CN101465470B

CN101465470B - 天线结构及其相关无线通信装置

Info

Publication number: CN101465470B
Application number: CN2007103020577A
Authority: CN
Inventors: 谢智森; 林泓毅; 蔡丰吉
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101465470A

Abstract

天线结构包含一辐射组件、一接地组件以及一馈入接点。该接地组件包含一第一接地子组件以及一第二接地子组件。该第二接地子组件耦接于该第一接地子组件且具有一环状结构，该环状结构的一区段与该辐射组件的一第一端在一特定方向上部分重叠且相距一特定距离。该馈入接点耦接于该辐射组件的一第二端与该第一接地子组件之间。

Description

天线结构及其相关无线通信装置

技术领域

本发明涉及天线结构及其相关无线通信装置，尤其涉及一种利用接地组件的环状结构与辐射组件的部分重叠且相距一特定距离来调整阻抗匹配与辐射场型的天线结构及其相关无线通信装置。

背景技术

随着无线通信的蓬勃发展以及移动通信产品微型化的趋势，天线的摆设位置与空间受到压缩，相对地造成设计上的困难，一些内嵌式的微型天线结构因而被提出。一般而言，目前较普遍所使用的微型天线有芯片天线(chip antenna)以及平面式天线(planar antenna)等，而这类型天线均具有体积小的特点。

平面式天线结构因为具备体积小、重量轻、制作容易、价格低廉、可信度高，同时可附着于任何物体的表面上，使得微带天线与印刷式天线被大量应用于无线通信系统中。像利用微带线馈入的单极天线(monopole antenna)或者偶极天线(dipole antenna)以供符合第三代移动通信(Third Generation，3G)规格的收发器使用。

然而，传统的单极天线属于线型天线，其辐射场型无法集中在天线的正上方，且半功率束宽(half power beam-width)不足120度，在某些情况下并无法符合像全球卫星定位系统等3G规格的需求。因此，如何缩小天线尺寸、增进天线效能、改善辐射场型及增加天线频宽，即成为天线设计领域的重要课题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种辐射场型集中的天线结构及其相关无线通信装置，以解决上述的问题。

本发明公开一种天线结构，其包含一辐射组件、一接地组件以及一馈入接点。该接地组件包含一第一接地子组件以及一第二接地子组件。该第二接地子组件耦接于该第一接地子组件且具有一环状结构，该环状结构的一区段与该辐射组件的一第一端在一特定方向上部分重叠且相距一特定距离。该馈入接点耦接于该辐射组件的一第二端与该第一接地子组件之间。其中，该第二接地子组件位于一Y-Z平面上，并且该辐射组件与该第二接地子组件在一X-Y平面的投影部分重叠。

在一实施例中，该第二接地子组件包含多个区段，彼此耦接在一起以构成该环状结构，且该多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一直角、一斜角或者一弧形。在另一实施例中，该环状结构包含多个环状物(loop)。

本发明还公开一种无线通信装置，其包含一壳体以及一天线结构。该天线结构设置于该壳体中且与平行于该壳体的一第一面。该天线结构包含一辐射组件、一接地组件以及一馈入接点。该接地组件包含一第一接地子组件以及一第二接地子组件。该第二接地子组件耦接于该第一接地子组件且具有一环状结构，该环状结构的一区段与该辐射组件的一第一端在一特定方向上部分重叠且相距一特定距离。该馈入接点耦接于该辐射组件的一第二端与该第一接地子组件之间。其中，该天线结构的该第二接地子组件与该壳体的该第一面位于一Y-Z平面上，并且该辐射组件与该第二接地子组件在一X-Y平面的投影部分重叠。

