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

随着无线通信技术的进步，移动电话、个人数字助理等电子装置不断朝向功能多样化、轻薄化、以及资料传输更快、更有效率等趋势发展。然而其相对可容纳天线的空间也就越来越小，而且随着无线通信技术的不断发展，天线的频宽需求不断增加。因此，如何在有限的空间内设计出具有较宽频宽的天线，是天线设计面临的一项重要课题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。

一种天线结构，包括壳体及馈入部，所述壳体包括边框及背板，所述边框及所述背板均由金属材料制成，所述边框围绕所述背板的边缘设置，所述边框上开设有至少一断点，所述背板上开设有开槽，所述开槽及所述至少一断点共同自所述边框上划分出至少两个辐射部，所述天线结构还包括宽频反射器，所述宽频反射器间隔其中一辐射部设置，所述宽频反射器一端连接至所述背板，所述馈入部电性连接至其中一辐射部，所述背板及所述至少两个辐射部以外的所述边框互相连接形成系统接地面，以为所述天线结构提供接地。

一种无线通信装置，包括上述所述的天线结构。

所述天线结构通过在所述边框上设置至少一断点，以自所述边框上划分出至少两辐射部，并间隔所述辐射部设置所述宽频反射器，如此可涵盖低频、中频、高频等多个频段，满足LTE-A的载波聚合应用(Carrier Aggregation，CA)，并使得所述天线结构100的辐射相较于一般的金属背盖天线更具宽频效果，如此可有效实现宽频设计。另外，本发明的天线结构具有正面全屏幕，且在全金属的背板、边框以及周围有大量金属的不利环境中，所述天线结构仍具有良好的表现。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的天线结构应用至无线通信装置的示意图。

图2为图1所示无线通信装置的背面示意图。

图3为沿图1所示无线通信装置中III-III线的截面示意图。

图4为沿图1所示无线通信装置中IV-IV线的截面示意图。

图5为图1所示天线结构的内部示意图。

图6A至图6D为图1所示天线结构的宽频反射器的示意图。

图7A至图7D为图5所示天线结构中切换电路的电路图。

图8为图5所示天线结构工作时的电流走向示意图。

图9为图1所示天线结构的Ｓ参数(散射参数)曲线图。

图10为图1所示天线结构的总辐射效率图。

主要元件符号说明

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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个元件被称为“电性连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电性连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明第一较佳实施方式提供一种天线结构100，其可应用于移动电话、个人数字助理等无线通信装置200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。图1为天线结构100应用至无线通信装置200的示意图。图2为无线通信装置200的背面示意图。图3为沿图1所示无线通信装置200中III-III线的截面示意图。图4为沿图1所示无线通信装置200中IV-IV线的截面示意图。

所述天线结构100包括壳体11、馈入部12(参图5)、宽频反射器(Middle-High BandReflector，MHR)13、第一切换电路14以及第二切换电路15。所述壳体11至少包括系统接地面110、边框111、中框112及背板113。所述边框111、中框112及背板113围成的空间内(参图4)设置有一电路板130。本实施例中，所述电路板130叠设于所述背板113上。所述系统接地面110可由金属或其他导电材料制成，用以为所述天线结构100提供接地。

所述边框111大致呈环状结构，其由金属或其他导电材料制成。所述边框111设置于所述系统接地面110的周缘，即围绕所述系统接地面110设置。在本实施例中，所述边框111一侧的边缘与所述系统接地面110间隔设置，进而于两者之间形成相应的净空区114(参图3及图4)。可以理解，在本实施例中，所述边框111与所述系统接地面110之间的距离可根据需求进行调整。例如所述边框111在不同位置与所述系统接地面110的距离可为等距或不等距。

所述中框112大致呈矩形片状，其由金属或其他导电材料制成。所述中框112的形状及尺寸略小于所述系统接地面110。所述中框112叠设于所述系统接地面110上。

在本实施例中，所述边框111靠近所述中框112的一侧设置有一开口(图未标)，用于容置所述无线通信装置200的显示单元201。所述显示单元201具有一显示平面，该显示平面裸露于该开口。

