TWI747551B - 用於具有金屬框架手機之多天線結構 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於具有金屬框架手機之多天線結構，包括基板、
設置於顯示面板及基板之間的第一型天線、第二型天線、第三型天線及第四型天線；第一型天線設置於基板之短側邊上，用以收發一第一頻段，第一型天線包括第一天線及對應的第五天線；第二型天線設置於基板之短側邊上，用以收發一第二頻段，第二型天線包括第二天線及對應的第六天線；第三型天線設置於基板之長側邊上，用以收發一第三頻段，第三型天線包括第三天線及對應的第七天線；及第四型天線設置於基板之長側邊上，用以收發一第四頻段，第四型天線包括第四天線及對應的第八天線。
Description
本發明係為一種用於具有金屬框架手機之多天線結構，尤指一種可改善因金屬屏蔽而造成訊號差的問題之多天線結構電子裝置。
在現今資訊爆炸的時代，每個人皆擁有一支智慧型手機，網路的發展也從電纜網路到UTP線材網路，一直發展到以無線取代了有線網路。已往的行動手持式電話的伸縮天線，從伸縮式發展到縮小天線後，轉向縮小體積隱藏至目前的智慧型手機裡的平板式天線。因此，天線已經是日常生活中不可或缺的設備，當設備越小天線也越做越小時，需考慮到如何縮小面積，且不減少原有的效率。
其次，現今行動裝置要求資料傳輸量大且速度快，除了基本的多頻段之外，並具有多輸入多輸出(MIMO)天線設計，透過多輸入多輸出天線設計可同時處理不同的訊號，進行傳送及接收，多天線接收可增加接收時的穩定性。再者，應用在筆記型電腦、平板電腦或手機等行動裝置多為內藏式天線，並且在裝置的內部空間中，皆需要預留特定的天線空間。然而，由於行動裝置除了強調輕、薄及攜帶方便的需求，同時為講求產品的美觀與質感，其外觀設計經常會使用金屬或具有導電功能之材質。由於空間不足常造成天線的輻射特性下降，但有足夠的空間又造成電子裝置的厚度增加。在文獻中，大多數設計都使用單極耦合縫隙方法來激發共振模式。近年來，已經採用了不同類型的天線來解決移動通信設備中的金屬框架屏蔽的問題。在具有多個天線的設計中，在單
個天線中追求高效率並不困難。但是，將多個天線聯合連接到5G網絡時，很難維持傳輸速率，因為如果設計和佈置不當，可能會產生嚴重干擾。
有鑑於上述的缺點，本發明的目的在於提供一種用於具有金屬框架手機之多天線結構，可改善因金屬屏蔽而造成訊號差的問題，同時可在很小的空間內保持多個天線的性能和低封包相關係數(envelope correlation coefficient,ECC)。
為達上述目的，本發明係提供一種用於具有金屬框架手機之多天線結構，包括一基板、一第一型天線、一第二型天線、一第三型天線及一第四型天線；其中，該基板包括一背板及與一側板。其次，該第一型天線設置於該基板之短側邊上，用以收發一第一頻段，該第一型天線包括一第一天線及一第五天線，該第五天線對應該第一天線設置，該第一天線設置於一第一接口上，該第五天線設置於該第五接口上。再者，該第二型天線設置於該基板之短側邊上並與該第一型天線相鄰設置，用以收發一第二頻段，該第二型天線包括一第二天線及一第六天線，該第六天線對應該第二天線設置，該第二天線設置於一第二接口上，該第六天線設置於該第六接口上。再者，該第三型天線設置於該基板之長側邊上，用以收發一第三頻段，該第三型天線包括一第三天線及一第七天線，該第七天線對應該第三天線設置，該第三天線設置於一第三接口上，該第七天線設置於該第七接口上。此外，該第四型天線，設置於該基板之長側邊上並與該第三型天線相鄰設置，用以收發一第四頻段，該第四型天線包括一第四天線及一第八天線，該第八天線對應該第四天線設置，該第四天線設置於一第四接口上，該第八天線設置於該第八接口上；其中，該第一型天線、該第二型天線、該第三型天線及該第四型天線位於一顯示面板及該基板之間並與該背板和該側板接。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第一型天線係利用金屬框架而成的一倒F型天線，並在饋入路徑上配置一組高通濾波器電路。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第二型天線係為使用系統接地延伸路徑以耦合系統背面的一開口路徑，達到激發的一開槽孔天線。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第三型天線係為使用饋入金屬框架輻射的一單極天線並串接一低通濾波器電路。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第四型天線係為增加短路路徑之一金屬邊框倒F型天線，並配置一高通濾波器電路。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第一型天線設置於寬度為7mm的該基板的端側邊，該第四型天線設置於厚度為1mm的該基板之長側邊。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第一高通濾波器電路的電容值為1.2pF對應電感值為8.2nH；電容值為2.5pF對應電感值為3.3nH。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該低通濾波器電路的電容值為0.75pF對應電感值為3nH。
於前述本發明之用於具有金屬框架手機之多天線結構中，該第二高通濾波器電路的電容值為0.75pF對應電感值為2.4nH。
