CN111564694B

CN111564694B - 天线结构

Info

Publication number: CN111564694B
Application number: CN201910145315.8A
Authority: CN
Inventors: 庄念超; 胡沛成; 林凤仪
Original assignee: Wistron Corp
Current assignee: Wistron Corp
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: TW202030929A; US11018426B2; US20200259260A1; TWI693745B; CN111564694A

Abstract

本发明提供了一种天线结构，包括：一第一辐射部、一第二辐射部，以及一第三辐射部。第一辐射部具有一馈入点。第三辐射部经由第二辐射部耦接至第一辐射部，其中第三辐射部具有彼此分离的一第一开孔和一第二开孔。天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带。本发明提供的天线结构尺寸小、频带宽。

Description

天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线结构(Antenna Structure)，尤其涉及一种宽频(Wideband)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)为无线通信领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其频宽(Bandwidth)不足，则很容易造成移动装置的通信品质下降。因此，如何设计出小尺寸、宽频带的天线元件，对天线设计者而言是一项重要课题。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提出一种天线结构，尺寸小、频带宽，该天线结构包括：一第一辐射部，具有一馈入点；一第二辐射部；以及一第三辐射部，经由该第二辐射部耦接至该第一辐射部，其中该第三辐射部具有彼此分离的一第一开孔和一第二开孔；其中该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带。

在一些实施例中，该第一频带位于1575MHz处，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5150MHz至5850MHz之间。

在一些实施例中，该第一辐射部呈现一矩形。

在一些实施例中，该第二辐射部呈现一梯形。

在一些实施例中，该第三辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该第一辐射部与该第三辐射部大致互相平行。

在一些实施例中，该第一辐射部和该第二辐射部之间具有一第一夹角，而该第一夹角介于0度至90度之间。

在一些实施例中，该第一夹角大致等于45度。

在一些实施例中，该第三辐射部与该第二辐射部之间具有一第二夹角，而该第二夹角介于0度至90度之间。

在一些实施例中，该第二夹角大致等于45度。

在一些实施例中，该第一夹角和该第二夹角的总和大致等于90度。

在一些实施例中，该第一开孔和该第二开孔各自呈现一圆形。

在一些实施例中，该第一频带由该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部所共同激发产生。

在一些实施例中，该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部的总长度大致等于该第一频带的0.25倍波长。

在一些实施例中，该第二频带由该第一辐射部和该第二辐射部所共同激发产生。

在一些实施例中，该第一辐射部和该第二辐射部的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。

在一些实施例中，该第三频带由该第一辐射部所激发产生。

在一些实施例中，该第一辐射部的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。

在一些实施例中，该第一辐射部的宽度大于该第三辐射部的宽度。

在一些实施例中，该第三辐射部的宽度大于该第二辐射部的宽度。

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返回损失图；

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构的辐射效率图。

符号说明：

100～天线结构；

110～第一辐射部；

111～第一辐射部的第一端；

112～第一辐射部的第二端；

116～第一辐射部的角落；

120～第二辐射部；

121～第二辐射部的第一端；

122～第二辐射部的第二端；

123～第二辐射部的第一侧边；

124～第二辐射部的第二侧边；

130～第三辐射部；

131～第三辐射部的第一端；

132～第三辐射部的第二端；

140～第一开孔；

150～第二开孔；

D1～第一距离；

D2～第二距离；

D3～第三距离；

D4～第四距离；

FP～馈入点；

FB1～第一频带；

FB2～第二频带；

FB3～第三频带；

L1～第一辐射部、第二辐射部，以及第三辐射部的总长度；

L2～第一辐射部和第二辐射部的总长度；

L3～第一辐射部的长度；

R1、R2～半径；

W1、W2、W3～宽度；

θ1～第一夹角；

θ2～第二夹角。

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，并配合所附图式，作详细说明如下。

在说明书及权利要求范围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，硬体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范围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范围当中所提及的“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，或经由其它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：一信用卡刷卡机(Credit Card Machine)、一智慧型手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。如图1所示，天线结构100包括一第一辐射部(Radiation Element)110、一第二辐射部120，以及一第三辐射部130，其中第一辐射部110、第二辐射部120，以及第三辐射部130皆可由金属材质所制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。

第一辐射部110可以大致呈现一矩形。第一辐射部110具有一第一端111和一第二端112，其中一馈入点(Feeding Point)FP邻近于第一辐射部110的第一端111处。馈入点FP可耦接至一信号源(Signal Source)(未显示)，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模组，其可用于激发天线结构100。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)，亦可包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。

