CN116345156A - 天线结构及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种天线结构，包含导电单元及介电单元，导电单元设置于介电单元的表面并包含信号馈入点、接地馈入点、第一辐射部、第二辐射部、信号通孔及接地通孔。第一辐射部电性连接信号馈入点并具有第一操作频率。第二辐射部具有第二操作频率。信号通孔穿过介电单元，信号通孔的一端电性连接信号馈入点，信号通孔的另一端电性连接第二辐射部。接地通孔穿过介电单元，接地通孔的一端电性连接接地馈入点，接地通孔的另一端电性连接第二辐射部。借此，有助实现天线结构的小型化。

Description

天线结构及电子装置

技术领域

本揭示内容涉及一种天线结构及电子装置，且特别涉及具有多个操作频率的天线结构及电子装置。

背景技术

在人类追求便利生活的驱动下，遂发展出多样的无线通信系统，其分别具有多个操作频带。然而，在发展多样的无线通信系统的同时，也意味着电子装置及其天线结构的体积、成本及设计复杂度将对应地提高。

有鉴于此，如何降低应用于多个无线通信系统的电子装置及其天线结构的体积、成本及设计复杂度，同时能够满足各无线通信系统的辐射特性要求，遂成为市场上所关心的议题。

发明内容

本揭示内容提供一种天线结构及电子装置，天线结构的导电单元包含第一辐射部、第二辐射部、信号通孔及接地通孔。通过第一辐射部及第二辐射部分别电性连接于信号通孔及接地通孔的二端，信号通孔及接地通孔的同一端连接第二辐射部，除可实现双频操作频段，亦有助改善场型及达成天线小型化。

依据本揭示内容一实施方式提供一种天线结构，包含导电单元及介电单元，导电单元设置于介电单元的表面并包含信号馈入点、接地馈入点、第一辐射部、第二辐射部、信号通孔及接地通孔。接地馈入点邻近信号馈入点。第一辐射部电性连接信号馈入点并具有第一操作频率。第二辐射部具有第二操作频率。信号通孔穿过介电单元，信号通孔的一端电性连接信号馈入点，信号通孔的另一端电性连接第二辐射部。接地通孔穿过介电单元，接地通孔的一端电性连接接地馈入点，接地通孔的另一端电性连接第二辐射部。

依据本揭示内容另一实施方式提供一种电子装置，包含前述实施方式的天线结构及至少一射频通信模块。射频通信模块电性连接天线结构且具有第一操作频率及第二操作频率。

附图说明

图1示出本揭示内容第一实施例的天线结构的立体图；

图2示出图1中天线结构的另一立体图；

图3示出图1中天线结构的前视图；

图4示出图1中天线结构的后视图；

图5示出图1中天线结构的俯视图；

图6示出图1中天线结构的侧视图；

图7示出图1中天线结构的频率响应图；以及

图8示出本揭示内容第二实施例的电子装置的立体图。

附图标记说明：

100：天线结构

107：导电单元

108：介电单元

110：第一辐射部

111：信号馈入段

112：第一辐射支路

120：第二辐射部

128,138：部分

130：第三辐射部

143：信号馈入点

144：信号分支

145：信号通孔

146,147,156,157：端

151：接地馈入段

152：接地支路

153：接地馈入点

154：接地分支

155：接地通孔

200：电子装置

a4：信号夹角

a5：接地夹角

n21,n22,n31,n32：法线方向

s23：间距

x：第一方向

y：第二方向

z：第三方向

具体实施方式

图1示出本揭示内容第一实施例的天线结构100的立体图，图2示出图1中天线结构100的另一立体图，且为清楚揭示，本揭示内容各附图皆标示具有第一方向x、第二方向y及第三方向z的直角坐标系。请参照图1及图2，天线结构100包含导电单元107及介电单元108，导电单元107设置于介电单元108的表面，例如导电单元107为设置于介电单元108表面的金属薄片，导电单元107包含信号馈入点(Feed Point)143、接地馈入点153、第一辐射部110、第二辐射部120、信号通孔145及接地通孔155。依据本揭示内容的实施例中，介电单元可为电路板、任意形状或不规则形状的介电元件(如塑胶元件)，且不以此为限。

