TWI648911B

TWI648911B - 天線結構

Info

Publication number: TWI648911B
Application number: TW106130794A
Authority: TW
Inventors: 徐杰聖
Original assignee: 啓碁科技股份有限公司
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-01-21
Also published as: TW201914100A; US20190081400A1; US10573967B2

Abstract

一種天線結構，包括：一接地元件、一第一輻射部、一第二輻射部、一第一饋入部，以及一第二饋入部。第二輻射部係與第一輻射部分離，其中第一輻射部係介於第二輻射部和接地元件之間。第一饋入部包括一第一耦合激發部和一第一連接部。第二饋入部包括一第二耦合激發部和一第二連接部。第一耦合激發部和第二耦合激發部皆鄰近於該第一輻射部。藉由連接第一耦合激發部之一中心點至天線結構之一中心軸形成一第一線段，而藉由連接第二耦合激發部之一中心點至天線結構之中心軸形成一第二線段，其中第一線段和第二線段之間之一夾角係大於90度。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種耦合饋入之寬頻雙極化天線結構。

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。

無線網路基地台(Wireless Access Point)是使行動裝置於室內能高速上網之必要元件。然而，由於室內環境充滿了信號反射和多重路徑衰減(Multipath Fading)，無線網路基地台必須能同時處理來自各方向和各種極化之信號。因此，如何於無線網路基地台之有限空間中設計出一種寬頻帶、多極化方向之天線，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；一第一輻射部，具有一第一開孔和一第二開孔；一第二輻射部，與該第一輻射部分離，其中該第一輻射部係介於該第二輻射部和該接地元件之間；一第一饋入部，包括一第一耦合激發部和一第一連接部，其中一第一信號源係經由該第一連接部耦接至該第一耦合激發部，該第一連接部係穿越該第一開孔，而該第一耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第二輻射部和該第一輻射部之間；以及一第二饋入部，包括一第二耦合激發部和一第二連接部，其中一第二信號源係經由該第二連接部耦接至該第二耦合激發部，該第二連接部係穿越該第二開孔，而該第二耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第二輻射部和該第一輻射部之間；其中藉由連接該第一耦合激發部之一中心點至該天線結構之一中心軸形成一第一線段，藉由連接該第二耦合激發部之一中心點至該天線結構之該中心軸形成一第二線段，而該第一線段和該第二線段之間之一夾角係大於90度。

在一些實施例中，該第一輻射部呈現一第一圓形，該第二輻射部呈現一第二圓形，而該第二圓形之面積係略小於該第一圓形之面積。

在一些實施例中，該第一圓形之半徑和該第二圓形之半徑皆大致等於該天線結構之一中心操作頻率之0.25倍波長。

在一些實施例中，該接地元件呈現一正方形。

在一些實施例中，該第一耦合激發部呈現一第三圓形，該第二耦合激發部呈現一第四圓形，而該第四圓形之面積係等於該第三圓形之面積。

在一些實施例中，該第一線段之長度和該第二線段之長度彼此相等。

在一些實施例中，該第一線段之長度和該第二線段之長度皆小於或等於該天線結構之一中心操作頻率之0.125倍波長。

在一些實施例中，該第一線段和該第二線段之間之該夾角恰等於98度。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一支撐柱，連接至該接地元件，並用於支撐該第一輻射部。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一介質基板，設置於該第一輻射部和該接地元件之間。

在另一較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包括：一接地元件；一第一輻射部；一第二輻射部，與該第一輻射部分離，其中該第一輻射部係介於該第二輻射部和該接地元件之間；一第一饋入部，包括一第一耦合激發部和一第一連接部，其中一第一信號源係經由該第一連接部耦接至該第一耦合激發部，而該第一耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第一輻射部和該接地元件之間；以及一第二饋入部，包括一第二耦合激發部和一第二連接部，其中一第二信號源係經由該第二連接部耦接至該第二耦合激發部，而該第二耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第一輻射部和該接地元件之間；其中藉由連接該第一耦合激發部之一中心點至該天線結構之一中心軸形成一第一線段，藉由連接該第二耦合激發部之一中心點至該天線結構之該中心軸形成一第二線段，而該第一線段和該第二線段之間之一夾角係大於90度。

