阅读说明：本技术 天线结构及具有该天线结构的无线通信装置 (Antenna structure and wireless communication device with same ) 是由 萧家宏 张书玮 陈文元 欧昌欣 邹明佑 梁家铭 黄国仑 于 2018-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种天线结构,包括金属框,自所述金属框划分出间隔设置的第一天线、第二天线、第三天线及第四天线,所述天线结构还包括设置于所述金属框内的第五天线,所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线组成第一多输入多输出天线以提供第二频段的4x4多输入多输出；所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第五天线组成第二多输入多输出天线以提供第三频段的4x4多输入多输出；所述第一天线和所述第三天线组成第三多输入多输出天线以提供第一频段的2x2多输入多输出。本发明还提供一种具有该天线结构的无线通信装置。上述天线结构可涵盖至LTE-A低、中、高频频段、GPS频段及WIFI 2.4GHz频段。(The invention provides an antenna structure, which comprises a metal frame, and a first antenna, a second antenna, a third antenna and a fourth antenna which are arranged at intervals and partitioned from the metal frame, wherein the antenna structure further comprises a fifth antenna arranged in the metal frame, and the first antenna, the second antenna, the third antenna and the fourth antenna form a first multi-input multi-output antenna so as to provide 4x4 multi-input multi-output of a second frequency band; the first antenna, the second antenna, the third antenna and the fifth antenna form a second multiple-input multiple-output antenna to provide 4x4 multiple-input multiple-output of a third frequency band; the first antenna and the third antenna constitute a third multiple-input multiple-output antenna to provide 2x2 multiple-input multiple-output for a first frequency band. The invention also provides a wireless communication device with the antenna structure. The antenna structure can cover LTE-A low, medium and high frequency bands, GPS frequency bands and WIFI2.4GHz frequency bands.)

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

目前市面上的无线通信装置，大都采用金属边框作为其外框结构，并在金属边框上开设一个或多个断点，通过这些断点将金属边框分为几段，用其中的一段或多段作为天线辐射的一部分，从而达到无线通信装置通信频段要求。然而，这种设计天线频段覆盖不足。因多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线的设置使天线数量在狭小的无线通信装置环境中成倍的增加，这对天线之间的隔离度提出了更高的要求。故如何在无线通信装置的金属边框上设计出一种频段覆盖范围大的MIMO天线显得十分必要。

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，包括金属框、至少一馈入源、第一接地点及第二接地点，所述金属框上开设有第一断点、第二断点、第三断点及第四断点，所述第一断点、所述第二断点、所述第三断点及所述第四断点均贯通且隔断所述金属框，并自所述金属框划分出间隔设置的第一天线、第二天线、第三天线及第四天线，所述天线结构还包括设置于所述金属框内的第五天线，所述第一天线电连接至所述至少一馈入源和所述第一接地点，所述第三天线电连接至所述至少一馈入源和所述第二接地点，所述第二天线、所述第四天线和所述第五天线均电连接至所述至少一馈入源，所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线组成第一多输入多输出天线以提供第二频段的4x4多输入多输出；所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第五天线组成第二多输入多输出天线以提供第三频段的4x4多输入多输出；所述第一天线和所述第三天线组成第三多输入多输出天线以提供第一频段的2x2多输入多输出。

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包括所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线、第四天线和所述第五天线，使得天线结构频段覆盖范围较大，可涵盖至LTE-A低、中、高频频段、GPS频段及WIFI 2.4GHz频段，频率范围较广。所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线共同形成第一多输入多输出天线；所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第五天线共同形成第二多输入多输出天线；所述第一天线和所述第三天线共同形成第三多输入多输出天线；所述三个多输入多输出天线可提供2x2和4x4多输入多输出功能。

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所示天线结构中第一切换电路的电路图。

图3为图1所示天线结构中第二切换电路的电路图。

图4为图1所示天线结构中第一天线的S参数(散射参数)曲线图。

图5为图2所示第一切换电路中所述第一切换开关切换至不同的第一切换元件时第一天线的辐射效率曲线图。

图6为图4所示天线结构中第一天线工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率曲线图。

图7为图1所示天线结构中第二天线的S参数(散射参数)曲线图。

图8为图7所示天线结构中第二天线的辐射效率曲线图。

图9为图1所示天线结构中第三天线的S参数(散射参数)曲线图。

图10为图9所示天线结构中第三天线的辐射效率曲线图。

图11为图1所示天线结构中第四天线的S参数(散射参数)曲线图。

图12为图11所示天线结构中第四天线的总辐射效率曲线图。

图13为图1所示天线结构中第五天线的S参数(散射参数)曲线图。

图14为图13所示天线结构中第五天线的总辐射效率曲线图。

图15为本发明第二较佳实施例的天线结构示意图。

主要元件符号说明

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。

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，本发明较佳实施例的天线结构100应用于无线通信装置200中，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述无线通信装置200可以是移动电话、个人数字助理等无线通信装置。

