CN110635226A - 天线结构 - Google Patents

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Abstract

一种天线结构。该天线结构包括：一第一接地部、一馈入部、一短路部、一寄生调整部、一第二接地部、一第一寄生部，以及一第二寄生部；该馈入部具有一馈入点；其中该馈入部经由该短路部耦接至该第一接地部；该寄生调整部耦接至该第一接地部，其中该寄生调整部至少部分地由该馈入部、该短路部，以及该第一接地部所包围；该第二接地部邻近于该馈入部；该第一寄生部和该第二寄生部分别耦接至该第二接地部；其中该馈入部、该短路部、该寄生调整部、该第一寄生部、该第二寄生部，以及该第一接地部和该第二接地部的至少一者设置于该介质基板上。本发明的天线结构兼得小尺寸、宽频带以及美化装置外型的优势，很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

Description

天线结构
技术领域
本发明涉及一种天线结构(Antenna Structure)，特别涉及一种可适用于有金属背盖(Metal Back Cover)的移动装置(Mobile Device)的天线结构。
背景技术
随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式计算机、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信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，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的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。
为了追求造型美观，现今设计者常会在移动装置中加入金属元件的要素。然而，新增的金属元件却容易对于移动装置中支持无线通信的天线产生负面影响，进而降低移动装置的整体通信质量。因此，有必要提出一种全新的移动装置和天线结构，以克服传统技术所面临的问题。
因此，需要提供一种天线结构来解决上述问题。
发明内容
在较佳实施例中，本发明提供一种天线结构，该天线结构包括：一第一接地部；一馈入部，该馈入部具有一馈入点；一短路部，其中该馈入部经由该短路部耦接至该第一接地部；一寄生调整部，该寄生调整部耦接至该第一接地部，其中该寄生调整部至少部分地由该馈入部、该短路部，以及该第一接地部所包围；一第二接地部，该第二接地部邻近于该馈入部；一第一寄生部，该第一寄生部耦接至该第二接地部；一第二寄生部，该第二寄生部耦接至该第二接地部；以及一介质基板，其中该馈入部、该短路部、该寄生调整部、该第一寄生部、该第二寄生部，以及该第一接地部和该第二接地部的至少一者设置于该介质基板上。
在一些实施例中，该第二接地部耦接至一移动装置的一金属背盖。
在一些实施例中，该第一接地部或该第二接地部为该金属背盖的一部分。
在一些实施例中，该馈入部、该短路部，以及该寄生调整部皆介于该第一寄生部和该第二寄生部之间。
在一些实施例中，该馈入部、该短路部、该寄生调整部、该第一寄生部，以及该第二寄生部皆介于该第一接地部和该第二接地部之间。
在一些实施例中，该馈入部呈现一倒L字形。
在一些实施例中，该短路部呈现一倒L字形。
在一些实施例中，该寄生调整部呈现一倒L字形。
在一些实施例中，该第一寄生部、该第二接地部，以及该第二寄生部的一组合呈现一倒U字形。
在一些实施例中，该馈入部和该第二接地部之间形成一耦合间隙，而该耦合间隙的宽度介于0.1mm至2.5mm之间。
在一些实施例中，该天线结构涵盖一低频频带和一高频频带，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。
在一些实施例中，该馈入部的长度等于该高频频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该寄生调整部的长度小于该高频频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该天线结构还包括：一第一电容器，其中该第一寄生部经由该第一电容器耦接至该第一接地部。
在一些实施例中，该天线结构还包括：一第二电容器，其中该第二寄生部经由该第二电容器耦接至该第一接地部。
在一些实施例中，该天线结构还包括：一第一切换器；以及多个第一阻抗元件，具有不同阻抗值，其中该第一切换器用于选择该等第一阻抗元件的一者，使得该第一寄生部经由所选择的第一阻抗元件耦接至该第一接地部。
在一些实施例中，该天线结构还包括：一第二切换器；以及多个第二阻抗元件，具有不同阻抗值，其中该第二切换器用于选择该等第二阻抗元件的一者，使得该第二寄生部经由所选择的第二阻抗元件耦接至该第一接地部。
在一些实施例中，该馈入部具有一第一端和一第二端，而该馈入点位于该馈入部的该第一端。
在一些实施例中，该馈入部的该第二端为一开路端，该短路部耦接至该馈入部的一中间部分，而该中间部分介于该馈入部的该第一端和该第二端之间。
