TWI736285B

TWI736285B - 天線結構

Info

Publication number: TWI736285B
Application number: TW109117324A
Authority: TW
Inventors: 張琨盛; 林敬基
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-08-11
Also published as: TW202145644A

Abstract

一種天線結構，包括：一饋入輻射部、一連接輻射部、一短路輻射部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部、一第五輻射部，以及一介質基板。饋入輻射部係耦接至一信號源。連接輻射部係耦接至饋入輻射部。短路輻射部係耦接至一接地電位。第一輻射部係耦接至短路輻射部。第二輻射部係耦接至連接輻射部。第三輻射部係耦接至饋入輻射部和連接輻射部。第三輻射部和第二輻射部大致朝相反方向作延伸。第四輻射部係耦接至連接輻射部和第二輻射部。第五輻射部係耦接至短路輻射部和第一輻射部。

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寬頻操作之天線結構。

為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。

天線為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其頻寬(Bandwidth)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。

在較佳實施例中，本發明提出一種天線結構，包括：一饋入輻射部，耦接至一信號源；一連接輻射部，耦接至該饋入輻射部；一短路輻射部，耦接至一接地電位；一第一輻射部，耦接至該短路輻射部；一第二輻射部，耦接至該連接輻射部；一第三輻射部，耦接至該饋入輻射部和該連接輻射部，其中該第三輻射部和該第二輻射部大致朝相反方向作延伸；一第四輻射部，耦接至該連接輻射部和該第二輻射部；一第五輻射部，耦接至該短路輻射部和該第一輻射部；以及一介質基板，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該短路輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆形成於該介質基板上。

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1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。天線結構100可以套用於一行動裝置當中，例如：一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，天線結構100至少包括：一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)110、一連接輻射部(Connection Radiation Element)120、一短路輻射部(Shorting Radiation Element)130、一第一輻射部(Radiation Element)140、一第二輻射部150、一第三輻射部160、一第四輻射部170，一第五輻射部180，以及一介質基板(Dielectric Substrate)195，其中饋入輻射部110、連接輻射部120、短路輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、第三輻射部160、第四輻射部170，以及第五輻射部180皆形成於介質基板195上。饋入輻射部110、連接輻射部120、短路輻射部130、第一輻射部140、第二輻射部150、第三輻射部160、第四輻射部170，以及第五輻射部180皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

介質基板195可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Circuit Board，FCB)。介質基板195具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中饋入輻射部110、連接輻射部120、第二輻射部150、第三輻射部160，以及第四輻射部170皆可設置於介質基板195之第一表面E1上，而短路輻射部130、第一輻射部140，以及第五輻射部180皆可設置於介質基板195之第二表面E2上。必須理解的是，因應不同設計需求，前述各個輻射部可任意地移動至介質基板195之第一表面E1或第二表面E2上，其均不影響本發明之功效。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100於介質基板195之第一表面E1上之一部份元件之俯視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100於介質基板195之第二表面E2上之另一部份元件之透視圖(亦即，將介質基板195視為一透明元件)。請一併參考第1、2、3圖。

饋入輻射部110可以大致呈現一直條形。詳細而言，饋入輻射部110具有一第一端111和一第二端112，其中饋入輻射部110之第一端111係耦接至一信號源(Signal Source)199。例如，信號源199可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。

連接輻射部120可以大致呈現一直條形，其可與饋入輻射部110大致互相垂直。詳細而言，連接輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中連接輻射部120之第一端121係耦接至饋入輻射部110之第二端112。

短路輻射部130可以大致呈現一N字形。詳細而言，短路輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中短路輻射部130之第一端131係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS。接地電位VSS可由天線結構100之一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)。

第一輻射部140可以大致呈現一L字形，其長度可為所有輻射部中最長者。詳細而言，第一輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一輻射部140之第一端141係耦接至短路輻射部130之第二端132，而第一輻射部140之第二端142為一開路端(Open End)。

