TWI789877B - 天線結構 - Google Patents

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Abstract

一種天線結構，包含基板、多個反射板、接地板、輻射體和多個導通孔。基板具有相對的第一側及第二側，且包含液晶高分子材料。此些反射板位於基板的第一側且排列為陣列。接地板位於基板的第二側，且與此些反射板在基板的法線方向上重疊。輻射體位於基板的第二側，且在基板的法線方向上不與些反射板重疊。輻射體具有由一第一輻射分支及一第二輻射分支定義出的一開槽孔，此開槽孔用以激發不同頻段之至少二操作模態。導通孔分別穿過基板並在第一側耦接反射板，在第二側耦接第一接地板。

Description

天線結構
本發明是有關於天線結構，且特別是具反射板陣列的天線結構。
隨著通訊技術的蓬勃發展，商用行動通訊系統已可達成在高速數據傳輸，且利於網路服務業者提供各式各樣的服務，例如多媒體影音串流、即時路況報導和行車導航以及即時網路通訊等需要龐大資料傳輸量的網路服務。對於硬體方面而言，天線的設計影響無線訊號的傳輸和接收效能。因此，如何設計一種天線結構，其具有寬頻頻帶範圍，且同時具有良好的輻射效能及天線增益，已為相關產業所致力的其中一個目標。
本發明是一種天線結構，包含基板、多個反射板、接地板、輻射體和多個導通孔。基板具有相對的第一側及第二側，且包含液晶高分子材料。此些反射板位於基板的第一側且排列為陣列。接地板位於基板的第二側，且與此 些反射板在基板的法線方向上重疊。輻射體位於基板的第二側，且在基板的法線方向上不與此些反射板重疊。輻射體具有由一第一輻射分支及一第二分支定義出至少一個用以激發不同頻段之至少二操作模態之開槽孔。第一輻射分支的長度為0.23λ1~0.25λ1，且第二輻射分支的長度為0.23λ2~0.25λ2，其中λ1和λ2分別為對應此些操作模態的第一共振頻率和第二共振頻率之波長。此些導通孔分別穿過基板，並分別在第一側和第二側耦接此些反射板和接地板。
依據本發明一或多個實施例，接地板定義出缺口，且輻射體具有位於缺口中的訊號饋入端。
依據本發明一或多個實施例，基板具有平面部和突起部。平面部大致與突起部相互垂直，且此些反射板與第一輻射體分別位於平面部和突起部。
依據本發明一或多個實施例，開槽孔為L形槽孔。
依據本發明一或多個實施例，輻射體更包含訊號饋入端、訊號饋入分支和輻射分支。訊號饋入端用以耦接外部端子。訊號饋入分支耦接訊號饋入端。輻射分支耦接訊號饋入分支，且定義出開槽孔。輻射分支為方形或矩形。
依據本發明一或多個實施例，天線結構更包含第二接地板和第二輻射體。第二接地板位於基板的第一側且電性連接第一接地板。第二輻射體位於基板的第一側且耦接第二接地板。第二輻射體與第一輻射體構成偶極天線。第一輻射體的訊號饋入分支和第二輻射體的接地分支在基板 的法線方向上重疊。
依據本發明一或多個實施例，每一此些反射板為矩形框或為矩形、十字形或圓形。
100,300,400,500,600,700,800,900:天線結構
110,310,410,510,610,710,810,910:基板
120,320,420,520,620,720,820,920:反射板
130,330,430A,430B,530,630,730,830,930:接地板
131,331,431B,531:缺口
140,340,440A,440B,540,640,740,840,940:輻射體
141,142,342,442A,443A,443B,444B,544,546,547:輻射分支
143,343,442B,542:訊號饋入端
144,344,444A,445B,545:開槽孔
150,350,450,550,650,750,850,950:導通孔
341,441B,541:訊號饋入分支
441A,543:接地分支
910A:平面部
910B:可彎折部
910C:突起部
G120,G140:間隔
L120,L1141,L2141,L142,L143,L1144,L2144:長度
W1141,W2141,W142,W144:寬度
