TWI850621B

TWI850621B - 天線結構及具有該天線結構之電子設備

Info

Publication number: TWI850621B
Application number: TW111102723A
Authority: TW
Inventors: 賴志宏; 林彥輝; 蘇威誠; 張雲鑑; 劉耿宏; 許倬綱
Original assignee: 群邁通訊股份有限公司
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2024-08-01
Also published as: TW202332130A

Abstract

本申請提供一種天線結構，包括：饋入部，用於將訊號饋入所述天線結構；輻射體，所述輻射體包括第一端與第二端，所述第一端設置有第一輻射部，所述第二端設置有第二輻射部與第三輻射部，所述第二輻射部與第三輻射部互相耦合，用於輻射第一頻段之天線訊號；槽孔，所述槽孔用於與所述第一輻射部互相耦合，用於輻射第二頻段之天線訊號。本申請實施例還提供一種電子設備。由此，本申請提供之天線結構及具有該天線結構之電子設備，可以滿足不同無線通訊系統之頻段需求。

Description

天線結構及具有該天線結構之電子設備

本申請涉及通訊技術領域，尤其是一種天線結構及具有該天線結構之電子設備。

隨著無線通訊技術之進步，行動電話、個人數位助理等電子設備不斷朝向功能多樣化、輕薄化等趨勢發展，電子設備中可容納天線結構之空間亦越來越小，於無線通訊系統不斷發展之驅使下，天線結構所需支援之訊號輻射頻段亦越來越多，於保證天線結構之外觀設計之前提下，如何提高天線結構之空間利用率，並增加其訊號輻射頻段，成為本領域技術人員亟待解決之問題。

鑒於以上問題，本申請實施例提供一種天線結構及具有該天線結構之電子設備，可藉由金屬殼體上之槽孔耦合來提高低頻訊號輻射效率，從而於保證電子設備之外觀設計之前提下，提高天線結構之空間利用率，並藉由多個輻射部產生多個輻射頻段，以滿足不同無線通訊系統之頻段需求。

第一方面，本申請提供一種天線結構，包括：饋入部，用於將訊號饋入天線結構；輻射體，輻射體包括第一端與第二端，第一端設置有第一輻射部，第二端設置有第二輻射部與第三輻射部，第二輻射部與第三輻射部互相耦合，用於輻射第一頻段之天線訊號；槽孔，槽孔之延伸方向與第一輻射部平行，且槽孔與輻射體間隔設置，槽孔用於與第一輻射部互相耦合，用於輻射第二頻段之天線訊號。

於一些可能之實現方式中，第二輻射部之末端朝向第三輻射部延伸，以使第二輻射部與第三輻射部互相耦合。

於一些可能之實現方式中，第一輻射部之長度大於第二輻射部之長度，且第一輻射部之長度大於第三輻射部之長度。

於一些可能之實現方式中，槽孔之長度大於輻射體之長度，以使第一輻射部與槽孔互相耦合。

於一些可能之實現方式中，第三輻射部靠近饋入部設置，以輻射第三頻段之天線訊號，第三頻段之頻率大於第一頻段之頻率，且第三頻段之頻率小於第二頻段之頻率。

於一些可能之實現方式中，當電流自饋入部流向第三輻射部與第二輻射部後，第三輻射部與第二輻射部互相耦合，進而激發第一工作模態以產生第一頻段之輻射訊號；當電流自饋入部流向第一輻射部，並耦合至槽孔後，進而激發第二工作模態以產生第二頻段之輻射訊號；當電流自饋入部流向第三輻射部後，進而激發第三工作模態以產生第三頻段之輻射訊號；當電流自饋入部流向第一輻射部後，進而激發第四工作模態以產生第四頻段之輻射訊號。

於一些可能之實現方式中，第三輻射部包括第一延伸部與第二延伸部，第一延伸部與第二延伸部垂直連接設置，第二輻射部之一端朝向第二延伸部延伸。

第二方面，本申請提供一種電子設備，包括：金屬殼體，金屬殼體之一側上設置有槽孔；以及上述天線結構。

於一些可能之實現方式中，槽孔至少有一部分設置於沿輻射體所在平面之垂直方向之投影內。

於一些可能之實現方式中，槽孔為電子設備之按鍵孔，或者SIM卡槽，或者存儲卡槽，或者輸入/輸出介面。

由此，本申請提供之天線結構及具有該天線結構之電子設備，可藉由金屬殼體上之槽孔耦合來提高低頻訊號輻射效率，從而於保證電子設備之外觀設計之前提下，提高天線結構之空間利用率，並藉由多個輻射部產生多個輻射頻段，以滿足不同無線通訊系統之頻段需求。

