CN115347350A - 天线结构 - Google Patents

Abstract

一种天线结构。天线结构包括辐射部、接地部、连接部以及协作部；连接部电性连接于辐射部及接地部之间，且连接部供设置馈入端口以馈入信号至天线结构；协作部电性连接接地部，协作部耦合辐射部及连接部，且协作部与辐射部彼此分离，协作部与连接部彼此分离。本发明的天线结构通过协作部耦合辐射部及连接部，且协作部与辐射部彼此分离，协作部与连接部彼此分离，有助加宽天线结构的操作频带，进一步地有效降低射频前端单元的设计复杂度及成本，且有助于在不增加天线数量及布局体积的情况下，满足更宽频带或新增频带的应用需求。

Description

天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种宽频带的天线结构。

背景技术

在人类追求便利生活的驱动下，产生了大量的装置联网需求，无线通信系统因此朝向更高传输速率及吞吐量的方向发展，例如WIFI 6单纯提高2.4GHz与5GHz信道的利用率仍不足以应付联网装置数量的增长速度，因此WIFI 6E新增了6GHz频带，通过增加信道的方式解决信道壅堵的状况。然而，在无线通信系统加宽或增加通信频带的同时，也意味着射频前端(Radio Frequency Frontend)单元的设计复杂度及成本将对应地提高。因此，如何降低新一代无线通信系统射频前端单元的设计复杂度及成本，遂成为市场上所关心的议题，其中又以天线结构的设计与所述议题息息相关。

有鉴于此，市场上亟需一种天线结构，除可满足无线通信系统加宽或增加的通信频带，亦可有效降低射频前端单元的设计复杂度及成本。

发明内容

本发明提供一种天线结构，通过协作部耦合辐射部及连接部，且协作部与辐射部彼此分离，协作部与连接部彼此分离，有助加宽天线结构的操作频带，进一步地有效降低射频前端单元的设计复杂度及成本。

依据本发明一实施方式提供一种天线结构，该天线结构包含辐射部、接地部、连接部以及协作部。连接部电性连接于辐射部及接地部之间，且连接部供设置馈入端口以馈入信号至天线结构。协作部电性连接接地部，协作部耦合辐射部及连接部，且协作部与辐射部彼此分离，协作部与连接部彼此分离。藉此，有助加宽天线结构的操作频带。

依据本发明另一实施方式提供一种天线结构，该天线结构包含辐射部、接地部、连接部以及协作部。辐射部包含一个或更多个辐射区。连接部电性连接于辐射部及接地部之间，且连接部供设置馈入端口以馈入信号至天线结构。协作部电性连接接地部。辐射部、接地部、连接部及协作部中各者由金属材质制成，连接部及协作部中各者为平板状且其法线方向平行第二方向，接地部的至少一部分及辐射部中各者为平板状且其法线方向平行第三方向，第一方向、第二方向及第三方向互相垂直。藉此，三维立体的天线结构有助于在不增加天线数量及布局体积的情况下，满足更宽频带或新增频带的应用需求。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的天线结构的立体图；

图2绘示图1实施例中天线结构的另一立体图；

图3绘示图1实施例中天线结构的侧视图；

图4绘示图1实施例中天线结构的前视图；

图5绘示图1实施例中天线结构的俯视图；

图6绘示图1实施例中天线结构的频率响应图；

图7绘示图1实施例中天线结构的另一频率响应图；以及

图8绘示图1实施例中天线结构的再一频率响应图。

主要组件符号说明：

100 天线结构

130 辐射部

131 第一辐射区

132 第二辐射区

135 连接处

136 开放段

137 开放端

140 接地部

141 第一接地区

142 第二接地区

150 连接部

151 第一连接区

152 第二连接区

160 协作部

161 第一协作区

162 第二协作区

170 馈入端口

x 第一方向

y 第二方向

z 第三方向

L 协作部沿第一方向的长度

M1 第一辐射区沿第一方向的长度

M2 第二辐射区沿第一方向的长度

M3 开放段沿第一方向的长度

G1 协作部与第二辐射区之间沿第三方向的间隙

G2 协作部与第二连接区之间沿第一方向的间隙

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施例。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示；并且重复的元件将可能使用相同的编号表示。