图3示出图1中天线结构100的前视图，图4示出图1中天线结构100的后视图，图5示出图1中天线结构100的俯视图，图6示出图1中天线结构100的侧视图，且图3至图6以虚线示出视图中被介电单元108遮挡的导电单元107。请参照图1至图6，接地馈入点153邻近信号馈入点143。第一辐射部110电性连接信号馈入点143并具有第一操作频率，第二辐射部120具有第二操作频率。信号通孔145穿过介电单元108，信号通孔145的端146电性连接信号馈入点143，信号通孔145的端147电性连接第二辐射部120。接地通孔155穿过介电单元108，接地通孔155的端156电性连接接地馈入点153，接地通孔155的端157电性连接第二辐射部120。借此，通过第一辐射部110及第二辐射部120分别电性连接于信号通孔145的二端146、147(或接地通孔155的二端156、157)，天线结构100为一种双面耦合式平面倒F型天线(PlanarInverted-F antenna，简称PIFA)，除可实现双频操作频段，亦有助改善场型及达成天线小型化。

详细而言，请参照图2及图4，导电单元107可还包含接地支路(Stub)152，其电性连接于接地馈入点153及接地通孔155的端156之间，第一辐射部110及第二辐射部120中各者耦合接地支路152。借此，有助天线结构100设计于有限空间中并改善场型。第一实施例中，天线结构100于第一方向x、第二方向y及第三方向z的长度分别约为10mm、8mm及10mm。

第一辐射部110可为带状(Strip-shaped)且包含信号馈入段111及第一辐射支路112，信号馈入段111电性连接于信号馈入点143及第一辐射支路112之间，且第一辐射支路112及接地支路152本质上平行。借此，有助于设计及调整第一辐射部110与接地支路152之间的耦合效果。

导电单元107可还包含信号分支144、接地馈入段151及接地分支154。信号分支144电性连接于第一辐射支路112及信号通孔145的端146之间，接地馈入段151电性连接于接地馈入点153及接地支路152之间，接地分支154电性连接于接地支路152及接地通孔155的端156之间。借此，通过信号馈入段111、信号分支144、接地分支154及接地馈入段151的设计，以及第一辐射部110与接地支路152之间的耦合，产生第一辐射部110的第一操作频率。

信号馈入段111及信号分支144之间可以一信号夹角a4由第一辐射支路112朝向接地支路152延伸，信号夹角a4介于10度至60度，且信号馈入段111及信号分支144中至少信号分支144不垂直第一辐射支路112。接地馈入段151及接地分支154之间可以一接地夹角a5由接地支路152朝向第一辐射支路112延伸，接地夹角a5介于10度至60度，且接地馈入段151及接地分支154中至少接地分支154不垂直接地支路152。再者，信号夹角a4及接地夹角a5的差值介于0度至15度。借此，通过信号馈入段111、信号分支144、接地分支154及接地馈入段151依序排列而成近似菱形或等腰三角形的形状(如图2及图4所示)，以及第一辐射部110与接地支路152之间的耦合，产生第一辐射部110的第一操作频率，且有助于第一操作频率具有更宽的频带。再者，信号夹角a4及接地夹角a5中各者可介于20度至50度，信号夹角a4及接地夹角a5的差值可介于0度至5度，以利天线结构100以激光直接成型制成时的模具考量，同时兼顾射频特性要求。第一实施例中，图4所示的信号夹角a4为30度，接地夹角a5为30度，故信号夹角a4及接地夹角a5的差值为0度。

