TWI831867B - 天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
一種天線結構,應用於無線通訊裝置中,包括至少一個天線單元,所述至少一個天線單元彼此獨立設置,每一個天線單元均包括第一天線、第二天線及切換單元,所述第一天線為WIFI 2.4G/5G天線,所述第二天線為5G天線,所述第一天線藉由所述切換單元連接至所述第二天線之不同位置,進而形成不同之下地路徑,以切換所述第二天線之不同頻段。
Description
本發明涉及一種適用於多頻段之天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。
隨著現代通訊技術之發展,移動裝置成為人們生活中不可或缺之一部分,通訊系統對通訊效率要求越來越高。第五代移動通訊技術5G可實現速度更快及網路容量更大之通訊需求,而為實現這個需求使用多天線設計MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)架構是常用之設計。然於移動裝置之有限空間內同時放入適用於2G、3G、4G天線與5G MIMO等多個天線之架構對天線設計與移動裝置結構設計是重大之課題。
有鑑於此,有必要提供一種適用於多頻段之天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。
一種天線結構,應用於無線通訊裝置中,包括至少一個天線單元,所述至少一個天線單元彼此獨立設置,每一個天線單元均包括第一天線、第二天線及切換單元,所述第一天線為WIFI 2.4G/5G天線,所述第二天線為5G天線,所述第一天線藉由所述切換單元連接至所述第二天線之不同位置,進而形成不同之下地路徑,以切換所述第二天線之不同頻段。
一種無線通訊裝置,包括所述天線結構。
所述天線結構藉由設置至少一個天線單元,每個天線單元之結構均相同,因此可使得該至少一個天線單元構成MIMO架構。每一個天線單元均包括相應之第一天線及第二天線,再藉由設置所述切換單元,以使得所述第一天線結合所述切換單元切換下地路徑,進而使得所述第二天線構成之5G天線可實現頻段切換功能,同時節省天線設計空間。另外,由於所述天線單元獨立設置,因此可使得其中之5G天線(即第二天線)於5G頻段彼此相互獨立,可同時收發無線訊號,並實現5G之上傳及下載速度,從而提高了通訊效率。
100:天線結構
11、12、13、14:天線單元
111:第一天線
1111:饋入段
1112:第一輻射臂
1113:第二輻射臂
1114:第三輻射臂
1115:第一輻射段
1116:第二輻射段
1117:接地段
113:第二天線
1131:開槽
115:切換單元
117:第三天線
200:無線通訊裝置
201:接地面
203:訊號饋入點
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所示天線結構中天線單元之部分結構示意圖。
圖3為圖2所示第一天線與第二天線之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)曲線圖。
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。
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,本發明實施例提供一種天線結構100,應用於無線通訊裝置200。所述無線通訊裝置200可為但不限於為行動電話、平板電腦、筆記型電腦及個人數位助理(personal digital assistant,PDA)等。所述無線通訊裝置200藉由所述天線結構100收發多頻段之無線訊號,以實現無線通訊。
所述天線結構100包括至少一個天線單元,例如四個天線單元11-14。本實施例中,所述天線結構100可設置於一接地面201(例如無線通訊裝置200之中框)上,以藉由所述接地面201接地。另外,所述天線結構100還與一電路板(圖未示)電連接,以從所述電路板饋入電源訊號。
可理解,所述天線結構100亦可設置於其他載體上,以及藉由其他方式進行饋電及接地。例如所述天線結構100可直接設置於所述電路板上,並藉由所述電路板進行饋電及接地,或者藉由所述無線通訊裝置200之金屬殼體進行接地處理。
