TWI481116B - 天線結構 - Google Patents

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TWI481116B TW100130435A TW100130435A TWI481116B TW I481116 B TWI481116 B TW I481116B TW 100130435 A TW100130435 A TW 100130435A TW 100130435 A TW100130435 A TW 100130435A TW I481116 B TWI481116 B TW I481116B
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Description

天線結構
本揭露係關於一種天線結構，特別係關於一種利用多導體單元及負載金屬片設定輻射模態之天線結構。
近年來對於替代能源的需求大幅增加，在各國政府的鼓勵投資之下，太陽能光電轉換裝置產業大幅成長，並隨著太陽能光電轉換效率的提升，其應用從較大面積佈建產生綠色替代能源外，目前太陽能光電轉換裝置亦大量應用於手持端行動通訊裝置充電模組，提供臨時電源或延長電池使用時間。為提供手持端行動通訊裝置足夠的補充電力，充電模組必須具有一定面積之太陽能光電轉換裝置，因此若能充分利用其電極作為天線輻射金屬片之一部分，提供射頻電流路徑，以解決手持端行動通訊裝置低頻段天線模態激發及輻射效率問題。整合後充電模組可作為行動通訊裝置主輻射天線或分集天線，兩類型應用原則上皆可提高充電模組附加價值。然而，在特定太陽能光電轉換裝置輸出功率下(即固定光能轉換面積下)，要能有效激發天線模態，則需要有特殊的技術手段才能同時達到兩目的。
本揭露提供一種天線結構，包含一基板，具有一第一表面及一第二表面；一導體單元陣列，設置於該第一表面且包含至少二個彼此耦合之導體單元，該導體單元包含一介質材料及二個導體設置於該介質材料之二表面；以及至少一負載金屬片，設置於該第一表面或該第二表面或該第一表面及該第二表面。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
圖1例示本揭露一實施例之天線結構10A。該天線結構10A包含一基板11，具有一第一表面11A及一第二表面11B；一導體單元陣列13，設置於該第一表面11A且包含至少二個彼此耦合之導體單元15；以及至少一負載金屬片21，設置於該第二表面11B，並與該導體單元15之導體呈直流開路；一接地端23，其可以一面向該負載金屬片21且與該負載金屬片21直流開路之接地金屬片予以實現(參考圖10)；其中一激發源25係連接於該負載金屬片21與該接地金屬片23之間。在本揭露之一實施例中，該負載金屬片21部分面積與該導體單元15之間隙之垂直投影重疊。
在本揭露之一實施例中，各該導體單元15包含一介質材料18、一下導體17、一上導體19，其中該下導體17及該上導體19係分別設置於該介質材料18之上下二表面，且該導體單元陣列13係藉由一導電件27連接二相鄰導體單元15(連接二相鄰之下導體17與上導體19)或藉由一導電件29連接二相鄰導體單元15(連接二相鄰之下導體17或連接二相鄰之上導體)。該導體單元15之間的電磁能量耦合可使該導體單元陣列13激發可輻射之模態，且該負載金屬片21則藉由與該導體單元陣列13間之寄生效應而於特定頻段激發可輻射之模態。在本揭露之一實施例中，該導體單元15之尺寸小於該天線結構10A之一第一操作模態的四分之一波長，且相鄰之導體單元15的間距小於10mm。
在本揭露之一實施例中，該導體單元15係太陽能光電轉換單元，其中該介質材料係作為該太陽能光電轉換單元之一太陽能光電轉換材料(例如單晶或多晶矽)，該導體單元15之下導體17及上導體19係分別作為該太陽能光電轉換單元二傳導電極，藉由導電件27與導電件29決定兩太陽能光電轉換單元為並聯或串聯。該太陽能光電轉換材料將光能轉換成電能，再藉由該傳導電極將電能收集並傳導另一個太陽能光電轉換裝置單元或是傳導至電力系統。
圖2例示本揭露另一實施例之天線結構10B。相較於圖1所示之天線結構10A將該激發源25連接於該負載金屬片21與該接地金屬片23之間，圖2之天線結構10B係將該激發源25連接於該導體單元15之下導體17與該接地金屬片23之間。
