TWI835292B - 天線結構及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種天線結構及電子裝置。天線結構包括基板、第一輻射部及第二輻射部。基板具有相對的第一表面及第二表面。第一輻射部設於第一表面。第一輻射部為吸波材質。第二輻射部設於第二表面。第二輻射部耦接於饋入部。第二輻射部與第一輻射部之間有間距，以透過第二輻射部耦合至第一輻射部而激發第一共振模態。藉此，可降低電磁波的吸收比值。

Description

天線結構及電子裝置
本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種天線結構及電子裝置。
無線電產品所產生的電磁波可能影響人體健康。因此，多國已針對這類產品制定規範。而電磁波的吸收比值(Specific Absorption Rate，SAR)是用於評估人體吸收電磁輻射的指標。在外界電磁場的作用下，人體內所產生的感應電磁場將產生電流，並導致吸收和耗散電磁能量。SAR即可用於表現這樣的物理過程。由此可知，無線電產品的天線需要針對SAR提出設計，以符合規範。
有鑑於此，本發明實施例提供一種天線結構及電子裝置，透過設置吸波(absorber)材質的輻射體降低SAR值。
本發明實施例的天線結構包括(但不僅限於)基板、第一輻射部及第二輻射部。基板具有相對的第一表面及第二表面。第一輻射部設於第一表面。第一輻射部為吸波材質。第二輻射部設於第二表面。第二輻射部耦接於饋入部。第二輻射部與第一輻射部之間有間距，以透過第二輻射部耦合至第一輻射部而激發第一共振模態。
本發明實施例的電子裝置包括(但不僅限於)上述天線結構。
基於上述，依據本發明實施例的天線結構及電子裝置，在基板的相對兩面分別設置輻射部，且其中一個輻射部是由吸波材質所組成。此外，透過耦合方式在吸波材質的輻射部激發特定共振模態。藉此，可有效降低SAR值。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是依據本發明的第一實施例的天線結構10的透視圖，圖1B是依據本發明的第一實施例的天線結構10的示意圖，且圖1C是依據本發明的第一實施例的天線結構10以另一視角觀看的示意圖。請參照圖1A至圖1C，天線結構10包括(但不僅限於)基板11、第一輻射部12、第二輻射部13、饋入部15及接地部16、17。
基板11可以是印刷電路基板、塑膠板或其他載體，且本發明實施例未限制其種類。基板11具有相對的第一表面111(如圖1B所示)及第二表面112(如圖1C所示)。
圖1D是圖1A依A-A剖面線的剖面圖。請參照圖1D，在一實施例中，第一表面111平行於第二表面112。也就是，基板11為平面板狀。而此處「相對」是指第一表面111的朝向相反於第二表面112。在一實施例中，基板11的厚度(即，第一輻射部12與第二輻射部13之間的間距G1(最小距離))小於0.4公厘(mm)。
須說明的是，依據不同應用需求，在其他實施例中，第一表面111及第二表面112可能是曲面、不規則表面或其他形狀的表面。
請參照圖1B及1D，第一輻射部12設於第一表面111。第一輻射部12為吸波材質。吸波材質可以是由電阻型、電介質型或磁介質材料所組成。在一實施例中，如圖1D所示的第一輻射部12的厚度T1小於0.2 mm。此外，吸波材質的導磁係數大約為100-200。
請參照圖1C及1D，第二輻射部13設於第二表面112。在一實施例中，第二輻射部13為金屬材質。例如，銅箔或其他金屬導體。而圖中所示斜線網底部分為金屬材質，且點網底部分為吸波材質。此外，第二輻射部13耦接於饋入部15。
請參照圖1D，因間隔著基板11，第二輻射部13與第一輻射部12之間有間距G1。因此，來自饋入部15的射頻/微波訊號可透過第二輻射部13耦合至第一輻射部12而激發第一共振模態(例如，5.15至5.8 GHz)及第二共振模態(例如，2.4至2.5 GHz)。
