CN115995671A - 天线结构及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线结构及电子装置。天线结构包括基板、第一辐射部及第二辐射部。基板具有相对的第一表面及第二表面。第一辐射部设于第一表面。第一辐射部为吸波材料。第二辐射部设于第二表面。第二辐射部耦接于馈入部。第二辐射部与第一辐射部之间有间距，以通过第二辐射部耦合至第一辐射部而激发第一共振模态。由此，可降低电磁波的吸收比值。

Description

天线结构及电子装置
技术领域
本发明涉及一种天线，且尤其是，还涉及一种天线结构及电子装置。
背景技术
无线电产品所生成的电磁波可能影响人体健康。因此，多国已针对这类产品制定规范。而电磁波的吸收比值(Specific Absorption Rate，SAR)是用于评估人体吸收电磁辐射的指标。在外界电磁场的作用下，人体内所生成的感应电磁场将生成电流，并导致吸收和耗散电磁能量。SAR即可用于表现这样的物理过程。由此可知，无线电产品的天线需要针对SAR提出设计，以符合规范。
发明内容
本发明是针对一种天线结构及电子装置，通过设置吸波(absorber)材料的辐射体降低SAR值。
根据本发明的实施例，天线结构包括(但不仅限于)基板、第一辐射部及第二辐射部。基板具有相对的第一表面及第二表面。第一辐射部设于第一表面。第一辐射部为吸波材料。第二辐射部设于第二表面。第二辐射部耦接于馈入部。第二辐射部与第一辐射部之间有间距，以通过第二辐射部耦合至第一辐射部而激发第一共振模态。
根据本发明的实施例，电子装置包括(但不仅限于)上述天线结构。
基于上述，根据本发明实施例的天线结构及电子装置，在基板的相对两面分别设置辐射部，且其中一个辐射部是由吸波材料所组成。此外，通过耦合方式在吸波材料的辐射部激发特定共振模态。由此，可有效降低SAR值。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A是根据本发明的第一实施例的天线结构的透视图；
图1B是根据本发明的第一实施例的天线结构的示意图；
图1C是根据本发明的第一实施例的天线结构以另一视角观看的示意图；
图1D是图1A依A-A剖面线的剖面图；
图2A是根据本发明的第二实施例的天线结构的透视图；
图2B是根据本发明的第二实施例的天线结构的示意图；
图2C是根据本发明的第二实施例的天线结构以另一视角观看的示意图；
图2D是图2A依B-B剖面线的剖面图；
图3A是根据本发明的一实施例的电子装置的示意图；
图3B及图3C是根据本发明的一实施例的天线结构的设置示意图；
图4是根据本发明的第一及第二实施例的天线结构的回波损耗图。
附图标号说明
10、20、20’:天线结构；
11、21、21’:基板；
12、22、22’:第一辐射部；
13、23、23’:第二辐射部；
15、25:馈入部；
A-A:剖面线；
111、211:第一表面；
112、212:第二表面；
G1、G2:间距；
T1、T2:厚度；
121:第一分支；
122:第二分支；
123:第一短路部；
16、17、26:接地部；
L1～L5:长度；
131:第一区段；
B-B:剖面线；
221:第二区段；
231:第三分支；
233:第二短路部；
30:电子装置；
M1:第一共振模态；
M2:第二共振模态。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1A是根据本发明的第一实施例的天线结构10的透视图，图1B是根据本发明的第一实施例的天线结构10的示意图，且图1C是根据本发明的第一实施例的天线结构10以另一视角观看的示意图。请参照图1A至图1C，天线结构10包括(但不仅限于)基板11、第一辐射部12、第二辐射部13、馈入部15及接地部16、17。
