CN105789868A - 用于无线通信的天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线结构，其包含第一金属部和第二金属部。第一金属部具有至少一凸出部。第二金属部具有至少一凹陷部。第一金属部与第二金属部相互分离。第一金属部的凸出部延伸到所述第二金属部的凹陷部。第一金属部和第二金属部实质上位于同一平面。

Description

用于无线通信的天线

技术领域

本发明涉及用于无线通信的天线，特定来说涉及用于无线通信的端向辐射天线。

背景技术

随着无线通信技术的蓬勃发展，现今的电子产品如笔记本计算机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant)、无线基站、移动电话等大多具有无线通信功能，使其可使用无线区域网络(WiFi)等技术取代经由电缆线传递数据的方式。无线通信技术是经由天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而接入无线网络。

此外，随着无线通信的操作频率越来越高，将天线集成到射频模块的设计也成为目前趋势。因此，天线的尺寸需往小型化方向发展，以配合电子产品体积缩小的趋势。此外，天线需要足够的带宽以符合大量数据传递的需求。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种小尺寸和相对足够大带宽的天线，以便提升无线通信的通信质量并降低制造成本。

本发明的一实施例涉及一种天线结构，其包含第一金属部和第二金属部。第一金属部具有至少一凸出部。第二金属部具有至少一凹陷部。第一金属部与第二金属部相互分离。第一金属部的凸出部延伸到所述第二金属部的凹陷部。第一金属部和第二金属部实质上位于同一平面。

本发明的另一实施例涉及一种天线结构，其包含第一金属部、第二金属部、第一延伸部和第二延伸部。第一金属部具有至少一凸出部。第二金属部具有至少一凹陷部。第一金属部与第二金属部相互分离。第一金属部的凸出部延伸到第二金属部的凹陷部。第二延伸部的延伸方向与第一延伸部的延伸方向不同。

附图说明

图1A为根据本发明的一实施例的天线结构。

图1B为根据本发明的另一实施例的天线结构。

图2为根据本发明的另一实施例的天线结构。

图3为根据本发明的一实施例的天线结构的测试结果。

具体实施方式

图1A为根据本发明的一实施例的天线结构。如图1所示，天线结构1包含第一天线10、第二天线11和衬底12。天线结构1可为偶极天线(dipoleantenna)。

第一天线10包含第一金属部10a、凸出部10b和第三金属部10c。第一金属部10a与第三金属部10c间形成一角度或以一角度配置。根据本发明的一实施例，第一金属部10a与第三金属部10c实质上互相垂直。凸出部10b可从第一金属部10a或第三金属部10c向外朝向第一方向延伸。根据本发明的一实施例，凸出部10b从第一金属部10a的侧面向外延伸，例如在图1A中向右延伸。

第二天线11包含第二金属部11a、凹陷部11b和第四金属部11c。第二金属部11a与第四金属部11c间形成一角度或以一角度配置。根据本发明的一实施例，第二金属部11a与第四金属部11c实质上互相垂直。凹陷部11b可从第二金属部11a或第四金属部11c向内部朝向第一方向凹陷。根据本发明的一实施例，凹陷部11b从第二金属部11a的侧面向其内部凹陷，例如在图1A中往右向内部凹陷。

第一天线10与第二天线11彼此互相分离，并实质上位于同一平面上。第一天线10的凸出部10b延伸到第二天线11的凹陷部11b，以便通过凸出部10b与凹陷部11b的侧表面来增加第一天线10与第二天线11的感应面积。第一天线10的凸出部10b与第二天线11的凹陷部11b可形成电容效应。通过调整凸出部10b与凹陷部11b的感应面积或调整凸出部10b与凹陷部11b的尺寸可调整电容效应的大小，进而改变天线结构1的阻抗。

衬底12可为单层或多层衬底。根据本发明的一实施例，衬底12可为印刷电路板(PCB)、软性电路板(FPC)或其它合适的电路板。根据图1A所揭示的实施例，衬底12为双层衬底，其包含顶部层12a和底部层12b。第一天线10和第二天线11均位于衬底12的顶部层12a。第二天线11的第四金属部11c与顶部层12a电连接，且第一天线10的第三金属部10c通过导电通孔(conductivevia)12v与底部层12b电连接。

根据本发明的实施例，第一天线10为馈入端天线，其直接与位于底部层12b的发射线(未图示)电连接，而第二天线11为接地端天线，其与顶部层12a的接地层电连接。根据本发明的一实施例，如果将本发明的天线应用于无线通信装置内，那么第一天线10可与通信装置内的收发器电连接，且第二天线11接地。因此，接地端天线与馈入端天线中的信号具有180度的相位差。根据本发明的另一实施例，第一天线10可为接地端天线，且第二天线11可为馈入端天线。换句话说，根据本发明的一实施例，馈入端天线可具有凸出部，而接地端天线具有凹陷部。根据本发明的另一实施例，馈入端天线可具有凹陷部，而接地端天线具有凸出部。