图1绘示本发明一实施例的天线结构100的立体图，图2绘示图1实施例中天线结构100的另一视角的立体图。请参照图1及图2，天线结构100包含辐射部130、接地部140、连接部150及协作部160。连接部150电性连接于辐射部130及接地部140之间，且连接部150供设置馈入端口170以馈入信号至天线结构100(应可理解馈入端口170亦可用于接收由天线结构100传输而来的信号)，协作部160电性连接接地部140。再者，本发明所述的“连接(Connect)”是两个元件之间有实体连接且为直接连接或者是间接连接，且本发明所述的“耦合(Couple)”是两个元件之间彼此分离且无实体连接，而是藉由一元件的电流所产生的电场能量(Electric Field Energy)激发另一元件的电场能量。

详细而言，协作部160可耦合辐射部130及连接部150，且协作部160与辐射部130彼此分离，协作部160与连接部150彼此分离。藉此，通过协作部160增加天线金属辐射体路径，且通过路径之间的相互耦合，使天线结构100的操作频带(例如对应频率的电压驻波比，即VSWR，Voltage Standing Wave Ratio，小于或等于2)不仅由辐射部130所贡献，亦由协作部160耦合辐射部130及连接部150所贡献，从而加宽或增加天线结构100的操作频带，进一步地有效减少天线在无线宽带通信产品的使用数量。举例而言，天线结构100可应用于WIFI6E系统的射频前端单元，通过辐射部130提供约2.4GHz(例如2.4GHz至2.5GHz)及约5GHz(例如5.15GHz至5.85GHz)的操作频带，并通过协作部160耦合辐射部130及连接部150使操作频带由约5GHz延伸至约6GHz(例如5.85GHz至7.125GHz)，即提供符合WIFI 6E标准要求的2.4GHz至2.5GHz及5.15GHz至7.125GHz的操作频带，从而在不增加天线数量及布局体积的情况下，满足信道增加的WIFI 6E系统的应用需求。

图3绘示图1实施例中天线结构100的侧视图，图4绘示图1实施例中天线结构100的前视图，图5绘示图1天线结构100的俯视图，且应可理解图3至图5中所述的侧视图、前视图及俯视图可依需要对调或调整，且不因此而限制天线结构100的组装方位。请参照图1至图5，辐射部130可包含一个或更多个辐射区。本实施例中，辐射部130包含两个辐射区，即第一辐射区131及第二辐射区132，第一辐射区131及第二辐射区132沿第一方向x排列并直接电性连接，第一辐射区131沿第二方向y的长度及第二辐射区132沿第二方向y的长度不同以区分第一辐射区131及第二辐射区132，第一辐射区131沿第一方向x的长度M1大于第二辐射区132沿第一方向x的长度M2，且第二辐射区132耦合协作部160。藉此，利用多个金属辐射体之间的耦合，可激发出各频带能量并达到超宽带且多功能频带的天线结构100。进一步而言，第一辐射区131及第二辐射区132中各者为长方形，第一辐射区131的沿第一方向x的长度M1大于沿第二方向y的长度，第二辐射区132的沿第一方向x的长度M2大于沿第二方向y的长度，从而第一辐射区131、第二辐射区132的操作频带分别与沿第一方向x的长度M1、M2相关。第一辐射区131的操作频带较低于第二辐射区132的操作频带，且第二辐射区132较第一辐射区131接近并耦合协作部160，从而将第二辐射区132的操作频带往高频延伸加宽。

第二辐射区132可包含开放段136，开放段136由第二辐射区132与连接部150的第二连接区152的连接处135延伸至开放端137，开放段136沿第一方向x的长度M3小于协作部160的第一协作区161沿第一方向x的长度L。藉此，有利于调整频偏，使操作频带落在想要的频带。本实施例中，长度M3为2.75mm，长度L为4.5mm。