所述背板113由金属或其他导电材料制成。所述背板113设置于所述边框111的边缘。在本实施例中，所述背板113设置于所述系统接地面110背向所述中框112的一侧，且与所述显示单元201的显示平面及所述中框112大致间隔平行设置。

在本实施例中，所述系统接地面110、边框111、中框112及背板113可以构成一体成型的金属框体。所述中框112是位于所述显示单元201与所述系统接地面110之间的金属片。所述中框112用于支撑所述显示单元201、提供电磁屏蔽、及提高所述无线通信装置200的机构强度。

在本实施例中，所述边框111至少包括末端部115、第一侧部116以及第二侧部117。所述末端部115为所述无线通信装置200的底端，即所述天线结构100构成所述无线通信装置200的下天线。所述第一侧部116与所述第二侧部117相对设置，两者分别设置于所述末端部115的两端，优选垂直设置。

所述壳体11上还开设有开槽118及至少一断点。其中，所述开槽118开设于所述背板113上。所述开槽118大致呈U形，其开设于所述背板113靠近所述末端部115的一侧，且分别朝所述第一侧部116及第二侧部117所在方向延伸。

在本实施例中，所述壳体11上开设有两个断点，即第一断点119及第二断点120。所述第一断点119及所述第二断点120均开设于所述边框111上。具体的，所述第一断点119开设于所述末端部115上，且靠近所述第二侧部117设置。所述第二断点120与所述第一断点119间隔设置。所述第二断点120设置于所述第一侧部116上，且靠近所述末端部115设置。所述第一断点119与所述第二断点120均贯通且隔断所述边框111，并连通所述开槽118。

所述开槽118与所述至少一断点共同自所述壳体11上划分出至少两个辐射部。在本实施例中，所述开槽118、所述第一断点119以及所述第二断点120共同自所述壳体11划分出两个辐射部，即第一辐射部F1以及第二辐射部F2。其中，在本实施例中，所述第一断点119与所述第二断点120之间的所述边框111形成所述第一辐射部F1。所述第一断点119与所述开槽118位于所述第二侧部117的端点之间的所述边框111形成所述第二辐射部F2。

在本实施例中，所述第一辐射部F1与所述中框112间隔且绝缘设置。所述第二辐射部F2靠近所述开槽118位于所述第二侧部117的端点的一侧连接至所述系统接地面110及所述背板113，即接地。也就是说，在本实施例中，所述开槽118用以分隔边框辐射体(即所述第一辐射部F1与第二辐射部F2)及所述背板113。当然，所述开槽118还可分隔所述边框辐射体和所述系统接地面110，而在所述开槽118以外的部分，所述边框111、所述背板113及所述系统接地面110是相连的。

可以理解，在本实施例中，所述第一断点119以及所述第二断点120的宽度相同。所述开槽118的宽度小于等于所述第一断点119或所述第二断点120的宽度的两倍。其中，所述开槽118的宽度为0.5-2mm。所述第一断点119以及所述第二断点120的宽度均为1-2mm。

可以理解，在本实施例中，所述开槽118、第一断点119以及所述第二断点120均填充有绝缘材料(例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限)。

请一并参阅图5，所述无线通信装置200还包括至少一电子元件。在本实施例中，所述无线通信装置200至少包括两个电子元件，即第一电子元件21及第二电子元件23。

所述第一电子元件21为一通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口模块。所述第一电子元件21设置于所述电路板130邻近所述第一辐射部F1的边缘，且通过所述开槽118与所述第一辐射部F1间隔绝缘设置。所述第二电子元件23为一扬声器。所述第二电子元件23设置于所述电路板130邻近所述第一辐射部F1的一侧。在本实施例中，所述第二电子元件23与所述开槽118之间的距离大致为2-10mm。在本实施例中，所述第二电子元件23亦通过所述开槽118与所述第一辐射部F1间隔绝缘设置。

