TWI825703B

TWI825703B - 天線結構

Info

Publication number: TWI825703B
Application number: TW111117060A
Authority: TW
Inventors: 江啟名
Original assignee: 耀登科技股份有限公司
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-12-11
Also published as: TW202345461A; US20230361473A1

Abstract

本發明公開一種天線結構，其包含一第一絕緣基板、一第二絕緣基板、一第一天線、一第二天線、一第三天線、一接地元件、及一饋入點。第一、第二絕緣基板彼此間隔設置。第一天線與第二天線分別設置於第一絕緣基板的兩側上。第一天線具有一第一對稱線。第二天線具有一第二對稱線。第一、與第二對稱線之間具有介於35度至55度之間的一夾角。第三天線設置於第二絕緣基板面朝第一絕緣基板的側面上。接地元件設置於第二絕緣基板遠離第一絕緣基板的側面上。饋入點連接第三天線與接地元件。據以減少被設置於元件上時所佔的面積並提供雙頻段的功能。

Description

天線結構

本發明涉及一種天線結構，尤其涉及一種立體式的天線結構。

現有天線結構大多設計為平面的片狀結構。然而，當現有天線結構被設置於元件（例如：手機的基板）上時，其於前述元件上會佔據相當多的面積，導致最終產品的體積無法下降。舉例來說，當現有天線結構的邊長被設計為1/2λ、且被應用於特高頻無線射頻辨識（UHF RFID）時，其於902~928MHz頻段的邊長勢必超過16公分以上。

再者，當前述元件有雙頻段功能的需求時，元件需被安裝兩種不同頻段的天線結構（即，兩個不同頻段的獨立系統）。然而，於元件上安裝兩個不同頻段的獨立系統，也會導致最終產品的體積無法下降。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種天線結構。

本發明實施例公開一種天線結構，包括：一第一絕緣基板及一第二絕緣基板，彼此間隔設置，所述第一絕緣基板及所述第二絕緣基板各具有相反的兩側面；一第一天線，設置於所述第一絕緣基板的其中一所述側面，所述第一天線呈對稱形狀並具有一第一對稱線；一第二天線，設置於所述第一絕緣基板的另一所述側面，所述第二天線呈對稱形狀並具有一第二對稱線，所述第一對稱線與所述第二對稱線之間具有一預定夾角，所述預定夾角介於35度至55度之間；一第三天線，設置於所述第二絕緣基板面朝所述第一絕緣基板的所述側面上；一接地元件，設置於所述第二絕緣基板遠離所述第一絕緣基板的所述側面上；至少一饋入點，連接所述第三天線與所述接地元件。

綜上所述，本發明實施例所公開的天線結構，能通過“所述第一絕緣基板及所述第二絕緣基板彼此間隔設置”、“所述第一天線及所述第二天線分別設置於所述第一絕緣基板的兩側面上，且所述第二天線的所述第二對稱線與所述第一天線的所述第一對稱線之間的預定夾角介於35度至55度”、以及“所述第三天線及所述接地元件分別設置於所述第二絕緣基板的兩側面上”的設計，使為單一系統的所述天線結構能具備雙頻段的功能，且能與具有相同增益的平面天線結構更有效減少被設置於元件上時所佔的面積。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“天線結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

另外，於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。

[第一實施例]

參閱圖1及圖7所示，本實施例提供一種天線結構100A，所述天線結構100A的極化方式為線性極化，亦即任何非採用線性極化的天線結構不適合用來比對本實施例的所述天線結構100A。

配合圖1至圖3所示，所述天線結構100A包含一第一絕緣基板1、一第二絕緣基板2、設置於所述第一絕緣基板1上的一第一天線3與一第二天線4、設置於所述第二絕緣基板2上的一第三天線5及一接地元件6、以及連接所述第三天線5與所述接地元件6的至少一饋入點7。

