TW202418648A - 天線結構 - Google Patents
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Abstract
一種天線結構，包括：一金屬機構件、一接地元件、一饋入輻射部、一連接輻射部、一短路輻射部、一寄生輻射部，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔。饋入輻射部具有一饋入點。連接輻射部係耦接至饋入輻射部，其中連接輻射部更經由短路輻射部耦接至接地元件。寄生輻射部係耦接至接地元件，其中寄生輻射部係設置於饋入輻射部和短路輻射部之間。介質基板係鄰近於金屬機構件之槽孔，其中饋入輻射部、連接輻射部、短路輻射部，以及寄生輻射部皆設置於介質基板上。
Description
本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種寬頻帶(Wideband)之天線結構。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
天線(Antenna)為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其頻寬(Bandwidth)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提出一種天線結構，包括：一金屬機構件，具有一槽孔；一接地元件；一饋入輻射部，具有一饋入點；一連接輻射部，耦接至該饋入輻射部；一短路輻射部，其中該連接輻射部係經由該短路輻射部耦接至該接地元件；一寄生輻射部，耦接至該接地元件，其中該寄生輻射部係設置於該饋入輻射部和該短路輻射部之間；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該短路輻射部，以及該寄生輻射部皆設置於該介質基板上。
在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔具有一開口端和一閉口端。
在一些實施例中，該短路輻射部和該槽孔之該開口端之間距係介於4mm至6mm之間。
在一些實施例中，該饋入點係位於該金屬機構件之該槽孔之外，而該饋入輻射部之一端和該槽孔之該閉口端之間距係介於1mm至2mm之間。
在一些實施例中，該饋入輻射部係呈現一L字形。
在一些實施例中，該饋入輻射部在該金屬機構件上具有一第一垂直投影，而該第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該連接輻射部係呈現一T字形。
在一些實施例中，該連接輻射部在該金屬機構件上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔完全不互相重疊。
在一些實施例中，該短路輻射部係呈現一較長直條形。
在一些實施例中，該短路輻射部在該金屬機構件上具有一第三垂直投影，而該第三垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該寄生輻射部係呈現一較短直條形。
在一些實施例中，該寄生輻射部在該金屬機構件上具有一第四垂直投影，而該第四垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該寄生輻射部係由該接地元件、該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該短路輻射部所共同包圍。
在一些實施例中，該寄生輻射部和該饋入輻射部之間形成一第一耦合間隙，該寄生輻射部和該短路輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆介於0.1mm至0.3mm之間。
在一些實施例中，該寄生輻射部和該連接輻射部之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.25mm至1.25mm之間。
在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5160MHz至6300MHz之間，而該第三頻帶係介於6300MHz至7125MHz之間。
在一些實施例中，該槽孔之長度係介於該第一頻帶之0.1倍至0.3倍波長之間。
在一些實施例中，該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該短路輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該寄生輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該短路輻射部之寬度係介於1.5mm至6mm之間，而該寄生輻射部之長度係介於2mm至6mm之間。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之透視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之下層部份之示意圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之上層部份之示意圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之側視圖。請一併參考第1、2、3、4圖。天線結構100可以應用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。在第1、2、3、4圖之實施例中，天線結構100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一接地元件(Ground Element)130、一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)140、一連接輻射部(Connection Radiation Element)150、一短路輻射部(Shorting Radiation Element)160、一寄生輻射部(Parasitic Radiation Element)170，以及一介質基板(Dielectric Substrate)180，其中接地元件130、饋入輻射部140、連接輻射部150、短路輻射部160，以及寄生輻射部170皆可用金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。
金屬機構件110具有一槽孔(Slot)120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。詳細而言，槽孔120可為一開口槽孔(Open Slot)並具有互相遠離之一開口端121和一閉口端122。在一些實施例中，天線結構100還可包括一非導體材質(未顯示)，其可填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。
介質基板180可為一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Circuit Board，FCB)。介質基板180可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中接地元件130、饋入輻射部140、連接輻射部150、短路輻射部160，以及寄生輻射部170皆可設置於介質基板180之第一表面E1上，而介質基板180之第二表面E2則可鄰近於金屬機構件110之槽孔120。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。在一些實施例中，介質基板180之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板180可至少部份覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。
