TW202322469A - Antenna device including a resonant structure for improving performance - Google Patents
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Abstract
Description
本發明關於一種天線裝置,尤指一種包含共振結構以改善效能之天線裝置。The present invention relates to an antenna device, especially an antenna device including a resonant structure to improve performance.
於天線相關之工程領域,環形天線(loop antenna)係常見的天線類型。環形天線可包含線圈結構,用以收發無線訊號。在多種情境中,可見其環形天線之應用,舉例而言,於近場通訊(near field communication,NFC)裝置,可設置環形天線,用以收發訊號。In the field of antenna-related engineering, the loop antenna (loop antenna) is a common type of antenna. Loop antennas may include coil structures for transmitting and receiving wireless signals. In various scenarios, the application of the loop antenna can be seen. For example, in a near field communication (near field communication, NFC) device, the loop antenna can be set to send and receive signals.
雖然上述環形天線已可堪用,但實務上仍有不易處理之難題。當使用環形天線時,天線場型強度常於中央位置附近衰減,造成訊號收發之效能不良。此外,若因硬體限制,而導致環形天線之形狀有凹陷部分,則於凹陷部分常有天線場型強度不足,而不易收發訊號之缺失。此外,若環形天線被例如手機背蓋、保護殼等遮蔽物覆蓋,也會造成收發訊號之效能不良。目前本領域尚缺適宜的解決方案,以處理上述難題。Although the above-mentioned loop antennas are available, there are still difficult problems in practice. When a loop antenna is used, the field strength of the antenna is often attenuated near the central position, resulting in poor performance of signal transmission and reception. In addition, if the shape of the loop antenna has a concave part due to hardware limitations, the antenna field strength is often insufficient in the concave part, and it is difficult to lose the sending and receiving signal. In addition, if the loop antenna is covered by a shield such as the back cover of the mobile phone, a protective case, etc., it will also cause poor performance in sending and receiving signals. At present, there is still a lack of suitable solutions in the art to deal with the above-mentioned problems.
實施例提供一種天線裝置,包含一第一線圈、一第二線圈及一共振電路。該第一線圈用以接收一第一訊號、根據該第一訊號無線發射一第一無線訊號、無線接收一第二無線訊號、及根據該第二無線訊號傳送一第二訊號。該第一線圈包含一第一端及一第二端,其中該第一端電連接於一處理電路,用以接收該第一訊號,且該第二端,電連接於該處理電路,用以傳送該第二訊號。一第一電流以一第一方向於該第一線圈上流動。該第二線圈包含一第一端及一第二端。一第二電流以一第二方向於該第二線圈上流動。該共振電路電連接於該第二線圈之該第一端及該第二端之間,其中該共振電路對應於一共振頻率。該第一線圈絕緣於該第二線圈,且於該第一線圈及該第二線圈之一耦合範圍中,該第一電流及該第二電流之方向互為反向。The embodiment provides an antenna device including a first coil, a second coil and a resonant circuit. The first coil is used for receiving a first signal, wirelessly transmitting a first wireless signal according to the first signal, wirelessly receiving a second wireless signal, and transmitting a second signal according to the second wireless signal. The first coil includes a first end and a second end, wherein the first end is electrically connected to a processing circuit for receiving the first signal, and the second end is electrically connected to the processing circuit for transmit the second signal. A first current flows on the first coil in a first direction. The second coil includes a first end and a second end. A second current flows on the second coil in a second direction. The resonant circuit is electrically connected between the first end and the second end of the second coil, wherein the resonant circuit corresponds to a resonant frequency. The first coil is insulated from the second coil, and in a coupling range between the first coil and the second coil, the directions of the first current and the second current are opposite to each other.
為了處理上述難題,以改善天線場型強度,從而改善收發訊號之效能,實施例可提供以下天線裝置。In order to deal with the above-mentioned problems and improve the field strength of the antenna so as to improve the performance of sending and receiving signals, the embodiments may provide the following antenna devices.