图1B揭示本发明另一实施例的天线结构1。图1B与图1A相似，其不同之处仅在于第一天线10的凸出部10b与第二天线11的凹陷部11b的形状、尺寸、相对位置和延伸方向与图1A所示不同。凸出部和凹陷部的相对位置、尺寸、形状和延伸方向可根据天线的操作频率、带宽等参数而设计。图1A和1B仅为本发明的其中两种实施例，并非用以限制本发明的范围。

为了增加馈入端天线与接地端天线的感应面积和达到所要操作的频率和带宽，可将馈入端天线和接地端天线配置于衬底的不同层或通过额外设计的平衡不平衡转换器(balun)或槽孔来实现。然而，将馈入端天线和接地端天线配置于衬底的不同层或使用额外的元件(如balun)均会增加衬底的面积，进而增加制造成本。根据本发明的实施例，由于第一天线10的凸出部10b和第二天线11的凹陷部11b可增加第一天线10与第二天线11之间的感应面积。此外，第一天线10的凸出部10b和第二天线11的凹陷部11b的相对位置、尺寸、形状和延伸方向等参数可改变所形成的电容效应的大小，进而改变整个天线结构1的阻抗值。因此，可将第一天线10和第二天线11配置于衬底的同一层中。借此，可降低衬底使用的层数或者降低在衬底内所占据的空间，使衬底内的电路布线或布局更具有弹性，进而提高衬底内电气元件的密度。

此外，在某些实施例中，天线的辐射部离衬底的接地层的距离受限于天线传送/接收信号的波长的四分之一。由于本发明的实施例使用凸出部和凹陷部来调整天线结构的阻抗值，所以本发明的第一天线和第二天线的辐射部(例如第一金属部10a和第二金属部11a)距离衬底12的接地端12a的距离可小于四分之一的波长。如此，可降低衬底的面积，进而降低制造成本。

再者，根据本发明的实施例，天线结构可应用于多层衬底中(如六层的衬底)。接地层可位于多层衬底的1-3层，而天线结构可位于多层衬底的4-6层。根据本发明将天线结构的馈入端天线与接地端天线置于同一层(比如均位于第6层)可增加天线结构与接地层(比如位于第1层)之间的距离。如此，可降低接地层对天线结构的干扰。

图2为根据本发明的另一实施例的天线结构。图2所揭示的天线结构2与图1A所揭示的天线结构1相似，其差异处在于图2的天线结构2另包含第一延伸部10d和第二延伸部11d。

第一延伸部10d与第一天线10的第三金属部10c电连接，并从第三金属部10c向外延伸。第一延伸部10d可根据设计需求以相对于第三金属部10c的不同角度向外延伸。根据本发明的一实施例，第一延伸部10d以相对于第三金属部10c呈90度向外延伸。

第二延伸部11d与第二天线11的第四金属部11c电连接，并从第四金属部11c向外延伸。第二延伸部11d可根据设计需求以相对于第四金属部11c的不同角度向外延伸。根据本发明的一实施例，第二延伸部11d以相对于第四金属部11c呈90度向外延伸。根据本发明的一实施例，第二延伸部11d与第一延伸部10d的延伸方向不同。

根据本发明的一实施例，第一金属部10a、第二金属部11a、凸出部10b、凹陷部11b、第三金属部10c、第四金属部11c、第一延伸部10d和第二延伸部11d位于同一平面上。根据本发明的另一实施例，第一金属部10a、第二金属部11a、凸出部10b、凹陷部11b、第三金属部10c、第四金属部11c、第一延伸部10d和第二延伸部11d位于多层衬底12的同一层。

根据本发明的一实施例，第一天线10的第一金属部10a和凸出部10b与第二天线11的第二金属部11a和所述凹陷部11b使得在天线结构2中传递的信号形成第一共振频率。第一天线10的第一延伸部10d与第二天线11的第二延伸部11d使得在所述天线中传递的信号形成第二共振频率。第一天线10的第一金属部10a、第三金属部10c和第一延伸部10d使得在所述天线中传递的信号形成第三共振频率。

增加天线结构2的共振频率的数目可增加天线结构2的带宽。因此，根据本发明的实施例，具有3个共振点的天线结构2相较于具有少于3个共振点的天线结构具有较大的带宽。此外，在某些实施例中，天线的辐射部离衬底的接地层的距离为天线传送/接收信号的波长的四分之一。然而，根据本发明的实施例所使用凸出部和凹陷部可调整天线结构的阻抗值并通过第一延伸部10d和第二延伸部11d来增加共振点，因此本发明的第一延伸部10d和第二延伸部11d距离衬底12的接地端12a的距离可小于天线传送/接收信号的波长的四分之一。根据本发明的一实施例，第一延伸部10d和第二延伸部11d距离衬底12的接地端12a的距离H1可为0.05毫米，而第一金属部10a和第二金属部11a距离衬底12的接地端12a的距离H2可为0.32毫米。因此，整个衬底的天线净空区的宽度H3可降低到约0.7-0.75毫米。如此，可降低衬底的面积，进而降低制造成本。此外，如果在相同面积衬底的情况下，可增加电路布局的弹性或增加天线布局的空间，进而增加天线传递信号的质量。