請參照圖1D，在一實施例中，第一輻射部12於基板11的正投影部分重疊於第二輻射部13於基板11的正投影。兩輻射部12、13的重疊部分大約占第二輻射部13的面積的30至50%，但不以此為限。
在其他實施例中，第一輻射部12的部分也可能在其他投影面上與第二輻射部13重疊，使得訊號可透過第二輻射部13耦合至第一輻射部12，並據以產生第一共振模態及第二共振模態。
第一輻射部12的形狀有很多變化。請參照圖1A及圖1B，在一實施例中，第一輻射部12包括第一分支121及第二分支122。第一分支121朝圖1B右方延伸而出，且第二分支122朝圖1B左方延伸而出。第一分支121用以激發第一共振模態。此外，來自饋入部15的射頻/微波訊號可透過第二分支122而激發第二共振模態(例如，2.4至2.5 GHz)。
在一實施例中，第一分支121的長度L1大約為第一共振模態的1/4波長。例如，10~15 mm。而第二分支122的長度L2大約為第二共振模態的1/4波長。例如，25至30 mm。
在一實施例中，第一輻射部12包括第一短路部123。第一短路部123耦接第二分支122及接地部16，但其他實施例可能耦接第一分支121。
在一實施例中，第一分支121、第二分支122及第一短路部123的尺寸相關於天線結構10的阻抗匹配。也就是，可藉由調整第一分支121、第二分支122及/或第一短路部123的尺寸來達到阻抗匹配。
第二輻射部13的形狀也有很多變化。請參照圖1A及1C，第二輻射部13包括第一區段131。第一區段131耦接饋入部15。此外，第一區段131的長度L3小於第一共振模態1/4波長。例如，10~15 mm。
在一實施例中，第二輻射部13的寬度相關於第一共振模態及第二共振模態的阻抗匹配。也就是，藉由調整第二輻射部13的尺寸來達到第一共振模態(例如，對應於5.5G Hz的高頻段)及第二共振模態(例如，對應於2.4至2.5 GHz的低頻段)的阻抗匹配。
接地部16耦接接地部17。接地部17可進一步連接系統(例如，天線結構10或設置天線結構10的電路或裝置)的接地部。然而，在其他實施例中，接地部16亦可不直接連接系統的接地部。
須說明的是，依據不同設計需求(例如，共振模態的頻率、阻抗等)，第一輻射部12及第二輻射部13的形狀及尺寸還有可能有其他變化。
圖2A是依據本發明的第二實施例的天線結構20的透視圖，圖2B是依據本發明的第二實施例的天線結構20的示意圖，且圖2C是依據本發明的第二實施例的天線結構20以另一視角觀看的示意圖。請參照圖2A至圖2C，天線結構20包括(但不僅限於)基板21、第一輻射部22、第二輻射部23、饋入部25及接地部26。
圖2D是圖2A依B-B剖面線的剖面圖。請參照圖2D，基板21具有相對的第一表面211(如圖2B所示)及第二表面212(如圖2C所示)。在一實施例中，基板21的厚度(即，第一輻射部22與第二輻射部23之間的間距G2)小於0.4 mm。
請參照圖2B及2D，第一輻射部22設於第一表面211。第一輻射部22為吸波材質。在一實施例中，如圖2D所示的第一輻射部22的厚度T2小於0.2 mm。
請參照圖2C及2D，第二輻射部23設於第二表面212，且第二輻射部23耦接於饋入部25。在一實施例中，第二輻射部23為金屬材質。
請參照圖2D，來自饋入部25的射頻/微波訊號可透過第二輻射部23耦合至第一輻射部22而激發第一共振模態。
基板21、第一輻射部22、第二輻射部23、饋入部25及接地部26的其他介紹可分別參照第一實施例的基板11、第一輻射部12、第二輻射部13、饋入部15及接地部16，於此不再贅述。
與第一實施例不同之處在於，天線結構20透過第一輻射體22激發第一共振模態，但透過第二輻射部23激發第二共振模態。
請參照圖2A及圖2B，第一輻射部22包括第二區段221。第二區段221朝圖2B的右方延伸而出。第二區段221的長度大約為第一共振模態的1/4波長。例如，10~15 mm。