在一些实施例中，该短路部耦接至该馈入部的该第二端，使得该馈入部、该短路部，以及该第一接地部的一组合呈现一循环形状。
本发明提出一种新颖的双频带宽带天线结构。当此天线结构应用于具有一金属背盖的移动装置时，由于金属背盖可视为天线结构的一延伸部分，故能有效避免金属背盖对移动装置的通信质量产生负面影响。另须注意的是，本发明可在不用于金属背盖上开挖任何天线窗(Antenna Window)的情况下，更进一步改良移动装置的外观设计。总而言之，本发明能兼得小尺寸、宽频带，以及美化装置外型的优势，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。
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俯视图。
图2显示根据本发明一实施例所述的移动装置的示意图。
图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构的侧视图。
图4显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图。
图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图。
图6显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图。
主要元件符号说明：
100、400、500、600 天线结构
110 第一接地部
120、620 馈入部
121、621 馈入部的第一端
122、622 馈入部的第二端
125 馈入部的中间部分
130、630 短路部
131、631 短路部的第一端
132、632 短路部的第二端
140、640 寄生调整部
141、641 寄生调整部的第一端
142、642 寄生调整部的第二端
150 第二接地部
151 第二接地部的第一端
152 第二接地部的第二端
160 第一寄生部
161 第一寄生部的第一端
162 第一寄生部的第二端
170 第二寄生部
171 第二寄生部的第一端
172 第二寄生部的第二端
180 介质基板
185 缺口
190 信号源
200 移动装置
210 金属背盖
230 显示器
510 第一切换器
511、512 第一阻抗元件
520 第二切换器
521、522 第二阻抗元件
C1 第一电容器
C2 第二电容器
FP 馈入点
GC1 耦合间隙。
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。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其他装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的俯视图。天线结构100可应用于一移动装置(Mobile Device)，例如：一智能型手机(SmartPhone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记本型计算机(Notebook Computer)。如图1所示，天线结构100包括：一第一接地部(Ground Element)110、一馈入部(FeedingElement)120、一短路部(Shorting Element)130、一寄生调整部(Parasitic TuningElement)140、一第二接地部150、一第一寄生部(Parasitic Element)160、一第二寄生部170，以及一介质基板(Dielectric Substrate)180，其中第一接地部110、馈入部120、短路部130、寄生调整部140、第二接地部150、第一寄生部160，以及第二寄生部170皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。介质基板180可为一印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)、一FR4(Flame Retardant 4)基板，或是一软性电路板(FlexibleCircuit Board，FCB)，其中第一接地部110和第二接地部150的至少一者、馈入部120、短路部130、寄生调整部140、第一寄生部160，以及第二寄生部170设置于介质基板180的一表面上。
第一接地部110和第二接地部150可以各自大致呈现一直条形，其中第一接地部110和第二接地部150可以大致互相平行。在一些实施例中，第一接地部110和第二接地部150互相耦接，并共同用于提供一接地电位(Ground Voltage)。例如，第一接地部110和第二接地部150可以是延伸至介质基板180上的接地铜箔(Ground Copper Foil)，抑或可以是一移动装置的一外观装饰元件的一部分。
馈入部120可以大致呈现一倒L字形。馈入部120具有一馈入点FP，其可耦接至一信号源(Signal Source)190。例如，信号源190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。详细而言，馈入部120具有一第一端121和一第二端122，其中馈入点FP位于馈入部120的第一端121，而馈入部120的第二端122为一开路端(Open End)。
