN105811081B - 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 - Google Patents

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线结构，用于无线通信装置中，以发射和接收无线通信信号，该天线结构包括馈入单元、接地单元、第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元，该馈入单元及接地单元相互平行间隔设置，且均与该第一辐射单元抵持并电性连接，该第二辐射单元通过一第一连接段及一第二连接段与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第一共振模态，该第三辐射单元直接与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第二共振模态。另，本发明还提供一种应用该天线结构的无线通信装置。该天线结构具有较高的辐射效率。

Description

天线结构及具有该天线结构的无线通信装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
背景技术
随着无线通信产品的软件功能与触控屏幕的快速发展，消费者对于触控式大屏幕无线通信产品的需求增加，加上产品外观设计朝向金属化与薄型化趋势发展，使得无线通信产品的天线设计空间不断受到限制。同时，天线周围的金属元件容易对于天线造成屏蔽效应，降低天线传输特性。如何在受限的空间环境下，达到宽带天线设计需求且能维持天线较佳的传输特性，是当前天线设计领域亟需解决的问题。
发明内容
鉴于以上情况，本发明提供一种辐射效率较高的天线结构。
另，还有必要提供一种应用所述天线结构的无线通信装置。
一种天线结构，用于无线通信装置中，以发射和接收无线通信信号，该天线结构包括馈入单元、接地单元、第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元，该馈入单元及该接地单元相互平行间隔设置，且均与该第一辐射单元抵持并电性连接，该第二辐射单元通过一第一连接段及一第二连接段与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第一共振模态，该第三辐射单元直接与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第二共振模态；该天线结构还包括载体，该载体包括第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，该第一表面与该第二表面相对设置，该第三表面及第四表面相对且相互平行设置，并分别垂直连接于该第一表面及该第二表面的两侧；该第一辐射单元布设于该载体第一表面，该第二辐射单元布设于该第二表面及该第四表面，该第三辐射单元布设于该第一表面、该第二表面及该第三表面，该第一连接段及该第二连接段一端与该第一辐射单元靠近该第四表面的一侧电性连接，另一端沿该第一表面及该第四表面相互平行地延伸至与该第二辐射单元电性连接。
一种无线通信装置，包括金属接地面、设置于该金属接地面上的基板及天线结构，该天线结构包括馈入单元、接地单元、第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元，该馈入单元及该接地单元相互平行间隔设置，且均与该第一辐射单元抵持并电性连接，该第二辐射单元通过一第一连接段及一第二连接段与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第一共振模态，该第三辐射单元直接与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第二共振模态，该天线结构设置于该基板上；该天线结构还包括载体，该载体包括第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，该第一表面与该第二表面相对设置，该第三表面及第四表面相对且相互平行设置，并分别垂直连接于该第一表面及该第二表面的两侧；该第一辐射单元布设于该载体第一表面，该第二辐射单元布设于该第二表面及该第四表面，该第三辐射单元布设于该第一表面、该第二表面及该第三表面，该第一连接段及该第二连接段一端与该第一辐射单元靠近该第四表面的一侧电性连接，另一端沿该第一表面及该第四表面相互平行地延伸至与该第二辐射单元电性连接。
