CN102956971A - 天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线结构，包含基板，具有第一表面及第二表面；导体单元阵列，设置于该第一表面且包含至少二个彼此耦合的导体单元，该导体单元包含介质材料及二个导体设置于该介质材料的二表面；以及至少一负载金属片，设置于该第一表面或该第二表面或该第一表面及该第二表面。

Description

天线结构
技术领域
本发明是关于一种天线结构，特别是关于一种利用多导体单元及负载金属片设定辐射模态的天线结构。
背景技术
近年来对于替代能源的需求大幅增加，在各国政府的鼓励投资之下，太阳能光电转换装置产业大幅成长，并随着太阳能光电转换效率的提升，其应用从较大面积布建产生绿色替代能源外，目前太阳能光电转换装置亦大量应用于手持端移动通信装置充电模块，提供临时电源或延长电池使用时间。为提供手持端移动通信装置足够的补充电力，充电模块必须具有一定面积的太阳能光电转换装置，因此若能充分利用其电极作为天线辐射金属片的一部分，提供射频电流路径，以解决手持端移动通信装置低频段天线模态激发及辐射效率问题。整合后充电模块可作为移动通信装置主辐射天线或分集天线，两类型应用原则上皆可提高充电模块附加价值。然而，在特定太阳能光电转换装置输出功率下(即固定光能转换面积下)，要能有效激发天线模态，则需要有特殊的技术手段才能同时达到两目的。
发明内容
本发明提供一种天线结构，包含基板，具有第一表面及第二表面；导体单元阵列，设置于该第一表面且包含至少二个彼此耦合的导体单元，该导体单元包含介质材料及二个导体设置于该介质材料的二表面；以及至少一负载金属片，设置于该第一表面或该第二表面或该第一表面及该第二表面。
上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点，以使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制作工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，这类等效建构无法脱离权利要求所界定的本发明的精神和范围。
附图说明
图1为本发明一实施例的天线结构；
图2为本发明另一实施例的天线结构；
图3为本发明另一实施例的天线结构；
图4为本发明另一实施例的天线结构；
图5为本发明另一实施例的天线结构；
图6为本发明另一实施例的天线结构；
图7为本发明一实施例的导体单元的结构；
图8为本发明另一实施例的导体单元的结构；
图9为本发明另一实施例的导体单元的结构；
图10为本发明一实施例的天线结构的立体图；
图11为图10的天线结构的局部放大图；
图12为图10的天线结构10G的局部放大图；
图13为本发明另一实施例的天线结构；
图14为图13的天线结构的仿真天线增益图；
图15为本发明另一实施例的天线结构；
图16为图15的天线结构的仿真天线增益图；
图17为本发明另一实施例的天线结构；
图18为图17的天线结构的仿真折返损耗图；
图19为本发明另一实施例的天线结构；
图20为图19的天线结构的仿真折返损耗图；
图21为本发明另一实施例的天线结构；
图22为图21的天线结构的仿真折返损耗图；
图23为本发明另一实施例的天线结构；
图24为图23的天线结构的仿真折返损耗图；
图25为本发明另一实施例的天线结构；
图26为图25的天线结构的仿真频率响应图；
图27为本发明另一实施例的天线结构；
图28为图27的天线结构的仿真折返损耗图；
图29为本发明另一实施例的天线结构；
图30为图29的天线结构的仿真折返损耗图；
图31为本发明另一实施例的天线结构；以及
图32为图31的天线结构的仿真折返损耗图。
【主要元件符号说明】
10A    天线结构
10B    天线结构
10C    天线结构
10D    天线结构
10E    天线结构
10F    天线结构
10G    天线结构
10H    天线结构
10I    天线结构
10J    天线结构
10K    天线结构
10L    天线结构
10M    天线结构
10N    天线结构
10P    天线结构
10R    天线结构
10S    天线结构
11     基板
11A    第一表面
11B    第二表面
13     导体单元阵列
15     导体单元
17     下导体
18     介质材料
19    上导体
21    负载金属片
21A   负载金属片
21B   负载金属片
23    接地金属片
24    接地点
25    激发源
26    馈入点
27    导电件
29    耦合金属片
