CN112467357A - 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：一非导体支撑元件、一馈入辐射部、一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一第四辐射部，以及一调整辐射部。馈入辐射部具有一馈入点。第一辐射部耦接至馈入点。第二辐射部耦接至馈入辐射部。第三辐射部耦接至馈入辐射部，其中第二辐射部和第三辐射部之间形成一槽孔区域。第四辐射部耦接至一接地电位，其中第四辐射部和第三辐射部之间形成一耦合间隙。调整辐射部耦接至第四辐射部。馈入辐射部、第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部，以及调整辐射部都设置于非导体支撑元件上。

Description

天线结构
技术领域
本发明涉及一种天线结构，特别是涉及一种宽频带的天线结构。
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：一非导体支撑元件；一馈入辐射部，具有一馈入点；一第一辐射部，耦接至该馈入点；一第二辐射部，耦接至该馈入辐射部；一第三辐射部，耦接至该馈入辐射部，其中该第二辐射部和该第三辐射部之间形成一槽孔区域；一第四辐射部，耦接至一接地电位，其中该第四辐射部和该第三辐射部之间形成一耦合间隙；以及一调整辐射部，耦接至该第四辐射部；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、该第四辐射部，以及该调整辐射部都设置于该非导体支撑元件上。
在一些实施例中，该非导体支撑元件具有一第一表面、一第二表面，以及一第三表面，该第一表面和该第三表面都大致垂直于该第二表面，该馈入辐射部由该第一表面延伸至该第二表面上，该第一辐射部设置于该第一表面上，该第二辐射部和该第三辐射部都设置于该第二表面上，而该第四辐射部和该调整辐射部都设置于该第三表面上。
在一些实施例中，该第一辐射部呈现一直条形。
在一些实施例中，该第二辐射部呈现一不等宽直条形。
在一些实施例中，该第四辐射部呈现具有至少一导角之一直条形。
在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带、一第三频带、一第四频带，以及一第五频带，该第一频带介于600MHz至750MHz之间，该第二频带介于750MHz至960MHz之间，该第三频带介于1700MHz至1900MHz之间，该第四频带介于1900MHz至2300MHz之间，而该第五频带介于2500MHz至2700MHz之间。
在一些实施例中，该第一辐射部的长度大致等于该第五频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该馈入辐射部和该第二辐射部的总长度大致等于该第四频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该馈入辐射部和该第三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，该第四辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的天线结构的平面展开图；
图2为本发明一实施例所述的天线结构的侧视图；
图3为本发明一实施例所述的天线结构的电压驻波比图。
符号说明
100～天线结构；
110～非导体支撑元件；
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；
144～第二辐射部的较宽部分；
145～第二辐射部的较窄部分；
146～第二辐射部的导角；
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；
155～槽孔区域；
160～第四辐射部；
161～第四辐射部的第一端；
162～第四辐射部的第二端；
166、167～第四辐射部的导角；
170～调整辐射部；
171～调整辐射部的第一端；
172～调整辐射部的第二端；
190～信号源；
CP1～连接点；
E1～非导体支撑元件的第一表面；
E2～非导体支撑元件的第一表面；
E3～非导体支撑元件的第一表面；
FB1～第一频带；
FB2～第二频带；
FB3～第三频带；
FB4～第四频带；
FB5～第五频带；
FP～馈入点；
GC1～耦合间隙；
LB1、LB2～弯折线；
VSS～接地电位。
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显示根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的平面展开图，其中天线结构100具有二条90度弯折线LB1、LB2。图2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1、图2。天线结构100可应用于一无线分享器(Wireless Access Point)或是一移动装置(Mobile Device)当中，例如：一智能型手机(Smart Phone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记型计算机(NotebookComputer)。如图1、图2所示，天线结构100至少包括：一非导体支撑元件(NonconductiveSupporting Element)110、一馈入辐射部(Feeding Radiation 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、一第四辐射部160，以及一调整辐射部(Tuning Radiation Element)170，其中馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140、第三辐射部150、第四辐射部160，以及调整辐射部170都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。
馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140、第三辐射部150、第四辐射部160，以及调整辐射部170都设置于非导体支撑元件110上。详细而言，非导体支撑元件110具有一第一表面E1、一第二表面E2，以及一第三表面E3，其中第一表面E1和第三表面E3大致互相平行，且第一表面E1和第三表面E3都大致垂直于第二表面E2。馈入辐射部120由非导体支撑元件110的第一表面E1延伸至第二表面E2上。第一辐射部130设置于非导体支撑元件110的第一表面E1上。第二辐射部140和第三辐射部150都设置于非导体支撑元件110的第二表面E2上。第四辐射部160和调整辐射部170都设置于非导体支撑元件110的第三表面E3上。
馈入辐射部120可以大致呈现一直条形。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)190，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。详细而言，馈入辐射部120的第一端121位于非导体支撑元件110的第一表面E1上，而馈入辐射部120的第二端122位于非导体支撑元件110的第二表面E2上。
第一辐射部130可以大致呈现一等宽直条形，其可与馈入辐射部120大致互相垂直。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耦接至馈入点FP，而第一辐射部130的第二端132为一开路端(Open End)。
第二辐射部140可以大致呈现一不等宽直条形，其可与馈入辐射部120大致互相垂直。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耦接至馈入辐射部120的第二端122，而第二辐射部140的第二端142为一开路端。第二辐射部140的第二端142和第一辐射部130的第二端132可大致朝相反方向作延伸。在一些实施例中，第二辐射部140包括互相耦接的一较宽部分144和一较窄部分145，其中较宽部分144邻近于第二辐射部140的第一端141，而较窄部分145邻近于第二辐射部140的第二端142。在一些实施例中，第二辐射部140具有位于其第二端142处的一导角(Chamfer Angle)146，其呈现一平滑弧形。此种设计有助于微调天线结构100的阻抗匹配(Impedance Matching)并美化天线结构100的装置外型。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，第二辐射部140也可改为一等宽直条形且不具有任何导角。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)，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)。