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：[圖1A]和[圖1B]分別為本發明實施例之天線結構的第一側平面圖和第二側平面圖；[圖1C]為[圖1B]所示之輻射體的放大平面圖；[圖2A]和[圖2B]分別為本發明實施例和比較例之天線結構的返回損失模擬結果；[圖3A]為本發明另一實施例之天線結構的第二側平面圖；[圖3B]為[圖3A]所示之輻射體的放大平面圖；[圖4A]和[圖4B]分別為本發明又一實施例之天線結構的第一側平面圖和第二側平面圖；[圖4C]和[圖4D]分別為[圖4A]和[圖4B]所示之輻射體的放大平面圖；[圖5A]為本發明又一實施例之天線結構的第二側平面圖；[圖5B]為[圖5A]所示之輻射體的放大平面圖；[圖6]為本發明又一實施例之天線結構的第一側平面圖；[圖7]為本發明又一實施例之天線結構的第一側平面圖； [圖8]為本發明又一實施例之天線結構的第一側平面圖；[圖9A]為本發明又一實施例之天線結構的第一側平面圖；以及[圖9B]和[圖9C]分別為[圖9A]之天線結構彎折後的立體圖和側視圖。
以下說明本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。
以下說明和申請專利範圍可使用術語「耦接」及其衍生詞。在特定實施例中，「耦接」可指二或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是不彼此直接接觸。
在本發明中，每一輻射體為單極天線型式，其可產生四分之一波長共振的操作模態。此外，輻射體還具有開槽孔，使得電流可分岔為不同路徑，進而激發出至少兩個不同頻帶的操作模態，故具有多頻帶的特性。反射板陣列和接地板為共同接地，以避免因不同接地的電位差所產生的表面波效應。基板和位於基板第一側之排列為陣列的反射板以及位於基板第二側之接地板構成具負折射率的超穎 材料結構，其呈現出與右手特性不同的左手特性，故與右手特性的輻射體結合，可使得整體天線結構呈現出複合式左右特性，進而增加其操作頻寬。此外，兩個相鄰的反射板之間產生寄生電容，其與具電感特性的反射板構成並聯的LC電路，且在共振頻率下，排列為陣列的反射板具有無限大的阻抗，故可將輻射體發出的電磁波反射回輻射體，且同時具有相似於陷波器的效果，進而使整體輻射場型朝向反射板陣列上方，進一步提高天線增益及指向性。
圖1A和圖1B分別為本發明實施例之天線結構100的第一側平面圖和第二側平面圖。天線結構100包含基板110、多個反射板120、接地板130、輻射體140和多個導通孔150，其中反射板120位於基板110的第一側，接地板130和輻射體140位於基板110的第二側，且導通孔150穿過基板110以分別耦接反射板120並共同耦接接地板130。
基板110包含液晶高分子材料，其厚度大約為100μm至400μm。反射板120為方形貼片，且在基板110的第一側排列為多行和多列的陣列。每一反射板120具有長度L120，且相鄰反射板120之間具有間隔G120。在其他實施例中，每一反射板120可以是長度和寬度不同的矩形貼片。圖1A和圖1B係以3×3個反射板120為例，即反射板120排列為三行和三列的陣列，而在其他變化實施例中，天線結構100可具有不同數量和不同排列方式的反射板120。接地板130為矩形貼片，且在基板110的法 線方向上與反射板120重疊。每一反射板120可藉由穿過基板110的導通孔150與接地板130電性連接。反射板120和接地板130的材料可以是例如銅、銀、金、鉑、鎳、錫金屬、上述金屬的合金、和/或其他合適的材料。
輻射體140與接地板130實體分離，且在基板110的法線方向上未與反射板120重疊。相似於反射板120和接地板130，輻射體140的材料也可以是例如銅、銀、金、鉑、鎳、錫金屬、上述金屬的合金、和/或其他合適的材料。導通孔150分別位於反射板120的中心。然而，導通孔150的位置可依據反射板120的數量和/或輻射體140的尺寸及圖案對應變更，而不以圖1A和圖1B所示之位置為限。
圖1C為圖1B所示之輻射體140的放大平面圖。如圖1C所示，輻射體140為單極天線，其具有兩個輻射分支141、142、訊號饋入端143和開槽孔144，其中訊號饋入端143用以耦接外部端子，而開槽孔144是由輻射分支141和142定義出，使得輻射體140可用以激發不同頻段的至少兩個操作模態。接地板130另具有缺口131，且訊號饋入端143位於缺口131中，其與接地板130之間具有間隔G140。
