CN112151945A - 天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天线结构,其包括:一接地元件、一馈入辐射部、一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一第一电容器,以及一第二电容器。接地元件具有一缺口区域。馈入辐射部具有一馈入点。第一辐射部耦接至接地元件。第一电容器耦接于馈入辐射部和第一辐射部之间。第二辐射部耦接至接地元件。第二电容器耦接于第一辐射部和第二辐射部之间。第三辐射部耦接至馈入辐射部。馈入辐射部、第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第一电容器,以及第二电容器都设置于接地元件的缺口区域内。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线结构(Antenna Structure),特别是涉及一种多频带(Multiband)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(Antenna)为无线通讯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讯品质下降。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
在优选实施例中,本发明提出一种天线结构,包括:一接地元件,具有一缺口区域;一馈入辐射部,具有一馈入点;一第一辐射部,耦接至该接地元件;一第一电容器,耦接于该馈入辐射部和该第一辐射部之间;一第二辐射部,耦接至该接地元件;一第二电容器,耦接于该第一辐射部和该第二辐射部之间;以及一第三辐射部,耦接至该馈入辐射部;其中该馈入辐射部、该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第一电容器,以及该第二电容器都设置于该接地元件的该缺口区域内。
在一些实施例中,该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带,以及一第三频带,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,该第一辐射部和该第二辐射部各自呈现一直条形且两者互相平行。
在一些实施例中,该第三辐射部呈现一L字形。
在一些实施例中,该馈入辐射部具有一第一端和一第二端,而该馈入点位于该馈入辐射部的该第一端处。
在一些实施例中,该第一辐射部具有一第一端和一第二端,该第一辐射部的该第一端耦接至该接地元件上的一第一连接点,而该第一辐射部的该第二端经由该第一电容器耦接至该馈入辐射部的该第二端。
在一些实施例中,该第二辐射部具有一第一端和一第二端,该第二辐射部的该第一端耦接至该接地元件上的一第二连接点,而该第二辐射部的该第二端经由该第二电容器耦接至该第一辐射部的该第二端。
在一些实施例中,该第三辐射部具有一第一端和一第二端,而该第三辐射部的该第一端耦接至该馈入辐射部的该第二端。
在一些实施例中,该天线结构还包括:一匹配辐射部,具有一第一端和一第二端,其中该匹配辐射部的该第一端耦接至该馈入辐射部上的一第三连接点。
在一些实施例中,该天线结构还包括:一第一电路元件,耦接于该第一辐射部的该第一端和该接地元件上的该第一连接点之间;一第二电路元件,耦接于该第二辐射部的该第一端和该接地元件上的该第二连接点之间;一第三电路元件,耦接于该馈入辐射部的该第二端和该第三辐射部的该第一端之间;一第四电路元件,耦接于该第三辐射部的该第二端和该接地元件上的一第四连接点之间;以及一第五电路元件,耦接于该匹配辐射部的该第二端和该接地元件上的一第五连接点之间。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的天线结构的俯视图;
图2为本发明一实施例所述的天线结构的电压驻波比图;
图3为本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图;
图4为本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图。
符号说明
100~天线结构;
110~接地元件;
115~缺口区域;
120~馈入辐射部;
121~馈入辐射部的第一端;
122~馈入辐射部的第二端;
130~第一辐射部;
131~第一辐射部的第一端;
132~第一辐射部的第二端;
140~第二辐射部;
141~第二辐射部的第一端;
142~第二辐射部的第二端;
150~第三辐射部;
151~第三辐射部的第一端;
152~第三辐射部的第二端;
360~匹配辐射部;
361~匹配辐射部的第一端;
362~匹配辐射部的第二端;
471~第一电路元件;
472~第二电路元件;
473~第三电路元件;
474~第四电路元件;
475~第五电路元件;
C1~第一电容器;
C2~第二电容器;
CP1~第一连接点;
CP2~第二连接点;
CP3~第三连接点;
CP4~第四连接点;
CP5~第五连接点;
FB1~第一频带;
FB2~第二频带;
FB3~第三频带;
FP~馈入点;
L~长度;
W~宽度。
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,并配合所附的附图,作详细说明如下。
在说明书及权利要求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连接至该第二装置。
图1是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)当中,例如:一智能型手机(SmartPhone)、一平板计算机(Tablet Computer),或是一笔记型计算机(Notebook Computer)。如图1所示,天线结构100包括:一接地元件(Ground Element)110、一馈入辐射部(FeedingRadiation Element)120、一第一辐射部(Radiation Element)130、一第二辐射部140、一第三辐射部150、一第一电容器(Capacitor)C1,以及一第二电容器C2。接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140,以及第三辐射部150都可用金属材质所制成,例如:铜、银、铝、铁,或是其合金。第一电容器C1和第二电容器C2可以各自为一固定电容器(FixedCapacitor)或是一可变电容器(Variable Capacitor)。