所述天线结构通过将该无线通信装置的金属接地面及金属边框与该基板共同作为接地***，能有效降低该金属接地面及金属边框等金属元件对该天线结构辐射性能的影响，使该天线结构具有较高的辐射效率。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的无线通信装置的立体图。
图2为图1所示无线通信装置另一角度下的示意图。
图3为图1所示无线通信装置的分解示意图。
图4为图1所示无线通信装置的局部放大示意图。
图5图1所示无线通信装置中天线结构的电压驻波比曲线图。
主要元件符号说明
天线结构 100
载体 10
第一表面 101
第二表面 103
第三表面 105
第四表面 107
馈入单元 20
接地单元 30
第一辐射单元 40
第一连接段 41
第二连接段 43
第二辐射单元 50
第一辐射体 51
辐射片 511
延伸片 513
第二辐射体 53
缺口 531
第三辐射体 55
第一辐射段 551
第二辐射段 553
第三辐射单元 60
弯折部 61
辐射部 63
间隔区 S1
第一沟槽 S2
第二沟槽 S3
无线通信装置 200
金属接地面 210
基板 230
第一元件 231
第二元件 232
第三元件 233
第四元件 234
第五元件 235
第六元件 236
第七元件 237
金属边框 250
第一边框 251
第二边框 253
第三边框 255
第四边框 257
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请一并参阅图1和图2，本发明第一较佳实施例提供一种天线结构100，其应用于移动电话、个人数字助理、平板电脑等无线通信装置200中，用以发送和接收无线通信信号。
该无线通信装置200包括金属接地面210、基板230和金属边框250。在本实施例中，该金属接地面210为该无线通信装置200的金属中框。该基板230为一印刷电路板。该基板230设置于该金属接地面210上，并与该金属接地面210电性连接以实现接地。该金属边框250可以为该无线通信装置200壳体的一部分。该金属边框250大致呈矩形框状，其环绕该金属接地面210设置，并与该金属接地面210电性连接，以减少该金属边框250对该天线结构100的辐射性能的影响。
该无线通信装置200还设置有若干电子元件。在本实施例中，该无线通信装置200至少包括第一元件231、第二元件232、第三元件233、第四元件234、第五元件235、第六元件236及第七元件237。其中，该第一元件231、第二元件232、第三元件233、第四元件234及该天线结构100均设置于该基板230的同一表面，且靠近该金属边框250的其中一侧设置。该第五元件235、第六元件236及第七元件237设置于该基板230中与该天线结构100相对的另一表面。在本实施例中，所述第一元件231至第七元件237均为金属元件。其中，该第一元件231为一用于固定该天线结构100的螺钉。该第二元件232为一摄像头。该第三元件233为一麦克风。该第四元件234为一屏蔽罩。该第五元件235为一存储卡座。该第六元件236为一SIM卡座。该第七元件237为一侧键。在本实施例中，该基板230上设置该天线结构100的表面还设置一金属隔离层(图未示)，用以防止所述第五元件235、第六元件236及第七元件237对该天线结构100的辐射性能产生影响。
请一并参阅图3和图4，该天线结构100包括载体10、馈入单元20、接地单元30、第一辐射单元40、第二辐射单元50及第三辐射单元60。该载体10由不导电的塑胶材料制成，其通过该第一元件231固定于该基板230上，且与该金属边框250的其中一侧平行设置。该载体10包括第一表面101、第二表面103、第三表面105和第四表面107。该第一表面101朝向该基板230设置。该第二表面103与该第一表面101相对设置。该第三表面105及第四表面107相对且相互平行设置，并分别垂直连接于该第一表面101及第二表面103的两侧。
该馈入单元20及接地单元30间隔设置于该基板230上。该馈入单元20一端与该基板230上的射频收发电路(图未示)电性连接，另一端与该第一辐射单元40电性连接，以为该天线结构100提供信号馈入作用。该接地单元30一端通过该基板230接地，另一端与该第一辐射单元40电性连接，以为该天线结构100提供信号接地作用。在本实施例中，该第一辐射单元40、第二辐射单元50及第三辐射单元60通过激光直接成型(Laser DirectStructuring，LDS)工艺形成于该载体10表面。