可以理解，在其他实施例中，所述第二电子元件23的位置可根据具体需求进行调整。

请一并参阅图4及图5，在本实施例中，所述系统接地面110大致呈盒状，即所述系统接地面110具有一定的厚度。可以理解，在本实施例中，当所述系统接地面110呈盒状时，可以将所述至少一电子元件全置入至所述系统接地面110内，进而所述至少一电子元件可视为所述系统接地面110，即为大面积金属。当然，当所述至少一电子元件全放入所述系统接地面110内时，所述系统接地面110还需要预留相应的开口、接头等，以使得所述至少一电子元件中需要与外界元件接触的部分可从所述系统接地面110内露出。

可以理解，在其他实施例中，所述系统接地面110不局限于上述所述的盒状，其还可为其他形状。

可以理解，在本实施例中，所述显示单元201具有高屏占比。即所述显示单元201的显示平面的面积大于70％的无线通信装置的正面面积，甚至可以做到正面全屏幕。具体的，在本实施例中，所述全屏幕是指除了所述天线结构100上开设的必要的槽孔(例如开槽118)以外，所述显示单元201的左侧、右侧、下侧均可无缝隙地连接至所述边框111。

可以理解，在本实施例中，所述馈入部12设置于所述系统接地面110与所述边框111之间的净空区114。所述馈入部12的一端可通过弹片、微带线、条状线、同轴电缆等方式电性连接至所述电路板130上的信号馈入点，另一端通过一匹配电路(图未示)电性连接至所述第一辐射部F1靠近所述第一断点119的一侧，用以馈入电流信号至所述第一辐射部F1及第二辐射部F2。

在本实施例中，所述馈入部12可以由铁件、金属铜箔、激光直接成型技术(LaserDirect structuring，LDS)制程中的导体等材质制成。

所述宽频反射器13大致呈金属片。所述宽频反射器13顶端抵持至所述中框112，底端抵持至所述背板113(参图4)。所述宽频反射器13间隔第二辐射部F2及所述第一断点119设置。所述宽频反射器13至少具有平行于所述第二辐射部F2的平面。所述宽频反射器13包括依次连接的第一段132、第二段134及第三段136。所述第一段132大致呈直线段，其间隔垂直所述边框111的第二侧部117。所述第二段134大致呈弧形段，其间隔平行所述第二辐射部F2位于所述第二侧部117与末端部115连接的部分。所述第三段136大致呈直线段，其间隔平行所述第二辐射部F2位于所述末端部115的部分。

请一并参阅图6A、6B、6C及6D，在不同的实施例中，所述宽频反射器13的第三段136可具有不同的长度。在图6A所示的宽频反射器13中，所述第三段136延伸超过所述第一断点119；在图6B所示的宽频反射器13中，所述第三段136延伸至对应所述第一断点119；在图6C所示的宽频反射器13中，所述第三段136未延伸超过所述第一断点119；在图6D所示的天线结构中并未包括所述宽频反射器13。

所述第一切换电路14的一端电连接至所述第一辐射部F1靠近所述第二断点120的一侧，另一端电连接至所述系统接地面110，即接地。所述第一切换电路14用以通过将所述第一辐射部F1切换至所述系统接地面110、使得所述第一辐射部F1不接地、或者将所述第一辐射部F1切换至不同的接地位置(相当于切换至不同的阻抗元件)，进而有效调整所述天线结构100的频宽，以达到多频率调整的功能。

所述第二切换电路15的一端电连接至所述第一辐射部F1的中部位置，另一端电连接至所述系统接地面110，即接地。所述第二切换电路15间隔所述馈入部12设置。本实施例中，所述馈入部12与所述第二切换电路15分别间隔设置于所述第一电子元件21的相对两侧。所述第二切换电路15用以通过将所述第一辐射部F1切换至所述系统接地面110、使得所述第一辐射部F1不接地、或者将所述第一辐射部F1切换至不同的接地位置(相当于切换至不同的阻抗元件)，进而有效调整所述天线结构100的频宽，以达到多频率调整的功能。