在一實施例中，第二區段221的寬度相關於第一共振模態的阻抗匹配。也就是，藉由調整第二區段221的尺寸來達到第一共振模態(例如，對應於5.5G Hz的高頻段)的阻抗匹配。
請參照圖2A及圖2C，第二輻射部23包括第三分支231。第三分支231朝圖面的右方延伸而出。第三分支231的長度L5大約為第二共振模態的1/4波長。例如，25至30 mm。來自饋入部25的射頻/微波訊號可透過第三分支231而激發第二共振模態。
在一實施例中，第二輻射部23包括第二短路部233。第二短路部233耦接第三分支231及接地部26。
在一實施例中，第二短路部233的尺寸相關於第一共振模態及第二共振模態的阻抗匹配。也就是，藉由調整第二短路部233的尺寸來達到第一共振模態及/或第二共振模態的阻抗匹配。
須說明的是，依據不同設計需求，第一輻射部22及第二輻射部23的形狀及尺寸還有可能有其他變化。
第一實施例或第二實施例的天線結構10、20可設於電子裝置(例如，筆記型電腦、智慧型手機、穿戴式裝置、頭戴式裝置、手持裝置或無線電裝置)。
舉例而言，圖3A是依據本發明的一實施例的電子裝置30的示意圖。請參照圖3A，電子裝置30(以筆記型電腦為例)包括天線結構20’。天線結構20’是對應於第二實施例的天線結構20。本實施例以第二實施例為例，但也可以置換成第一實施例的天線結構10。
圖3B及圖3C是依據本發明的一實施例的天線結構20’的設置示意圖。請參照圖3B及圖3C為電子裝置30的殼體拆開後的示意圖。基板21’、第一輻射體22’及第二輻射體23’的介紹可分別參酌基板21、第一輻射體22及第二輻射體23的說明，於此不再贅述。將基板21’由左上角稍微掀開/彎折後(如圖3B所示)，可見設於另一側的第一輻射體22’。也就是，在正常情況下(基板21’未被掀開/彎折)，以圖3C的視角而言，基板21’完全覆蓋第一輻射體22’。
依據不同設計需求，天線結構20’還可能設置在電子裝置30的其他位置。
在實際應用中，可將第一實施例及第二實施例的第一表面111、211設於電子裝置30的本體朝向人體的一側，且第二表面112、212設於電子裝置30的本體背向人體的一側。藉此，透過天線結構10、20、20’所產生電磁波可受吸波材質影響而降低對人體的影響。
圖4是依據本發明的第一及第二實施例的天線結構10、20的返回損失圖。請參照圖4，天線結構10、20兩者皆可激發出第一共振模態M1(例如，5.2~5.8 GHz)及第二共振模態M2(例如，2.4~2.5 GHz)。
表(1)是針對第一實施例、第二實施例及一般天線結構(與圖1A及圖2A採用相同圖案但未使用吸波材質)的SAR實驗結果： 表(1)
  第一實施例 的SAR(w/1g) 第二實施例 的SAR(w/1g) 一般天線結構 的SAR(w/1g)
2.412 GHz 1.66 1.87 1.94
2.442 GHz 1.71 1.87 1.90
2.472 GHZ 1.76 1.91 1.95
5.2 GHZ 2.43 2.21 4.16
5.32 GHZ 2.75 2.42 4.39
5.6 GHZ 2.55 2.41 4.68
5.825 GHZ 2.61 2.60 4.67
在操作於第一共振模態的頻率(例如，5.2至5.825 GHz)下，第一實施例及第二實施例的SAR值明顯低於一般天線結構的SAR值。
綜上所述，在本發明實施例的天線結構及電子裝置中，提供吸波材質的第一輻射部，並透過耦接饋入部的第二輻射部耦合第一輻射部以產生第一共振模態。藉此，可降低第一共振模態對應頻段的SAR值。而由於可有效降低SAR，因此射頻模組前端可使用較高的輸出功率，從而確保訊號傳輸品質，進而提升使用者體驗。
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。