根據上述諸多優點，並為使審查委員對本發明能進一步的瞭解，故揭露一較佳之實施方式如下，配合圖式、圖號，將本發明之構成內容及其所達成的功效詳細說明如後。
1:具有金屬框架手機之多天線結構
10:基板
101:背板
102:側板
11:短側邊
12:長側邊
20:第一型天線
21:第一天線
211:第一接口
22:第五天線
221:第五接口
23:第一高通濾波器電路
30:第二型天線
31:第二天線
311:第二接口
32:第六天線
321:第六接口
40:第三型天線
41:第三天線
411:第三接口
42:第七天線
421:第七接口
43:低通濾波器電路
50:第四型天線
51:第四天線
511:第四接口
52:第八天線
521:第八接口
53:第二高通濾波器電路
圖1為本發明實施例1之用於具有金屬框架手機之多天線結構之示意圖；
圖2為本發明實施例1之用於具有金屬框架手機之多天線結構之局部放大圖；
圖3為本發明實施例1之第一型天線的回波損耗的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖4為本發明實施例1之第二型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖5為本發明實施例1之第三型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖6為本發明實施例1之第四型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖7為本發明實施例1之第一型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖8為本發明實施例1之第一型天線的Ca值從0.75變為2pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖9為本發明實施例1之第一型天線的Ca值從0.75變為2pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖10為本發明實施例2之第一型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖11為本發明實施例2之第一型天線的Cb值從1.5變為3.6pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖12為本發明實施例2之第一型天線的Cb值從0.75變為3.6pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖13為本發明實施例3之第三型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖14為本發明實施例3之第三型天線的Cc值從0.3變為1.2pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖15為本發明實施例3之第三型天線的Cc值從0.3變為1.2pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖16為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8變為5.6nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖17為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8變為5.6nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖18為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8變為5.6nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖19為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6變為12nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖20為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6變為12nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖21為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6變為12nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖
圖22為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2變為4nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；
圖23為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2變為4nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖24為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2變為4nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；