在一些實施例中，該第一線段和該第二線段之間之該夾角恰等於94度。

100、200、300、400‧‧‧天線結構

110、210‧‧‧接地元件

120、220‧‧‧第一輻射部

121‧‧‧第一開孔

122‧‧‧第二開孔

130、230‧‧‧第二輻射部

140、240‧‧‧第一饋入部

141、241‧‧‧第一耦合激發部

142、242‧‧‧第一連接部

145、245‧‧‧第一耦合激發部之中心點

150、250‧‧‧第二饋入部

151、251‧‧‧第二耦合激發部

152、252‧‧‧第二連接部

155、255‧‧‧第二耦合激發部之中心點

160、260‧‧‧支撐柱

171、271‧‧‧第一線段

172、272‧‧‧第二線段

191、291‧‧‧第一信號源

192、292‧‧‧第二信號源

380、480‧‧‧介質基板

D1、D11、D12、D2、D3、D4、D41、D42‧‧‧間距

FB1、FB2、FB3、FB4‧‧‧操作頻帶

L1、L2‧‧‧長度

LC1、LC2‧‧‧天線結構之中心軸

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧半徑

S11‧‧‧S11參數之特性曲線

S22‧‧‧S22參數之特性曲線

S21‧‧‧S21參數之特性曲線

X‧‧‧X軸

Y‧‧‧Y軸

Z‧‧‧Z軸

θ1、θ2‧‧‧夾角

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之立體圖。

第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之俯視圖。

第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之側視圖。

第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之S參數圖

第1E圖係顯示具有90度之第一線段和第二線段之夾角之天線結構之S參圖。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之立體圖。

第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之俯視圖。

第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之側視圖。

第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之S參數圖

第2E圖係顯示具有90度之第一線段和第二線段之夾角之天線結構之S參圖。

第3A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之立體圖。

第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。

第3C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之側視圖。

第3D圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之S參數圖

第4A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之立體圖。

第4B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。

第4C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之側視圖。

第4D圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之S參數圖。

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。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之立體圖。第1B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之俯視圖。第1C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之側視圖。請一併參考第1A、1B、1C圖。天線結構100可應用於一通訊裝置，例如：一無線網路基地台(Wireless Access Point)。在第1A、1B、1C圖之實施例中，天線結構100至少包括：一接地元件(Ground Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)120、一第二輻射部130、一第一饋入部(Feeding Element)140，以及一第二饋入部150。前述之接地元件110、第一輻射部120、第二輻射部130、第一饋入部140，以及第二饋入部150可由金屬板(Metal Plate)或是金屬片(Metal Piece)所製成。

天線結構100具有一中心軸(Central Axis)LC1，其穿過接地元件110、第一輻射部120，以及第二輻射部130之每一者之中心點。例如，接地元件110可以大致呈現一正方形，第一輻射部120可以大致呈現一第一圓形，而第二輻射部130可以大致呈現一第二圓形，其中前述第二圓形之面積可略小於前述第一圓形之面積。詳細而言，若第一輻射部120在接地元件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)且第二輻射部130在接地元件110上具有一第二垂直投影，則第二垂直投影將完全位於第一垂直投影之內部，而第一垂直投影和第二垂直投影之組合將呈現一同心圓(Concentric Circles)。必須注意的是，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，接地元件110、第一輻射部120，以及第二輻射部130亦可各自具有其他對稱形狀，例如：一正三角形、一菱形、一正六邊形，或是一正八邊形。

第一輻射部120具有一第一開孔(Opening)121和一第二開孔122。例如，第一開孔121和第二開孔122可為圓形開孔或是正方形開孔，但不僅限於此。第二輻射部130係與第一輻射部120完全分離並為浮接狀態(Floating)，其中第一輻射部120係介於第二輻射部130和接地元件110之間。第二輻射部130可用於部份反射、部份穿透來自第一輻射部120之電磁波(Electromagnetic Wave)，從而改善天線結構100之增益(Gain)和頻寬(Bandwidth)。

