CN110943280B

CN110943280B - 天线结构

Info

Publication number: CN110943280B
Application number: CN201811114492.1A
Authority: CN
Inventors: 李昀灿
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: CN110943280A

Abstract

一种天线结构。该天线结构包括：一接地元件、一馈入辐射部、一第一辐射部，以及一第二辐射部；该馈入辐射部耦接至一信号源；该第一辐射部耦接至该接地元件，其中该第一辐射部邻近于该馈入辐射部；其中该馈入辐射部经由该第二辐射部耦接至该接地元件；其中该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该接地元件共同形成一第一循环结构；其中该馈入辐射部、该第二辐射部，以及该接地元件共同形成一第二循环结构；而该第二循环结构不包括任何分支部分或突出部分。本发明的天线结构兼具有小尺寸和宽频带的双重优势，故其很适合应用于各种小型化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)，特别涉及一种小型化、宽频带的天线结构。

背景技术

随着移动通信技术的发达，移动装置(Mobile Device)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。

天线(Antenna)为支持无线通信的移动装置中不可或缺的元件。然而，由于移动装置的内部空间十分局限，往往没有足够面积来配置所需的天线元件。因此，如何设计一种小尺寸、宽频带的全新天线，已成为现今设计者的一大挑战。

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：一接地元件；一馈入辐射部，该馈入辐射部耦接至一信号源；一第一辐射部，该第一辐射部耦接至该接地元件，其中该第一辐射部邻近于该馈入辐射部；以及一第二辐射部，其中该馈入辐射部经由该第二辐射部耦接至该接地元件；其中该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该接地元件共同形成一第一循环结构；其中该馈入辐射部、该第二辐射部，以及该接地元件共同形成一第二循环结构，而该第二循环结构不包括任何分支部分或突出部分。

在一些实施例中，该馈入辐射部介于该第一辐射部和该第二辐射部之间。

在一些实施例中，该馈入辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该第一辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该第二辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该第一辐射部和该馈入辐射部之间形成一耦合间隙。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第一电抗元件，耦接于该馈入辐射部和该第一辐射部之间。

在一些实施例中，该第一电抗元件为一电容器。

在一些实施例中，该电容器的电容值介于0pF至5pF之间。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第二电抗元件，内嵌于该第一辐射部中。

在一些实施例中，该第二电抗元件为一电感器。

在一些实施例中，该电感器的电感值介于0nH至5nH之间。

在一些实施例中，该第一循环结构激发产生一第一频带，而该第二循环结构激发产生高于该第一频带的一第二频带。

在一些实施例中，该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第二频带介于5150MHz至5850MHz之间。

在一些实施例中，该第一循环结构的长度等于该第一频带的0.5倍波长，而该第二循环结构的长度等于该第二频带的0.5倍波长。

在一些实施例中，该第一辐射部在该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射部在该接地元件上具有一第二高度，而该第一高度大于该第二高度。

在一些实施例中，该第一辐射部在该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射部在该接地元件上具有一第二高度，而该第一高度等于该第二高度。

在一些实施例中，该第一循环结构内具有一第一挖空区域，该第二循环结构内具有一第二挖空区域，而该第一挖空区域的宽度大于该第二挖空区域的宽度。

在一些实施例中，该第一循环结构内具有一第一挖空区域，该第二循环结构内具有一第二挖空区域，而该第一挖空区域的宽度小于该第二挖空区域的宽度。

本发明提出一种新颖的天线结构，其包括双循环的设计。由于前述循环结构的至少一者不包括任何分支部分或突出部分，所提供的天线结构的整体尺寸将能有效地最小化，同时不影响天线结构的操作带宽。总而言之，本发明可兼具有小尺寸和宽频带的双重优势，故其很适合应用于各种小型化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。

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图。

图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图。

图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的示意图。

图6显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的示意图。

主要组件符号说明：

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的示意图。天线结构100可应用于一移动装置(Mobile Device)当中，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)。在图1的实施例中，天线结构100至少包括一接地元件(Ground Element)110、一馈入辐射部(Feeding Radiation Element)120、一第一辐射部(Radiation Element)130，以及一第二辐射部140，其中接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140皆可由金属材质所制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。在一些实施例中，天线结构100还包括一介质基板(Dielectric Substrate)105，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FCB)。接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140皆可设置于此介质基板105的同一表面上，使得天线结构100可归类为一平面化天线。

