CN115954656A - 天线结构和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种天线结构和电子装置。天线结构包括一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一第四辐射部以及一第五辐射部。第一辐射部具有一馈入点。第二辐射部耦接至馈入点，其中第二辐射部至少部分由第一辐射部所包围。第三辐射部耦接至一接地电位。第四辐射部耦接至第三辐射部。第五辐射部耦接至第三辐射部，其中第五辐射部至少部分由第三辐射部和第四辐射部所共同包围。

Description

天线结构和电子装置

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操作频宽(Operational Bandwidth)过窄，则很容易造成移动装置的通信品质下降。因此，如何设计出一种小尺寸、宽频带的天线结构，对设计者而言是一项重要课题。

发明内容

本公开的目的在于提出一种天线结构，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，其中该第二辐射部至少部分由该第一辐射部所包围；一第三辐射部，耦接至一接地电位；一第四辐射部，耦接至该第三辐射部；以及一第五辐射部，耦接至该第三辐射部，其中该第五辐射部至少部分由该第三辐射部和该第四辐射部所共同包围。

在一些实施例中，该天线结构为一平面式天线结构。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一介质基板，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介质基板上。

在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带、一第三频带以及一第四频带。

在一些实施例中，该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间，该第二频带介于3300MHz至4200MHz之间，该第三频带介于4400MHz至5000MHz之间，而该第四频带介于5150MHz至7125MHz之间。

在一些实施例中，该第一辐射部呈现一倒U字形。

在一些实施例中，该第一辐射部的长度介于该第一频带的0.15倍至0.17倍波长之间。

在一些实施例中，该第二辐射部包括一末端弯折部分。

在一些实施例中，该第一辐射部和该第二辐射部的该末端弯折部分的间距介于2.8mm至3.3mm之间。

在一些实施例中，该第二辐射部的长度介于该第四频带的0.15倍至0.17倍波长之间。

在一些实施例中，该第三辐射部包括一第一较宽部分和一第一较窄部分，该第一较宽部分耦接至该接地电位，而该第四辐射部经由该第一较窄部分耦接至该第一较宽部分。

在一些实施例中，该第一辐射部和该第三辐射部的该第一较宽部分的间距介于2.8mm至3.3mm之间。

在一些实施例中，该第四辐射部包括一末端加宽部分。

在一些实施例中，该第三辐射部和该第四辐射部的组合呈现一倒U字形。

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三频带的0.15倍至0.17倍波长之间。

在一些实施例中，该第五辐射部呈现一倒L字形。

在一些实施例中，该第五辐射部包括一第二较宽部分和一第二较窄部分，而该第二较窄部分经由该第二较宽部分耦接至该第三辐射部。

在一些实施例中，该第五辐射部的该第二较窄部分和该第三辐射部的该第一较宽部分的间距介于3.3mm至3.7mm之间。

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0.15倍至0.17倍波长之间。

在另一较佳实施例中，本发明提出一种电子装置，包括：如前所述的天线结构；以及一通信模块，耦接至该天线结构，使得该电子装置能支持无线通信的功能。

本发明的有益效果在于，本发明提出一种新颖的天线结构与电子装置。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信装置或物联网当中。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图。

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。

图4为根据本发明一实施例所述的电子装置的示意图。

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

118:第一缺口区域

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

125:第二辐射部的末端弯折部分

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

134:第三辐射部的第一较宽部分

135:第三辐射部的第一较窄部分

138:第二缺口区域

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

145:第四辐射部的末端加宽部分

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

154:第五辐射部的第二较宽部分

155:第五辐射部的第二较窄部分

160:介质基板

190:信号源

400:电子装置

410:通信模块

D1,D2,D3:间距

FB1:第一频带

FB2:第二频带

FB3:第三频带

FB4:第四频带

FP:馈入点

H1:厚度

L1,L2,L3,L4,LT:长度

W1,W2,W31,W32,W33,W41,W42,WT:宽度

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的示意图。天线结构100可以套用于一移动装置(Mobile Device)当中，例如：一智能手机(SmartPhone)、一平板电脑(Tablet Computer)、一笔记本电脑(Notebook Computer)、一无线分享器(Wireless Access Point)、一路由器(Router)，或是具有通信功能的任一装置。抑或，天线结构100可以套用于一电子装置(Electronic Device)当中，例如：一物联网(Internetof Things，IOT)中的任一单元。

如图1所示，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，以及一第五辐射部150，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。

第一辐射部110可以大致呈现一倒U字形，其可界定出一第一缺口区域(NotchRegion)118。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(Signal Source)190。例如，信号源190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。