第一饋入部140包括一第一耦合激發部(Coupling Excitation Element)141和一第一連接部(Connection Element)142，其中一第一信號源191係經由第一連接部142耦接至第一耦合激發部141。詳細而言，第一連接部142係穿越第一輻射部120之第一開孔121，第一耦合激發部141係鄰近於第一輻射部120但與第一輻射部120分離，而第一耦合激發部141係介於第二輻射部130和第一輻射部120之間。第二饋入部150包括一第二耦合激發部151和一第二連接部152，其中一第二信號源192係經由第二連接部152耦接至第二耦合激發部151。詳細而言，第二連接部152係穿越第一輻射部120之第二開孔122，第二耦合激發部151係鄰近於第一輻射部120但與第一輻射部120分離，而第二耦合激發部151係介於第二輻射部130和第一輻射部120之間。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：2mm或更短)。

第一耦合激發部141和第二耦合激發部151可位於同一特定平面上。例如，接地元件110、第一輻射部120、第二輻射部130，以及前述之特定平面可以彼此互相平行。第一耦合激發部141可以大致呈現一第三圓形，而第二耦合激發部151可以大致呈現一第四圓形，其中前述第四圓形之面積可大致等於前述第三圓形之面積。必須注意的是，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，第一耦合激發部141和第二耦合激發部151亦可各自具有其他對稱形狀，例如：一正三角形、一菱形、一正六邊形，或是一正八邊形。第一連接部142可為一第一同軸電纜線(Coaxial Cable)，其中第一同軸電纜線之一中心導線(Central Conductive Line)可耦接至第一耦合激發部141，而第一同軸電纜線之一導體外殼(Conductive Housing)可耦接至接地元件110但不直接接觸第一輻射部120。第二連接部152可為一第二同軸電纜線，其中第二同軸電纜線之一中心導線可耦接至第二耦合激發部151，而第二同軸電纜線之一導體外殼可耦接至接地元件110但不直接接觸第一輻射部120。第一信號源191和第二信號源192可用於產生操作頻率相同之饋入信號，以激發天線結構100並達成雙極化之特性。

在一些實施例中，天線結構100更包括一支撐柱(Supporting Pillar)160，其中支撐柱160係連接至接地元件110，並用於支撐第一輻射部120。例如，支撐柱160可用金屬或非金屬材質製成，並可與天線結構100之中心軸LC1對齊。必須理解的是，支撐柱160屬於選用(Optional)元件，在其他實施例中亦可移除之。

在天線原理方面，藉由同時使用第一饋入部140和第二饋入部150，可形成雙耦合饋入之雙極化天線結構(Dual-Coupling-Fed and Dual-Polarized Antenna Structure)100。必須注意的是，由於第一耦合激發部141和第二耦合激發部151係各自與第一輻射部120之間產生一等效饋入電容器(Effective Feeding Capacitor)，天線結構100之頻寬將可大幅增加。再者，此種雙饋入之機制還可改善天線結構100之交叉極化隔離度(Cross-Polarization Isolation，XPI)。另一方面，藉由連接第一耦合激發部141之一中心點145至天線結構100之中心軸LC1可形成一第一線段(Line Segment)171(第一線段171係垂直於中心軸LC1)，而藉由連接第二耦合激發部151之一中心點155至天線結構100之中心軸LC1可形成一第二線段172(第二線段172係垂直於中心軸LC1)，其中第一線段171之長度和第二線段172之長度係彼此相等，而第一線段171和第二線段172之間之一夾角θ1係大於90度。前述角度範圍可進一步微調天線結構100之阻抗匹配(Impedance Matching)，請參考以下第1D、1E圖之實施例以理解。必須注意的是，前述之第一線段171和第二線段172皆係用以輔助定義夾角、兩點之間的長度之用的虛擬線段，而非實體元件。

第1D圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之S參數(S Parameter)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表S參數(dB)。第一信號源191係設定為一第一埠(Port 1)，而第二信號源192係設定為一第二埠(Port 2)。在第1D圖之實施例中，第一線段171和第二線段172之間之夾角θ1係恰等於98度(亦即，大於90度)。根據第1D圖之S11和S22參數可知，當天線結構100由第一信號源191和第二信號源192所同時饋入時，天線結構100可涵蓋介於2234MHz至3150MHz之間之一操作頻帶FB1，且天線結構100之頻寬可達34%。因此，天線結構100將至少可支援LTE(Long Term Evolution)Band40/Band41之寬頻操作。另外，根據第1D圖之S21(或S12)參數可知，於前述操作頻帶FB1之一中心操作頻率處(例如：2692MHz)，第一信號源191和第二信號源192之間之隔離度(Isolation)(亦即，S21參數之絕對值)可達30dB或更高，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

