CN104979621A - 天线结构与其电子装置 - Google Patents

Abstract

一种天线结构，其包括天线本体以及电容。天线本体包括馈入端、接地端以及开路端，其中天线本体用以收发射频信号。电容耦接于天线本体的开路端与系统接地面之间。天线本体的馈入端至开路端的路径长度小于射频信号的四分之一波长。本发明中的天线结构透过设置于辐射部的开路端与系统接地面间的电容，使得天线结构可有效的缩小其整体体积。

Description

天线结构与其电子装置

【技术领域】

本发明是有关于一种天线结构与其电子装置，具体涉及一种具有较小占用面积的天线结构与其电子装置。

【背景技术】

随着科技的日新月异，智能型手机以及平板计算机等行动电子装置逐渐地成为了人们日常生活中不可缺少的存在。行动电子装置通常设置了无线射频信号的收发能力以供提供使用者通话以及数据传输上的需求，行动电子装置上则亦需对应所需收发的的射频信号的频带以及特性设置一或多种的天线来收发对应的射频信号。天线本身的体积大小受限于所对应收发的射频信号的波长的长短较难有放大及缩小的可能。另外，行动电子装置的设计者亦必须配合天线设置对应于天线本身体积大小的净空区域，使得天线的收发能力不受到行动电子装置中其它组件的影响。但为了便于携带，行动电子装置在设计上便朝着轻薄短小的方向进行设计。伴随着这样轻薄短小的设计需求，天线于设置上则增加更多需要考虑的问题。

【发明内容】

本发明提供一种天线结构以及电子装置，其天线结构具有较小的占用面积。

本发明的天线结构包括一天线本体以及一电容。天线本体包括一馈入端、一接地端以及一开路端，其中天线本体用以收发一射频信号。电容耦接于天线本体的开路端与一系统接地面之间。其中，天线本体的馈入端至开路端的一路径长度小于射频信号的四分之一波长。

本发明的电子装置包括一信号处理单元、一天线本体以及一电容。信号处理单元产生或接收一射频信号。天线本体包括一馈入端、一接地端以及一开路端，其中信号处理单元透过一同轴线连接天线本体的馈入端以收发一射频信号。电容耦接于天线本体的开路端与系统接地面之间。其中，天线本体的馈入端至开路端的一路径长度小于射频信号的四分之一波长。

相较于现有技术，本发明中的天线结构透过设置于辐射部的开路端与系统接地面间的电容，使得天线结构可有效的缩小其整体体积。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1为根据本发明一实施例所绘示天线结构的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例所绘示天线结构的结构示意图。

图3为根据本发明一实施方式所绘示的天线结构的效率示意图。

图4为根据本发明一实施例所绘示电子装置的装置方块图。

【具体实施方式】

图1为根据本发明一实施例所绘示天线结构的结构示意图。请参照图1，天线结构10包括天线本体110以及电容120。天线本体110包括馈入端FP1、接地端GP1以及开路端OP1，其中天线本体110用以收发一射频信号。电容120耦接于天线本体110的开路端OP1与系统接地面GND之间。其中天线本体110的馈入端FP1至开路端OP1的路径长度小于射频信号的四分之一波长。

在本实施例中，天线本体110以平面倒F天线（Planar Inverted F Antenna,PIFA）的原理收发所述的射频信号。而一般而言，根据PIFA的原理，天线本体110的馈入端FP1至开路端OP1的路径长度应等同于或接近于天线本体110所收发的射频信号的四分之一波长。但由于在本发明中，天线结构10中增设了耦接于天线本体的开路端OP1与系统接地面GND之间的电容120，使得天线本体110，特别是因收发射频信号而被激发时天线本体110中馈入端FP1至开路端OP1之间的电流路径，与系统接地面GND之间的电容效应改变，使得天线本体110于收发射频信号时的操作频率降低。上述电流路径与系统接地面GND之间的电容效应正比于辐射体。

因此，相较于习知技术中所运用的PIFA天线，以本发明所提出的天线结构10可以较短的电流路径（即，天线本体110中馈入端FP1至开路端OP1之间的电流路径）收发相同中心频率的射频信号，进而缩小天线本体110的体积。而上述的电容效应可被表示如下式（1）：

$C={\mathrm{\ϵ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_o\frac{A}{d}---\left(1\right)$

其中，C为上述电流路径与系统接地面GND之间的电容效应、ε_r以及ε_o分别为介质系数以及波兹曼常数、A为辐射体（即天线本体110中馈入端FP1至开路端OP1之间的电流路径）的面积以及d为辐射体到系统接地面GND的距离。

由式（1）可知，上述的电容效应正比于辐射体（对应于天线本体10中馈入端FP1至开路端OP1之间的电流路径）的面积，以及反比于辐射体到系统接地面GND的距离，在实际实施时则可根据上述的比例关系（辐射体的面积以及辐射体到系统接地面GND的距离）配合电容120的电容值来设置天线本体110。