第1圖為實施例中,天線裝置100電連接於處理電路155之示意圖。第2圖為第1圖之天線裝置100電連接於處理電路155於另一視角之示意圖。第1圖可為上視圖,第2圖可為斜視圖,第1圖及第2圖係用以說明,且硬體細節及各部位尺寸之比例不限於如第1圖及第2圖所示。FIG. 1 is a schematic diagram of an
如第1圖及第2圖所示,天線裝置100可包含第一線圈110、第二線圈120及共振電路130。第一線圈110可用以接收第一訊號S1、根據第一訊號S1無線發射第一無線訊號SR1、無線接收第二無線訊號SR2、及根據第二無線訊號SR2傳送第二訊號S2。As shown in FIG. 1 and FIG. 2 , the
第一線圈110可包含第一端110A及第二端110B,電連接於處理電路155。第一端110A可用以從處理電路155接收第一訊號S1,且第二端110B可用以傳送第二訊號S2至處理電路155。第一電流I1可以第一方向D1於第一線圈110上流動。第二線圈120可包含第一端120A及第二端120B。第二電流I2可以第二方向D2於第二線圈120上流動。共振電路130可電連接於第二線圈120之第一端120A及第二端120B之間,其中共振電路130可對應於後文所述之共振頻率。The
第二線圈120及共振電路130可構成共振結構,此共振結構可藉由與第一線圈110耦合而在第一線圈110及第二線圈120之耦合範圍R中產生與第一電流I1反向之第二電流I2。此共振結構可增加耦合量及耦合範圍,且據以改善第一線圈110形成的天線之天線場型,從而改善收發訊號(例如,發射第一無線訊號SR1及接收第二無線訊號SR2)之效能。耦合範圍R可為第一線圈110及第二線圈120接近及/或重疊之部分。The
第一線圈110絕緣於第二線圈120,由於在第一線圈110及第二線圈120之耦合範圍R中,第一電流I1與第二電流I2為反向,因此第一方向D1及第二方向D2皆為順時針方向或皆為逆時針方向。如第1圖及第2圖所示,可使用X軸、Y軸及Z軸定義三維空間,其中X軸、Y軸及Z軸之任兩者係彼此正交。第一線圈110及第二線圈120可對應於X軸、Y軸形成的平面,且第二線圈120可沿Z軸而位於第一線圈110之上方。The
根據實施例,如第1圖及第2圖所示,第一線圈110於沿Z軸之投影方向可對應於第一區域A1,且第一區域A1之形狀具有凹陷部分。第二線圈120於沿Z軸之投影方向可對應於第二區域A2,且第二區域A2於沿Z軸之投影方向可對應於凹陷部分。換言之,可將第二線圈120置於第一線圈110形成之第一區域A1的形狀之凹陷部分之上方。第二線圈120可透過無線方式與第一線圈110發生耦合,且第二線圈120可據此改善第一線圈110於凹陷部分之天線場型強度,從而改善收發訊號之效能。根據實施例,如第1圖所示,第一線圈110可部分重疊於第二線圈120,且第一線圈110及第二線圈120之重疊區域可對應於耦合範圍R。According to an embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 , the projection direction of the
第3圖為另一實施例中,天線裝置300電連接於處理電路155之示意圖。天線裝置300可相似於第1圖及第2圖之天線裝置100,相似處不另重述,然如第3圖所示,天線裝置300之第一線圈100可不重疊於第二線圈120。如第3圖所示,因為第二線圈120及共振電路130可構成共振結構,因此於耦合區域R中,第一線圈100上的第一電流I1及第二線圈120上的第二電流I2之方向會互為反向。此共振結構可增加耦合量及耦合範圍,且使第一電流I1之第一方向D1及第二電流I2之第二方向D2為同向,例如皆為順時針方向或皆為逆時針方向。第一線圈110及第二線圈120之每一者的圈數可大於或等於1,且此處所述的電流方向為上視中,線圈之一圈上的電流方向。FIG. 3 is a schematic diagram of an
第4圖為另一實施例中,天線裝置400電連接於處理電路155之示意圖。天線裝置400可相似於第1圖之天線裝置100及第3圖之天線裝置300,相似之處不另重述。然而,根據實施例,如第4圖所示,第一線圈110可於沿Z軸之投影方向對應於第一區域A1,第二線圈120可於沿Z軸之投影方向對應於第二區域A2,且第二區域A2可位於第一區域A1內。換言之,第二線圈120可置於第一線圈110圍成的第一區域A1之內,以提高第一區域A1之中央位置附近的天線場型強度,從而改善無線收發訊號的效能。FIG. 4 is a schematic diagram of an
如第4圖所示,於耦合區域R中,第一線圈110上的第一電流I1可反向於第二線圈120上的第二電流I2。舉例而言,若第一方向D1及第二方向D1之一者為順時針方向,另一者可為逆時針方向。As shown in FIG. 4 , in the coupling region R, the first current I1 on the
舉例而言,若第一線圈110為無線讀卡機之天線,藉由設置第二線圈120及共振電路130構成之共振結構,可有效改善讀卡機之中央位置附近感應移動裝置(例如,手機)之效能。For example, if the
第5圖為另一實施例中,天線裝置500之示意圖。第5圖可為側視圖,天線裝置500可相似於第1圖之天線裝置100,包含第一線圈110、第二線圈120及共振電路130,且相似之處不另重述。如第5圖所示,第二線圈120可包含第一部分121、第二部分122及第三部分123。第一部分121可沿Y軸方向平行於第一線圈110。第二部分120可沿Y軸方向平行於第一線圈110。第三部分123可電連接於第一部分121及第二部分122之間。如第5圖所示,其中第一遮蔽物510可位於第一線圈110及第二線圈120之第一部分121之間,且第二遮蔽物520可位於第二線圈120之第一部分121及第二部分122之間。FIG. 5 is a schematic diagram of an
舉例而言,第一遮蔽物510可為手機之背蓋,且第二遮蔽物520可為手機之保護殼或飾品。藉由彎折第二線圈120以使第二線圈120之第二部分122不受第二遮蔽物520遮蔽,有助於改善發射第一無線訊號SR1及接收第二無線訊號SR2之效能。根據實施例,上述的第一線圈110及第二線圈120可形成於軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,FPC),以便於調整為適宜的形狀及彎折。For example, the