所述天线结构100包括壳体11、第一馈入源F1、第二馈入源F2、第三馈入源F3、第四馈入源F4、第五馈入源F5、第一接地点G1、第二接地点G2及第三接地点G3。所述第一馈入源F1、所述第二馈入源F2、所述第三馈入源F3、所述第四馈入源F4及所述第五馈入源F5均设置于所述壳体11内部，用以为所述天线结构100馈入电流。所述第一接地点G1、所述第二接地点G2及所述第三接地点G3均设置于所述壳体11内部，用以为所述天线结构100提供接地。

所述壳体11可以为所述无线通信装置200的外壳。所述壳体11至少包括金属框111。所述金属框111大致呈环状结构。所述壳体11还可包括背板(图未示)。所述背板盖设于所述金属框111上，且与所述金属框111共同围成一容置空间(图未示)。所述容置空间用以容置所述无线通信装置200的电路板、处理单元等电子元件或电路模块于其内。

所述金属框111至少包括依次连接的第一侧边101、第二侧边102、第三侧边103及第四侧边104。在本实施例中，所述第一侧边101与所述第三侧边103相对设置。所述第二侧边102与所述第四侧边104相对设置。所述第一侧边101、所述第二侧边102、所述第三侧边103及所述第四侧边104共同构成所述环状结构。在本实施方式中，所述第一侧边101定义为所述无线通信装置200的底端，所述第三侧边103定义为所述无线通信装置200的顶端。

所述金属框111上开设有第一断点13、第二断点14、第三断点15及第四断点16。在本实施例中，所述第一断点13开设于所述第一侧边101靠近所述第四侧边104的位置。所述第二断点14开设于所述第一侧边101靠近所述第二侧边102的位置。所述第三断点15开设于所述第三侧边103靠近所述第二侧边102的位置。所述第四断点16开设于所述第四侧边104靠近所述第三侧边103的位置。所述第一断点13、所述第二断点14、所述第三断点15及所述第四断点16均贯通且隔断所述金属框111。所述第一断点13、所述第二断点14、所述第三断点15及所述第四断点16自所述金属框111划分出间隔设置的第一天线A1、第二天线A2、第三天线A3及第四天线A4。在其他实施方式中，所述第一断点13、所述第二断点14、所述第三断点15及所述第四断点16的位置可以根据需要进行调整。

其中，所述第一断点13与所述第二断点14之间的所述金属框111形成所述第一天线A1。所述第二断点14与所述第三断点15之间的所述金属框111靠近所述第一天线A1的部分形成所述第二天线A2。所述第三断点15与所述第四断点16之间的所述金属框111形成所述第三天线A3。所述第二断点14与所述第三断点15之间的所述金属框111靠近所述第三天线A3的部分形成所述第四天线A4。第五天线A5设置于所述壳体11内，即为设置于所述金属框111内的内置天线。所述第五天线A5临近所述第四断点16。所述第五天线A5可为任意形状的辐射体。

所述第二断点14与所述第三断点15之间的包括所述第二侧边102在内的所述金属框111接地，所述第一断点13与所述第四断点16之间的包括所述第四侧边104的一部分在内的所述金属框111也接地。

可以理解，在本实施例中，所述第一断点13、所述第二断点14、所述第三断点15及所述第四断点16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。

在本实施方式中，所述第一馈入源F1、所述第二馈入源F2、所述第三馈入源F3、所述第四馈入源F4及所述第五馈入源F5分别对应电连接至所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3、所述第四天线A4及所述第五天线A5，进而分别为所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3、所述第四天线A4及所述第五天线A5馈入电流信号。