接地元件110可以是一金属平面,其可提供天线结构100的一接地电位(GroundVoltage)。接地元件110具有一缺口区域(Notch Region)115,其中缺口区域115可以大致呈现一矩形或一正方形。在一些实施例中,缺口区域115大致位于接地元件110的任一边缘的中心点处,且相对远离接地元件110的角落处。必须注意的是,馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140、第三辐射部150、第一电容器C1,以及第二电容器C2都设置于接地元件110的缺口区域115内。
馈入辐射部120可以大致呈现一直条形。详细而言,馈入辐射部120具有一第一端121和一第二端122,其中一馈入点(Feeding Point)FP位于馈入辐射部120的第一端121处。馈入点FP可耦接至一信号源(Signal Source)(未显示)。例如,前述信号源可以是一射频(Radio Frequency,RF)模组,其可用于激发天线结构100。
第一辐射部130可以大致呈现一直条形。第一电容器C1耦接于馈入辐射部120和第一辐射部130之间。详细而言,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上的一第一连接点(Connection Point)CP1,而第一辐射部130的第二端132经由第一电容器C1耦接至馈入辐射部120的第二端122。
第二辐射部140可以大致呈现一直条形。在一些实施例中,第一辐射部130和第二辐射部140两者大致互相平行且等长。第二电容器C2耦接于第一辐射部130和第二辐射部140之间。详细而言,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上的一第二连接点CP2,而第二辐射部140的第二端142经由第二电容器C2耦接至第一辐射部130的第二端132。第二连接点CP2相异于前述的第一连接点CP1。
第三辐射部150可以大致呈现一L字形,其可部分垂直且部分平行于馈入辐射部120。详细而言,第三辐射部150具有一第一端151和一第二端152,其中第三辐射部150的第一端151耦接至馈入辐射部120的第二端122,而第三辐射部150的第二端152为一开路端(Open End)。在一些实施例中,馈入辐射部120具有相对的一第一侧和一第二侧,其中第一辐射部130和第二辐射部140都位于馈入辐射部120的第一侧处(例如:右侧),而第三辐射部150则位于馈入辐射部120的第二侧处(例如:左侧)。换言之,馈入辐射部120可将第三辐射部150与第一辐射部130、第二辐射部140都分隔开。
图2是显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio,VSWR)图,其中横轴代表操作频率(MHz),而纵轴代表电压驻波比。根据图2的测量结果,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可约位于1575MHz处,第二频带FB2可约介于2400MHz至2500MHz之间,而第三频带FB3可约介于5150MHz至5850MHz之间。因此,天线结构100将至少可支援GPS(Global Positioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)的多频带操作。
在一些实施例中,天线结构100的操作原理如下列所述。馈入辐射部120、第一电容器C1,以及第一辐射部130可共同激发产生前述的第一频带FB1。馈入辐射部120、第一电容器C1、第二电容器C2,以及第二辐射部140可共同激发产生前述的第二频带FB2。另外,馈入辐射部120和第三辐射部150可共同激发产生前述的第三频带FB3。根据实际测量结果,第一电容器C1和第二电容器C2的加入可控制各个辐射部的等效共振长度(Effective ResonantLength)。由于所有辐射部和所有电容器都位于接地元件110的缺口区域115内,故它们不会占用额外的设计面积,从而可微缩天线结构100的整体尺寸。
在一些实施例中,天线结构100的元件尺寸和元件参数如下列所述。缺口区域115具有一长度L和一宽度W,其中长度L至少为宽度W的2倍以上。前述长度L和宽度W的相乘积可介于天线结构100的1/16倍至1/8倍波长平方之间(亦即,其中「λ」代表天线结构100的第一频带FB1的最低频率的波长)。第二电容器C2的电容值(Capacitance)可以大于第一电容器C1的电容值。第一电容器C1的电容值可以小于1pF,例如:0.6pF。第二电容器C2的电容值也可小于1pF,例如:0.8pF。以上元件尺寸和元件参数的范围是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(Operation Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)。