根據實施例,上述的共振電路130可包含至少一電容。舉例而言,共振電路130可包含電容及電感,以串聯方式連接,以形成串聯式電感電容共振電路。另舉例而言,共振電路130可包含電容及電感,以並聯方式連接,以形成並聯式電感電容共振電路。舉例而言,共振頻率可表示為f =
,其中f為共振頻率,L為共振電路130之電感的電感值,C為共振電路130之電容的電容值,且共振頻率f可對應於第一無線訊號SR1及第二無線訊號SR2之頻率。
According to an embodiment, the above-mentioned
綜上,藉由設置第二線圈120及共振電路130形成之共振環狀結構,可改善第一線圈110之天線場型,且於天線輻射能量較弱處可提高輻射能量。第二線圈120及共振電路130形成之共振環狀結構可為被動式結構,透過寄生方式感應第一線圈110之電磁場,即可改善天線場型,而不須額外對於第二線圈120及共振電路130進行供電。實施例提供之天線裝置100、300、400及500於天線線圈涵蓋的範圍具有凹陷部分,及天線被遮蔽物影響時,可改善無線收發訊號之效能,故有助於處理本領域之難題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
To sum up, by disposing the resonant loop structure formed by the
100,300,400,500:天線裝置
110:第一線圈
120:第二線圈
120A,110A:第一端
120B,110B:第二端
121:第一部分
122:第二部分
123:第三部分
130:共振電路
155:處理電路
510:第一遮蔽物
520:第二遮蔽物
A1:第一區域
A2:第二區域
D1:第一方向
D2:第二方向
I1:第一電流
I2:第二電流
R:耦合範圍
S1:第一訊號
S2:第二訊號
SR1:第一無線訊號
SR2:第二無線訊號
X,Y,Z:軸
100,300,400,500: Antenna device
110: the first coil
120:
第1圖為實施例中,天線裝置電連接於處理電路之示意圖。 第2圖為第1圖之天線裝置電連接於處理電路於另一視角之示意圖。 第3圖為另一實施例中,天線裝置電連接於處理電路之示意圖。 第4圖為另一實施例中,天線裝置電連接於處理電路之示意圖。 第5圖為另一實施例中,天線裝置之示意圖。 FIG. 1 is a schematic diagram of an antenna device electrically connected to a processing circuit in an embodiment. Fig. 2 is a schematic diagram of another viewing angle showing the electrical connection of the antenna device in Fig. 1 to the processing circuit. FIG. 3 is a schematic diagram of an antenna device electrically connected to a processing circuit in another embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram of an antenna device electrically connected to a processing circuit in another embodiment. Fig. 5 is a schematic diagram of an antenna device in another embodiment.
100:天線裝置 100: Antenna device
110:第一線圈 110: the first coil
120:第二線圈 120: second coil
120A,110A:第一端 120A, 110A: first end
120B,110B:第二端 120B, 110B: the second end
130:共振電路 130: Resonant circuit
155:處理電路 155: Processing circuit
A1:第一區域 A1: The first area
A2:第二區域 A2: Second area
D1:第一方向 D1: the first direction
D2:第二方向 D2: Second direction
I1:第一電流 I1: first current
I2:第二電流 I2: second current
R:耦合範圍 R: coupling range
S1:第一訊號 S1: The first signal
S2:第二訊號 S2: Second signal
SR1:第一無線訊號 SR1: The first wireless signal
SR2:第二無線訊號 SR2: Second wireless signal
X,Y,Z:軸 X, Y, Z: axes
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TW110143628A TW202322469A (en) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Antenna device including a resonant structure for improving performance |
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TW110143628A TW202322469A (en) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | Antenna device including a resonant structure for improving performance |
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