TWI568076B - 天線結構 - Google Patents

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種可涵蓋雙頻帶之天線結構。

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以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線為具有無線通訊功能之行動裝置中不可或缺之元件。由於行動裝置內部之設計空間往往極為有限，因此，如何在不影響通訊品質之情況下將其天線元件之尺寸縮小化，已成為現今天線設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包 括：一接地面，具有一槽孔；以及一接地延伸支路，設置於該槽孔內，並耦接至該接地面；其中該接地面和該槽孔係由一信號源激發產生一低頻頻帶，而該接地延伸支路係由該信號源激發產生一高頻頻帶。

在另一較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包括：一接地面，具有一槽孔；一介質基板；以及一饋入部，包括一饋入延伸支路；其中該接地面係設置於該介質基板之一第一表面上，該饋入部係設置於該介質基板之一第二表面上，該第一表面係相對於該第二表面，而該饋入部更跨越該接地面之該槽孔；以及其中該接地面和該槽孔係由一信號源激發產生一低頻頻帶，而該饋入延伸支路係由該信號源激發產生一高頻頻帶。

100、200、400、500、600、700‧‧‧天線結構

110‧‧‧接地面

120‧‧‧槽孔

130、430‧‧‧接地延伸支路

131、431‧‧‧接地延伸支路之第一端

132、432‧‧‧接地延伸支路之第二端

190‧‧‧信號源

240‧‧‧介質基板

250‧‧‧同軸電纜線

460、560、660、760‧‧‧饋入部

762‧‧‧饋入延伸支路

D1‧‧‧間距

E1‧‧‧介質基板之第一表面

E2‧‧‧介質基板之第二表面

FB1‧‧‧低頻頻帶

FB2‧‧‧高頻頻帶

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電壓駐波比圖；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示意圖；以及第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖。

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可以設計於一行動裝置中，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)。如第1圖所示，天線結構100至少包括一接地面110和一接地延伸支路130。接地面110和接地延伸支路130可用金屬製成，例如：銅、銀、鐵、鋁，或是其合金。在一些實施例中，天線結構100更可耦接至行動裝置之一無線通訊模組、一收發器，或(且)一信號處理模組(未顯示)。

接地面110具有一槽孔120。在第1圖之實施例中，接地面110之槽孔120大致為一矩形封閉槽孔。在其他實施例中，接地面110之槽孔120亦可具有不同形狀，例如：一圓形、一橢圓形、一L字形，或是一J字形。接地延伸支路130係設置於接地面110之槽孔120內，並耦接至接地面110。更詳細地說，接地延伸支路130之一第一端131係耦接至接地面110之槽孔120之一邊緣，而接地延伸支路130之一第二端132為一開路端 (Open End)。在第1圖之實施例中，接地延伸支路130大致為一倒L字形。亦即，接地延伸支路130之一部份係大致垂直於槽孔120之邊緣，而接地延伸支路130之另一部份係大致平行於槽孔120之邊緣。在其他實施例中，接地延伸支路130亦可具有不同形狀，例如：一直條形、一J字形，或是一U字形。在較佳實施例中，當天線結構100由一信號源(未顯示)所饋入時，接地面110和槽孔120將共同形成一槽孔天線元件(Slot Antenna Element)，其係激發產生一低頻頻帶，而接地延伸支路130將形成一單極天線元件(Monopole Antenna Element)，其係激發產生一高頻頻帶。前述之信號源可以是行動裝置之一射頻(Radio Frequency，RF)模組。藉由結合前述之低頻頻帶和高頻頻帶，天線結構100可以至少涵蓋雙頻帶之寬頻操作。必須注意的是，天線結構100更可有多樣化之組態及饋入方式，其詳細設計可參考下列各實施例所述。

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圖與第1圖相似。在第2圖之實施例中，天線結構200更包括一介質基板(Dielectric Substrate)240，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板、一系統電路板(System Circuit Board)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)。天線結構200之接地面110和槽孔120可以設置於介質基板240之一表面上。另外，一信號源190可經由一同軸電纜線(Coaxial Cable)250耦接至天線結構200之接地延伸支路130上之一饋入點133，並以直接饋入之方式來激發天線結構200(包括其內之槽孔天線元件和單極天線元件)。更詳細地說，信號 源190之正極係經由同軸電纜線250之一中心導體耦接至饋入點133，而信號源190之負極係經由同軸電纜線250之一外殼導體耦接至接地面110。必須理解的是，同軸電纜線250之饋入機制僅為舉例，但本發明並不僅限於此。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相似，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200之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Radio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。當天線結構200由信號源190所饋入時，接地面110和槽孔120係激發產生一低頻頻帶FB1，而接地延伸支路130係激發產生一高頻頻帶FB2。在較佳實施例中，低頻頻帶FB1約介於2400MHz至2480MHz之間，而高頻頻帶FB2約介於5150MHz至5850MHz之間。因此，本發明之天線結構200至少可支援無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)2.4GHz和5GHz之雙頻帶操作。根據一些量測結果，天線結構200於低頻頻帶FB1和高頻頻帶FB2中之天線效率(Antenna Efficiency)可達37%以上及45%以上，已可滿足行動通訊裝置之應用需求。

在元件尺寸方面，接地面110之槽孔120(形成槽孔天線元件)之長度可以設計為約等於低頻頻帶FB1之二分之一倍波長(0.5λ)，而接地延伸支路130(形成單極天線元件)之長度可以設計為約等於高頻頻帶FB2之四分之一倍波長(0.25λ)。在一些實施例中，天線結構200之各元件尺寸可如下列所述。接地面110之長度約為60mm，寬度約為11mm。接地面110之槽孔 120之長度約為44mm，寬度約為6mm。接地延伸支路130之長度約為10mm，寬度約為1.3mm。