接地元件110可为一接地铜箔(Ground Copper Foil)，其可耦接至一接地电位(Ground Voltage)。例如，接地电位可由移动装置的一系统接地面(System Ground Plane)所提供。在一些实施例中，接地元件110由系统接地面上延伸至介质基板105上。接地元件110位于介质基板105上的一部分可以大致呈现一直条形。

馈入辐射部120可以大致呈现一直条形，其可大致垂直于接地元件110。馈入辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中馈入辐射部120的第一端121耦接至一信号源(Signal Source)190。例如，信号源190可以是一射频(Radio Frequency)模块，其可用于激发天线结构100。馈入辐射部120的第二端122朝远离接地元件110的方向作延伸。

第一辐射部130可以大致呈现一L字形。第一辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第一辐射部130的第一端131耦接至接地元件110，而第一辐射部130的第二端132邻近于馈入辐射部120的第二端122。必须注意的是，本说明书中所谓“邻近”或“相邻”一词可指对应的二个元件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，亦可包括对应的二个元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0mm)。例如，第一辐射部130的第二端132和馈入辐射部120的第二端122之间可以形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1，抑或第一辐射部130的第二端132可以直接耦接至馈入辐射部120的第二端122。在一些实施例中，第一辐射部130具有一不等宽结构，以微调天线结构100的低频阻抗匹配(Impedance Matching)。例如，第一辐射部130的第一端131的宽度W1可大于第一辐射部130的一中间部分的宽度W2，而第一辐射部130的中间部分的宽度W2可以大于第一辐射部130的第二端132的宽度W3。在另一些实施例中，第一辐射部130亦可根据不同设计需求而改为一等宽结构。

第二辐射部140可以大致呈现一L字形。第二辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二辐射部140的第一端141耦接至接地元件110，而第二辐射部140的第二端142耦接至馈入辐射部120的第二端122，使得馈入辐射部120经由第二辐射部140耦接至接地元件110。馈入辐射部120介于第一辐射部130和第二辐射部140之间。亦即，第二辐射部140和第一辐射部130分别位于馈入辐射部120的左右两侧。在一些实施例中，馈入辐射部120的宽度W4大于第二辐射部140的宽度W5，以微调天线结构100的高频阻抗匹配并降低制造困难度(若馈入辐射部120的宽度W4变大，则信号源190将更容易耦接至馈入辐射部120)。

馈入辐射部120、第一辐射部130，以及接地元件110的一边缘111共同形成一第一循环结构(Loop Structure)150，其中第一循环结构150内具有一第一挖空区域(HollowRegion)155。例如，第一挖空区域155可大致呈现一矩形。另外，馈入辐射部120、第二辐射部140，以及接地元件110的另一边缘112共同形成一第二循环结构160，其中第二循环结构160内具有一第二挖空区域165。例如，第二挖空区域165可大致呈现一矩形或一正方形。第一循环结构150的长度可以大于第二循环结构160的长度。第一挖空区域155的宽度WL1(亦即，第一挖空区域155在X轴方向上的总长度)可以大于第二挖空区域165的宽度WL2(亦即，第二挖空区域165在X轴方向上的总长度)。必须注意的是，第二循环结构160为一简单循环，其不包括任何分支部分或突出部分，故可微缩天线结构100的整体尺寸。

在一些实施例中，天线结构100的操作原理如下列所述。第一循环结构150激发产生一第一频带(Frequency Band)，而第二循环结构160激发产生高于第一频带的一第二频带。例如，第一频带可介于2400MHz至2500MHz之间，而第二频带可介于5150MHz至5850MHz之间。因此，天线结构100至少可支持Bluetooth和WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz的宽带操作。根据实际测量结果，第一循环结构150可与第二循环结构160之间会产生交互耦合效应，使得对应于第二循环结构160的第二频带可以更往低频的方向作移动。换言之，天线结构100可在第二循环结构160不包括任何分支部分或突出部分的情况下仍能涵盖完整的高低频操作。