圖3例示本揭露另一實施例之天線結構10C。相較於圖1所示之天線結構10A將該負載金屬片21設置於該第二表面11B，圖3之天線結構10C係將該負載金屬片21設置於該基板11與該導體單元陣列13之間(亦即設置於該第一表面11A)，使得該負載金屬片21與導體單元15之下導體17直接接觸，形成直流短路狀態。
圖4例示本揭露另一實施例之天線結構10D。相較於圖1所示之天線結構10A將所有負載金屬片21設置於該第二表面11B，圖4之天線結構10D係分別於該第一表面11A及該第二表面11B設置一第一負載金屬片21A、一第二負載金屬片21B，亦即將該第一負載金屬片21A設置於該第二表面11B以及該第二負載金屬片21B設置於該第一表面11A。
圖5例示本揭露另一實施例之天線結構10E。相較於圖1所示之天線結構10A將該激發源25直接連接於該負載金屬片21，圖5之天線結構10E係將該激發源25連接於一耦合金屬片31，該耦合金屬片31再將能量耦合至於該負載金屬片21，亦即該激發源25之能量係經由該金屬片31耦合至該負載金屬片21。
圖6例示本揭露另一實施例之天線結構10F。相較於圖5所示之天線結構10E將所有負載金屬片21設置於該第二表面11B；圖4之天線結構10D係分別於該第一表面11A及該第二表面11B設置一第一負載金屬片21A、一第二負載金屬片21B，亦即將該第一負載金屬片21A設置於該第二表面11B以及該第二負載金屬片21B設置於該第一表面11A。
圖7例示本揭露一實施例之導體單元15A的結構。該導體單元15A之下導體17A覆蓋該介質材料18之下表面，該導體單元15A之上導體19A則呈魚骨狀。圖8例示本揭露另一實施例之導體單元15B的結構。該導體單元15B之下導體17B覆蓋該介質材料18之下表面，該導體單元15B之上導體19B則呈長條狀。圖9例示本揭露另一實施例之導體單元15C的結構。該導體單元15C之下導體17C覆蓋該介質材料18之下表面，該導體單元15C之上導體19C覆蓋該介質材料18之上表面。
圖10係一立體圖，例示本揭露一實施例之天線結構10G。在本揭露之一實施例中，該天線結構10G之接地金屬片23係設置於該基板11之第一表面(下表面)11A，該導體單元陣列13亦設置於該基板11之第一表面11A，該接地金屬片23與該導體單元陣列13不重疊。在本揭露之一實施例中，該天線結構10G之負載金屬片21係呈分支狀，且設置於該基板11之第二表面(上表面)11B，並與該導體單元陣列13重疊。
圖11係圖10之天線結構10G的局部放大圖，顯示該導體單元陣列13之導電件27；圖12係圖10之天線結構10G的局部放大圖，顯示該天線結構10G之短路點24及饋入點26。在本揭露之一實施例中，該負載金屬片21包含一第一負載金屬片21A及數片第二負載金屬片21B，該短路點24穿透該基板11而連接該第一負載金屬片21A及該接地金屬片23，該饋入點26穿透該基板11而連接該第二負載金屬片21B及該接地金屬片23。
圖13例示本揭露另一實施例之天線結構10H，圖14例示該天線結構10H之模擬天線增益對頻率響應圖；圖15例示本揭露另一實施例之天線結構10I，圖16例示該天線結構10I之模擬天線增益對頻率響應圖。圖13之天線結構10H之負載金屬片21的形狀略呈梯形；相對地，圖15之天線結構10I之負載金屬片21的形狀為分支狀。
圖17例示本揭露另一實施例之天線結構10J，圖18例示該天線結構10J之模擬天線增益對頻率響應圖。圖17之天線結構10J包含一第一負載金屬片21A及數片第二負載金屬片21B，其中該饋入點26係連接於該第一負載金屬片21A。
參考該天線結構10H之模擬天線增益圖(圖14)、天線結構10I之模擬天線增益圖(圖16)及天線結構10J之模擬天線增益圖(圖18)，可知於相同尺寸導體單元陣列13配置不同負載金屬片21形式，其相互間寄生效不同而改變電磁能量的耦合，增加負載金屬片21B可提供低頻射頻電流路徑，因此使天線結構10J較天線結構10H增加低頻可操作頻段。
