TWM588368U - 包含具有特定範圍之介電常數之複合塑膠材料形成的載體之天線 - Google Patents

Abstract

一天線包含一載體及至少一導電部件。該載體可以一複合塑膠材料形成。該載體可提供至少一容載區域。該複合塑膠材料可具有一介電常數。該至少一導電部件可形成於該至少一容載區域以與該載體結合。該至少一導電部件可形成一圖案。該介電常數係介於一第一數值及一第二數值之間，其中該第一數值及該第二數值大於零，及該第一數值小於該第二數值。該第一數值實質上為6。

Description

包含具有特定範圍之介電常數之複合塑膠材料形成的載體之 天線

本創作係關於一種天線，具體而言，關於一種包含具有特定範圍之介電常數之複合塑膠材料形成的載體之天線。

隨著無線通訊之需求增加及技術進展，天線相關的需求也有所提高。當前常見的應用場景，可包含使用可攜裝置進行無線通訊。

有關於天線效能，可藉由量測電壓駐波比(voltage standing wave ratio，VSWR)及效率(efficiency)曲線效率之波形予以評估。第1圖為習知技術中，天線之電壓駐波比的波形圖。第2圖為習知技術中，天線之效率曲線的波形圖。

由於可攜裝置之尺寸及重量常受限制，故於工程方面，天線所佔的尺寸亦有縮小的需求。然而，若直接縮小天線之尺寸，可能影響天線收發訊號之相關能力，且使天線效能惡化。因此，本領域仍缺乏解決方案，用以縮小天 線尺寸及兼顧天線效能。

實施例提供一種天線，包含一載體及至少一導電部件。該載體可用一複合塑膠材料形成，該載體提供至少一容載區域，該載體具有一介電常數。該至少一導電部件，形成於該至少一容載區域以與該載體結合，該至少一導電部件形成一圖案。該介電常數係介於一第一數值及一第二數值之間，該第一數值及該第二數值大於零，該第一數值小於該第二數值。該第一數值實質上為6。

實施例提供一種天線，包含一載體及至少一導電部件。該載體可用一複合塑膠材料形成，該載體提供至少一容載區域，該複合塑膠材料具有一介電常數。該至少一導電部件，形成於該至少一容載區域以與該載體結合，該至少一導電部件形成一圖案。該介電常數實質上係介於7及10之間。

100、800、900、1400、1500‧‧‧天線

110、810、910、1410、1510‧‧‧載體

120、820、920、1420、1520‧‧‧導電部件

CA‧‧‧容載區域

L1‧‧‧長度

W1‧‧‧寬度

第1圖為習知技術中，天線之電壓駐波比的波形圖。

第2圖為習知技術中，天線之效率曲線的波形圖。

第3圖為實施例之天線的第一視角之示意圖。

第4圖為實施例中，第3圖之天線的第二視角之示意圖。

第5圖為實施例中，第3圖之天線的第三視角之示意圖。

第6圖為第3圖之實施例中，天線之電壓駐波比的波形圖。

第7圖為第3圖之實施例中，天線之效率曲線的波形圖。

第8圖為另一實施例中，天線的示意圖。

第9圖為另一實施例中，天線的示意圖。

第10圖是第8圖的實施例中，天線之電壓駐波比的波形圖。

第11圖是第9圖的實施例中，天線之電壓駐波比的波形圖。

第12圖是第8圖的實施例中，天線之效率曲線的波形圖。

第13圖是第9圖的實施例中，天線之效率曲線的波形圖。

第14圖為另一實施例中，天線的示意圖。

第15圖為另一實施例中，天線的示意圖。

第3圖為實施例中，天線100的第一視角之示意圖。第4圖為實施例中，第3圖之天線100的第二視角之示意圖。第5圖為實施例中，第3圖之天線100的第三視角之示意圖。舉例而言，第3圖、第4圖及第5圖可分別提供天線100之上視圖、下視圖及斜視圖，從而可表示天線100於三維之結構。