短路部130可以大致呈现一倒L字形。馈入部120经由短路部130耦接至第一接地部110。详细而言，短路部130具有一第一端131和一第二端132，其中短路部130的第一端131耦接至第一接地部110，短路部130的第二端132耦接至馈入部120的一中间部分125。馈入部120的中间部分125介于馈入部120的第一端121和第二端122之间，而此中间部分125比较靠近馈入部120的第一端121且比较远离馈入部120的第二端122。
寄生调整部140可以大致呈现一倒L字形。详细而言，寄生调整部140具有一第一端141和一第二端142，其中寄生调整部140的第一端141耦接至第一接地部110，而寄生调整部140的第二端142为一开路端。寄生调整部140至少部分或是完全由馈入部120、短路部130，以及第一接地部110所包围。
第二接地部150邻近于馈入部120，其中馈入部120和第二接地部150之间形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。详细而言，第二接地部150具有一第一端151和一第二端152，而耦合间隙GC1大致位于或邻近于第一端151和第二端152两者的中央处。第一寄生部160可以大致为一直条形，其可大致垂直于第二接地部150。第一寄生部160具有一第一端161和一第二端162，其中第一寄生部160的第一端161耦接至第二接地部150的第一端151，而第一寄生部160的第二端162为一开路端。第二寄生部170可以大致为一直条形，其可大致垂直于第二接地部150。第二寄生部170具有一第一端171和一第二端172，其中第二寄生部170的第一端171耦接至第二接地部150的第二端152，而第二寄生部170的第二端172为一开路端。第一寄生部160的第二端162和第二寄生部170的第二端172可以大致朝相同方向作延伸。
馈入部120、短路部130，以及寄生调整部140大致由第一接地部110、第一寄生部160、第二接地部150，以及第二寄生部170所包围。详细而言，第一寄生部160、第二接地部150，以及第二寄生部170的一组合可以大致呈现一倒U字形，其中馈入部120、短路部130，以及寄生调整部140可皆位于此倒U字形所界定的一缺口185之内。详细而言，馈入部120、短路部130，以及寄生调整部140可皆介于第一寄生部160和第二寄生部170之间。另外，馈入部120、短路部130、寄生调整部140、第一寄生部160，以及第二寄生部170可皆介于第一接地部110和第二接地部150之间。
根据实际测量结果，天线结构100可以涵盖一低频频带和一高频频带。例如，前述的低频频带可约介于2400MHz至2500MHz之间，而前述的高频频带可约介于5150MHz至5850MHz之间。因此，天线结构100至少可支持WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz/5GHz的双频带宽带操作。
在天线原理方面，第二接地部150、第一寄生部160，以及第二寄生部170可皆由馈入部120所耦合激发，以形成一低频共振路径，其中此低频共振路径可对应于前述的低频频带。另外，馈入部120自身可形成一高频共振路径，其中此高频共振路径可对应于前述的高频频带。短路部130可用于微调天线结构100的阻抗匹配(Impedance Matching)。寄生调整部140亦可由馈入部120所耦合激发，以增加前述的高频频带的带宽(Bandwidth)。
在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。馈入部120的长度(亦即，由第一端121至第二端122的长度)可大于或等于短路部130的长度(亦即，由第一端131至第二端132的长度)。短路部130的长度可大于寄生调整部140的长度(亦即，由第一端141至第二端142的长度)。第一寄生部160、第二接地部150，以及第二寄生部170的总长度(亦即，由第二端162经过第一端151、第二端152，再至第二端172的总长度)可以大于馈入部120的长度。馈入部120的宽度可大于短路部130的宽度，亦可大于寄生调整部140的宽度。馈入部120的长度可大致等于前述的高频频带的0.25倍波长(λ/4)。寄生调整部140的长度可小于前述的高频频带的0.25倍波长(λ/4)。馈入部120和第二接地部150之间的耦合间隙GC1的宽度可介于0.1mm至2.5mm之间。以上元件尺寸根据多次实验结果而得出，其有助于优化天线结构100的操作带宽和阻抗匹配。
图2显示根据本发明一实施例所述的移动装置200的示意图。在图2的实施例中，天线结构100与移动装置200互相整合。详细而言，移动装置200包括一金属背盖(Metal BackCover)210和一显示器(Display Device)230，其中天线结构100的第二接地部150电性连接至金属背盖210。