第三辐射部150可以大致呈现一J字形，其可与馈入辐射部120至少部分垂直。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。第三辐射部150的第二端152和第二辐射部140的第二端142可大致朝相同方向作延伸。另外，第二辐射部140和第三辐射部150之间形成一槽孔区域(Slot Region)155，其可大致呈现一直条形并具有一开口侧和一闭口侧。在另一些实施例中，槽孔区域155也可改为一L字形。
第四辐射部160可以大致呈现一直条形，其与馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140，以及第三辐射部150都完全分离，而第四辐射部160和第三辐射部150之间形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。第四辐射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第四辐射部160的第一端161耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS，而第四辐射部160的第二端162为一开路端。第四辐射部160的第二端162和第一辐射部130的第二端132可大致朝相同方向作延伸。在一些实施例中，第四辐射部160具有位于其第二端162处的一导角166，其呈现一平滑弧形。在一些实施例中，第四辐射部160更具有位于邻近于其第一端161处的另一导角167。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，第四辐射部160也可改为一等宽直条形且不具有任何导角。
调整辐射部170可以大致呈现一直条形，其可与第四辐射部160大致互相垂直。调整辐射部170具有一第一端171和一第二端172，其中调整辐射部170的第一端171耦接至第四辐射部160上的一连接点(Connection Point)CP1，而调整辐射部170的第二端172为一开路端。调整辐射部170可用于微调第四辐射部160的低频阻抗匹配。在另一些实施例中，调整辐射部170也可由天线结构100中移除。
图3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3的测量结果，天线结构100可涵盖一第一频带FB1、一第二频带FB2、一第三频带FB3、一第四频带FB4，以及一第五频带FB5。例如，第一频带FB1可介于600MHz至750MHz之间，第二频带FB2可介于750MHz至960MHz之间，第三频带FB3可介于1700MHz至1900MHz之间，第四频带FB4可介于1900MHz至2300MHz之间，而第五频带FB5可介于2500MHz至2700MHz之间。因此，天线结构100将至少可支援次世代5G通讯的宽频操作。
在一些实施例中，天线结构100的操作原理如下列所述。第一辐射部130可激发产生前述的第五频带FB5。馈入辐射部120和第二辐射部140可共同激发产生前述的第四频带FB4。馈入辐射部120和第三辐射部150可共同激发产生前述的第二频带FB2。第四辐射部160可由第三辐射部150所耦合激发。详细而言，第四辐射部160可激发产生一基频共振模态(Fundamental Resonant Mode)，以形成前述的第一频带FB1。第四辐射部160更可激发产生一高阶共振模态(Higher-Order Resonant Mode)，以形成前述的第三频带FB3(三倍频)。
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)可以大致等于天线结构100的第五频带FB5的0.25倍波长(λ/4)。馈入辐射部120和第二辐射部140的总长度(亦即，由第一端121起，经过第二端122、第一端141，再至第二端142的总长度)可以大致等于天线结构100的第四频带FB4的0.25倍波长(λ/4)。馈入辐射部120和第三辐射部150的总长度(亦即，由第一端121起，经过第二端122、第一端151，再至第二端152的总长度)可以大致等于天线结构100的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第四辐射部160的长度(亦即，由第一端161至第二端162的长度)可以大致等于天线结构100的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。耦合间隙GC1的宽度可小于或等于2mm。以上元件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(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。
本发明提出一种新颖的天线结构，其各个辐射部可分布于立体的非导体支撑元件上，以微缩整体天线尺寸。大致而言，本发明至少具有小尺寸、宽频带，以及美化移动装置外观等优势，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，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3所图示的状态。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，该天线结构包括：
非导体支撑元件；
馈入辐射部，具有馈入点；
第一辐射部，耦接至该馈入点；
第二辐射部，耦接至该馈入辐射部；
第三辐射部，耦接至该馈入辐射部，其中该第二辐射部和该第三辐射部之间形成槽孔区域；
第四辐射部，耦接至接地电位，其中该第四辐射部和该第三辐射部之间形成耦合间隙；以及
调整辐射部，耦接至该第四辐射部；
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、该第四辐射部，以及该调整辐射部都设置于该非导体支撑元件上。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该非导体支撑元件具有第一表面、第二表面，以及第三表面，该第一表面和该第三表面都大致垂直于该第二表面，该馈入辐射部由该第一表面延伸至该第二表面上，该第一辐射部设置于该第一表面上，该第二辐射部和该第三辐射部都设置于该第二表面上，而该第四辐射部和该调整辐射部都设置于该第三表面上。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部呈现直条形。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部呈现不等宽直条形。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第四辐射部呈现具有至少一导角的直条形。
6.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、第三频带、第四频带，以及第五频带，该第一频带介于600MHz至750MHz之间，该第二频带介于750MHz至960MHz之间，该第三频带介于1700MHz至1900MHz之间，该第四频带介于1900MHz至2300MHz之间，而该第五频带介于2500MHz至2700MHz之间。
7.如权利要求6所述的天线结构，其中该第一辐射部的长度大致等于该第五频带的0.25倍波长。
8.如权利要求6所述的天线结构，其中该馈入辐射部和该第二辐射部的总长度大致等于该第四频带的0.25倍波长。
9.如权利要求6所述的天线结构，其中该馈入辐射部和该第三辐射部的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
10.如权利要求6所述的天线结构，其中该第四辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长。
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