天線100可包含載體110及至少一導電部件120。載體110可用複合塑膠材料形成。載體110可提供至少一容載區域CA。形成載體110之複合塑膠材料可具有介電常數ε。導電部件120可形成於容載區域CA，從而與載體110結合。導電部件120可形成圖案(pattern)。

介電常數ε可介於第一數值V1及第二數值V2之間，其中第一數值V1及第二數值V2大於零，且第一數值V1小於第二數值V2，也就是說，介電常數ε可表示為算式(eq-1)：0<V1

ε

V2...(eq-1)； 根據實施例，研究及實驗之結果指出，第一數值v1實質上可為6，第二數值V2實質上可為10。因此，實施例中，形成載體110之複合塑膠材料之介電常數ε可表述為算式(eq-2)：6

ε

10...(eq-2)；藉由調整形成載體110之複合塑膠材料之介電常數，可兼顧保持天線效能及縮小天線尺寸，如後文所述。

根據實施例，天線100中，載體110及導電部件120可使用雷射直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)製程產生及互相結合。舉例來說，根據實施例，可先以射出成型(injection molding)方式將具有熱塑性之複合塑膠材料射出成型，以形成載體110。再添加特殊化學藥劑，並施加雷射，以進行活化，而產生物理化學反應，形成金屬核，此可為雷射活化(laser activation)步驟。藉此步驟，可使金屬(例如，但不限於，銅)在金屬化過程中，於複合塑膠材料上紮根。根據實施例，還可進行電鍍(metallization)步驟，於經過金屬化之複合塑膠材料之表面進行電鍍。舉例來說，可視工程需求，鍍上銅、鎳及/或金等金屬。經上述製程，由導體(如金屬)形成之導電部件120可被設置於所規劃的容載區域CA，從而使載體110及導電部件120成為具備導電線路的模塑互連元件(molded interconnect device，MID)元件。根據實施例，第3圖之天線100可用所述的雷射直接成型製程予以製造，以利與其他電路進行組裝。

根據實施例，除了使用雷射直接成型製程，天線100之載體110及導電部件120亦可使用軟性印刷電路板、金屬沖壓成型製程或金屬噴塗成型製程而產生及互相結合。

舉例來說，習知的塑膠材料，其介電常數ε可約為3，若使用介電常數ε為3之習知技術的塑膠材料形成第3圖之結構的天線，並操作於約1吉赫茲(GHz)之頻段，則經實測，該習知技術之天線的長度可為11公釐(mm)，且寬度可為85公釐(mm)，高度可為5公釐(mm)，故習知技術之天線所佔面積可達935平方公釐(mm²)，體積可達4675立方公釐(mm³)。然而，如第3圖所示，根據實施例，載體110及導電部件120結合後，天線100可具有長度L1及寬度W1。所述長度可例如對應於第3圖之水平方向(X方向)，所述寬度可例如對應於第3圖之垂直方向(Y方向)。根據實施例，當載體110之複合塑膠材料的介電常數為6到7，則天線100可操作於約1吉赫茲之頻段，長度L1實質上可為小於85公釐，例如長度L1實質上可為80公釐，及寬度W1實質上可小於9.5公釐，高度H1(如第5圖所示)實質上可小於4.5公釐，故天線100所佔面積可約為760平方公釐，體積可達3420立方公釐。當載體110之複合塑膠材料的介電常數為7到10，則天線100可操作於約1吉赫茲之頻段，長度L1實質上可為小於85公釐，例如長度L1實質上可為76公釐，及寬度W1實質上可小於9.5公釐，例如寬度W1實質上可為8.5公釐，高度H1實質上可小於3.9公釐，故天線100所佔面積可約為646平方公釐，體積可達2520立方公釐。

因此，根據實施例，相較於前案的天線，具有介電常數為6到7之載體110的天線100之面積有望縮減為習知技術之天線面積的760/935，亦即81.28%。具有介電常數為7到10之載體110的天線100之面積有望縮減為習知技術之天線面積的646/935，亦即69.09%。具有介電常數為6到7之載體110的天線100之體積有望縮減為習知技術之天線體積的3420/4675，亦即73.15%。具有介電常數為7到10之載體110的天線100之體積有望縮減為習知技術之天線體積的2520/4675，亦即53.9%。此處所述的尺寸及其縮減比例僅為舉例。

