CN102800928A - 天线结构及包括该天线结构的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线结构及包括该天线结构的电子装置。所述天线结构包括：基板；接地层，设置在所述基板的第一表面上；贴片天线单元，设置在所述基板的与所述基板的第一表面相对的第二表面上，并被构造成接收待发射信号；三维(3D)天线单元，包括与所述贴片天线单元短接的短接腿，并被构造成发射由所述贴片天线单元接收的信号。

Description

天线结构及包括该天线结构的电子装置

本申请要求于2011年5月27日提交到美国专利和商标局的第61/490,715号美国临时申请以及于2011年10月31日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0112501号韩国专利申请的优先权，上述两个申请公开的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

与示例性实施例一致的设备和方法涉及一种用于无线通信的小天线。

背景技术

使用无线保真(WiFi)网络的各种WiFi系统被广泛地用于共享信息(包括多媒体)的网络元件中，其中，WiFi网络是使用电波或红外线传输方法的近场通信(NFC)网络。

例如，数字拍摄设备(诸如，数字相机、便携式摄像机、具有拍摄功能的移动电话等)通常具有附加的无线通信功能，并可与其他电子装置(诸如，电视机(TV)、计算机、打印机等)联网。由数字拍摄设备捕获的图像被无线地发送和接收，各种信息片段以及图像可被发送和接收。

为了执行这种无线通信，天线通常被安装在电子装置中。然而，随着电子装置的尺寸的减小，并且为了使电子装置执行更多的功能，大量的组件被设置在电子装置中。因此，电子装置中用于安装天线的空间变小，从而需要更小的天线结构。然而，更小的天线的辐射性能可能会由于电子装置中紧挨着天线设置的金属结构的影响而降低。因此，需要一种用于防止这一问题的设计。

发明内容

示例性实施例提供一种使靠近其设置的金属结构的影响减小的小天线。

根据示例性实施例的一方面，提供一种天线结构，所述天线结构包括：基板；接地层，设置在所述基板的第一表面上；贴片天线单元，设置在所述基板的与所述基板的第一表面相对的第二表面上，并被构造成接收待发射信号；三维(3D)天线单元，包括与所述贴片天线单元短接的短接腿，并被构造成发射由所述贴片天线单元接收的信号。

所述3D天线单元还可包括与所述贴片天线单元隔开预定距离的平面图案单元，其中，所述短接腿从所述平面图案单元朝着所述贴片天线单元延伸。

在所述平面图案单元中可形成有用于频率调谐的切口图案。

所述切口图案可具有从所述平面图案单元的侧部凹入的凹槽形状。

所述切口图案可具有穿过所述平面图案单元形成的开口形状。

所述短接腿可包括：突起，从所述平面图案单元突出与所述预定距离对应的长度；结合部，从所述突起弯曲并沿着与所述贴片天线单元的顶表面平行的方向延伸。

所述3D天线单元可包括至少一个浮腿，所述至少一个浮腿从所述平面图案单元延伸到所述贴片天线单元。

所述至少一个浮腿可被构造成与所述短接腿一起支撑所述平面图案单元。

所述至少一个浮腿可包括第一浮腿和第二浮腿，所述第一浮腿和所述第二浮腿分别设置在所述短接腿的相对两侧。

所述第一浮腿和所述第二浮腿可固定在所述基板上。

所述第一浮腿的端部和所述第二浮腿的端部可沿着与所述基板的面对所述接地层的平面平行的方向弯曲。

在所述基板上可形成有第一结合片和第二结合片，使得所述第一浮腿和所述第二浮腿分别结合到所述基板。

在所述平面图案单元和所述贴片天线单元之间可设置有介电载体。

所述短接腿可从所述介电载体的顶表面沿着所述介电载体的侧表面延伸到所述介电载体的底表面。

所述3D天线单元可包括至少一个浮腿，所述至少一个浮腿从所述平面图案单元的端部沿着所述介电载体的侧表面延伸到所述贴片天线单元。

待发射信号可通过耦合馈送、线路馈送和同轴馈送中的一种被供应到所述贴片天线单元。

在所述贴片天线单元中可形成有用于频率调谐的切口图案。

所述切口图案可具有从所述贴片天线单元的侧部凹入的凹槽形状或者穿过所述贴片天线单元形成的开口形状。

所述基板可由FR4材料形成。

在所述基板中可嵌入有射频(RF)电路和传输线路，由RF电路产生的信号可经由所述传输线路被传输到所述贴片天线单元。

根据另一示例性实施例的一方面，提供一种具有无线通信功能的电子装置，所述电子装置包括天线结构，所述天线结构包括：基板；接地层，设置在所述基板的底表面上；贴片天线单元，设置在所述基板的顶表面上，待发射信号被供应到所述贴片天线单元；3D天线单元，包括与所述贴片天线单元短接的短接腿，所述3D天线单元发射供应到所述贴片天线单元的信号。

