CN114566784A - 天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线结构。天线结构包括一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一第四辐射部、一第五辐射部以及一非导体支撑元件。第一辐射部具有一馈入点。第二辐射部耦接至馈入点。第三辐射部具有一接地点。第四辐射部耦接至第三辐射部，其中第四辐射部邻近于第一辐射部和第二辐射部。第五辐射部耦接至第三辐射部和第四辐射部。第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部以及第五辐射部皆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(Antenna Structure)，尤其涉及一种宽频带(Wideband)的天线结构。

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

本发明的目的在于提供一种天线结构，以解决上述至少一个问题。

在较佳实施例中，本发明提出一种天线结构，包括：一第一辐射部，具有一馈入点；一第二辐射部，耦接至该馈入点；一第三辐射部，具有一接地点；一第四辐射部，耦接至该第三辐射部，其中该第四辐射部邻近于该第一辐射部和该第二辐射部；一第五辐射部，耦接至该第三辐射部和该第四辐射部；以及一非导体支撑元件，其中该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第四辐射部以及该第五辐射部皆设置于该非导体支撑元件上。

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，该第一频带介于728MHz至960MHz之间，该第二频带介于1805MHz至2200MHz之间，而该第三频带介于2300MHz至2690MHz之间。

在一些实施例中，该第一辐射部呈现一U字形。

在一些实施例中，该第一辐射部为一不等宽结构，并包括一第一加宽部分和一第二加宽部分。

在一些实施例中，该第一辐射部的长度介于该第一频带的最高频率的0.1倍至0.2倍波长之间。

在一些实施例中，该第二辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该第二辐射部的长度介于该第三频带的最高频率的0.05倍至0.2倍波长之间。

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，该第四辐射部为一蜿蜒结构。

在一些实施例中，该第四辐射部和该第一辐射部之间形成一第一耦合间隙，而该第一耦合间隙的宽度介于0.1mm至1mm之间。

在一些实施例中，该第四辐射部和该第二辐射部之间形成一第二耦合间隙，而该第二耦合间隙的宽度介于0.1mm至1mm之间。

在一些实施例中，该第三辐射部和该第四辐射部的总长度介于该第一频带的最低频率的0.1倍至0.2倍波长之间。

在一些实施例中，该第五辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该第三辐射部和该第五辐射部的总长度介于该第二频带的最低频率的0.1倍至0.3倍波长之间。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第六辐射部，耦接至该馈入点，其中该第六辐射部与该第一辐射部和该第二辐射部皆互相垂直。

在一些实施例中，该第六辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第七辐射部，耦接至该第四辐射部上的一第一连接点，其中该第七辐射部邻近于该第一辐射部的该第一加宽部分和该第二加宽部分。

在一些实施例中，该第七辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第八辐射部，耦接至该第四辐射部上的一第二连接点，其中该第八辐射部与该第四辐射部互相垂直。

在一些实施例中，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第五辐射部皆以激光直接成型方式设置于该非导体支撑元件上。

本发明的有益效果在于，本发明提出的天线结构，与传统技术相比，本发明至少具有小尺寸、宽频带、低制造成本以及能适应不同使用环境等优势，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所述的天线结构的立体图。

图2为根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图。

图3为根据本发明一实施例所述的天线结构的辐射效率图。

附图标记如下：

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

114:第一辐射部的第一加宽部分

115:第一辐射部的第二加宽部分

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

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:第四辐射部

141:第四辐射部的第一端

142:第四辐射部的第二端

150:第五辐射部

151:第五辐射部的第一端

152:第五辐射部的第二端

160:第六辐射部

161:第六辐射部的第一端

162:第六辐射部的第二端

170:第七辐射部

171:第七辐射部的第一端

172:第七辐射部的第二端

180:第八辐射部

181:第八辐射部的第一端

182:第八辐射部的第二端

190:非导体支撑元件

195:开孔

199:近场通信天线

CP1:第一连接点

CP2:第二连接点

D1:间距

E1:非导体支撑元件的第一表面

E2:非导体支撑元件的第二表面

E3:非导体支撑元件的第三表面

E4:非导体支撑元件的第四表面

FB1:第一频带

FB2:第二频带

FB3:第三频带

FP:馈入点

GC1:第一耦合间隙

GC2:第二耦合间隙

GP:接地点

L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,LT:长度

WT: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。

以下的公开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。以下的公开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，若是本公开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，亦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，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。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及/或结构之间有特定的关系。

