CN112864589B - 天线结构及通信装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种天线结构及通信装置。天线结构包括一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体包括依序弯折地相连的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部包括一馈入端。第二辐射体包括一第五段部、与分别连接于第五段部的一第六段部、一第七段部、一第八段部及一第九段部，其中第五段部位于第一辐射体旁而第一辐射体与第二辐射体的第五段部之间具有一第一槽缝，且第六段部包括一接地端，第一辐射体与第二辐射体适于耦合出一第一频段、一第二频段、一第三频段及一第四频段。

Description

天线结构及通信装置
技术领域
本公开内容涉及一种天线结构及通信装置，尤其涉及一种多频段的天线结构及通信装置。
背景技术
Sub 6GHz为5G通信的其中一种主流频段，其除了698MHz至960MHz的频段及1710MHz至2700MHz的频段之外，还增加了617MHz至698MHz的频段、3300MHz至5000MHz的频段及5150MHz至5850MHz的频段。要如何设计出可以涵盖多频段的天线是目前研究的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以涵盖多频段的天线结构及通讯通信装置。
本发明的一种天线结构包括一第一辐射体及一第二辐射体。第一辐射体包括依序弯折地相连的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中第一段部包括一馈入端。第二辐射体包括一第五段部、与分别连接于第五段部的一第六段部、一第七段部、一第八段部及一第九段部，其中第五段部位于第一辐射体旁而第一辐射体与第二辐射体的第五段部之间具有一第一槽缝，且第六段部包括一接地端，第一辐射体与第二辐射体适于耦合出一第一频段、一第二频段、一第三频段及一第四频段。
在本发明的一实施例中，上述的第一频段介于617MHz至960MHz之间，第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第四频段介于5150MHz至5850MHz之间。
在本发明的一实施例中，第一辐射体的第一段部与第三段部之间具有一第二槽缝，第二槽缝适于调整第三频段的阻抗匹配。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一第一天线集总元件，配置于第一槽缝上而串联第一辐射体与第二辐射体，第一天线集总元件适于调整第二频段、第三频段及第四频段的阻抗匹配。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一第二天线集总元件，第五段部与第六段部之间具有一第三槽缝，第二天线集总元件配置于第三槽缝上而串联第五段部与第六段部，第二天线集总元件适于调整第一频段。
在本发明的一实施例中，上述的第七段部包括相连的一蜿蜒区及一加宽区，蜿蜒区呈来回地弯折的线状，且蜿蜒区的一端连接第五段部，蜿蜒区的另一端连接加宽区，加宽区位于第八段部相反于配置第九段部的一侧，蜿蜒区的宽度小于加宽区的宽度。
在本发明的一实施例中，上述的第六段部、第七段部、第八段部及第九段部沿同一方向延伸且彼此不相连。
在本发明的一实施例中，上述的天线结构还包括一绝缘支架，具有一第一长侧面、一第二长侧面及一第三长侧面，第一辐射体的第一段部的一部分、第四段部的一部分、第二辐射体的第五段部的一部分及第六段部分布于绝缘支架的第一长侧面上，第一辐射体的第一段部的剩下部分、第二段部的一部分、第三段部的一部分与第四段部的另一部分、第二辐射体的第五段部的一部分及第七段部分布于绝缘支架的第二长侧面上，第一辐射体的第二段部的剩下部分、第三段部的剩下部分及第四段部的剩下部分、第二辐射体的第八段部及第九段部分布于绝缘支架的第三长侧面上。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘支架的长度介于75毫米至95毫米之间，宽度介于8毫米至10毫米之间，高度介于8毫米至10毫米之间。