所述电子装置可包括金属结构，所述天线结构的接地层被结合到所述金属结构。

根据另一示例性实施例的一方面，提供一种发送由射频(RF)电路产生的信号的天线结构，所述天线结构包括：印刷电路板(PCB)基板，包括地和传输线路，由RF电路产生的信号经由所述传输线路被传输；接地层，设置在所述PCB基板的底表面上，并与所述基板短接；贴片天线单元，设置在所述PCB基板的顶表面上，其中，由RF电路产生的信号经由所述PCB基板中的传输线路被传输到所述贴片天线单元；三维(3D)天线单元，包括与所述贴片天线单元短接的短接腿，所述3D天线单元发射经由所述传输线路被传输到所述贴片天线单元的信号。

所述天线结构还可包括RF电路，其中，所述RF电路被嵌入在所述PCB基板中。

附图说明

通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，上述和/或其他方面将会变得更加清楚，在附图中：

图1是根据示例性实施例的天线结构的构造的示意性分解透视图；

图2是其示例在图1中示出的天线结构的侧视图；

图3A至图3G示出了在其示例在图1中示出的天线结构的贴片天线单元中所采用的馈送结构的示例；

图4和图5示出了可在其示例在图1中示出的天线结构中采用的用于频率调谐的切口图案的示例；

图6示出了采用其示例在图1中示出的天线结构的装置的辐射路径，其中，靠近其示例在图1中示出的天线结构设置的金属结构的影响减小；

图7是根据另一示例性实施例的天线结构的示意性分解透视图。

具体实施方式

现在，将参照附图更加充分地描述示例性实施例。在附图中，相同的标号指示相同的元件，为了清楚和方便，附图中元件的尺寸可能会被夸大。

在此所使用的大部分术语是在本发明构思所属技术领域中已被广泛使用的通用术语。然而，在此所使用的一些术语可被创造，以反映本领域技术人员的意图、先例或新技术。另外，在此所使用的一些术语可进行任意选择。在这种情况下，在下文中对这些术语进行详细定义。因此，应该基于其独特的含义和在此所阐述的本公开的整个上下文来理解在此所使用的特定术语。

在本说明书中，应该理解的是，诸如“包括”或“具有”等的术语意在表示存在说明书中所公开的特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合，并不意在排除可存在或者可添加一个或多个其他特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。另外，诸如“份”、“件”、“段”、“部分”等的术语应该被理解为整体、数量、区域或片段的一部分。此外，如在此所使用的术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任意组合和全部组合。当用在多个元件的列表之前时，诸如“...中的至少一个”的表述修饰整个元件列表，并非修饰所述列表中的单个元件。

图1是根据示例性实施例的天线结构100的构造的示意性分解透视图，图2是图1中示出的天线结构100的侧视图。

参照图1和图2，天线结构100包括：基板120；接地层110，形成在基板120的底表面上；贴片天线单元140，形成在基板120的顶表面上，待发射信号被供应到贴片天线单元140；三维(3D)天线单元150，具有与贴片天线单元140短接的短接腿154以及用于发射来自贴片天线单元140的信号的辐射单元。