可以理解，在本实施例中，所述第一切换电路14及第二切换电路15的具体结构可以为多种形式，例如可包括单路开关、多路开关、单路开关搭配匹配元件、多路开关搭配匹配元件等。所述第一切换电路14及第二切换电路15可采用相同的结构，如下以第一切换电路14为例进行说明。

请一并参阅图7A，在其中一个实施例中，所述第一切换电路14包括一单路开关14a。所述单路开关14a包括动触点a1及静触点a2。所述动触点a1电连接至第一辐射部F1。所述单路开关14a的静触点a2电连接至所述系统接地面110。如此，通过控制所述单路开关14a的开启或关闭，进而使得所述第一辐射部F1与所述系统接地面110电连接或者断开连接，即控制所述第一辐射部F1接地或者不接地，以达到多频率调整的功能。

可以理解，请一并参阅图7B，在其中一个实施例中，所述第一切换电路14包括多路开关14b。在本实施例中，所述多路开关14b为一四路开关。所述多路开关14b包括动触点b1、第一静触点b2、第二静触点b3、第三静触点b4以及第四静触点b5。所述动触点b1电连接至第一辐射部F1。所述第一静触点b2、所述第二静触点b3、第三静触点b4以及第四静触点b5分别电连接至所述系统接地面110的不同位置。

通过控制所述动触点b1的切换，可将所述动触点b1分别切换至所述第一静触点b2、第二静触点b3、第三静触点b4以及第四静触点b5。如此，所述第一辐射部F1将分别电连接至所述系统接地面110的不同位置，进而达到多频率调整的功能。

可以理解，请一并参阅图7C，在其中一个实施例中，所述第一切换电路14包括单路开关14c及匹配元件141。所述单路开关14c包括动触点c1及静触点c2。所述动触点c1电连接至第一辐射部F1。所述静触点c2通过所述匹配元件141电连接至所述系统接地面110。所述匹配元件141具有一预设阻抗。所述匹配元件141可包括电感、电容、或电感与电容的组合。

请一并参阅图7D，在其中一个实施例中，所述第一切换电路14包括多路开关14d以及至少一匹配元件143。在本实施例中，所述多路开关14d为一四路开关，且所述第一切换电路14包括三个匹配元件143。所述多路开关14d包括动触点d1、第一静触点d2、第二静触点d3、第三静触点d4以及第四静触点d5。所述动触点d1电连接至第一辐射部F1。所述第一静触点d2、所述第二静触点d3以及第三静触点d4分别通过相应的匹配元件143电连接至所述系统接地面110。所述第四静触点d5悬空设置。每一个匹配元件143具有一预设阻抗，这些匹配元件143的预设阻抗可以相同也可以不同。每一个匹配元件143可包括电感、电容、或电感与电容的组合。每一个匹配元件143电连接至所述系统接地面110的位置可以相同也可以不同。

可以理解，通过控制所述动触点d1的切换，可将所述动触点d1分别切换至所述第一静触点d2、第二静触点d3、第三静触点d4以及第四静触点d5。如此，所述第一辐射部F1将通过不同的匹配元件143电连接至所述系统接地面110或者与所述系统接地面110断开连接，进而达到多频率调整的功能。

可以理解，在其他实施例中，所述第一切换电路14不局限于电连接至所述第一辐射部F1，其位置可根据具体需求进行调整。例如，可将所述第一切换电路14电连接至所述第二辐射部F2。

请一并参阅图8，为所述天线结构100的电流路径图。当所述馈入部12馈入电流后，所述电流流经所述第一辐射部F1，并流向所述第二断点120(参路径P1)。如此，所述第一辐射部F1构成单极(Monopole)天线，进而激发一第一工作模态以产生第一辐射频段的辐射信号。

当所述馈入部12馈入电流后，所述电流将流经所述第一辐射部F1及所述第二辐射部F2，所述宽频反射器13从所述第二辐射部F2耦合获得电流，电流流经所述宽频反射器13，最后再流入所述系统接地面110及所述中框112，即接地(参路径P2)。如此，所述第二辐射部F2构成回路(loop)天线，进而激发一第二工作模态以产生第二辐射频段的辐射信号。