图3是显示根据本发明另一实施例所述的天线结构300的俯视图。图3和图1相似。在图3的实施例中,天线结构300还包括一匹配辐射部(Matching Radiation Element)360,其可用金属材质制成。匹配辐射部360可以大致呈现一直条形,其可大致垂直于馈入辐射部120。详细而言,匹配辐射部360具有一第一端361和一第二端362,其中匹配辐射部360的第一端361耦接至馈入辐射部120上的一第三连接点CP3,而匹配辐射部360的第二端362为一开路端并邻近于第三辐射部150的第二端152。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:10mm或更短),也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)。第三连接点CP3介于馈入辐射部120的第一端121和第二端122之间,其相对更靠近馈入辐射部120的第一端121。根据实际测量结果,匹配辐射部360的加入可用于改善天线结构300的任一频带的阻抗匹配。图3的天线结构300的其余特征都与图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4是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3相似。在图4的实施例中,天线结构400还包括一第一电路元件(Circuit Element)471、一第二电路元件472、一第三电路元件473、一第四电路元件474,以及一第五电路元件475。例如,第一电路元件471、第二电路元件472、第三电路元件473、第四电路元件474,以及第五电路元件475的任一者可为一电阻器(Resistor)、一电容器、一电感器(Inductor)、一短路元件(Short-Circuited Element),或是一开路元件(Open-Circuited Element)。第一电路元件471耦接于第一辐射部130的第一端131和接地元件110上的第一连接点CP1之间。第二电路元件472耦接于第二辐射部140的第一端141和接地元件110上的第二连接点CP2之间。第三电路元件473耦接于馈入辐射部120的第二端122和第三辐射部150的第一端151之间。第四电路元件474耦接于第三辐射部150的第二端152和接地元件110上的一第四连接点CP4之间。第五电路元件475耦接于匹配辐射部360的第二端362和接地元件110上的一第五连接点CP5之间,其中第五连接点CP5相异于前述的第四连接点CP4。在一些实施例中,第一电路元件471、第二电路元件472、第三电路元件473,以及第五电路元件475各自为一短路元件或一电感器,而第四电路元件474则为一开路元件或一电容器,但也不仅限于此。根据实际测量结果,第一电路元件471、第二电路元件472、第三电路元件473、第四电路元件474,以及第五电路元件475的加入可用于同时微调天线结构400的第一频带FB1、第二频带FB2,以及第三频带FB3的阻抗匹配,从而可最佳化天线结构400的辐射性能。图4的天线结构400的其余特征都与图3的天线结构300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宽频天线结构,其至少包括设置于接地元件的缺口区域内的多个辐射部和多个电容器。整体而言,本发明至少具有小尺寸、宽频带、高辐射效率,以及低制造成本等优势,故其很适合应用于各种各式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、元件参数,以及频率范围都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4所图示的状态。本发明可以仅包括图1~图4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需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。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明,然而其并非用以限定本发明的范围,任何熟悉此项技术者,在不脱离本发明的精神和范围内,可做些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种天线结构,其特征在于,包括:
接地元件,具有缺口区域;
馈入辐射部,具有馈入点;
第一辐射部,耦接至该接地元件;
第一电容器,耦接于该馈入辐射部和该第一辐射部之间;
第二辐射部,耦接至该接地元件;
第二电容器,耦接于该第一辐射部和该第二辐射部之间;以及
第三辐射部,耦接至该馈入辐射部;
其中该馈入辐射部、该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第一电容器,以及该第二电容器都设置于该接地元件的该缺口区域内。
2.如权利要求1所述的天线结构,其中该天线结构涵盖第一频带、第二频带,以及第三频带,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,其中该第一辐射部和该第二辐射部各自呈现一直条形且两者互相平行。
4.如权利要求1所述的天线结构,其中该第三辐射部呈现L字形。
5.如权利要求1所述的天线结构,其中该馈入辐射部具有第一端和第二端,而该馈入点位于该馈入辐射部的该第一端处。
6.如权利要求5所述的天线结构,其中该第一辐射部具有第一端和第二端,该第一辐射部的该第一端耦接至该接地元件上的第一连接点,而该第一辐射部的该第二端经由该第一电容器耦接至该馈入辐射部的该第二端。
7.如权利要求6所述的天线结构,其中该第二辐射部具有第一端和第二端,该第二辐射部的该第一端耦接至该接地元件上的第二连接点,而该第二辐射部的该第二端经由该第二电容器耦接至该第一辐射部的该第二端。
8.如权利要求7所述的天线结构,其中该第三辐射部具有第一端和第二端,而该第三辐射部的该第一端耦接至该馈入辐射部的该第二端。
9.如权利要求8所述的天线结构,还包括:
匹配辐射部,具有第一端和第二端,其中该匹配辐射部的该第一端耦接至该馈入辐射部上的第三连接点。
10.如权利要求9所述的天线结构,还包括:
第一电路元件,耦接于该第一辐射部的该第一端和该接地元件上的该第一连接点之间;
第二电路元件,耦接于该第二辐射部的该第一端和该接地元件上的该第二连接点之间;
第三电路元件,耦接于该馈入辐射部的该第二端和该第三辐射部的该第一端之间;
第四电路元件,耦接于该第三辐射部的该第二端和该接地元件上的第四连接点之间;以及
第五电路元件,耦接于该匹配辐射部的该第二端和该接地元件上的第五连接点之间。
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