CN112467357B - 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，
其中该第四辐射部的开路端和该第三辐射部的开路端朝相反方向作延伸，该第四辐射部的该开路端和该第一辐射部的开路端朝相同方向作延伸，该第三辐射部的该开路端和该第二辐射部的开路端朝相同方向作延伸。
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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