10:電子設備

11:殼體

112:邊框

113:背板

114:容置空間

12:螢幕

13:天線結構

131:輻射體

132:支撐件

133:饋入部

134:饋入線

135:匹配電路

136:接地部

14:槽孔

141:第一端

142:第二端

16:間隙

1311:第一輻射部

1312:第二輻射部

1313:第三輻射部

1314:第一延伸部

1315:第二延伸部

圖1為本申請之一個實施例提供之電子設備之結構示意圖。

圖2為圖1之電子設備之另一個視角之示意圖。

圖3為本申請之一個實施例提供之天線結構之示意圖。

圖4為圖3中天線結構之拆解示意圖。

圖5為圖3中天線結構之輻射體示意圖。

圖6為圖3中天線結構之電流路徑示意圖。

圖7為圖3中天線結構之散射參數與訊號頻率之關係曲線圖。

圖8為圖3中天線結構之天線效率與訊號頻率之關係曲線圖。

圖9為圖3中天線結構於輻射訊號頻率為2450MHz時輻射部之電流分佈示意圖。

圖10為圖3中天線結構於輻射訊號頻率為3000MHz時輻射部之電流分佈示意圖。

圖11為圖3中天線結構於輻射訊號頻率為4600MHz時輻射部之電流分佈示意圖。

圖12為圖3中天線結構於輻射訊號頻率為6000MHz時輻射部之電流分佈示意圖。

下面將結合本申請實施例中之附圖，對本申請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申請一部分實施例，而不是全部之實施例。基於本申請中之實施例，本領域普通技術人員於沒有做出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施例，均屬於本申請保護之範圍。

需要說明，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於居中之元件。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本申請之技術領域之技術人員通常理解之含義相同。本文中於本申請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申請。本文所使用之術語“與/或”包括一個或多個相關之所列項目的任意之與所有之組合。

下面結合附圖，對本申請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及圖2，本申請之一個實施例提供一種天線結構13，其可應用於行動電話、個人數位助理等電子設備10中，用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。

於一些實施例中，天線結構13可為單極天線、平面倒F型天線(Planar Inverted F-shaped Antenna，PIFA)、多支路天線等，本實施例以天線結構13為三支路單極天線為例進行說明。

電子設備10可包括殼體11、螢幕12，殼體11由金屬材料製成，其可為電子設備10之外殼。殼體11可包括邊框112、背板113、接地部136，邊框112大致呈環狀結構，且設置於背板113之周緣。邊框112與背板113一體成型，且邊框112與背板113連接之部分呈圓弧過渡。邊框112與背板113可共同圍成一容置空間114，所述邊框112之一側設置有一開口(圖未標)，用於容置所述電子設備10之螢幕12。所述螢幕12具有一顯示平面，該顯示平面裸露於該開口。可理解，螢幕12可容置於所述容置空間114中，邊框112中至少有一側與螢幕12之間具有一間隙16，天線結構13可容置於該間隙16內。

於一些實施例中，接地部136可由金屬或其他導電材料製成，所述接地部136可設置於所述邊框112與所述背板113共同圍成之所述容置空間114內，且連接至所述背板113以為天線結構13提供接地。

所述邊框112之一側上還設置有槽孔14，天線結構13與槽孔14間隔設置。

本實施例中，槽孔14之長度為40mm，寬度為2mm。

於一些實施例中，槽孔14內可填充絕緣材料，例如塑膠、橡膠、玻璃、木材、陶瓷等，於另一些實施例中，槽孔14可為電子設備10之按鍵孔、使用者識別(Subscriber Identity Module，SIM)卡槽、存儲卡槽或其他輸入/輸出(I/O)介面，且槽孔14之形狀可根據具體需求進行調整，例如直條狀、斜線狀、曲折狀等。

請一併參閱圖3至圖5，該天線結構13可包括輻射體131、支撐件132、饋入部133、饋入線134，輻射體131呈一曲折片體狀，其可為柔性電路板 (Flexible Printed Circuit，FPC)或利用鐳射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)工藝形成。

輻射體131包括第一端141與第二端142，第一端141為遠離饋入部133設置之一端，第二端142為靠近饋入部133設置之一端，第一端141上設置有第一輻射部1311，第二端142上設置有第二輻射部1312與第三輻射部1313，其中第一輻射部1311大致呈長條狀，且其延伸方向與槽孔14之延伸方向平行，且所述槽孔14之至少一部分設置於輻射體131沿垂直其所在平面之方向之投影上，所述至少一部分是指所述槽孔14之一部分位於所述投影上，或者所述槽孔14完全位於所述投影上。第二輻射部1312連接於第一輻射部1311與第三輻射部1313之間，且其延伸方向與第一輻射部1311之延伸方向相反。