於本實施例中,四個天線單元11-14分別設置於所述無線通訊裝置200之四個角上,並構成4*4之MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多入多出)架構。例如,所述天線單元11設置於所述無線通訊裝置200之左上角。所述天線單元12設置於所述無線通訊裝置200之右上角。所述天線單元13設置於所述無線通訊裝置200之左下角。所述天線單元14設置於所述無線通訊裝置200之右下角。
於本實施例中,四個天線單元11-14之形狀及結構均相同,於此以其中一個天線單元,例如天線單元11為例,對其結構進行說明。
於本實施例中,所述天線單元11包括第一天線111、第二天線113、切換單元115及第三天線117。
請參閱圖2,所述第一天線111為WIFI 2.4G/5G天線,用以收發WIFI 2.4G及WIFI 5G之訊號。於本實施例中,所述第一天線111包括饋入段1111、第一輻射臂1112、第二輻射臂1113、第三輻射臂1114、第一輻射段1115、第二輻射段1116及接地段1117。
所述饋入段1111呈直條狀,其一端電連接至所述電路板之訊號饋入點203,以為所述第一天線111饋入電流訊號。所述第一輻射臂1112大致呈直條狀,其一端垂直連接至所述饋入段1111之一端,以與所述饋入段1111構成大致呈L形之結構。所述第二輻射臂1113大致呈直條狀。其一端垂直連接至所述第一輻射臂1112遠離所述饋入段1111之一端,另一端沿平行所述饋入段1111之方向延伸。所述第三輻射臂1114大致呈直條狀,其一端垂直連接至所述第二輻射臂1113遠離所述第一輻射臂1112之一端,另一端沿平行所述第一輻射臂1112且靠近所述饋入段1111之方向
延伸。
於本實施例中,所述饋入段1111之長度大於所述第二輻射臂1113之長度,所述第三輻射臂1114之長度小於所述第一輻射臂1112之長度。所述饋入段1111與所述第二輻射臂1113設置於所述第一輻射臂1112之同一側,且與所述第一輻射臂1112構成大致呈U形之結構。所述第三輻射臂1114與所述第一輻射臂1112設置於所述第二輻射臂1113之同一側,且與所述第二輻射臂1113構成大致呈U形之結構。
於本實施例中,所述第一輻射段1115大致呈直條狀,其設置於所述饋入段1111與所述第一輻射臂1112之連接處,且沿遠離所述第一輻射臂1112之方向延伸。即,所述第一輻射段1115與所述第一輻射臂1112設置於所述饋入段1111之同一端,且沿相反之方向延伸,並共同與所述饋入段1111構成大致呈T形之結構。
所述第二輻射段1116大致呈直條狀,其一端垂直連接至所述第一輻射段1115遠離所述饋入段1111之端部,另一端沿平行所述饋入段1111之方向延伸,以與所述第一輻射段1115構成大致呈L形之結構。
於本實施例中,所述第一輻射段1115之長度小於所述第一輻射臂1112之長度。所述第二輻射段1116之長度小於所述第二輻射臂1113之長度。所述第一輻射臂1112、第二輻射臂1113以及第三輻射臂1114之整體長度大於所述第一輻射段1115及第二輻射段1116之整體長度。
於本實施例中,所述接地段1117大致呈直條狀。所述接地段1117之一端垂直連接至所述饋入段1111靠近所述第二輻射臂1113之一側,並沿平行所述第一輻射臂1112且靠近所述第三輻射臂1114之方向延伸。
可理解,當電流自所述訊號饋入點203饋入後,所述電流將依次流經所述饋入段1111、所述第一輻射臂1112、第二輻射臂1113以及第三輻射臂1114,進而激發一第一模態以產生第一頻段之輻射訊號。同時,所述電流還將依次流經所述饋入段1111、所述第一輻射段1115及第二輻射段1116,進而激發一第二模態以產生第二頻段之輻射訊號。於本實施例中,所述第一模態為WIFI 2.4G模態,所述第二模態為WIFI 5G模態。所述第一頻段為WIFI 2.4G頻段。所述第二頻段為WIFI 5G頻段。即所述饋入段1111、所述第一輻射臂1112、第二輻射臂1113以及第三輻射臂1114共同構成WIFI 2.4G天線。所述饋入段1111、所述第一輻射段1115及第二輻射段1116構成WIFI 5G天線。
可理解,於其他實施例中,所述第一天線111之形狀及結構不局限於上述所述,其可根據無線通訊裝置200之設計要求,呈現多種不同之結構。
所述第二天線113為5G天線,用於收發5G頻段之無線訊號。於本實施例中,所述第二天線113大致呈矩形片狀。所述第二天線113可為所述無線通訊裝置200之中框上之金屬片或者其他結構。所述第二天線113之一側開設有一開槽1131。所述開槽1131大致呈長條狀,其自所述第二天線113之一側沿平行所述第一輻射臂1112之方向水平延伸,進而使得所述第二天線113構成一槽孔天線。
