TWI545840B - 具有頻率選擇結構的天線 - Google Patents

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Description

具有頻率選擇結構的天線
本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種具有頻率選擇結構的天線。
為了因應使用者對於無線區域網路(WLAN)之傳輸速率的需求，新規範的802.11a/c通訊標準將最快的傳輸速率增加到以往的3倍，以致使傳輸速率最快可達到1Gbps。此外，802.11a/c通訊標準使用了5GHz的高頻頻段。因此，對於電子裝置而言，其必須相對應地設置可操作在高頻頻段的天線，以支援符合802.11a/c通訊標準下的無線區域網路。
然而，當天線操作在高頻頻段時，天線所輻射出之電磁波的波長較短，並且容易受到接地面的影響。此時，天線將很容易出現接收死角的問題，進而降低其收訊品質。因此，如何改善天線的輻射場型，已是天線在設計上所面臨的一大課題。
本發明提供一種天線，利用設置在接地面的頻率選擇結構來改善輻射件的輻射場型，進而提高收訊品質。
本發明的天線，包括接地面、輻射件以及頻率選擇結構。接地面具有一反射區，且反射區的第一側邊與接地面的一邊緣貼齊。輻射件鄰近反射區的第一側邊，並至少操作在一共振頻率下。其中，反射區的寬度相關於輻射件之共振頻率的波長。頻率選擇結構沿著反射區中除第一側邊以外的側邊設置在接地面上，並用以反射來自輻射件的電磁波。
在本發明的一實施例中，上述反射區的寬度介在輻射件之共振頻率的1/16波長至1/4波長之間。
在本發明的一實施例中，上述的頻率選擇結構包括多個頻率選擇單元。所述多個頻率選擇單元沿著反射區中除第一側邊以外的側邊排列，以形成一週期性陣列。此外，每一頻率選擇單元包括一電容性共振與一電感性共振，以共振於輻射件的共振頻率。
在本發明的一實施例中，上述的天線適於設置在一電子裝置內，且天線的接地面適於配置在電子裝置的殼體上。
基於上述，本發明是沿著接地面之反射區的部份側邊設置頻率選擇結構，且反射區的寬度相關於天線輻射件之共振頻率的波長。藉此，天線將可透過頻率選擇結構來改善輻射件在該共振頻率的輻射場型，進而有效地提高其收訊品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧天線
110‧‧‧接地面
111‧‧‧接地面的一邊緣
120‧‧‧輻射件
121‧‧‧饋入部
122‧‧‧接地部
130‧‧‧頻率選擇結
140‧‧‧基板
A1‧‧‧反射區
SD1~SD4‧‧‧反射區的側邊
WD1‧‧‧反射區的寬度
210~240‧‧‧曲線
311~316‧‧‧頻率選擇單元
320‧‧‧第一槽孔
321‧‧‧第一槽線
322‧‧‧第二槽線
330‧‧‧第二槽孔
331‧‧‧第三槽線
332‧‧‧第四槽線
圖1為依據本發明一實施例之天線的結構示意圖。
圖2為依據本發明一實施例之天線的輻射場型圖。
圖3為圖1之頻率選擇結構的放大示意圖。
圖1為依據本發明一實施例之天線的結構示意圖。參照圖1，天線100包括接地面110、輻射件120以及頻率選擇結構130。其中，輻射件120鄰近接地面110。此外，圖1實施例是以倒F型天線(Inverted-F Antenna)的輻射本體來列舉輻射件120，因此在圖1實施例中，輻射件120包括饋入部121與接地部122。其中，接地部122電性連接至接地面110，且饋入部121用以接收一饋入訊號，以激發輻射件120產生兩共振模態。藉此，輻射件120將至少可操作在一共振頻率(例如：5.15GHz)下。
更進一步來看，接地面110具有一反射區A1。其中，反射區A1包括多個側邊SD1~SD4。此外，反射區A1的側邊SD1與接地面110的一邊緣111貼齊，且輻射件120鄰近反射區A1的側邊SD1。再者，頻率選擇結構130是沿著反射區A1的側邊 SD2~SD4配置在接地面110上。亦即，頻率選擇結構130是沿著反射區A1中除側邊SD1以外的側邊SD2~SD4配置在接地面110上。
換言之，頻率選擇結構130是環繞在輻射件120的下方，且頻率選擇結構130與輻射件120完全地包圍接地面110的反射區A1。此外，頻率選擇結構130與輻射件120之間的間隔距離主要是取決於反射區A1的寬度WD1。在配置上，反射區A1的寬度WD1是相關於輻射件120的共振頻率(例如：5.15GHz)的波長。例如，在一實施例中，反射區A1的寬度WD1是介在輻射件120之共振頻率的1/16波長至1/4波長之間。
