CN106159414B - 天线结构 - Google Patents

Abstract

一种天线结构，包括：一接地元件、一第一辐射支路，以及一第二辐射支路。该第一辐射支路具有一第一端和一第二端，其中该第一辐射支路的该第一端耦接至一信号源，而该第一辐射支路的该第二端为一开路端。该第二辐射支路具有一第一端和一第二端，其中该第二辐射支路的该第一端耦接至该信号源，而该第二辐射支路的该第二端耦接至该接地元件。该第二辐射支路的长度大致等同于该第一辐射支路的长度。

Description

天线结构

技术领域

本发明关于一种天线结构，特别关于一种可降低特定吸收率(SpecificAbsorption Rate，SAR)的天线结构。

背景技术

随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。

天线为支持无线通讯功能的移动装置中不可或缺的元件。为避免天线发射的电磁波对人体产生不良影响，现行法令都针对移动装置的特定吸收率(Specific AbsorptionRate，SAR)有严格规范。如何设计出兼顾通讯品质及符合法规的天线，已成为现今设计者的一大挑战。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提供一种天线结构，包括：一接地元件、一第一辐射支路，以及一第二辐射支路。该第一辐射支路具有一第一端和一第二端，其中该第一辐射支路的该第一端耦接至一信号源，而该第一辐射支路的该第二端为一开路端。该第二辐射支路具有一第一端和一第二端，其中该第二辐射支路的该第一端耦接至该信号源，而该第二辐射支路的该第二端耦接至该接地元件。该第二辐射支路的长度大致等同于该第一辐射支路的长度。

在一些实施例中，该第一辐射支路大致为一倒C字形。

在一些实施例中，该第二辐射支路大致为一倒J字形。

在一些实施例中，该第一辐射支路激发产生一低频频带，该第二辐射支路激发产生一高频频带，该低频频带约介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带约介于5150MHz至5850MHz之间。

在一些实施例中，该第一辐射支路于该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射支路于该接地元件上具有一第二高度，而该第二高度小于该第一高度的0.5倍。

在一些实施例中，该高频频带的一电流最大值处位于该第二辐射支路上，以降低该天线结构于该高频频带的一特定吸收率。

在一些实施例中，该天线结构更包括一第三辐射支路。该第三辐射支路具有一第一端和一第二端，其中该第三辐射支路的该第一端耦接至该第一辐射支路的一中间部份，而该第三辐射支路的该第二端为一开路端。

在一些实施例中，该第三辐射支路大致为一直条形。

在一些实施例中，该第一辐射支路于该接地元件上具有一第一高度，该第三辐射支路于该接地元件上具有一第三高度，而该第三高度约为该第一高度的0.5倍至1倍。

在一些实施例中，该第三辐射支路用于调整该高频频带的阻抗匹配。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；以及

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200、300～天线结构；

110、310～接地元件；

115、315～接地元件的缺口；

120～第一辐射支路；

121～第一辐射支路的第一端；

122～第一辐射支路的第二端；

130～第二辐射支路；

131～第二辐射支路的第一端；

132～第二辐射支路的第二端；

140～第二辐射支路；

141～第二辐射支路的第一端；

142～第二辐射支路的第二端；

151～虚线框；

190～信号源；

H1～第一高度；

H2～第二高度；

H3～第三高度。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的示意图。天线结构100可应用于一移动装置当中，例如：一智能手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记本电脑(Notebook Computer)。如图1所示，天线结构100至少包括：一接地元件110、一第一辐射支路120，以及一第二辐射支路130。天线结构100可设置于一介质基板(Dielectric Substrate)上，例如：一系统电路板，或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。接地元件110、第一辐射支路120，以及第二辐射支路130皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。第二辐射支路130的总长度大致等同于第一辐射支路120的总长度。