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明一实施例的天线结构10A。该天线结构10A包含基板11，具有第一表面11A及第二表面11B；导体单元阵列13，设置于该第一表面11A且包含至少二个彼此耦合的导体单元15；以及至少一负载金属片21，设置于该第二表面11B，并与该导体单元15的导体呈直流开路；接地端23，其可以面向该负载金属片21且与该负载金属片21直流开路的接地金属片予以实现(参考图10)；其中激发源25连接于该负载金属片21与该接地金属片23之间。在本发明的一实施例中，该负载金属片21部分面积与该导体单元15的间隙的垂直投影重叠。
在本发明的一实施例中，各该导体单元15包含介质材料18、下导体17、上导体19，其中该下导体17及该上导体19分别设置于该介质材料18的上下二表面，且该导体单元阵列13通过导电件27连接二相邻导体单元15(连接二相邻的下导体17与上导体19)或通过导电件29连接二相邻导体单元15(连接二相邻的下导体17或连接二相邻的上导体)。该导体单元15之间的电磁能量耦合可使该导体单元阵列13激发可辐射的模态，且该负载金属片21则通过与该导体单元阵列13间的寄生效应而于特定频段激发可辐射的模态。在本发明的一实施例中，该导体单元15的尺寸小于该天线结构10A的第一操作模态的四分之一波长，且相邻的导体单元15的间距小于10mm。
在本发明的一实施例中，该导体单元15为太阳能光电转换单元，其中该介质材料作为该太阳能光电转换单元的太阳能光电转换材料(例如单晶或多晶硅)，该导体单元15的下导体17及上导体19分别作为该太阳能光电转换单元二传导电极，通过导电件27与导电件29决定两太阳能光电转换单元为并联或串联。该太阳能光电转换材料将光能转换成电能，再通过该传导电极将电能收集并传导另一个太阳能光电转换装置单元或是传导至电力系统。
图2为本发明另一实施例的天线结构10B。相较于图1所示的天线结构10A将该激发源25连接于该负载金属片21与该接地金属片23之间，图2的天线结构10B将该激发源25连接于该导体单元15的下导体17与该接地金属片23之间。
图3为本发明另一实施例的天线结构10C。相较于图1所示的天线结构10A将该负载金属片21设置于该第二表面11B，图3的天线结构10C将该负载金属片21设置于该基板11与该导体单元阵列13之间(亦即设置于该第一表面11A)，使得该负载金属片21与导体单元15的下导体17直接接触，形成直流短路状态。
图4为本发明另一实施例的天线结构10D。相较于图1所示的天线结构10A将所有负载金属片21设置于该第二表面11B，图4的天线结构10D分别于该第一表面11A及该第二表面11B设置第一负载金属片21A、第二负载金属片21B，亦即将该第一负载金属片21A设置于该第二表面11B以及该第二负载金属片21B设置于该第一表面11A。
图5为本发明另一实施例的天线结构10E。相较于图1所示的天线结构10A将该激发源25直接连接于该负载金属片21，图5的天线结构10E将该激发源25连接于耦合金属片31，该耦合金属片31再将能量耦合至于该负载金属片21，亦即该激发源25的能量经由该金属片31耦合至该负载金属片21。
图6为本发明另一实施例的天线结构10F。相较于图5所示的天线结构10E将所有负载金属片21设置于该第二表面11B；图4的天线结构10D分别于该第一表面11A及该第二表面11B设置第一负载金属片21A、第二负载金属片21B，亦即将该第一负载金属片21A设置于该第二表面11B以及该第二负载金属片21B设置于该第一表面11A。
图7为本发明一实施例的导体单元15A的结构。该导体单元15A的下导体17A覆盖该介质材料18的下表面，该导体单元15A的上导体19A则呈鱼骨状。图8为本发明另一实施例的导体单元15B的结构。该导体单元15B的下导体17B覆盖该介质材料18的下表面，该导体单元15B的上导体19B则呈长条状。图9为本发明另一实施例的导体单元15C的结构。该导体单元15C的下导体17C覆盖该介质材料18的下表面，该导体单元15C的上导体19C覆盖该介质材料18的上表面。
图10为一立体图，为本发明一实施例的天线结构10G。在本发明的一实施例中，该天线结构10G的接地金属片23设置于该基板11的第一表面(下表面)11A，该导体单元阵列13亦设置于该基板11的第一表面11A，该接地金属片23与该导体单元阵列13不重叠。在本发明的一实施例中，该天线结构10G的负载金属片21呈分支状，且设置于该基板11的第二表面(上表面)11B，并与该导体单元阵列13重叠。
图11为图10的天线结构10G的局部放大图，显示该导体单元阵列13的导电件27；图12为图10的天线结构10G的局部放大图，显示该天线结构10G的短路点24及馈入点26。在本发明的一实施例中，该负载金属片21包含第一负载金属片21A及数片第二负载金属片21B，该短路点24穿透该基板11而连接该第一负载金属片21A及该接地金属片23，该馈入点26穿透该基板11而连接该第二负载金属片21B及该接地金属片23。