在一实施例中，该无线通信装置为一笔记本型计算机(notebook computer)。

附图说明

图1为本发明的天线结构的第一实施例的示意图。

图2为本发明的天线结构的第二实施例的示意图。

图3为本发明的天线结构的第三实施例的示意图。

图4为本发明的天线结构的第四实施例的示意图。

图5为本发明的天线结构的第五实施例的示意图。

图6为本发明的天线结构的第六实施例的示意图。

图7为本发明的天线结构的第七实施例的示意图。

图8为传统单极天线的反射损失的示意图。

图9为图1的天线结构的反射损失的示意图。

图10为传统单极天线的辐射场型的示意图。

图11为图1的天线结构的辐射场型的示意图。

图12为传统单极天线的能量分布的示意图。

图13为图1的天线结构的能量分布的示意图。

图14为本发明的无线通信装置的一实施例的示意图。

主要组件符号说明：

100～700 天线结构

110 辐射组件

112 第一端

114 第二端

120、220、320、420、520、620 接地组件

130 第一接地子组件

140、240、340、440、540、640 第二接地子组件

141、142、143、241、242、341、342 区段

150 馈入接点

I₁、I₂ 电流

θ₁、θ₂、θ₃ 夹角

160 重叠部分

L₁ 长度

D₁、D₂ 特定距离

X、Y、Z 坐标轴

710 有源组件

Mkr_1、Mkr_2 标点

1100 无线通信装置

1110 壳体

1120 第一面

1130 天线

A1、A2 位置

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明的天线结构的第一实施例的示意图。天线结构100包含一辐射组件110、一接地组件120以及一馈入接点150。辐射组件110包含一第一端112以及一第二端114，接地组件120包含一第一接地子组件130以及一第二接地子组件140，而馈入接点150耦接于辐射组件110的第二端114与第一接地子组件130之间。第二接地子组件140耦接于第一接地子组件130，其中第二接地子组件140包含多个区段141、142、143，彼此耦接在一起而构成一环状结构，而该环状结构的区段142与辐射组件110的第一端112在一特定方向(如图1中的Z轴方向)上部分重叠且相距一特定距离D₁，且还与第一接地子组件130在该特定方向的相反方向上(如图1中的-Z轴方向)相距一特定距离D₂。换言之，如图1所示，该环状结构的区段142与辐射组件110的第一端112具有一重叠部分160，两者相距特定距离D₁且重叠部分160的长度为L₁。请注意，上述的重叠部分160并非指该环状结构的区段142与辐射组件110的第一端112实质上重叠而彼此接触，而是两者在该特定方向(亦即Z轴)上有视觉上的部分重叠。在本实施例中，辐射组件110、第一接地子组件130以及第二接地子组件140皆位于一Y-Z平面上，且辐射组件110与第二接地子组件140在一X-Y平面的投影部分重叠。

请继续参考图1，由于第一接地子组件130为一大面积的接地面，其电流方向并不固定，而第二接地子组件140的各区段141、142、143各为一细长的长方形，其电流I₂在各区段141、142、143的方向如图中箭头所示。同理，呈L型的辐射组件110的第一端112与第二端114各为一细长的长方形，其电流I₁在第一端112的方向也如图中箭头所示。本实施例通过在天线结构100中增加第二接地子组件140的各区段141、142、143，可以调整地电流I₂的方向，且该环状结构的区段142与辐射组件110的重叠部分160所产生的电容效应当可以进一步地改变天线结构的阻抗匹配以及辐射场型，其中，通过调整长度L₁和特定距离D₁、D₂等参数可以达到将能量调整为朝上方(亦即+Z轴)的目的。此外，改变第二接地子组件140的各区段141、142、143的宽度(width)也可以微调天线结构100的阻抗匹配。

请注意，在本实施例中，呈L型的辐射组件110的第一端112与第二端114各为一细长的长方形，但这并非本发明的限制条件，本领域技术人员应当可以了解，辐射组件110的各种变化皆是可行的，故在此不再详加赘述。

请再注意，在本实施例中，第二接地子组件140所包含的第一区段141与第二区段142的交接处形成一直角，亦即夹角θ₁为90度。当然，图1所示的天线结构100仅为本发明的一实施例，而本领域普通技术人员应当可以据以做适当的变化。接下来，举几个实施例来说明天线结构100的各种设计变化。

请参考图2，图2为本发明的天线结构的第二实施例的示意图，其为图1所示的天线结构100的一变化实施例。在图2中，天线结构200的架构与图1的天线结构100类似，为天线结构100的变形，两者不同之处在于天线结构200的一接地组件220所包含的一第二接地子组件240的一第一区段241与一第二区段242的交接处形成一斜角，亦即夹角θ₂并非90度(在本实施例中，θ₂大于90度)。

请参考图3，图3为本发明的天线结构的第三实施例的示意图，其为图1所示的天线结构100的一变化实施例。于图3中，天线结构300的架构与图1的天线结构100类似，为天线结构100的变形，两者不同之处在于天线结构300的一接地组件320所包含的一第二接地子组件340的一第一区段341与一第二区段342的交接处形成一弧形，亦即夹角θ₃为一弧角。