图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的侧视图。请一并参考图2、图3。在图3的实施例中，天线结构100的第一接地部110或是第二接地部150两者择一可形成移动装置200的金属背盖210的一部分。换言之，第一接地部110和第二接地部150的至少一者可以电性连接至金属背盖210。此种设计方式可以最小化天线结构100的占据空间，并可避免天线结构100对移动装置200的外观造成不良影响。然而，本发明并不仅限于此。在其他实施例中，天线结构100和金属背盖210的相对位置亦可根据不同需求来进行调整。
图4显示根据本发明另一实施例所述的天线结构400的俯视图。图4和图1相似。在图4的实施例中，天线结构400还包括一第一电容器(Capacitor)C1和一第二电容器C2。第一电容器C1耦接于第一寄生部160的第二端162和第一接地部110之间，使得第一寄生部160可经由第一电容器C1耦接至第一接地部110。第二电容器C2耦接于第二寄生部170的第二端172和第一接地部110之间，使得第二寄生部170可经由第二电容器C2耦接至第一接地部110。第一电容器C1和第二电容器C2可用于微调天线结构400的低频共振路径的等效长度，以进一步缩小天线结构400的整体尺寸。在一些实施例中，第一电容器C1的电容值(Capacitance)和第二电容器C2的电容值皆介于0.1pF至1pF之间。例如，第一电容器C1和第二电容器C2的每一者可用一固定电容器或一可变电容器(Variable Capacitor)来实施。在另一些实施例中，天线结构400亦可仅包括第一电容器C1或第二电容器C2两者择一。图4的天线结构400的其余特征皆与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构500的俯视图。图5和图1相似。在图5的实施例中，天线结构500还包括一第一切换器(Switch Element)510、多个第一阻抗元件(Impedance Element)511、512、一第二切换器520，以及多个第二阻抗元件521、522。第一切换器510耦接至第一寄生部160的第二端162，而该等第一阻抗元件511、512皆耦接至第一接地部110，其中该等第一阻抗元件511、512可具有不同阻抗值。例如，该等第一阻抗元件511、512的每一者可由一电容器、一电感器(Inductor)，或是一电阻器(Resistor)来实施。第一切换器510可根据一第一控制信号来选择该等第一阻抗元件511、512的一者，使得第一寄生部160可经由所选择的第一阻抗元件耦接至第一接地部110。第二切换器520耦接至第二寄生部170的第二端172，而该等第二阻抗元件521、522皆耦接至第一接地部110，其中该等第二阻抗元件521、522可具有不同阻抗值。例如，该等第一阻抗元件521、522的每一者可由一电容器、一电感器，或是一电阻器来实施。第二切换器520可根据一第二控制信号来选择该等第二阻抗元件521、522的一者，使得第二寄生部170可经由所选择的第二阻抗元件耦接至第一接地部110。前述的第一控制信号和第二控制信号可由一处理器(未显示)根据一使用者输入或一频率控制指令来产生。第一切换器510和第二切换器520可用于改变天线结构500的低频共振路径的等效长度，以进一步扩大天线结构500的操作带宽。在另一些实施例中，天线结构500可仅包括第一切换器510和对应的该等第一阻抗元件511、512，或是仅包括第二切换器520和对应的该等第二阻抗元件521、522。必须理解的是，虽然图5仅显示二个第一阻抗元件511、512和二个第二阻抗元件521、522，但在其他实施例中，天线结构500还可视不同需求而包括更多个第一阻抗元件和更多个第二阻抗元件。图5的天线结构500的其余特征皆与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6显示根据本发明另一实施例所述的天线结构600的俯视图。图6和图1相似。在图6的实施例中，天线结构600的一馈入部620、一短路部630，以及一寄生调整部640的共振机制略有调整，但不致影响天线结构600的整体功能。详细而言，短路部630的一第二端632直接耦接至馈入部620的一第二端622，使得馈入部620、短路部630，以及第一接地部110的一组合大致呈现一循环(Loop)形状，其中寄生调整部640完全由此循环形状所包围。馈入部620和短路部630的总长度(亦即，由馈入部620的一第一端621经过第二端622，再至短路部630的一第一端631的总长度)可以大致等于天线结构600的一高频频带的0.5倍波长(λ/2)。在此设计下，天线结构600的高频频带可由馈入部620和短路部630所共同激发产生，而此种循环式共振机制可使天线结构600更不易受到邻近金属元件所干扰。图6的天线结构600的其余特征皆与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