接地元件130可與金屬機構件110互相耦接。接地元件130之形狀在本發明中並不特別作限制。例如，接地元件130可藉由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其可由介質基板180之第一表面E1上延伸至金屬機構件110上。在一些實施例中，接地元件130更可用於提供一接地電位(Ground Voltage)VSS。
饋入輻射部140可以大致呈現一L字形。詳細而言，饋入輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入輻射部140之第一端141處，而饋入點FP更可耦接至一信號源190。例如，信號源190可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。在一些實施例中，饋入輻射部140在金屬機構件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，其中此第一垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。必須注意的是，饋入點FP係位於金屬機構件110之槽孔120之外。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，饋入點FP亦可位於饋入輻射部140上之各種不同位置。
連接輻射部150可以大致呈現一T字形。詳細而言，連接輻射部150具有一第一端151、一第二端152，以及一第三端153，其中連接輻射部150之第一端151係耦接至饋入輻射部140之第二端142，而連接輻射部150之第二端152為一開路端(Open End)。例如，連接輻射部150之第三端153和第二端152可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，連接輻射部150在金屬機構件110上具有一第二垂直投影，其中此第二垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120完全不互相重疊。
短路輻射部160可以大致呈現一較長直條形。詳細而言，短路輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中短路輻射部160之第一端161係耦接至接地元件130，而短路輻射部160之第二端162係耦接至連接輻射部150之第三端153。亦即，連接輻射部150可經由短路輻射部160耦接至接地元件130。在一些實施例中，短路輻射部160在金屬機構件110上具有一第三垂直投影，其中此第三垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。在一些實施例中，饋入輻射部140、連接輻射部150，以及短路輻射部160可共同界定出一缺口區域(Notch Region)165，其可大致呈現一矩形。
寄生輻射部170可以大致呈現一較短直條形(相較於短路輻射部160而言)，其可與短路輻射部160大致互相平行。詳細而言，寄生輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中寄生輻射部170之第一端171係耦接至接地元件130，而寄生輻射部170之第二端172為一開路端並可延伸進入前述之缺口區域165之內。寄生輻射部170可設置於饋入輻射部140和短路輻射部160之間。在一些實施例中，寄生輻射部170可由接地元件110、饋入輻射部140、連接輻射部150，以及短路輻射部160所共同包圍。在一些實施例中，寄生輻射部170在金屬機構件110上具有一第四垂直投影，其中此第四垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。
在一些實施例中，寄生輻射部170係同時鄰近於饋入輻射部140、連接輻射部150，以及短路輻射部160，其中寄生輻射部170和饋入輻射部140之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，寄生輻射部170和短路輻射部160之間可形成一第二耦合間隙GC2，而寄生輻射部170和連接輻射部150之間可形成一第三耦合間隙GC3。例如，第三耦合間隙GC3之寬度可大於第一耦合間隙GC1之寬度，而第三耦合間隙GC3之寬度亦可大於第二耦合間隙GC2之寬度，但亦不僅限於此。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第5圖之量測結果，天線結構100可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1、一第二頻帶FB2，以及一第三頻帶FB3。例如，第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，第二頻帶FB2可介於5160MHz至6300MHz之間，而第三頻帶FB3可介於6300MHz至7125MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援傳統WLAN(Wireless Local Area Network)和新世代Wi-Fi 6E之寬頻操作。
在一些實施例中，天線結構100之操作原理可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120主要可激發前述之第一頻帶FB1。饋入輻射部140、連接輻射部150，以及短路輻射部160主要可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。另外，寄生輻射部170主要可激發產生前述之第三頻帶FB3。根據實際量測結果，若將饋入點FP設計於金屬機構件110之槽孔120之外，則其不僅能微調天線結構100之阻抗匹配(Impedance Matching)，也可同時改善天線結構100之結構強固性和設計自由度。
在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120之長度L1可介於天線結構100之第一頻帶FB1之0.1倍至0.3倍波長之間(0.1λ～0.3λ)。例如，前述之長度L1可介於15mm至22mm之間。金屬機構件110之槽孔120之寬度W1可介於1mm至3mm之間。饋入輻射部140、連接輻射部150，以及短路輻射部160之總長度L2可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(0.25λ)。短路輻射部160之寬度W2可介於1.5mm至6mm之間。寄生輻射部170之長度L3可大致等於天線結構100之第三頻帶FB3之0.25倍波長(0.25λ)。例如，前述之長度L3可介於2mm至6mm之間。短路輻射部160和槽孔120之開口端121之間距D1可介於4mm至6mm之間。饋入輻射部140之第一端141(或是饋入點FP)和槽孔120之閉口端122之間距D2可介於1mm至2mm之間。第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.1mm至0.3mm之間。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.1mm至0.3mm之間。第三耦合間隙GC3之寬度可介於0.25mm至1.25mm之間。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化天線結構100之操作頻寬(Operational Bandwidth)和阻抗匹配。
本發明提出一種新穎之天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、高設計自由度，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線結構並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之天線結構當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:天線結構