基板11可以是印刷电路基板、塑料板或其他载体，且本发明实施例未限制其种类。基板11具有相对的第一表面111(如图1B所示)及第二表面112(如图1C所示)。
图1D是图1A依A-A剖面线的剖面图。请参照图1D，在一实施例中，第一表面111平行于第二表面112。也就是，基板11为平面板状。而此处「相对」是指第一表面111的朝向相反于第二表面112。在一实施例中，基板11的厚度(即，第一辐射部12与第二辐射部13之间的间距G1(最小距离))小于0.4毫米(mm)。须说明的是，根据不同应用需求，在其他实施例中，第一表面111及第二表面112可能是曲面、不规则表面或其他形状的表面。
请参照图1B及图1D，第一辐射部12设于第一表面111。第一辐射部12为吸波材料。吸波材料可以是由电阻型、电介质型或磁介质材料所组成。在一实施例中，如图1D所示的第一辐射部12的厚度T1小于0.2mm。此外，吸波材料的导磁系数大约为100-200。
请参照图1C及图1D，第二辐射部13设于第二表面112。在一实施例中，第二辐射部13为金属材料。例如，铜箔或其他金属导体。而图中所示斜线底纹部分为金属材料，且点底纹部分为吸波材料。此外，第二辐射部13耦接于馈入部15。
请参照图1D，因间隔着基板11，第二辐射部13与第一辐射部12之间有间距G1。因此，来自馈入部15的射频/微波信号可通过第二辐射部13耦合至第一辐射部12而激发第一共振模态(例如，5.15至5.8GHz)及第二共振模态(例如，2.4至2.5GHz)。
请参照图1D，在一实施例中，第一辐射部12于基板11的正投影部分重叠于第二辐射部13于基板11的正投影。两辐射部12、13的重叠部分大约占第二辐射部13的面积的30至50％，但不以此为限。
在其他实施例中，第一辐射部12的部分也可能在其他投影面上与第二辐射部13重叠，使得信号可通过第二辐射部13耦合至第一辐射部12，并据以生成第一共振模态及第二共振模态。
第一辐射部12的形状有很多变化。请参照图1A及图1B，在一实施例中，第一辐射部12包括第一分支121及第二分支122。第一分支121朝图1B右方延伸而出，且第二分支122朝图1B左方延伸而出。第一分支121用以激发第一共振模态。此外，来自馈入部15的射频/微波信号可通过第二分支122而激发第二共振模态(例如，2.4至2.5GHz)。
在一实施例中，第一分支121的长度L1大约为第一共振模态的1/4波长。例如，10～15mm。而第二分支122的长度L2大约为第二共振模态的1/4波长。例如，25至30mm。
在一实施例中，第一辐射部12包括第一短路部123。第一短路部123耦接第二分支122及接地部16，但其他实施例可能耦接第一分支121。
在一实施例中，第一分支121、第二分支122及第一短路部123的尺寸用于天线结构10的阻抗匹配。也就是，可通过调整第一分支121、第二分支122和/或第一短路部123的尺寸来达到阻抗匹配。
第二辐射部13的形状也有很多变化。请参照图1A及图1C，第二辐射部13包括第一区段131。第一区段131耦接馈入部15。此外，第一区段131的长度L3小于第一共振模态1/4波长。例如，10～15mm。
在一实施例中，第二辐射部13的宽度用于第一共振模态及第二共振模态的阻抗匹配。也就是，通过调整第二辐射部13的尺寸来达到第一共振模态(例如，对应于5.5G Hz的高频段)及第二共振模态(例如，对应于2.4至2.5GHz的低频段)的阻抗匹配。
接地部16耦接接地部17。接地部17可进一步连接系统(例如，天线结构10或设置天线结构10的电路或装置)的接地部。然而，在其他实施例中，接地部16也可不直接连接系统的接地部。
须说明的是，根据不同设计需求(例如，共振模态的频率、阻抗等)，第一辐射部12及第二辐射部13的形状及尺寸还有可能有其他变化。