本发明的一种通信装置，包括天线结构、多个开关集总元件及一切换开关。第一频段包括多个子区间。这些开关集总元件，连接至一***接地面，天线结构与***接地面之间具有多个接地路径，这些接地路径分别对应第一频段的这些子区间。切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些开关集总元件的至少一个，以将天线结构连接至这些接地路径中的至少一个，并共振出第一频段的这些子区间的其中一个。
在本发明的一实施例中，上述的这些开关集总元件包括一电容或一电感。
在本发明的一实施例中，上述的这些开关集总元件包括一第一开关集总元件、一第二开关集总元件及一第三开关集总元件，这些接地路径包括多个接地路径，第一频段的这些子区间包括一第一子区间及一第二子区间，当切换开关连接于第三开关集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第一子区间，当切换开关连接于第一开关集总元件、第二开关集总元件及第三开关集总元件时，天线结构适于共振出第一频段的第二子区间。
在本发明的一实施例中，上述的第一开关集总元件、第二开关集总元件及第三开关集总元件分别为三电感，第三开关集总元件的电感值大于第二开关集总元件的电感值，且第二开关集总元件的电感值大于第一开关集总元件的电感值。
在本发明的一实施例中，上述的第一子区间介于617MHz至800MHz，且第二子区间介于800MHz至960MHz。
基于上述，本发明的天线结构通过第一辐射体包括依序弯折地相连的第一段部、第二段部、第三段部及第四段部，第二辐射体包括第五段部、与分别连接于第五段部的第六段部、第七段部、第八段部及第九段部，且第五段部位于第一辐射体旁而第一辐射体与第二辐射体的第五段部之间具有第一槽缝的设计，适于耦合出第一频段、第二频段、第三频段及第四频段。因此，本公开内容的天线结构可达到支持多频段的效果。此外，本公开内容的通信装置通过将切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些集总元件的至少一个，而可选择不同的接地路径，使其第一频段能够达到较大的涵盖频宽。
附图说明
图1是依照本公开内容的一实施例的一种通信装置的天线结构的示意图。
图2是图1的通信装置的切换开关的示意图。
图3至图5是图1的天线结构配置在绝缘支架上的不同表面的示意图。
图6是图1的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-天线效率的关系图。
图7是图1的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-天线效率的关系图。
附图标记如下：
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、G1、G2、G3、G4：位置
C1：第一天线集总元件
L：第二天线集总元件
L1、L2、L3、L4：长度
RF1、RF2、RF3：接地路径
10：***接地面
20：切换开关
22、24、26：接点
32：第一开关集总元件
34：第二开关集总元件
36：第三开关集总元件
30：绝缘支架
32：第一长侧面
34：第二长侧面
36：第三长侧面
100：天线结构
105：基板
110：第一辐射体
112：第一段部
114：第二段部
116：第三段部
118：第四段部
120：第二辐射体
121：第六段部
122：第五段部
123：蜿蜒区
124：加宽区
125：第八段部
126：第九段部
130：第一槽缝
131：第三槽缝
132：第二槽缝
具体实施方式
图1是依照本公开内容的一实施例的一种通信装置的天线结构的示意图。请参阅图1，本实施例的通信装置包括天线结构100、多个开关集总元件(标示于图2，例如第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36)及一切换开关20。天线结构100配置于一基板105上，基板105例如是软性电路板，而可挠地设置在例如是绝缘支架30(图3)等结构上，但基板105的种类不以此为限制。