根据当前的示例性实施例的天线结构100的构造可提高辐射效率，同时减小天线结构100的尺寸。当天线结构100沿随机方向发生辐射时，天线结构100的性能可能会由于可靠近天线结构100设置的金属结构而劣化。例如，当天线结构100设置在相机内部时，天线结构100可能会靠近诸如电容器的金属板。此外，由于具有无线通信功能的大部分电子装置均包括由金属形成的结构，诸如框架、壳体、面板等，因此，当天线结构100设置在装置内部时，天线结构100靠近金属材料，并使天线结构100的辐射性能劣化。然而，被设计成2.4GHz频带的芯片天线的辐射效率在天线结构100处于无线保真(WiFi)板中的状态时和在天线结构100安装在相机上时存在差异，当天线结构100处于无线保真(WiFi)板中的状态时，被设计成2.4GHz频带的芯片天线的辐射效率为60％或60％以上，当天线结构100安装在相机上时，被设计成2.4GHz频带的芯片天线的辐射效率为25％。为了减小该差异，发明人提出这样一种结构，在该结构中，天线结构100在预定位置发生的辐射较少，并且所述预定位置靠近金属材料，从而可提高设置在装置内部的天线结构100的辐射效率。

现在，将描述天线结构100的更加详细的构造和操作。

由各种材料形成的绝缘基板可被用作基板120。例如，基板120可由FR4材料形成。

分别形成在基板120的顶表面和底表面上的贴片天线单元140和接地层110用于在两种金属内部产生谐振模式，并与由于3D天线单元150而产生的谐振相结合。在这点上，接地层110用于减小可能靠近天线结构100设置的任何金属结构的影响。通常，当使用天线结构100时，可设置包括射频(RF)电路的印刷电路板(PCB)基板，所述RF电路用于产生将通过天线结构100被发射的信号，接地层110可与PCB基板的地短接。在当前的实施例中，这种RF电路可被嵌入在基板120中，并且传输线路可与RF电路一起被嵌入在基板120中，由RF电路产生的信号经由所述传输线路被传输到贴片天线单元140。

贴片天线单元140包括馈送线路FL，待发射信号被供应到馈送线路FL。此外，用于频率调谐的切口图案可形成在贴片天线单元140上。尽管如图1和图2的示例性实施例中所示，两个切口图案形成在贴片天线单元140中，但这仅仅是示例。一个或多个切口图案可形成在贴片天线单元140中，或者切口图案可不形成在贴片天线单元140中。此外，切口图案的形状为从贴片天线单元140的侧部凹入的凹槽形状。然而，其他示例性实施例不限于此，例如，切口图案可具有开口形状。包括馈送线路FL的贴片天线单元140的具体形状不限于图1和图2中的形状，并可根据信号的频率或馈送方法(将在下面进行描述)以各种方式进行变型。

3D天线单元150包括：短接腿154，与贴片天线单元140短接；辐射单元，发射来自贴片天线单元140的信号。3D天线单元150用于与贴片天线单元140一起在待发射信号的频带内产生谐振模式。3D天线单元150用于延长贴片天线单元140的长度。当引入3D天线单元150时，贴片天线单元140的尺寸可减小。例如，当仅有贴片天线单元140用于设计2.4GHz频带装置时，贴片天线单元140的尺寸为大约30×30mm²。然而，当3D天线单元150以及贴片天线单元140均被用于设计2.4GHz频带装置时，贴片天线单元140的尺寸减小到大约7.5×4mm²。

更加详细地讲，3D天线单元150包括平面图案单元152，平面图案单元152与贴片天线单元140隔开预定距离。3D天线单元150的短接腿154和辐射单元从平面图案单元152朝着贴片天线单元140延伸。

根据待发射信号的频率来适当地设计平面图案单元152的具体形状，并且平面图案单元152的具体形状不限于图1和图2的示例性实施例中示出的形状。用于频率调谐的切口图案可形成在平面图案单元152中。尽管如图1中所示，一个切口图案形成在平面图案单元152中，但这仅仅是示例，多个切口图案可形成在平面图案单元152中，或者切口图案可不形成在平面图案单元152中。此外，切口图案的形状为从平面图案单元152的侧部凹入的凹槽形状。然而，其他示例性实施例不限于此，例如，具有开口形状的切口图案可形成在平面图案单元152中。

短接腿154包括：突起，从平面图案单元152突出与平面图案单元152和贴片天线单元140之间的分开距离对应的长度；结合部，从所述突起弯曲，并沿着与贴片天线单元140的顶表面平行的方向延伸。短接腿154的结合部与贴片天线单元140短接。