第1E圖係顯示具有90度之第一線段和第二線段之夾角θ1之天線結構100之S參圖。根據第1E圖之S21(或S12)參數可知，若第一線段171和第二線段172之間之夾角θ1縮小為90度(亦即，不大於90度)，則第一信號源191和第二信號源192之間之最佳隔離度將往低頻方向作偏移，且不會與其中心操作頻率重疊。詳細而言，於前述操作頻帶FB1之中心操作頻率處，第一信號源191和第二信號源192之間之隔離度將降低為23dB。比較第1D、1E圖可發現，將第一線段171和第二線段172之間之夾角θ1設定為大於90度有助於大幅改善天線結構100之隔離度特性。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。接地元件110之正方形之每一邊長L1可大致介於天線結構100之中心操作頻率之1.3至1.4倍波長之間(1.3λ~1.4λ)，例如：1.35倍波長(1.35λ)。第一輻射部120之第一圓形之半徑R1可大於或等於天線結構100之中心操作頻率之0.25倍波長(0.25λ)。第二輻射部130之第二圓形之半徑R2可小於或等於天線結構100之中心操作頻率之0.25倍波長(0.25λ)。第一耦合激發部141之第三圓形之半徑R3可介於天線結構100之中心操作頻率之0.01至0.05倍波長之間(0.01λ~0.05λ)。第二耦合激發部151之第四圓形之半徑R4可介於天線結構100之中心操作頻率之0.01至0.05倍波長之間(0.01λ~0.05λ)。第一線段171之長度和第二線段172之長度可皆小於或等於天線結構100之中心操作頻率之0.125倍波長(0.125λ)。第二輻射部130和第一輻射部120之間距D1可介於天線結構100之中心操作頻率之0.003至0.1倍波長之間(0.003λ~0.1λ)。第一輻射部120和接地元件110之間距D2可介於天線結構100之中心操作頻率之0.003至0.1倍波長之間(0.003λ~0.1λ)。第一耦合激發部141(或第二耦合激發部151)和第二輻射部130之間距D11，與第一耦合激發部141(或第二耦合激發部151)和第一輻射部120之間距D12，兩者之比值(D11/D12)可介於2倍至3倍之間，例如：2.56倍。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線結構100之操作頻帶、隔離度，以及阻抗匹配。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之立體圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之俯視圖。第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之側視圖。請一併參考第2A、2B、2C圖。天線結構200可應用於一通訊裝置，例如：一無線網路基地台。在第2A、2B、2C圖之實施例中，天線結構200至少包括：一接地元件210、一第一輻射部220、一第二輻射部230、一第一饋入部240，以及一第二饋入部250。前述之接地元件210、第一輻射部220、第二輻射部230、第一饋入部240，以及第二饋入部250可由金屬板或是金屬片所製成。

天線結構200具有一中心軸LC2，其穿過接地元件210、第一輻射部220，以及第二輻射部230之每一者之中心點。例如，接地元件210可以大致呈現一正方形，第一輻射部220可以大致呈現一第一圓形，而第二輻射部230可以大致呈現一第二圓形，其中前述第二圓形之面積可略小於前述第一圓形之面積。詳細而言，若第一輻射部220在接地元件210上具有一第一垂直投影且第二輻射部230在接地元件210上具有一第二垂直投影，則第二垂直投影將完全位於第一垂直投影之內部，而第一垂直投影和第二垂直投影之組合將呈現一同心圓。必須注意的是，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，接地元件210、第一輻射部220，以及第二輻射部230亦可各自具有其他對稱形狀，例如：一正三角形、一菱形、一正六邊形，或是一正八邊形。

第一輻射部220不具有任何開孔。第二輻射部230係與第一輻射部220完全分離並為浮接狀態，其中第一輻射部220係介於第二輻射部230和接地元件210之間。第二輻射部230可用於部份反射、部份穿透來自第一輻射部220之電磁波，從而改善天線結構200之增益和頻寬。