如图1所示，在本实施例中，天线结构100包括一第一辐射体110及一第二辐射体120。第一辐射体110包括依序弯折地相连的一第一段部112(位置A1、A2、A3、A4)、一第二段部114(位置A4、A5)、一第三段部116(位置A5、A6、A7、A8)及一第四段部118(位置A8、A9)。第一段部112包括一馈入端(位置A1)。馈入端(位置A1)适于电性连接至一数据机(未示出)或是主机板(未示出)的信号正端。
在本实施例中，第一段部112弯折地连接第二段部114，第二段部114弯折地连接第三段部116，第三段部116弯折地连接第四段部118。第一段部112的延伸方向平行于第三段部116的延伸方向，第二段部114的延伸方向平行于第四段部118的延伸方向，且第一段部112位于第三段部116旁。
第二辐射体120包括一第五段部122(位置B2、B5)、与分别连接于第五段部122(位置B2、B5)的一第六段部121(位置B1)、一第七段部(位置M1、M2、B3、B4)、一第八段部125(位置G1上方、B7)及一第九段部126(位置B5、B6)。在本实施例中，第六段部121、第七段部、第八段部125及第九段部126沿同一方向(例如是图1的左右方向)延伸且彼此不相连。
第五段部122位于第一辐射体110旁，而第一辐射体110与第二辐射体120的第五段部122之间具有一第一槽缝130(位置G1、G2之间)。在本实施例中，第一槽缝130的宽度介于0.3毫米至0.5毫米之间，但第一槽缝130的宽度不以此为限制。
此外，第六段部121包括一接地端。接地端(位置B1)适于电性连接至主机板的信号负端。另外，第七段部包括相连的一蜿蜒区123(位置M1、M2)及一加宽区124(位置B3、B4)，蜿蜒区123呈来回地弯折的线状，且蜿蜒区123的一端连接第五段部122，蜿蜒区123的另一端连接加宽区124，加宽区124位于第八段部125相反于配置第九段部126的一侧且沿相反于第五段部122的方向延伸，蜿蜒区123的宽度小于加宽区124的宽度。
天线结构100适于耦合出一第一频段、一第二频段、一第三频段及一第四频段。在本实施例中，第一频段介于617MHz至960MHz之间，第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且第四频段介于5150MHz至5850MHz之间，但第一频段、第二频段、第三频段及第四频段不以此为限制。
在本实施例中，第一辐射体110的第二段部114、第三段部116及第四段部118与第二辐射体120的第七段部(蜿蜒区123及加宽区124)适于调整第一频段。更具体地说，位置A4、A5、A8、A9所构成的路径用来调整低频的共振频率点位置，位置M1、M2所构成的路径用来调整900MHz的共振频率点位置，且位置B3、B4所构成的路径用来调整800～960MHz的共振频率点位置。
此外，第二辐射体120的第九段部126适于调整第二频段。更具体地说，位置B5、B6所构成的路径用来调整1710～2690MHz的共振频率点位置。
另外，第一辐射体110的第一段部112适于调整第三频段及第四频段。更具体地说，位置A2、A3所构成的路径用来调整3.3～5GHz的的共振频率点位置，且位置A1、A2所构成的路径用来调整5150～5850MHz的共振频率点位置。
此外，本实施例的天线结构100还通过了下述设计来调整阻抗匹配。详细地说，第一辐射体110的第三段部116(位置A5、A6、A7、A8)适于调整第一频段的阻抗匹配，第六段部121(位置B1、L1、B2)、第五段部122(位置B2、B5)及第九段部126(位置B5、B6)适于调整第一频段的阻抗匹配。第一槽缝130(位置G1、G2)用来调整617～800MHz的阻抗匹配频宽。
第一辐射体110的第一段部112与第三段部116之间具有一第二槽缝132(位置G3、G4)，第二槽缝132适于调整第三频段的阻抗匹配。
天线结构100还包括一第一天线集总元件C1，配置于第一槽缝130上而串联第一辐射体110与第二辐射体120，第一天线集总元件C1适于调整第二频段、第三频段及第四频段(也就是1710MHz至5850MHz)的阻抗匹配。在本实施例中，第一天线集总元件C1可为电容值为1.2pF的L/C元件，但第一天线集总元件C1的种类不以此为限制。