輻射分支141具有直條區段和矩形塊狀區段，其中直條區段的長度和寬度分別為L1141和W1141，且矩形塊狀區段的長度和寬度分別為L2141和W2141。輻射分支142具有單一直條區段，其長度和寬度分別為L142和 W142。訊號饋入端143為方形，其長度為L143。開槽孔144為L形且具有第一區段和第二區段，其中第一區段的長度和寬度分別為L1144和W144，且第二區段的長度和寬度分別為L2144和W144。
圖2A和圖2B分別為本發明實施例之天線結構100和比較例之天線結構的返回損失模擬結果。在本發明實施例中，反射板120的長度L120為2.5mm~3.5mm，輻射分支141之各區段的長度L1141、L2141和寬度W1141、W2141分別為0.5mm~3.0mm、0.25mm~2.75mm、0.05mm~0.15mm、0.15mm~0.25mm，輻射分支142的長度L142和寬度W142分別為0.40mm~2.90mm、0.05mm~0.15mm。輻射分支141的長度L1141和輻射分支142的長度L142分別大約為0.23λ1~0.25λ1和0.23λ2~0.25λ2，其中λ1和λ2分別為對應第一操作模態的共振頻率和對應第二操作模態的共振頻率之波長。比較例為圖1A和圖1B之天線結構100移除所有反射板120後的天線結構。比較圖2A和圖2B可知，本發明實施例對應第一操作模態和第二操作模態的頻帶分別為26.99GHz至31.25GHz和35.55GHz至42.37GHz，而比較例對應第一操作模態和第二操作模態的頻帶分別為28.68GHz至29.85GHz和35.79GHz至37.45GHz，故本發明實施例的第一操作模態頻寬和第二操作模態頻寬相較於比較例分別增加3.03GHz和5.12GHz。此外，本發明實施例的第一操作模態天線增益 和第二操作模態天線增益可分別達到4.3dB和5dB，與比較例相比分別增加2.6dB和2.3dB。因此，本發明實施例的天線結構100與比較例之天線結構相比，無論是在頻率較低的第一操作模態，或是在頻率較高的第二操作模態，均具有較大的頻寬及天線增益。由上述可知，本發明實施例可有效加大任一操作模態頻寬和天線增益的功效。
圖3A為本發明實施例之天線結構300的第二側平面圖。圖3A所示之天線結構300包含基板310、多個反射板320、接地板330、輻射體340和導通孔350，其中反射板320位於基板310的第一側，接地板330和輻射體340位於基板310的第二側且彼此實體分離，且導通孔350穿過基板310以分別耦接反射板320並共同耦接接地板330。圖3A之天線結構300與圖1A和圖1B之天線結構100的差異在於，如圖3B進一步所示，輻射體340具有直條訊號饋入分支341、方形輻射分支342、訊號饋入端343和L形開槽孔344，其中訊號饋入分支341的兩端分別耦接輻射分支342和訊號饋入端343，訊號饋入端343位於接地板330的缺口331中且用以耦接外部端子，且開槽孔344是由輻射分支342定義出，使得輻射體340可用以激發兩個操作模態。在其他實施例中，輻射分支342可以是長度和寬度不同的矩形。基板310、反射板320、接地板330和導通孔350分別相似於天線結構100之基板110、反射板120、接地板130和導通孔150，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖4A和圖4B分別為本發明實施例之天線結構400的第一側平面圖和第二側平面圖。圖4A和圖4B所示之天線結構400包含基板410、多個反射板420、接地板430A、430B、輻射體440A、440B和導通孔450，其中反射板420、接地板430A和輻射體440A位於基板410的第一側且彼此電性連接，接地板430B和輻射體440B位於基板410的第二側且彼此實體分離，接地板430A和430B在基板410的法線方向上重疊，且導通孔450穿過基板410以分別耦接反射板420並共同耦接接地板430B。