CN101494314B

CN101494314B - 天线结构

Info

Publication number: CN101494314B
Application number: CN 200810000568
Authority: CN
Inventors: 邱义泓
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: CN101494314A

Abstract

天线结构包含一辐射组件、一接地组件、一短路接点以及一馈入接点。辐射组件包含有一第一辐射体以及一第二辐射体，该第二辐射体围绕该第一辐射体，且该第一辐射体与该第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗。该短路接点耦接于该第二辐射体与该接地组件之间。该馈入接点耦接于该第一辐射体与该第二辐射体的交接处与该接地组件之间。

Description

天线结构

技术领域

本发明涉及天线结构，尤其涉及一种将一辐射体围绕在另一辐射体的周围，以让此两辐射体在至少一处具有预定间隔来匹配阻抗并增加天线频宽的天线结构。

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，这类型天线均具有体积小的特点。

平面式天线结构因为体积小、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。

由于目前的无线通信产品(例如笔记本计算机)的多媒体应用日渐普及，大数据量的传输已成为无线通信产品的基本需求之一，如此一来，对于宽频带操作的要求更甚。因此，如何增进天线效能、调整阻抗匹配、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宽频的天线结构，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、一短路接点以及一馈入接点。该辐射组件包含有一第一辐射体以及一第二辐射体，该第二辐射体围绕该第一辐射体，且该第一辐射体与该第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗。该短路接点耦接于该第二辐射体与该接地组件之间。该馈入接点耦接于该第一辐射体与该第二辐射体的交接处与该接地组件之间。

在一实施例中，该第二辐射体包含多个区段，该多个区段的一特定区段与该第一辐射体在一特定方向上部分重叠且相距一第一特定距离，并且还与该接地组件在该特定方向的相反方向上相距一第二特定距离。其中该第二辐射体的该特定区段、该短路接点以及该接地组件之间形成一凹槽。

在一实施例中，该天线结构还包含一第三辐射体，耦接于该馈入接点，其中该第三辐射体与该第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗。

在一实施例中，该辐射组件与该接地组件位于不同平面上，且该天线结构呈立体状。

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为图1所示的天线结构的反射损失的示意图。

图3为本发明的天线结构的第二实施例的示意图。

图4为传统双频天线的电压驻波比的示意图。

图5为图3所示的天线结构的电压驻波比的示意图。

图6为图3所示的天线结构的反射损失的示意图。

图7为图3所示的天线结构的辐射场型的示意图。

图8为图3所示的天线结构的天线增益表。

图9为本发明的天线结构的第三实施例的示意图。

图10为本发明的天线结构的第四实施例的示意图。

图11为图10所示的天线结构的电压驻波比的示意图。

图12为本发明的天线结构的第五实施例的示意图。

图13为本发明的天线结构的第六实施例的示意图。

主要组件符号说明：

100、300、900、1000、1200、1300 天线结构

110、310、910、1210、1310 辐射组件

120 第一辐射体

130、330、930、1330 第二辐射体

132、332、932、1332 第一区段

134、334 第二区段

336 第三区段

150、950、1250 接地组件

160、360、960 短路接点

170、1370 馈入接点

180 封闭区域

I₁、I₂、I₃ 电流

D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆ 特定距离

A1、A2 位置

390 凹槽

970 第三辐射体

1252 第一部份

1254 第二部分

X、Y、Z 坐标轴

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150、一短路接点160以及一馈入接点170，辐射组件110包含一第一辐射体120以及一第二辐射体130，且第二辐射体130围绕在第一辐射体120的周围。在本实施例中，第二辐射体130包含一第一区段132以及一第二区段134，其中第一区段132与第一辐射体120在一第一特定方向上(亦即+Z轴)相距一特定距离D₁，第二区段134与第一辐射体120在一第二特定方向上(亦即+Y轴)相距一特定距离D₂，而第一辐射体120则与接地组件150在该第一特定方向的反方向上(亦即-Z轴)相距一特定距离D₃。另外，短路接点160耦接于第二辐射体130的第二区段134与接地组件150之间，而馈入接点170耦接于第一辐射体120与第二辐射体130的交接处与接地组件150之间。换言之，第一辐射体120、第二辐射体130、短路接点160、接地组件150与馈入接点170沿着一封闭区域180而环绕设置，且封闭区域180呈U型。

