TWI661614B - 迴圈天線 - Google Patents
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Abstract
本案提供一種迴圈天線，包含基板以及位於基板上之接地部、匹配部、第一輻射部、第二輻射部及饋入部。第一輻射部包含第一輻射段及第二輻射段。接地部包含第一接地段及第二接地段。第二接地段垂直連接於第一接地段之第一端。匹配部連接於第一接地段之第二端與第一輻射段。第一輻射段自匹配部朝遠離第一接地段之方向延伸。第二輻射段自第一輻射段朝向第二接地段之方向延伸。第二輻射部與第二輻射段之間具有耦合間距，第二輻射部朝向第二接地段之方向延伸。饋入部位於第二輻射部之一端與第二接地段之間，以收發饋入訊號。
Description
本案是關於一種天線元件，且特別是一種迴圈天線。
應用在筆記型電腦、平板電腦或是手機等行動裝置，多為內藏式天線，例如：偶極（dipole）天線、平面倒F形天線（PIFA）或是環圈（loop）天線等，並且在裝置內部空間中，皆需要預留特定的天線空間。
然而，隨著行動裝置的輕、薄及易方便攜帶等特性需求，同時為講求產品在工業設計上的美觀與質感，其外觀設計經常會使用金屬或具導電能力之材質，常因空間或者是淨空區不足而導致天線的輻射特性明顯下降，足夠之淨空區又造成裝置的厚度增加，天線設計將隨著前述需求而面臨嚴苛環境的挑戰。
本案提供一種迴圈天線，其包含基板、接地部、匹配部、第一輻射部、第二輻射部及饋入部。接地部位於基板上，接地部包含第一接地段及第二接地段。第二接地段垂直於第一接地段且連接於第一接地段之第一端。匹配部位於基板上且連接於前述之第一接地段之第二端。第一輻射部位於基板上，第一輻射部包含第一輻射段及第二輻射段。第一輻射段連接於匹配部並自匹配部朝遠離第一接地段之方向延伸。第二輻射段連接第一輻射段且自第一輻射段朝向第二接地段之方向延伸。第二輻射部位於基板上且第二輻射部之第一端與第二輻射段之一端之間具有一耦合間距，第二輻射部朝向第二接地段之方向延伸。饋入部位於基板上且位於第二輻射部鄰近於第二接地段之一端與第二接地段之間，饋入部用以接收或發射來自於一訊號源之一饋入訊號。
圖1為根據本案之迴圈天線1之一實施例之示意圖。請參照圖1，迴圈天線1包含基板10以及位於基板10上之第一輻射部11、第二輻射部12、匹配部13及接地部14。第一輻射部11、第二輻射部12、饋入部15及接地部14可以導性材料（例如：銅、銀、鐵、鋁或是其合金）製成，且第一輻射部11、第二輻射部12及接地部14可為基板10上的印刷線路。
接地部14用以提供訊號接地，接地部14可連接於具有迴圈天線1之電子裝置的系統接地面。接地部14包含第一接地段141及第二接地段142。第二接地段142之第一端142A連接於第一接地段141之第一端141A，且第一接地段141垂直於第二接地段142（例如，第一接地段141的長度方向垂直於第二接地段142的長度方向）。第一接地段141與第二接地段142之間可呈現一倒L型。
第一輻射部11包含第一輻射段111及第二輻射段112。第一輻射段111之第一端111A連接於第二輻射段112之第一端112A。匹配部13則位於第一輻射段111之第二端111B與第一接地段141之第二端141B之間，匹配部13連接第一輻射段111之第二端111B與第一接地段141之第二端141B。其中，第一輻射段111自匹配部13朝遠離第一接地段141之方向延伸，第二輻射段112自第一輻射段111朝向接地部14之第二接地段142之方向延伸。