天线结构100还包括一第二天线集总元件L，第五段部122与第六段部121之间具有一第三槽缝131，第二天线集总元件L配置于第三槽缝131上而串联第五段部122与第六段部121，第二天线集总元件L适于调整第一频段。举例来说，第二天线集总元件L(例如电感值为5.1nH的L/C元件)可用来调整960MHz的共振频率点位置，但第二天线集总元件L的种类不以此为限制。
另外，如图1所示，天线结构100的长度L1介于75毫米至95毫米之间，例如是85毫米。天线结构100的总宽度为长度L2、L3、L4的总和。在本实施例中，长度L2介于8毫米至10毫米之间，例如是9毫米，长度L3介于8毫米至10毫米之间，例如是10毫米，长度L4介于8毫米至10毫米之间，例如是9毫米。当然，长度L1、L2、L3、L4不以此为限制。
图2是图1的通信装置的切换开关的示意图。如图2所示，第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36连接至***接地面10。切换开关20的一端连接于天线结构100的接地端(位置B1)，另一端可选择地连接至第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36的至少一个。
开关集总元件包括电容或电感，但开关集总元件的种类不以此为限制。在本实施例中，第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36分别为三电感，第三开关集总元件36的电感值大于第二开关集总元件34的电感值，且第二开关集总元件34的电感值大于第一开关集总元件32的电感值。
例如，第一开关集总元件32的电感值例如是1.2nH，第一开关集总元件32的电感值例如是2.7nH，第一开关集总元件32的电感值例如是4.7nH，但第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36的电感值不以此为限制。
第一辐射体110的接地端(位置B1)会连接到主机板(未示出)上的切换开关20，以通过切换开关20来切换至连接至不同接点22、24、26，来连接到第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36，而选择不同的接地路径(RF1、RF2、RF3)。
天线结构100以多个接地路径(RF1、RF2、RF3)的至少一个连接至***接地面10时，适于共振出第一频段的这些子区间的其中一个，使第一频段(低频)可涵盖617～960MHz的频宽。
举例来说，在本实施例中，第一频段的这些子区间包括一第一子区间(617MHz至800MHz)及一第二子区间(800MHz至960MHz)。当切换开关20在模式1时会通过接地路径RF3连接于第三开关集总元件36，天线结构100适于共振出第一频段的第一子区间。当切换开关20在模式2时会分别通过接地路径RF1、RF2、RF3连接于第一开关集总元件32、第二开关集总元件34及第三开关集总元件36，天线结构100适于共振出第一频段的第二子区间。
在本实施例中，切换开关20是以一对三的切换开关20为例，但切换开关20的种类并不以此为限制，在其他实施例中，切换开关20也可以是一对二、一对四、一对五或一对更多的切换开关20。
值得一提的是，在本实施例中，天线结构100适于设置在绝缘支架30上，以缩减通信装置的体积，且具有良好的天线效率。图3至图5是图1的天线结构配置在绝缘支架上的不同表面的示意图。于一些实施例中，绝缘支架30的材质为塑胶，但不以此为限制。
请共同参阅图1、图3至图5，天线结构100还包括一绝缘支架30，具有一第一长侧面32、一第二长侧面34及一第三长侧面36(图4)，第一长侧面32垂直连接于第二长侧面34，第三长侧面36垂直连接于第二长侧面34，且第一长侧面32与第三长侧面36平行设置，绝缘支架30的长度可对应于天线结构100的长度L1，而介于75毫米至95毫米之间，例如是85毫米。绝缘支架30的宽度可对应于天线结构100的长度L2，而介于8毫米至10毫米之间，绝缘支架30的高度可对应于天线结构100的长度L3，而介于8毫米至10毫米之间。当然，上述尺寸不以此为限制。
如图3所示，第一辐射体110的第一段部112的一部分、第四段部118的一部分、第二辐射体120的第五段部122的一部分及第六段部121分布于绝缘支架30的第一长侧面32上。