因此可知，若將習知技術中未使用實施例之解決方案的天線面積定義為初始天線面積，根據實施例，天線100之面積相較於初始天線面積可減少至少30%。而，若將習知技術中未使用實施例之解決方案的天線體積定義為初始天線體積，根據實施例，天線100之體積相較於初始天線體積可減少至少45%。

關於天線100之導電部件120，導電部件120可具有長度及寬度。根據實施例，當載體110之介電常數為6至10，導電部件120之長度可實質上小於85公釐，且寬度可實質上小於25公釐。舉例而言，具有尺寸屬於此範圍之導電部件120的天線，即可支援第五代(5G)移動通信技術的相關應用。因此，根據實施例，可有效地減小天線的導電部件120所需之尺寸。

如上文所述，當前工程領域存有縮小天線尺寸之需求，但若直接縮小天線的尺寸，可能造成天線的效能惡化。根據實施例，藉由使用包含具有特定範圍(例如6至10)之介電常數之複合塑膠材料所形成的載體之天線，可兼顧縮小天線尺寸及天線效能，上述特定範圍可經實驗及研究而求得。

第6圖為第3圖之實施例中，天線100之電壓駐波比的波形圖。第6圖中，橫軸可為訊號之頻率，其可以百萬赫茲(MHz)為單位，縱軸可為電壓駐波比。第1圖對應的習知技術之天線，其載體之材料之介電常數可為習知常見值，例如3，天線寬度可為11公釐。第6圖對應之天線，其載體之材料之介電常數，可介於實施例所提供的根據研究及實驗求得之範圍(例如介於6至10之間)，於第6圖以介電常數為6.2為例，其天線寬度為9.5公釐。如第1圖及第6圖所示，可見兩圖之波形相似，尤其可見，於1000百萬赫茲(即1吉赫茲)的工作頻率， 波形對應的頻寬及電壓駐波比之值亦相似。因此可知，藉由調整載體之材料的介電常數之範圍，可維持電壓柱波比，但可有效縮小天線尺寸，例如將天線寬度由11公釐縮小為9.5公釐。

第7圖為第3圖之實施例中，天線100之效率曲線的波形圖。類似於第1圖及第6圖，舉例來說，第2圖對應的天線其載體之材料的介電常數可為3，天線寬度可為11公釐，且第7圖對應的天線其載體之材料的介電常數可為6.2，天線寬度可為9.5公釐。如第2圖及第7圖所示，可見效率曲線相似。因此可知，藉由調整載體之材料的介電常數，可維持天線之效率曲線，但可有效縮小天線尺寸，例如可將天線寬度由11公釐縮小為9.5公釐。

根據實施例，第3圖至第5圖所示的天線100係耦合天線(coupling antenna)，換言之，天線100的導電部件120形成的圖案可為耦合天線之圖案。然而，實施例提供的天線並不限於耦合天線。

第8圖為另一實施例中，天線800的示意圖。根據實施例，天線800可包含載體810及導電部件820。天線800可為單極天線(monopole antenna)。亦即，天線800之導電部件820形成之圖案可為單極天線之圖案。

第9圖為另一實施例中，天線900的示意圖。根據實施例，天線900可包含載體910及導電部件920。根據實施例，天線900可為平面倒F天線(Planar Inverted-F antenna，PIFA antenna)。亦即，天線900之導電部件形成的圖案可為平面倒F天線之圖案。

如第3圖之實施例，第8圖之天線800中，形成載體810之複合塑膠材料的介電常數也可介於第一數值V1及第二數值V2之間。如第3圖之實施例，第9圖之天線900中，形成載體910之複合塑膠材料的介電常數也可介於第一數值V1及第二數值V2之間。第8圖之天線800及第9圖之天線900的尺寸可如第3圖之天線100，長度可為80公釐，寬度可為9.5公釐。