第二輻射部150可以大致呈現一直條形。詳細而言，第二輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二輻射部150之第一端151係耦接至連接輻射部120之第二端122，而第二輻射部150之第二端152為一開路端。第二輻射部150之第二端152和第一輻射部140之第二端142可大致朝相同方向作延伸。

第三輻射部160可以大致呈現一不等寬直條形，其可與饋入輻射部110大致互相垂直。在一些實施例中，饋入輻射部110、連接輻射部120、第二輻射部150，以及第三輻射部160之一組合係大致呈現一T字形。詳細而言，第三輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第三輻射部160之第一端161係耦接至饋入輻射部110之第二端112和連接輻射部120之第一端121，而第三輻射部160之第二端162為一開路端，其與第二輻射部150之第二端152可大致朝相反方向作延伸。在一些實施例中，第三輻射部160包括互相耦接之一較窄部份164和一較寬部份165，其中較窄部份164係鄰近於第三輻射部160之第一端161，而較寬部份165係鄰近於第三輻射部160之第二端162。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：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。在一些實施例中，第三輻射部160之較窄部份164於介質基板195之第二表面E2上具有一垂直投影，而此垂直投影可與第一輻射部140至少部份重疊。

第四輻射部170可以大致呈現一V字形。詳細而言，第四輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第四輻射部170之第一端171係耦接至連接輻射部120之第二端122和第二輻射部150之第一端151，而第四輻射部170之第二端172為一開路端。在一些實施例中，第四輻射部170包括互相耦接之一第一部份174和一第二部份175，其中第一部份174係鄰近於第四輻射部170之第一端171，而第二部份175係鄰近於第四輻射部170之第二端172。第四輻射部170之第一部份174可與連接輻射部120和第二輻射部150皆大致互相垂直。第四輻射部170之第二部份175可與連接輻射部120和第二輻射部150皆不互相平行。第四輻射部170之第一部份174和第二部份175之間之一夾角θ1可介於30度至60度之間，例如：約45度，但亦不僅限於此。

第五輻射部180可以大致呈現一直條形。詳細而言，第五輻射部180具有一第一端181和一第二端182，其中第五輻射部180之第一端181係耦接至短路輻射部130之第二端132和第一輻射部140之第一端141，而第五輻射部180之第二端為一開路端，其與第一輻射部140之第二端142可大致朝相反方向作延伸。

第4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4圖和第1圖相似，兩者之差異在於，第4圖之天線結構400更包括一第六輻射部190，其可用金屬材質製成並可設置於介質基板195之第一表面E1上。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400於介質基板195之第一表面E1上之一部份元件之俯視圖。第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400於介質基板195之第二表面E2上之另一部份元件之透視圖。請一併參考第4、5、6圖。

第六輻射部190可以大致呈現一直條形，其可與饋入輻射部110大致互相平行。詳細而言，第六輻射部190具有一第一端191和一第二端192，其中第六輻射部190之第一端191係耦接至接地電位VSS，而第六輻射部190之第二端192為一開路端。第六輻射部190係鄰近於饋入輻射部110，使得第六輻射部190和饋入輻射部110之間形成一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。第4、5、6圖之天線結構400之其餘特徵皆與第1、2、3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7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構400之返回損失圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。根據第7圖之量測結果，天線結構400可涵蓋一第一頻帶FB1、一第二頻帶FB2、一第三頻帶FB3、一第四頻帶FB4、一第五頻帶FB5、一第六頻帶FB6，以及一第七頻帶FB7。例如，第一頻帶FB1可介於600MHz至700MHz之間，第二頻帶FB2可介於700MHz至960MHz之間，第三頻帶FB3可介於1710MHz至2170MHz之間，第四頻帶FB4可介於2300MHz至2700MHz之間，第五頻帶FB5可介於3300MHz至3800MHz之間，第六頻帶FB6可介於4000MHz至5000MHz之間，而第七頻帶FB7可介於5000MHz至6000MHz之間。因此，天線結構400將至少可支援次世代5G通訊中之sub-6GHz頻段之寬頻操作。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構400之輻射效率圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表返回損失(dB)。根據第8圖之量測結果，天線結構400於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2、第三頻帶FB3、第四頻帶FB4、第五頻帶FB5、第六頻帶FB6，以及第七頻帶FB7內之輻射效率均可達-4dB或更高，其已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

