天线结构及具有该天线结构的无线通信装置的制作方法

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，无线通信装置不断朝向轻薄趋势发展，消费者对于产品外观的要求也越来越高。由于金属壳体在外观、机构强度、散热效果等方面具有优势，因此越来越多的厂商设计出具有金属壳体，例如金属背板的无线通信装置来满足消费者的需求。但是，金属壳体容易干扰遮蔽设置在其内的天线所辐射的频率，不容易达到宽频设计，导致内置天线的辐射性能不佳。

技术实现要素：

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，包括金属壳体、第一馈入部、第一接地部以及内辐射体，所述金属壳体上设置有耦合部及耦合段，所述耦合部与所述耦合段间隔耦合设置，所述第一馈入部、所述第一接地部及所述内辐射体均设置于所述金属壳体内，所述第一馈入部的一端电连接至一第一馈入点，另一端电连接至所述内辐射体，所述第一接地部的一端电连接至所述耦合部，另一端接地，所述内辐射体与所述耦合部及所述耦合段间隔耦合设置，当电流自所述第一馈入点馈入后，所述电流流过所述第一馈入部及所述内辐射体，并通过所述内辐射体耦合至所述耦合部及所述耦合段的其中之一，所述耦合部及所述耦合段的其中之一再将电流二次耦合至所述耦合部及所述耦合段的另外之一，以使得所述内辐射体、所述耦合部及所述耦合段共同激发三个不同的模态以产生三个不同的辐射频段。

一种无线通信装置，包括上述所述的天线结构。

上述天线结构及具有该天线结构的无线通信装置通过设置所述金属壳体，且通过使得所述内辐射体、耦合部及耦合段间隔耦合设置，进而通过二次耦合来共同控制所述天线结构的低、中、高频，同时使其符合长期演进技术升级版(lte-advanced)的载波聚合(carrieraggregation，ca)的需求。

附图说明

图1为本发明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所示无线通信装置另一角度下的示意图。

图3为图1所示天线结构的电路图。

图4为图1所示天线结构中切换电路的电路图。

图5a至图5f为图3所示天线结构的平面示意图。

图6为图1所示天线结构工作于低频模态时的s参数(散射参数)曲线图。

图7为图1所示天线结构工作于低频模态时的总辐射效率曲线图。

图8为图1所示天线结构工作于中高频模态时的s参数(散射参数)曲线图。

图9为图1所示天线结构工作于中高频模态时的总辐射效率曲线图。

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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

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，本发明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。

该无线通信装置200还包括基板21及电子元件23。该基板21可采用环氧树脂玻璃纤维(fr4)等介电材质制成。所述基板21上设置有第一馈入点211、第一接地点212、第二馈入点213及第二接地点215。所述第一馈入点211及第二馈入点213用以为所述天线结构100馈入电流。该第一接地点212及第二接地点215用以为所述天线结构100提供接地。所述电子元件23为一通用串行总线(universalserialbus，usb)接口模块，其设置于所述基板21上，且位于所述第一馈入点211与第二接地点215之间。

所述天线结构100包括金属壳体10、第一馈入部11、内辐射体13、第一接地部15、第二馈入部16及第二接地部17。所述金属壳体10可以为所述无线通信装置200的外壳。在本实施例中，所述金属壳体10为金属材料制成。所述金属壳体10包括金属背板101及金属边框102。所述金属背板101及金属边框102可以是一体成型的。所述金属边框102环绕所述金属背板101的周缘设置，以与所述金属背板101共同围成一容置空间103。所述容置空间103用以容置所述无线通信装置200的基板21、处理单元等电子组件或电路模块于其内。

在本实施例中，所述金属边框102至少包括末端部104、第一侧部105以及第二侧部106。所述第一侧部105与所述第二侧部106相对设置，两者分别设置于所述末端部104的两端，优选垂直设置。所述末端部104可以是无线通信装置200的顶端或底端。

所述金属壳体10上开设有开孔107、开槽108(参图2)、第一断点109、第二断点110以及第三断点111。在本实施例中，所述开孔107开设于所述末端部104上，且与所述电子元件23相对应，以使得所述电子元件23从所述开孔107部分露出。如此用户可将一usb设备通过所述开孔107插入，进而与所述电子元件23建立电性连接。