第三輻射部1313包括第一延伸部1314、第二延伸部1315，第一延伸部1314靠近饋入部133設置，且與第二延伸部1315連接，第一延伸部1314之延伸方向靠近第二輻射部1312之延伸方向，且第一延伸部1314與第二輻射部1312間隔設置，第二延伸部1315與第一延伸部1314垂直設置。

第二輻射部1312之末端朝向所述第三輻射部1313之第二延伸部1315延伸，第二輻射部1312與第三輻射部1313形成半環狀，且第一輻射部1311之長度大於第二輻射部1312之長度，且第一輻射部1311之長度大於第三輻射部1313之長度。

本實施例中，第一輻射部1311之長度LG1為16mm，第二輻射部1312之長度LG2為5.5mm，第三輻射部1313之第二延伸部1315之長度LG3為10.2mm。

本實施例中，輻射體131之一端可藉由彈片、微帶線、條狀線、同軸電纜等方式電連接至所述接地部136，即接地。

饋入部133設置於輻射體131上，且電連接於饋入線134，具體地，饋入部133設置於第三輻射部1313之第一延伸部1314上，訊號饋入源將電流訊號藉由饋入線134傳輸到饋入部133，饋入部133用於將訊號饋入所述輻射體131。於一些實施例中，饋入部133可由鐵件、金屬銅箔、鐳射直接成型技術(Laser Direct structuring，LDS)製程中之導體等材質製成。饋入線134可為彈片、微帶線、條狀線、同軸電纜等，本實施例以同軸電纜為例進行說明。

可理解，於本實施例中，所述第一輻射部1311、第二輻射部1312、第三輻射部1313共用所述饋入部133。三個輻射部均電連接至所述饋入部133，且彼此連接設置，基於這樣之設計，本申請實施例之天線結構13可藉由不同之訊號耦合方式或不同之訊號電流路徑來實現不同之輻射頻段，如此以使得所述天線結構13形成多個單極天線。

於一些實施例中，支撐件132之至少一部分可設置於槽孔14內，或者支撐件132可設置於槽孔14與輻射體131之間，用於支撐並固定所述輻射體131，及為輻射體131提供電磁遮罩。可理解，支撐件132使得輻射體131與殼體11距離較遠，從而降低輻射體131與殼體11之電磁干擾，且支撐件132使得輻射體131與槽孔14距離較近，從而使得輻射體131可與槽孔14進行耦合以產生輻射。

於一些實施例中，饋入部133與訊號饋入源之間還設置有匹配電路135，當訊號饋入源藉由饋入線134將電流訊號傳輸到饋入部133時，所述匹配電路135可設置於饋入線134靠近訊號饋入源之一端與訊號饋入源之間，亦可設置於饋入線134靠近饋入部133之一端與饋入部133之間，用於將訊號饋入源輸出之訊號進行阻抗匹配，並將阻抗匹配後之電流訊號傳輸到饋入部133。

可理解，匹配電路135可為L型匹配電路、T型匹配電路、π型匹配電路或其他電容、電感以及電容與電感之組合。

於一些實施例中，匹配電路135還可設置於輻射體131與接地部136之間，具體地，接地部136可藉由彈片、微帶線、條狀線、同軸電纜等介質電連接與輻射體131，以為輻射體131提供接地。

於一些實施例中，匹配電路135還可設置於第一輻射部1311、第二輻射部1312、第三輻射部1313中之任意組合與接地部136之間，用於對相應輻射部之電流訊號進行阻抗匹配。

請一併參閱圖6，圖6為所述天線結構13之電流路徑圖。其中，電流從訊號饋入源流經匹配電路135，藉由饋入部133饋入到輻射體131。

當電流自所述饋入部133流向第三輻射部1313與第二輻射部1312後，所述第三輻射部1313與第二輻射部1312互相耦合，進而激發第一工作模態以產生第一頻段之輻射訊號(參路徑P3與路徑P2)，本實施例中，所述第一頻段為5.8GHz-6GHz，可應用於WIFI 6E模態等無線訊號傳輸。

當電流自所述饋入部133流向第一輻射部1311，並耦合至槽孔14後，進而激發第二工作模態以產生第二頻段之輻射訊號，本實施例中，所述第二頻段為2.3GHz-2.5GHz，可應用於WIFI、藍牙等無線訊號傳輸。

當電流自所述饋入部133流向第三輻射部1313後，進而激發第三工作模態以產生第三頻段之輻射訊號(參路徑P2)，本實施例中，所述第三頻段為4.6GHz-5GHz，可應用於WIFI 5G模態等無線訊號傳輸。

當電流自所述饋入部133流向第一輻射部1311後，進而激發第四工作模態以產生第四頻段之輻射訊號(參路徑P1)，本實施例中，所述第四頻段為2.9GHz-3.3GHz，可應用於WIFI 2.4G模態、5G NR等無線訊號傳輸。

