TWI527307B - 天線結構 - Google Patents

Description

天線結構

本發明是有關於一種天線結構。

在無線通訊裝置中，用來收發無線訊號之天線是相當重要的元件。天線之輻射效率、方向性、頻寬和阻抗匹配等特性對無線通訊裝置之效能影響極大。目前天線可分為外置式天線和內置式天線兩類。由於外置式天線容易受到踫撞而產生彎曲或折斷，因此越來越多的無線通訊裝置使用內置式天線。由於內置式天線使得無線通訊設備外形簡潔，避免了由於天線外置而受外物踫撞產生彎曲、折斷之可能性，因而內置式天線成為無線通訊設備應用的趨勢。如此一來，如何設計一個效能良好的天線結構即成為一個相當重要的課題。

本發明係有關於一種天線結構。

根據本發明，提出一種天線結構。天線結構包括基板及天線。基板包括上表面及下表面，且上表面與下表面相對。 天線包括第一金屬圖案及第二金屬圖案，且第一金屬圖案與第二金屬圖案在電性上相互耦合。第一金屬圖案係設置於上表面。第一金屬圖案包括饋入部及傳輸線，且傳輸線連接饋入部。第二金屬圖案係設置於下表面，第二金屬圖案包括第一寄生接地臂、第二寄生接地臂、連接臂、接地面及接地帶。連接臂具有寄生狹縫，且連接臂連接第一寄生接地臂及第二寄生接地臂。接地帶係連接連接臂及接地面。

根據本發明提出的一種天線結構，其中連接臂與接地面之間、以及第一寄生接地臂或第二寄生接地臂其中之一與接地面之間形成一非金屬區，接地帶係穿過非金屬區連接連接臂及接地面。

根據本發明提出的一種天線結構，其中第一寄生接地臂包含第一彎折與第一延伸臂，第二寄生接地臂包含第二彎折與第二延伸臂，第一延伸臂與第二延伸臂系相對設置但不相連以形成一開口，使得第一寄生接地臂、第二寄生接地臂與連接臂形成一半封閉區，半封閉區為另一非金屬區，且饋入部的投影位於半封閉區的中央。

根據本發明提出的一種天線結構，其中第二金屬圖案更包括延伸臂，延伸臂係與第一寄生接地臂相連，並自第一寄生接地臂向第二寄生接地臂方向延伸而與饋入部的投影相鄰。

根據本發明，提出另一種天線結構。天線結構包括基板及天線。基板包括上表面及下表面，且上表面與下表面相 對。天線包括第一金屬圖案、第二金屬圖案、第三金屬圖案與第四金屬圖案，且第一金屬圖案與第二金屬圖案在電性上相互耦合，第三金屬圖案與第四金屬圖案在電性上相互耦合。第一金屬圖案與第三金屬圖案係設置於上表面，第一金屬圖案包括饋入部及傳輸線，且傳輸線連接饋入部，第三金屬圖案的結構與第一金屬圖案相同。第二金屬圖案與第四金屬圖案係設置於下表面，第二金屬圖案包括第一寄生接地臂、第二寄生接地臂、連接臂、接地面及接地帶。連接臂具有寄生狹縫，且連接臂連接第一寄生接地臂及第二寄生接地臂，第四金屬圖案的結構與第二金屬圖案相同。接地帶係連接連接臂及接地面。其中第一金屬圖案與第三金屬圖案相互鏡像設置於上表面，第二金屬圖案與第四金屬圖案相互鏡像設置於下表面。

根據本發明提出的另一種天線結構，其中第一金屬圖案與第三金屬圖案相互垂直設置於上表面，第二金屬圖案與第四金屬圖案相互垂直設置於下表面。

根據本發明提出的另一種天線結構，其中第二金屬圖案與第四金屬圖案相互鄰近的接地面設置有去耦狹縫，去耦狹縫係自非金屬區向接地面延伸。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