如图4所示，第一辐射体110的第一段部112的剩下部分、第二段部114的一部分、第三段部116的一部分与第四段部118的另一部分、第二辐射体120的第五段部122的一部分及第七段部分布于绝缘支架30的第二长侧面34上。
如图5所示，第一辐射体110的第二段部114的剩下部分、第三段部116的剩下部分及第四段部118的剩下部分、第二辐射体120的第八段部125及第九段部126分布于绝缘支架30的第三长侧面36上。
图6是图1的通信装置的频率(600MHz至1000MHz)-天线效率的关系图。请参阅图6，在本实施例中，当切换开关20(图2)切换至模式1时，第一频段(低频)中的第一子区间(Band1，617MHz至800MHz)的天线效率为-2.4dBi至-3.1dBi，当切换开关20切换至模式2时，第二子区间(Band 2，800MHz至960MHz)的天线效率为-1.8dBi至-3.1dBi，都可大于-3.5dBi以上，而具有良好的天线效率的表现。
图7是图1的通信装置的频率(1500MHz至6000MHz)-天线效率的关系图。请参阅图7，在本实施例中，当切换开关20切换至模式1时，第二频段(1710MHz至2700MHz)其天线效率为-1.4dBi至-5.4dBi，第三频段(3300MHz至5000MHz)其天线效率为-2.1dBi至-4.1dBi，第四频段(5150MHz至5850MHz)其天线效率为-2.8dBi至-3.2dBi，而具有5G-Sub 6G的LTE宽频天线良好的效率表现。
此外，由于第二频段(1710MHz至2700MHz)、第三频段(3300MHz至5000MHz)及第四频段(5150MHz至5850MHz)的辐射效率差异都在1dB以内，确保其受切换开关20动作时的影响较低，拥有宽频效率佳的特性。也就是说，天线结构100可达到低频可支持617MHz至960MHz这样的宽频段，而高频变化不大的特性。
由上可知，本实施例的天线结构100利用馈入端A1点连接位置A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9所构成的开路路径，通过串联第一天线集总元件C1与第一槽缝130(位置G1、G2之间)的耦合，再由位置B1串联第二天线集总元件L来连接位置B2、B3、B4、B5、B6、B7而构成的路径，并由位置B1(接地端)连接到主机板的切换开关20，通过切换开关20做切换，选择以不同开关集总元件的接地路径连接到主机板，构成一可调式开回路天线架构。
天线馈入端A1点连接位置A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9所构成的开路路径可通过切换开关20来选择对应于低频中不同子区间的接地路径(即切换不同的电感或电容)，使低频可涵盖617～960MHz的频宽。同时在切换低频频带的过程中，其高频较不易在低频切换时发生频率偏移或阻抗匹配的影响。
另外，由于本实施例的天线结构100的频段有涵盖到WiFi的频段，还可通过天线多工(antenna-plexer)滤波的整合电路(未示出)，来调整选择要切换到5G、Sub 6G LTE电路或WiFi电路，达到天线共用及实现节省天线数量的效果。
综上所述，本发明的天线结构通过第一辐射体包括依序弯折地相连的第一段部、第二段部、第三段部及第四段部，第二辐射体包括第五段部、与分别连接于第五段部的第六段部、第七段部、第八段部及第九段部，且第五段部位于第一辐射体旁而第一辐射体与第二辐射体的第五段部之间具有一第一槽缝的设计，适于耦合出第一频段、第二频段、第三频段及第四频段。因此，本公开内容的天线结构可达到支持多频段的效果。此外，本公开内容的通信装置通过将切换开关的一端连接于天线结构的接地端，另一端可选择地连接至这些集总元件的至少一个，而可选择不同的接地路径，使其第一频段能够达到较大的涵盖频宽。

Claims (13)

1.一种天线结构，包括：
一第一辐射体，包括依序弯折地相连的一第一段部、一第二段部、一第三段部及一第四段部，其中该第一段部包括一馈入端；以及
一第二辐射体，包括一第五段部、与分别连接于该第五段部的一第六段部、一第七段部、一第八段部及一第九段部，其中该第五段部位于该第一辐射体旁而该第一辐射体与该第二辐射体的该第五段部之间具有一第一槽缝，且该第六段部包括一接地端，该天线结构适于耦合出一第一频段、一第二频段、一第三频段及一第四频段；