圖25為本發明實施例第一天線、第二天線、第三天線及第四天線輻射示意圖；以及
圖26為本發明實施例第一天線、第二天線、第三天線及第四天線之輻射場型圖。
以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參閱圖1及圖2，圖1為本發明實施例1之用於具有金屬框架手機之多天線結構之示意圖；以及圖2為本發明實施例1之用於具有金屬框架手機之多天線結構之局部放大圖。
如圖1及圖2所示，本創作提供一種用於具有金屬框架手機之多天線結構1，結合用於第五代行動通訊網路(5G)應用的手機中，該用於具有金屬框架手機之天線結構1包括：一基板10、一第一型天線20、一第二型天線30、一第三型天線40及一第四型天線50，在該些天線設計中分為上下兩部分；其中，該基板10包括一背板101及與一側板102。其次，該第一型天線20設置於該基板10之短側邊11上，用以收發一第一頻段，該第一型天線20包括一第一天線21及一第五天線22，該第五天線22對應該第一天線21設置，該第一天線21設置於一第一接口211上，該第五天線22設置於該第五接口221上，該第一型天線20係利用金屬框架而成的倒F型天線，並在饋入路徑上配置一第一高通濾波器電路23。再者，該第二型天線30設置於該基板10之短側邊11上並與該第一型天線20相鄰設置，用以收發一第二頻段，該第二型天線30包括一第二天線31及一第六天線32，該第六天線32對應該第二天線31設置，該第二天線31設置於一第二接口311
上，該第六天線32設置於該第六接口321上，該第二型天線30係為使用系統接地延伸路徑以耦合系統背面的一開口路徑之一開槽孔天線。再者，該第三型天線40設置於該基板10之長側邊12上，用以收發一第三頻段，該第三型天線40包括一第三天線41及一第七天線42，該第七天線42對應該第三天線41設置，該第三天線41設置於一第三接口411上，該第七天線42設置於該第七接口421上，該第三型天線40係為使用饋入金屬框架輻射的一單極天線並串接一低通濾波器電路43。接著，該第四型天線50設置於厚度為1mm淨空區的手機長側邊12上並與該第三型天線40相鄰設置，用以收發一第四頻段，該第四型天線50包括一第四天線51及一第八天線52，該第八天線52對應該第四天線51設置，該第四天線51設置於一第四接口511上，該第八天線52設置於該第八接口521上，該第四型天線50係為增加短路路徑之一金屬邊框倒F型天線，並配置一第二高通濾波器電路53。此外，該第一型天線20、該第二型天線30、該第三型天線40及該第四型天線50位於一顯示面板及該基板10之間並與該背板101和該側板102接觸；其中，該顯示面板尺寸為77×158mm2，系統接地平面係由尺寸為75×144mm2及厚度為0.8mm的FR4所構成，且設置於該基板10下。
其次，第五代(5G)移動通信技術旨在提高整體網路速度，3.4~3.6GHz為新開放頻段，該第一天線21性能涵蓋LET低頻帶(698~960MHz)和高頻帶(1710~2690MHz)與5G新頻段，該第二天線31、該第三天線41及該第四天線51均性能涵蓋5G新頻段，本發明的具有金屬框架手機之多天線結構1共同整合在同一5G天線手機內，在傳輸通道容量評估中具有良好的性能，在4×4陣列具有19.4bps/Hz的傳輸通道容量，在8×8陣列具有38.6bps/Hz的傳輸通道容量。
請參閱圖3，圖3為本發明實施例1之第一型天線的回波損耗的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖3所示，該第一天線模擬和測量的結果是一致的，匹配性能滿足3.5：1的電壓駐波比，這是在全金屬環境中的合格標準，並且涵蓋了LTE的高工作頻帶(698~960MHz)及低工作頻帶(1710~2690MHz)和5G新無線電(NR)頻率範圍1(FR1)n78頻段(3400~3600MHz)。該第一天線具有高通濾波電路(HPC)的倒F型天線在所需頻帶中具有八個諧振模式，並且倒F型天線的長路徑在750MHz處諧振(模式1)，該倒F型天線的短路徑在2180MHz下諧振(模式4)，該高通濾波電路和該電容分別用於生成模式2和3。在金屬框架應用中，在金屬框架的兩側都使用了開路，這導致了單極共振模式(模式5)。在相同情況下，通過在長側邊上耦合金屬框架來形成環形天線的諧振路徑(模式6)，並通過高通濾波電路調整阻抗匹配的程度。可用的共振模式增加(模式7)。最後，倒F型天線的高階模式(模式8)。
請參閱圖4至圖6，圖4為本發明實施例1之第二型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖；圖5為本發明實施例1之第三型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖；及圖6為本發明實施例1之第四型天線的回波損耗的反射係數相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖4至圖6所示，圖4顯示第二型天線開槽孔天線的模擬和測量回波損耗；圖4顯示第三型天線單極天線與具有低通濾波器電路的金屬框架相連接；以及圖6顯示第四型天線金屬邊框倒F型天線的模擬和測量回波損耗，該第二型天線、該第三型天線及該地似形天線完全覆蓋了5G NR FR1(5G New Radio Frequency Ranges 1,5G新頻段範圍1)n78頻段(3400~3600MHz)。
