TWI757163B - 天線結構 - Google Patents

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TWI757163B TW110115025A TW110115025A TWI757163B TW I757163 B TWI757163 B TW I757163B TW 110115025 A TW110115025 A TW 110115025A TW 110115025 A TW110115025 A TW 110115025A TW I757163 B TWI757163 B TW I757163B
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洪崇庭
李冠賢
鄧穎聰
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    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface

Abstract

一種天線結構，包括：一金屬機構件、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔，其中槽孔具有一第一閉口端和一第二閉口端。第一輻射部具有一饋入點。第二輻射部係耦接至饋入點，其中第二輻射部和第一輻射部大致朝互相遠離之方向作延伸。第三輻射部係耦接至一接地電位，其中第三輻射部係延伸跨越金屬機構件之槽孔。介質基板具有相對之一第一表面和一第二表面，其中第一輻射部、第二輻射部，以及第三輻射部皆設置於介質基板之第一表面，而介質基板之第二表面係鄰近於金屬機構件之槽孔。

Description

天線結構
本發明係關於一種天線結構(Antenna Structure)，特別係關於一種寬頻(Wideband)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、850 MHz、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(Antenna)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：一金屬機構件，具有一槽孔，其中該槽孔具有一第一閉口端和一第二閉口端；一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該饋入點，其中該第一輻射部和該第二輻射部係大致朝互相遠離之方向作延伸；一第三輻射部，耦接至一接地電位，其中該第三輻射部係延伸跨越該金屬機構件之該槽孔；以及一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部皆設置於該介質基板之該第一表面，而該介質基板之該第二表面係鄰近於該金屬機構件之該槽孔。
在一些實施例中，該天線結構更包括：一短路部，其中該第三輻射部係經由該短路部耦接至該接地電位，而該接地電位係由該金屬機構件所提供。
在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一第一直條形，而該第一輻射部之一第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一第二直條形，而該第二輻射部之一第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該第三輻射部係呈現一第三直條形，而該第三輻射部之一第三垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
在一些實施例中，該天線結構能涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至960MHz之間，而該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間。
在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
在一些實施例中，該第一輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第三輻射部之長度係介於12mm至22mm之間。
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。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構(Antenna Structure)100之透視圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之下層部份之示意圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之上層部份之示意圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之剖面圖(沿第1圖之一剖面線LC1)。請一併參考第1、2、3、4圖以理解本發明。天線結構100可以應用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)，或是一銷售時點情報系統(System for POS (Point of Sale))。在第1、2、3、4圖之實施例中，天線結構100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一第三輻射部150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170。
金屬機構件110可以是行動裝置之一外觀元件。必須注意的是，本說明書中所謂「外觀元件」係指行動裝置中使用者眼睛可直接觀察到之部份。在一些實施例中，金屬機構件110為一筆記型電腦之一金屬上蓋，或為一平板電腦之一金屬背蓋，但亦不僅限於此。舉例而言，若行動裝置為一筆記型電腦，則金屬機構件110可為筆記型電腦領域中俗稱之「A件」。在另一些實施例中，金屬機構件110亦可為行動裝置之一內部元件，其無法由使用者眼睛所直接觀察到。金屬機構件110具有一槽孔120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。槽孔120和金屬機構件110之一邊緣111可以大致互相平行。詳細而言，槽孔120可為一閉口槽孔(Closed Slot)並具有互相遠離之一第一閉口端(Closed End)121和一第二閉口端122。天線結構100亦可包括一非導體材質(Nonconductive Material)，其係填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。必須注意的是，由於閉口槽孔120不會在金屬機構件110之邊緣111上形成任何缺口(Notch)，故金屬機構件110之整體強固度將可大幅提升。
第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可用金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。介質基板170可為一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170可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可設置於介質基板170之第一表面E1，而介質基板170之第二表面E2可鄰近於金屬機構件110之槽孔120。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，介質基板170之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板170幾乎可完全覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。
第一輻射部130可大致呈現一第一直條形。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一輻射部130之第一端131處，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。在一些實施例中，第一輻射部130於金屬機構件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，其中此第一垂直投影與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。例如，第一輻射部130之第一垂直投影可完全位於金屬機構件110之槽孔120之內部，但亦不僅限於此。
第二輻射部140可大致呈現一第二直條形。詳細而言，第二輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二輻射部140之第一端141係耦接至饋入點FP和第一輻射部130之第一端131，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。第二輻射部140之第二端142和第一輻射部130之第二端132可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，第二輻射部140於金屬機構件110上具有一第二垂直投影，其中此第二垂直投影與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。例如，第二輻射部140之第二垂直投影可完全位於金屬機構件110之槽孔120之內部，但亦不僅限於此。在一些實施例中，第二輻射部140之長度L2係略小於或等於第一輻射部130之長度L1。在另一些實施例中，第二輻射部140之長度L2亦可略大於第一輻射部130之長度L1。
第三輻射部150可大致呈現一第三直條形。詳細而言，第三輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第三輻射部150之第一端151係耦接至接地電位VSS，而第三輻射部150之第二端152為一開路端並延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。在一些實施例中，第三輻射部150於金屬機構件110上具有一第三垂直投影，其中此第三垂直投影與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。例如，第三輻射部150之第三垂直投影可延伸至金屬機構件110之槽孔120之外部，但亦不僅限於此。另外，第三輻射部150之第二端152還可與金屬機構件110之邊緣111大致互相對齊。
在一些實施例中，天線結構100更包括一短路部(Shorting Element)160。第三輻射部150之第一端151更可經由短路部160耦接至接地電位VSS，其中前述之接地電位VSS可由金屬機構件110所提供。例如，短路部160可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)、一頂針(Pogo Pin)，或是一金屬彈片(Metal Spring)來實施，其形狀及種類於本發明中均不特別作限制。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第5圖之量測結果，當由信號源190所激發時，天線結構100將可涵蓋一第一頻帶FB1和一第二頻帶FB2。例如，第一頻帶FB1可介於600MHz至960MHz之間，而第二頻帶FB2可介於1710MHz至2170MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援LTE(Long Term Evolution)之寬頻操作。
在一些實施例中，天線結構100之操作原理可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120可由第一輻射部130和第二輻射部140所耦合激發，以產生前述之第一頻帶FB1。第一輻射部130和第二輻射部140可激發產生前述之第二頻帶FB2。另外，第三輻射部150可用於微調前述之第一頻帶FB1之阻抗匹配(Impedance Matching)，從而可增加第一頻帶FB1之操作頻寬(Operation Bandwidth)。
在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120之長度LS可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。金屬機構件110之槽孔120之寬度WS可介於8mm至16mm之間，較佳可約為12mm。金屬機構件110之邊緣111和槽孔120之間距D1可介於1mm至9mm之間，較佳可約為5mm。第一輻射部130之長度L1可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部130之寬度W1可介於5mm至15mm之間，較佳可約為10mm。第二輻射部140之長度L2可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第二輻射部140之寬度W2可介於5mm至15mm之間，較佳可約為10mm。第三輻射部150之長度L3可介於12mm至22mm之間，較佳可約為17mm。第三輻射部150之寬度W3可介於5mm至15mm之間，較佳可約為10mm。介質基板170之厚度H1可介於0.1mm至1mm之間，較佳可約為0.4mm。以上元件尺寸之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之操作頻寬和阻抗匹配。
本發明提出一種新穎之天線結構，其可與一金屬機構件互相整合。由於金屬機構件可以視為天線結構之一延伸部份，其將不會對天線結構之輻射性能造成負面影響。相較於傳統設計，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、低製造成本，以及高強固度等優勢，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1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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:金屬機構件 111:金屬機構件之邊緣 120:槽孔 121:槽孔之第一閉口端 122:槽孔之第二閉口端 130:第一輻射部 131:第一輻射部之第一端 132:第一輻射部之第二端 140:第二輻射部 141:第二輻射部之第一端 142:第二輻射部之第二端 150:第三輻射部 151:第三輻射部之第一端 152:第三輻射部之第二端 160:短路部 170:介質基板 190:信號源 D1:間距 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 FP:饋入點 H1:厚度 L1,L2,L3,LS:長度 LC1:剖面線 VSS:接地電位 W1,W2,W3,WS:寬度
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之透視圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之下層部份之示意圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之上層部份之示意圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之剖面圖。 第5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。
100:天線結構
110:金屬機構件
120:槽孔
130:第一輻射部
140:第二輻射部
150:第三輻射部
160:短路部
170:介質基板
190:信號源
FP:饋入點
LC1:剖面線
VSS:接地電位