110:金屬機構件
120:槽孔
121:槽孔之開口端
122:槽孔之閉口端
130:接地元件
140:饋入輻射部
141:饋入輻射部之第一端
142:饋入輻射部之第二端
150:連接輻射部
151:連接輻射部之第一端
152:連接輻射部之第二端
153:連接輻射部之第三端
160:短路輻射部
161:短路輻射部之第一端
162:短路輻射部之第二端
165:缺口區域
170:寄生輻射部
171:寄生輻射部之第一端
172:寄生輻射部之第二端
180:介質基板
190:信號源
D1,D2:間距
E1:介質基板之第一表面
E2:介質基板之第二表面
FB1:第一頻帶
FB2:第二頻帶
FB3:第三頻帶
FP:饋入點
GC1:第一耦合間隙
GC2:第二耦合間隙
GC3:第三耦合間隙
L1,L2,L3:長度
VSS:接地電位
W1,W2,W3:寬度
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之透視圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之下層部份之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之上層部份之示意圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之側視圖。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。
100:天線結構
110:金屬機構件
120:槽孔
130:接地元件
140:饋入輻射部
150:連接輻射部
160:短路輻射部
170:寄生輻射部
180:介質基板
190:信號源
D1,D2:間距
FP:饋入點
Claims (20)
- 一種天線結構，包括： 一金屬機構件，具有一槽孔； 一接地元件； 一饋入輻射部，具有一饋入點； 一連接輻射部，耦接至該饋入輻射部； 一短路輻射部，其中該連接輻射部係經由該短路輻射部耦接至該接地元件； 一寄生輻射部，耦接至該接地元件，其中該寄生輻射部係設置於該饋入輻射部和該短路輻射部之間；以及 一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該短路輻射部，以及該寄生輻射部皆設置於該介質基板上。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔具有一開口端和一閉口端。
- 如請求項2所述之天線結構，其中該短路輻射部和該槽孔之該開口端之間距係介於4mm至6mm之間。
- 如請求項2所述之天線結構，其中該饋入點係位於該金屬機構件之該槽孔之外，而該饋入輻射部之一端和該槽孔之該閉口端之間距係介於1mm至2mm之間。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該饋入輻射部係呈現一L字形。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該饋入輻射部在該金屬機構件上具有一第一垂直投影，而該第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該連接輻射部係呈現一T字形。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該連接輻射部在該金屬機構件上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔完全不互相重疊。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該短路輻射部係呈現一較長直條形。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該短路輻射部在該金屬機構件上具有一第三垂直投影，而該第三垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射部係呈現一較短直條形。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射部在該金屬機構件上具有一第四垂直投影，而該第四垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射部係由該接地元件、該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該短路輻射部所共同包圍。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射部和該饋入輻射部之間形成一第一耦合間隙，該寄生輻射部和該短路輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆介於0.1mm至0.3mm之間。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該寄生輻射部和該連接輻射部之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.25mm至1.25mm之間。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5160MHz至6300MHz之間，而該第三頻帶係介於6300MHz至7125MHz之間。
- 如請求項16所述之天線結構，其中該槽孔之長度係介於該第一頻帶之0.1倍至0.3倍波長之間。
- 如請求項16所述之天線結構，其中該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該短路輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
- 如請求項16所述之天線結構，其中該寄生輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
- 如請求項1所述之天線結構，其中該短路輻射部之寬度係介於1.5mm至6mm之間，而該寄生輻射部之長度係介於2mm至6mm之間。
Priority Applications (2)
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| TW111140540A TWI844146B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 天線結構 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111140540A TWI844146B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 天線結構 |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW111140540A TWI844146B (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 天線結構 |
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- 2023-10-04 US US18/480,648 patent/US20240145918A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TWI844146B (zh) | 2024-06-01 |
| US20240145918A1 (en) | 2024-05-02 |
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