该第一辐射单元40大致为一矩形片体，其设置于该载体10的第一表面101上，并与该馈入单元20及接地单元30抵持，以从该馈入单元20获取电流信号，并通过该接地单元30接地。该第一辐射单元40靠近该第四表面107的一侧间隔设置一第一连接段41及一第二连接段43。该第一连接段41及该第二连接段43沿该第一表面101及第四表面107相互平行延伸，并与该第二辐射单元50电性连接。
该第二辐射单元50整体布设于该第二表面103及第四表面107上。该第二辐射单元50包括第一辐射体51、第二辐射体53及第三辐射体55。该第一辐射体51包括辐射片511及延伸片513。该辐射片511为一条状片体，其形成于该载体10的第二表面103，并与该金属边框250的其中一侧平行设置。该延伸片513大致呈直条状，其布设于该第四表面107上，且与该辐射片511弧形过渡相接。该延伸片513一端与该辐射片511远离该馈入单元20的一端平齐，另一端与该第二连接段43靠近该第二表面103的一端平齐并电性连接。该延伸片513与该金属边框250的一侧形成一间隔区S 1(请参图1)。适当调整该间隔区S1的宽度，可降低该金属边框250对该天线结构100辐射性能的影响。
该第二辐射体53大致为一矩形片体，其整体布设于该第二表面103上，并与该辐射片511靠近该馈入单元20的一端连接。在本实施例中，该第二辐射体53的宽度大于该辐射片511的宽度，其靠近该第四表面107的一侧与该辐射片511平齐，且在远离该辐射片511的一端设置一倒“L”形缺口531。该第三辐射体55为一倒“L”形片体，其与该辐射片511共面设置。该第三辐射体55包括第一辐射段551和第二辐射段553。该第一辐射段551与该辐射片511远离该第二辐射体53的一端大致垂直连接，并朝向该第三表面105所在方向延伸。该第二辐射段553的一端垂直连接至该第一辐射段551远离该辐射片511的一端，另一端沿平行该辐射片511且朝向该第二辐射体53所在方向水平延伸。该第二辐射段553与该辐射片511之间形成一第一沟槽S2。适当调整该第一沟槽S2的宽度可减少该第一元件231至第四元件234对该天线结构100辐射性能的影响。在本实施例中，该第二辐射单元50用于激发一2.4GHz共振模态。
该第三辐射单元60包括弯折部61和辐射部63。该弯折部61大致呈“U”形，其整体布设于该第一表面101、第二表面103及第三表面105上。具体地，该弯折部61的一端与该第一辐射单元40靠近该第三表面105的一侧电性连接，并沿该第一表面101朝向该第三表面105的方向延伸一段距离后，弯折一定角度，以沿该第三表面105的方向延伸一段距离，最后再弯折一定角度，以延伸至所述第二表面103，并沿平行于该第一辐射段551且靠近该辐射片511的方向延伸。该辐射部63为一条状片体，其一端与该弯折部61布设于该第三表面105上的部分大致垂直连接，另一端沿该第二表面103和第三表面105的交线朝向该第二辐射段553的方向水平延伸，并越过该第二辐射段553的末端。该辐射部63与该辐射片511之间形成一第二沟槽S3。在本实施例中，该第三辐射单元60用于激发一5GHz共振模态，且通过调整该第二沟槽S3的宽度可使该5GHz共振模态覆盖至5.150-5.85GHz的频带宽度。
下面进一步说明该天线结构100的工作原理。
电流信号经该馈入单元20馈入该第一辐射单元40后，一部分经该第一连接段41和第二连接段43流向该第二辐射单元50，并由该第二辐射单元50激发出一2.4GHz的第一共振模态。另一部分经该弯折部61流向该辐射部63，并激发出一5GHz的第二共振模态。同时，该第一辐射单元40上的电流信号又经该接地单元30连接到该基板230以实现接地。因该基板230与该金属接地面210及金属边框250均电性连接，整体形成该天线结构100的接地***，从而有效降低该金属接地面210及金属边框250对天线辐射性能的影响。
请参阅图5，图中所示为该天线结构100在各频率下的的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)曲线，其中2.4GHz、2.5GHz、5.15GHz和5.85GHz四个共振频率点对应的电压驻波比如表1所示。从图5及表1可以看出，该天线结构100在其工作频段内具有较好的辐射性能，能够满足该无线通信装置200的通信需求。
表1天线结构100各频率下的电压驻波比
频率 2.4GHz 2.5GHz 5.15GHz 5.85GHz
电压驻波比 2.9246 2.8539 2.6839 3.2345
可以理解，所述天线结构100并不限于上述工作频段，通过改变各辐射单元的结构及其耦合关系，可以使该天线结构100的工作频段涵盖至主流移动通信频段(700～960MHz、1710～2690MHz)。
