TWI827127B

TWI827127B - 天線結構

Info

Publication number: TWI827127B
Application number: TW111125410A
Authority: TW
Inventors: 賴國仁; 黃金蓮
Original assignee: 啟碁科技股份有限公司
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2023-12-21
Also published as: TW202404186A; US20240014560A1

Abstract

本發明提供一種天線結構，包含一基板、一接地層、一饋入單元、一天線單元及一電感性元件。接地層設置於基板。饋入單元設置於基板。天線單元設置於基板，並連接接地層。天線單元與饋入單元間接連接。電感性元件之一端電性連接饋入單元。電感性元件之另一端電性連接天線單元。藉此，本發明之天線結構可在不增加體積的條件下提升共振頻帶範圍。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別是關於一種小型化天線結構。

由於現有行動式電子裝置(如筆記型電腦、平板電腦及手機)的發展趨勢為輕、薄以及在空間有限的條件下創造更佳的表現性，筆記型電腦中使用的天線元件的研發趨勢亦為體積縮減以及提升效能。然而，在製造成本考量下，減小電子元件的體積可能伴隨著效能的下降。

由此可知，目前市場上缺乏一種可在不提高製造成本的前提下，提高天線頻寬，且同時將體積縮小之天線結構，故相關業者均在尋求其解決之道。

因此，本發明之目的在於提供一種天線結構，其透過電感性元件連接天線單元及饋入單元提升天線結構的共振頻寬。

依據本發明的結構態樣之一實施方式提供一種天線結構，包含一基板、一接地層、一饋入單元、一天線單元及一電感性元件。接地層設置於基板。饋入單元設置於基板。天線單元設置於基板，並連接接地層，天線單元與饋入單元間接連接。電感性元件之一端電性連接饋入單元。電感性元件之另一端電性連接天線單元。

藉此，本發明之天線結構可在不增加體積的條件下提升共振頻帶範圍。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

此外，本文中當某一元件(或單元或模組等)「連接」於另一元件，可指所述元件是直接連接於另一元件，亦可指某一元件是間接連接於另一元件，意即，有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而當有明示某一元件是「直接連接」於另一元件時，才表示沒有其他元件介於所述元件及另一元件之間。而第一、第二、第三等用語只是用來描述不同元件，而對元件本身並無限制，因此，第一元件亦可改稱為第二元件。且本文中之元件/單元/電路之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件/單元/電路本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。

請參閱第1圖至第3圖，第1圖係繪示本發明之一實施例之天線結構100之立體示意圖；第2圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構100之第一表面111之示意圖；第3圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構100之第二表面112之示意圖。天線結構100包含一基板110、一接地層120、一饋入單元130、一天線單元140及一電感性元件150。接地層120設置於基板110。饋入單元130設置於基板110。天線單元140設置於基板110，並連接接地層120，天線單元140與饋入單元130間接連接。電感性元件150之一端電性連接饋入單元130。電感性元件150之另一端電性連接天線單元140。換句話說，天線單元140與饋入單元130透過電感性元件150連接。藉此，本發明之天線結構100可在不增加體積的條件下提升共振頻帶範圍。

具體而言，基板110可包含第一表面111、第二表面112及二通孔113a、113b，第二表面112與第一表面111相對。在本實施例中，饋入單元130、天線單元140及接地層120皆設置於第一表面111。電感性元件150設置於第二表面112。二通孔113a、113b沿垂直第一表面111及第二表面112之一方向x貫穿基板110。其中一通孔113a電性連接電感性元件150之一端及饋入單元130，另一通孔113b電性連接電感性元件150之另一端及天線單元140。藉此，本發明之天線結構100將接地層120、饋入單元130、天線單元140及電感性元件150設置於基板110的第一表面111及第二表面112(饋入單元130及天線單元140設置於第一表面111，電感性元件150設置於第二表面112)，並利用通孔113a、113b作為電性連接的途徑，有效利用空間，以降低天線結構100的體積。