在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸如下列所述。第一辐射部130的长度(亦即，由第一端131至第二端132的长度)大于第二辐射部140的长度(亦即，由第一端141至第二端142的长度)。第一循环结构150的长度可以大致等于第一频带的0.5倍波长(λ/2)。第二循环结构160的长度可以大致等于第二频带的0.5倍波长(λ/2)。第一辐射部130在接地元件110上具有一第一高度H1(亦即，第一辐射部130与接地元件110在Y轴方向上的最远距离)，而第二辐射部140在接地元件110上具有一第二高度H2(亦即，第二辐射部140与接地元件110在Y轴方向上的最远距离)，其中第一高度H1可以大于第二高度H2。第一挖空区域155的宽度WL1和第二挖空区域165的宽度WL2，此二者的比值可约为2(亦即：WL1/WL2＝2)。第一辐射部130具有一侧边136，其面向接地元件110且与接地元件110互相平行，而接地元件110的边缘111与第一辐射部130的侧边136的间距D1介于1mm至3mm之间。耦合间隙GC1的宽度约介于0.2mm至0.5mm之间。以上尺寸范围根据多次实验结果得出，其有助于优化天线结构100的操作带宽(Operation Bandwidth)与阻抗匹配。

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。在图2的实施例中，天线结构200还包括一第一电抗元件(Reactance Element)270或(且)一第二电抗元件280。详细而言，天线结构200的一第一辐射部230具有一第一端231和一第二端232(第一端231耦接至接地元件110)，并包括邻近于第一端231的一第一部分233和邻近于第二端232的一第二部分234，其中第一电抗元件270耦接于馈入辐射部120的第二端122和第一辐射部230的第二端232之间，而第二电抗元件280内嵌于第一辐射部230当中并串联耦接于第一辐射部230的第一部分233和第二部分234之间。在一些实施例中，第一电抗元件270和第二电抗元件280的每一者由一可调电路元件(Tunable Circuit Element)来实施。根据实际测量结果，第一电抗元件270和第二电抗元件280的加入有助于增加天线结构200的操作带宽，并微缩天线结构200的整体尺寸。图2的天线结构200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3显示根据本发明一实施例所述的天线结构200的返回损失(Return Loss)图。在图3的实施例中，第一电抗元件270为一电容器(Capacitor)，其电容值(Capacitance)可约介于0pF至5pF之间。第一电抗元件270可为一固定电容器(Fixed Capacitor)或一可变电容器(Variable Capacitor)。如图3所示，一第一曲线CC1代表第一电抗元件270的电容值为0.1pF时天线结构200的操作特性，一第二曲线CC2代表第一电抗元件270的电容值为0.3pF时天线结构200的操作特性，而一第三曲线CC3代表第一电抗元件270的电容值为0.5pF时天线结构200的操作特性。根据图3的测量结果可知，若第一电抗元件270的电容值变高，则天线结构200的第二频带将会往低频方向作移动；反之，若第一电抗元件270的电容值变低，则天线结构200的第二频带将会往高频方向作移动。

图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构400的返回损失图。在图4的实施例中，第二电抗元件280为一电感器(Inductor)，其电感值(Inductance)可介于0nH至5nH之间。第二电抗元件280可为一固定电感器(Fixed Inductor)或一可变电感器(VariableInductor)。如图4所示，一第四曲线CC4代表第二电抗元件280的电感值为3.8nH时天线结构200的操作特性，一第五曲线CC5代表第二电抗元件280的电感值为4nH时天线结构200的操作特性，而一第六曲线CC6代表第二电抗元件280的电感值为4.2nH时天线结构200的操作特性。根据图4的测量结果可知，若第二电抗元件280的电感值变高，则天线结构200的第一频带将会往低频方向作移动；反之，若第二电抗元件280的电感值变低，则天线结构200的第一频带将会往高频方向作移动。