在一些實施例中，天線結構400之操作原理可如下列所述。短路輻射部130和第一輻射部140可共同激發產生第一頻帶FB1。饋入輻射部110、連接輻射部120，以及第二輻射部150可共同激發產生第二頻帶FB2。饋入輻射部110和第三輻射部160可共同激發產生第三頻帶FB3。饋入輻射部110、連接輻射部120，以及第四輻射部170可共同激發產生第四頻帶FB4。短路輻射部130和第五輻射部180可共同激發產生第五頻帶FB5。第一輻射部140和第二輻射部150之倍頻共振可激發產生第六頻帶FB6。第六輻射部190可激發產生第七頻帶FB7。

在一些實施例中，天線結構400之元件尺寸可如下列所述。短路輻射部130和第一輻射部140之總長度L1可以大致等於天線結構400之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。饋入輻射部110、連接輻射部120，以及第二輻射部150之總長度L2可以大致等於天線結構400之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。饋入輻射部110和第三輻射部160之總長度L3可以大致等於天線結構400之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。饋入輻射部110、連接輻射部120，以及第四輻射部170之總長度L4可以大致等於天線結構400之第四頻帶FB4之0.25倍波長(λ/4)。短路輻射部130和第五輻射部180之總長度L5可以大致等於天線結構400之第五頻帶FB5之0.25倍波長(λ/4)。第六輻射部190之長度L6可以大致等於天線結構400之第七頻帶FB7之0.25倍波長(λ/4)。第六輻射部190和饋入輻射部110之間之耦合間隙GC1之寬度可小於或等於1mm。在第三輻射部160中，較寬部份165之寬度W32可介於較窄部份164之寬度W31之2倍至3倍之間。例如，較窄部份164之寬度W31可介於1mm至1.5mm之間，而較寬部份165之寬度W32可介於2mm至3mm之間。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化天線結構400之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配(Impedance Matching)。

本發明提出一種新穎之天線結構，其至少可涵蓋次世代5G通訊中之sub-6GHz頻段之寬頻操作。大致而言，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。

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。

100,400:天線結構 110:饋入輻射部 111:饋入輻射部之第一端 112:饋入輻射部之第二端 120:連接輻射部 121:連接輻射部之第一端 122:連接輻射部之第二端 130:短路輻射部 131:短路輻射部之第一端 132:短路輻射部之第二端 140:第一輻射部 141:第一輻射部之第一端 142:第一輻射部之第二端 150:第二輻射部 151:第二輻射部之第一端 152:第二輻射部之第二端 160:第三輻射部 161:第三輻射部之第一端 162:第三輻射部之第二端 164:第三輻射部之較窄部份 165:第三輻射部之較寬部份 170:第四輻射部 171:第四輻射部之第一端 172:第四輻射部之第二端 174:第四輻射部之第一部份 175:第四輻射部之第二部份 180:第五輻射部 181:第五輻射部之第一端 182:第五輻射部之第二端 190:第六輻射部 191:第六輻射部之第一端 192:第六輻射部之第二端 195:介質基板 199:信號源 E1:介質基板之第一表面 E2:介質基板之第二表面 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FB4:第四頻帶 FB5:第五頻帶 FB6:第六頻帶 FB7:第七頻帶 GC1:耦合間隙 L1,L2,L3,L4,L5,L6:長度 W31,W32:寬度 VSS:接地電位 θ1:夾角

第1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2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構於介質基板之第一表面上之一部份元件之俯視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構於介質基板之第二表面上之另一部份元件之透視圖。第4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5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構於介質基板之第一表面上之一部份元件之俯視圖。第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構於介質基板之第二表面上之另一部份元件之透視圖。第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之返回損失圖。第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之輻射效率圖。