第一饋入部240包括一第一耦合激發部241和一第一連接部242，其中一第一信號源291係經由第一連接部242耦接至第一耦合激發部241。詳細而言，第一耦合激發部241係鄰近於第一輻射部220但與第一輻射部220分離，而第一耦合激發部241係介於第一輻射部220和接地元件210之間。第二饋入部250包括一第二耦合激發部251和一第二連接部252，其中一第二信號源292係經由第二連接部252耦接至第二耦合激發部251。詳細而言，第二耦合激發部251係鄰近於第一輻射部220但與第一輻射部220分離，而第二耦合激發部251係介於第一輻射部220和接地元件210之間。

第一耦合激發部241和第二耦合激發部251可位於同一特定平面上。例如，接地元件210、第一輻射部220、第二輻射部230，以及前述之特定平面可以彼此互相平行。第一耦合激發部241可以大致呈現一第三圓形，而第二耦合激發部251 可以大致呈現一第四圓形，其中前述第四圓形之面積可大致等於前述第三圓形之面積。必須注意的是，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，第一耦合激發部241和第二耦合激發部251亦可各自具有其他對稱形狀，例如：一正三角形、一菱形、一正六邊形，或是一正八邊形。第一連接部242可為一第一同軸電纜線，其中第一同軸電纜線之一中心導線可耦接至第一耦合激發部241，而第一同軸電纜線之一導體外殼可耦接至接地元件210。第二連接部252可為一第二同軸電纜線，其中第二同軸電纜線之一中心導線可耦接至第二耦合激發部251，而第二同軸電纜線之一導體外殼可耦接至接地元件210。第一信號源291和第二信號源292可用於產生操作頻率相同之饋入信號，以激發天線結構200並達成雙極化之特性。

在一些實施例中，天線結構200更包括一支撐柱260，其中支撐柱260係連接至接地元件210，並用於支撐第一輻射部220。例如，支撐柱260可用金屬或非金屬材質製成，並可與天線結構200之中心軸LC2對齊。必須理解的是，支撐柱260屬於選用元件，在其他實施例中亦可移除之。

在天線原理方面，藉由同時使用第一饋入部240和第二饋入部250，可形成雙耦合饋入之雙極化天線結構200。必須注意的是，由於第一耦合激發部241和第二耦合激發部251係各自與第一輻射部220之間產生一等效饋入電容器，天線結構200之頻寬將可大幅增加。再者，此種雙饋入之機制還可改善天線結構200之交叉極化隔離度。另一方面，藉由連接第一耦合激發部241之一中心點245至天線結構200之中心軸LC2可形成一第一線段271(第一線段271係垂直於中心軸LC2)，而藉由連接第二耦合激發部251之一中心點255至天線結構200之中心軸LC2可形成一第二線段272(第二線段272係垂直於中心軸LC2)，其中第一線段271之長度和第二線段272之長度係彼此相等，而第一線段271和第二線段272之間之一夾角θ2係大於90度。前述角度範圍可進一步微調天線結構200之阻抗匹配，請參考以下第2D、2E圖之實施例以理解之。

第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之S參數圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表S參數(dB)。第一信號源291係設定為一第一埠(Port 1)，而第二信號源292係設定為一第二埠(Port 2)。在第2D圖之實施例中，第一線段271和第二線段272之間之夾角θ2係恰等於94度(亦即，大於90度)。根據第2D圖之S11和S22參數可知，當天線結構200由第一信號源291和第二信號源292所同時饋入時，天線結構200可涵蓋介於2175MHz至3034MHz之間之一操作頻帶FB2，且天線結構200之頻寬可達33%。因此，天線結構200將至少可支援LTE Band40/Band41之寬頻操作。另外，根據第2D圖之S21(或S12)參數可知，於前述操作頻帶FB2之一中心操作頻率處(例如：2604.5MHz)，第一信號源291和第二信號源292之間之隔離度可達24dB或更高，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