请注意，上述的“围绕”并非指第二辐射体130必须完全包围第一辐射体120，而可以是第二辐射体130设置于第一辐射体120的部分周围。

请继续参考图1，第一辐射体120的电流I₁以及第二辐射体130的电流I₂的路径如图中两箭头所示。本实施例通过将第二辐射体130的各区段132、134围绕在第一辐射体120的周围，并藉由第二辐射体130的各区段与第一辐射体120在不只一处所产生的电容效应以及第一辐射体120与接地组件150所产生的电容效应来进一步地改变天线结构100的阻抗匹配，其中，通过调整特定距离D₁、D₂、D₃等参数可以达到增加天线频宽的目的。

请注意，在本实施例中，第一辐射体120为一细长的长方形，而第二辐射体130呈L型，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，第一辐射体120与第二射体130的形状的各种变化皆是可行的，故在此不再详加赘述。再者，馈入接点170的位置并非不可改变的，其位置可以根据图中箭头所指示的方向，移动到位置A1-A2之间的任何一处。

在本实施例中，第一辐射体120用来共振出一较高频的工作频段，其长度为天线结构100所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一(λ/4)；而第二辐射体130用来共振出一较低频的工作频段，其长度为天线结构100所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一。此外，藉由第二辐射体130与第一辐射体120在不只一处所产生的电容效应以及第一辐射体120与接地组件150所产生的电容效应(亦即由特定距离D₁、D₂、D₃所产生的电容效应)，可以调整来将两个共振模态结合，以增加天线结构100的频宽。

请参考图2，图2为图1所示的天线结构100的反射损失(return loss)的示意图。在图2中，分别标示出一第一标点1的频率3.92GHz及反射损失(-10.00dB)，以及一第二标点2的频率5.45GHz及反射损失(-9.83dB)，可以得知在频率3.92GHz～5.45GHz之间，总共约有1.53GHz(5.45 GHz-3.92GHz＝1.53GHz)频宽的反射损失落在(-10dB)以下，其有效频宽百分比约为1.53/4.685＝32.65％((5.45GHz+3.92GHz)÷2＝4.685GHz)。此外，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。

请参考图3，图3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，两者不同之处描述如下。天线结构300的第二辐射体330的区段个数与天线结构100的第二辐射体130的区段个数不同，在图3中，第二辐射体330包含一第一区段332、一第二区段334以及一第三区段336，其中第三区段336与第一辐射体120在该第一特定方向上(亦即+Z轴)部分重叠且相距特定距离D₃，且还与接地组件150在该第一特定方向的相反方向上(亦即-Z轴)相距特定距离D₄，且第三区段336、短路接点360以及接地组件150之间形成一凹槽390，以产生电容效应。此外，天线结构300的短路接点360与图1所示的天线结构100的短路接点160的形状与位置也不相同，本领域技术人员应当可以了解，这并非本发明的限制条件，短路接点的形状、大小与位置的各种变化皆是可行的。举例来说，短路接点可如图1的160或者图3的360所标示处，或者短路接点可延伸自第二辐射体330的尾端，如图3的336所标示处或者图9的960所标示处，皆应属本发明的涵盖范围。

请继续参考图3，第一辐射体120的电流I₁以及第二辐射体330的电流I₃的路径如图中两箭头所示。本实施例通过将第二辐射体330的各区段332、334、336围绕在第一辐射体120的周围，并藉由第二辐射体330的各区段与第一辐射体120在不只一处所产生的电容效应、第一辐射体120与接地组件150以及第二辐射体330与接地组件150所产生的电容效应来进一步地改变天线结构300的阻抗匹配，其中，通过调整特定距离D₁、D₂、D₃、D₄等参数可以达到增加天线频宽的目的。

接下来，将本发明所公开的天线结构与传统的双频天线进行比较，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4与图5，图4与图5分别为传统双频天线与图3所示的天线结构300的电压驻波比(VSWR)的示意图，横轴代表的是频率(Hz)，分布于2GHz至6GHz，而纵轴代表的是电压驻波比VSWR。这里所提到的传统双频天线是指具有两个辐射体的平面倒F型天线(PIFA)，并且此两辐射体位于馈入接点的两侧且朝不同方向延伸。在图4中，在频率2450MHz附近，只有250MHz频宽的电压驻波比落在2以下，其有效频宽百分比约为250/2450＝10.2％；而在图5中，在频率3.168GHz～4.752GHz之间，约有1.584GHz频宽的压驻波比落在2以下，其有效频宽百分比约为1.584/3.96＝40％。比较两者可得知，图3所示的天线结构300的有效频宽比传统双频天线(1.58GHz＞250MHz)有显著的进步。

请参考图6，图6为图3所示的天线结构300的反射损失的示意图。在图6中，分别标示出一第一标点1的频率3.63GHz及反射损失(-9.93dB)，以及一第二标点2的频率5.24GHz及反射损失(-10.20dB)，可以得知在频率3.63GHz～5.24GHz之间，总共约有1.61GHz(5.24GHz-3.63GHz＝1.61GHz)频宽的反射损失落在(-10dB)以下，其有效频宽百分比约为1.61/4.435＝36.3％((5.24GHz+3.63GHz)÷2＝4.435GHz)。