此外，其与空间相关用词。例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。

图1为根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的立体图。天线结构100可应用于一移动装置(Mobile Device)当中，例如：一智能手机(SmartPhone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记本电脑(Notebook Computer)。在图1的实施例中，天线结构100至少包括：一第一辐射部(Radiation Element)110、一第二辐射部120、一第三辐射部130、一第四辐射部140、一第五辐射部150以及一非导体支撑元件(Nonconductive Support Element)190，其中第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130、第四辐射部140以及第五辐射部150皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。

非导体支撑元件190可以是一立体结构，其具有一第一表面E1、一第二表面E2、一第三表面E3以及一第四表面E4。例如，第二表面E2和第四表面E4可彼此相邻，并皆可大致垂直于第一表面E1。另外，第三表面E3则可连接于第一表面E1和第二表面E2之间，其中第三表面E3可与第一表面E1和第二表面E2既不互相平行亦不互相垂直。第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130、第四辐射部140以及第五辐射部150可分布于非导体支撑元件190的第一表面E1、第二表面E2、第三表面E3以及第四表面E4上。在一些实施例中，非导体支撑元件190还具有一开孔(Opening)195，其可大致呈现一圆形，并可供各种电子元件(Electronic Element)穿越过去。例如，前述电子元件可为一金属连接元件或是一电路元件。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，开孔195亦可被填满或由非导体支撑元件190中移除。在一些实施例中，第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130、第四辐射部140以及第五辐射部150皆以激光直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)方式设置于非导体支撑元件190上。

第一辐射部110可以大致呈现一U字形，其可由非导体支撑元件190的第一表面E1经过第四表面E4再延伸至第二表面E2上。详细而言，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位于第一辐射部110的第一端111处，而第一辐射部110的第二端112为一开路端(Open End)。馈入点FP更可耦接至一信号源(SignalSource)(未显示)。例如，前述信号源可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。在一些实施例中，第一辐射部110为一不等宽结构，并包括互相耦接的一第一加宽部分(Widening Portion)114和一第二加宽部分115。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，第一辐射部110亦可改为一等宽结构。

第二辐射部120可以大致呈现一直条形，其可设置于非导体支撑元件190的第一表面E1上。详细而言，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耦接至馈入点FP，而第二辐射部120的第二端122为一开路端。第二辐射部120的第二端122与第一辐射部110的第二端112可大致朝相同方向作延伸。

第三辐射部130可以大致呈现一L字形，其可由非导体支撑元件190的第一表面E1延伸至第三表面E3上。详细而言，第三辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一接地点(Grounding Point)GP位于第三辐射部130的第一端131处。接地点GP更可耦接至天线结构100的一系统接地面(System Ground Plane)(未显示)。

第四辐射部140可以是一蜿蜒结构(Meandering Structure)，其可由非导体支撑元件190的第三表面E3经过第一表面E1再延伸至第四表面E4上。详细而言，第四辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四辐射部140的第一端141耦接至第三辐射部130的第二端132，而第四辐射部140的第二端142为一开路端。第四辐射部140邻近于第一辐射部110和第二辐射部120。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)，但通常不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(也就是说，前述间距缩短至0)。在一些实施例中，第四辐射部140和第一辐射部110之间形成一第一耦合间隙(Coupling Gap)GC1，而第四辐射部140和第二辐射部120之间形成一第二耦合间隙GC2。

第五辐射部150可以大致呈现一L字形，其可由非导体支撑元件190的第三表面E3延伸至第二表面E2上。详细而言，第五辐射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第五辐射部150的第一端151耦接至第三辐射部130的第二端132和第四辐射部140的第一端141，而第五辐射部150的第二端152为一开路端并邻近于第一辐射部110的第二端112。第五辐射部150的第二端152和第二辐射部120的第二端122可大致朝相反方向作延伸。