第2E圖係顯示具有90度之第一線段和第二線段之夾角θ2之天線結構200之S參圖。根據第2E圖之S21(或S12)參數可知，若第一線段271和第二線段272之間之夾角θ2縮小為90度 (亦即，不大於90度)，則第一信號源291和第二信號源292之間之最佳隔離度將往低頻方向作偏移，且不會與其中心操作頻率重疊。詳細而言，於前述操作頻帶FB2之中心操作頻率處，第一信號源291和第二信號源292之間之隔離度將降低為20dB。比較第2D、2E圖可發現，將第一線段271和第二線段272之間之夾角θ2設定為大於90度有助於大幅改善天線結構200之隔離度特性。

在一些實施例中，天線結構200之元件尺寸可如下列所述。接地元件210之正方形之每一邊長L2可大致介於天線結構200之中心操作頻率之1.2至1.4倍波長之間(1.2λ~1.4λ)，例如：1.3倍波長(1.3λ)。第一輻射部220之第一圓形之半徑R5可大於或等於天線結構200之中心操作頻率之0.25倍波長(0.25λ)。第二輻射部230之第二圓形之半徑R6可小於或等於天線結構200之中心操作頻率之0.25倍波長(0.25λ)。第一耦合激發部241之第三圓形之半徑R7可介於天線結構200之中心操作頻率之0.01至0.05倍波長之間(0.01λ~0.05λ)。第二耦合激發部251之第四圓形之半徑R8可介於天線結構200之中心操作頻率之0.01至0.05倍波長之間(0.01λ~0.05λ)。第一線段271之長度和第二線段272之長度可皆小於或等於天線結構200之中心操作頻率之0.125倍波長(0.125λ)。第二輻射部230和第一輻射部220之間距D3可介於天線結構200之中心操作頻率之0.003至0.1倍波長之間(0.003λ~0.1λ)。第一輻射部220和接地元件210之間距D4可介於天線結構200之中心操作頻率之0.003至0.1倍波長之間(0.003λ~0.1λ)。第一耦合激發部241(或第二耦合激發部251)和接地元件210之間距D42，與第一耦合激發部241(或第二耦合激發部251)和第一輻射部220之間距D41，兩者之比值(D42/D41)可介於4倍至5倍之間，例如：4.19倍。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線結構200之操作頻帶、隔離度，以及阻抗匹配。

第3A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之立體圖。第3B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之俯視圖。第3C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之側視圖。請一併參考第3A、3B、3C圖。第3A、3B、3C圖和第1A、1B、1C圖相似，其間差異在於，天線結構300更包括一介質基板(Dielectric Substrate)380，而介質基板380係設置於第一輻射部120和接地元件110之間。第3D圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之S參數圖。根據第3D圖之S11和S22參數可知，當天線結構300由第一信號源191和第二信號源192所同時饋入時，天線結構300可涵蓋介於2100MHz至3350MHz之間之一操作頻帶FB3，且天線結構300之頻寬可達45.9%。因此，介質基板380之加入有助於進一步增寬天線結構300之操作頻率範圍。第3A、3B、3C圖之天線結構300之其餘特徵皆與第1A、1B、1C圖之天線結構100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4A圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400之立體圖。第4B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400之俯視圖。第4C圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400之側視圖。請一併參考第4A、4B、4C圖。第4A、4B、4C圖和第2A、2B、2C圖相似，其間差異在於，天線結構400更包括一介質基板480，而介質基板480係設置於第一輻射部220和接地元件210之間。第4D圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400之S參數圖。根據第4D圖之S11和S22參數可知，當天線結構400由第一信號源291和第二信號源292所同時饋入時，天線結構400可涵蓋介於2050MHz至3350MHz之間之一操作頻帶FB4，且天線結構400之頻寬可達48.1%。因此，介質基板480之加入有助於進一步增寬天線結構400之操作頻率範圍。第4A、4B、4C圖之天線結構400之其餘特徵皆與第2A、2B、2C圖之天線結構200類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

須注意的是，若加入介質基板380(或480)，則前述天線結構100(或200)之元件尺寸中之所有「波長」須根據介質基板380(或480)之介電常數(Dielectric Constant)進行調整，如下列方程式(1)所述：其中「λ_g」代表天線結構300(或400)於介質基板380(或480)中之中心操作頻率之等效波長，「λ」代表天線結構100(或200)於自由空間(Free Space)中之中心操作頻率之波長，而「ε_r」代表介質基板380(或480)之介電常數。