请参照图1、图3、图5及图6，导电单元107可还包含第三辐射部130。第三辐射部130电性连接信号通孔145的端147及接地通孔155的端157并具有第三操作频率，第三辐射部130耦合接地支路152。第二辐射部120及第三辐射部130中各者为带状，且第二辐射部120及第三辐射部130分别由接地通孔155的端157的二相对位置(如图1及图3中端157上位于第一方向x的二端的位置)延伸并弯折。借此，第一辐射部110及接地支路152皆位于天线结构100的一面，第二辐射部120及第三辐射部130皆位于天线结构100的相对一面，天线结构100可进一步达到三频频段，并利用接地支路152与第二辐射部120、第三辐射部130中各者相互耦合以改善场型。

请参照图1，第二辐射部120可包含垂直的二法线方向n21、n22，其中法线方向n21约平行第二方向y，且法线方向n22约平行第一方向x。第三辐射部130可包含垂直的二法线方向n31、n32，其中法线方向n31约平行第三方向z，且法线方向n32约平行第一方向x。借此，天线结构100可为激光直接成型(LDS)制成，以提升有限空间中的设计及制造便利性，并可降低生产成本及节省制作工时。

请参照图1及图2，第三辐射部130的长度可大于第二辐射部120的长度，第二辐射部120的长度可大于第一辐射部110的长度。进一步而言，第三操作频率小于第二操作频率，第二操作频率小于第一操作频率。第一实施例中，介电单元108的相对介电常数约为4。第一辐射部110由信号馈入点143与信号馈入段111的交界至第一辐射支路112沿第三方向z延伸的开放端的长度约为9mm，第二辐射部120由接地通孔155的端157延伸至平行第三方向z及第一方向x形成的T字形路径的长度介于22mm至25mm之间，第三辐射部130由接地通孔155的端157延伸至其开放端的长度约为26mm。或者，第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130的长度比约为1：2：2.9。

图7示出图1中天线结构100的频率响应图，具体上为天线结构100的S11(反射损失系数)示意图。请参照图7，第一操作频率、第二操作频率及第三操作频率分别约为5.2GHz、2.4GHz及1.5GHz附近的频带，因此天线结构100可通过第一操作频率、第二操作频率及第三操作频率分别用于WiFi 5G、WiFi 2.4G、GPS的无线通信系统。

请参照图1及图6，第二辐射部120的部分128位于第三辐射部130的部分138及接地通孔155的端157之间，且第二辐射部120的部分128及第三辐射部130的部分138的间距s23介于0.5mm至0.7mm。具体而言，第二辐射部120及第三辐射部130分别由接地通孔155的端157的二相对位置绕相反时针方向延伸并弯折，且第三辐射部130绕至第二辐射部120的外侧。借此，进一步地通过第三辐射部130与接地支路152的耦合，有助第三辐射部130于第三操作频率的场型上半球朝上(即图1中第三方向z朝上的方向有较大的增益)，可满足若干射频通信系统(例如GPS系统)所需的频带及场型，并且能够通过场型朝上方式来改善电子装置中射频通信模块的噪声问题，以具有同时提升GPS信号强度及通过认证的优势。此外，间距s23亦为调整匹配的重要元素。第一实施例中，图6所标示的间距s23为0.65mm。

请参照以下表1，其表列天线结构100于GPS频带的辐射场型的上半球(即图1中第三方向z朝上的方向)增益，表1显示依据本揭示内容的天线结构100由第三辐射部130所贡献的辐射场型的上半球具有高增益，可满足GPS等射频通信系统的要求。

表1

频率(GHz)	场型的上半球增益(dBi)
		1.575	-5.64
1.580	-5.79
		1.585	-5.86
1.590	-5.99
		1.595	-6.13
1.600	-6.26

图8示出本揭示内容第二实施例的电子装置200的立体图。请参照图8，电子装置200可为智能手机(但不以此为限)并包含前述第一实施例的天线结构100及至少一射频通信模块(图未示出)，射频通信模块电性连接天线结构100且具有第一操作频率及第二操作频率。借此，通过天线结构100可实现至少两个操作频段，亦有助改善场型及达成天线小型化，以满足电子装置200的无线通信特性要求。