图3揭示图2的天线结构2的测试结果。在图3中，实线代表天线操作频率与回波损耗(returnloss)之间的关系；实线的横坐标表示操作频率(GHz)；实线的纵坐标表示回波损耗(dB)。在图3中，虚线表示天线操作频率与峰值增益(peakgain)之间的关系；虚线的横坐标同样表示操作频率(GHz)，虚线的纵坐标表示峰值增益(dB)。从图3可看出图2的天线结构2的第一天线10和第二天线11所形成的三个共振频率(分别为f1、f2和f3)，因此其具有36.2％的带宽。在不具有此结构的实施例中，天线仅具有16％的带宽。因此，本发明的天线带宽约为不具有此结构的天线的带宽的2.3到2.4倍。由图3的模拟结果可得知相较于不具有此结构的天线结构，本发明的天线结构具有相对较大的带宽，因此信号发射的速率和质量均可获得提升。

虽然本发明的技术内容与特征如上所述，然而本发明所属领域的一般技术人员仍可在不背离本发明的教导与揭示的情况下进行许多变化与修改。因此，本发明的范围并非限定于已揭示的实施例而是包含不背离本发明的其它变化与修改，其是如所附权利要求书所涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种天线结构，其包含

第一金属部，其具有至少一凸出部；以及

第二金属部，其具有至少一凹陷部，所述第一金属部与所述第二金属部相互分离，

其中所述凸出部延伸到所述凹陷部；且

其中所述第一金属部和所述第二金属部实质上位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其进一步包含第三金属部和第四金属部，所述第三金属部与所述第一金属部连接，且所述第四金属部与所述第二金属部连接。

3.根据权利要求2所述的天线，其中所述第三金属部与所述第一金属部以一角度配置，且所述第四金属部与所述第二金属部以一角度配置。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的天线结构，其中所述第一金属部和所述第二金属部位于多层衬底的同一层。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的天线结构，其中所述凸出部与所述凹陷部经配置以形成电容效应。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的天线结构，其中所述第一金属部中所传递的信号与所述第二金属部中所传递的信号具有180度的相位差。

7.根据权利要求1所述的天线结构，其中所述天线为偶极天线。

8.一种天线结构，其包含

第一金属部，其具有至少一凸出部；

第二金属部，其具有至少一凹陷部，所述第一金属部与所述第二金属部相互分离，所述凸出部延伸到所述凹陷部；

第一延伸部；以及

第二延伸部，所述第二延伸部的延伸方向与所述第一延伸部的延伸方向不同。

9.根据权利要求9所述的天线结构，其中所述第一延伸部通过第三金属部与所述第一金属部相连接，且所述第二延伸部通过第四金属部与所述第二金属部相连接。

10.根据权利要求8所述的天线结构，其中所述第一金属部、所述第二金属部、所述第一延伸部和所述第二延伸部实质上位于同一平面。

11.根据权利要求8所述的天线结构，其中第一金属部、所述第二金属部、所述第一延伸部和所述第二延伸部位于多层衬底的同一层。

12.根据权利要求11所述的天线结构，其中所述第一延伸部和所述第二延伸部与所述多层衬底的接地层间的最小距离小于通过所述天线所传递的信号的四分之一波长。

13.根据权利要求11所述的天线结构，其中所述第一延伸部和所述第二延伸部与所述多层衬底的接地层间的最小距离小于0.05毫米。

14.根据权利要求8所述的天线结构，其中所述第一金属部和所述凸出部与所述第二金属部和所述凹陷部使得在所述天线中传递的信号形成第一共振频率。

15.根据权利要求8所述的天线结构，其中第一延伸部与所述第二延伸部使得在所述天线中传递的信号形成第二共振频率。

16.根据权利要求9所述的天线结构，其中所述第一金属部、所述第三金属部和所述第一延伸部使得在所述天线中传递的信号形成第三共振频率。

17.根据权利要求8所述的天线结构，其中所述天线为偶极天线。

18.一种无线通信装置，其包含：

第一天线，其具有凸出部；

第二天线，其具有凹陷部；以及

收发器，

其中所述第一天线与所述第二天线分离，且所述凸出部延伸到所述凹陷部；且

其中所述第一天线和所述第二天线实质上位于同一平面。

19.根据权利要求18所述的无线通信装置，其中所述第一天线与所述收发器电连接，且所述第二天线接地。

20.根据权利要求18所述的无线通信装置，其中所述第一天线具有第一延伸部，且所述第二天线具有第二延伸部，其中所述第二延伸部的延伸方向与所述第一延伸部的延伸方向不同。