CN115663454A - 耦合式天线及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耦合式天线及电子装置。耦合式天线包含基板、第一辐射部、第二辐射部及接地部。第一辐射部设置于基板且具有第一长度。第一辐射部用以产生第一频带的辐射场型。第二辐射部设置于基板且具有第二长度。第二辐射部与第一辐射部间隔设置，且第二长度大于第一长度。接地部设置于基板并连接第二辐射部。第一辐射部耦合第二辐射部，使第二辐射部用以产生第二频带的辐射场型，且第一频带大于第二频带。借此，达到双频效果且提高天线增益。

Description

耦合式天线及电子装置

技术领域

本发明是关于一种天线结构及电子装置，特别是关于一种耦合式天线及具有前述耦合式天线的电子装置。

背景技术

随着无线通讯技术的快速发展，产品的天线增益越来越受到重视。现有移动式电子装置(如笔记本电脑、平板电脑及手机)朝向轻、薄机身为主的趋势进行发展，导致用来配置于系统主板上的双频天线的容置空间被严重地压缩，使得天线增益的增幅受到限制。

有鉴于此，如何在移动式电子装置的有限空间内仍然保有高天线增益，实为民众所殷切企盼，亦是相关业者须努力研发突破的目标及方向。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种耦合式天线及电子装置，其在有限空间的条件下，通过配置间隔设置且彼此耦合的第一辐射部与第二辐射部在基板上，仍可达到双频且高天线增益效果。

依据本发明的一实施方式提供一种耦合式天线，其包含一基板、一第一辐射部、一第二辐射部以及一接地部。第一辐射部设置于基板且具有一第一长度。第一辐射部用以产生一第一频带的辐射场型。第二辐射部设置于基板且具有一第二长度。第二辐射部与第一辐射部间隔设置，且第二长度大于第一长度。接地部设置于基板，并连接第二辐射部。第一辐射部耦合第二辐射部，使第二辐射部用以产生一第二频带的辐射场型，且第一频带大于第二频带。

依据本发明的另一实施方式提供一种电子装置，其包含一系统主板以及如前述实施方式的耦合式天线。耦合式天线的基板为系统主板的一部分。

附图说明

图1是绘示依照本发明的第一实施例的耦合式天线的俯视示意图；

图2是绘示依照本发明的第二实施例的电子装置的俯视示意图；

图3是绘示图2的电子装置中的耦合式天线的模拟与实际测量的S参数曲线图；

图4A是绘示图2的电子装置的耦合式天线于第一频带下经由电磁模拟分析软件测量后的远场辐射场型图；

图4B是绘示图2的电子装置的耦合式天线于第一频带下经由实际测量后的远场辐射场型图；

图5A是绘示图2的电子装置的耦合式天线于第二频带下经由电磁模拟分析软件测量后的远场辐射场型图；以及

图5B是绘示图2的电子装置的耦合式天线于第二频带下经由实际测量后的远场辐射场型图。

其中，附图标记说明如下：

100：耦合式天线

110：基板

200：第一辐射部

210：馈入延伸段

211：馈入延伸段的一端

220：高频耦合段

221：高频耦合段的一端

300：第二辐射部

310：低频延伸段

320：低频耦合段

321：低频耦合段的一端

330：连接段

400：接地部

500：电子装置

510：系统主板

511：捞空区域

512：环境元件区域

S：信号源

F_P：馈入点

G_P：接地点

C_G：耦合间隙

D₁：第一方向

D₂：第二方向

FB₁：第一频带

FB₂：第二频带

L₁：第一长度

L₂：第二长度

具体实施方式

请参照图1，其是绘示依照本发明的第一实施例的耦合式天线100的俯视示意图。如图1所示，耦合式天线100包含一基板110、一第一辐射部200、一第二辐射部300以及一接地部400。基板110可为通讯设备中的一系统主板、一印刷电路板(Printed Circuit Board；PCB)、一FR4(Flame Retardant 4)基板或者是一柔性印刷电路板(Flexible PrintedCircuit Board；FPCB)，但本发明不以此为限。第一辐射部200、第二辐射部300以及接地部400均设置于基板110的同一表面上。此外，第一辐射部200、第二辐射部300以及接地部400皆可由金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或者是前述金属的合金。第一辐射部200、第二辐射部300以及接地部400可通过电镀以及/或3D列印技术制造于基板110上。