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圖與第1圖相似。在第4圖之實施例中，天線結構400更包括一介質基板240和一饋入部460，其中饋入部460大致為一直條形。饋入部460可用金屬製成，例如：銅、銀、鐵、鋁，或是其合金。在天線結構400中，接地面110、槽孔120，以及一接地延伸支路430係設置於介質基板240之一第一表面E1上，而饋入部460係設置於介質基板240之一第二表面E2上，其中第一表面E1係相對於第二表面E2。接地延伸支路430可以大致為一L字形。饋入部460更可延伸跨越接地面110之槽孔120。信號源190可經由同軸電纜線250耦接至饋入部460，並以耦合饋入之方式來激發天線結構400(包括其內之槽孔天線元件和單極天線元件)。更詳細地說，信號源190之正極可經由同軸電纜線250之一中心導體耦接至饋入部460之一端，而信號源190之負極可經由同軸電纜線250之一外殼導體耦接至接地面110。介質基板240中更可設有一穿透件(Via Element)和一接地墊(Grounding Pad)(未顯示)，其係用於耦接同軸電纜線250之外殼導體至接地面110。在一些實施例中，饋入部460於介質基板240之第一表面E1上具有一垂直投影，而此垂直投影與接地延伸支路430之間距D1應小於5mm。前述之設計可以確保接地延伸支路430能被良好地激發。第4圖之天線結構400之其餘特徵皆與第1圖之天線結構100相似，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圖與第4圖相似。在第5圖之實施例中，天線結構500之一饋入部560大致為一倒L字形。饋入部560之一端可以朝向靠近接地延伸支路430之方向作延伸。饋入部560之不同形狀設計可用於調整天線結構500之阻抗匹配，並提升天線結構500之天線效率。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相似，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600之示意圖。第6圖與第4圖相似。在第6圖之實施例中，天線結構600之一饋入部660大致為一T字形。饋入部660可以包括一較長支路和一較短支路，其中較長支路可以朝向靠近接地延伸支路430之方向作延伸，而較短支路可以朝向遠離接地延伸支路430之方向作延伸。饋入部660之不同形狀設計可用於調整天線結構600之阻抗匹配，並提升天線結構600之天線效率。第6圖之天線結構600之其餘特徵皆與第4圖之天線結構400相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構700之示意圖。第7圖與第4圖相似。在第7圖之實施例中，天線結構700之一饋入部760更包括一饋入延伸支路762，但是天線結構700之接地面110之槽孔120內則無配置任何接地延伸支路。饋入部760可以大致為一倒T字形，其中饋入延伸支路762可以大致垂直於饋入部760之其餘部份。當天線結構700由信號源190所饋入時，接地面110和槽孔120將共同形成一槽孔天線 元件，其係激發產生一低頻頻帶，而饋入延伸支路762將形成一單極天線元件，其係激發產生一高頻頻帶。換言之，饋入延伸支路762可提供一高頻共振路徑，故其將具有與被省略之接地延伸支路相同之功能。第7圖之天線結構700之其餘特徵皆與第4圖之天線結構400相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

總結來說，本發明之天線結構包括可產生磁流(Magnetic Current)之槽孔天線元件，以及可產生電流(Electric Current)之單極天線元件。由於槽孔天線元件可形成於行動裝置之一金屬背蓋上，在此設計下，金屬背蓋將成為整體天線結構之一部份，故其將不會對於天線結構之輻射性能造成負面影響(例如：屏蔽電磁波)。另外，單極天線元件係設計於槽孔天線元件之內部，故此設計方式亦具有微縮整體天線結構之尺寸之效果。與傳統天線相比，本發明至少具有：可涵蓋多重頻帶、可增加天線頻寬、可縮小天線尺寸，以及可維持天線效率之優點，故其非常適合應用於各種小型化之行動通訊裝置中。

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1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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‧‧‧接地面

120‧‧‧槽孔

130‧‧‧接地延伸支路

131‧‧‧接地延伸支路之第一端

132‧‧‧接地延伸支路之第二端

Claims (7)

1. 一種天線結構，包括：一接地面，具有一槽孔；一接地延伸支路，設置於該槽孔內，並耦接至該接地面；一介質基板；以及一饋入部，耦接至該信號源；其中該接地面和該槽孔係由一信號源激發產生一低頻頻帶，而該接地延伸支路係由該信號源激發產生一高頻頻帶；其中該接地面和該接地延伸支路係設置於該介質基板之一第一表面上，該饋入部係設置於該介質基板之一第二表面上，該第一表面係相對於該第二表面，而該饋入部更延伸跨越該接地面之該槽孔；其中該饋入部於該介質基板之該第一表面上具有一垂直投影，而該垂直投影與該接地延伸支路之一間距係小於5mm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該接地面之該槽孔大致為一矩形封閉槽孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該接地延伸支路之一第一端係耦接至該接地面之該槽孔之一邊緣，而該接地延伸支路之一第二端為一開路端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該接地延伸支路大致為一倒L字形。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該信號源係耦接至該接地延伸支路上之一饋入點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該饋入部 大致為一倒L字形。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該低頻頻帶約介於2400MHz至2480MHz之間，而該高頻頻帶約介於5150MHz至5850MHz之間。