第二辐射部120可以大致呈现一梯形。第二辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二辐射部120的第一端121耦接至第一辐射部110的一角落116处，而第二辐射部120的第二端122耦接至第三辐射部130，使得第三辐射部130经由第二辐射部120耦接至第一辐射部110。详细而言，第二辐射部120具有彼此相对且互相平行的一第一侧边123和一第二侧边124，其中第一侧边123的长度大于第二侧边124的长度。第一辐射部110和第二辐射部120的第二侧边124之间具有一第一夹角θ1，其中第一夹角θ1可介于0度至90度之间。第三辐射部130和第二辐射部120的第二侧边124之间具有一第二夹角θ2，其中第二夹角θ2可介于0度至90度之间。在一些实施例中，第一夹角θ1和第二夹角θ2的总和(亦即，θ1+θ2)大致等于90度。

第三辐射部130可以大致呈现一直条形，其中第一辐射部110可与第三辐射部130大致互相平行。第三辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三辐射部130的第一端131耦接至第二辐射部120的第二端122，而第三辐射部130的第二端132为一开路端(Open End)。第三辐射部130的第二端132可与第一辐射部110的第一端111大致朝相同方向作延伸。

第三辐射部130具有彼此分离的一第一开孔(Opening)140和一第二开孔150。举例而言，第一开孔140和第二开孔150可以各自大致呈现一圆形，然而，本发明并不仅限于此。在其他实施例中，第一开孔140和第二开孔150亦可各自大致呈现一正方形、一矩形，或是一正三角形(未显示)。第一开孔140和第二开孔150可作为天线结构100的二个定位孔(Positioning Hole)。当天线结构100应用于一移动装置上时，移动装置的二条塑胶支柱可分别插入第一开孔140和第二开孔150当中，以达成固定天线结构100的功效。另外，根据实际量测结果，第一开孔140和第二开孔150的加入还可用于调整天线结构100的阻抗匹配(Impedance Matching)，以增加天线结构100的整体操作频宽(Operation Bandwidth)。

在一些实施例中，第一辐射部110、第二辐射部120，以及第三辐射部130为一平面化结构，其可设置于一非导体支撑元件(Nonconductive Supporting Element)或一介质基板(Dielectric Substrate)上。在另一些实施例中，第一辐射部110、第二辐射部120，以及第三辐射部130亦可改为一立体结构，以搭配移动装置的内部空间设计。

图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的返回损失(Return Loss)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。根据图2的量测结果，天线结构100可涵盖一第一频带(Frequency Band)FB1、一第二频带FB2，以及一第三频带FB3，其中第一频带FB1可大致位于1575MHz处，第二频带FB2可介于2400MHz至2500MHz之间，而第三频带FB3可介于5150MHz至5850MHz之间。因此，天线结构100将至少可支援GPS(GlobalPositioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz的多频带宽频操作。

在一些实施例中，天线结构100的操作原理可如下列所述。前述的第一频带FB1由第一辐射部110、第二辐射部120，以及第三辐射部130三者所共同激发产生。前述的第二频带FB2由第一辐射部110和第二辐射部120两者所共同激发产生。前述的第三频带FB3由第一辐射部110所激发产生。根据实际量测结果，由于辐射部之间的互相耦合效应(CouplingEffect)，藉由改变第一开孔140和第二开孔150的尺寸和位置可微调第三频带FB3的频率范围。