辐射单元可包括至少一个浮腿，所述至少一个浮腿从平面图案单元152的一端朝着贴片天线单元140延伸。至少一个浮腿可被构造成与短接腿154一起支撑平面图案单元152。如图2中所示，辐射单元可包括第一浮腿156和第二浮腿158。第一浮腿156和第二浮腿158可设置在短接腿154的相对两侧。然而，第一浮腿156和第二浮腿158不限于图2中示出的数量、位置和形状。

第一浮腿156和第二浮腿158可固定在基板120上，以支撑平面图案单元152。为此，第一浮腿156的端部和第二浮腿158的端部可沿着平行于基板120的方向(即，与基板120的面对接地层110的平面平行的方向)弯曲。此外，第一结合片131和第二结合片132可进一步形成在基板120上，使得第一浮腿156和第二浮腿158分别结合到基板120。

图3A至图3G示出了在图1中示出的天线结构100的贴片天线单元140中所采用的馈送结构的示例。

线路馈送、耦合馈送或同轴馈送可被用作贴片天线单元140的馈送方法。

图3A、图3B和图3C示出了线路馈送的示例，从而信号经由馈送线路FL被直接供应到图1的天线结构100。除分别在图3A、图3B和图3C中示出的矩形形状、菱形形状和圆形形状之外，贴片天线单元140的形状可以以各种方式进行变型。

图3D示出了同轴馈送方法，图3E、图3F和图3G示出了耦合馈送的示例。如图3E中所示，馈送线路FL可与贴片天线单元140设置在相同的平面上，或者如图3F中所示，馈送线路FL可与贴片天线单元140设置在不同的平面上，例如，馈送线路FL可设置在基板120的内部。图3G示出了缝耦合的示例，在该示例中，其中形成有狭缝的接地层110′形成在基板120的底表面上，馈送线路FL形成在接地层110′之下。馈送线路FL可形成在设置于接地层110′之下的介电层120′的内部，或者可形成在介电层120′的表面上。

图4和图5示出了可在图1的天线结构100的平面图案单元152或贴片天线单元140中采用的用于频率调谐的切口图案的示例。

参照图4，切口图案S具有从平面图案单元152或贴片天线单元140的侧部凹入的凹槽形状，并且具有凹槽形状的切口图案S的宽度w和长度d可针对合适的频率调谐进行调节。切口图案S的位置和数量不限于图4的示例性实施例。

参照图5，切口图案S可具有穿过平面图案单元152或贴片天线单元140形成的开口形状。具有开口形状的切口图案S的宽度w和长度d可针对合适的频率调谐进行调节。然而，具有开口形状的切口图案S的形状不限于图5的示例性实施例中示出的矩形形状。

图4和图5中示出的切口图案S可组合形成在平面图案单元152和贴片天线单元140中。

图6示出了采用图1的天线结构100的装置的辐射路径，其中，靠近图1的天线结构100设置的金属结构的影响减小。天线结构100沿向下的方向的辐射由于形成在天线结构100的下部的接地层110而减小，并且天线结构100沿向上的方向的辐射相对增加。因此，当天线结构100设置在需要无线通信功能的电子装置的内部时，天线结构100的接地层110可被设置为靠近形成在电子装置内部的金属结构，或者可被附着到所述金属结构，从而可提高天线结构100在电子装置外部的辐射效率。当天线结构100安装在WiFi板上时，被设计成2.4GHz频带的天线结构100的辐射效率为大约60％，即使当天线结构100安装在相机内部时，被设计成2.4GHz频带的天线结构100的辐射效率仍为大约52％。因此，由于靠近天线结构100设置的金属结构的影响而导致的辐射效率的减小非常小。

图7是根据另一示例性实施例的天线结构200的示意性分解透视图。

根据当前的示例性实施例的天线结构200与图1的天线结构100的不同之处在于：在贴片天线单元140与3D天线单元150的平面图案单元152之间进一步设置有介电载体220。

当设置有介电载体220时，平面图案单元152可形成在介电载体220的顶表面上，短接腿154可从介电载体220的顶表面沿着介电载体220的侧表面延伸到介电载体220的底表面。

此外，3D天线单元150的辐射单元包括至少一个浮腿，所述至少一个浮腿从平面图案单元152的一端朝着贴片天线单元140的方向延伸，所述至少一个浮腿可从介电载体220的顶表面沿着介电载体220的侧表面延伸。尽管在图7中示出了第一浮腿156和第二浮腿158，但是浮腿的位置和数量不限于图7的示例性实施例中示出的位置和数量。