接地部140可包含一个或更多个接地区。本实施例中，接地部140包含两个接地区，即第一接地区141及第二接地区142，第一接地区141及第二接地区142直接电性连接且互相垂直设置。藉此，有助调整天线结构100的辐射特性，例如操作频带、辐射场型等，以满足应用所需。再者，应可理解第一接地区141及第二接地区142的面积或与天线结构100中其他元件的尺寸比例并不以图1至图5的公开为限。

辐射部130、接地部140、连接部150及协作部160中各者可由金属材质制成，辐射部130、第一接地区141、第二接地区142、连接部150及协作部160中各者可为平板状且从而为金属片，其中金属片的厚度并不以图1至图5的公开为限。藉此，有利于降低天线结构100的制造复杂度并节省制造成本。

连接部150、协作部160及第二接地区142中各者的法线方向可平行第二方向y，且连接部150、协作部160及第二接地区142皆设置于同一平面，连接部150及协作部160具体上沿第一方向x排列并分别直接电性连接第二接地区142，即第二接地区142电性连接于连接部150及协作部160之间。辐射部130及第一接地区141中各者的法线方向可平行第三方向z，第一方向x、第二方向y及第三方向z互相垂直。藉此，三维立体的天线结构100有助于在不增加天线数量及布局体积的情况下，满足更宽频带或新增频带的应用需求。具体而言，天线结构100为包含辐射部130、接地部140、连接部150及协作部160的一体成型的立体弯折金属片天线，且天线结构100的介电材质为空气，但介电材质并不以此为限。

协作部160与第二辐射区132可沿第一方向x对应，即协作部160(尤指第一协作区161)与第二辐射区132在第一方向x的投影至少部分重叠或在第一方向x的坐标至少部分相同。藉此，有利于第二辐射区132的操作频带往高频延伸加宽。

连接部150可包含一个或更多个连接区。本实施例中，连接部150包含至少两个连接区，即至少第一连接区151及第二连接区152，第一连接区151及第二连接区152沿第一方向x排列并电性连接，接地部140、第一连接区151及第二连接区152依序电性连接，第二连接区152的一部分(例如第二连接区152中供设置馈入端口170的部分)较第一连接区151的一部分接近接地部140，且第二连接区152供设置馈入端口(即信号馈入位置)170。藉此，第一辐射区131的金属辐射体电性连接在馈入端口170路径延伸之后，电流或能量从馈入端口170到第一辐射区131，共振出2.4GHz至2.5GHz频带的辐射能量。第二辐射区132的金属辐射体电性连接在馈入端口170路径延伸之后，电流或能量从馈入端口170到第二辐射区132，共振出5.15GHz至5.85GHz频带的辐射能量。进一步地，协作部160的金属辐射体从第二接地区142延伸出来分别和馈入端口170延伸的第二连接区152以及第二辐射区132耦合，利用耦合方式共振出5.85GHz至7.125GHz频带的辐射能量。

馈入端口170所设置的第二连接区152可较第一连接区151接近协作部160。藉此，第二连接区152的馈入信号与协作部160之间的能量耦合有助于天线结构100具有更宽频带或新增频带。

请参照图1、图4及图5，协作部160可包含一个或更多个协作区。本实施例中，协作部160包含两个协作区，即第一协作区161及第二协作区162。辐射部130中最接近协作部160的辐射区为第二辐射区132，第二辐射区132沿第一方向x的长度M2可大于协作部160的第一协作区161沿第一方向x的长度L。协作部160的第一协作区161沿第一方向x的长度为L，其可满足下列条件：4mm≤L≤10mm。藉此，有助天线结构100应用于WIFI 6E系统的射频前端单元，例如当天线结构100的介电材质为空气，第一辐射区131沿第一方向x的长度M1约为26.05mm，其操作频带约2.4GHz，第二辐射区132沿第一方向x的长度M2约为6.05mm，其操作频带约5GHz，进一步通过协作部160的第一协作区161耦合辐射部130的第二辐射区132及连接部150的第二连接区152，可使天线结构100的操作频带由约5GHz延伸至约6GHz，从而在辐射部130、接地部140及连接部150形成的平面型倒F天线(Planar Inverted-F antenna，简称PIFA)架构基础上，除了支持原本的约2.4GHz与约5GHz，还能够将操作频带由约5GHz展延至约6GHz，故有助WIFI 6E系统的射频前端单元的工程设计便利性并节省零件成本，以实现WIFI 6E系统通过直接增加信道的方式解决信道壅堵的状况。