图2A是根据本发明的第二实施例的天线结构20的透视图，图2B是根据本发明的第二实施例的天线结构20的示意图，且图2C是根据本发明的第二实施例的天线结构20以另一视角观看的示意图。请参照图2A至图2C，天线结构20包括(但不仅限于)基板21、第一辐射部22、第二辐射部23、馈入部25及接地部26。
图2D是图2A依B-B剖面线的剖面图。请参照图2D，基板21具有相对的第一表面211(如图2B所示)及第二表面212(如图2C所示)。在一实施例中，基板21的厚度(即，第一辐射部22与第二辐射部23之间的间距G2(最小距离))小于0.4mm。
请参照图2B及图2D，第一辐射部22设于第一表面211。第一辐射部22为吸波材料。在一实施例中，如图2D所示的第一辐射部22的厚度T2小于0.2mm。
请参照图2C及图2D，第二辐射部23设于第二表面212，且第二辐射部23耦接于馈入部25。在一实施例中，第二辐射部23为金属材料。
请参照图2D，来自馈入部25的射频/微波信号可通过第二辐射部23耦合至第一辐射部22而激发第一共振模态。
基板21、第一辐射部22、第二辐射部23、馈入部25及接地部26的其他介绍可分别参照第一实施例的基板11、第一辐射部12、第二辐射部13、馈入部15及接地部16，于此不再赘述。
与第一实施例不同处在于，天线结构20通过第一辐射体22激发第一共振模态，但通过第二辐射部23激发第二共振模态。
请参照图2A及图2B，第一辐射部22包括第二区段221。第二区段221朝图2B的右方延伸而出。第二区段221的长度大约为第一共振模态的1/4波长。例如，10～15mm。
在一实施例中，第二区段221的宽度用于第一共振模态的阻抗匹配。也就是，通过调整第二区段221的尺寸来达到第一共振模态(例如，对应于5.5GHz的高频段)的阻抗匹配。
请参照图2A及图2C，第二辐射部23包括第三分支231。第三分支231朝图面的右方延伸而出。第三分支231的长度L5大约为第二共振模态的1/4波长。例如，25至30mm。来自馈入部25的射频/微波信号可通过第三分支231而激发第二共振模态。
在一实施例中，第二辐射部23包括第二短路部233。第二短路部233耦接第三分支231及接地部26。
在一实施例中，第二短路部233的尺寸用于第一共振模态及第二共振模态的阻抗匹配。也就是，通过调整第二短路部233的尺寸来达到第一共振模态和/或第二共振模态的阻抗匹配。
须说明的是，根据不同设计需求，第一辐射部22及第二辐射部23的形状及尺寸还有可能有其他变化。
第一实施例或第二实施例的天线结构10、20可设于电子装置(例如，笔记本电脑、智能型手机、穿戴式装置、头戴式装置、手持装置或无线电装置)。
举例而言，图3A是根据本发明的一实施例的电子装置30的示意图。请参照图3A，电子装置30(以笔记本电脑为例)包括天线结构20’。天线结构20’是对应于第二实施例的天线结构20。本实施例以第二实施例为例，但也可以置换成第一实施例的天线结构10。
图3B及图3C是根据本发明的一实施例的天线结构20’的设置示意图。请参照图3B及图3C为电子装置30的壳体拆开后的示意图。基板21’、第一辐射体22’及第二辐射体23’的介绍可分别参酌基板21、第一辐射体22及第二辐射体23的说明，于此不再赘述。将基板21’由左上角稍微掀开/弯折后(如图3B所示)，可见设于另一侧的第一辐射体22’。也就是，在正常情况下(基板21’未被掀开/弯折)，以图3C的视角而言，基板21’完全覆盖第一辐射体22’。
根据不同设计需求，天线结构20’还可能设置在电子装置30的其他位置。
在实际应用中，可将第一实施例及第二实施例的第一表面111、211设于电子装置30的本体朝向人体的一侧，且第二表面112、212设于电子装置30的本体背向人体的一侧。由此，通过天线结构10、20、20’所生成电磁波可受吸波材料影响而降低对人体的影响。
