CN102437406A - 天线结构 - Google Patents

Abstract

一种天线结构，包含基板、辐射单元及金属板。辐射单元设置于基板上。金属板与辐射单元相隔一距离，用以被辐射单元激发而产生至少一共振模态，且金属板包含贯穿金属板的破孔。藉此可提升增益，增加频宽或者具有多模态。

Description

天线结构

技术领域

本发明是有关一种天线结构，特别是一种可增加整体天线的辐射效果的天线结构。

背景技术

无线通讯技术的发展，促成许多无线通讯装置，如手机、笔记型计算机、个人数字助理(PDA)、GPS卫星导航系统、电子书阅读器(E-book reader)等，除具有无线通讯功能外，尚可透过隐藏式天线取代过去的外露式天线，使得无线通讯装置在具有良好的无线通讯质量下，更可兼顾美观及轻薄的工业设计。

然，在电子产品频频追求具设计质感的外观设计下，往往希望将其外壳以金属材质制成，或于外壳上镀上金属层，这对无线通讯质量却会造成影响。由于金属的屏蔽作用，将阻隔电磁波传递，造成天线信号不佳。

请参照图1所示，为公知无线通讯装置1a的示意图。目前，为了改善上述情形，外壳12a必须具有非金属部122a及金属部124a。非金属部122a可由塑料、碳纤维等非金属材质构成，藉以使电磁波可通过非金属部122a，而得以被设置于外壳12a内的天线(未示于图中)接收，或使天线辐射的电磁波可通过非金属部122a的开孔辐射出去。

请参照图2所示，为美国专利申请案公开第20100141535号的示意图。利用配置在电子装置2a的外壳22a上的一金属片24a，提升外壳22a内的天线26a的场型与平均增益。然，金属片24a必须避免与天线26a过度重叠，否则将无法达到提升天线增益的功效，反而造成前述的屏蔽作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种天线结构，藉以提升增益，增加频宽或者具有多模态。本发明的次要目的在于提出一种天线结构，应用于电子装置的外壳时，可使电子装置具有美观的金属外壳，却不会降低天线的增益。

本发明一实施例提出一种天线结构，包含基板、辐射单元及金属板。辐射单元设置于基板上。金属板与辐射单元相隔一距离，并与辐射单元绝缘，用以被辐射单元激发而产生至少一共振模态。其中，金属板包含贯穿金属板的破孔。

本发明一实施例提出一种天线结构，包含基板、辐射单元及金属板。辐射单元设置于基板上。辐射单元包含辐射部及接地部。辐射部用以辐射电磁波。接地部一端连接该辐射部，另一端电连接至接地。金属板包含一破孔，且金属板电连接至接地。金属板与辐射单元相隔一距离，用以被辐射单元激发而产生至少一共振模态。

有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合附图说明如后。

附图说明

图1为公知无线通讯装置的示意图。

图2为美国专利申请案公开第20100141535号的示意图。

图3为本发明第一实施例的示意图。

图4为本发明第一实施例的侧视图。

图5为本发明第一实施例的增益比较图。

图6为本发明第一实施例的回馈损失比较图。

图7为本发明第二实施例的侧视图。

图8为本发明第三实施例的示意图。

图9为本发明第四实施例的示意图。

图10为公知金属板开孔的示意图。

图11为图9的金属板接地的增益图。

图12为图9的金属板接地的回馈损失图。

图13为图10的金属板接地的增益图。

图14为图10的金属板接地的回馈损失图。

图15为图9的金属板不接地的增益图。

图16为图9的金属板不接地的回馈损失图。

图17为图10的金属板不接地的增益图。

图18为图10的金属板不接地的回馈损失图。

图19为本发明第五实施例的示意图。

图20为本发明第五实施例的侧视图。

图21为图19的金属板接地的增益图。

图22为图19的金属板接地的回馈损失图。

符号说明

1：天线结构      2：笔记型计算机

12：基板         22：背盖外壳

14：辐射单元     d：距离

141：辐射部      1a：无线通讯装置

143：接地部      12a：外壳

145：馈电点      122a：非金属部

16：金属板       124a：金属部

16’：金属板     2a：电子装置

162：破孔        22a：外壳

164：投影部      24a：金属片

166：侧面        26a：天线

168：开孔

具体实施方式

以下举出具体实施例以详细说明本发明的内容，并以附图式作为辅助说明。说明中提及的符号参照附图符号。

请参照图3及图4所示，分别为本发明第一实施例的示意图及侧视图。一种天线结构1，包含基板12、辐射单元14及金属板16。辐射单元14设置于基板12上。金属板16与辐射单元14相隔一距离d，并与辐射单元14绝缘，金属板16与辐射单元14间产生电容效应，透过耦合能量方式，金属板16被辐射单元14激发，使天线结构1产生至少一共振模态。金属板16包含破孔162，贯穿金属板16，并且金属板16无馈入任何电信号或接地。

