CN112864609B - 天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线结构，包括：一接地面、一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部，以及一介质基板。接地面提供一接地电位。第一辐射部包括一连接支路、一第一支路，以及一第二支路，其中连接支路具有一馈入点，而第一支路和第二支路大致朝相反方向作延伸。第二辐射部耦接至馈入点，其中第二辐射部大致包围住一非金属区域并更耦接至接地电位。第三辐射部耦接至接地电位，其中第三辐射部邻近于第一辐射部。第一辐射部、第二辐射部，以及第三辐射部都设置于介质基板上。

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(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
在较佳实施例中，本发明提出一种天线结构，包括：一接地面，提供一接地电位；一第一辐射部，包括一连接支路、一第一支路，以及一第二支路，其中该连接支路具有一馈入点，而该第一支路和该第二支路大致朝相反方向作延伸；一第二辐射部，耦接至该馈入点，其中该第二辐射部大致包围住一非金属区域并更耦接至该接地电位；一第三辐射部，耦接至该接地电位，其中该第三辐射部邻近于该第一辐射部；以及一介质基板，其中该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部都设置于该介质基板上。
在一些实施例中，该连接支路、该第一支路，以及该第二支路的每一者都呈现一直条形，使得该第一辐射部呈现一T字形。
在一些实施例中，该第二辐射部大致形成具有一缺口的一回圈结构。
在一些实施例中，该非金属区域呈现一L字形。
在一些实施例中，该第三辐射部呈现一直条形并与该连接支路大致互相平行。
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，该第三辐射部和该第一辐射部之间形成一耦合间隙，使得该第三辐射部由该第一辐射部所耦合激发。
在一些实施例中，该连接支路和该第二支路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，该第二辐射部的长度大致等于该第三频带的0.5倍波长。
在一些实施例中，该第三辐射部的长度小于或等于该第一频带的0.125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。
符号说明
100～天线结构；
110～接地面；
120～第一辐射部；
121～第一辐射部的第一端；
122～第一辐射部的第二端；
123～第一辐射部的第三端；
124～第一辐射部的连接支路；
125～第一辐射部的第一支路；
126～第一辐射部的第二支路；
130～第二辐射部；
131～第二辐射部的第一端；
132～第二辐射部的第二端；
140～非金属区域；
142～缺口；
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；
170～介质基板；
190～信号源；
FB1～第一频带；
FB2～第二频带；
FB3～第三频带；
FP～馈入点；
GC1～耦合间隙；
L1～连接支路和第二支路的总长度；
L2～第二辐射部的长度；
L3～第三辐射部的长度；
LT～天线结构的总长度；
VSS～接地电位；
WT～天线结构的总宽度。
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。
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号或(且)标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例或(且)结构之间有特定的关系。
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至少包括：一接地面(Ground Plane)110、一第一辐射部(RadiationElement)120、一第二辐射部130、一第三辐射部150，以及一介质基板(DielectricSubstrate)170，其中接地面110、第一辐射部120、第二辐射部130，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。
介质基板170可为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FCB)。第一辐射部120、第二辐射部130，以及第三辐射部150都设置于介质基板170上，故天线结构100可大致为一平面式结构。
接地面110可以大致呈现一矩形。例如，接地面110可为一接地铜箔(GroundCopper Foil)，其更可耦接至一系统接地面(System Ground Plane)(未显示)，并可提供一接地电位(Ground Voltage)VSS。在一些实施例中，接地面110邻近于介质基板170的一边缘处。在另一些实施例中，接地面110部分地延伸至介质基板170上。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)。
第一辐射部120可大致呈现一T字形。详细而言，第一辐射部120具有一第一端121、一第二端122，以及一第三端123，并包括彼此互相耦接的一连接支路(Connection Branch)124、一第一支路(Branch)125，以及一第二支路126，其中第一辐射部120的第二端122和第三端123各自为一开路端(Open End)。连接支路124邻近于第一辐射部120的第一端121，第一支路125邻近于第一辐射部120的第二端122，而第二支路126邻近于第一辐射部120的第三端123。例如，连接支路124、第一支路125，以及第二支路126的每一者都可大致呈现一直条形，其中第一支路125和第二支路126都垂直于连接支路124，而第一支路125的第二端122和第二支路126的第三端123可大致朝相反方向作延伸。第二支路126的长度可为第一支路125的长度的2倍至3倍。一馈入点(Feeding Point)FP位于连接支路124的第一端121处。此馈入点FP更可耦接至一信号源(Signal Source)190，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。