可以理解，当电流自所述第一馈入源F1进入后，电流将通过所述第一天线A1，进而使得所述第一天线A1同时激发出第一模态、第二模态及第三模态以产生第一频段、第二频段及第三频段的辐射信号。当电流自所述第二馈入源F2进入后，电流将通过所述第二天线A2，进而使得所述第二天线A2同时激发出所述第二模态及所述第三模态以产生所述第二频段及所述第三频段的辐射信号。当电流自所述第三馈入源F3进入后，电流将通过所述第三天线A3，进而使得所述第三天线A3同时激发出所述第一模态、所述第二模态及所述第三模态以产生所述第一频段、所述第二频段及所述第三频段的辐射信号。当电流自所述第四馈入源F4进入后，电流将通过所述第四天线A4，进而使得所述第四天线A4激发出所述第二模态及第四模态以产生所述第二频段及第四频段的辐射信号。当电流自所述第五馈入源F5进入后，电流将通过所述第五天线A5，进而使得所述第五天线A5激发所述第三模态以产生所述第三频段的辐射信号。

可以理解，在本实施方式中，所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3和所述第四天线A4可以组成第一多输入多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)天线以提供所述第二频段的4x4多输入多输出。第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3和所述第五天线A5可以共同形成第二多输入多输出天线以提供所述第三频段的4x4多输入多输出。所述第一天线A1和所述第三天线A3可以共同形成第三多输入多输出天线以提供所述第一频段的2x2多输入多输出。

在本实施例中，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四频段的频率，所述第四频段的频率高于第一频段的频率。具体的，所述第一模态为LTE-A(Long Term Evolution Advanced)低频模态，所述第一频段为699-960MHz频段。所述第二模态为LTE-A中频模态，所述第二频段为1710-2200MHz频段或1805-2200MHz频段。所述第三模态为LTE-A高频模态，所述第三频段为2300-2690MHz频段。所述第四模态为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)模态，所述第四频段为1550-1612MHz频段。

请一并参阅图2，在本实施例中，所述天线结构100还包括第一切换电路31。所述第一切换电路31包括第一切换开关311及多个第一切换元件312。所述第一切换开关311可以为单刀单掷开关、单刀双掷开关、单刀三掷开关、单刀四掷开关、单刀六掷开关、单刀八掷开关等。所述第一切换开关311电连接至所述第一天线A1。每一个第一切换元件312可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述第一切换元件312之间相互并联，且其一端电连接至所述第一切换开关311，另一端电连接至所述第一接地点G1，即接地。每一个第一切换元件312具有不同的阻抗，通过控制所述第一切换开关311的切换，使得所述第一切换开关311切换至不同的第一切换元件312，进而调整所述第一天线A1的第一频段。例如，所述多个第一切换元件312可以包括并联的五个电感，五个电感的电感值分别为10nH、13nH、18nH、23nH、30nH。

请一并参阅图3，在本实施例中，所述天线结构100还包括第二切换电路32。所述第二切换电路32包括第二切换开关321及多个第二切换元件322。所述第二切换开关321可以为单刀单掷开关、单刀双掷开关、单刀三掷开关、单刀四掷开关、单刀六掷开关、单刀八掷开关等。所述第二切换开关321电连接至所述第三天线A3。每一个第二切换元件322可以为电感、电容、或者电感与电容的组合。所述第二切换元件322之间相互并联，且其一端电连接至所述第二切换开关321，另一端电连接至所述第二接地点G2，即接地。每一个第二切换元件322具有不同的阻抗，通过控制所述第二切换开关321的切换，使得所述第二切换开关321切换至不同的第二切换元件322，进而调整所述第三天线A3的第一频段。

在本实施例中，所述天线结构100还包括第三切换电路33和连接部34。所述连接部34电连接于所述第二馈入源F2和所述第二天线A2之间。所述第三切换电路33的一端电连接至所述第三接地点G3，即接地。所述第三切换电路33的另一端电连接至所述连接部34。所述连接部34可以是一段导线，由柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)上的导线或激光镭射成型(Laser Direct Structure，LDS)形成。所述第三切换电路33在关闭多输入多输出功能时为短路(short circuit)，且在开启多输入多输出功能时为开路(open circuit)。所述第三切换电路33用于在关闭多输入多输出功能时，将所述第二馈入源F2的输出端电连接至所述第三接地点G3，即接地，以避免对所述第一天线A1的辐射信号的影响。