1、3、4、5、6、7、8‧‧‧天線

2‧‧‧基板

11a、11b、51b、61a、61b、71a、71b、81a、81b‧‧‧金屬圖案

2a‧‧‧上表面

2b‧‧‧下表面

3、8、10‧‧‧天線

114a、114b、125c、125b、121a、121b、112a、112b、112c、112d、142a、142b‧‧‧曲線

21、22、23、24‧‧‧基板側邊

111‧‧‧饋入部

112‧‧‧傳輸線

112a、1211、1221‧‧‧彎折

121、122‧‧‧寄生接地臂

123‧‧‧連接臂

124‧‧‧接地面

125a、125b‧‧‧接地帶

126、1212、1222‧‧‧延伸臂

131、132、133‧‧‧非金屬區

133a‧‧‧開口

134‧‧‧間隔區

141‧‧‧寄生狹縫

142‧‧‧去耦狹縫

S11‧‧‧反射損失

S21‧‧‧隔離度

第1圖繪示係為依照第一實施例之上表面之金屬圖案之示意圖。

第2圖繪示係為依照第一實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。

第3圖繪示係為依照第一實施例之天線結構之透視圖。

第4圖繪示係為基板之側視圖。

第5圖繪示係為有寄生狹縫及無寄生狹縫之反射損失之示意圖。

第6圖繪示係為有接地帶及無接地帶之反射損失之示意圖。

第7圖繪示係為有寄生接地臂及無寄生接地臂之反射損失之示意圖。

第8圖繪示係為不同長度之傳輸線之S參數之示意圖。

第9圖繪示係為依照第二實施例之一種天線結構之透視圖。

第10圖繪示係為依照第三實施例之一種天線結構之透視圖。

第11圖繪示係為依照第四實施例之一種天線結構之透視圖。

第12圖繪示係為依照第四實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。

第13圖繪示係為依照第五實施例之一種天線結構之透視圖。

第14圖繪示係為依照第五實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。

第15圖繪示係為依照第六實施例之上表面之金屬圖案之示意圖。

第16圖繪示係為依照第六實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。

第17圖繪示係為依照第六實施例之天線結構之透視圖。

第18圖繪示係為有去耦狹縫及無去耦狹縫之隔離度之示意圖。

第19圖繪示係為依照第七實施例之上表面之金屬圖案之示意圖。

第20圖繪示係為依照第七實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。

第21圖繪示係為依照第七實施例之天線結構之透視圖。

第一實施例

請同時參照第1圖、第2圖、第3圖及第4圖，第1圖繪示係為依照第一實施例之上表面之金屬圖案之示意圖，第2圖繪示係為依照第一實施例之下表面之金屬圖案之示意圖，第3圖繪示係為依照第一實施例之天線結構之透視圖，第4圖繪示係為基板之側視圖。天線結構例如是能操作於數個頻段之長程演進(Long Term Evolution,LTE)天線，且天線結構包括基板2及天線1。基板2包括基板側邊21、基板側邊22、基板側邊23、基板側邊24、上表面2a及下表面2b，上表面2a與下表面2b相對。基板側邊21與基板側邊23相對，且基板側邊22與基板側邊24相對。基板側邊22連接基板側邊21及基板側邊23，且基板側邊24連接基板側邊21及基板側邊23。天線1包括金屬圖案11a及金屬圖案11b。金屬圖案11a係設置於上表面2a，金屬圖案11b係設置於下表面2b。金屬圖案11a與金屬圖案11b在電性上相互耦合。

金屬圖案11a包括饋入部111及傳輸線112，且傳輸線112之一端連接饋入部111。金屬圖案11b包括寄生接地臂121、寄生接地臂122、連接臂123、接地面124、接地帶(Grounding Strip)125a及接地帶125b。傳輸線112橫跨連接臂123。連接臂123係具有寄生狹縫(parasitic slot)141，且連接臂123連接寄生接地臂121及寄生接地臂122。接地帶125a及接地帶125b係連接 連接臂123及接地面124，且接地帶125a與接地帶125b平行。

進一步來說，寄生接地臂121及寄生接地臂122係為L形，且寄生接地臂121及寄生接地臂122相對。寄生接地臂121係自連接臂123之一端向基板側邊21延伸後，再向基板側邊24延伸。寄生接地臂122係自連接臂123之另一端向基板側邊21延伸後，再向基板側邊22延伸。寄生接地臂121、寄生接地臂121及連接臂123之間形成一非金屬區133，饋入部111與非金屬區133相對設置。