第二輻射部12可沿著第一輻射部11之第二輻射段112的長度方向延伸而朝向第二接地段142之方向延伸，第二輻射部12之第一端12A與第二輻射段112之第二端112B之間具有第一耦合間距G1。饋入部15則位於第二輻射部12之第二端12B（即，鄰近於第二接地段142之之第二端142B）與接地部14的第二接地段142之第二端142B之間，饋入部15可接收或發射來自於一訊號源之一饋入訊號，以激發第一輻射部11、第二輻射部12、接地部14及匹配部13之間形成封閉之一電流路徑。於此，當饋入訊號自饋入部15饋入時，藉由第一輻射部11與第二輻射部12之間之第一耦合間距G1能進一步激發迴圈天線1之0.25波長的共振模態，使迴圈天線1操作在低頻頻帶（0.25波長）及高頻頻帶（0.5波長）；並且，第一輻射部11與接地部14之間之匹配部13能調整迴圈天線1所操作之高頻頻帶與低頻頻帶的操作頻率和阻抗匹配，以達到所欲操作之頻帶，符合現今對於窄邊框之電子裝置之需求。
在一實施例中，如圖2所示，迴圈天線1具有一長度方向D1及一寬度方向D2。第一輻射部11、第一耦合間距G1與第二輻射部12之間於長度方向D1上的整體長度L2可為15 mm，第二接地段142於長度方向D1上的長度L3可為4 mm，第一接地段141於長度方向D1上的長度L1可為20 mm，第一輻射段111與匹配部13於寬度方向D2上的整體線寬W1可為4 mm，第一接地段141於寬度方向D2上的線寬W2可為1mm，第二接地段142於寬度方向D2上的線寬W3可為4 mm。基此，迴圈天線1之整體尺寸為20 mm x 5 mm，即100 mm
2，迴圈天線1符合現今對於窄邊框（例如，為6 mm之窄邊框）之電子裝置之需求。
基於前述之迴圈天線1之尺寸及結構，迴圈天線1所能操作之低頻頻帶可涵蓋2.4 GHz，且迴圈天線1所操作之高頻頻帶可涵蓋5.2 GHz至5.8 GHz。請參照圖3，圖3為根據本案之迴圈天線1之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。由圖3可看出，迴圈天線1所能操作之低頻頻帶涵蓋2.4 GHz，且迴圈天線1所能操作之高頻頻帶涵蓋5.2 GHz及5.8 GHz。進一步，請參照圖4A至圖4C，圖4A至圖4C分別為迴圈天線1操作於2.4 GHz、5.2 GHz、5.8 GHz之各頻帶之輻射場型圖。如圖4A至圖4C所示，根據其顯示的能量分布可看出迴圈天線1於各方向上均有良好的輻射增益。
在一實施例中，如圖1所示，第一輻射段111能垂直於第二輻射段112（即，第一輻射段111的長度方向垂直於第二輻射段112的長度方向），也就是第一輻射段111與第二輻射段112之間亦可呈現倒「L」字型而與第一接地段141與第二接地段142所呈現之倒「L」字型、饋入部15及匹配部13之間共同形成前述之封閉之電流路徑。並且，第一輻射段111能平行於第二接地段142而垂直於第一接地段141。
在一實施例中，請合併參照圖1及圖5，第一輻射部11之第二輻射段112包含區段1122及第一凸出區段1121。第一凸出區段1121係位於第二輻射段112之第二端112B且第一凸出區段1121於寬度方向D2上之線寬W4小於區段1122於寬度方向D2上之線寬W5。並且，第二輻射部12包含區段123及第二凸出區段121。第二凸出區段121位於第二輻射部12之第一端12A且第二凸出區段121於寬度方向D2上之線寬W6小於區段123於寬度方向D2上之線寬W7。第一凸出區段1121平行於第二凸出區段121，且第一凸出區段1121於第一接地段141之垂直投影部分重疊於第二凸出區段121於第一接地段141之垂直投影，第一凸出區段1121與第二凸出區段121之間之間隔、第二凸出區段121與區段1122之間之間隔以及第一凸出區段1121與區段123之間之間隔形成前述之第一耦合間距G1。基此，根據第二輻射部12於長度方向D1上之不同長度（第二輻射部12之長度包含第二凸出區段121於長度方向D1上的長度L4以及區段123於長度方向D1上的長度L5），第二輻射部12與第一輻射部11之第二輻射段112之間形成具有不同尺寸之第一耦合間距G1，使迴圈天線1在2.4 GHz產生0.25波長之共振模態。在一實施例中，第二凸出區段121於長度方向D1上的長度L4可位在2.9 mm至4.9 mm之範圍間，區段123於長度方向D1上的長度L5可位在1 mm至3 mm之範圍間。