图6绘示图1实施例中天线结构100的频率响应图，具体上是天线结构100在不同长度L下的频率与电压驻波比的关系图。请参照图1及图6，天线结构100可提供符合WIFI6E标准要求的2.4GHz至2.5GHz及5.15GHz至7.125GHz的操作频带，其中所述操作频带的电压驻波比小于或等于2。依据本实施例的一具体配置，当天线结构100的介电材质为空气，长度M1为26.05mm，长度M2为6.05mm，间隙G1为0.5mm，间隙G2为0.5mm，调整第一协作区161沿第一方向x的长度L，由第一辐射区131所贡献的约2.4GHz的操作频带较不受影响，而与第一协作区161耦合的第二辐射区132所贡献的约5GHz及其往高频延伸加宽的操作频带(即约6GHz)则随长度L在电压驻波比及阻抗匹配方面有较明显的变动，其中协作部160的电气长度可与操作频率的1/4波长相关。

请参照图1及图4，辐射部130中最接近协作部160的辐射区为第二辐射区132，协作部160中最接近第二辐射区132的协作区为第一协作区161。第一协作区161具体上为长方形，且第一协作区161沿第一方向x的长度L大于沿第三方向z的长度。协作部160的第一协作区161与第二辐射区132之间沿第三方向z的间隙(即间隙长度)为G1，其可满足下列条件：0.1mm≤G1≤0.9mm。藉此，可通过调整间隙G1有效设计出满足所需特性的天线结构100。再者，间隙G1与长度L可满足下列条件：0.02≤G1/L≤0.095，藉以将依据本发明的天线结构应用于任意所需频率及介电材质。

图7绘示图1实施例中天线结构100的另一频率响应图，具体上是天线结构100在不同间隙G1下的频率与电压驻波比的关系图。请参照图1及图7，第一协作区161与第二辐射区132之间的耦合量、耦合特性和彼此之间沿第三方向z的间隙G1相关。依据本实施例的一具体配置，当天线结构100的介电材质为空气，长度M1为26.05mm，长度M2为6.05mm，长度L为4.5mm，间隙G2为0.5mm，调整间隙G1为0.5mm时，天线结构100在5.85GHz至7.125GHz有较佳的阻抗匹配及较低的电压驻波比。

请参照图1及图4，协作部160与馈入端口170所设置的第二连接区152之间沿第一方向x的间隙为G2，其可满足下列条件：0.3mm≤G2≤0.7mm。藉此，可通过调整间隙G2有效设计出满足所需特性的天线结构100。再者，间隙G2与长度L可满足下列条件：0.06≤G2/L≤0.08，藉以将依据本发明的天线结构应用于任意所需频率及介电材质。

图8绘示图1实施例中天线结构100的再一频率响应图，具体上是天线结构100在不同间隙G2下的频率与电压驻波比的关系图。请参照图1及图8，第一协作区161与馈入端口170所设置的第二连接区152之间的耦合量、耦合特性和彼此之间沿第一方向x的间隙G2相关。依据本实施例的一具体配置，当天线结构100的介电材质为空气，长度M1为26.05mm，长度M2为6.05mm，长度L为4.5mm，间隙G1为0.5mm，调整间隙G2为0.5mm时，天线结构100在5.85GHz至7.125GHz有较佳的阻抗匹配及较低的电压驻波比。

依据本发明的实施例中，当辐射部、接地部、连接部及协作部中任一者包含至少两个区(即多于一个区)且为平板状，两个区可分别设置于彼此实体连接的不同平面上，例如第一接地区141及第二接地区142互相垂直设置。两个区亦可设置于同一平面上，但两个区的电磁辐射模态及特性不同，例如第一辐射区131与第二辐射区132，具体上其结构交界处沿第二方向y的长度具有不连续的变化，第一辐射区131沿第二方向y的长度大于第二辐射区132沿第二方向y的长度，因而第一辐射区131、第二辐射区132分别产生与第一方向x的长度M1、M2相关的不同频率模态。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书的范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种天线结构，该天线结构包括：