請參閱圖7至圖9，圖7為本發明實施例1之第一型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖8為本發明實施例1之第一型天線的Ca值從0.75變為2pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；以及圖9
為本發明實施例1之第一型天線的Ca值從0.75變為2pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖7至圖9所示，透過該第一高通濾波器電路23可以消除金屬屏蔽效應，並由該基板的厚度換算需要配多少的電容值和電感值，才能把需部阻抗降至50歐姆及虛部阻抗降至0歐姆。Ca值係為電容值，Ca值從0.75變為2
(pF)，從阻抗值可以看出當電容值改變時，可以控制長程演進(long-term evolution,LET)低頻帶的第一共振模態，當電容值增加時，1200MHz時的高阻抗原本會移至較低的頻率，從而調節該頻帶的阻抗，其中，藍色虛線代表0.75pF，紅色實線代表1.2pF，綠色虛線代表2pF。該第一型天線主要用於調節LTE低頻段的阻抗帶寬。
請參閱圖10至圖12，圖10為本發明實施例2之第一型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖11為本發明實施例2之第一型天線的電容值Cb從1.5變為3.6pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；圖12為本發明實施例2之第一型天線的Cb值從0.75變為3.6pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖10至圖12所示，Cb值從1.5pF變為3.6pF，改變了阻抗的實部和虛部圖，結果顯示可以改變LTE低頻(698~960MHz)的頻段匹配程度。
請參閱圖13至圖15，圖13為本發明實施例3之第三型天線電容變化的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖14為本發明實施例3之第三型天線的Cc值從0.3變為1.2pF之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；圖15為本發明實施例3之第三型天線的Cc值從0.3變為1.2pF之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖13至圖15所示，Cc值從0.3變為1.2pF，隨著電容值得增加，相應的諧振模式移至較低的頻率，3.3nH的電感值是最佳的匹配解決方案。
請參閱圖16至圖18，圖16為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8變為5.6nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖17為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8變為5.6nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；及圖18為本發明實施例4之第一型天線的電感值從1.8nH變為5.6nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖16至圖18所示，L2的電感值從1.8變為5.6nH，結果顯示第一共振模式主要控制LTE低頻段(850~900MHz)的阻抗，主要用於控制阻抗，然後調整該頻段的最佳匹配。
請參閱圖19至圖21，圖19為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6變為12nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖20為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6nH變為12nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；及圖21為本發明實施例5之第一型天線的電感值從6nH變為12nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖19至圖21所示，L1電感值從6變為12nH，結果顯示電感器L1可以將高阻抗偏移控制在1200MHz左右，並略微調整了2580MHz的阻抗，電感L2和L1實現了聯合調整LTE低頻段(698~960MHz)的效果。
請參閱圖22至圖24，圖22為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2變為4nH的S的參數相對於頻率的關係的曲線圖；圖23為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2變為4nH之實部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖；及圖24為本發明實施例6之第三型天線的電感值從2nH變為4nH之虛部阻抗相對於頻率的關係的曲線圖。
如圖22至圖24所示，L3電感值從2nH變為4nH，當電感值改變時，不會發生頻率偏差，但是諧振模式的匹配度改變了，結果顯示增大電
感值會使虛部的阻抗接近零，L3可以微調整虛部的阻抗以實現阻抗匹配優化。