本发明提出一种新颖的双频带宽带天线结构。当此天线结构应用于具有一金属背盖的移动装置时，由于金属背盖可视为天线结构的一延伸部分，故能有效避免金属背盖对移动装置的通信质量产生负面影响。另须注意的是，本发明可在不用于金属背盖上开挖任何天线窗(Antenna Window)的情况下，更进一步改良移动装置的外观设计。总而言之，本发明能兼得小尺寸、宽频带，以及美化装置外型的优势，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。
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-图6所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图6的任何一个或多个实施例的任何一项或多项特征。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。
在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，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，然而其并非用以限定本发明的范围，任何所属领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种天线结构，该天线结构包括：
一第一接地部；
一馈入部，该馈入部具有一馈入点；
一短路部，其中该馈入部经由该短路部耦接至该第一接地部；
一寄生调整部，该寄生调整部耦接至该第一接地部，其中该寄生调整部至少部分地由该馈入部、该短路部，以及该第一接地部所包围；
一第二接地部，该第二接地部邻近于该馈入部；
一第一寄生部，该第一寄生部耦接至该第二接地部；
一第二寄生部，该第二寄生部耦接至该第二接地部；以及
一介质基板，其中该馈入部、该短路部、该寄生调整部、该第一寄生部、该第二寄生部，以及该第一接地部和该第二接地部的至少一者设置于该介质基板上。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二接地部耦接至一移动装置的一金属背盖。
3.如权利要求2所述的天线结构，其中该第一接地部或该第二接地部为该金属背盖的一部分。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入部、该短路部，以及该寄生调整部皆介于该第一寄生部和该第二寄生部之间。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入部、该短路部、该寄生调整部、该第一寄生部，以及该第二寄生部皆介于该第一接地部和该第二接地部之间。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入部呈现一倒L字形。
7.如权利要求1所述的天线结构，其中该短路部呈现一倒L字形。
8.如权利要求1所述的天线结构，其中该寄生调整部呈现一倒L字形。
9.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一寄生部、该第二接地部，以及该第二寄生部的一组合呈现一倒U字形。
10.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入部和该第二接地部之间形成一耦合间隙，而该耦合间隙的宽度介于0.1mm至2.5mm之间。
11.如权利要求1所述的天线结构，其中该天线结构涵盖一低频频带和一高频频带，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。
12.如权利要求11所述的天线结构，其中该馈入部的长度等于该高频频带的0.25倍波长。
13.如权利要求11所述的天线结构，其中该寄生调整部的长度小于该高频频带的0.25倍波长。
14.如权利要求1所述的天线结构，还包括：
一第一电容器，其中该第一寄生部经由该第一电容器耦接至该第一接地部。
15.如权利要求1所述的天线结构，还包括：
一第二电容器，其中该第二寄生部经由该第二电容器耦接至该第一接地部。
16.如权利要求1所述的天线结构，还包括：
一第一切换器；以及
多个第一阻抗元件，该多个第一阻抗元件具有不同阻抗值，其中该第一切换器用于选择该等第一阻抗元件的一者，使得该第一寄生部经由所选择的第一阻抗元件耦接至该第一接地部。
17.如权利要求1所述的天线结构，还包括：
一第二切换器；以及
多个第二阻抗元件，该多个第二阻抗元件具有不同阻抗值，其中该第二切换器用于选择该等第二阻抗元件的一者，使得该第二寄生部经由所选择的第二阻抗元件耦接至该第一接地部。
18.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入部具有一第一端和一第二端，而该馈入点位于该馈入部的该第一端。
19.如权利要求18所述的天线结构，其中该馈入部的该第二端为一开路端，该短路部耦接至该馈入部的一中间部分，而该中间部分介于该馈入部的该第一端和该第二端之间。
20.如权利要求18所述的天线结构，其中该短路部耦接至该馈入部的该第二端，使得该馈入部、该短路部，以及该第一接地部的一组合呈现一循环形状。
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