請合併參照圖6及圖7，圖6及圖7分別為相應於具有不同長度尺寸之第二輻射部12之迴圈天線1之返回損失圖，其中之返回損失曲線61、62、63係分別相應於3 mm、2 mm及1 mm之區段123於長度方向D1上的長度L5，且其中之返回損失曲線71、72、73係分別相應於4.9 mm、3.9 mm及2.9 mm之第二凸出區段121於長度方向D1上的長度L4。由圖7可看出，若長度L4愈小，迴圈天線1所涵蓋之低頻頻帶與高頻頻帶的中心頻率則愈高；由圖6可看出，若長度L5愈小，迴圈天線1所涵蓋的低頻頻帶的中心頻率則愈低，而迴圈天線1所涵蓋的高頻頻帶的中心頻率則愈高。基此，迴圈天線1之設計者可進一步調整第二凸出區段121於長度方向D1上的長度L4以及區段123於長度方向D1上的長度L5，以調整迴圈天線1於低頻頻帶及高頻頻帶內之共振模態。
圖8為根據本案之迴圈天線1之第二輻射部12之另一實施例之示意圖。如圖8所示，第二輻射部12更包含一第三凸出區段122，第三凸出區段122亦位於第二輻射部12之第一端12A，且第二凸出區段121位於第一凸出區段1121鄰近於第一接地段141之一側，而第三凸出區段122位於第一凸出區段1121遠離第一接地段141之一側，也就是第三凸出區段122與第二凸出區段121分別位於第一凸出區段1121之兩側。進一步，第三凸出區段122於第一接地段141之垂直投影部分重疊於第一凸出區段1121及第二凸出區段121於第一接地段141之垂直投影，也就是第一耦合間距G1更位於第三凸出區段122與第一凸出區段1121之間，且位在第三凸出區段122與區段1122之間，於此，第三凸出區段122於長度方向D1上之長度亦影響迴圈天線1於低頻頻帶及高頻頻帶內之共振模態。
在一實施例中，匹配部13可以被動元件實現，例如晶片電感、晶片電容或前述項目之任意組合，以被動元件實現之匹配部13可以銲接之方式連接於第一輻射段111之第二端111B及第一接地段141。以匹配部13為晶片電感為例，匹配部13之電感值可為4.7 nH。在另一些實施例中，匹配部13亦可以分部式電感及/或電容來實現，也就是匹配部13可以基板10上的印刷線路實現。請參照圖9，圖9為根據本案之迴圈天線1之匹配部13之一實施例之示意圖，匹配部13包含第一匹配段131及第二匹配段132，第一匹配段131連接於第一輻射段111之第二端111B，第一匹配段131自第一輻射段111之第二端111B朝向第二接地段142之方向延伸，第一匹配段131與第二輻射段112之間具有一第二耦合間距G2，且第一匹配段131與第一接地段141之間具有一第三耦合間距G3。第二耦合間距G2與第三耦合間距G3可為1 mm，但不限於此。第二匹配段132連接於第一匹配段131，第二匹配段132自第一匹配段131朝第一接地段141的方向延伸而連接第一接地段141。
再者，請參照圖10，圖10為根據本案之迴圈天線1之匹配部13之另一實施例之示意圖，匹配部13除了第一匹配段131、第二匹配段132之外更包含第三匹配段133及第四匹配段134。第三匹配段133連接於第二匹配段132，第三匹配段133自第二匹配段132朝遠離第二接地段142之方向延伸，第三匹配段133與第一匹配段131之間具有一第四耦合間距G4，且第三匹配段133與第一接地段141之間具有一第五耦合間距G5。第四耦合間距G4及第五耦合間距G5可為0.5 mm，但不限於此。第四匹配段134連接於第三匹配段133，第四匹配段134自第三匹配段133朝第一接地段141的方向延伸而連接第一接地段141。
基此，藉由前述之耦合間距G2、G3、G4、G5，以印刷線路實現之匹配部13亦能有效地調整2.4 GHz之共振模態與5.2 GHz至5.8 GHz之間之共振模態的中心頻率，且匹配部13同時能調整迴圈天線1所操作之高頻頻帶與低頻頻帶之間的阻抗匹配。