第一辐射支路120可以大致为一倒C字形。第一辐射支路120具有一第一端121和一第二端122，其中第一辐射支路120的第一端121耦接至一信号源190，而第一辐射支路120的第二端122为一开路端(Open End)。第一辐射支路120的第二端122更可朝向其内部作延伸，以降低其总体面积。信号源190可以是移动装置的一射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于激发天线结构100。第二辐射支路130可以大致为一倒J字形。第二辐射支路130具有一第一端131和一第二端132，其中第二辐射支路130的第一端131耦接至信号源190，而第二辐射支路130的第二端132耦接至接地元件110。必须理解的是，图1中第一辐射支路120和第二辐射支路130的形状仅为举例，而非用于限制本发明。在其他实施例中，第一辐射支路120和第二辐射支路130亦可分别具有不同形状，例如：一直条形、一半圆形、一N字形，或是一S字形。

天线结构100的操作原理可如下列所述。第一辐射支路120激发产生一低频频带，第二辐射支路130激发产生一高频频带，其中前述低频频带约介于2400MHz至2500MHz之间，而前述高频频带约介于5150MHz至5850MHz之间。因此，天线结构100至少可支持Wi-Fi和Bluetooth的移动通讯频带。详细而言，第一辐射支路120的总长度约等于前述低频频带的一中心操作频率的四分之一波长(λ/4)，使得第一辐射支路120可产生一基带共振模态(Fundamental Resonant Mode)来涵盖前述低频频带；而第二辐射支路130的总长度约等于前述高频频带的一中心操作频率的二分之一波长(λ/2)，使得第二辐射支路130可产生一高阶共振模态(Higher-order Resonant Mode)来涵盖前述高频频带。在此设计下，第二辐射支路130的总长度将大致等同于第一辐射支路120的总长度。

图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构200的示意图。图2和图1相似，两者的差异在于，图2的天线结构200更包括一第三辐射支路140，其中第一辐射支路120介于第二辐射支路130和第三辐射支路140之间。第三辐射支路140可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。第三辐射支路140可以大致为一直条形。第三辐射支路140的总长度远小于第一辐射支路120的总长度，或第二辐射支路的总长度。详细而言，第三辐射支路140具有一第一端141和一第二端142，其中第三辐射支路140的第一端141耦接至第一辐射支路120的一中间部份，而第三辐射支路140的第二端142为一开路端。第三辐射支路140用于调整前述高频频带的阻抗匹配。图2的天线结构200的其余特征皆与图1的天线结构100近似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

必须注意的是，传统支持Wi-Fi和Bluetooth频段的平面倒F字形天线(PlanarInverted F Antenna，PIFA)，通常会面临5G频带(例如：5150MHz至5850MHz的频段)的一特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)过高的问题。举例而言，在传统平面倒F字形天线中，其5G频带的电流最大值处通常位于较短的一副辐射支路上，而其副辐射支路和较长的一主辐射支路具有相同的天线高度，两者皆很靠近使用者的身体，因倍频效应，更造成其5G频带不容易通过法定的特定吸收率规范。本发明通过调整高频共振机制以及降低对应的第三辐射支路140的高度，将可有效克服先前技术面临的问题。详细而言，在本发明中，第一辐射支路120于接地元件110上具有一第一高度H1，第二辐射支路130于接地元件110上具有一第二高度H2，而第三辐射支路140于接地元件110上具有一第三高度H3(在此所称的高度，指各辐射支路与接地元件110的最大距离)，其中第二高度H2小于第一高度H1的0.5倍，而第三高度H3约为第一高度H1的0.5倍至1倍。换言之，本发明的第二辐射支路130和第三辐射支路140皆作了调整，其朝向靠近接地元件110的方向作移动，达成辐射支路朝内缩的效果。因此，第二辐射支路130的第二高度H2和第三辐射支路140的第三高度H3两者皆较第一辐射支路120的第一高度H1更小。根据实际测量结果，在本发明中的天线结构200中，前述高频频带的一电流最大值处位于第二辐射支路130上(如虚线框151处所示)，其高度较低且较远离人体，因此可降低天线结构200于前述高频频带的一特定吸收率。在此设计下，高频的5G频带主要由接地的第二辐射支路130所激发，而非由第三辐射支路130所激发。第三辐射支路140成为仅用于调整5G频带的阻抗匹配的一选用元件。在其他实施例中，第三辐射支路140亦可由天线结构200中移除。根据实际测量结果，本发明与传统技术的天线效能比较如下列表一所示。