連接臂123與接地面124之間以及寄生接地臂121與接地面124之間形成非金屬區132。連接臂123與接地面124之間以及寄生接地臂122與接地面124之間形成非金屬區131。接地帶125a係穿過非金屬區131或非金屬區132連接連接臂123及接地面124。

寄生接地臂121包含彎折1211與延伸臂1212，寄生接地臂122包含彎折1221與延伸臂1222。延伸臂1211與延伸臂1222係相對設置但不相連以形成開口133a，使得寄生接地臂121、寄生接地臂122與連接臂123形成一半封閉區，半封閉區為非金屬區133，且饋入部111的投影位於半封閉區的中央。

於第一實施例中，寄生狹縫141係以L形為例說明，寄生狹縫141係自非金屬區131向連接臂123延伸。寄生狹縫141係自非金屬區131向基板側邊21延伸後，再向基板側邊22延伸。

請參照第5圖，第5圖繪示係為有寄生狹縫及無寄生狹縫之反射損失之示意圖。曲線114a係為具有寄生狹縫之反射損失(return loss)S11，而曲線114b係為無寄生狹縫之反射損失S11。從第5圖繪示可明顯地看出寄生狹縫能額外地感應2.3Ghz~2.7GHz的共振頻段(LTE 2300/2500)。此外，從1.71GHz~1.88GHz的頻段(DSC-1800)中，可明顯地看出有寄生狹縫之反射損失S11比無寄生狹縫之反射損失S11要低。不僅如此，從790MHz~870MHz的頻段(LTE-800)中，可明顯地看出有寄生狹縫之反射損失S11比無寄生狹縫之反射損失S11要低。

請參照第6圖，第6圖繪示係為有接地帶及無接地帶之反射損失之示意圖。曲線125c係為有接地帶之反射損失S11，而曲線125d係為無接地帶之反射損失S11。從第6圖繪示可明顯地看出於2.3Ghz~2.7GHz的頻段中，可明顯地看出有接地帶之反射損失S11比無接地帶之反射損失S11要低。不僅如此，從790MHz~870MHz的頻段中，可明顯地看出有接地帶S1之反射損失S11比無接地帶之反射損失S11要低。

請參照第7圖，第7圖繪示係為有寄生接地臂及無寄生接地臂之反射損失之示意圖。曲線121a係為有寄生接地臂之反射損失S11，而曲線121b係為無寄生接地臂之反射損失S11。從第7圖繪示可明顯地看出於2.3Ghz~2.7GHz的頻段中，可明顯地看出有寄生接地臂之反射損失S11比無寄生接地臂之反射損失S11要低。不僅如此，從1.71GHz~1.88GMHz的頻段中，可 明顯地看出有寄生接地臂之反射損失S11比無寄生接地臂之反射損失S11要低。

請參照第8圖，第8圖繪示係為不同長度之傳輸線之S參數之示意圖。曲線112a係為傳輸線為5mm之S參數；曲線112b係為傳輸線為7mm之S參數；曲線112b係為傳輸線為9mm之S參數；曲線112d係為傳輸線為12mm之S參數。由第8圖可看出，前述天線結構能進一步地藉由調整傳輸線之長度能找到較佳的阻抗匹配。

第二實施例

請同時參照第3圖及第9圖，第9圖繪示係為依照第二實施例之一種天線結構之透視圖。第二實施例與與第一實施例不同之處主要在於天線3之寄生狹縫241之形狀與寄生狹縫141不同。寄生狹縫241自非金屬區131向基板側邊21延伸後，除了向基板側邊22延伸，更向基板側邊24延伸。寄生狹縫241向基板側邊24延伸後，再向基板側邊21延伸。

第三實施例

請參照第10圖，第10圖繪示係為依照第三實施例之一種天線結構之透視圖。第三實施例與與第一實施例不同之處主要在於天線4之傳輸線112包括彎折112a。天線4能透過彎折112a進行阻抗匹配並改善虛部阻抗，而省略匹配電路。為方便說明起見，第三實施例係以一個彎折 為例說明，但並不侷限於此。傳輸線112中彎折個數可視實際設計而予以彈性調整。