在一實施例中，第二接地段142具有缺口。請參照圖11，圖11為根據本案之迴圈天線1之第二接地段142之一實施例之示意圖，第二接地段142具有缺口1421，第二接地段142具有一倒「L」字型而與部分之第一接地段141之間共同呈現一「U」字型，以優化5 GHz之高頻頻帶之阻抗匹配。在另一實施例中，具缺口之第二接地段142可具有一「L」字型。請參照圖12，圖12為第二接地段142之另一實施例之示意圖，第二接地段142可包含第一區段1422及第二區段1423，第一區段1422於寬度方向D2上之線寬W8大於第二區段1423於寬度方向D2上之線寬W9，藉由不同線寬之區段1422、1423亦能優化5 GHz之高頻頻帶之阻抗匹配。
圖13為根據本案之迴圈天線1之一實施例應用於電子裝置2之示意圖。在此，圖13繪示之電子裝置2係以筆記型電腦為例，然本案不以此為限，電子裝置2亦可為平板電腦或準系統（all in one；AIO）電腦。如前所述，迴圈天線1的尺寸可為20 mm x 5 mm，迴圈天線1可設置在電子裝置2之螢幕之周圍之窄邊框，以符合現今之具窄邊框之電子裝置之需求。
綜上所述，根據本案之迴圈天線之一實施例，藉由兩輻射部之間之耦合間距能激發迴圈天線之0.25波長的共振模態，使迴圈天線能操作在低頻及高頻之至少兩頻帶；並且，匹配部能調整迴圈天線所操作之高頻頻帶與低頻頻帶之間的阻抗匹配，且匹配部具有延長迴圈天線之輻射路徑之用途，不需要增加輻射部之輻射路徑而能以較小尺寸之迴圈天線達到所欲操作之頻帶與天線縮小化，以符合現今對於窄邊框之電子裝置之需求。
雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。
1‧‧‧迴圈天線
10‧‧‧基板
11‧‧‧第一輻射部
111‧‧‧第一輻射段
111A‧‧‧第一輻射段之第一端
111B‧‧‧第一輻射段之第二端
112‧‧‧第二輻射段
1121‧‧‧第一凸出區段
1122‧‧‧區段
112A‧‧‧第二輻射段之第一端
112B‧‧‧第二輻射段之第二端
12‧‧‧第二輻射部
12A‧‧‧第二輻射部之第一端
12B‧‧‧第二輻射部之第二端
121‧‧‧第二凸出區段
122‧‧‧第三凸出區段
123‧‧‧區段
13‧‧‧匹配部
131‧‧‧第一匹配段
132‧‧‧第二匹配段
133‧‧‧第三匹配段
134‧‧‧第四匹配段
14‧‧‧接地部
141‧‧‧第一接地段
141A‧‧‧第一接地段之第一端
141B‧‧‧第一接地段之第二端
142‧‧‧第二接地段
1421‧‧‧缺口
1422‧‧‧第一區段
1423‧‧‧第二區段
142A‧‧‧第二接地段之第一端
142B‧‧‧第二接地段之第二端
15‧‧‧饋入部
2‧‧‧電子裝置
61-63‧‧‧返回損失曲線
71-73‧‧‧返回損失曲線
D1‧‧‧長度方向
D2‧‧‧寬度方向
G1‧‧‧第一耦合間距
G2‧‧‧第二耦合間距
G3‧‧‧第三耦合間距
G4‧‧‧第四耦合間距
G5‧‧‧第五耦合間距
L1-L5‧‧‧長度
W1-W9‧‧‧線寬
[圖1] 為根據本案之迴圈天線之一實施例之示意圖。 [圖2] 為圖1之迴圈天線之一尺寸示意圖。 [圖3] 為根據本案之迴圈天線之一實施例於各操作頻率之返回損失圖。 [圖4A] 為根據本案之迴圈天線之一實施例操作於2.4 GHz之頻率之輻射場型圖。 [圖4B] 為根據本案之迴圈天線之一實施例操作於5.2 GHz之頻率之輻射場型圖。 [圖4C]為根據本案之迴圈天線之一實施例操作於5.8 GHz之頻率之輻射場型圖。 [圖5] 為根據本案之迴圈天線之一實施例之示意圖。 [圖6] 為相應於具有不同長度尺寸之第二輻射部之迴圈天線之返回損失圖。 [圖7] 為相應於具有不同長度尺寸之第二輻射部之迴圈天線之返回損失圖。 [圖8] 為根據本案之迴圈天線之第二輻射部之另一實施例之示意圖。 [圖9] 為根據本案之迴圈天線之匹配部之一實施例之示意圖。 [圖10] 為根據本案之迴圈天線之匹配部之另一實施例之示意圖。 [圖11] 為根據本案之迴圈天線之第二接地段之一實施例之示意圖。 [圖12] 為根據本案之迴圈天線之第二接地段之另一實施例之示意圖。 [圖13] 為根據本案之迴圈天線之一實施例應用於電子裝置之示意圖。