图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构500的示意图。图5和图2相似。在图5的实施例中，天线结构500的一第一辐射部530在接地元件110上具有一第一高度H3(亦即，第一辐射部530与接地元件110在Y轴方向上的最远距离)，而第二辐射部140在接地元件110上具有一第二高度H2(亦即，第二辐射部140与接地元件110在Y轴方向上的最远距离)，其中第一高度H3可以等于第二高度H2。在此设计下，天线结构500的整体高度(或天线结构500在Y轴方向上的总长度)可以进一步缩减。图5的天线结构500的其余特征皆与图2的天线结构200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的示意图。图6和图2相似。在图6的实施例中，天线结构600的馈入辐射部120、一第一辐射部630，以及接地元件110的边缘111共同形成一第一循环结构650，其中第一循环结构650内具有一第一挖空区域655。第一挖空区域655可以大致呈现一矩形。另外，馈入辐射部120、第二辐射部140，以及接地元件110的边缘112共同形成一第二循环结构160，其中第二循环结构160内具有一第二挖空区域165。第二挖空区域165可以大致呈现一矩形或一正方形。第一挖空区域655的宽度WL3(亦即，第一挖空区域655在X轴方向上的总长度)小于第二挖空区域165的宽度WL2(亦即，第二挖空区域165在X轴方向上的总长度)。例如，第一挖空区域655的宽度WL3和第二挖空区域165的宽度WL2两者的比值可约为0.5(亦即：WL3/WL2＝1/2)。在此设计下，天线结构600的整体宽度(或天线结构600在X轴方向上的总长度)可以进一步缩减。图6的天线结构600的其余特征皆与图2的天线结构200类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

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

1.一种天线结构，该天线结构包括：

一接地元件；

一馈入辐射部，该馈入辐射部耦接至一信号源；

一第一辐射部，该第一辐射部耦接至该接地元件，其中该第一辐射部邻近于该馈入辐射部；

一第二辐射部，其中该馈入辐射部经由该第二辐射部耦接至该接地元件；以及

一第一电抗元件，该第一电抗元件耦接于该馈入辐射部和该第一辐射部的一端之间；

其中该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该接地元件共同形成一第一循环结构；

其中该馈入辐射部、该第二辐射部，以及该接地元件共同形成一第二循环结构，而该第一循环结构与该第二循环结构彼此不重叠。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入辐射部介于该第一辐射部和该第二辐射部之间。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入辐射部呈现一直条形。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部呈现一L字形。

5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部呈现一L字形。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二循环结构不包括任何分支部分或突出部分。

7.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一电抗元件为一电容器。

8.如权利要求7所述的天线结构，其中该电容器的电容值介于0pF至5pF之间。

9.如权利要求1所述的天线结构，该天线结构还包括：

一第二电抗元件，该第二电抗元件内嵌于该第一辐射部中。

10.如权利要求9所述的天线结构，其中该第二电抗元件为一电感器。

11.如权利要求10所述的天线结构，其中该电感器的电感值介于0nH至5nH之间。

12.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一循环结构激发产生一第一频带，而该第二循环结构激发产生高于该第一频带的一第二频带。

13.如权利要求12所述的天线结构，其中该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第二频带介于5150MHz至5850MHz之间。

14.如权利要求12所述的天线结构，其中该第一循环结构的长度等于该第一频带的0.5倍波长，而该第二循环结构的长度等于该第二频带的0.5倍波长。

15.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部在该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射部在该接地元件上具有一第二高度，而该第一高度大于该第二高度。

16.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部在该接地元件上具有一第一高度，该第二辐射部在该接地元件上具有一第二高度，而该第一高度等于该第二高度。

17.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一循环结构内具有一第一挖空区域，该第二循环结构内具有一第二挖空区域，而该第一挖空区域的宽度大于该第二挖空区域的宽度。

18.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一循环结构内具有一第一挖空区域，该第二循环结构内具有一第二挖空区域，而该第一挖空区域的宽度小于该第二挖空区域的宽度。

19.一种天线结构，该天线结构包括：

一接地元件；

一馈入辐射部，该馈入辐射部耦接至一信号源；

一第一辐射部，该第一辐射部耦接至该接地元件，其中该第一辐射部邻近于该馈入辐射部；以及

一第二辐射部，其中该馈入辐射部经由该第二辐射部耦接至该接地元件；

其中该馈入辐射部、该第二辐射部，以及该接地元件共同形成一第二循环结构，其中该第一循环结构与该第二循环结构彼此不重叠，该第二循环结构不包括任何分支部分或突出部分；

其中该馈入辐射部介于该第一辐射部和该第二辐射部之间；

其中该第一辐射部和该第二辐射部呈现一L字形；

其中该第一辐射部的一端和该馈入辐射部之间形成一耦合间隙。