所述天线结构100通过激光直接成型工艺形成于该载体10表面，能有效缩小该天线结构100的体积，从而节约该无线通信装置200的内部空间。同时，通过将该无线通信装置200的金属接地面210及金属边框250与该基板230共同作为该天线结构100的接地***，能有效降低该金属接地面210及金属边框250等金属元件对该天线结构100辐射性能的影响，使该天线结构100具有体积小，辐射效率高的特点。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何形式上的限定。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种天线结构，应用于无线通信装置中，用以发送和接收无线通信信号，其特征在于：该天线结构包括馈入单元、接地单元、第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元，该馈入单元及该接地单元相互平行间隔设置，且均与该第一辐射单元抵持并电性连接，该第二辐射单元通过一第一连接段及一第二连接段与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第一共振模态，该第三辐射单元直接与该第一辐射单元电性连接，用于激发一第二共振模态；该天线结构还包括载体，该载体包括第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，该第一表面与该第二表面相对设置，该第三表面及第四表面相对且相互平行设置，并分别垂直连接于该第一表面及该第二表面的两侧；该第一辐射单元布设于该载体第一表面，该第二辐射单元布设于该第二表面及该第四表面，该第三辐射单元布设于该第一表面、该第二表面及该第三表面，该第一连接段及该第二连接段一端与该第一辐射单元靠近该第四表面的一侧电性连接，另一端沿该第一表面及该第四表面相互平行地延伸至与该第二辐射单元电性连接。
2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该第二辐射单元包括第一辐射体，该第一辐射体包括辐射片及延伸片，该辐射片为一条状片体，并形成于该载体的该第二表面，该延伸片呈布设于该第四表面，且与该辐射片的一侧弧形过渡相接。
3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于：该第二辐射单元还包括第二辐射体和第三辐射体，该第二辐射体及该第三辐射体均与该辐射片共面设置，该第二辐射体与该辐射片靠近该馈入单元的一端电性连接，该第三辐射体包括第一辐射段和第二辐射段，该第一辐射段与该辐射片远离该第二辐射体的一端垂直连接，并朝向靠近该第三表面的方向延伸，该第二辐射段的一端与该第一辐射段远离该辐射片的一端垂直连接，另一端沿平行该辐射片且朝向该第二辐射体所在方向水平延伸，并与该辐射片之间形成一第一沟槽。
4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于：该第三辐射单元包括弯折部和辐射部，该弯折部呈“U”形，其一端与该第一辐射单元靠近该第三表面的一侧电性连接，并沿该第一表面朝向该第三表面的方向延伸一段距离后，弯折一定角度，以沿该第三表面延伸至所述第二表面，并沿平行于该第一辐射段且靠近该辐射片的方向延伸，该辐射部一端与该弯折部布设于该第三表面上的部分垂直连接，另一端沿该第二表面和该第三表面的交线朝向该第二辐射段的方向水平延伸，并与该辐射片之间形成一第二沟槽。
5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于：该第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元通过激光直接成型工艺形成于该载体表面。
6.一种无线通信装置，包括金属接地面和设置于该金属接地面上的基板，其特征在于：该无线通信装置还包括如权利要求1-5任意一项所述的天线结构，该天线结构设置于该基板上。
7.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于：该无线通信装置还包括金属边框，该第二辐射单元包括延伸片；该金属边框的一侧与该延伸片之间形成一间隔区，该金属边框环绕该金属接地面设置，且与该基板及该金属接地面电性连接，并共同形成该天线结构的接地***。
8.如权利要求6所述的无线通信装置，其特征在于：该基板相对于该天线结构的表面设置至少一金属元件，该基板设置该天线结构的表面设置一金属隔离层，该金属隔离层用于隔离所述至少一金属元件。
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