而本发明中的天线本体110并不限定为如图1所示天线本体110的结构，

更可根据实际实施情况调整天线本体110中各部件的形状以及长度。图2为根据本发明另一实施例所绘示天线结构的结构示意图。请参照图2，天线结构20包括天线本体210以及电容220。天线本体210包括馈入端FP2、接地端GP2以及开路端OP2，其中天线本体210用以收发射频信号。电容220耦接于天线本体210的开路端OP2与系统接地面GND之间。相似于图1所示实施例中的天线结构110，由于电容220的设置改变了天线本体210与系统接地面GND之间的电容效应，天线本体210的馈入端FP2至开路端OP2的路径长度得以小于射频信号的四分之一波长。由于实际实施时的环境因素以及阻抗匹配等考虑，使得天线结构20与图1所示天线结构10的结构略有不同，但天线结构20收发射频信号的原理与图1所示实施例相似，在此则不赘述。

而在实际测试中，电容110、220的电容值为0.1～0.3pF时，约可对位于800MHz或900MHz附近的天线的操作频率造成100MHz左右或更多向低频方向的偏移，而若是天线本身的操作频率更高时，则可能产生更多向低频的频偏。但经过实际测试，若是设置更高电容值的电容，则在造成天线频偏的同时，也会造成天线效率大幅的降低。

图3为根据本发明一实施方式所绘示的天线结构的效率示意图。请参照图3，图3中的曲线C1（以虚线绘示）表示为使用图2所示实施例的天线结构20去除电容220时的天线效率曲线。其中，在此实施例中，天线结构20所设定的操作频率为900MHz，即馈入端FP2至开路端OP2之间的电流路径的长度为接近于频率为900MHz的射频信号的四分之一波长，所以由图3曲线C1可观察到，此时天线结构20于900MHz附近有较好的频宽以及良好的效率表现。

图3中的的曲线C2（以实线绘示）表示为使用图2所示实施例的天线结构20包括电容220时的天线效率曲线。此时，天线结构20的设定与曲线C1相同，差别仅在于增设了电容值为0.2pF的电容220。而这样的设置则使得天线结构20的操作频率降至了806MHz左右，约降低了94MHz。虽由图3可知，曲线C2于806MHz附近的频宽较曲线C1于900MHz附近窄，但以可供使用的天线的效率为45%这样的标准来看，曲线C2于效率为45%附近的频宽（约从869MHz至940MHz，具有71MHz的频宽）则与曲线C1于效率为45%附近的频宽（约从782MHz至849MHz，具有68MHz的频宽）相近，因此上述电容的设置可有效地对天线结构的操作频率产生向低频方向的移动，却不对本身天线的效率或特性造成太多的影响。

本发明亦提出一种电子装置。图4为根据本发明一实施例所绘示电子装置的装置方块图。请参照图4，电子装置40包括信号处理单元410以及耦接至信号处理单元410的天线结构420。在此实施例中，天线结构420可包括如图1或图2所示的天线本体以及电容。信号处理单元410则透过一同轴线连接该天线本体的该馈入端，可产生射频信号SIG透过天线结构420传送，或是透过天线结构420接收射频信号SIG。而其中天线结构420的详细实施方式以及作动原理可参照图1或图2所示的实施例，在此则不赘述。

综上所述，本发明提供了一种天线结构以及电子装置，透过于天线的开路端与系统接地面间设置一电容值不大的电容来增加天线与系统接地面间的电容效应，使得天线可以缩小其长度以及面积，进而天线可缩小其所设置的电子装置上的面积，有助于电子装置更加轻薄短小的设计需求。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括：

一天线本体，包括一馈入端、一接地端以及一开路端，其中该天线本体用以收发一射频信号；

一电容，耦接于该天线本体的该开路端与一系统接地面之间；

其中，该天线本体的该馈入端至该开路端的一路径长度小于该射频信号的四分之一波长。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线本体为一平面倒F天线（Planar Inverted F Antenna,PIFA）。

3.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该电容的电容值小于1pF。

4.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该电容的电容值与该天线本体的该馈入端至该开路端的该路径长度负相关。

5.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

一信号处理单元，产生或接收一射频信号；

一天线本体，包括一馈入端、一接地端以及一开路端；

其中该信号处理单元透过一同轴线连接该天线本体的该馈入端以收发一射频信号；

一电容，耦接于该天线本体的该开路端与一系统接地面之间；

其中，该天线本体的该馈入端至该开路端的一路径长度小于该射频信号的四分之一波长。

6.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，该天线本体为一平面倒F天线（Planar Inverted F Antenna,PIFA）。

7.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，该电容的电容值小于1pF。

8.根据权利要求5所述的电子装置，其特征在于，该电容的电容值与该天线本体的该馈入端至该开路端的该路径长度负相关。