在一些实施例中，天线结构100还包括一第六辐射部160。第六辐射部160可以大致呈现一直条形，其可设置于非导体支撑元件190的第一表面E1上。详细而言，第六辐射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第六辐射部160的第一端161耦接至馈入点FP，而第六辐射部160的第二端162为一开路端。第六辐射部160可与第一辐射部110和第二辐射部120皆大致互相垂直。必须理解的是，第六辐射部160为一选用元件(Optional Element)，在其他实施例中亦可由天线结构100中移除。

在一些实施例中，天线结构100还包括一第七辐射部170。第七辐射部170可以大致呈现一L字形，其可设置于非导体支撑元件190的第四表面E4上。详细而言，第七辐射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第七辐射部170的第一端171耦接至第四辐射部140上的一第一连接点(Connection Point)CP1，而第七辐射部170的第二端172为一开路端并邻近于第一辐射部110的第一加宽部分114和第二加宽部分115。必须理解的是，第七辐射部170为一选用元件，在其他实施例中亦可由天线结构100中移除。

在一些实施例中，天线结构100还包括一第八辐射部180。第八辐射部180可以大致呈现一直条形，其可设置于非导体支撑元件190的第四表面E4上。详细而言，第八辐射部180具有一第一端181和一第二端182，其中第八辐射部180的第一端181耦接至第四辐射部140上的一第二连接点CP2，而第八辐射部180的第二端182为一开路端。第二连接点CP2可异于前述的第一连接点CP1。第八辐射部180可与第四辐射部140大致互相垂直。必须理解的是，第八辐射部180为一选用元件，在其他实施例中亦可由天线结构100中移除。

图2为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。例如，第一频带FB1可介于728MHz至960MHz之间，第二频带FB2可介于1805MHz至2200MHz之间，而第三频带FB3可介于2300MHz至2690MHz之间。因此，天线结构100将至少可支持Wi-Fi2.4GHz、LTE(Long Term Evolution)以及新世代5G通信(5th Generation Mobile Networks)的宽频操作。

在天线原理方面，第三辐射部130和第四辐射部140可由第一辐射部110所耦合激发，以形成前述的第一频带FB1。第三辐射部130和第五辐射部150可由第一辐射部110和第四辐射部140所耦合激发，以形成前述的第二频带FB2。第二辐射部120则可被单独激发，以形成前述的第三频带FB3。必须理解的是，第一辐射部110、第三辐射部130以及第四辐射部140的激发的倍频效应(Double-Frequency Effect)亦可对第二频带FB2和第三频带FB3的产生有所贡献。根据实际测量结果，第六辐射部160的加入有助于微调第二频带FB2的阻抗匹配(Impedance Matching)，而第七辐射部170和第八辐射部180的加入则有助于微调第一频带FB1的阻抗匹配。另外，第一辐射部110的第一加宽部分114和第二加宽部分115还可用于增加第一频带FB1的操作频宽(Operation Bandwidth)。

图3为根据本发明一实施例所述的天线结构100的辐射效率图(RadiationEffect)，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的测量结果，天线结构100于前述的第一频带FB1、第二频带FB2以及第三频带FB3内的辐射效率均可达-9dB以上，此已能满足一般移动通信置的实际应用需求。

在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸和元件参数可如下列所述。第一辐射部110的长度L1可介于天线结构100的第一频带FB1的最高频率的0.1倍至0.2倍波长之间(0.1λ～0.2λ)，例如：可约为0.17倍波长(0.17λ)。第二辐射部120的长度L2可介于天线结构100的第三频带FB3的最高频率的0.05倍至0.2倍波长之间(0.05λ～0.2λ)，例如：可约为0.15倍波长(0.15λ)。第三辐射部130和第四辐射部140两者的总长度L3可介于天线结构100的第一频带FB1的最低频率的0.1倍至0.2倍波长之间(0.1λ～0.2λ)，例如：可约为0.15倍波长(0.15λ)。第三辐射部130和第五辐射部150两者的总长度L4可介于天线结构100的第二频带FB2的最低频率的0.1倍至0.3倍波长之间(0.1λ～0.3λ)，例如：可约为0.2倍波长(0.2λ)。第六辐射部160的长度L5可介于5mm至9mm之间，例如：可约为7mm。第七辐射部170的长度L6可介于8mm至12mm之间，例如：可约为10mm。第八辐射部180的长度L7可介于4mm至6mm之间，例如：可约为5mm。第一耦合间隙GC1的宽度可介于0.1mm至1mm之间，例如：可约为0.5mm。第二耦合间隙GC2的宽度可介于0.1mm至1mm之间，例如：可约为0.5mm。馈入点FP和接地点GP的间距D1可介于1mm至2mm，例如：可约为1.5mm。天线结构100的总长度LT可约为28mm，而天线结构100的总宽度WT可约为14mm。以上尺寸和参数范围根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽和阻抗匹配。