如圖3及圖4所示，所述第一絕緣基板1及所述第二絕緣基板2於本實施例中各為矩形的板狀結構，亦即所述第一絕緣基板1及所述第二絕緣基板2各具有相反的兩側面（即，寬側面），並且所述第一絕緣基板1的尺寸大致與所述第二絕緣基板2的尺寸相等。於一實際應用中，所述第一絕緣基板1及所述第二絕緣基板2可以是PCB板，但本發明不受限於此。舉例來說，本發明於其他未繪示的實施例中，所述第一絕緣基板1的尺寸與所述第二絕緣基板2的尺寸不相等，且分別具有不同的兩個形狀。

參閱圖3至圖5所示，所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2是彼此間隔設置，並且所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2較佳是相互平行，使所述第一絕緣基板1上的元件（例如：所述第一天線3、及所述第二天線4）能與所述第二絕緣基板2上的元件（例如：所述第三天線5、及所述接地元件6）保持一預定距離。

於一實際應用中，所述天線結構100A還包含一支撐架8，所述支撐架8是設置於所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2之間，使所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2能被所述支撐架8保持所述預定距離。

較佳地，所述支撐架8可以是由絕緣材料所製成的環狀結構，並且所述支撐架8的截斷面是由所述第一絕緣基板1朝所述第二絕緣基板2漸縮，以大致呈直角三角形，但本發明不受限於此。此外，位於所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2之間的所述支撐架8可以是圍繞所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2朝向彼此的側面上的元件（例如：所述第二天線4及所述第三天線5）。

當然，本發明於其他未繪示的實施例中，所述支撐架8可以被省略，並且所述第一絕緣基板及所述第二絕緣基板可以通過其他鄰近之元件（例如：最終產品內的其他支撐架），使所述第一絕緣基板1與所述第二絕緣基板2保持所述預定距離。

復參圖3至圖5所示，所述第一天線3為片狀結構的耦合天線，並且設置於所述第一絕緣基板1的其中一所述側面（例如：所述第一絕緣基板1遠離所述第二絕緣基板2的所述側面）。其中，所述第一天線3於本實施例中是呈矩形，並具有兩個第一對稱線L1（圖3及圖6中的所述第一對稱線L1僅繪示一個）。

所述第二天線4為片狀結構的耦合天線，並且設置於所述第一絕緣基板1的另一所述側面（例如：所述第一絕緣基板1鄰近所述第二絕緣基板2的所述側面）。其中，所述第二天線4於本實施例中是呈矩形，並具有兩個第二對稱線L2（圖4及圖6中的所述第一對稱線L2僅繪示一個）。換句話說，所述第一天線3的形狀與所述第二天線4的形狀於本實施例中皆為對稱形狀，並且所述第一天線3的形狀與所述第二天線4的形狀是大致相同（如圖3、圖4、及圖6所示）。

值得注意的是，配合圖5及圖6所示，所述第一天線3正投影於所述第二絕緣基板2的區域是不完全重疊所述第二天線4正投影於所述第二絕緣基板2的區域。具體來說，所述第一天線3的任一個所述第一對稱線L1（正投影於所述第二絕緣基板2的區域）與所述第二天線4的任一個所述第二對稱線L2（正投影於所述第二絕緣基板2的區域）之間具有一預定夾角θ，並且所述預定夾角θ是介於35度至55度之間，使得所述第一天線3的部分不會被所述第二天線4遮擋，且所述第二天線4的部分不會被所述第一天線3遮擋。

據此，所述第一天線3的耦合量與所述第二天線4的耦合量能不被彼此遮擋，從而各自保持於一理想數值。換句話說，為了減少所述第一天線3與所述第二天線4相互遮擋區域，所述預定夾角θ較佳是45度。

需額外說明的是，本實施例中的所述第一對稱線L1及所述第二對稱線L2是矩形的對角線，但所述第一對稱線L1及所述第二對稱線L2不受限於此。舉例來說，所述第一對稱線L1及所述第二對稱線L2也可以是矩形的中心線（例如：圖9所示）。