当辐射单元14辐射电磁波信号时，具破孔162的金属板16耦合电磁波信号，并通过其较辐射单元14为大的辐射面积，将电磁波信号发出，因此，辐射单元14的增益可藉以增大，通讯质量也可获得提升。另一方面，当接收电磁波信号时，金属板16提供较大的面积以接收电磁波信号，因此信号质量可获得提升。金属板16将电磁波信号耦合至辐射单元14，而转换为电信号。于此，辐射单元14与金属板16需相隔距离d，避免二者相隔太远而无法耦合电磁波信号；或者，相隔太近，使得辐射出的电磁波信号强度超出法定标准。

于此，破孔162的形状可为圆形、四方形等几何形状，亦可为不规则形状，如可设计为商标的外型。且破孔162不与金属板16的边缘连接，亦即，破孔162需为周围封闭的孔洞。破孔162正投影至基板12而形成投影部164，其至少部分与辐射单元14重叠。辐射单元14可为微带天线(microstripantenna)、槽孔天线(slot antenna)、单极天线(monopole antenna)、偶极天线(dipole antenna)、平板天线(patch antenna)、回路天线(loop antenna)、数组天线(array antenna)或其组成的群组。

此外，天线结构1更包含固定件(未示于图中)，连接至少基板12及金属板16其中之一，用以维持金属板16与辐射单元14相隔距离d。于此，固定件可为支撑架、螺柱、螺丝等可支持并固定基板12或金属板16的组件。甚者，当天线结构1应用于电子装置时，可将金属板16连接至电子装置的外壳或成为外壳的一部分。金属板16的材质可为镁、铝、不锈钢、铜或其合金。

请参照图5所示，为本发明第一实施例的增益比较图，与仅辐射单元14及辐射单元14配合无破孔金属板的增益图进行比较。可见，虽于2GHz至4GHz频段中，2.2GHz～2.9GHz及3.6GHz～4GHz频段下，无破孔的金属板对增益有所帮助，但于2.9GHz～3.6GHz频段下，增益却大幅降低。然，本发明实施例提出的天线结构1可于2GHz至4GHz频段下，明显提高增益。由此可见，本发明提出的天线结构1确实具有较好的通讯能力。

请参照图6所示，为本发明第一实施例的回馈损失(Return loss)比较图，与仅辐射单元14及辐射单元14配合无破孔金属板的增益图进行比较。可见虽于仅辐射单元14上方增设无破孔的金属板，在2.8GHz～3GHz频段可降低回馈损失，然于其它频段均较仅辐射单元14的回馈损失高。反观，本发明实施例提出的天线结构1于3.7GHz～4GHz频段均可降低回馈损失，尤其于3.05GHz频率时，可将回馈损失降低至-22dB。再次证明本发明提出的天线结构1确实具有较好的通讯能力。

相较于仅单一辐射单元14，于加入金属板16后，辐射单元14与金属板16之间产生电容效应，而得到较佳的阻抗匹配，而产生至少一共振模态，且其共振模态可提供更大的频宽及增益。

于此，图5及图6所使用的辐射单元14为相同。为了明确指出本发明提出的天线结构1的功效，相较于仅辐射单元14或于辐射单元14上配合一金属板的差异，辐射单元14采一微带天线为例进行量测，然本发明所指的辐射单元14并非以此为限。

请参照图7所示，为本发明第二实施例的侧视图。如前述的天线结构1，金属板16更可延伸至少一侧面166，例如，金属板16的对向两侧延伸二侧面166，由侧视呈“U”字形。或者，亦可仅延伸一侧面166，而于侧视呈“L”字形(未示于图中)。且，金属板16可为长方形、圆形等几何图案或其它不规则的图形。然上述列举金属板的形状仅为举例，并非用以限定本发明。

请参照图8所示，为本发明第三实施例的示意图。以笔记型计算机2为例，说明如何应用本发明提出的天线结构1。金属板16可为笔记型计算机2的背盖外壳22的一部份，背盖外壳22可为塑料、碳纤维或镁铝合金材质，金属板16可以嵌合方式与背盖外壳22连接。笔记型计算机2的天线(未示于图中)通常设计于屏幕上方的背盖外壳22内部，将金属板16设置于天线上方，并与背盖外壳22结合，不但可提升增益，亦兼顾产品的外型。于此，金属板16与背盖外壳22亦可为一体成形。据此，可解决公知无法以金属材质制作无线通讯装置的外壳的问题。

请参照图9所示，为本发明第四实施例的示意图。天线结构1包含基板12、辐射单元14及金属板16。于此，图9示例金属板16为一片状金属板，但本发明并非以此为限，金属板16亦可如前述延伸至少一侧面或为一壳体。