请参考图7至图8，图7为图3所示的天线结构300的辐射场型图，而图8为图3所示的天线结构300的天线增益表。如图7所示，其为天线结构300在YZ平面的量测结果，可以看出天线结构300的辐射场型(radiation pattern)近似一个圆形，为全向性的天线。而图8为标示出图7中在各个频段的天线增益的最大值、最小值与平均值的位置与数值的示意图，可以看出天线结构300在各个频段的平均增益均落在-2dB以下。

当然，上述的天线结构100、天线结构300仅为本发明的实施例之一，而本领域普通技术人员应当可以据以作适当的变化。接下来，举几个实施例来说明本发明所公开的天线结构的各种设计变化。

请参考图9，图9为本发明的天线结构的第三实施例的示意图，其为图3所示的天线结构300的一变化实施例。在图9中，天线结构900的架构与图3的天线结构300类似，为天线结构300的变形，两者不同之处描述如下。在图3中，第一辐射体120与第二辐射体330的第三区段336的相距距离以及第一辐射体120与接地组件150的相距距离皆为D₃，两者相同；而在图9中，第一辐射体120与第二辐射体330的第三区段336的相距距离为D₃，而第一辐射体120与接地组件950的相距距离为D₅，两者不同。另外，图9中的第二辐射体930的第一区段932的面积比图3中的第二辐射体330的第一区段332的面积来得大，可以增加辐射效率，且天线结构900的短路接点960与图3所示的天线结构300的短路接点360的形状与位置也不相同。

请参考图10，图10为本发明的天线结构的第四实施例的示意图，其为图9所示的天线结构900的一变化实施例。在图10中，天线结构1000的架构与图9的天线结构900类似，为天线结构900的变形，两者不同之处在于天线结构1000另包含一第三辐射体970，耦接于馈入接点170与接地组件950之间，且第三辐射体970与第二辐射体330在该第二特定方向上(亦即+Y轴)部分重叠且相距特定距离D₆。如此一来，可藉由将第三辐射体970增加于天线结构1000中而产生另一频带的一第三共振模态，以形成三频天线。此外，可通过调整第三辐射体970与第二辐射体330所产生的电容效应(亦即特定距离D₆所产生的电容效应)来进一步地改变天线结构1000的阻抗匹配。另外，若移除短路组件960，此时第一辐射体120、第二辐射体930、接地组件950与馈入接点170沿着一反S型区域而环绕设置，第一辐射体120与第二辐射体930仍可以调整彼此相距的距离以改变阻抗匹配，第二辐射体930与第三辐射体970仍可以调整彼此相距的距离以改变阻抗匹配。当然，本领域技术人员应当可以了解，第一辐射体120、第二辐射体930以及第三辐射体970在空间中的延伸方向并非本发明的限制条件，举例而言，一天线结构的各辐射体的延伸方向与天线结构1000的各辐射体的延伸方向恰好相反，亦即此天线结构与天线结构1000的反视图相同(将+Y轴与-Y轴对调)，也应当属于本发明所涵盖的范围，此时第一辐射体120、第二辐射体930、接地组件950与馈入接点170则沿着一S型区域而环绕设置。

请参考图11，图11为图10所示的天线结构1000的电压驻波比的示意图，横轴代表的是频率(Hz)，分布于2GHz至6GHz，而纵轴代表的是电压驻波比VSWR。由图11可知，在频率2.4GHz～5.875GHz之间，约有3.475GHz频宽的压驻波比落在2以下，其有效频宽百分比约为3.475/4.138＝83.98％，且天线结构1000总共涵盖三个频段(2.4GHz～2.702GHz、3.3GHz～3.8GHz、5.15GHz～5.875GHz)。

请参考图12，图12为本发明的天线结构的第五实施例的示意图，其为图10所示的天线结构1000的一变化实施例。在图12中，天线结构1200的架构与图10的天线结构1000类似，为天线结构1000的变形，两者不同之处在于天线结构1200的各组件呈立体状且位于不同平面上，举例而言，辐射组件1210位于YZ平面上，而接地组件1250的第一部份1252位于XY平面上，接地组件1250的第二部分1254则位于YZ平面上。而在图10中，天线结构1000的各组件则位于相同平面上。由此可知，天线结构的各组件的所在平面，并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，天线结构的各组件的所在平面的各种各样的变化皆是可行的。