图13为本发明另一实施例的天线结构10H，图14为该天线结构10H的仿真天线增益对频率响应图；图15为本发明另一实施例的天线结构10I，图16为该天线结构10I的仿真天线增益对频率响应图。图13的天线结构10H的负载金属片21的形状略呈梯形；相对地，图15的天线结构10I的负载金属片21的形状为分支状。
图17为本发明另一实施例的天线结构10J，图18为该天线结构10J的仿真天线增益对频率响应图。图17的天线结构10J包含第一负载金属片21A及数片第二负载金属片21B，其中该馈入点26连接于该第一负载金属片21A。
参考该天线结构10H的仿真天线增益图(图14)、天线结构10I的仿真天线增益图(图16)及天线结构10J的仿真天线增益图(图18)，可知于相同尺寸导体单元阵列13配置不同负载金属片21形式，其相互间寄生效应不同而改变电磁能量的耦合，增加负载金属片21B可提供低频射频电流路径，因此使天线结构10J较天线结构10H增加低频可操作频段。
图19为本发明另一实施例的天线结构10K，图20为该天线结构10K的仿真折返损耗图。该天线结构10K的接地金属片23与该导体单元阵列13设置于同一表面，彼此不重叠；该第一负载金属片21A及该第二负载金属片21B设置于同一表面，与该导体单元阵列13分别设置于该基板的两表面；该第一负载金属片21A呈分支状，该短路点24穿透该基板11而连接该第一负载金属片21A及该接地金属片23；该馈入点26穿透该基板11而连接该第二负载金属片21B及该接地金属片23。
参考图20的模拟折返损耗图可知在频率介于0.5至1.0GHz之间，该天线结构10K的折返损耗小于-7dB，表示该激发源25的能量于该频段可馈入该天线结构10K。换言之，图19所示的天线结构10K可操作GSM900及数字电视频段信号。此外，新一代无线通信系统LTE(Long Term Evolution)的操作频率可能包含2.3至2.69GHz的频段，参考图20的模拟折返损耗图可知在频率介于2.3至2.69GHz之间，该天线结构10K的折返损耗小于-7dB，表示该激发源25的能量于该频段可馈入该天线结构10K。换言之，图19所示的天线结构10K亦可适用于未来LTE无线通信系统。
图21为本发明另一实施例的天线结构10L，图22为该天线结构10L的仿真折返损耗图。该天线结构10L的接地金属片23与该导体单元阵列13设置于同一表面，但彼此不重叠；该天线结构10L包含第一负载金属片21A及第二负载金属片21B，该短路点24穿透该基板11而连接该第一负载金属片21B及该接地金属片23；该馈入点26穿透该基板11而连接该第二负载金属片21A及该接地金属片23。
参考图22的模拟折返损耗图可知在频率介于0.5至1.0GHz之间，该天线结构10L的折返损耗小于-7dB，此频率范围包含GSM850/900通信系统与数字电视系统的频段，表示该激发源25的大部分能量均可馈入该天线结构10L于该频段。换言之，图21所示的天线结构10L可应用操作于GSM900通信系统及或数字电视频段系统。
此外，GSM1800通信系统的频率介于1.6至2.0GHz之间，参考图22的模拟折返损耗图可知在频率介于1.6至2.0GHz之间，该天线结构10L的折返损耗小于-7dB，，此频率范围包含GSM1800通信系统频段，表示该激发源25的能量可馈入该天线结构10L于该频段。换言之，图21所示的天线结构10L亦可操作于GSM1800频段。
图23为本发明另一实施例的天线结构10M，图24为该天线结构10M的仿真频率响应变化，其中该天线结构10M的导体单元15的数量(n)分别为2、4、6、8、10。如图24所示，该天线结构10M的折返损耗波形随着其导体单元15的数量不同而改变；换言之，本发明的天线结构10M可通过改变其导体单元15的数量而调整折返损耗，改变天线操作频段。
图25为本发明另一实施例的天线结构10N，图26为该天线结构10N的仿真折返损耗图。该天线结构10N包含第一负载金属片21A及第二负载金属片21B，该第一负载金属片21A耦接于该馈入点26。该第二负载金属片21B在X方向的宽度固定为16mm，在Y方向的宽度分别为15mm、25mm、35mm、45mm、55mm。如图26所示，该天线结构10N的频率响应随着其第二负载金属片21B在Y方向的宽度不同而改变；换言之，本发明的天线结构10N可通过改变其第二负载金属片21B在Y方向的宽度而调整折返损耗，改变天线操作频段。
图27为本发明另一实施例的天线结构10P，图28为该天线结构10P的仿真折返损耗图。该天线结构10P包含第一负载金属片21A及数片第二负载金属片21B，该第一负载金属片21A耦接于该馈入点26。该第二负载金属片21B在Y方向的宽度固定，在X方向的宽度分别为1mm、5mm、9mm、13mm。如图28所示，该天线结构10P的折返损耗随着其第二负载金属片21B在X方向的宽度不同而改变；换言之，本发明的天线结构10P可通过改变其第二负载金属片21B在X方向的宽度而调整折返损耗，改变天线操作频段。