100:天線結構

110:饋入輻射部

120:連接輻射部

130:短路輻射部

140:第一輻射部

150:第二輻射部

160:第三輻射部

170:第四輻射部

180:第五輻射部

195:介質基板

199:信號源

VSS:接地電位

Claims

一種天線結構，包括：一饋入輻射部，耦接至一信號源；一連接輻射部，耦接至該饋入輻射部；一短路輻射部，耦接至一接地電位；一第一輻射部，耦接至該短路輻射部；一第二輻射部，耦接至該連接輻射部；一第三輻射部，耦接至該饋入輻射部和該連接輻射部，其中該第三輻射部和該第二輻射部大致朝相反方向作延伸；一第四輻射部，耦接至該連接輻射部和該第二輻射部；一第五輻射部，耦接至該短路輻射部和該第一輻射部；以及一介質基板，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該短路輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆形成於該介質基板上；其中該第四輻射部包括互相耦接之一第一部份和一第二部份，而該第一部份和該第二部份之間之一夾角係介於30度至60度之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該介質基板具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部皆設置於該介質基板之該第一表面上，而其中該短路輻射部、該第一輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該介質基板之該第二表面上。
如請求項1所述之天線結構，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部之一組合係呈現一T字形。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部係呈現一L字形。
如請求項1所述之天線結構，其中該第三輻射部係呈現一不等寬直條形。
如請求項2所述之天線結構，更包括：一第六輻射部，耦接至該接地電位，其中該第六輻射部係設置於該介質基板之該第一表面上。
如請求項6所述之天線結構，其中該第六輻射部係鄰近於該饋入輻射部，使得該第六輻射部和該饋入輻射部之間形成一耦合間隙。
如請求項6所述之天線結構，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶、一第四頻帶、一第五頻帶、一第六頻帶，以及一第七頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至700MHz之間，該第二頻帶係介於700MHz至960MHz之間，該第三頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第四頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第五頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，該第六頻帶係介於4000MHz至5000MHz之間，而該第七頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間。
如請求項8所述之天線結構，其中該短路輻射部和該第一輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該第二輻射部之總長度大致等於該第二頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該第四輻射部之總長度大致等於該第四頻帶之0.25倍波長，其中該短路輻射部和該第五輻射部之總長度係大致等於該第五頻帶之0.25倍波長，而其中該第六輻射部之長度係大致等於該第七頻帶之0.25倍波長。
一種天線結構，包括：一饋入輻射部，耦接至一信號源；一連接輻射部，耦接至該饋入輻射部；一短路輻射部，耦接至一接地電位；一第一輻射部，耦接至該短路輻射部；一第二輻射部，耦接至該連接輻射部；一第三輻射部，耦接至該饋入輻射部和該連接輻射部，其中該第三輻射部和該第二輻射部大致朝相反方向作延伸；一第四輻射部，耦接至該連接輻射部和該第二輻射部；一第五輻射部，耦接至該短路輻射部和該第一輻射部；以及一介質基板，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該短路輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第五輻射部皆形成於該介質基板上；其中該介質基板具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該饋入輻射部、該連接輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部皆設置於該介質基板之該第一表面上，而其中該短路輻射部、該第一輻射部，以及該第五輻射部皆設置於該介質基板之該第二表面上；其中該天線結構更包括：一第六輻射部，耦接至該接地電位，其中該第六輻射部係設置於該介質基板之該第一表面上；其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶、一第四頻帶、一第五頻帶、一第六頻帶，以及一第七頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至700MHz之間，該第二頻帶係介於700MHz至960MHz之間，該第三頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，該第四頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第五頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，該第六頻帶係介於4000MHz至5000MHz之間，而該第七頻帶係介於5000MHz至6000MHz之間；其中該短路輻射部和該第一輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該第二輻射部之總長度大致等於該第二頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長，其中該饋入輻射部、該連接輻射部，以及該第四輻射部之總長度大致等於該第四頻帶之0.25倍波長，其中該短路輻射部和該第五輻射部之總長度係大致等於該第五頻帶之0.25倍波長，而其中該第六輻射部之長度係大致等於該第七頻帶之0.25倍波長。