圖4A和圖4B之天線結構400與圖1A和圖1B之天線結構100的差異在於，輻射體440A、440B構成偶極天線，且如圖4C和圖4D進一步所示，輻射體440A具有直條接地分支441A、兩個輻射分支442A、443A和L形開槽孔444A，且輻射體440B具有直條訊號饋入分支441B、訊號饋入端442B、兩個輻射分支443B、444B和L形開槽孔445B。在輻射體440A中，接地分支441A的兩端分別耦接接地板430A和兩個輻射分支442A、443A。在輻射體440B中，訊號饋入分支441B的兩端分別耦接訊號饋入端442B和兩個輻射分支443B、444B，且訊號饋入端442B位於接地板430B的缺口431B中且用以耦接外部端子。開槽孔444A是由輻射分支442A、443A定義出，且開槽孔445B是由輻射分支443B、444B定義出，使得輻射體440A、440B可用以共同激發兩個操作模態。此外，接地分支441A和訊號饋入分支441B可 在基板410的法線方向上重疊，且接地板430A、430B可藉由穿過基板410的額外導通孔(圖未繪示)彼此電性連接。基板410、反射板420、接地板430B和導通孔450分別相似於天線結構100之基板110、反射板120、接地板130和導通孔150，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖5A為本發明實施例之天線結構500的第二側平面圖。圖5A所示之天線結構500包含基板510、多個反射板520、接地板530、輻射體540和導通孔550，其中反射板520位於基板510的第一側，接地板530和輻射體540位於基板510的第二側，且導通孔550穿過基板510以分別耦接反射板520並共同耦接接地板530。圖5A之天線結構500與圖1A、圖1B之天線結構100的差異在於，如圖5B進一步所示，輻射體540具有訊號饋入分支541、訊號饋入端542、接地分支543、輻射分支544和L形開槽孔545，其中訊號饋入分支541和接地分支543的一端耦接輻射分支544，訊號饋入分支541的另一端耦接訊號饋入端542，接地分支543的另一端耦接接地板530，訊號饋入端542位於接地板530的缺口531中且用以耦接外部端子，輻射分支544的輻射端部由兩個輻射分支546、547構成，且開槽孔545是由輻射分支546和547定義出，使得輻射體540可用以激發兩個操作模態。基板510、反射板520、接地板530和導通孔550分別相似於天線結構100之基板110、反射板120、接地 板130和導通孔150，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖6為本發明實施例之天線結構600的第一側平面圖。圖6所示之天線結構600包含基板610、多個反射板620、接地板630、輻射體640和導通孔650，其中反射板620位於基板610的第一側，接地板630和輻射體640位於基板610的第二側且彼此實體分離，且導通孔650穿過基板610以分別耦接反射板620並共同耦接接地板630。圖6之天線結構600與圖1A和圖1B之天線結構100的差異在於，如圖6所示，每一反射板620為十字形。基板610、接地板630、輻射體640和導通孔650分別相似於天線結構100之基板110、接地板130、輻射體140和導通孔150，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖7為本發明實施例之天線結構700的第一側平面圖。圖7所示之天線結構700包含基板710、多個反射板720、接地板730、輻射體740和導通孔750，其中反射板720位於基板710的第一側，接地板730和輻射體740位於基板710的第二側且彼此實體分離，且導通孔750穿過基板710以分別耦接反射板720並共同耦接接地板730。圖7之天線結構700與圖1A和圖1B之天線結構100的差異在於，如圖7所示，每一反射板720為圓形板。基板710、接地板730、輻射體740和導通孔750分別相似於天線結構100之基板110、接地板130、輻射 體140和導通孔150，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖8為本發明實施例之天線結構800的第一側平面圖。圖8所示之天線結構800包含基板810、多個反射板820、接地板830、輻射體840和導通孔850，其中反射板820位於基板810的第一側，接地板830和輻射體840位於基板810的第二側且彼此實體分離，且導通孔850穿過基板810以分別耦接反射板820並共同耦接接地板830。圖8之天線結構800與圖1A和圖1B之天線結構100的差異在於，如圖8所示，每一反射板820為矩形框且對應多個導通孔850。基板810、接地板830和輻射體840分別相似於天線結構100之基板110、接地板130和輻射體140，故其相關說明可參照前述天線結構100之說明。