本發明提供一種雙耦合饋入之新穎天線結構，其至少具有寬頻帶、雙極化、高隔離度、結構簡單，以及低製造成本等優勢。因此，本發明之天線結構很適合應用於各種室內環境，以克服傳統因信號反射和多重路徑衰減造成通訊品質不佳之問題。

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1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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。

Claims

一種天線結構，包括：一接地元件；一第一輻射部，具有一第一開孔和一第二開孔；一第二輻射部，與該第一輻射部分離，其中該第一輻射部係介於該第二輻射部和該接地元件之間；一第一饋入部，包括一第一耦合激發部和一第一連接部，其中一第一信號源係經由該第一連接部耦接至該第一耦合激發部，該第一連接部係穿越該第一開孔，而該第一耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第二輻射部和該第一輻射部之間；以及一第二饋入部，包括一第二耦合激發部和一第二連接部，其中一第二信號源係經由該第二連接部耦接至該第二耦合激發部，該第二連接部係穿越該第二開孔，而該第二耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第二輻射部和該第一輻射部之間；其中藉由連接該第一耦合激發部之一中心點至該天線結構之一中心軸形成一第一線段，藉由連接該第二耦合激發部之一中心點至該天線結構之該中心軸形成一第二線段，而該第一線段和該第二線段之間之一夾角係大於90度。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一輻射部呈現一第一圓形，該第二輻射部呈現一第二圓形，而該第二圓形之面積係略小於該第一圓形之面積。
如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中該第一圓形之半徑和該第二圓形之半徑皆大致等於該天線結構之一中心操作頻率之0.25倍波長。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該接地元件呈現一正方形。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一耦合激發部呈現一第三圓形，該第二耦合激發部呈現一第四圓形，而該第四圓形之面積係等於該第三圓形之面積。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一線段之長度和該第二線段之長度彼此相等。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一線段之長度和該第二線段之長度皆小於或等於該天線結構之一中心操作頻率之0.125倍波長。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一線段和該第二線段之間之該夾角恰等於98度。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包括：一支撐柱，連接至該接地元件，並用於支撐該第一輻射部。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包括：一介質基板，設置於該第一輻射部和該接地元件之間。
一種天線結構，包括：一接地元件；一第一輻射部；一第二輻射部，與該第一輻射部分離，其中該第一輻射部係介於該第二輻射部和該接地元件之間；一第一饋入部，包括一第一耦合激發部和一第一連接部，其中一第一信號源係經由該第一連接部耦接至該第一耦合激發部，而該第一耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第一輻射部和該接地元件之間；以及一第二饋入部，包括一第二耦合激發部和一第二連接部，其中一第二信號源係經由該第二連接部耦接至該第二耦合激發部，而該第二耦合激發部係鄰近於該第一輻射部並介於該第一輻射部和該接地元件之間；其中藉由連接該第一耦合激發部之一中心點至該天線結構之一中心軸形成一第一線段，藉由連接該第二耦合激發部之一中心點至該天線結構之該中心軸形成一第二線段，而該第一線段和該第二線段之間之一夾角係大於90度。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一輻射部呈現一第一圓形，該第二輻射部呈現一第二圓形，而該第二圓形之面積係略小於該第一圓形之面積。
如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該第一圓形之半徑和該第二圓形之半徑皆大致等於該天線結構之一中心操作頻率之0.25倍波長。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該接地元件呈現一正方形。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一耦合激發部呈現一第三圓形，該第二耦合激發部呈現一第四圓形，而該第四圓形之面積係等於該第三圓形之面積。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一線段之長度和該第二線段之長度彼此相等。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一線段之長度和該第二線段之長度皆小於或等於該天線結構之一中心操作頻率之0.125倍波長。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，其中該第一線段和該第二線段之間之該夾角恰等於94度。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，更包括：一支撐柱，連接至該接地元件，並用於支撐該第一輻射部。
如申請專利範圍第11項所述之天線結構，更包括：一介質基板，設置於該第一輻射部和該接地元件之間。