第二辐射部130可呈现一蜿蜒形状(Meandering Shape)，以大致包围住一非金属区域(Non-Metal Region)140。例如，非金属区域140可大致呈现一L字形，但也不仅限于此。详细而言，第二辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二辐射部130的第一端131耦接至馈入点FP和第一辐射部120的第一端121，而第二辐射部130的第二端132耦接至接地电位VSS。在一些实施例中，第二辐射部130大致形成具有一缺口(Notch)142的一回圈结构(Loop Structure)，其中缺口142与非金属区域140互相连通。
第三辐射部150可大致呈现一直条形，其可与第一辐射部120完全分离，并可与第一辐射部120的连接支路124大致互相平行。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耦接至接地电位VSS和第二辐射部130的第二端132，而第三辐射部150的第二端152为一开路端并邻近于第一辐射部120的连接支路124和第一支路125。
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FB1、一第二频带FB2，以及一第三频带FB3。例如，第一频带FB1可位于1575MHz附近，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将至少可支持GPS(Global Positioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz的宽频操作。
在一些实施例中，天线结构100的操作原理可如下列所述。第三辐射部150和第一辐射部120之间可形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1，故第三辐射部150可由第一辐射部120所耦合激发，以产生前述的第一频带FB1。第一辐射部120的连接支路124和第二支路126可共同激发产生前述的第二频带FB2。第一辐射部120的第一支路125可用于微调第二频带FB2的阻抗匹配(Impedance Matching)，并增加第二频带FB2的操作频宽(OperationBandwidth)。另外，第二辐射部130可单独激发产生前述的第三频带FB3。必须注意的是，第三辐射部150自身带有电感性(Inductance)，而第三辐射部150和第一辐射部120之间的耦合间隙GC1可提供电容性(Capacitance)，以补偿前述的电感性。在此设计下，第三辐射部150将能以相对较短的共振长度来涵盖相对较低的第一频带FB1，因此，天线结构100的整体尺寸将可进行大幅度的微缩化。
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120的连接支路124和第二支路126的总长度L1(亦即，由第一端121经交叉点至第三端123的总长度L1)可大致等于第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部130的长度L2(亦即，由第一端131至第二端132的长度L2)可大致等于第三频带FB3的0.5倍波长(λ/2)。第三辐射部150的长度L3(亦即，由第一端151至第二端152的长度L3)可小于或等于第一频带FB1的0.125倍波长(λ/8)。耦合间隙GC1的宽度可介于0.1mm至1mm之间，例如：约0.2mm。天线结构100的总长度LT可约为40mm，而天线结构100的总宽度WT可约为15mm。以上元件尺寸的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。
本发明提出一种新颖的天线结构，其可利用耦合机制缩小天线尺寸，同时涵盖多重频带操作，与传统设计相比，本发明至少具有小尺寸、宽频带，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，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2所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图2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：
接地面，提供接地电位；
第一辐射部，包括连接支路、第一支路以及第二支路，其中该连接支路具有馈入点，而该第一支路和该第二支路大致朝相反方向作延伸；
第二辐射部，耦接至该馈入点，其中该第二辐射部大致包围住非金属区域并还耦接至该接地电位；
第三辐射部，耦接至该接地电位，其中该第三辐射部邻近于该第一辐射部；以及
介质基板，其中该第一辐射部、该第二辐射部以及该第三辐射部都设置于该介质基板上，
其中该第三辐射部由该第一辐射部耦合激发产生第一频带，该第一辐射部的该连接支路和该第二支路共同激发产生第二频带，该第二辐射部单独激发产生第三频带。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该连接支路、该第一支路以及该第二支路的每一者都呈现直条形，使得该第一辐射部呈现T字形。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部大致形成具有缺口的回圈结构。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该非金属区域呈现L字形。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三辐射部呈现直条形并与该连接支路大致互相平行。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一频带位于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。
7.如权利要求6所述的天线结构，其中该第三辐射部和该第一辐射部之间形成耦合间隙，使得该第三辐射部由该第一辐射部所耦合激发。
8.如权利要求6所述的天线结构，其中该连接支路和该第二支路的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
9.如权利要求6所述的天线结构，其中该第二辐射部的长度大致等于该第三频带的0.5倍波长。
10.如权利要求6所述的天线结构，其中该第三辐射部的长度小于或等于该第一频带的0.125倍波长。
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