请参考图13，图13为本发明的天线结构的第六实施例的示意图，其为图9所示的天线结构900的另一变化实施例。在图13中，天线结构1300的架构与图9的天线结构900类似，为天线结构900的变形，两者不同之处在于天线结构1300的馈入接点1370的位置与图9所示的天线结构900的馈入接点170的位置不同。另外，图13中的第二辐射体1330的第一区段1332的面积比图9中的第二辐射体930的第一区段932的面积来得大，可以增加辐射效率。

由上可知，本发明提供一种宽频的天线结构100～1200，通过将第二辐射体的各区段围绕在第一辐射体120的周围，并藉由第二辐射体的各区段与第一辐射体在不只一处所产生的电容效应、第二辐射体与接地组件所产生的电容效应以及第一辐射体与接地组件所产生的电容效应来进一步地改变天线的阻抗匹配，此外，通过调整特定距离D₁～D₆等参数可以达到增加天线频宽的目的。与传统双频天线相较之下，可以发现本发明所公开的天线结构的有效频宽比传统双频天线有显著的进步，因此，十分符合需要大数据量的传输的无线通信产品的需求。再者，本发明所公开的天线结构制作上相当简单且不需增加额外的成本，很适合在生产线上大量生产。此外，由天线的电压驻波比及辐射场型可得知，本发明所公开的天线结构具有提供全向性的辐射场型、缩小天线尺寸且涵盖现有无线通信系统的频段等多项优点，因此，十分适合应用在便携式装置或者其他类型的无线通信装置上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明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，包括：

一辐射组件，包括一第一辐射体以及一第二辐射体，所述第二辐射体围绕所述第一辐射体，且所述第一辐射体与所述第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗；

一接地组件；

一短路接点，耦接于所述第二辐射体与所述接地组件之间；以及

一馈入接点，耦接于所述第一辐射体与所述第二辐射体的交接处与所述接地组件之间。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中所述短路接点延伸自所述第二辐射体。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中所述第二辐射体包括多个区段，所述多个区段的一区段与所述第一辐射体在一方向上部分重叠且相距一第一距离，并且还与所述接地组件在所述方向的相反方向上相距一第二距离。

4.如权利要求3所述的天线结构，其中所述第二辐射体的所述区段、所述短路接点以及所述接地组件之间形成一凹槽。

5.如权利要求1所述的天线结构，还包括一第三辐射体，所述第三辐射体耦接于所述馈入接点，其中所述第三辐射体与所述第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗；所述第一辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一；所述第二辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一；并且所述第三辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中所述辐射组件与所述接地组件位于同一平面上。

7.如权利要求1所述的天线结构，其中所述辐射组件与所述接地组件位于不同平面上。

8.如权利要求7所述的天线结构，所述天线结构呈立体状。

9.一种天线结构，包括：

一辐射组件，包括一第一辐射体以及一第二辐射体，所述第一辐射体与所述第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗；

一接地组件；

一馈入接点，耦接于所述第一辐射体与所述第二辐射体的交接处与所述接地组件之间；

其中所述第一辐射体、所述第二辐射体、所述短路接点、所述接地组件与所述馈入接点沿着一封闭区域而环绕设置。

10.如权利要求9所述的天线结构，其中所述封闭区域为U型。

11.如权利要求9所述的天线结构，其中所述短路接点延伸自所述第二辐射体。

12.如权利要求9所述的天线结构，其中所述第二辐射体包括多个区段，所述多个区段的一区段与所述第一辐射体在一方向上部分重叠且相距一第一距离，并且还与所述接地组件在所述方向的相反方向上相距一第二距离。

13.如权利要求12所述的天线结构，其中所述第二辐射体的所述区段、所述短路接点以及所述接地组件之间形成一凹槽。

14.如权利要求9所述的天线结构，还包括一第三辐射体，所述第三辐射体耦接于所述馈入接点，其中所述第三辐射体与所述第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗；所述第一辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一；所述第二辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一；并且所述第三辐射体的长度为所述天线结构所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

15.如权利要求9所述的天线结构，其中所述辐射组件与所述接地组件位于同一平面上。

16.如权利要求9所述的天线结构，其中所述辐射组件与所述接地组件位于不同平面上。

17.如权利要求16所述的天线结构，所述天线结构呈立体状。

18.一种天线结构，包括：

一第三辐射体，所述第三辐射体与所述第二辐射体之间具有预定间隔以匹配阻抗；

一接地组件；以及

一馈入接点，耦接于所述第一辐射体、所述第二辐射体与所述第三辐射体的交接处与所述接地组件之间。

19.如权利要求18所述的天线结构，其中所述第二辐射体围绕所述第一辐射体。