第四實施例

請同時參照第4圖、第11圖及第12圖，第11圖繪示係為依照第四實施例之一種天線結構之透視圖，第12圖繪示係為依照第四實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。第四實施例與與第一實施例不同之處主要在於天線5中位於下表面2b之金屬圖案51b的接地面142具有去耦狹縫(decoupling slot)142，且去耦狹縫142為L形。天線5中位於上表面2b之金屬圖案與第一實施例之金屬圖案11a相同。寄生接地臂121與接地面124之間形成非金屬區132，去耦狹縫142係自非金屬區132向接地面124延伸。進一步來說，去耦狹縫142係自非金屬區132向基板側邊22延伸後，再向基板側邊23延伸。

第五實施例

請同時參照第4圖、第13圖及第14圖，第13圖繪示係為依照第五實施例之一種天線結構之透視圖，第14圖繪示係為依照第五實施例之下表面之金屬圖案之示意圖。第五實施例與與第一實施例不同之處主要在於天線6中位於下表面2b之金屬圖案61b更包括延伸臂126，延伸臂126係自寄生接地臂121向第二寄生接地臂122方向延伸，且與饋入部111之投影相鄰。

第六實施例

請同時參照第4圖、第15圖、第16圖及第17圖，第15圖繪示係為依照第六實施例之上表面之金屬圖案之示意圖，第16圖繪示係為依照第六實施例之下表面之金屬圖案之示意圖，第17圖繪示係為依照第六實施例之天線結構之透視圖。第六實施例與第四實施例不同之處主要在於天線結構除了天線5之外，更包括天線7。天線7包括金屬圖案71a及金屬圖案71b。金屬圖案71a的結構與金屬圖案51a相同，且相互鏡像設置於上表面2a。金屬圖案71b的結構與金屬圖案51b相同，且相互鏡像設置於下表面2b。金屬圖案71a與金屬圖案71b在電性上相互耦合。金屬圖案51b與金屬圖案71b相互鄰近接地面124之間隔區134。接地面124具有去耦狹縫142，且去耦狹縫142係自非金屬區132向接地面124延伸。

請同時參照第18圖，第18圖繪示係為有去耦狹縫及無去耦狹縫之隔離度之示意圖。曲線142a係為有去耦狹縫之隔離度，而曲線142b係為無去耦狹縫之隔離度。從第12圖繪示可明顯地看出於2.3Ghz~2.9GHz的頻段中，可明顯地看出有去耦狹縫之隔離度比無去耦狹縫之隔離度要高。

第七實施例

請同時參照第4圖、第19圖、第20圖及第21圖，第19圖繪示係為依照第七實施例之上表面之金屬圖案之示意圖，第20圖繪示係為依照第七實施例之下表面之金屬圖案之示意圖，第21圖繪示係為依照第 七實施例之天線結構之透視圖。第七實施例與與第一實施例不同之處主要在於天線結構除了天線1之外，更包括天線8。天線8包括金屬圖案81a及金屬圖案81b。金屬圖案81a的結構與金屬圖案11a相同，且與金屬圖案11a相互垂直設置於上表面2a。金屬圖案81b的結構與金屬圖案11b相同，且與金屬圖案11b相互垂直設置於下表面2b。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。

1‧‧‧天線

21、22、23、24‧‧‧基板側邊

111‧‧‧饋入部

112‧‧‧傳輸線

123‧‧‧連接臂

124‧‧‧接地面

131、132、133‧‧‧非金屬區

133a‧‧‧開口

141‧‧‧寄生狹縫

1221、1221‧‧‧彎折

1212、1222‧‧‧延伸臂

Claims (19)