請參閱圖7，圖7所示為所述天線結構13之S參數(散射參數)曲線圖。

顯然，於本申請實施例中，所述輻射體131構成多路徑，例如三支路共天線結構，其中三個支路，例如第一輻射部1311、第二輻射部1312、第三輻射部1313均接收饋入部133饋入之電流訊號，從而使得所述輻射體131形成多個單極天線(例如WIFI 2.4G天線、藍牙天線、WIFI 5G天線、WIFI 6E天線)，進而產生相應之WIFI 2.4G頻段、藍牙頻段、WIFI 5G頻段及WIFI 6E頻段。

可理解，所述天線結構13之S參數越小，表示所述天線結構13輻射之訊號反射損耗及回波損耗越小。

如曲線S11所示，當所述天線結構13激發第二工作模態時，產生第二頻段之輻射訊號，於位置31處之S參數約為-13dB；當所述天線結構13激發第四工作模態時，產生第四頻段之輻射訊號，於位置32處之S參數約為-5dB；當所述天線結構13激發第三工作模態時，產生第三頻段之輻射訊號，於位置33處之S參數約為-8dB；當所述天線結構13激發第一工作模態時，產生第一頻段之輻射訊號，於位置34處之S參數約為-10dB。

請參閱圖8，圖8所示為所述天線結構13之天線效率曲線圖。

可理解，所述天線結構13之天線效率值越大，表示所述天線結構13輻射之訊號強度越大、所述天線結構13之性能越好。如圖8所示，當所述天線結構13激發第二工作模態時，產生第二頻段之輻射訊號，於位置41處之天線效率值約為50%(-3.0dB)；當所述天線結構13激發第四工作模態時，產生第四頻段之輻射訊號，於位置42處之天線效率值約為30%(-5.2dB)；當所述天線結構13激發第三工作模態時，產生第三頻段之輻射訊號，於位置43處之天線效率值約為40%(-4.0dB)，當所述天線結構13激發第一工作模態時，產生第一頻段之輻射訊號，於位置44處之天線效率值約為55%(-2.6dB)。

請參閱圖9至圖12，示出了所述天線結構13於激發不同工作模態時，輻射體131上之電流分佈圖。

可理解，圖9至圖12中之亮色區域為電流集中區域，暗色區域為電流分散區域，當所述天線結構13激發第二工作模態時，本實施例以輻射訊號之頻率為2450MHz為例，電流主要集中分佈於第一輻射部1311上與槽孔14周圍，即電流流經第一輻射部1311，並與槽孔14進行耦合，從而產生第二頻段之輻射訊號；當所述天線結構13激發第四工作模態時，本實施例以輻射訊號之頻率為3000MHz為例，電流主要集中分佈於第一輻射部1311上，即電流流經第一輻射部1311，從而產生第四頻段之輻射訊號；當所述天線結構13激發第三工作模態時，本實施例以輻射訊號之頻率為4600MHz為例，電流主要集中分佈於第三輻射部1313上，即電流流經第三輻射部1313，從而產生第三頻段之輻射訊號；當所述天線結構13激發第一工作模態時，本實施例以輻射訊號之頻率為6000MHz為例，電流主要集中分佈於第二輻射部1312與第三輻射部1313上，即電流流經第二輻射部1312與第三輻射部1313，且第二輻射部1312與第三輻射部1313互相耦合，從而產生第一頻段之輻射訊號。

可理解，於本申請實施例中，所述天線結構13中所述輻射體131之外形，長度，寬度等均可依據所需之頻率做調整。同樣，所述天線結構13之縫隙，饋入源及接地部136之設置，亦可依據所需之頻率做調整。即，所述天線結構13不局限於工作於上述所述之WIFI 2.4G、藍牙、WIFI 5G、WIFI 6E頻段，其還可根據需求構成分集(diversity)天線，超中頻(1447.9-1510.9MHz)天線，超高頻(3400-3800MHz)天線、N77、N78與N79天線等，進而工作於對應之頻段。

綜上，所述天線結構13構成三支路共天線結構，且藉由設置所述第一輻射部1311、第二輻射部1312、第三輻射部1313及槽孔14，進而使得所述天線結構13具有良好之性能，可提升電子設備10之空間利用率，並讓所述天線結構13之輻射訊號頻寬更大、天線效率更佳。再者，所述天線結構13藉由設置匹配電路135，可進一步提升所述天線結構13之訊號阻抗匹配度，並大幅提高天線效率。

本技術領域之普通技術人員應當認識到，以上之實施方式僅是用以說明本申請，而並非用作為對本申請之限定，僅要於本申請之實質精神範圍之內，對以上實施例所作之適當改變與變化均落於本申請要求保護之範圍之內。