此外，頻率選擇結構130會在輻射件120的共振頻率(例如：5.15GHz)下產生共振。藉此，頻率選擇結構130所產生的濾波效果，將導致輻射件120在該共振頻率(例如：5.15GHz)所輻射出的電磁波無法通過頻率選擇結構130。換言之，頻率選擇結構130可反射來自輻射件120的電磁波，進而改變接地面110的電流分布，並據以改善輻射件120在該共振頻率(例如：5.15GHz)下的輻射場型。
舉例來說，在圖1實施例中，具有倒F型天線結構的輻射件120可透過兩共振模態而操作在2.4GHz與5.15GHz的共振頻率下，且天線100可透過頻率選擇結構130來改善輻射件120在5.15GHz下的輻射場型。例如，圖2為依據本發明一實施例之天線的輻射場型圖，其中圖2為天線100共振於5.15GHz下的輻射 場型，且圖2的左半部與右半部分別為天線100未設置以及有設置頻率選擇結構130的輻射場型。如圖2所示，曲線210與230為天線100於Z-Y平面的場型，曲線220與240為天線100於X-Y平面的場型。就曲線210~240來看，可明顯地看出，天線100的輻射場型會因應頻率選擇結構130的設置而有大幅度的改善。
除此之外，雖然圖1實施例列舉了輻射件120的實施型態，但其並非用以限定本發明。舉例來說，輻射件120的實施型態也可例如是單極天線(monopole antenna)、偶極天線(dipole antenna)、迴路天線(loop antenna)...等各類型天線的輻射本體。換言之，天線100可利用頻率選擇結構130對各種型態之輻射件120的輻射場型進行改善。
圖3為圖1之頻率選擇結構的放大示意圖，以下將參照圖1與圖3進一步地說明頻率選擇結構130。如圖3所示，頻率選擇結構130包括多個頻率選擇單元，例如：頻率選擇單元311~316。此外，如圖1所示，頻率選擇結構130中的頻率選擇單元沿著反射區A1中除側邊SD1以外的側邊SD2~SD4排列，以形成位在輻射件120下方的一週期性陣列。
此外，每一頻率選擇單元共振於輻射件120的共振頻率(例如：5.15GHz)。藉此，頻率選擇結構130將可產生在該共振頻率(例如：5.15GHz)下的帶拒濾波效果，並致使輻射件120在該共振頻率(例如：5.15GHz)下所輻射出的電磁波無法通過頻率選擇結構130。換言之，輻射件120將可反射輻射件120在該共振頻率(例 如：5.15GHz)下所輻射出的電磁波，進而改善輻射件120在該共振頻率(例如：5.15GHz)下的輻射場型。
值得注意的是，每一頻率選擇單元包括一電容性共振與一電感性共振，以共振於輻射件120的共振頻率(例如：5.15GHz)。舉例來說，以圖3之頻率選擇單元311為例來看，頻率選擇單元311包括第一槽孔320與第二槽孔330，其中第一槽孔320與第二槽孔330皆為一封閉槽孔。此外，第一槽孔320與第二槽孔330貫穿接地面110，並以旋轉對稱的方式排列。
更進一步來看，第一槽孔320包括第一槽線321與第二槽線322。其中，第一槽線321與第二槽線322分別包括一封閉端與一開放端，且第一槽線321的開放端與第二槽線322的開放端相互連通，以形成第一槽孔320。相似地，第二槽孔330包括第三槽線331與第四槽線332。第三槽線331與第四槽線332分別包括一封閉端與一開放端，且第三槽線331的開放端與第四槽線332的開放端相互連通，以形成第二槽孔330。
再者，第一槽線321與第三槽線331交錯配置以形成電容性共振，且第二槽線322與第四槽線332分別用以形成電感性共振。此外，第一槽孔320的長度，亦即從第一槽線321之封閉端至第二槽線322之封閉端的距離，為輻射件120之共振頻率(例如：5.15GHz)的1/3波長。相似地，第二槽孔330的長度亦為輻射件120之共振頻率(例如：5.15GHz)的1/3波長。此外，第一槽線321與第三槽線331的形狀可例如是螺旋狀或是迴紋針狀，且第二 槽線322與第四槽線332可例如是蜿蜒狀。