图4是根据本发明的第一及第二实施例的天线结构10、20的回波损耗图。请参照图4，天线结构10、20两个皆可激发出第一共振模态M1(例如，5.2～5.8GHz)及第二共振模态M2(例如，2.4～2.5GHz)。
表(1)是针对第一实施例、第二实施例及一般天线结构(与图1A及图2A采用相同图案但未使用吸波材料)的SAR实验结果：
表(1)
Figure BDA0003872742410000071
在操作于第一共振模态的频率(例如，5.2至5.825GHz)下，第一实施例及第二实施例的SAR值明显低于一般天线结构的SAR值。
综上所述，在本发明实施例的天线结构及电子装置中，提供吸波材料的第一辐射部，并通过耦接馈入部的第二辐射部耦合第一辐射部以生成第一共振模态。由此，可降低第一共振模态对应频段的SAR值。而由于可有效降低SAR，因此射频模块前端可使用较高的输出功率，从而确保信号传输质量，进而提升用户体验。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种天线结构，包括：
基板，具有相对的第一表面及第二表面；
第一辐射部，设于所述第一表面，其中所述第一辐射部为吸波材料；以及
第二辐射部，设于所述第二表面，并耦接于馈入部，其中
所述第二辐射部与所述第一辐射部之间有间距，以通过所述第二辐射部耦合至所述第一辐射部而激发第一共振模态。
2.根据权利要求1所述的天线结构，还通过所述第二辐射部耦合至所述第一辐射部而激发第二共振模态。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其中所述第一辐射部包括：
第一分支，用以激发所述第一共振模态；以及
第二分支，用以激发所述第二共振模态。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其中所述第一分支的长度大约为所述第一共振模态的1/4波长。
5.根据权利要求3所述的天线结构，其中所述第二分支的长度大约为所述第二共振模态的1/4波长。
6.根据权利要求3所述的天线结构，其中所述第一辐射部还包括：
第一短路部，耦接所述第一分支及所述第二分支中的一个、以及接地部。
7.根据权利要求6所述的天线结构，其中所述第一分支、所述第二分支及所述第一短路部的尺寸用于阻抗匹配。
8.根据权利要求2所述的天线结构，其中所述第二辐射部包括：
第一区段，耦接所述馈入部，且其长度小于所述第一共振模态的1/4波长。
9.根据权利要求8所述的天线结构，其中所述第一区段的宽度用于所述第一共振模态的阻抗匹配。
10.根据权利要求1所述的天线结构，还通过所述第二辐射部激发第二共振模态。
11.根据权利要求10所述的天线结构，其中所述第二辐射部包括第三分支，用以激发所述第二共振模态。
12.根据权利要求11所述的天线结构，其中所述第三分支的长度大约为所述第二共振模态的1/4波长。
13.根据权利要求11所述的天线结构，其中所述第二辐射部还包括：
第二短路部，耦接接地部。
14.根据权利要求13所述的天线结构，其中所述第二短路部的尺寸用于所述第一共振模态及所述第二共振模态的阻抗匹配。
15.根据权利要求10所述的天线结构，其中所述第一辐射部包括：
第二区段，其长度大约为所述第一共振模态的1/4波长。
16.根据权利要求15所述的天线结构，其中所述第二区段的宽度用于所述第一共振模态的阻抗匹配。
17.根据权利要求1所述的天线结构，其中所述第二辐射部为金属材料。
18.根据权利要求1所述的天线结构，其中所述间距小于0.4毫米。
19.根据权利要求1所述的天线结构，其中所述第一辐射部于所述基板的正投影部分重叠于所述第二辐射部于所述基板的正投影。
20.一种电子装置，包括如权利要求1至19中的任一权利要求所述的天线结构。
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