1. 一種天線結構，包括：一基板，包括一上表面及一下表面，該上表面與該下表面相對；以及一第一天線，包括：一第一金屬圖案，係設置於該上表面，該第一金屬圖案包括：一饋入部；及一傳輸線，連接該饋入部；及一第二金屬圖案，係設置於該下表面，且該第一金屬圖案與該第二金屬圖案在電性上相互耦合，該第二金屬圖案包括：一第一寄生接地臂；一第二寄生接地臂；一連接臂，係具有一寄生狹縫(parasitic slot)，且該連接臂連接該第一寄生接地臂及該第二寄生接地臂；一接地面；及一第一接地帶(Grounding Strip)，係連接該連接臂及該接地面；其中，該基板更包括一第一基板側邊、一第二基板側邊、一第三基板側邊及一第四基板側邊，該第一基板側邊係與該第三基板側邊相對，該第二基板側邊係與該第四基板側邊相對，該寄生狹縫係自該非金屬區向該第一基板側邊延伸後，再向該第二基板 側邊延伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一寄生接地臂及該第二寄生接地臂係為L形，且該第一寄生接地臂與該第二寄生接地臂相對。
3. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中該基板更包括一第一基板側邊、一第二基板側邊、一第三基板側邊及一第四基板側邊，該第一基板側邊係與該第三基板側邊相對，該第二基板側邊係與該第四基板側邊相對，該第一寄生接地臂係自該連接臂之一端向該第一基板側邊延伸後，再向該第四基板側邊延伸，該第二寄生接地臂係自該連接臂之另一端向該第一基板側邊延伸後，再向該第二基板側邊延伸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該連接臂與該接地面之間、以及該第一寄生接地臂或該第二寄生接地臂其中之一與該接地面之間形成一非金屬區，該第一接地帶係穿過該非金屬區連接該連接臂及該接地面，該寄生狹縫係自該非金屬區向該連接臂延伸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該寄生狹縫係為L形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該寄生狹縫係自該非金屬區向該第一基板側邊延伸後，更向該第四基板側邊延伸，該寄生狹縫向該第四基板側邊延伸後，再向該第一基板側邊延伸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二金屬圖案更包括：一第二接地帶(Grounding Strip)，係連接該連接臂及一接地面，且該第二接地帶與該第一接地帶平行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該傳輸線橫跨該連接臂。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線結構，其中該傳輸線包括至少一彎折。
10. 如申請專利範圍第4項所述之天線結構，其中該接地面具有一去耦狹縫(decoupling slot)，該去耦狹縫係為L形。
11. 如申請專利範圍第10項所述之天線結構，其中該去耦狹縫係自該非金屬區向該接地面延伸。
12. 如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該基板更包括一第一基板側邊、一第二基板側邊、一第三基板側邊及一第四基板側邊，該第一基板側邊係與該第三基板側邊相對，該第二基板側邊係與該第四基板側邊相對，該去耦狹縫係自該非金屬區向該第二基板側邊延伸後，再向該第三基板側邊延伸。
13. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二金屬圖案更包括一延伸臂，該延伸臂係自該第一寄生接地臂向該第二寄生接地臂方向延伸，且與該饋入部之投影相鄰。
14. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一寄生接地臂、該第二寄生臂及該連接臂之間形成一非金屬區，該饋 入部與該非金屬區相對設置。
15. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中更包括：一第二天線，包括：一第三金屬圖案，該第三金屬圖案的結構與該第一金屬圖案相同，且相互鏡像設置於該上表面；及一第四金屬圖案，該第四金屬圖案的結構與該第二金屬圖案相同，且相互鏡像設置於該下表面，該第三金屬圖案與該第四金屬圖案在電性上相互耦合。
16. 如申請專利範圍第15項所述之天線結構，其中該連接臂與該接地面之間、以及該第一寄生接地臂或該第二寄生接地臂其中之一與該接地面之間形成一非金屬區，該第一接地帶係穿過該非金屬區連接該連接臂及該接地面，該第二金屬圖案與第四金屬圖案相互鄰近該接地面之一間隔區，該接地面具有一去耦狹縫，該去耦狹縫係自該非金屬區向該接地面延伸。
17. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中更包括：一第二天線，包括：一第三金屬圖案，該第三金屬圖案的結構與該第一金屬圖案相同，且與該第一金屬圖案相互垂直設置於該上表面；及一第四金屬圖案，該第四金屬圖案的結構與該第二金屬圖案相同，且與該第二金屬圖案相互垂直設置於該下表面。
18. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該連接臂與該接地面之間、以及該第一寄生接地臂或該第二寄生接地臂其 中之一與該接地面之間形成一非金屬區，該第一接地帶係穿過該非金屬區連接該連接臂及該接地面。
19. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一寄生接地臂包含一第一彎折與一第一延伸臂，該第二寄生接地臂包含一第二彎折與一第二延伸臂，該第一延伸臂與該第二延伸臂係相對設置但不相連以形成一開口，使得該第一寄生接地臂、該第二寄生接地臂與該連接臂形成一半封閉區，該半封閉區為另一非金屬區，且該饋入部的投影位於該半封閉區的中央。