詳細地說，電感性元件150可為一線圈，線圈之圖案可如第3圖之電感性元件150所示。線圈之線寬w可大於等於0.2毫米(mm)，且小於等於0.5毫米，線圈之線距g可大於等於0.2毫米，且小於等於0.5毫米，等效電感值可大於等於4.2n亨利(H)，且小於等於8nH。在本實施例中，線圈之線寬w為0.3毫米，線圈之線距g為0.3毫米，且等效電感值為7.9nH，線圈沿第二方向y之長度S1為3.3毫米，線圈沿第一方向z之長度S2為2.7毫米，但本發明不以此為限。藉此，本發明之天線結構100以線圈取代厚度較大，且複雜度較高的實體電感作為連接天線單元140及饋入單元130的電感性元件150，以達成天線結構100的體積小型化及電路元件的簡化。在本發明的其他實施例中，電感性元件可為圓形線圈或多邊形線圈，但本發明不以此為限。

請參照第2圖至第5圖，第4圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構100之電壓駐波比(VSWR)圖。第5圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構100之效率的示意圖。天線單元140可包含第一頻帶天線141及第二頻帶天線142。第一頻帶天線141電性連接電感性元件150之另一端。第二頻帶天線142及第一頻帶天線141分別設置於饋入單元130之二側。第一頻帶天線141之一共振頻率為1.7G赫茲，第二頻帶天線142之一共振頻率為2.4G赫茲。具體而言，第4圖係繪示天線結構100對應各頻率之電壓駐波比。

詳細地說，第一頻帶天線141包含一第一線段1411、一第二線段1412、一第三線段1413、一第四線段1414及一第五線段1415。第一線段1411沿一第一方向z設置，第一線段1411之一端電性連接電感性元件150。第二線段1412沿垂直第一線段1411之一第二方向y設置，並連接第一線段1411之另一端。第三線段1413連接第二線段1412，且與第一線段1411平行。第四線段1414連接第三線段1413，且與第二線段1412平行。第四線段1414透過第五線段1415連接接地層120。

第二頻帶天線142包含一第一線段1421、一第二線段1422及一耦合線段1423。第一線段1421沿第一方向z設置。第二線段1422連接第一線段1421，並沿垂直第一方向z之第二方向y設置。耦合線段1423連接第一線段1421及接地層120，且平行第二線段1422。

饋入單元130包含一鉛垂線段131、一水平線段132及一第三線段133。鉛垂線段131不與接地層120連接。水平線段132連接鉛垂線段131。饋入單元130之一共振頻率為5G赫茲。具體而言，饋入點F用以接收一饋入訊號。

詳細地說，在頻率為高頻時，電感性元件150可視為開路狀態，此時饋入單元130用以產生5G頻段共振，耦合線段1423可作為5G頻段的阻抗匹配，第二頻帶天線142用以產生2.4G頻段共振。在頻率為低頻時，電感性元件150可視為短路狀態，此時電感性元件150與第一頻帶天線141電性連接形成一迴圈結構產生1.7G頻帶共振。

此外，天線單元140可更包含一貼片結構143。貼片結構143電性連接電感性元件150，並沿方向x與電感性元件150重疊。電感性元件150與天線單元140遠離接地層120之一端重疊，詳細地說，電感性元件150與第一頻帶天線141遠離接地層120之一端重疊。貼片結構143及饋入單元130之第三線段133與電感性元件150重疊的區域可作為2.1G頻帶及4G頻帶的阻抗匹配。因此，透過改變電感性元件150的設置位置及貼片結構143的尺寸可調整2.1G頻段及4G頻段的阻抗匹配。

具體而言，第一頻帶天線141沿第二方向y之長度X1大於等於第二頻帶天線142沿第二方向y之長度X2。第二線段1412與第四線段1414之間沿第一方向z具有間距G1，間距G1大於等於2.5毫米且小於等於4.5毫米。第四線段1414透過第五線段1415連接接地層120，第四線段1414與接地層120之間沿第一方向z具有間距G2，間距G2大於等於0.5毫米且小於等於2毫米。第一頻帶天線141的總長度大於等於第一頻帶天線141之共振頻率的3/4倍波長，且小於等於共振頻率的1倍波長。第四線段1414與電感性元件150沿垂直第一方向z及第二方向y之方向x不重疊。具體而言，第一頻帶天線141的總長度為第一頻帶天線141之所有線段的長度總和，其近似於第二線段1412的長度X1與第三線段1413的長度Y1之和的二倍。