請參閱圖25，圖25為本發明實施例第一天線、第二天線、第三天線及第四天線輻射示意圖。
如圖25所示，相應於一金屬框架的輻射方向，該第一天線21具有-Z軸輻射方向；該第二天線31輻射方向沿+Y軸；該第三天線41由於系統接地層貢獻，對應於長側邊的金屬框架的向外方向，該第三天線41輻射方向在-Y軸方向；該第四天線51位於1毫米的淨空區域，由於系統接地層，其輻射方向沿+YZ方向輻射，第一天線21、第二天線31、第三天線41、第四天線51的輻射方向都維持獨立性，避免同頻段輻射之干擾，有效提升多輸入多輸出(MIMO)天線之傳輸性能。
請參閱圖26，圖26為本發明實施例第一天線、第二天線、第三天線及第四天線之輻射場型圖。
如圖26所示，該第一天線、該第二天線、該第三天線及該第四天線具有單獨得饋電功率，並且能夠在3500MHz測量二維場方向圖，因此，可以使用不同類型天線以及合適的高通濾波器電路或低通濾波器電路來實現多天線場型分集。
上述實施例僅係為了說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1:具有金屬框架手機之多天線結構
10:基板
101:背板
102:側板
11:短側邊
12:長側邊
20:第一型天線
21:第一天線
211:第一接口
22:第五天線
221:第五接口
30:第二型天線
31:第二天線
311:第二接口
32:第六天線
321:第六接口
40:第三型天線
41:第三天線
411:第三接口
42:第七天線
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50:第四型天線
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521:第八接口
Claims (8)
- 一種用於具有金屬框架手機之多天線結構，包括：一基板，包括一背板及與一側板；一第一型天線，設置於該基板之短側邊的上，用以收發一第一頻段，該第一型天線包括一第一天線及一第五天線，該第五天線對應該第一天線設置，該第一天線設置於一第一接口上，該第五天線設置於該第五接口上；一第二型天線，設置於該基板之短側邊上並與該第一型天線相鄰設置，用以收發一第二頻段，該第二型天線包括一第二天線及一第六天線，該第六天線對應該第二天線設置，該第二天線設置於一第二接口上，該第六天線設置於該第六接口上；一第三型天線，設置於該基板之長側邊上，用以收發一第三頻段，該第三型天線包括一第三天線及一第七天線，該第七天線對應該第三天線設置，該第三天線設置於一第三接口上，該第七天線設置於該第七接口上；以及一第四型天線，設置於該基板之長側邊上並與該第三型天線相鄰設置，用以收發一第四頻段，該第四型天線包括一第四天線及一第八天線，該第八天線對應該第四天線設置，該第四天線設置於一第四接口上，該第八天線設置於該第八接口上；其中，該第一型天線、該第二型天線、該第三型天線及該第四型天線位於一顯示面板及該基板之間並與該背板和該側板接觸，並且，該第一型天線設置於寬度為7mm的該基板的端側邊，該第四型天線設置於厚度為1mm的該基板之長側邊。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第一型天線係利用金屬框架而成的一倒F型天線，並在饋入路徑上配置一第一高通濾波器電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第二型天線係為使用系統接地延伸路徑以耦合系統背面的一開口路徑，達到激發的一開槽孔天線。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第三型天線係為使用饋入金屬框架輻射的一單極天線並串接一低通濾波器電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第四型天線係為增加短路路徑之一金屬邊框倒F型天線，並配置一第二高通濾波器電路。
- 如申請專利範圍第2項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第一高通濾波器電路的電容值為1.2pF對應電感值為8.2nH；電容值為2.5pF對應電感值為3.3nH。
- 如申請專利範圍第4項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該低通濾波器電路的電容值為0.75pF對應電感值為3nH。
- 如申請專利範圍第5項所述之用於具有金屬框架手機之多天線結構，其中，該第二高通濾波器電路的電容值為0.75pF對應電感值為2.4nH。
Priority Applications (1)
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| TW109135429A TWI747551B (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 用於具有金屬框架手機之多天線結構 |
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Citations (4)
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-
2020
- 2020-10-12 TW TW109135429A patent/TWI747551B/zh active
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