Claims (9)

  1. 一種天線結構，包括：一金屬機構件，具有一槽孔，其中該槽孔具有一第一閉口端和一第二閉口端；一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該饋入點，其中該第二輻射部和該第一輻射部係大致朝互相遠離之方向作延伸；一第三輻射部，耦接至一接地電位，其中該第三輻射部係延伸跨越該金屬機構件之該槽孔；以及一介質基板，具有相對之一第一表面和一第二表面，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該第三輻射部皆設置於該介質基板之該第一表面，而該介質基板之該第二表面係鄰近於該金屬機構件之該槽孔；其中該第三輻射部之長度係介於12mm至22mm之間。
  2. 如請求項1所述之天線結構，更包括：一短路部，其中該第三輻射部係經由該短路部耦接至該接地電位，而該接地電位係由該金屬機構件所提供。
  3. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部係呈現一第一直條形，而該第一輻射部之一第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
  4. 如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部係呈現一第二直條形，而該第二輻射部之一第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
  5. 如請求項1所述之天線結構，其中該第三輻射部係呈現一第三直條形，而該第三輻射部之一第三垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
  6. 如請求項1所述之天線結構，其中該天線結構能涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶，該第一頻帶係介於600MHz至960MHz之間，而該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間。
  7. 如請求項6所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。
  8. 如請求項6所述之天線結構，其中該第一輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  9. 如請求項6所述之天線結構，其中該第二輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
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