请参考图4至图6，图4至图6分别为本发明天线结构的第四、第五、第六实施例的示意图。于图4至图6中，天线结构400、500、600与图1的天线结构100的不同的处在于接地组件420、520、620所包含的一第二接地子组件440、540、640的环状结构各具有多个环状物(loop)，且其个数、形状与大小各不相同。本领域技术人员应当可以了解，这并非本发明的限制条件，环状结构的环状物个数、形状与大小的各种变化皆是可行的。

请参考图7，图7为本发明的天线结构的第七实施例的示意图。在图7中，天线结构700的架构与图1的天线结构100类似，两者不同之处在于天线结构700还包含一有源组件710，所述有源组件710设置于辐射组件110的第二端114与馈入接点150之间。在一实施例中，有源组件710可为一低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)或者一匹配电路，但这非本发明的限制条件，本领域技术人员应当可以了解，在不违背本发明的精神下，辐射组件110的第二端114与馈入接点150之间也可以依据设计需求而安置其他种类的有源组件。

毫无疑问地，本领域技术人员应当可以了解，在不违背本发明的精神下，图1至图7所提到的天线结构的各种各样的变化皆是可行的。举例而言，可将图1至图7的天线结构任意排列组合成一个新的变化实施例，而上述的实施例仅为用来说明本发明的可行的设计变化，并非本发明的限制条件，此外，环状结构的环状物的个数、形状与大小并不限定。

接下来，将本发明所公开的天线结构与传统的单极天线进行比较，以进一步阐述本发明的天线结构的各项优点。

请同时参考图8与图9，图8与图9分别为传统单极天线与图1所示的天线结构100的反射损失(return loss)的示意图。这里所提到的传统单极天线是指具有单一辐射体与一大面积的接地面的天线，例如包含图1所示的辐射组件110、第一接地子组件130以及馈入接点150的组合，但未含第二接地子组件140的各部分。在图8中，标示出一标点Mkr_1的频率1.575GHz及反射损失(-12.876dB)；而在图9中，标示出另一标点Mkr_2的频率1.575GHz及反射损失(-18.608dB)。比较两者可得知，图1的天线结构100的反射损失比传统单极天线深(-18.608dB＜-12.876dB)，本领域技术人员应当可以了解，反射损失可以通过公式转换成电压驻波比(VSWR)，因此，反射损失与电压驻波比实质上具有相同的意义。换句话说，图1的天线结构100的电压驻波比比传统单极天线更好，更可满足无线通信的工作需求，例如GPS的应用。

在本实施例中，辐射组件110用来共振出一3G系统的工作频段，例如GPS的工作频带1570～1580MHz，其长度为天线结构100所产生的一共振模态的信号波长的四分之一(λ/4)，但并非本发明的限制条件，还可扩充应用于其他种类的无线通信系统上。

请同时参考图10与图11，图10与图11分别为传统单极天线与图1的天线结构100的辐射场型的示意图。如第图10与图11所示，其分别为传统单极天线与天线结构100在Y-Z平面(如图1所示)的测量结果，可以看出天线结构100的辐射场型(radiationpattern)具有较宽的半功率束宽(half power beam-width)。

请同时参考图12与图13，图12与图13分别为传统单极天线与图1的天线结构100的能量分布的示意图，图中以点的分布密度来表示能量的强度，点的分布密度愈密代表能量愈强。比较两者可得知，传统单极天线的能量分布较松散，而天线结构100的能量分布较集中于上方(亦即图1所示的+Z轴方向)。

请参考图14，图14为本发明的无线通信装置1100的一实施例的示意图。在本实施例中，无线通信装置1100为一笔记本型计算机(notebook computer)，但并非本发明的限制条件，还可为其他种类的无线通信装置。如图14A所示，无线通信装置1100包含一壳体1110以及一天线1130，其中，天线1130设置于壳体1110中且与平行于壳体1110的一第一面1120。当使用者启用无线通信装置1100时，壳体1110的第一面1120位于一Y-Z平面上，而天线1130设置于第一面1120的位置A1或者A2上。如图14B所示，天线1130可由图1所示的天线结构100来实施，当然，天线1130也可由天线结构100的变形来实施，例如图2至图7所示的天线结构200～700或者各个天线结构的任意排列组合。