在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。第一辐射部110、第二辐射部120，以及第三辐射部130的总长度L1(亦即，由第一端111起，经由第一端121、第二端122，再至第二端132的总长度L1)可以大致等于第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。第一辐射部110和第二辐射部120的总长度L2(亦即，由第一端111起，经由第一端121，再至第二端122的总长度L2)可以大致等于第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第一辐射部110的长度L3(亦即，由第一端111起至第二端112的长度L3)可以大致等于第三频带FB3的0.25倍波长(λ/4)。以上波长指天线结构100于自由空间(Free Space)中的波长。若天线结构100设置于一塑胶固定(支撑)元件或一介质基板上，则前述总长度L1可介于第一频带FB1的0.15至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)，前述总长度L2可介于第二频带FB2的0.15至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)，而前述长度L3可介于第三频带FB3的0.15至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。第一辐射部110的宽度W1可大于第三辐射部130的宽度W3，而第三辐射部130的宽度W3可大于第二辐射部120的宽度W2(亦即，W1>W3>W2)。第一夹角θ1可以大致等于45度。第二夹角θ2亦可大致等于45度。馈入点FP和第一辐射部110的第一端111之间具有一第一距离D1，其中第一距离D1可介于1mm至2mm之间。第一开孔140和第二开孔150之间具有一第二距离D2，其中第二距离D2可介于5mm至10mm之间，较佳可为8.5mm。第一开孔140和第三辐射部130的第一端131之间具有一第三距离D3，其中第三距离D3可介于1mm至2mm之间，较佳可为1.2mm。第二开孔150和第三辐射部130的第二端132之间具有一第四距离D4，其中第四距离D4可介于1mm至5mm之间，较佳可为2.3mm。第二距离D2可大于第三距离D3和第四距离D4，而第四距离D4可大于或等于第三距离D3。例如，第二距离D2可为第三距离D3的5至10倍，较佳为7倍，而第二距离D2可为第四距离D4的2至5倍，较佳为3.7倍。第一开孔140的半径(Radius)R1可介于0.2mm至0.8mm之间，较佳可为0.5mm。第二开孔150的半径R2可介于0.2mm至0.8mm之间，较佳可为0.5mm。第一开孔140的半径R1可大致等于第二开孔150的半径R2。以上尺寸范围根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽和阻抗匹配。

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的辐射效率(RadiationEfficiency)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(dB)。根据图3的量测结果，天线结构100于第一频带FB1中的辐射效率可达约-2.5dB，于第二频带FB2中的辐射效率可达约-3.58dB，而于第三频带FB3中的辐射效率可达约-2.68dB，此已可满足一般移动通信装置的实际应用需求。

本发明提供一种新颖的天线结构，相较于传统天线设计，其至少具有下列优势：(1)接近平面化式的设计；(2)易于大量生产制造；(3)足以涵盖GPS和WLAN全频带；(4)小型化的整体尺寸；以及(5)制造成本低廉。因此，本发明的天线结构很适合应用于现今各种小型化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3所示的状态。本发明可以仅包括图1-图3的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。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揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域普通人员，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前附的权利要求范围为准。

Claims

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

一第一辐射部，具有一馈入点；

一第二辐射部；以及

一第三辐射部，经由该第二辐射部耦接至该第一辐射部，其中该第三辐射部具有彼此分离的一第一开孔和一第二开孔；

其中该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带；

其中，藉由改变第一开孔和第二开孔的尺寸和位置可微调第三频带的频率范围；

馈入点和第一辐射部的第一端之间具有一第一距离，其中第一距离介于1mm至2mm之间；第一开孔和第二开孔之间具有一第二距离，其中第二距离介于5mm至10mm之间；第一开孔和第三辐射部的第一端之间具有一第三距离，其中第三距离介于1mm至2mm之间；第二开孔和第三辐射部的第二端之间具有一第四距离，其中第四距离介于1mm至5mm之间；第二距离D2大于第三距离和第四距离，而第四距离大于或等于第三距离；

第一开孔的半径介于0.2mm至0.8mm之间；第二开孔的半径介于0.2mm至0.8mm之间；第一开孔的半径等于第二开孔的半径。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一频带位于1575MHz处，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5150MHz至5850MHz之间。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部呈现一矩形。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二辐射部呈现一梯形。

5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第三辐射部呈现一直条形。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部与该第三辐射部大致互相平行。

7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部和该第二辐射部之间具有一第一夹角，而该第一夹角介于0度至90度之间。

8.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该第一夹角大致等于45度。

9.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该第三辐射部与该第二辐射部之间具有一第二夹角，而该第二夹角介于0度至90度之间。

10.如权利要求9所述的天线结构，其特征在于，该第二夹角大致等于45度。

11.如权利要求9所述的天线结构，其特征在于，该第一夹角和该第二夹角的总和大致等于90度。

12.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一开孔和该第二开孔各自呈现一圆形。

13.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一频带由该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部所共同激发产生。

14.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部的总长度大致等于该第一频带的0.25倍波长。

15.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二频带由该第一辐射部和该第二辐射部所共同激发产生。

16.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部和该第二辐射部的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。

17.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第三频带由该第一辐射部所激发产生。

18.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部的长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。

19.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部的宽度大于该第三辐射部的宽度。

20.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第三辐射部的宽度大于该第二辐射部的宽度。