第二辐射部120可以大致呈现一倒J字形，其可设置于前述的第一缺口区域118内。也就是说，第二辐射部120至少部分由第一辐射部110所包围。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。在一些实施例中，第二辐射部120包括一末端弯折部分(Terminal Bending Portion)125，其邻近于第二辐射部120的第二端122处。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)，亦可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)。例如，第二辐射部120的末端弯折部分125可以大致呈现一C字形。另外，第二辐射部120的宽度W2可以小于第一辐射部110的宽度W1。

第三辐射部130可以大致呈现一倒L字形，其可与第一辐射部110和第二辐射部120皆完全分离。详细而言，第三辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三辐射部130的第一端131耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS。例如，接地电位VSS可由天线结构100的一系统接地面(System Ground Plane)所提供(未显示)。在一些实施例中，第三辐射部130为一不等宽结构(Variable-Width Structure)，并包括邻近于第一端131的一第一较宽部分(Wide Portion)134和邻近于第二端132的一第一较窄部分(Narrow Portion)135，其中第一较宽部分134耦接至接地电位VSS，而第四辐射部140经由第一较窄部分135耦接至第一较宽部分134。

第四辐射部140可以大致呈现一直条形，其可与第三辐射部130的第一较宽部分134大致互相平行。第三辐射部130和第四辐射部140的组合可以大致呈现一倒U字形，其可界定出一第二缺口区域138。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。在一些实施例中，第四辐射部140包括一末端加宽部分(TerminalWidening Portion)145，其邻近于第四辐射部140的第二端142处。

第五辐射部150可以大致呈现一倒L字形，其可设置于前述的第二缺口区域138内。也就是说，第五辐射部150至少部分由第三辐射部130和第四辐射部140所共同包围。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，而第五辐射部150的第二端152为一开路端。例如，第四辐射部140的第二端142和第五辐射部150的第二端152可以大致朝相同方向作延伸。在一些实施例中，第五辐射部150为另一不等宽结构，并包括邻近于第一端151的一第二较宽部分154和邻近于第二端152的一第二较窄部分155，其中第二较窄部分155经由第二较宽部分154耦接至第三辐射部130。

在一些实施例中，天线结构100还包括一介质基板(Dielectric Substrate)160。例如，介质基板160可为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。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皆可设置于介质基板160的同一表面上，使得天线结构100可为一平面式(Planar)天线结构。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、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亦可设置于一非导体支撑元件(Nonconductive SupportElement)的不同表面上，以形成一立体天线结构。

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、一第三频带FB3，以及一第四频带FB4。例如，第一频带FB1可介于2400MHz至2500MHz之间，第二频带FB2可介于3300MHz至4200MHz之间，第三频带FB3可介于4400MHz至5000MHz之间，而第四频带FB4可介于5150MHz至7125MHz之间。因此，天线结构100将至少可支持新世代5G通信(5th Generation MobileNetworks)及Wi-Fi 6E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。第一辐射部110可激发产生天线结构100的第一频带FB1。第二辐射部120可激发产生天线结构100的第四频带FB4。第三辐射部130和第四辐射部140可共同激发产生天线结构100的第三频带FB3。第三辐射部130和第五辐射部150可共同激发产生天线结构100的第二频带FB2。根据实际测量结果，第二辐射部120的末端弯折部分125可用于增加第四频带FB4的操作频宽(OperationalBandwidth)。第三辐射部130的不等宽结构可用于提升第二频带FB2和第三频带FB3的辐射效率(Radiation Efficiency)。第五辐射部150的不等宽结构则可用于提升第二频带FB2的辐射效率。必须注意的是，由于对应5G通信和Wi-Fi 6E的所有辐射部皆可整合于单一天线结构100当中，故天线结构100的整体尺寸将可有效地作微缩。

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，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(％)。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、第三频带FB3，以及第四频带FB4内的辐射效率均可达至少30％以上，此已能满足一般通信系统的实际应用需求。

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110的长度L1可介于天线结构100的第一频带FB1的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。第一辐射部110的宽度W1可介于1.2mm至2.1mm之间。第二辐射部120的长度L2可介于天线结构100的第四频带FB4的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。第二辐射部120的宽度W2可介于0.8mm至1.2mm之间。第三辐射部130和第四辐射部140的总长度L3可介于天线结构100的第三频带FB3的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。在第三辐射部130中，第一较宽部分134的宽度W31可介于2.8mm至3.5mm之间，而第一较窄部分135的宽度W32可介于0.8mm至1.2mm之间。第四辐射部140的末端加宽部分145的宽度W33可介于1.4mm至2mm之间。第三辐射部130和第五辐射部150的总长度L4可介于天线结构100的第二频带FB2的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。在第五辐射部150中，第二较宽部分154的宽度W41可介于0.8mm至1.2mm之间，而第二较窄部分155的宽度W42可介于0.6mm至1mm之间。介质基板160的厚度H1可介于0.4mm至0.6mm之间。介质基板160的介电常数(Dielectric Constant)可介于4至5之间。第一辐射部110和第二辐射部120的末端弯折部分125的间距D1可介于2.8mm至3.3mm之间。第一辐射部110和第三辐射部130的第一较宽部分134的间距D2可介于2.8mm至3.3mm之间。第三辐射部130的第一较宽部分134和第五辐射部150的第二较窄部分155的间距D3可介于3.3mm至3.7mm之间。天线结构100的总长度LT可以小于或等于30mm。天线结构100的总宽度WT可以小于或等于10mm。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(Impedance Matching)。