请一并参阅图2及图3，所述开槽108大致呈倒u型，其布设于所述金属背板101上，且靠近所述末端部104设置。所述第一断点109、第二断点110以及第三断点111均开设于所述金属边框102上。其中，所述第一断点109开设于所述末端部104邻近所述第一侧部105的一侧。所述第二断点110及第三断点111分别开设于所述第一侧部105及第二侧部106上。所述第一断点109、第二断点110以及第三断点111均与所述开槽108连通，并延伸至隔断所述金属边框102。如此，所述第一断点109、第二断点110以及第三断点111共同将所述金属壳体10分隔成相互间隔设置的耦合部a1、辐射部a2及接地部a3。其中所述第一断点109与所述第二断点110之间的所述金属边框102构成所述耦合部a1。所述第一断点109与所述第三断点111之间的所述金属边框102构成所述辐射部a2。所述金属边框102的其余部分构成所述接地部a3。所述接地部a3接地。

可以理解，在本实施例中，除了所述开孔107的位置以外，所述开槽108、第一断点109、第二断点110以及第三断点111内均填充有绝缘材料(例如塑胶、橡胶、玻璃、木材、陶瓷等，但不以此为限)。

可以理解，在其他实施例中，所述开槽108的形状不局限于上述所述的u型，其还可根据具体需求进行调整，例如还可以为直条状、斜线状、曲折状等等。

可以理解，在本实施例中，所述开槽108开设于所述金属背板101靠近所述末端部104的一端，并延伸至所述末端部104的边缘，以使得所述耦合部a1及所述辐射部a2完全由所述末端部104、部分第一侧部105及部分第二侧部106构成，即由部分所述金属边框102构成。当然，在其他实施例中，所述开槽108的开设位置亦可根据具体需求进行调整。例如，所述开槽108可开设于所述金属背板101的中部位置，以使得所述耦合部a1及辐射部a2由部分金属边框102及部分金属背板101构成。

可以理解，在其他实施例中，所述开槽108的位置不局限于开设在所述金属背板101，例如可以开设在所述末端部104。

在本实施例中，所述第一馈入部11及所述内辐射体13均设置于所述容置空间103内，且位于开始于所述耦合部a1并结束于所述第一断点109与第二断点110的收容空间(图未标)内。所述第一馈入部11可以为弹片、螺丝、微带线、探针等连接结构。所述第一馈入部11的一端电连接至所述内辐射体13，另一端电连接至所述第一馈入点211，进而为所述内辐射体13馈入电流信号。

在本实施例中，所述内辐射体13大致呈l型，其整体布设于与所述金属背板101大致平行的平面内。所述内辐射体13的一端垂直连接至所述第一馈入部11远离所述第一馈入点211的一端，并沿平行所述第一侧部105且靠近所述末端部104的方向延伸，接着弯折一直角，以沿平行所述末端部104且靠近所述第一侧部105的方向延伸，进而构成所述l型结构。

所述第一接地部15设置于所述容置空间103内。所述第一接地部15可以为弹片、螺丝、微带线、探针等结构。所述第一接地部15的一端电连接至所述耦合部a1靠近所述第二断点110的一端，另一端则电连接所述第一接地点212，即接地。

所述第二馈入部16设置于所述容置空间103内。所述第二馈入部16可以为弹片、螺丝、微带线、探针等连接结构。所述第二馈入部16的一端电连接至所述辐射部a2靠近所述第一断点109的一侧，以将所述辐射部a2进一步划分为耦合段a21及辐射段a22。其中，所述金属边框102连接至所述第二馈入部16的位置至所述金属边框102设置有所述第一断点109的部分形成所述耦合段a21。所述金属边框102连接至所述第二馈入部16的位置至所述金属边框102设置有第三断点111的部分形成所述辐射段a22。

可以理解，在本实施例中，所述第二馈入部16连接至所述辐射部a2的位置并非对应到所述辐射部a2的中间，因此所述耦合段a21的长度小于所述辐射段a22的长度。所述第二馈入部16的另一端则电连接至所述第二馈入点213，进而为所述辐射部a2中的辐射段a22馈入电流。

所述第二接地部17设置于所述容置空间103内。所述第二接地部17可以为弹片、螺丝、微带线、探针等结构。所述第二接地部17的一端电连接至所述辐射段a22靠近所述第三断点111的一端，另一端则电连接所述第二接地点215，即接地。

可以理解，当电流自所述第一馈入点211进入后，电流将流经所述第一馈入部11及所述内辐射体13，并通过所述内辐射体13耦合至所述耦合部a1。所述耦合部a1再通过所述第一断点109二次耦合至所述耦合段a21，以使得所述内辐射体13、耦合部a1及所述耦合段a21共同激发三个不同的模态以产生三个不同的辐射频段。其中，所述耦合部a1激发第一模态以产生第一频段的辐射信号。所述内辐射体13激发第二模态以产生第二频段的辐射信号。所述耦合段a21耦合激发第三模态以产生第三频段的辐射信号。