请注意，当使用者启用无线通信装置1100时，此时壳体1110的第一面1120位于一Y-Z平面上，而天线1130也位于Y-Z平面上。由图1的天线结构100可知，通过该环状结构的区段142与辐射组件110的重叠部分160所产生的电容效应当可以改变天线结构的阻抗匹配以及辐射场型，使得天线1130的辐射场型与能量能够更集中于+Z轴的方向。

由上可知，本发明提供一种天线结构100～700及其相关无线通信装置1100。通过在天线结构100中增加第二接地子组件140的各区段141、142、143，可以调整地电流I₂的方向，且该环状结构的区段142与辐射组件110的重叠部分160可以调整天线结构的阻抗匹配以及辐射场型。由图1与图14可得知，当使用者启用无线通信装置1100时，壳体1110的第一面1120位于一Y-Z平面上，而天线1130(由天线结构100来实施)也位于Y-Z平面上。此时通过该环状结构的区段142与辐射组件110的重叠部分160所产生的电容效应当可以改变天线结构的阻抗匹配以及辐射场型，使得天线1130的辐射场型与能量能够更集中于+Z轴的方向。相较于传统的单极天线，本发明所公开的天线结构，其辐射场型可以更集中在天线的正上方且半功率束宽更宽，因此，十分适合应用在像GPS等通信系统上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申权利要求范围所作的等同变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种天线结构，所述天线结构包括：

一辐射组件；

一接地组件，所述接地组件包括：

一第一接地子组件；以及

一第二接地子组件，耦接于所述第一接地子组件，所述第二接地子组件具有一环状结构，所述环状结构的一区段与所述辐射组件的一第一端在一特定方向上部分重叠且相距一特定距离；以及

一馈入接点，耦接于所述辐射组件的一第二端与所述第一接地子组件之间；

其中，所述第一接地子组件为一大面积的接地面；

其中，所述第二接地子组件包括多个区段，所述多个区段彼此耦接在一起以构成所述环状结构。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中所述第二接地子组件位于一Y-Z平面上，并且所述辐射组件与所述第二接地子组件在一X-Y平面的投影部分重叠。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一直角。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一斜角。

5.如权利要求1所述的天线结构，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一弧形。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中所述环状结构包括多个环状物。

7.如权利要求1所述的天线结构，其中所述天线结构还包括一有源组件，所述有源组件设置于所述辐射组件的所述第二端与所述馈入接点之间。

8.如权利要求7所述的天线结构，其中所述有源组件为一低噪声放大器。

9.如权利要求1所述的天线结构，其中所述辐射组件呈L型。

10.一种天线结构，所述天线结构包括：

一辐射组件；

一接地组件，所述接地组件包括：

一第一接地子组件；以及

一第二接地子组件，耦接于所述第一接地子组件，所述第二接地子组件包括彼此耦接的多个区段，其中一特定区段与所述辐射组件在一特定方向上部分重叠且相距一第一特定距离，并且还与所述第一接地子组件在所述特定方向的相反方向上相距一第二特定距离；以及

其中，所述第一接地子组件为一大面积的接地面。

11.如权利要求10所述的天线结构，其中一第一电流流经所述辐射组件，一第二电流流经所述特定区段，所述第二电流的方向与所述第一电流的方向相反。

12.如权利要求11所述的天线结构，其中所述特定区段平行于所述辐射组件以及所述第一接地子组件。

13.一种无线通信装置，其包括有：

一壳体；以及

一天线结构，设置于所述壳体中且平行于所述壳体的一第一面，所述天线结构包括：

一辐射组件；

一接地组件，所述接地组件包括：

一第一接地子组件；以及

其中，所述第一接地子组件为一大面积的接地面；

14.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述天线结构的所述第二接地子组件与所述壳体的所述第一面位于一Y-Z平面上，并且所述辐射组件与所述第二接地子组件于一X-Y平面的投影部分重叠。

15.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一直角。

16.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一斜角。

17.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述多个区段的一第一区段与一第二区段的交接处形成一弧形。

18.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述环状结构包括多个环状物。

19.如权利要求13所述的无线通信装置，其中所述无线通信装置还包括一有源组件，所述有源组件设置于所述辐射组件的所述第二端与所述馈入接点之间。

20.如权利要求19所述的无线通装置，其中所述有源组件为一低噪声放大器。