可理解,於本實施例中,所述切換單元115包括連接端1151、第一切換端1153、第二切換端1155及第三切換端1157。所述連接端1151與所述第一天線111之接地段1117相連。所述第一切換端1153、第二切換
端1155及第三切換端1157則分別連接至所述開槽1131之不同位置,例如第一位置G1、第二位置G2及第三位置G3。所述第一位置G1、第二位置G2、第三位置G3依次間隔設置,且沿逐漸遠離所述開槽1131之開口端之方向設置。
於本實施例中,藉由將所述連接端1151分別切換至不同之切換端(例如第一切換端1153、第二切換端1155及第三切換端1157),進而使得所述第一天線111連接至不同之接地位置,以形成不同之下地路徑至所述開槽1131。亦就是說,所述第二天線113可藉由不同之位置連接至所述第一天線111,進而達成切換頻段之效果。例如,當所述連接端1151切換至所述第一切換端1153時,所述第一天線111藉由所述第一切換端1153連接至所述第二天線113之第一位置G1,進而使得所述第二天線113構成之槽孔天線切換至第一耦合頻段。當所述連接端1151切換至所述第二切換端1155時,所述第一天線111藉由所述第二切換端1155連接至所述第二天線113之第二位置G2,進而使得所述第二天線113構成之槽孔天線切換至第二耦合頻段。當所述連接端1151切換至所述第三切換端1157時,所述第一天線111藉由所述第三切換端1157連接至所述第二天線113之第三位置G3,進而使得所述第二天線113構成之槽孔天線切換至第三耦合頻段。
於本實施例中,所述第一耦合頻段之頻率為5G頻段3300-3800MHz。所述第二耦合頻段之頻率為5G頻段3800-4400MHz。所述第三耦合頻段之頻率為5G頻段4400-5000MHz。亦就是說,所述第二天線113可工作於5G FRI定義出之工作頻段3300-5000MHz,且藉由將所述連
接端1151分別切換至不同之切換端,可實現對所述5G頻段之切換。
可理解,請一併參閱圖3,圖3為所述天線結構100工作於WIFI 2.4G模態、WIFI 5G模態及5G模態時之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)曲線圖。其中,曲線S31為所述天線結構100工作於WIFI 2.4G模態時之VSWR值。曲線S32為所述天線結構100工作於WIFI 5G模態時之VSWR值。曲線S33為當所述天線結構100中所述連接端1151切換至所述第一切換端1153時,所述天線結構100工作於5G頻段3300-3800MHz時之VSWR值。曲線S34為當所述天線結構100中所述連接端1151切換至所述第二切換端1155時,所述天線結構100工作於5G頻段3800-4400MHz時之VSWR值。曲線S35為當所述天線結構100中所述連接端1151切換至所述第三切換端1157時,所述天線結構100工作於5G頻段4400-5000MHz時之VSWR值。
顯然,所述天線結構100中所述第一天線111與所述第二天線113可藉由所述切換單元115整合於一起,進而使得所述天線結構100可同時工作於WIFI 2.4G、WIFI 5G及5G頻段,有效增加了天線結構100之整個工作頻寬,且無需額外增加天線設計空間便可使得所述無線通訊裝置200兼具WIFI 2.4G/5G功能與5G通訊功能。
可理解,請再次參閱圖1,於本實施例中,所述第三天線117為2G/3G/4G天線,用於收發2G、3G、4G頻段之無線訊號。本實施例中,所述2G/3G/4G天線可根據無線通訊裝置200之設計要求,呈現多種不同之結構。例如,所述第三天線117可設置於所述無線通訊裝置200之金屬邊框上,並工作於相應之低頻模態、中頻模態及高頻模態。其中,所述低頻
模態之頻率為699-960MHz。所述中頻模態之頻率為1710-2170MHz。所述高頻模態之頻率為2300-2690MHz。
顯然,本發明之天線結構100藉由設置多個天線單元11-14,每個天線單元之結構均相同,因此可使得所述多個天線單元11-14構成MIMO架構。每一個天線單元均包括相應之第一天線111及第二天線113,再藉由設置所述切換單元115,以使得所述第一天線111結合所述切換單元115切換下地路徑,進而使得所述第二天線113構成之5G天線可實現頻段切換功能,同時節省天線設計空間。另外,由於所述天線單元11-14獨立設置,因此可使得其中之5G天線(即第二天線113)於5G頻段彼此相互獨立,可同時收發無線訊號,並實現5G之上傳及下載速度,從而提高了通訊效率。再者,所述每一個天線單元還設置有第三天線117,進而使得所述第三天線117可與所述第一天線111及第二天線113共同收發2G、3G、4G、5G及WIFI 2.4G/5G之無線訊號,具有應用廣泛之功能。