此外，所述第一對稱線L1及所述第二對稱線L2的各別數量於實務上可以是一個，並且基於所述第一天線3與所述第二天線4的形狀為相同時，所述第一對稱線L1及所述第二對稱線L2是相互對應的。

配合圖3、圖5、及圖6所示，所述第三天線5於本實施例中為呈矩形的片狀結構，並且所述第三天線5的形狀可以與所述第一天線3與所述第二天線4的形狀一致（即，矩形），但本發明不受限於此。舉例來說，所述第三天線5的形狀也可以不同於所述第一天線3及所述第二天線4的形狀。

所述第三天線5設置於所述第二絕緣基板2面朝所述第一絕緣基板1的所述側面上，並且所述第三天線5的位置可以是對應於所述第一天線3的位置或所述第二天線4的位置。其中，當所述第一天線3的頻率數值與所述第二天線4的頻率數值接近、且所述第一天線3的材質與所述第二天線4的材質相同時，所述第一天線3及所述第二天線4至少其中一者正投影於所述第二絕緣基板2的面積大致等於所述第三天線5正投影於所述第二絕緣基板2的面積（如圖3至圖5所示）。

也就是說，所述第一天線3、所述第二天線4、及所述第三天線5的尺寸可以是相同。或者，所述第一天線3或所述第二天線4的尺寸（即，所述第一天線3與所述第二天線4的尺寸不同）、與所述第三天線5的尺寸相同。

配合圖4及圖5所示，所述接地元件6於本實施例中為呈矩形的片狀結構，並且所述接地元件6設置於所述第二絕緣基板2遠離所述第一絕緣基板1的所述側面上。其中，所述接地元件6的側邊是切齊所述第二絕緣基板的2的側邊，並且所述接地元件6的（寬側面的）面積於實際應用中可以是大於所述第一天線3、所述第二天線4、及所述第三天線5的（寬側面的）面積，但本發明不受限於此。

配合圖3至圖5所示，至少一所述饋入點7的數量於本實施例中為一個。所述饋入點7貫穿所述第二絕緣基板2而連接所述第三天線5與所述接地元件6。據此，所述饋入點7能利用其所在位置配合所述第一天線3、所述第二天線4、所述第三天線5、及所述接地元件6來實現線性極化。其中，「利用所述饋入點7的位置」實現線性極化的方法為現有技術，於此則不特別說明。

此外，本實施例的所述天線結構100A能利用所述第一天線3、所述第二天線4、及所述第三天線5之間的配合，來達到雙頻段的效果。其中，如圖7所示，本實施例的所述天線結構100A於其中一個實際例子中，可以具備約為10GHz～12.7GHz的發射頻段以及約為14GHz～14.5GHz的接收頻段，但本發明不受限於此。

[第二實施例]

如圖8至圖9所示，其為本發明的第二實施例，本實施例的天線結構類似於上述第一實施例的天線結構100A，兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例的天線結構與第一實施例的差異主要在於：

如圖8所示，所述第一天線3及所述第二天線4各具有四個缺口P3、P4，並且所述第一天線3的各個所述缺口P3的位置對應所述第二天線4的相鄰的任兩個對角之間，所述第二天線4的各個所述缺口P4的位置對應所述第一天線3的相鄰的任兩個對角之間。

舉例來說，如圖8所示的天線結構100B，當所述第一天線3的四個所述缺口P3及所述第二天線4的四個所述缺口P4呈矩形（例如：方形、或梯形）時，所述第一天線3的形狀與所述第二天線4的形狀是大致呈雪花狀。

此外，如圖9所示的天線結構100B’，所述第一天線3的四個所述缺口P3及所述第二天線4的四個所述缺口P4也可以是位於其對角的位置，並且所述第一天線3的四個所述缺口P3及所述第二天線4的四個所述缺口P4各呈矩形，使所述第一天線3的形狀與所述第二天線4的形狀是大致呈十字狀。