在另一些实施例中，天线结构100还可邻近于一近场通信(Near-FieldCommunication，NFC)天线199(其属另一独立天线，非为天线结构100的一部分)。根据实际测量结果，若将近场通信天线199设置于第四辐射部140旁边的一非金属区域(Non-MetalRegion)内，其并不会对天线结构100的辐射性能造成太大负面影响。因此，天线结构100的设计还可达成微缩整体天线尺寸的功效。

本发明提出一种新颖的天线结构，与传统技术相比，本发明至少具有小尺寸、宽频带、低制造成本以及能适应不同使用环境等优势，故其很适合应用于各种各式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、元件参数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公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术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随附的权利要求所界定为准。

Claims (20)

1.一种天线结构，包括：

一第一辐射部，具有一馈入点；

一第二辐射部，耦接至该馈入点；

一第三辐射部，具有一接地点；

一第四辐射部，耦接至该第三辐射部，其中该第四辐射部邻近于该第一辐射部和该第二辐射部；

一第五辐射部，耦接至该第三辐射部和该第四辐射部；以及

一非导体支撑元件，其中该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第四辐射部以及该第五辐射部皆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，该第一频带介于728MHz至960MHz之间，该第二频带介于1805MHz至2200MHz之间，而该第三频带介于2300MHz至2690MHz之间。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部呈现一U字形。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部为一不等宽结构，并包括一第一加宽部分和一第二加宽部分。

5.如权利要求2所述的天线结构，其中该第一辐射部的长度介于该第一频带的最高频率的0.1倍至0.2倍波长之间。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部呈现一直条形。

7.如权利要求2所述的天线结构，其中该第二辐射部的长度介于该第三频带的最高频率的0.05倍至0.2倍波长之间。

8.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三辐射部呈现一L字形。

9.如权利要求1所述的天线结构，其中该第四辐射部为一蜿蜒结构。

10.如权利要求1所述的天线结构，其中该第四辐射部和该第一辐射部之间形成一第一耦合间隙，而该第一耦合间隙的宽度介于0.1mm至1mm之间。

11.如权利要求1所述的天线结构，其中该第四辐射部和该第二辐射部之间形成一第二耦合间隙，而该第二耦合间隙的宽度介于0.1mm至1mm之间。

12.如权利要求2所述的天线结构，其中该第三辐射部和该第四辐射部的总长度介于该第一频带的最低频率的0.1倍至0.2倍波长之间。

13.如权利要求1所述的天线结构，其中该第五辐射部呈现一L字形。

14.如权利要求2所述的天线结构，其中该第三辐射部和该第五辐射部的总长度介于该第二频带的最低频率的0.1倍至0.3倍波长之间。

15.如权利要求1所述的天线结构，还包括：

一第六辐射部，耦接至该馈入点，其中该第六辐射部与该第一辐射部和该第二辐射部皆互相垂直。

16.如权利要求15所述的天线结构，其中该第六辐射部呈现一直条形。

17.如权利要求4所述的天线结构，还包括：

一第七辐射部，耦接至该第四辐射部上的一第一连接点，其中该第七辐射部邻近于该第一辐射部的该第一加宽部分和该第二加宽部分。

18.如权利要求17所述的天线结构，其中该第七辐射部呈现一L字形。

19.如权利要求17所述的天线结构，还包括：

一第八辐射部，耦接至该第四辐射部上的一第二连接点，其中该第八辐射部与该第四辐射部互相垂直。

20.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部、该第二辐射部、该第三辐射部、该第四辐射部以及该第五辐射部皆以激光直接成型方式设置于该非导体支撑元件上。

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