图4为所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。显然，当所述第一切换电路31中所述第一切换开关311切换至不同的第一切换元件312(例如电感值分别为10nH、13nH、18nH、23nH、30nH的第一切换元件312)时，由于第一切换元件312具有不同的阻抗，因此通过所述第一切换开关311的切换，可有效调整所述第一天线的低频频段。其中，曲线S501为当所述第一切换开关311切换至电感值为10nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S502为当所述第一切换开关311切换至电感值为13nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S503为当所述第一切换开关311切换至电感值为30nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S504为当所述第一切换开关311切换至电感值为23nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S505为当所述第一切换开关311切换至电感值为30nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S506为所述第一天线A1的电压驻波比(voltage standing wave ratio，VSWR)。

图5为所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。其中，曲线S601为当所述第一切换开关311切换至电感值为10nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。曲线S602为当所述第一切换开关311切换至电感值为13nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。曲线S603为为当所述第一切换开关311切换至电感值为18nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。曲线S604为为当所述第一切换开关311切换至电感值为23nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。曲线S605为为当所述第一切换开关311切换至电感值为30nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。

图6为所述第一天线A1工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。其中，曲线S701为当所述第一切换开关311切换至电感值为10nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S702为当所述第一切换开关311切换至电感值为13nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S703为当所述第一切换开关311切换至电感值为18nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A低频模态时的辐射效率图。曲线S704为当所述第一切换开关311切换至电感值为23nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S705为当所述第一切换开关311切换至电感值为30nH的第一切换元件312时，所述第一天线A1工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。

图7为所述第二天线A2工作于LTE-A中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。

图8为所述第二天线A2工作于LTE-A中高频模态时的辐射效率图。

图9为所述第三天线A3工作于LTE-A低中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。其中，曲线S1001为所述第三天线A3工作于700MHz频段及LTE-A中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S1002为所述第三天线A3工作于850MHz频段及LTE-A中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。曲线S1003为所述第三天线A3工作于900MHz频段及LTE-A中高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。

图10为所述第三天线A3工作于LTE-A低中高频模态时的辐射效率图。其中，曲线S1101为所述第三天线A3工作于B28频段及LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S1102为所述第三天线A3工作于B13频段及LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S1103为所述第三天线A3工作于B20/B5频段及LTE-A中高频模态时的辐射效率图。曲线S1104为所述第三天线A3工作于B8频段及LTE-A中高频模态时的辐射效率图。

图11为所述第四天线A4工作于LTE-A中频模态和GPS模态时的S参数(散射参数)曲线图。

图12为所述第四天线A4工作于LTE-A中频模态和GPS模态时的总辐射效率图。

图13为所述第五天线A5工作于LTE-A高频模态时的S参数(散射参数)曲线图。

图14为所述第五天线A5工作于LTE-A高频模态时的总辐射效率图。

可以理解，如图15所示，在另一实施例中，所述天线结构100还包括第六天线A6。所述第一断点13与所述第四断点16之间的所述金属框111靠近所述第一天线A1的部分形成所述第六天线A6。所述第六天线A6和所述第二天线A2的结构相同。所述第六天线A6和所述第二天线A2相对于所述第一天线A1对称设置。具体地，所述天线结构100还包括第六馈入源F6、第四接地点G4、第四切换电路35和连合部36。所述连合部36电连接于所述第六馈入源F6和所述第六天线A6之间。所述第四切换电路35的一端电连接至所述第四接地点G4，即接地。所述第四切换电路35的另一端电连接至所述连合部36。所述连合部36可以是一段导线，由柔性电路板上的导线或激光镭射成型形成。所述第六天线A6可以用于覆盖其他频段的辐射信号，例如，1.5GHz超中频频段或WIFI2.4GHz频段。

如前面各实施例所述，所述天线结构100通过在金属框111上开设第一断点13、第二断点14、第三断点15及第四断点16。所述第一断点13、第二断点14、第三断点15及第四断点16自所述金属框111划分出所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3及第四天线A4，加上所述壳体11内部的所述第五天线A5，使得所述天线结构100频段覆盖范围较大，可涵盖至LTE-A低、中、高频频段、GPS频段及WIFI 2.4GHz频段，频率范围较广。且所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3和所述第四天线A4可以共同形成第一多输入多输出天线。所述第一天线A1、所述第二天线A2、所述第三天线A3和所述第五天线A5可以共同形成第二多输入多输出天线。所述第一天线A1和所述第三天线A3可以共同形成第三多输入多输出天线。所述三个多输入多输出天线可提供2x2和4x4多输入多输出功能。

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。