一辐射部；

一接地部；

一连接部，该连接部电性连接于该辐射部及该接地部之间，且该连接部供设置一馈入端口以馈入一信号至该天线结构；以及

一协作部，该协作部电性连接该接地部，该协作部耦合该辐射部及该连接部，且该协作部与该辐射部彼此分离，该协作部与该连接部彼此分离。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中该辐射部包括一第一辐射区以及一第二辐射区，该第一辐射区及该第二辐射区沿一第一方向排列并直接电性连接，该第一辐射区沿该第一方向的一长度大于该第二辐射区沿该第一方向的一长度，且该第二辐射区耦合该协作部。

3.如权利要求2所述的天线结构，其中该接地部包括一第一接地区以及一第二接地区，该第一接地区及该第二接地区直接电性连接且互相垂直设置。

4.如权利要求3所述的天线结构，其中该辐射部、该第一接地区、该第二接地区、该连接部及该协作部中各者为平板状且由金属材质制成。

5.如权利要求4所述的天线结构，其中该连接部、该协作部及该第二接地区中各者的法线方向平行一第二方向，且该连接部、该协作部及该第二接地区皆设置于同一平面，该辐射部及该第一接地区中各者的法线方向平行一第三方向，该第一方向、该第二方向及该第三方向互相垂直。

6.如权利要求5所述的天线结构，其中该协作部与该第二辐射区沿该第一方向对应，该协作部沿该第一方向的一长度为L，其满足下列条件：

4mm≤L≤10mm。

7.如权利要求6所述的天线结构，其中该协作部与该第二辐射区之间沿该第三方向的一间隙为G1，其满足下列条件：

0.1mm≤G1≤0.9mm。

8.如权利要求5所述的天线结构，其中该连接部包括一第一连接区以及一第二连接区，该第一连接区及该第二连接区沿该第一方向排列并电性连接，该接地部、该第一连接区及该第二连接区依序电性连接，该第二连接区的一部分较该第一连接区的一部分接近该接地部，该第二连接区较该第一连接区接近该协作部，且该第二连接区供设置该馈入端口。

9.如权利要求8所述的天线结构，其中该协作部与该第二连接区之间沿该第一方向的一间隙为G2，其满足下列条件：

0.3mm≤G2≤0.7mm。

10.一种天线结构，该天线结构包括：

一辐射部，该辐射部包括一个或更多个辐射区；

一接地部；

一连接部，该连接部电性连接于该辐射部及该接地部之间，且该连接部供设置一馈入端口以馈入一信号至该天线结构；以及

一协作部，该协作部电性连接该接地部；

其中，该辐射部、该接地部、该连接部及该协作部中各者由金属材质制成，该连接部及该协作部中各者为平板状且其法线方向平行一第二方向，该接地部的至少一部分及该辐射部中各者为平板状且其法线方向平行一第三方向，一第一方向、该第二方向及该第三方向互相垂直。

11.如权利要求10所述的天线结构，其中该协作部耦合该辐射部及该连接部，且该协作部与该辐射部彼此分离，该协作部与该连接部彼此分离，该辐射部中最接近该协作部的一辐射区包括一开放段，该开放段由该辐射区与该连接部的一连接处延伸至一开放端，该开放段沿该第一方向的一长度小于该协作部沿该第一方向的一长度。

12.如权利要求11所述的天线结构，其中该协作部与该辐射部中最接近该协作部的该辐射区之间沿该第三方向的一间隙为G1，该协作部沿该第一方向的该长度为L，其满足下列条件：

0.02≤G1/L≤0.095。

13.如权利要求11所述的天线结构，其中该协作部与该连接部之间沿该第一方向的一间隙为G2，该协作部沿该第一方向的该长度为L，其满足下列条件：

0.06≤G2/L≤0.08。

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