圖19例示本揭露另一實施例之天線結構10K，圖20例示該天線結構10K之模擬折返損耗圖。該天線結構10K之接地金屬片23與該導體單元陣列13係設置於同一表面，彼此不重疊；該第一負載金屬片21A及該第二負載金屬片21B係設置於同一表面，與該導體單元陣列13分別設置於該基板之兩表面；該第一負載金屬片21A係呈分支狀，該短路點24穿透該基板11而連接該第一負載金屬片21A及該接地金屬片23；該饋入點26穿透該基板11而連接該第二負載金屬片21B及該接地金屬片23。
參考圖20之模擬折返損耗圖可知在頻率介於0.5至1.0GHz之間，該天線結構10K之折返損耗小於-7dB，表示該激發源25之能量於該頻段可饋入該天線結構10K。換言之，圖19所示之天線結構10K可操作GSM900及數位電視頻段訊號。此外，新一代無線通信系統LTE(Long Term Evolution)之操作頻率可能包含2.3至2.69GHz的頻段，參考圖20之模擬折返損耗圖可知在頻率介於2.3至2.69GHz之間，該天線結構10K之折返損耗小於-7dB，表示該激發源25之能量於該頻段可饋入該天線結構10K。換言之，圖19所示之天線結構10K亦可適用於未來LTE無線通信系統。
圖21例示本揭露另一實施例之天線結構10L，圖22例示該天線結構10L之模擬折返損耗圖。該天線結構10L之接地金屬片23與該導體單元陣列13設置於同一表面，但彼此不重疊；該天線結構10L包含一第一負載金屬片21A及一第二負載金屬片21B，該短路點24穿透該基板11而連接該第一負載金屬片21B及該接地金屬片23；該饋入點26穿透該基板11而連接該第二負載金屬片21A及該接地金屬片23。
參考圖22之模擬折返損耗圖可知在頻率介於0.5至1.0GHz之間，該天線結構10L之折返損耗小於-7dB，此頻率範圍包含GSM850/900通信系統與數位電視系統之頻段，表示該激發源25之大部分能量均可饋入該天線結構10L於該頻段。換言之，圖21所示之天線結構10L可應用操作於GSM900通信系統及或數位電視頻段系統。
此外，GSM1800通信系統之頻率係介於1.6至2.0GHz之間，參考圖22之模擬折返損耗圖可知在頻率介於1.6至2.0GHz之間，該天線結構10L之折返損耗小於-7dB，，此頻率範圍包含GSM1800通信系統頻段，表示該激發源25之能量可饋入該天線結構10L於該頻段。換言之，圖21所示之天線結構10L亦可操作於GSM1800頻段。
圖23例示本揭露另一實施例之天線結構10M，圖24例示該天線結構10M之模擬頻率響應變化，其中該天線結構10M之導體單元15的數量(n)分別為2、4、6、8、10。如圖24所示，該天線結構10M之折返損耗波形隨著其導體單元15之數量不同而改變；換言之，本揭露之天線結構10M可藉由改變其導體單元15之數量而調整折返損耗，改變天線操作頻段。
圖25例示本揭露另一實施例之天線結構10N，圖26例示該天線結構10N之模擬折返損耗圖。該天線結構10N包含一第一負載金屬片21A及一第二負載金屬片21B，該第一負載金屬片21A耦接於該饋入點26。該第二負載金屬片21B在X方向的寬度固定為16mm，在Y方向的寬度分別為15mm、25mm、35mm、45mm、55mm。如圖26所示，該天線結構10N之頻率響應隨著其第二負載金屬片21B在Y方向的寬度不同而改變；換言之，本揭露之天線結構10N可藉由改變其第二負載金屬片21B在Y方向的寬度而調整折返損耗，改變天線操作頻段。
圖27例示本揭露另一實施例之天線結構10P，圖28例示該天線結構10P之模擬折返損耗圖。該天線結構10P包含一第一負載金屬片21A及數片第二負載金屬片21B，該第一負載金屬片21A耦接於該饋入點26。該第二負載金屬片21B在Y方向的寬度固定，在X方向的寬度分別為1mm、5mm、9mm、13mm。如圖28所示，該天線結構10P之折返損耗隨著其第二負載金屬片21B在X方向的寬度不同而改變；換言之，本揭露之天線結構10P可藉由改變其第二負載金屬片21B在X方向的寬度而調整折返損耗，改變天線操作頻段。
圖29例示本揭露另一實施例之天線結構10R，圖30例示該天線結構10R之模擬折返損耗圖。該天線結構10R包含一第一負載金屬片21A及一第二負載金屬片21B，該第一負載金屬片21A耦接於該饋入點26。該第二負載金屬片21B在Y方向的寬度固定，在X方向的寬度分別為10mm、30mm、40mm、50mm。如圖30所示，該天線結構10R之折返損耗隨著其第二負載金屬片21B在X方向的寬度不同而改變；換言之，本揭露之天線結構10R可藉由改變其第二負載金屬片21B在X方向的寬度而調整折返損耗，改變天線操作頻段。