10、20、20’:天線結構 11、21、21’:基板 12、22、22’:第一輻射部 13、23、23’:第二輻射部 15、25:饋入部 A-A:剖面線 111、211:第一表面 112、212:第二表面 G1、G2:間距 T1、T2:厚度 121:第一分支 122:第二分支 123:第一短路部 16、17、26:接地部 L1~L5:長度 131:第一區段 B-B:剖面線 221:第二區段 231:第三分支 233:第二短路部 30:電子裝置 M1:第一共振模態 M2:第二共振模態
圖1A是依據本發明的第一實施例的天線結構的透視圖。 圖1B是依據本發明的第一實施例的天線結構的示意圖。 圖1C是依據本發明的第一實施例的天線結構以另一視角觀看的示意圖。 圖1D是圖1A依A-A剖面線的剖面圖。 圖2A是依據本發明的第二實施例的天線結構的透視圖。 圖2B是依據本發明的第二實施例的天線結構的示意圖。 圖2C是依據本發明的第二實施例的天線結構以另一視角觀看的示意圖。 圖2D是圖2A依B-B剖面線的剖面圖。 圖3A是依據本發明的一實施例的電子裝置的示意圖。 圖3B及圖3C是依據本發明的一實施例的天線結構的設置示意圖。 圖4是依據本發明的第一及第二實施例的天線結構的返回損失圖。
10:天線結構
11:基板
12:第一輻射部
13:第二輻射部
15:饋入部
17:接地部
A-A:剖面線

Claims (20)

  1. 一種天線結構，包括：一基板，具有相對的一第一表面及一第二表面；一第一輻射部，設於該第一表面，其中該第一輻射部為一吸波材質，該吸波材質的導磁係數為100-200，且該第一輻射部的厚度小於0.2公厘；以及一第二輻射部，設於該第二表面，並耦接於一饋入部，其中該第二輻射部與該第一輻射部之間有一間距，以透過該第二輻射部耦合至該第一輻射部而激發一第一共振模態。
  2. 如請求項1所述的天線結構，還透過該第二輻射部耦合至該第一輻射部而激發一第二共振模態。
  3. 如請求項2所述的天線結構，其中該第一輻射部包括：一第一分支，用以激發該第一共振模態；以及一第二分支，用以激發該第二共振模態。
  4. 如請求項3所述的天線結構，其中該第一分支的長度大約為該第一共振模態的1/4波長。
  5. 如請求項3所述的天線結構，其中該第二分支的長度大約為該第二共振模態的1/4波長。
  6. 如請求項3所述的天線結構，其中該第一輻射部還包括：一第一短路部，耦接該第一分支及該第二分支中的一者、以 及一接地部。
  7. 如請求項6所述的天線結構，其中該第一分支、該第二分支及該第一短路部的尺寸相關於阻抗匹配。
  8. 如請求項2所述的天線結構，其中該第二輻射部包括：一第一區段，耦接該饋入部，且其長度小於該第一共振模態的1/4波長。
  9. 如請求項6所述的天線結構，其中該第一區段的寬度相關於該第一共振模態的阻抗匹配。
  10. 如請求項1所述的天線結構，還透過該第二輻射部激發一第二共振模態。
  11. 如請求項10所述的天線結構，其中該第二輻射部包括一第三分支，用以激發該第二共振模態。
  12. 如請求項11所述的天線結構，其中該第三分支的長度大約為該第二共振模態的1/4波長。
  13. 如請求項11所述的天線結構，其中該第二輻射部還包括：一第二短路部，耦接一接地部。
  14. 如請求項13所述的天線結構，其中該第二短路部的尺寸相關於該第一共振模態及該第二共振模態的阻抗匹配。
  15. 如請求項10所述的天線結構，其中該第一輻射部包括： 一第二區段，其長度大約為該第一共振模態的1/4波長。
  16. 如請求項15所述的天線結構，其中該第二區段的寬度相關於該第一共振模態的阻抗匹配。
  17. 如請求項1所述的天線結構，其中該第二輻射部為一金屬材質。
  18. 如請求項1所述的天線結構，其中該間距小於0.4公厘。
  19. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一輻射部於該基板的正投影部分重疊於該第二輻射部於該基板的正投影。
  20. 一種電子裝置，包括如請求項1至19中的任一項所述的天線結構。
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