在本实施例中，所述第一模态及第二模态均为长期演进技术升级版(lte-advanced)中频模态。所述第三模态为lte-a高频模态。所述第三频段的频率高于第二频段的频率，所述第二频段的频率高于第一频段的频率。所述第一频段为1710-1880mhz，所述第二频段为2000-2300mhz，所述第三频段为2496-2690mhz，即所述第一频段至第三频段的频率范围为1710-2690mhz。

可以理解，当电流自所述第二馈入点213进入后，电流将流经所述第二馈入部16及所述辐射段a22，并通过所述第二接地部17接地，进而使得所述第二馈入点213、第二馈入部16、辐射段a22及所述第二接地部17构成倒f型天线，从而激发第四模态以产生第四频段的辐射信号。在本实施例中，所述第四模态为lte-a低频模态。所述第一频段的频率高于第四频段的频率。所述第四频段为700-960mhz。

可以理解，请一并参阅图1及图3，在其他实施例中，所述天线结构100还包括切换电路18。所述切换电路18的一端电连接至所述第二接地部17，以通过所述第二接地部17电连接至所述辐射部a2的辐射段a22。所述切换电路18的另一端电连接至所述第二接地点215，即接地，进而调整所述第四频段，即所述天线结构100的低频段。

请一并参阅图4，在本实施例中，所述切换电路18包括切换开关181及至少一切换元件183。所述切换开关181电连接至所述第二接地部17，以通过所述第二接地部17电连接至所述辐射部a2的辐射段a22。所述切换元件183可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述切换元件183之间相互并联，且其一端电连接至所述切换开关181，另一端电连接至所述第二接地点215，即接地。如此，通过控制所述切换开关181的切换，可使得所述辐射段a22切换至不同的切换元件183。由于每一个切换元件183具有不同的阻抗，因此通过所述切换开关181的切换，可有效调整所述天线结构100的低频频率，即第四频段。

例如，在本实施例中，所述切换电路18包括四个切换元件183。该四个切换元件183为电感值分别为2nh、10nh、15nh、27nh的电感。其中，当所述切换开关181切换至电感值为2nh的切换元件183时，所述天线结构100可工作于lte-aband8频段(880-960mhz)。当所述切换开关181切换至电感值为10nh的切换元件183时，所述天线结构100可工作于lte-aband5频段(824-894mhz)。当所述切换开关181切换至电感值为15nh的切换元件183时，所述天线结构100可工作于lte-aband20频段(791-862mhz)。当所述切换开关181切换至电感值为27nh的切换元件183时，所述天线结构100可工作于lte-aband17频段(704-746mhz)。即通过所述切换开关181的切换，可使得所述天线结构100的低频涵盖至700-960mhz。

可以理解，请再次参阅图3，在其他实施例中，所述天线结构100还包括切换单元19。所述切换单元19的一端电连接至所述第一接地部15，以通过所述第一接地部15电连接至所述耦合部a1。所述切换单元19的另一端电连接至所述第一接地点212，即接地，进而调整所述第一频段及第二频段，即调整所述天线结构100的中频段。所述切换单元19的结构及工作原理与所述切换电路18类似，具体可参阅切换电路18的描述，在此不再赘述。

可以理解，请一并参阅图5a至图5f，在其他实施例中，所述内辐射体13、耦合部a1及辐射部a2的耦合段a21不局限于上述所述配置，其还可以采用其他配置，仅需确保所述内辐射体13、耦合部a1以及所述耦合段a21之间彼此间隔设置，所述内辐射体13电连接至所述第一馈入点211，所述耦合部a1电连接至所述第一接地点212，即接地。另外，当电流自所述内辐射体13馈入后，所述电流耦合至所述耦合部a1与耦合段a21的其中之一。所述耦合部a1与耦合段a21的其中之一再通过二次耦合至所述耦合部a1与耦合段a21的另外之一。

请一并参阅图5a，在其中一个实施例中，所述内辐射体13a大致呈倒t型。所述内辐射体13a的一端电连接至所述第一馈入部11远离所述第一馈入点211的一端，并沿平行所述第一侧部105且靠近所述末端部104的方向延伸，接着弯折一直角，以沿平行所述末端部104且分别靠近所述第一侧部105及第二侧部106的方向延伸，进而越过所述第一断点109，使得所述内辐射体13a构成所述t型结构，并使得所述内辐射体13a的两端分别与所述耦合部a1及耦合段a21间隔耦合设置。

请一并参阅图5b，在其中一个实施例中，所述内辐射体13b大致呈环状，其一端电连接至所述第一馈入点211，另一端接地，进而使得所述内辐射体13b构成环形(loop)天线。