详细而言，天线结构100可以激光直接成型制成，天线结构100的介电单元108为电子装置200的电路基板或机构元件，且介电单元108露出或不露出于电子装置200的外表面。借此，天线结构100利用激光直接成型的设计争取天线空间，介电单元108可为电子装置200的主板的至少一部分(不露出于电子装置200的外表面)，作为多路径辐射体(Radiator)的导电单元107设置于介电单元108的表面，可降低生产成本及节省制作工时。再者，通过电子装置200中的传输线及接地线分别电性连接天线结构100的信号馈入点143及接地馈入点153，使得包含第一辐射部110的菱形或等腰三角形路径具有较高的第一操作频率(例如WiFi 5G频段)，短臂路径的第二辐射部120具有中间的第二操作频率(例如WiFi 2.4G频段)，长臂路径的第三辐射部130具有较低第三操作频率(例如GPS频段)。

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，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包含一导电单元及一介电单元，该导电单元设置于该介电单元的表面并包含：

一信号馈入点；

一接地馈入点，邻近该信号馈入点；

一第一辐射部，电性连接该信号馈入点并具有一第一操作频率；

一第二辐射部，具有一第二操作频率；

一信号通孔，穿过该介电单元，其中该信号通孔的一端电性连接该信号馈入点，该信号通孔的另一端电性连接该第二辐射部；以及

一接地通孔，穿过该介电单元，其中该接地通孔的一端电性连接该接地馈入点，该接地通孔的另一端电性连接该第二辐射部。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该导电单元还包含：

一接地支路，电性连接于该接地馈入点及该接地通孔的所述一端之间，其中该第一辐射部及该第二辐射部中各者耦合该接地支路。

3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部为带状且包含一信号馈入段及一第一辐射支路，该信号馈入段电性连接于该信号馈入点及该第一辐射支路之间，且该第一辐射支路及该接地支路本质上平行。

4.如权利要求3所述的天线结构，其特征在于，该导电单元还包含：

一信号分支，电性连接于该第一辐射支路及该信号通孔的所述一端之间；

一接地馈入段，电性连接于该接地馈入点及该接地支路之间；以及

一接地分支，电性连接于该接地支路及该接地通孔的所述一端之间。

5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于，该信号馈入段及该信号分支之间以一信号夹角由该第一辐射支路朝向该接地支路延伸，该信号夹角介于10度至60度，且该信号馈入段及该信号分支中至少一者不垂直该第一辐射支路；

其中，该接地馈入段及该接地分支之间以一接地夹角由该接地支路朝向该第一辐射支路延伸，该接地夹角介于10度至60度，且该接地馈入段及该接地分支中至少一者不垂直该接地支路；

其中，该信号夹角及该接地夹角的差值介于0度至15度。

6.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，该导电单元还包含：

一第三辐射部，电性连接该信号通孔的该另一端及该接地通孔的该另一端并具有一第三操作频率，其中该第三辐射部耦合该接地支路；

其中，该第二辐射部及该第三辐射部中各者为带状，且该第二辐射部及该第三辐射部分别由该接地通孔的该另一端的二相对位置延伸并弯折。

7.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该第二辐射部及该第三辐射部中各者包含垂直的二法线方向。

8.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该第三辐射部的长度大于该第二辐射部的长度，该第二辐射部的长度大于该第一辐射部的长度；

其中，该第二辐射部的一部分位于该第三辐射部的一部分及该接地通孔的该另一端之间，且该第二辐射部的该部分及该第三辐射部的该部分的间距介于0.5mm至0.7mm。

9.一种电子装置，其特征在于，包含：

如权利要求1所述的天线结构；以及

至少一射频通信模块，电性连接该天线结构且具有该第一操作频率及该第二操作频率。

10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，该天线结构以激光直接成型制成，该天线结构的该介电单元为该电子装置的电路基板或机构元件，且该介电单元露出或不露出于该电子装置的外表面。

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