其中该第一辐射体的该第一段部与该第三段部之间具有一第二槽缝，该第二槽缝适于调整该第三频段的阻抗匹配；
该第二段部、该第三段部、该第四段部与该第七段部适于调整该第一频段，该第九段部适于调整该第二频段，该第一段部适于调整该第三频段及该第四频段。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一频段介于617MHz至960MHz之间，该第二频段介于1710MHz至2700MHz之间，该第三频段介于3300MHz至5000MHz之间，且该第四频段介于5150MHz至5850MHz之间。
3.如权利要求1所述的天线结构，还包括一第一天线集总元件，配置于该第一槽缝上而串联该第一辐射体与该第二辐射体，该第一天线集总元件适于调整该第二频段、该第三频段及该第四频段的阻抗匹配。
4.如权利要求1所述的天线结构，还包括一第二天线集总元件，该第五段部与该第六段部之间具有一第三槽缝，该第二天线集总元件配置于该第三槽缝上，而串联该第五段部与该第六段部，该第二天线集总元件适于调整该第一频段。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第七段部包括相连的一蜿蜒区及一加宽区，该蜿蜒区呈来回地弯折的线状，且该蜿蜒区的一端连接该第五段部，该蜿蜒区的另一端连接该加宽区，该加宽区位于该第八段部相反于配置该第九段部的一侧，该蜿蜒区的宽度小于该加宽区的宽度。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第六段部、该第七段部、该第八段部及该第九段部沿同一方向延伸且彼此不相连。
7.如权利要求1所述的天线结构，还包括一绝缘支架，具有一第一长侧面、一第二长侧面及一第三长侧面，该第一辐射体的该第一段部的一部分、该第四段部的一部分、该第二辐射体的该第五段部的一部分及该第六段部分布于该绝缘支架的该第一长侧面上，该第一辐射体的该第一段部的剩下部分、该第二段部的一部分、该第三段部的一部分与该第四段部的另一部分、该第二辐射体的该第五段部的一部分及该第七段部分布于该绝缘支架的该第二长侧面上，该第一辐射体的该第二段部的剩下部分、该第三段部的剩下部分及该第四段部的剩下部分、该第二辐射体的该第八段部及该第九段部分布于该绝缘支架的该第三长侧面上。
8.如权利要求7所述的天线结构，其中该绝缘支架的长度介于75毫米至95毫米之间，宽度介于8毫米至10毫米之间，高度介于8毫米至10毫米之间。
9.一种通信装置，包括：
如权利要求1至8的任一项所述的天线结构，其中该第一频段包括多个子区间；
多个开关集总元件，连接至一***接地面，该天线结构与该***接地面之间具有多个接地路径，多个所述接地路径分别对应该第一频段的多个所述子区间；以及
一切换开关，一端连接于该天线结构的该接地端，另一端可选择地连接至多个所述开关集总元件的至少一个，以将该天线结构连接至多个所述接地路径中的至少一个，并共振出该第一频段的多个所述子区间的其中一个。
10.如权利要求9所述的通信装置，其中多个所述开关集总元件包括一电容或一电感。
11.如权利要求9所述的通信装置，其中多个所述开关集总元件包括一第一开关集总元件、一第二开关集总元件及一第三开关集总元件，多个所述接地路径包括多个接地路径，该第一频段的多个所述子区间包括一第一子区间及一第二子区间，当该切换开关连接于该第三开关集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第一子区间，当该切换开关连接于该第一开关集总元件、该第二开关集总元件及该第三开关集总元件时，该天线结构适于共振出该第一频段的该第二子区间。
12.如权利要求11所述的通信装置，其中该第一开关集总元件、该第二开关集总元件及该第三开关集总元件分别为三电感，该第三开关集总元件的电感值大于该第二开关集总元件的电感值，且该第二开关集总元件的电感值大于该第一开关集总元件的电感值。
13.如权利要求11所述的通信装置，其中该第一子区间介于617MHz至800MHz，且该第二子区间介于800MHz至960MHz。
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