Claims (9)
- 一種迴圈天線，包含：一基板；一接地部，位於該基板上，該接地部包含：一第一接地段；及一第二接地段，垂直於該第一接地段且連接於該第一接地段之第一端；一匹配部，位於該基板上且連接於該第一接地段之第二端；一第一輻射部，位於該基板上，該第一輻射部包含：一第一輻射段，連接於該匹配部並自該匹配部朝遠離該第一接地段之方向延伸；及一第二輻射段，連接該第一輻射段且自該第一輻射段朝向該第二接地段之方向延伸，其中該第二輻射段包含一第一凸出區段；一第二輻射部，位於該基板上且該第二輻射部之第一端與該第二輻射段之一端之間具有一第一耦合間距，該第二輻射部朝向該第二接地段之方向延伸，其中該第二輻射部包含一第二凸出區段，該第二凸出區段位於該第二輻射部之該第一端，該第一凸出區段於該第一接地段之垂直投影部分重疊於該第二凸出區段於該第一接地段之垂直投影，該第一耦合間距係位於該第一凸出區段與該第二凸出區段之間；及一饋入部，位於該基板上且位於該第二輻射部鄰近於該第二接地段之一端與該第二接地段之間，該饋入部用以接收或發射來自於一訊號源之一饋入訊號。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該第二輻射部更包含一第三凸出區段位於該第二輻射部之第一端，該第三凸出區段與該第二凸出區段分別位於該第一凸出區段遠離該第一接地段之一側及鄰近該第一接地段之另一側，該第三凸出區段於該第一接地段之垂直投影部分重疊於該第一凸出區段於該第一接地段之垂直投影及該第二凸出區段於該第一接地段之垂直投影，且該第一耦合間距更位於該第一凸出區段與該第三凸出區段之間。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該匹配部包含：一第一匹配段，連接於該第一輻射段之一端，該第一匹配段自該第一輻射段之該一端朝該第二接地段之方向延伸，該第一匹配段與該第一輻射段之間具有一第二耦合間距，且該第一匹配段與該第一接地段之間具有一第三耦合間距；及一第二匹配段，連接於該第一匹配段，該第二匹配段自該第一匹配段朝該第一接地段之方向延伸而連接該第一接地段。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該匹配部包含：一第一匹配段，連接於該第一輻射段之一端，該第一匹配段自該第一輻射段之該一端朝該第二接地段之方向延伸，該第一匹配段與該第一輻射段之間具有一第二耦合間距；一第二匹配段，連接於該第一匹配段，該第二匹配段自該第一匹配段朝該第一接地段之方向延伸；一第三匹配段，連接於該第二匹配段，該第三匹配段自該第二匹配段朝遠離該第二接地段之方向延伸，該第三匹配段與該第一匹配段之間具有一第四耦合間距，且該第三匹配段與該第一接地段之間具有一第五耦合間距；及一第四匹配段，連接於該第三匹配段，該第四匹配段自該第三匹配段朝該第一接地段的方向延伸而連接該第一接地段。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該匹配部係由晶片電感及/或晶片電容所實現。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該第二接地段包含一缺口。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該迴圈天線具有一長度方向及一寬度方向，該第二接地段包含於該寬度方向上具有不同線寬之一第一區段及一第二區段。
- 如請求項1所述之迴圈天線，其中該迴圈天線具有一長度方向及一寬度方向，該第一接地段於該寬度方向上之線寬、該匹配部於該寬度方向上之線寬及該第一輻射段於該寬度方向上之線寬之總和為5mm。
- 如請求項8所述之迴圈天線，其中該第一耦合間距係位在0.2mm至1.1mm之範圍間。
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