圖31例示本揭露另一實施例之天線結構10S，圖32例示該天線結構10S之模擬折返損耗圖。該天線結構10S包含一第一負載金屬片21A及一第二負載金屬片21B。在圖25之天線結構10N中，該饋入點26係連接耦合於該第一負載金屬片21A及該接地金屬片23，其中該導體單元15之導體並未接觸該第一負載金屬片21A，形成直流開路狀態。；相對地，在圖31之天線結構10S中，該饋入點26係連接耦合該第二負載金屬片21A及該接地金屬片23，其中該導體單元15之導體係與該第二負載金屬片21A直接接觸，形成直流短路狀態。比較圖26(圖25之天線結構10N的折返損耗圖)及圖32(圖31之天線結構10S的折返損耗圖)可知，本揭露之天線結構10S可藉由改變該負載金屬片21與導體單元15之導體以耦合或直接相連接方式饋入電磁能量，影響天線操作頻段。
此外，該天線結構10S之負載金屬片21在X方向的寬度固定為16mm，在Y方向的寬度分別為15mm、25mm、35mm、45mm、55mm。如圖32所示，該天線結構10S之折返損耗隨著其負載金屬片21在Y方向的寬度不同而改變；換言之，本揭露之天線結構10S可藉由改變其負載金屬片21在Y方向的寬度而調整頻率響應，改變天線操作頻段。
簡言之，本揭露之技術為具多個導體單元結構天線之創作，其在一預定面積內排列多個導體單元，藉由導體單元之間以電耦合或磁耦合方式進行電性連結成為導體單元陣列，可於特定頻段激發出可輻射之模態。此外，本揭露藉由導體單元陣列與負載金屬片間之寄生效應及導體單元間之電磁能量耦合，可於特定頻率激發可輻射之模態，使得天線結構可以接收或發射所需要的射頻電磁波。再者，導體單元之結構與太陽能光電轉換單元之結構相似，因此本揭露將太陽能光電轉換單元經由適當配置而形成為一多導體單元之天線結構，可於特定頻段激發出可輻射之模態且原則上不會過度影響太陽能光電轉換單元之效率。
本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。
此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。
10A．．．天線結構
10B．．．天線結構
10C．．．天線結構
10D．．．天線結構
10E．．．天線結構
10F．．．天線結構
10G．．．天線結構
10H．．．天線結構
10I．．．天線結構
10J．．．天線結構
10K．．．天線結構
10L．．．天線結構
10M．．．天線結構
10N．．．天線結構
10P．．．天線結構
10R．．．天線結構
10S．．．天線結構
11．．．基板
11A．．．第一表面
11B．．．第二表面
13．．．導體單元陣列
15．．．導體單元
17．．．下導體
18．．．介質材料
19．．．上導體
21．．．負載金屬片
21A．．．負載金屬片
21B．．．負載金屬片
23．．．接地金屬片
24．．．接地點
25．．．激發源
26．．．饋入點
27．．．導電件
29．．．耦合金屬片
藉由參照前述說明及下列圖式，本揭露之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。
圖1例示本揭露一實施例之天線結構；
圖2例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖3例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖3例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖4例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖5例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖6例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖7例示本揭露一實施例之導體單元的結構；