請繼續參照圖1，天線100更包括一基板140。其中，接地面110、輻射件120以及頻率選擇結構130皆設置在基板140的一表面上。換言之，天線100相當於一平面天線，並適於設置在一電子裝置內。此外，天線100的接地面110適於配置在所述電子裝置的殼體上。舉例來說，所述電子裝置可例如是一桌上型電腦、一筆記型電腦、一平板電腦或是一智慧型手機。此外，針對桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦而言，天線100的接地面110可設置在位於顯示面板之後的背蓋上。相對地，對於智慧型手機而言，天線100的接地面110可設置在手機的殼體、背蓋或電池背蓋上。
更進一步來看，圖1所列舉之接地面110的反射區A1為一長方形。因此，如圖1所示，反射區A1的側邊SD2平行於側邊SD1，且側邊SD2與側邊SD1之間的間距即為反射區A1的寬度WD1。雖然圖1實施例列舉了反射區A1的實施型態，但其並非用以限定本發明。舉例來說，反射區A1也可例如是梯形、平行四邊形、六邊形...等幾何圖形。換言之，反射區A1至少包括相互平行的兩側邊，且所述兩側邊之其一與接地面110的邊緣111貼齊，且所述兩側邊用以界定反射區A1的寬度。
綜上所述，本發明是沿著接地面之反射區的部份側邊，將頻率選擇結構設置在接地面上。此外，接地面之反射區的寬度相關於天線之輻射件的共振頻率。藉此，天線將可透過頻率選擇 結構來改善輻射件在該共振頻率的輻射場型，進而有效地提高其收訊品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧天線
110‧‧‧接地面
111‧‧‧接地面的一邊緣
120‧‧‧輻射件
121‧‧‧饋入部
122‧‧‧接地部
130‧‧‧頻率選擇結
140‧‧‧基板
A1‧‧‧反射區
SD1~SD4‧‧‧反射區的側邊
WD1‧‧‧反射區的寬度

Claims (11)

  1. 一種天線，包括：一接地面，具有一反射區，其中該反射區的一第一側邊與該接地面的一邊緣貼齊；一輻射件，鄰近該第一側邊，並至少操作在一共振頻率，其中該接地面之該反射區的寬度相關於該共振頻率的波長；以及一頻率選擇結構，沿著該反射區中除該第一側邊以外的側邊設置在該接地面上，並用以反射來自該輻射件的電磁波。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該反射區的一第二側邊平行於該第一側邊，且該第二側邊與該第一側邊之間的間距即為該反射區的寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該反射區的寬度介在該共振頻率的1/16波長至1/4波長之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該輻射件與該頻率選擇結構包圍該反射區。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該頻率選擇結構包括：多個頻率選擇單元，沿著該反射區中除該第一側邊以外的側邊排列，以形成一週期性陣列，且每一該些頻率選擇單元包括一電容性共振與一電感性共振，以共振於該輻射件的該共振頻率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的天線，其中每一該些頻率選擇單元包括： 一第一槽孔，貫穿該接地面，並包括相互連通的一第一槽線與一第二槽線；以及一第二槽孔，貫穿該接地面，並包括相互連通的一第三槽線與一第四槽線，其中，該第一槽線與該第三槽線交錯配置以形成該電容性共振，且該第二槽線與該第四槽線分別用以形成該電感性共振。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的天線，其中該第一槽孔與該第二槽孔的長度為該共振頻率的1/3波長。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的天線，其中該第一槽線與該第三槽線的形狀為螺旋狀。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的天線，其中該第二槽線與該第四槽線的形狀為蜿蜒狀。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該天線適於設置在一電子裝置，且該接地面適於配置在該電子裝置的殼體上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中該頻率選擇結構共振於該共振頻率，並反射該輻射件在該共振頻率下所輻射出的電磁波。
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