于图1中，第一辐射部200具有一第一长度L₁，并用以产生一第一频带的辐射场型。第二辐射部300与第一辐射部200间隔设置并具有一第二长度L₂，且第二长度L₂大于第一长度L₁。第一辐射部200耦合第二辐射部300，使第二辐射部300用以产生一第二频带的辐射场型，且第一频带大于第二频带。接地部400连接第二辐射部300。接地部400可为一接地铜箔，其可延伸至基板110的外部，并耦接一系统接地。

详细地说，第一辐射部200可包含一馈入延伸段210与一高频耦合段220。馈入延伸段210沿一第一方向D₁设置，并呈现一直条形。馈入延伸段210的一端211耦接一馈入点(Feeding Point)F_P。馈入点F_P耦接一信号源S的一端，并接收一馈入信号。信号源S可为一射频(Radio Frequency，RF)模组，其用以激发耦合式天线100，且信号源S的另一端耦接一接地点G_P。高频耦合段220沿一第二方向D₂设置，并呈现一直条形。高频耦合段220的一端221连接馈入延伸段210，其中第二方向D₂垂直于第一方向D₁，借以令馈入延伸段210与高频耦合段220呈现一L形。

第二辐射部300可包含一低频延伸段310、一低频耦合段320及一连接段330。低频延伸段310沿第一方向D₁设置并呈现一直条形，且低频延伸段310与第一辐射部200的馈入延伸段210间隔设置。低频耦合段320沿第二方向D₂设置并呈现一直条形，且低频耦合段320的一端321连接低频延伸段310，借以令低频延伸段310与低频耦合段320呈现一L形。连接段330的二端分别连接于低频耦合段320与接地部400之间。由于连接段330的长度小于等于0.5毫米，因此在产生第二频带的辐射场型时连接段330是可以被忽略不计的。

特别的是，第二辐射部300的低频耦合段320是与第一辐射部200的高频耦合段220间隔设置，且低频耦合段320相对于高频耦合段220呈现平行，因此高频耦合段220与低频耦合段320之间可形成一耦合间隙C_G。另外，第二辐射部300的第二长度L₂与第一辐射部200的第一长度L₁的一比值为1.5，借以令第二辐射部300能够产生第二频带的辐射场型。详细地说，第一辐射部200的第一长度L₁可介于10毫米至12毫米之间。第二辐射部300的第二长度L₂可介于13毫米至18毫米之间。由第一辐射部200所产生第一频带可为一5G频带，且由第二辐射部300所产生的第二频带可为一2.4G频带，其中5G频带是介于5150MHz至5850MHz之间，2.4G频带是介于2400MHz至2500MHz之间。

于第一实施例中，耦合式天线100的元件尺寸可如下列所述。第一辐射部200的长度L₁可为10毫米，且其小于等于耦合式天线100的第一频带的0.25倍波长(即λ/4)。第二辐射部300的长度L₂可为15毫米，且其小于等于耦合式天线100的第二频带的0.5倍波长(即λ/2)。耦合间隙C_G的宽度可介于0.2毫米至3毫米之间。第一辐射部200与第二辐射部300在基板110所占的天线图案空间约可为10毫米*10毫米，且天线铜箔的厚度可为2毫米。以上尺寸范围是根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化耦合式天线100的操作频宽和阻抗匹配，但本发明不以此为限。

由此可见，本发明的耦合式天线100通过配置双L形的第一辐射部200与第二辐射部300，可使得天线图案在基板110所占的使用空间缩小，且第一辐射部200与第二辐射部300利用耦合方式来达到双频(即5G频带与2.4G频带)效果。再者，本发明的耦合式天线100可通过改变耦合间隙C_G的宽度，以调整耦合式天线100的阻抗匹配，进而提高天线增益。

请一并参照图1与图2，其中图2是绘示依照本发明的第二实施例的电子装置500的俯视示意图。如图2所示，电子装置500可为一移动式电子装置(Mobile ElectronicDevice)，例如：一智能手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或者是一笔记本电脑(Notebook Computer)，且包含一系统主板510、一耦合式天线100以及多个环境元件(未另绘示)。耦合式天线100的基板110即为系统主板510的一部分，且系统主板510具有一捞空区域511与一环境元件区域512。环境元件区域512环绕捞空区域511。所述多个环境元件均设置于系统主板510的同一表面上，并位在环境元件区域512。耦合式天线100的基板110、第一辐射部200、第二辐射部300及接地部400均设置于系统主板510的前述表面上，在位在捞空区域511内。在其他实施例中，捞空区域可位在系统主板任何位置，因此本发明的捞空区域的配置位置不以图2所示为限。必须说明的是，第二实施例中的耦合式天线100可与第一实施例中的耦合式天线100相同或相似，且对应的元件及其配置在此不另赘述。

