TWI558001B

TWI558001B - 天線結構

Info

Publication number: TWI558001B
Application number: TW104117909A
Authority: TW
Inventors: 楊崇文
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-11-11
Also published as: EP3101730A1; US20160359231A1; TW201644101A; US9761943B2

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種小尺寸之天線結構。

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、850MHz、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。

天線為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置之內部空間十分侷限，往往沒有足夠面積來配置所需之天線元件。因此，如何設計一種小尺寸、寬頻帶之全新天線，已成為現今設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包括：一接地元件；一第一輻射支路，具有一第一端和一第二端，其中該第一輻射支路之該第一端係耦接至一信號源；一第一接地支路，具有一第一端和一第二端，其中該第一接地支路之該第一端係耦接至該接地元件，而該第一接地支路之該第二端係耦接至該第一輻射支路之該第二端；一第二輻射支路，具有一第一端和一第二端，其中該第二輻射支路之該第一端係耦接至該第一輻射支路之該第二端；以及一第二接地支路，具有一第一端和一第二端，其中該第二接地支路之該第一端係耦接至該接地元件，而該第二接地支路之該第二端係耦接至該第二輻射支路之該第二端。

在一些實施例中，該天線結構包括一第一環圈結構和一第二環圈結構。

在一些實施例中，該第一環圈結構係由該第一輻射支路、該第二輻射支路、該第二接地支路，以及該接地元件所共同組成。

在一些實施例中，該第二環圈結構係由該第一輻射支路、該第一接地支路，以及該接地元件所共同組成。

在一些實施例中，該第一環圈結構之總長度係大於該第二環圈結構之總長度。

在一些實施例中，該第一環圈結構係激發產生一第一頻帶，該第二環圈結構係激發產生一第二頻帶，該第一頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射支路為一U字形，而該第一接地支路、該第二輻射支路，以及該第二接地支路分別為一直條形。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一延伸支路，耦接至該第二輻射支路之該第二端和該第二接地支路之該第二端。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一寄生支路，耦接至該接地元件，並鄰近於該第一輻射支路。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一饋入調整支路，耦接至該第一輻射支路之一起始部份，並係由該第一輻射支路所包圍。

100、200、300、400、500‧‧‧天線結構

101‧‧‧第一環圈結構

102‧‧‧第二環圈結構

110‧‧‧接地元件

120‧‧‧第一輻射支路

121‧‧‧第一輻射支路之第一端

122‧‧‧第一輻射支路之第二端

123‧‧‧第一輻射支路之起始部份

130‧‧‧第一接地支路

131‧‧‧第一接地支路之第一端

132‧‧‧第一接地支路之第二端

140‧‧‧第二輻射支路

141‧‧‧第二輻射支路之第一端

142‧‧‧第二輻射支路之第二端

150、250‧‧‧第二接地支路

151、251‧‧‧第二接地支路之第一端

152、252‧‧‧第二接地支路之第二端

190‧‧‧信號源

360‧‧‧延伸支路

361‧‧‧延伸支路之第一端

362‧‧‧延伸支路之第二端

470‧‧‧寄生支路

471‧‧‧寄生支路之第一端

472‧‧‧寄生支路之第二端

580‧‧‧饋入調整支路

581‧‧‧饋入調整支路之第一端

582‧‧‧饋入調整支路之第二端

700、800‧‧‧電子裝置

710‧‧‧金屬背蓋

720‧‧‧顯示器

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；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示意圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第6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之示意圖；第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖；以及第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖。

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。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之示意圖。天線結構100可應用於一行動裝置，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)。如第1圖所示，天線結構100包括：一接地元件110、一第一輻射支路120、一第一接地支路130、一第二輻射支路140，以及一第二接地支路150。接地元件110可以是行動裝置之一接地金屬平面。第一輻射支路120、第一接地支路130、第二輻射支路140，以及第二接地支路150可以用導體材料製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。天線結構100可以設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上(未顯示)，例如：一系統電路板，或是一FR4(Flame Retardant 4)基板。

第一輻射支路120可以大致為一U字形。第一輻射支路120具有一第一端121和一第二端122。第一輻射支路120之第一端121係耦接至一信號源190。信號源190可以是行動裝置之一射頻(Radio Frequency)模組，其係用於激發天線結構100。第一接地支路130可以大致為一直條形，並可大致與接地元件 110之邊緣互相垂直。第一接地支路130具有一第一端131和一第二端132。第一接地支路130之第一端131係耦接至接地元件110。第一接地支路130之第二端132係耦接至第一輻射支路120之第二端122。第二輻射支路140可以大致為一直條形，並可大致與接地元件110之邊緣互相平行。第二輻射支路140具有一第一端141和一第二端142。第二輻射支路140之第一端141係耦接至第一輻射支路120之第二端122和第一接地支路130之第二端132。第二接地支路150可以大致為一直條形，並可大致與接地元件110之邊緣互相垂直。第二接地支路150具有一第一端151和一第二端152。第二接地支路150之第一端151係耦接至接地元件110。第二接地支路150之第二端152係耦接至第二輻射支路140之第二端142。