圖9A為本發明又一實施例之天線結構900的第一側平面圖。天線結構900包含基板910、多個反射板920、接地板930、輻射體940和多個導通孔950。相較於天線結構100的基板110，基板910為可彎曲的柔性基板，其具有平面部910A、可彎折部910B和突起部910C。反射板920、接地板930、輻射體940和導通孔950可分別相似於天線結構100之反射板120、接地板130、輻射體140和導通孔150。
圖9B和圖9C分別為天線結構900彎折後的立體圖和側視圖。如圖9B和圖9C所示，在對基板910進行 彎折處理後，平面部910A大致與突起部910C相互垂直。接地板930自平面部910A經由可彎折部910B延伸至突起部910C，反射板920和導通孔950位於平面部910A，且輻射體940位於突起部910C。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:天線結構
110:基板
120:反射板
130:接地板
140:輻射體
150:導通孔
G120:間隔
L120:長度

Claims (9)

  1. 一種天線結構，包含：一基板，具有相對之一第一側及一第二側，該基板包含液晶高分子材料；複數個反射板，位於該基板之第一側，該些反射板排列為一陣列；一第一接地板，位於該基板之第二側，該第一接地板與該些反射板在該基板的法線方向上重疊；一第一輻射體，位於該基板之第二側，該第一輻射體在該基板的法線方向上不與該些反射板重疊，且該第一輻射體具有由一第一輻射分支及一第二輻射分支定義出的一開槽孔，該開槽孔用以激發不同頻段之至少二操作模態，該第一輻射分支的長度為0.23λ1~0.25λ1，且該第二輻射分支的長度為0.23λ2~0.25λ2，其中λ1和λ2分別為對應該些操作模態之一第一共振頻率和一第二共振頻率之波長；以及複數個導通孔，分別穿過該基板，每一該些導通孔分別在該基板之第一側和第二側耦接該些反射板和該第一接地板；其中該基板具有一平面部和一突起部，該平面部大致與該突起部相互垂直，且該些反射板與該第一輻射體分別位於該平面部和該突起部。
  2. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一接 地板定義出一缺口，且該第一輻射體具有一訊號饋入端，該訊號饋入端位於該缺口中。
  3. 如請求項1所述之天線結構，其中該開槽孔係一L形槽孔。
  4. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射體包含：一訊號饋入端，用以耦接一外部端子；一訊號饋入分支，耦接該訊號饋入端；以及一輻射分支，耦接該訊號饋入分支，且定義出該開槽孔。
  5. 如請求項4所述之天線結構，其中該輻射分支為方形或矩形。
  6. 如請求項1所述之天線結構，更包含：一第二接地板，位於該基板之第一側且電性連接該第一接地板；以及一第二輻射體，位於該基板之第一側且耦接該第二接地板，該第二輻射體與該第一輻射體構成一偶極天線。
  7. 如請求項6所述之天線結構，其中該第一輻射體之一訊號饋入分支及該第二輻射體之一接地分支在該基板的法線方向上重疊。
  8. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射體包含：一訊號饋入端，用以耦接一外部端子；一訊號饋入分支，耦接該訊號饋入端；一接地分支，耦接該第一接地板；以及一輻射分支，耦接該訊號饋入分支及該接地分支，且定義出該開槽孔。
  9. 如請求項1所述之天線結構，其中每一該些反射板係一矩形框或為矩形、十字形或圓形。
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