	特定吸收率/每公克	天线效率
			传统平面倒F字型天线	0.276	37％
本发明的天线结构	0.156	47％

表一：实际测量的特定吸收率和天线效率(高频频带)

表一为实际测量的特定吸收率和天线效率的比较表。根据表一的测量结果可知，在高频频带中(例如：5G频带)，本发明的天线结构的特定吸收率较传统的平面倒F字型天线更低，而天线效率则较传统的平面倒F字型天线更高，因此，本发明可达成同时改良天线结构的特定吸收率和效率的双重功效。

请再次参考图1、2。本发明的天线结构100、200通过于接地元件110上开挖一角落缺口115的方式，来增长第二辐射支路130的总长度。亦即，第二辐射支路130的宽度必须较接地元件110的宽度更窄，以形成与接地元件110有区隔的一共振路径。接地元件110的角落缺口115可以大致为一矩形。

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构300的示意图。图3和图1相似，两者的差异在于，图3的天线结构300的一接地元件310具有一缺口315，其位于接地元件310的一侧边中间处，而非位于接地元件310的一角落处。接地元件310的缺口315可以大致为一矩形、一正方形，或是一半圆形，用以调整第二辐射支路130的共振长度。图3的天线结构300的其余特征皆与图1的天线结构100近似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

本发明提供一种改良式的平面倒F字形天线结构。通过降低部份辐射支路的高度以及改变接地元件的形状，本发明可在不增加总设计面积的情况下，相较于传统平面倒F字形天线具有更高的天线效率及更低的特定吸收率。因此，本发明很适合应用于各种小型化的移动通讯装置当中。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的天线结构并不仅限于图1-3所图示的状态。本发明可以仅包括图1-3的任何一或多个实施例的任何一或复数项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线结构当中。

在本说明书以及申请专利范围中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种天线结构，包括：

一接地元件；

一第一辐射支路，具有一第一端和一第二端，其中该第一辐射支路的该第一端耦接至一信号源，而该第一辐射支路的该第二端为一开路端；以及

一第二辐射支路，具有一第一端和一第二端，其中该第二辐射支路的该第一端耦接至该信号源，而该第二辐射支路的该第二端耦接至该接地元件；

其中该第二辐射支路的长度等同于该第一辐射支路的长度；

其中该第一辐射支路激发产生一低频频带，该第二辐射支路激发产生一高频频带，该低频频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带介于5150MHz至5850MHz之间；

其中该高频频带的一电流最大值处位于该第二辐射支路上，以降低该天线结构于该高频频带的一特定吸收率。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射支路为一倒C字形。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射支路为一倒J字形。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射支路于该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射支路于该接地元件上具有一第二高度，而该第二高度小于该第一高度的0.5倍。

5.如权利要求1所述的天线结构，还包括：

一第三辐射支路，具有一第一端和一第二端，其中该第三辐射支路的该第一端耦接至该第一辐射支路的一中间部份，而该第三辐射支路的该第二端为一开路端。

6.如权利要求5所述的天线结构，其中该第三辐射支路为一直条形。

7.如权利要求5所述的天线结构，其中该第一辐射支路于该接地元件上具有一第一高度，该第三辐射支路于该接地元件上具有一第三高度，而该第三高度为该第一高度的0.5倍至1倍。

8.如权利要求5所述的天线结构，其中该第三辐射支路用于调整该高频频带的阻抗匹配。