当所述馈入部12馈入电流后，所述电流流入所述第二辐射部F2，所述宽频反射器13从所述第二辐射部F2耦合获得电流，电流流经所述宽频反射器13，再流入所述系统接地面110及所述中框112，即接地(参路径P3)，进而激发一第三工作模态以产生第三辐射频段的辐射信号。

在本实施例中，所述第一工作模态为长期演进技术升级版(Long Term EvolutionAdvanced，LTE-A)低频模态，所述第二工作模态为LTE-A中频模态。所述第三工作模态为LTE-A高频模态。所述第一辐射频段的频率为700-960MHz。所述第二辐射频段的频率为1710-2170MHz。所述第三辐射频段的频率为2300-2690MHz。

可以理解，在本实施例中，所述边框111与所述系统接地面110之间还通过弹片、焊接、探针等连接方式进行电性连接。所述边框111与所述系统接地面110之间的电性连接点的位置可根据所需低频的频率进行调整。例如使得两者之间的电性连接点靠近所述馈入部12，则所述天线结构100的低频频率往高频偏移。当使得两者之间的电性连接点远离所述馈入部12，则所述天线结构100的低频频率往低频偏移。

图9为所述天线结构100搭配图6A至6D所示的宽频反射器13的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S91为所述天线结构100搭配图6A所示的宽频反射器13工作时的S11值。曲线S92为所述天线结构100搭配图6B所示的宽频反射器13工作时的S11值。曲线S93为所述天线结构100搭配图6C所示的宽频反射器13工作时的S11值。曲线S94为所述天线结构100并未包括所述宽频反射器13，即图6D所示的天线结构100工作时的S11值。

图10为所述天线结构100搭配图6A至6D所示的宽频反射器13的总辐射效率曲线图。其中，曲线S101为所述天线结构100搭配图6A所示的宽频反射器13工作时的总辐射效率值。曲线S102为所述天线结构100搭配图6B所示的宽频反射器13工作时的总辐射效率值。曲线S103为所述天线结构100搭配图6C所示的宽频反射器13工作时的总辐射效率值。曲线S104为所述天线结构100并未包括所述宽频反射器13，即图6D所示的天线结构100工作时的总辐射效率值。

显然，由图9及图10可看出，所述天线结构100通过间隔设置所述宽频反射器13，并通过设置所述第一切换电路14及第二切换电路15，以切换所述天线结构100的各低频模态，可有效提升低频频宽并兼具最佳天线效率。再者，当所述天线结构100分别工作于LTE-A低频频段(700-960MHz)、LTE-A中频频段(1710-2170MHz)以及高频频段(2300-2690MHz)时，涵盖全球常用的通信频段。具体而言，所述天线结构100在低频可涵盖GSM850/900/WCDMABand5/Band8/Band13/Band17/Band20，中频可涵盖GSM1800/1900/WCDMA 2100(1710-2170MHz)，高频涵盖LTE-A Band7、Band40、Band41(2300-2690MHz)。所述天线结构100的设计频段可应用于GSM Qual-band、UMTS Band I/II/V/VIII频段以及全球常用LTE 850/900/1800/1900/2100/2300/2500频段的操作。

综上，本发明的天线结构100通过在所述边框111上设置至少一断点(例如第一断点119及第二断点120)，以自所述边框111上划分出至少两辐射部，并间隔所述辐射部(例如第二辐射部F2)设置所述宽频反射器13。所述天线结构100还通过在不同的辐射部(例如第一辐射部F1及第二辐射部F2)的端部设置所述第一切换电路14及第二切换电路15。如此可通过不同的切换方式涵盖低频、中频、高频等多个频段，满足LTE-A的载波聚合应用(Carrier Aggregation，CA)，并使得所述天线结构100的辐射相较于一般的金属背盖天线更具宽频效果。另外，可以理解的是，本发明的天线结构100具有正面全屏幕，且在全金属的背板113、边框111以及周围有大量金属的不利环境中，所述天线结构100仍具有良好的表现。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。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。