據此，所述第一天線3與所述第二天線4能減少被遮擋的部位面積，從而提升所述第一天線3與所述第二天線4的耦合量。換句話說，本實施例的所述天線結構能相較於第一實施例的所述天線結構100A具有更理想的耦合量。

當然，本發明於其他未繪示的實施例中，所述第一天線3及所述第二天線4各具有的缺口數量也可以是兩個。所述第一天線3的兩個所述缺口P3位置位於所述第一天線3不相鄰的兩個對角上，所述第二天線4的兩個所述缺口P4位置位於所述第一天線4不相鄰的兩個對角上。

也就是說，所述第一天線3不相鄰的兩個對角以及所述第二天線4的兩個所述缺口P4被兩個所述缺口P3與兩個所述缺口P4所取代，使所述第一天線3的形狀及所述第二天線4的形狀大致呈雙箭頭形狀（即，所述第一天線3與所述第二天線4之間具有180度旋轉對稱的關係）。再者，所述第一天線3及所述第二天線4各具有彼此位置對應的一第一對稱線及一第二對稱線，並且前述第一對稱線及第二對稱線具有45度夾角，據此，前述第一天線3及第二天線4亦有相同效果。

[第三實施例]

如圖11至圖14所示，其為本發明的第三實施例，本實施例的天線結構類似於上述第一實施例的天線結構100A，兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例的天線結構與第一實施例的差異主要在於：

配合圖11所示，所述天線結構100C於本實施例中進一步地限定包含有兩個所述饋入點7，並且兩個所述饋入點7的相位差為90度以產生圓極化，亦即此實施例的所述天線結構100C的極化方式為圓極化。換句話說，任何非採用圓極化的天線結構不適合用來比對本實施例的所述天線結構100C。

更細地來看，於本實施例中，所述第三天線5具有彼此相夾90度的兩個中心線LC。兩個所述饋入點7於所述第二絕緣基板2的所在位置分別對應所述第三天線5的兩個所述中心線LC上。據此，兩個所述饋入點7能利用其所在位置配合所述第一天線3、所述第二天線4、所述第三天線5、及所述接地元件6來實現圓極化。其中，「利用兩個所述饋入點7的位置」實現圓極化的方法為現有技術（例如：兩個頻率不一致），於此則不特別說明。

配合圖13及圖14所示，圖13中為本實施例的所述天線結構100C於一頻率（例如：14.25GHz）中所產生的一場型R，圖14中為所述場型R於H平面或E平面的示意圖。其中，圖13中的佈點密度越低表示增益值越高；圖14中的示意圖具有五個線條G1~G5，所述線條G1為總增益值（gain total）、所述線條G2為θ方向的增益值（gain theta）、所述線條G3為ɸ方向的增益值（gain phi）、所述線條G4為左側方向的增益值（gain left）、所述線條G5為右側方向的增益值（gain right）。由圖13至圖14可以得知道，所述天線結構100C的場型趨近於圓形。

另外，值得注意的是，所述天線結構也可通過單一個所述饋入點7實現圓極化。具體來說，所述饋入點7是位於所述第三天線5的非中心位置，使得所述饋入點7與所述第三天線5的四個側邊之間的距離不相等。據此，讓所述饋入點7通過其至所述第三天線5之間的距離差異而發生擾動，從而產生圓極化。

舉例來說，如圖12所示的天線結構100C’，所述饋入點7位於所述第三天線5的對角線上且鄰近所述第三天線5的側邊，並且所述第三天線5的非相鄰的其中兩個所述對角可以被截斷，從而使所述饋入點7與所述第三天線5的四個側邊之間的距離不相等。

當然，「通過單一個所述饋入點7實現圓極化」的方法也可以是通過其他方式（例如：使用微帶線），並且前述方法為現有技術，於此則不特別介紹。

[本發明實施例的技術效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100A、100B、100B’、100C、100C’：天線結構 1：第一絕緣基板 2：第二絕緣基板 3：第一天線 4：第二天線 5：第三天線 6：接地元件 7：饋入點 8：支撐架 L1：第一對稱線 L2：第二對稱線 LC：中心線 θ：預定夾角 R：場型 P3、P4：缺口 G1~G5：線條