请一并参照图1、图2及图3，其中图3是绘示图2的电子装置500中的耦合式天线100的模拟与实际测量的S参数(S Parameter)曲线图。于图3中，横轴代表频率(MHz)，而纵轴代表S参数(dB)。当信号源S激发耦合式天线100时，第一辐射部200可涵盖第一频带FB₁，且第二辐射部300可涵盖第二频带FB₂。

根据图3的S参数曲线图，于第一频带FB₁的模拟中，耦合式天线100的隔离度(Isolation)(即S21参数的绝对值)约可达14.5dB。于第一频带FB₁的实际测量中，耦合式天线100的隔离度约可达19.8dB。另外，于第二频带FB₂的模拟中，耦合式天线100的隔离度约可达5.8dB。于第二频带FB₂的实际测量中，耦合式天线100的隔离度约可达7.5dB。由此可知，本发明的耦合式天线100可支援双频(即5G频带与2.4G频带)操作，且提供良好的射频信号传输性能。

下列表一列示出对耦合式天线100进行模拟与实际测量的天线增益(Peak Gain)，其中前述模拟是于电磁模拟分析软件中进行，而电磁模拟分析软件可为但不限于IE3D软件、HFSS软件或CST软件。

表一

由表一可知，根据模拟或实际测量的结果，耦合式天线100在第一频带FB₁(即5150MHz至5850MHz)中的天线增益可大于5dBi。另一方面，耦合式天线100在第二频带FB₂(即2400MHz至2500MHz)中的天线增益可大于2dBi。由此可知，本发明的耦合式天线100除了可配置于电子装置500的有限空间，以达到天线缩小化且降低生产成本，还能保持高天线增益并支援双频操作。

请一并参照图4A、图4B、图5A及图5B，其中图4A是绘示图2的电子装置500的耦合式天线100于第一频带FB₁下经由电磁模拟分析软件测量后的远场辐射场型图；图4B是绘示图2的电子装置500的耦合式天线100于第一频带FB₁下经由实际测量后的远场辐射场型图；图5A是绘示图2的电子装置500的耦合式天线100于第二频带FB₂下经由电磁模拟分析软件测量后的远场辐射场型图；以及图5B是绘示图2的电子装置500的耦合式天线100于第二频带FB₂下经由实际测量后的远场辐射场型图。如图所示，不论是模拟测量结果或实际测量结果均可以看出耦合式天线100的天线场型受到环境影响而变为指向性的远场辐射场型图，且远场辐射场型的功率单位为分贝毫瓦(dBm)。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种耦合式天线，其特征在于，包含：

一基板；

一第一辐射部，设置于该基板且具有一第一长度，其中该第一辐射部用以产生一第一频带的辐射场型；

一第二辐射部，设置于该基板且具有一第二长度，其中该第二辐射部与该第一辐射部间隔设置，该第二长度大于该第一长度；以及

一接地部，设置于该基板，并连接该第二辐射部；

其中，该第一辐射部耦合该第二辐射部，使该第二辐射部用以产生一第二频带的辐射场型，且该第一频带大于该第二频带。

2.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第一辐射部包含：

一馈入延伸段，沿一第一方向设置，并耦接一馈入点；及

一高频耦合段，沿一第二方向连接该馈入延伸段，其中该第二方向垂直于该第一方向，借以令该馈入延伸段与该高频耦合段呈现一L形。

3.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第二辐射部包含：

一低频延伸段，沿一第一方向设置，并与该第一辐射部间隔设置；及

一低频耦合段，沿一第二方向连接该低频延伸段，其中该第二方向垂直于该第一方向，借以令该低频延伸段与该低频耦合段呈现一L形。

4.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第二辐射部的该第二长度与该第一辐射部的该第一长度的一比值为1.5。

5.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第一辐射部的该第一长度介于10毫米至12毫米之间。

6.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第二辐射部的该第二长度介于13毫米至18毫米之间。

7.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第一辐射部与该第二辐射部之间形成一耦合间隙，该耦合间隙介于0.2毫米至3毫米之间。

8.如权利要求1所述的耦合式天线，其特征在于，该第一频带为5G频带，该第二频带为2.4G频带。

9.一种电子装置，其特征在于，包含：

一系统主板；以及

至少一如权利要求1-8中任一项所述的耦合式天线，其中该耦合式天线的该基板为该系统主板的一部分。

10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，该系统主板具有一捞空区域与一环境元件区域，该环境元件区域环绕该捞空区域，该耦合式天线的该基板位在该捞空区域。

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