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。
100:天線結構
11、12、13、14:天線單元
111:第一天線
113:第二天線
115:切換單元
117:第三天線
200:無線通訊裝置
201:接地面
203:訊號饋入點
Claims (9)
- 一種天線結構,應用於無線通訊裝置中,其改良在於,所述天線結構包括至少一個天線單元,所述至少一個天線單元彼此獨立設置,每一個天線單元均包括第一天線、第二天線及切換單元,所述第一天線為WIFI 2.4G/5G天線,所述第二天線為5G天線,所述第一天線藉由所述切換單元連接至所述第二天線之不同位置,進而形成不同之下地路徑,以切換所述第二天線之不同頻段,其中所述第二天線呈條狀,所述第二天線上開設有一開槽,所述開槽自所述第二天線之一側向相對之另一側水平延伸,進而使得所述第二天線構成一槽孔天線,以收發5G頻段之無線訊號;所述切換單元包括連接端、第一切換端、第二切換端及第三切換端,所述連接端與所述第一天線相連,所述第二切換端、所述第二切換端及所述第三切換端分別連接至所述開槽之第一位置、第二位置及第三位置,藉由將所述連接端分別切換至不同之切換端,進而連接至不同之接地位置,以形成不同之下地路徑至所述開槽;所述第一位置、第二位置、第三位置依次間隔設置,且沿逐漸遠離所述開槽之開口端之方向設置,當所述連接端切換至所述第一切換端時,所述第二天線切換至第一耦合頻段,當所述連接端切換至所述第二切換端時,所述第二天線切換至第二耦合頻段,當所述連接端切換至所述第三切換端時,所述第二天線切換至第三耦合頻段。
- 如請求項1所述之天線結構,其中所述天線結構包括四個天線單元,四個所述天線單元設置於所述無線通訊裝置之四個角,以共同構成MIMO架構。
- 如請求項1所述之天線結構,其中所述第一耦合頻段之頻率為5G頻段3300-3800MHz,所述第二耦合頻段之頻率為5G頻段3800-4400MHz,所述第三耦合頻段之頻率為5G頻段4400-5000MHz。
- 如請求項1所述之天線結構,其中所述第一天線包括饋入段、第一輻射臂、第二輻射臂、第三輻射臂及接地段,所述饋入段呈直條狀,其一端電連接至一訊號饋入點,所述第一輻射臂呈直條狀,其一端垂直連接至所述饋入段之一端,以與所述饋入段構成L形之結構,所述第二輻射臂呈直條狀,其一端垂直連接至所述第一輻射臂遠離所述饋入段之一端,另一端沿平行所述饋入段之方向延伸,所述第三輻射臂呈直條狀,其一端垂直連接至所述第二輻射臂遠離所述第一輻射臂之一端,另一端沿平行所述第一輻射臂且靠近所述饋入段之方向延伸,所述接地段呈直條狀,所述接地段之一端垂直連接至所述饋入段靠近所述第二輻射臂之一側,並沿平行所述第一輻射臂且靠近所述第三輻射臂之方向延伸,所述連接端電連接至所述接地段。
- 如請求項4所述之天線結構,其中所述第一天線還包括第一輻射段及第二輻射段,所述第一輻射段呈直條狀,其設置於所述饋入段與所述第一輻射臂之連接處,且沿遠離所述第一輻射臂之方向延伸,所述第二輻射段呈直條狀,其一端垂直連接至所述第一輻射段遠離所述饋入段之端部,另一端沿平行所述饋入段之方向延伸,以與所述第一輻射段構成L形之結構。
- 如請求項5所述之天線結構,其中當電流自所述訊號饋入點饋入後,所述電流依次流經所述饋入段、所述第一輻射臂、所述第二輻射臂以及所述第三輻射臂,進而激發出WIFI 2.4G模態以產生WIFI 2.4G頻段之輻射訊號,同時所述電流還依次流經所述饋入段、所述第一輻射段及所述第二輻射段,進而激發出WIFI 5G模態以產生WIFI 5G頻段之輻射訊號。
- 如請求項1所述之天線結構,其中每一天線單元還包括第 三天線,所述第三天線為2G/3G/4G天線,用於收發2G、3G、4G頻段之無線訊號。
- 一種無線通訊裝置,其改良在於,所述無線通訊裝置包括如請求項1至7中任一項所述之天線結構。
- 如請求項8所述之無線通訊裝置,其中所述無線通訊裝置包括接地面及電路板,所述天線結構設置於所述接地面上,所述電路板為所述天線結構提供饋入電源,或者所述天線結構設置於所述電路板上,所述電路板為所述天線結構提供饋入電源及接地。
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