如图9所示，辐射单元14设置于基板12上。辐射单元14包含辐射部141、接地部143及介于二者之间的馈电点145。辐射部141用以于馈电点145接收馈入信号而辐射电磁波。接地部143一端连接辐射部141，另一端电连接至接地(图中未示)。金属板16包含破孔162，且金属板16电连接至接地。金属板16与辐射单元14相隔距离d，用以被辐射单元14激发而产生至少一共振模态。

如前述实施例，天线结构1更可包含固定件，至少连接基板12及金属板16其中之一，用以维持金属板16与辐射单元14相隔距离d。辐射单元14可为微带天线、槽孔天线、单极天线、偶极天线、平板天线、回路天线、数组天线及其所组成的群组。破孔162正投影至基板12的投影部，至少部分重叠辐射单元14。相关说明请参考前述，于此不再重复说明。

意即，相较于第一实施例至第三实施例，本实施例的金属板16与辐射单元14均更可连接至接地。

于此，所述接地指电路中电位的参考基准点。也就是说，金属板16与辐射单元14除了可连接至同一接地地线外，亦可分别连接至二个接地地线。其中，二个接地地线间可以如电感、变压器等隔离组件隔离，用以隔离高低频电路或强弱电电路。

图9中示例破孔162呈“U”字形，但本发明并非以此为限。破孔162的形状亦可为圆形、四方形等几何形状，或可为不规则形状(如设计为商标的外形)。

参照图10所示，为公知金属板16’开孔的示意图。辐射单元14与图9相同，差异在于公知金属板16’需包含较天线面积大的开孔168，以供天线辐射的电磁波能穿越开孔168而辐射出去。

图11为图9的金属板16接地的增益图。图12为图9的金属板16接地的回馈损失图。图13为图10的金属板16’接地的增益图。图14为图10的金属板16’接地的回馈损失图。

合并参照图11至图14所示，可看出本发明第四实施例相较于公知可有较好的增益及回馈损失。因公知开孔仅让天线的电磁波通过，而本实施例金属板16与辐射单元14交互作用，因共振而使增益提高，并可产生更多的共振模态。

图15为图9的金属板16不接地的增益图。图16为图9的金属板16不接地的回馈损失图。图17为图10的金属板16’不接地的增益图。图18为图10的金属板16’不接地的回馈损失图。

合并参照图15至图18所示，可看出当本发明第四实施例的天线结构1的金属板16于非接地时，亦可有较公知好的增益及回馈损失。

参照图19及图20所示，为本发明第五实施例的示意图及侧视图。于第四实施例的差异在于，本实施例的金属板16成壳体状，包覆辐射单元14与基板12。且破孔162位于金属壳体的底面，该底面与辐射单元14相隔距离d。

在一实施例中，应用如图19所示的天线结构1于电子装置时，电子装置的壳体可为金属材质，用以取代金属板16。壳体可透过螺丝(即前述的固定件)锁接电子装置的电路板。并且，壳体可透过螺丝电性连接至电路板的接地线。而电路板可通过外接导线的方式电连接至辐射单元14，以馈入信号至辐射单元14。并且，通过外接导线的方式，使辐射单元14的接地部连接至电路板的接地线。

图21为图19的金属板接地的增益图。图22为图19的金属板接地的回馈损失图。

合并参照图21与图22所示，可看出当本发明第五实施例的天线结构1的金属板16接地并成壳体状时，相对于第四实施例的图11与图12，亦可有相近的增益及回馈损失。

综上所述，本发明确实可透过具有破孔162的金属板16，提高辐射单元14的通讯能力，并可将金属板16应用于电子装置的外壳，提高电子装置的外观设计的自由度。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当根据权利要求所界定的内容为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包含：

一基板；

一辐射单元，设置于该基板上；及

一金属板，包含一破孔，该金属板与该辐射单元相隔一距离，并与该辐射单元绝缘，用以被该辐射单元激发而产生至少一共振模态。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该基板及该金属板至少其中之一连接一固定件，维持该金属板与该辐射单元相隔该距离。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该辐射单元选自微带天线、槽孔天线、单极天线、偶极天线、平板天线、回路天线及数组天线所组成的群组。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该破孔正投影至该基板的一投影部，至少部分重叠该辐射单元。

5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该金属板延伸至少一侧面。

6.一种天线结构，其特征在于，包含：

一基板；

一辐射单元，设置于该基板上，包含：

一辐射部，用以辐射一电磁波；及

一接地部，一端连接该辐射部，另一端电连接至一接地；及

一金属板，包含一破孔，该金属板电连接至该接地，并与该辐射单元相隔一距离，用以被该辐射单元激发而产生至少一共振模态。

7.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该基板及该金属板至少其中之一连接一固定件，维持该金属板与该辐射单元相隔该距离。

8.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该辐射单元选自微带天线、槽孔天线、单极天线、偶极天线、平板天线、回路天线及数组天线所组成的群组。

9.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该破孔正投影至该基板的一投影部，至少部分重叠该辐射单元。

10.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该金属板延伸至少一侧面。

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