图4为根据本发明一实施例所述的电子装置400的示意图。电子装置400可应用于一物联网。如图4所示，电子装置400包括一天线结构100和一通信模块(CommunicationModule)410，其中天线结构100的各种特征可如先前图1-图3的实施例所述。另一方面，通信模块410耦接至天线结构100，使得电子装置400能支持无线通信(WirelessCommunication)的功能。例如，通信模块410可包括一信号源、一射频电路(RF Circuit)、一滤波器(Filter)、一放大器(Amplifier)，或(且)一处理器(Processor)，但亦不仅限于此。在本发明的该实施例中，通信模块410可同时支持无线区域网络(WLAN，Wireless LocalArea Network)服务以及无线广域网络(WWAN，Wireless Wide Area Network)服务，但亦不仅限于此。图4的电子装置400的其余特征皆与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。在本发明的另一实施例中，电子装置400包括一天线结构100、一第一通信模块，以及一第二通信模块(未图示)，其中该第一通信模块支持无线区域网络服务，该第二通信模块支持无线广域网络服务，且天线结构100分别耦接/连接至该第一通信模块和该第二通信模块。

本发明提出一种新颖的天线结构与电子装置。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信装置或物联网当中。

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。本发明的天线结构和电子装置并不仅限于图1-图4所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图4的任何一或多个实施例的任何一或复数项特征。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和电子装置当中。

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，然而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者为准。

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，其中该第二辐射部至少部分由该第一辐射部所包围；

一第三辐射部，耦接至一接地电位；

一第四辐射部，耦接至该第三辐射部；以及

一第五辐射部，耦接至该第三辐射部，其中该第五辐射部至少部分由该第三辐射部和该第四辐射部所共同包围。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中该天线结构为一平面式天线结构。

3.如权利要求1所述的天线结构，还包括：

一介质基板，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介质基板上。

4.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、一第三频带以及一第四频带。

5.如权利要求4所述的天线结构，其中该第一频带介于2400MHz至2500MHz之间，该第二频带介于3300MHz至4200MHz之间，该第三频带介于4400MHz至5000MHz之间，而该第四频带介于5150MHz至7125MHz之间。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部呈现一倒U字形。

7.如权利要求4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0.15倍至0.17倍波长之间。

8.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部包括一末端弯折部分。

9.如权利要求8所述的天线结构，其中该第一辐射部和该第二辐射部的该末端弯折部分的间距介于2.8mm至3.3mm之间。

10.如权利要求4所述的天线结构，其中该第二辐射部的长度介于该第四频带的0.15倍至0.17倍波长之间。

11.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三辐射部包括一第一较宽部分和一第一较窄部分，该第一较宽部分耦接至该接地电位，而该第四辐射部经由该第一较窄部分耦接至该第一较宽部分。

12.如权利要求11所述的天线结构，其中该第一辐射部和该第三辐射部的该第一较宽部分的间距介于2.8mm至3.3mm之间。

13.如权利要求1所述的天线结构，其中该第四辐射部包括一末端加宽部分。

14.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三辐射部和该第四辐射部的组合呈现一倒U字形。

15.如权利要求4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三频带的0.15倍至0.17倍波长之间。

16.如权利要求1所述的天线结构，其中该第五辐射部呈现一倒L字形。

17.如权利要求11所述的天线结构，其中该第五辐射部包括一第二较宽部分和一第二较窄部分，而该第二较窄部分经由该第二较宽部分耦接至该第三辐射部。

18.如权利要求17所述的天线结构，其中该第五辐射部的该第二较窄部分和该第三辐射部的该第一较宽部分的间距介于3.3mm至3.7mm之间。

19.如权利要求4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0.15倍至0.17倍波长之间。

20.一种电子装置，包括：

如权利要求1所述的天线结构；以及

一通信模块，耦接至该天线结构，使得该电子装置能支持无线通信的功能。

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