图29为本发明另一实施例的天线结构10R，图30为该天线结构10R的仿真折返损耗图。该天线结构10R包含第一负载金属片21A及第二负载金属片21B，该第一负载金属片21A耦接于该馈入点26。该第二负载金属片21B在Y方向的宽度固定，在X方向的宽度分别为10mm、30mm、40mm、50mm。如图30所示，该天线结构10R的折返损耗随着其第二负载金属片21B在X方向的宽度不同而改变；换言之，本发明的天线结构10R可通过改变其第二负载金属片21B在X方向的宽度而调整折返损耗，改变天线操作频段。
图31为本发明另一实施例的天线结构10S，图32为该天线结构10S的仿真折返损耗图。该天线结构10S包含第一负载金属片21A及第二负载金属片21B。在图25的天线结构10N中，该馈入点26连接耦合于该第一负载金属片21A及该接地金属片23，其中该导体单元15的导体并未接触该第一负载金属片21A，形成直流开路状态。相对地，在图31的天线结构10S中，该馈入点26连接耦合该第二负载金属片21A及该接地金属片23，其中该导体单元15的导体与该第二负载金属片21A直接接触，形成直流短路状态。比较图26(图25的天线结构10N的折返损耗图)及图32(图31的天线结构10S的折返损耗图)可知，本发明的天线结构10S可通过改变该负载金属片21与导体单元15的导体以耦合或直接相连接方式馈入电磁能量，影响天线操作频段。
此外，该天线结构10S的负载金属片21在X方向的宽度固定为16mm，在Y方向的宽度分别为15mm、25mm、35mm、45mm、55mm。如图32所示，该天线结构10S的折返损耗随着其负载金属片21在Y方向的宽度不同而改变；换言之，本发明的天线结构10S可通过改变其负载金属片21在Y方向的宽度而调整频率响应，改变天线操作频段。
简言之，本发明的技术为具多个导体单元结构天线的创作，其在预定面积内排列多个导体单元，通过导体单元之间以电耦合或磁耦合方式进行电性连结成为导体单元阵列，可于特定频段激发出可辐射的模态。此外，本发明通过导体单元阵列与负载金属片间的寄生效应及导体单元间的电磁能量耦合，可于特定频率激发可辐射的模态，使得天线结构可以接收或发射所需要的射频电磁波。再者，导体单元的结构与太阳能光电转换单元的结构相似，因此本发明将太阳能光电转换单元经由适当配置而形成为多导体单元的天线结构，可于特定频段激发出可辐射的模态且原则上不会过度影响太阳能光电转换单元的效率。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，在不背离权利要求所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多制作工艺可以不同的方法实施或以其它制作工艺予以取代，或者采用上述二种方式的组合。
此外，本案的权利范围并不局限于上文揭示的特定实施例的制作工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，基于本发明教示及揭示制作工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发者，其与本案实施例揭示者为以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，亦可使用于本发明。因此，以下的权利要求用以涵盖用以此类制作工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。

Claims (8)

1.一种天线结构，包含：
基板，具有第一表面及第二表面；
导体单元阵列，设置于该第一表面且包含至少二个彼此耦合的导体单元，该导体单元包含介质材料及二个导体，该二个导体分别设置于该介质材料的二表面；以及
至少一负载金属片，设置于该第一表面或第二表面或该第一表面及该第二表面。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其中激发源连接于该导体单元与接地金属片之间。
3.根据权利要求1所述的天线结构，其中激发源连接于该负载金属片与接地金属片之间。
4.根据权利要求1所述的天线结构，其另包含耦合金属片，耦合电磁能量至该负载金属片，且激发源连接于该耦合金属片与接地金属片之间。
5.根据权利要求1所述的天线结构，其中该负载金属片部分面积可与该导体单元间隙的垂直投影重叠。
6.根据权利要求1所述的天线结构，其中该导体单元为太阳能光电转换单元。
7.根据权利要求1所述的天线结构，其中该负载金属片设置于该第一表面，并与该导体单元的导体呈直流短路。
8.根据权利要求1所述的天线结构，其中该负载金属片设置于该第二表面，并与该导体单元的导体呈直流开路。
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