请一并参阅图5c，在其中一个实施例中，所述内辐射体13c大致l型，其一端电连接至所述第一馈入部11远离所述第一馈入点211的一端，并沿平行所述第一侧部105且靠近所述末端部104的方向延伸，接着弯折一直角，以沿平行所述末端部104且靠近所述第二侧部106的方向延伸，进而使得所述内辐射体13c构成所述l型结构。

请一并参阅图5d，在其中一个实施例中，所述内辐射体13d大致呈环状，其一端电连接至所述第一馈入点211，另一端接地，进而使得所述内辐射体13d构成倒f型天线。

请一并参阅图5e，在其中一个实施例中，所述内辐射体13e的结构与所述内辐射体13的结构相同，且所述天线结构100还包括延伸段a23。所述延伸段a23大致呈l型，其一端电连接至所述耦合段a21，并沿平行所述第一侧部105且远离所述末端部104的方向延伸。接着弯折一直角，以沿平行所述末端部104且靠近所述第一侧部105的方向延伸，直至越过所述第一断点109，且与所述内辐射体13e间隔设置。如此，当电流自所述第一馈入点211进入后，所述电流将流过所述内辐射体13e，并通过所述内辐射体13e耦合至所述延伸段a23，再流过所述耦合段a21。接着所述耦合段a21再通过所述第一断点109二次耦合至所述耦合部a1。

请一并参阅图5f，在其中一个实施例中，所述内辐射体13f的结构与所述内辐射体13的结构一致，且所述天线结构100还包括延伸段a11。所述延伸段a11大致呈l型，其一端电连接至所述耦合部a1，并沿平行所述第一侧部105且远离所述末端部104的方向延伸。接着弯折一直角，以沿平行所述末端部104且靠近所述第二侧部106的方向延伸，直至越过所述第一断点109，且与所述耦合段a21间隔耦合设置。如此，当电流自所述第一馈入点211进入后，所述电流将流过所述内辐射体13f，并通过所述内辐射体13f耦合至所述耦合部a1，再流过所述延伸段a11。接着所述延伸段a11再通过二次耦合至所述耦合段a21。

如上述所述，所述天线结构100可激发第一模态及第二模态以产生中频段的辐射信号，激发第三模态以产生高频段的辐射信号，并激发第四模态以产生低频段的辐射信号。因此无线通信装置200可使用长期演进技术升级版(lte-advanced)的载波聚合(ca，carrieraggregation)技术同时在多个不同频段接收或发送无线信号以增加传输频宽。即所述无线通信装置200可使用所述载波聚合技术并使用所述内辐射体13、耦合部a1及辐射部a2同时在多个不同频段接收或发送无线信号，即同时实现2ca或3ca。

图6为所述天线结构100工作于低频模态时的s参数(散射参数)曲线图。其中曲线s61为当所述切换开关181切换至电感值为2nh的切换元件183时所述天线结构100的s11值。曲线s62为所述切换开关181切换至电感值为10nh的切换元件183，所述天线结构100的s11值。曲线s63为当所述切换开关181切换至电感值为15nh的切换元件183时，所述天线结构100的s11值。曲线s64为当所述切换开关181切换至电感值为27nh的切换元件183时，所述天线结构100的s11值。

图7为所述天线结构100工作于低频模态时的总辐射效率曲线图。其中曲线s71为当所述切换开关181切换至电感值为2nh的切换元件183时所述天线结构100的总辐射效率。曲线s72为所述切换开关181切换至电感值为10nh的切换元件183，所述天线结构100的总辐射效率。曲线s73为当所述切换开关181切换至电感值为15nh的切换元件183时，所述天线结构100的总辐射效率。曲线s74为当所述切换开关181切换至电感值为27nh的切换元件183时，所述天线结构100的总辐射效率。

显然，由图6及图7可知，通过所述切换开关181的切换，可有效调整所述天线结构100于低频段的频率。同时，在切换低频的不同频段时，可使得所述天线结构100的中高频段不受影响。

图8为所述天线结构100工作于中高频模态时的s参数(散射参数)曲线图。图9为所述天线结构100工作于中高频模态时的总辐射效率曲线图。显然，所述天线结构100可完整涵盖目前常用的通信系统所需要的系统频宽。例如，所述天线结构100的低频可以涵盖至700-960mhz，且天线效率大于-6db。而所述天线结构100的中高频可以涵盖至1710-2690mhz，且天线效率大于-5db，符合天线设计需求。

显然，所述天线结构100通过设置所述金属壳体10，且通过使得所述内辐射体13、耦合部a1及耦合段a21间隔耦合设置，进而通过二次耦合来共同控制所述天线结构100的低、中、高频的频段，同时使其符合长期演进技术升级版(lte-advanced)的载波聚合(carrieraggregation，ca)的需求。

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。