圖8例示本揭露另一實施例之導體單元的結構；
圖9例示本揭露另一實施例之導體單元的結構；
圖10係一立體圖，例示本揭露一實施例之天線結構；
圖11係圖10之天線結構的局部放大圖；
圖12係圖10之天線結構10G的局部放大圖；
圖13例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖14例示圖13之天線結構之模擬天線增益圖；
圖15例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖16例示圖15之天線結構之模擬天線增益圖；
圖17例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖18例示圖17之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖19例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖20例示圖19之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖21例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖22例示圖21之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖23例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖24例示圖23之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖25例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖26例示圖25之天線結構之模擬頻率響應圖；
圖27例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖28例示圖27之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖29例示本揭露另一實施例之天線結構；
圖30例示圖29之天線結構之模擬折返損耗圖；
圖31例示本揭露另一實施例之天線結構；以及
圖32例示圖31之天線結構之模擬折返損耗圖；
10．．．天線結構
11．．．基板
11A．．．第一表面
11B．．．第二表面
13．．．導體單元陣列
15．．．導體單元
17．．．下導體
18．．．介質材料
19．．．上導體
21．．．負載金屬片
23．．．接地金屬片
25．．．激發源
27．．．導電件
29．．．導電件

Claims (8)

  1. 一種天線結構，包含：一基板，具有一第一表面及一第二表面；一導體單元陣列，設置於該第一表面且包含至少二個彼此耦合之導體單元，該導體單元包含一介質材料及二個導體，該二個導體分別設置於該介質材料之二表面；以及至少一負載金屬片，設置於該第一表面或第二表面或該第一表面及該第二表面，藉由改變該導體單元之數量而調整折返損耗，進而改變該天線結構之操作頻段。
  2. 根據請求項1所述之天線結構，其中一激發源係連接於該導體單元與接地金屬片之間。
  3. 根據請求項1所述之天線結構，其中一激發源係連接於該負載金屬片與接地金屬片之間。
  4. 根據請求項1所述之天線結構，其另包含一耦合金屬片，耦合電磁能量至該負載金屬片，且一激發源係連接於該耦合金屬片與接地金屬片之間。
  5. 根據請求項1所述之天線結構，其中該負載金屬片部分面積可與該導體單元間隙之垂直投影重疊。
  6. 根據請求項1所述之天線結構，其中該導體單元係太陽能光電轉換單元。
  7. 根據請求項1所述之天線結構，其中該負載金屬片設置於該第一表面，並與該導體單元之導體呈直流短路。
  8. 根據請求項1所述之天線結構，其中該負載金屬片設置於該第二表面，並與該導體單元之導體呈直流開路。
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