第二頻帶天線142之第二線段1422之長度X2大於第一線段1421之一長度Y3。第一線段1421的長度Y3與第二線段1422的長度X2之和大約等於第二頻帶天線142之共振頻率的1/4倍波長。耦合線段1423與饋入單元130之間沿第一方向z具有間距G3，間距G3大於等於0.5毫米且小於等於2毫米。第二線段1422與電感性元件150之間沿第一方向z具有一間距G4(見第1圖)，間距G4大於等於1.5毫米。進一步來說，間距G3可用以調整5G-6G頻段的阻抗匹配，進而提升效率。

由第4圖及第5圖可知，本發明之天線結構100在共振頻帶涵蓋1.7G赫茲至6G赫茲頻段的情況下，仍能維持良好的效率表現。

請參閱第1圖與第6圖，第6圖係繪示本發明之另一實施例之天線結構100a之示意圖。天線結構100a包含基板110、接地層120a、饋入單元130a、天線單元140a及電感性元件150a。在本實施例中，天線結構100a之基板110、接地層120a、饋入單元130a及天線單元140a皆與第1圖實施例中的天線結構100之基板110、接地層120、饋入單元130及天線單元140結構相同，不再贅述。特別的是，接地層120a、饋入單元130a、天線單元140a、電感性元件150a皆設置於第一表面111。電感性元件150a與天線單元140a沿垂直第一表面111之方向x不重疊。藉此，本發明之天線結構100a可在不增加體積的條件下提升共振頻帶範圍。

由上述實施方式可知，本發明具有下列優點，其一，本發明之天線結構將接地層、饋入單元、天線單元及電感性元件分別設置於基板的第一表面及第二表面，並利用通孔作為電性連接的途徑，有效利用空間，以降低天線結構的體積；其二，本發明之天線結構以線圈取代厚度較大，且複雜度較高的實體電感作為連接天線單元及饋入單元的電感性元件，以達成天線結構的體積小型化及電路元件的簡化；其三，本發明之天線結構在共振頻帶涵蓋1.7G赫茲至6G赫茲頻段的情況下，仍能維持良好的效率表現；其四，本發明之天線結構可在不增加體積的條件下提升共振頻帶範圍。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100,100a:天線結構 110:基板 111:第一表面 112:第二表面 113a,113b:通孔 120,120a:接地層 130,130a:饋入單元 131:鉛垂線段 132:水平線段 133,1413:第三線段 140,140a:天線單元 141:第一頻帶天線 1411,1421:第一線段 1412,1422:第二線段 1414:第四線段 1415:第五線段 142:第二頻帶天線 1423:耦合線段 143:貼片結構 150,150a:電感性元件 F:饋入點 w:線寬 g:線距 G1,G2,G3,G4:間距 S1,S2,X1,X2,Y1,Y3:長度 x:方向 y:第二方向 z:第一方向

第1圖係繪示本發明之一實施例之天線結構之立體示意圖；第2圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構之第一表面之示意圖；第3圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構之第二表面之示意圖；第4圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構之電壓駐波比圖；第5圖係繪示依照第1圖實施例之天線結構之效率的示意圖；及第6圖係繪示本發明之另一實施例之天線結構之示意圖。