圖1為本發明第一實施例的天線結構的立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的天線結構的另一立體示意圖。

圖3為本發明第一實施例的天線結構的分解示意圖。

圖4為本發明第一實施例的天線結構的另一分解示意圖。

圖5為沿圖1的V-V剖線的剖面示意圖。

圖6為圖1的俯視示意圖。

圖7為本發明第一實施例的天線結構的反射係數與頻率的關係圖。

圖8為本發明第二實施例的天線結構的其中一態樣的平面示意圖。

圖9為本發明第二實施例的天線結構的另一態樣的平面示意圖。

圖10為本發明第三實施例的天線結構的立體示意圖。

圖11為本發明第三實施例的天線結構的分解示意圖。

圖12為本發明第三實施例的天線結構的另一態樣的分解示意圖。

圖13為本發明第三實施例的天線結構所產生的場型的立體示意圖。

圖14為本發明第三實施例的場型於H平面或E平面時的示意圖。

100A：天線結構 1：第一絕緣基板 3：第一天線 4：第二天線 L1：第一對稱線 L2：第二對稱線 θ：預定夾角

Claims

一種天線結構，包括：一第一絕緣基板及一第二絕緣基板，彼此間隔設置，所述第一絕緣基板及所述第二絕緣基板各具有相反的兩側面；一第一天線，設置於所述第一絕緣基板的其中一所述側面，所述第一天線呈對稱形狀並具有一第一對稱線；一第二天線，設置於所述第一絕緣基板的另一所述側面，所述第二天線呈對稱形狀並具有一第二對稱線，所述第一對稱線與所述第二對稱線之間具有一預定夾角，所述預定夾角介於35度至55度之間；一第三天線，設置於所述第二絕緣基板面朝所述第一絕緣基板的所述側面上；一接地元件，設置於所述第二絕緣基板遠離所述第一絕緣基板的所述側面上；至少一饋入點，連接所述第三天線與所述接地元件；其中，所述第一天線及所述第二天線各呈矩形，並且所述第一天線及所述第二天線各具有兩個缺口，所述第一天線的各個所述缺口的位置對應所述第二天線的相鄰的任兩個對角之間，所述第二天線的各個所述缺口的位置對應所述第一天線的相鄰的任兩個對角之間。
如請求項1所述的天線結構，其中，所述第一絕緣基板及所述第二絕緣基板相互平行，所述第一天線的形狀與所述第二天線的形狀相同，所述預定夾角為45度。
如請求項1所述的天線結構，其中，所述天線結構進一步地限定包含有兩個所述饋入點，並且兩個所述饋入點的相位差為90度以產生圓極化。
如請求項1所述的天線結構，其中，所述天線結構還包含一支撐架，所述支撐架設置於所述第一絕緣基板與所述第二絕緣基板之間。
如請求項4所述的天線結構，其中，所述支撐架的截斷面由所述第一絕緣基板朝所述第二絕緣基板漸縮。
如請求項4所述的天線結構，其中，位於所述第一絕緣基板與所述第二絕緣基板之間的所述支撐架圍繞所述第一絕緣基板與所述第二絕緣基板朝向彼此的側面上的元件。
如請求項1所述的天線結構，其中，當所述第一天線的頻率數值與所述第二天線的頻率數值接近、且所述第一天線的材質與所述第二天線的材質相同時，所述第一天線及所述第二天線至少其中一者正投影於所述第二絕緣基板的面積等於所述第三天線正投影於所述第二絕緣基板的面積。
如請求項1所述的天線結構，其中，所述天線結構進一步地限定包含有一個所述饋入點，並且所述饋入點通過其至所述第三天線之間的距離差異而發生擾動，從而產生圓極化。
如請求項1所述的天線結構，其中，所述天線結構進一步地限定包含有一個所述饋入點，並且所述饋入點產生線性極化。