介电载体220可由相对介电常数大于1的介电材料形成。因此，当将相同的频带用于各设计时，与图1的天线结构100的总体尺寸相比，图7的天线结构200的总体尺寸可减小。此外，由于介电载体220还用于将3D天线单元150稳固地安装在基板120上，因此，可不需要分别将第一浮腿156和第二浮腿158稳固地安装在基板120上的第一结合片131和第二结合片132。此外，第一浮腿156的端部和第二浮腿158的端部不必沿着平行于基板120的方向弯曲。

介电载体220的形状不限于图7的示例性实施例中示出的形状，根据介电载体220的形状，短接腿154的形状或者第一浮腿156和第二浮腿158的形状可一起进行变型。

如上所述，根据一个或多个实施例的天线结构可具有小的结构，并且由于靠近天线结构设置的金属材料而对天线结构造成的影响减小，从而可提高天线结构的辐射效率。

因此，当在用于无线通信的电子装置中采用所述天线结构时，所述天线结构可设置在金属材料靠近天线结构设置的电子装置的内部，或者所述天线结构可附着到金属结构，使得在用于安装天线结构的空间方面的限制最小。

上述示例性实施例仅仅是示例性的，并且不应该被解释为限制本发明构思。示例性实施例可被容易地应用于其他类型的设备。另外，对示例性实施例的描述意在是说明性的，并不限制权利要求的范围，对于本领域技术人员而言，多种替代、变型和改变将是明显的。

Claims (15)

1.一种天线结构，所述天线结构包括：

基板；

接地层，设置在所述基板的第一表面上；

贴片天线单元，设置在所述基板的与所述基板的第一表面相对的第二表面上，并被构造成接收待发射信号；

三维天线单元，包括与所述贴片天线单元短接的短接腿，并被构造成发射由所述贴片天线单元接收的信号。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中，所述三维天线单元还包括与所述贴片天线单元隔开的平面图案单元，

其中，所述短接腿从所述平面图案单元朝着所述贴片天线单元延伸。

3.如权利要求2所述的天线结构，其中，所述平面图案单元具有用于频率调谐的至少一个切口图案，所述切口图案为从所述平面图案单元的侧部凹入的凹槽或者穿过所述平面图案单元形成的开口。

4.如权利要求2所述的天线结构，其中，在所述平面图案单元和所述贴片天线单元之间设置有介电载体。

5.如权利要求4所述的天线结构，其中，所述短接腿从所述介电载体的顶表面沿着所述介电载体的侧表面延伸到所述介电载体的底表面。

6.如权利要求2至5中任一项所述的天线结构，其中，所述短接腿包括：

突起，从所述平面图案单元突出；

结合部，从所述突起沿着与所述贴片天线单元的顶表面平行的方向延伸。

7.如权利要求2至5中任一项所述的天线结构，其中，所述三维天线单元还包括至少一个浮腿，所述至少一个浮腿从所述平面图案单元延伸到所述贴片天线单元。

8.如权利要求7所述的天线结构，其中，所述至少一个浮腿被构造成支撑所述平面图案单元。

9.如权利要求7所述的天线结构，其中，所述至少一个浮腿包括第一浮腿和第二浮腿，所述第一浮腿和所述第二浮腿分别设置在所述短接腿的相对两侧。

10.如权利要求9所述的天线结构，其中，所述第一浮腿和所述第二浮腿固定在所述基板上。

11.如权利要求10所述的天线结构，其中，所述第一浮腿的端部和所述第二浮腿的端部沿着与所述基板的面对所述接地层的平面平行的方向弯曲。

12.如权利要求10所述的天线结构，所述天线结构还包括设置在所述基板上的第一结合片和第二结合片，其中，所述第一浮腿和所述第二浮腿分别结合到所述第一结合片和所述第二结合片。

13.如权利要求1所述的天线结构，其中，在所述贴片天线单元中形成有用于频率调谐的切口图案，所述切口图案为从所述贴片天线单元的侧部凹入的凹槽或者穿过所述贴片天线单元形成的开口。

14.一种具有无线通信功能的电子装置，所述电子装置包括上述权利要求中任一项所述的天线结构。

15.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述电子装置包括金属结构，所述天线结构的接地层结合到所述金属结构。

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