在天線原理方面，天線結構100包括一第一環圈結構101和一第二環圈結構102，其中第一環圈結構101係由第一輻射支路120、第二輻射支路140、第二接地支路150，以及接地元件110之一部份所共同組成，而第二環圈結構102係由第一輻射支路120、第一接地支路130，以及接地元件110之另一部份所共同組成。第一環圈結構101之總長度係大於第二環圈結構102之總長度。當天線結構100被激發時，第一環圈結構101係激發產生一第一頻帶，第二環圈結構102係激發產生一第二頻帶，其中前述第一頻帶約介於2400MHz至2500MHz之間，而前述第二頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。

總括而言，本發明之天線結構100可視為一環圈天線(Loop Antenna)之變化形。和傳統環圈天線不同的是，本發明之天線結構100具有二個互相結合之環圈結構，其分別耦接至接地元件110上二個不同之接地點，一個環圈結構激發產生低頻共振模態，而另一個環圈結構則激發產生高頻共振模態。由於此二環圈結構係共用部份之共振路徑(如第一輻射支路120之共振路徑)，天線結構100之總面積將可進一步縮小。根據實際量測結果，本發明之天線結構100之長度僅約為55mm，寬度僅約為11mm，而其於2.4/5GHz頻帶內之天線效率可達-4dBi。因此，本發明可兼得縮小天線尺寸、維持天線效率，以及增加天線頻寬等多重優勢，非常適合應用於各種小型化之行動通訊裝置當中。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之示意圖。第2圖和第1圖相似。在第2圖之實施例中，天線結構200之一第二接地支路250具有一蜿蜒結構(Meandering Structure)，此蜿蜒結構可大致為一N字形或一W字形。設計蜿蜒形之第二接地支路250可以進一步微縮天線結構200之總面積，以適用於小型化之裝置。第2圖之天線結構200之其餘特徵皆與第1圖之天線結構100近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構300之示意圖。第3圖和第2圖相似。在第3圖之實施例中，天線結構300更包括一延伸支路360。延伸支路360大致為一L字形。延伸支路360具有一第一端361和一第二端362。延伸支路360之第一端361係耦接至第二輻射支路140之第二端142和第二接地支路250之一第二端252，而延伸支路360之第二端362為一開路端(Open End)。延伸支路360係用增加天線結構300於第一頻帶(低頻頻帶)之頻寬。第3圖之天線結構300之其餘特徵皆與第2圖之天線結構200近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構400之示意圖。第4圖和第3圖相似。在第4圖之實施例中，天線結構400更包括一寄生支路470。寄生支路470大致為一直條形，並大致與接地元件110之邊緣互相垂直。寄生支路470具有一第一端471和一第二端472。寄生支路470之第一端471係耦接至接地元件110，而寄生支路470之第二端472為一開路端(Open End)。寄生支路470係鄰近於第一輻射支路120之一彎折部份，但與第一寄生支路120係互相分離。寄生支路470係用於增加天線結構400於第二頻帶(高頻頻帶)之頻寬。第4圖之天線結構400之其餘特徵皆與第3圖之天線結構300近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構500之示意圖。第5圖和第4圖相似。在第5圖之實施例中，天線結構500更包括一饋入調整支路580。饋入調整支路580大致為一矩形，並大致由第一輻射支路120所包圍。饋入調整支路580具有一第一端581和一第二端582。饋入調整支路580之第一端581係耦接至第一輻射支路120之一起始部份123。饋入調整支路580之第二端582為一開路端。寄生支路580係用於調整天線結構500之饋入阻抗匹配。第5圖之天線結構500之其餘特徵皆與第4圖之天線結構400近似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構500之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)之示意圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。若以電壓駐波比之值為4作為基準，可發現天線結構500至少能涵蓋2.4GHz之低頻頻帶(約介於2400MHz至2500MHz之間)，以及5GHz之高頻頻帶(約介於5150MHz至5850MHz之間)。因此，本發明之天線結構至少可支援Wi-Fi和Bluetooth之雙頻操作，且具有足夠之天線頻寬及天線效率，能符合一般行動通訊之標準規範。

本發明之天線結構可用在具有金屬背蓋之電子裝置中，但不僅限於此。第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置700之示意圖。電子裝置700亦可為一行動通訊裝置，例如：一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。在第7圖之實施例中，電子裝置700包括一金屬背蓋710和一顯示器720。天線結構100(或是200、300、400、500)可以設置於金屬背蓋710之正上方。天線結構100之接地元件110可以耦接至金屬背蓋710，或是耦接至一系統電路板之一接地面(未顯示)。系統電路板之接地面亦可更耦接至金屬背蓋710。天線結構100和金屬背蓋710之間之最短距離可約為4.5mm。當此最短距離增加時，天線結構100之輻射性能將更加改善。天線結構100之垂直投影係位於金屬背蓋710之內部，但此垂直投影完全不與顯示器720有任何重疊。第8圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置800之示意圖。第8圖和第7圖相似，兩者之差異僅在於，第8圖之天線結構100與金屬背蓋710兩者之相對關係略有調整，亦即，天線結構100係由金屬背蓋710之上側方移至左側方。在其他實施例中，天線結構100亦可移至金屬背蓋710之下側方或右側方。在另一些實施例中，天線結構100亦可應用於具有塑膠背蓋之電子裝置中。

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1-8圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-8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