100:天線結構

110:基板

113a,113b:通孔

120:接地層

130:饋入單元

131:鉛垂線段

132:水平線段

133:第三線段

140:天線單元

141:第一頻帶天線

142:第一頻帶天線

1422:第二線段

143:貼片結構

150:電感性元件

F:饋入點

G4:間距

x:方向

y:第二方向

z:第一方向

Claims

一種天線結構，包含：一基板；一接地層，設置於該基板；一饋入單元，設置於該基板；一天線單元，設置於該基板，並連接該接地層，該天線單元與該饋入單元間接連接；以及一電感性元件，其中該電感性元件之一端電性連接該饋入單元，該電感性元件之另一端電性連接該天線單元；其中，該天線單元包含：一第一頻帶天線，電性連接該電感性元件之該另一端；及一第二頻帶天線，該第二頻帶天線及該第一頻帶天線分別設置於該饋入單元之二側。
如請求項1所述之天線結構，其中該電感性元件為一線圈。
一種天線結構，包含：一基板；一接地層，設置於該基板；一饋入單元，設置於該基板；一天線單元，設置於該基板，並連接該接地層，該天線單元與該饋入單元間接連接；以及一電感性元件，其中該電感性元件之一端電性連接該饋入單元，該電感性元件之另一端電性連接該天線單元；其中，該電感性元件為一線圈，該線圈之一線寬大於等於0.2毫米，且小於等於0.5毫米，該線圈之一線距大於等於0.2毫米，且小於等於0.5毫米。
如請求項1所述之天線結構，其中該電感性元件之一等效電感值大於等於4.2nH，且小於等於8nH。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一頻帶天線之一共振頻率為1.7G赫茲，該第二頻帶天線之一共振頻率為2.4G赫茲。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一頻帶天線包含：一第一線段，沿一第一方向設置，該第一線段之一端電性連接該電感性元件；一第二線段，沿垂直該第一線段之一第二方向設置，並連接該第一線段之另一端；一第三線段，連接該第二線段，且與該第一線段平行；及一第四線段，連接該第三線段，且與該第二線段平行。
如請求項6所述之天線結構，其中該第一頻帶天線沿該第二方向之一長度大於等於該第二頻帶天線沿該第二方向之一長度。
如請求項6所述之天線結構，其中該第二線段與該第四線段之間沿該第一方向具有一間距，該間距大於等於2.5毫米且小於等於4.5毫米。
如請求項6所述之天線結構，其中該第四線段透過一第五線段連接該接地層，該第四線段與該接地層之間沿該第一方向具有一間距，該間距大於等於0.5毫米且小於等於2毫米。
如請求項7所述之天線結構，其中該第一頻帶天線之一總長度大於等於該第一頻帶天線之一共振頻率的3/4倍波長，且小於等於該第一頻帶天線之該共振頻率的1倍波長。
如請求項7所述之天線結構，其中該第四線段與該電感性元件沿垂直該第一方向及該第二方向之一方向不重疊。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二頻帶天線包含：一第一線段，沿一第一方向設置；一第二線段，連接該第一線段，並沿垂直該第一方向之一第二方向設置；及一耦合線段，連接該第一線段及該接地層，且平行該第二線段。
如請求項12所述之天線結構，其中，該第二線段之一長度大於該第一線段之一長度；該第一線段的該長度與該第二線段的該長度之和等於該第二頻帶天線之一共振頻率的1/4倍波長。
如請求項12所述之天線結構，其中該耦合線段與該饋入單元之間沿該第一方向具有一間距，該間距大於等於0.5毫米且小於等於2毫米。
如請求項12所述之天線結構，其中該第二線段與該電感性元件之間沿該第一方向具有一間距，該間距大於等於1.5毫米。
一種天線結構，包含：一基板；一接地層，設置於該基板；一饋入單元，設置於該基板；一天線單元，設置於該基板，並連接該接地層，該天線單元與該饋入單元間接連接；以及一電感性元件，其中該電感性元件之一端電性連接該饋入單元，該電感性元件之另一端電性連接該天線單元；其中，該基板包含：一第一表面，其中該饋入單元、該天線單元及該接地層皆設置於該第一表面；一第二表面，其與該第一表面相對，其中該電感性元件設置於該第二表面；及二通孔，沿垂直該第一表面及該第二表面之一方向貫穿該基板，其中一該通孔電性連接該電感性元件之該端及該饋入單元，另一該通孔電性連接該電感性元件之該另一端及該天線單元。
如請求項16所述之天線結構，其中該天線單元包含：一貼片結構，電性連接該電感性元件，並沿該方向與該電感性元件重疊。
如請求項17所述之天線結構，其中該電感性元件與該天線單元遠離該接地層之一端重疊。
一種天線結構，包含：一基板；一接地層，設置於該基板；一饋入單元，設置於該基板；一天線單元，設置於該基板，並連接該接地層，該天線單元與該饋入單元間接連接；以及一電感性元件，其中該電感性元件之一端電性連接該饋入單元，該電感性元件之另一端電性連接該天線單元；其中，該饋入單元包含：一鉛垂線段；及一水平線段，連接該鉛垂線段；其中，該饋入單元之一共振頻率為5G赫茲。
一種天線結構，包含：一基板；一接地層，設置於該基板；一饋入單元，設置於該基板；一天線單元，設置於該基板，並連接該接地層，該天線單元與該饋入單元間接連接；以及一電感性元件，其中該電感性元件之一端電性連接該饋入單元，該電感性元件之另一端電性連接該天線單元；其中，該基板包含：一第一表面，其中該饋入單元、該天線單元、該電感性元件及該接地層皆設置於該第一表面；其中，該電感性元件與該天線單元沿垂直該第一表面之一方向不重疊。