藉由調整形成載體之複合塑膠材料的介電常數，亦可使天線800及天線900相較於習知技術的天線，具有更小的尺寸，但不至於損失效能。換言之，實施例提供的解決方案，可適用於製作耦合天線，單極天線及平面倒F天線。

第10圖是第8圖的實施例中，天線800之電壓駐波比的波形圖。第11圖是第9圖的實施例中，天線900之電壓駐波比的波形圖。如第6圖，第10圖及第11圖所示，根據實施例，藉由將形成載體之複合塑膠材料的介電常數調整於特定範圍(例如6至10)，即使製造為相異形式的天線(如耦合天線、單極天線及平面倒F天線)，可實質上維持電壓駐波比之波形。

第12圖是第8圖的實施例中，天線800之效率曲線的波形圖。第13圖是第9圖的實施例中，天線900之效率曲線的波形圖。如第7圖，第12圖及第13圖所示，效率曲線可為相似。因此，根據實施例，藉由將形成載體之複合塑膠材料的介電常數調整於特定範圍(例如6至10)，即使製造為相異形式的天線(如耦合天線、單極天線及平面倒F天線)，可實質上維持天線的效率曲線。

第14圖為另一實施例中，天線1400的示意圖。根據實施例，天線1400可為環形(loop)天線。天線1400可包含載體1410及導電部件1420，及載體1410 之複合塑膠材料的介電常數可為6至10之間。藉由使用具有介電常數介於6至10的載體1410，天線1400之尺寸可比習知技術之天線尺寸縮小45%。

第15圖為另一實施例中，天線1500的示意圖。根據實施例，天線1500可為開放式槽孔(open slot)天線。天線1500可包含載體1510及導電部件1520，載體1510之複合塑膠材料的介電常數可為6至10之間。藉由使用具有介電常數介於6至10的載體1510，天線1500之尺寸可比習知技術之天線尺寸縮小45%。

如第6圖、第7圖、及第10圖至第15圖所示，實施例提供的天線，其導電部件及其圖案可對應於複數個頻段。也就是說，實施例提供的天線可支援多頻及寬頻之應用。根據實施例，天線對應之複數個頻段可用於長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)及/或新無線電技術(new radio，NR)，及該複數個頻段係位於500百萬赫茲(megahertz)至6吉赫茲(gigahertz)之間。因此，可用於支援第五代移動通信技術。

綜上所述，在實施例提供的天線中，藉由將形成天線之載體的複合塑膠材料之介電常數調整於特定範圍(例如，但不限於，將介電常數調整為6至10，操作頻率約為1吉赫茲)，可將天線尺寸予以縮小，兼顧保持天線效能。因此，實施例提供的解決方案，對於處理本領域之問題，實有助益。

Claims (12)

1. 一種天線，包含：一載體，以一複合塑膠材料形成，該載體提供至少一容載區域，該複合塑膠材料具有一介電常數；及至少一導電部件，形成於該至少一容載區域以與該載體結合，該至少一導電部件形成一圖案；其中該介電常數係介於一第一數值及一第二數值之間，該第一數值及該第二數值大於零，該第一數值小於該第二數值；其中該第一數值實質上為6。
2. 如請求項1所述的天線，其中該第二數值實質上為10。
3. 一種天線，包含：一載體，以一複合塑膠材料形成，該載體提供至少一容載區域，該複合塑膠材料具有一介電常數；及至少一導電部件，形成於該至少一容載區域以與該載體結合，該至少一導電部件形成一圖案；其中該介電常數實質上係介於7及10之間。
4. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該載體及該至少一導電部件係使用一雷射直接成型製程、一軟性印刷電路板、一金屬沖壓成型製程或一金屬噴塗成型製程而產生及互相結合。
5. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該天線之面積相較於一初始天線面積減少至少30%，且該天線之體積相較於一初始天線體積減少至少45%。
6. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該導電部件具有一長度及一寬度，該長度實質上小於85公釐，及該寬度實質上小於25公釐。
7. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該至少一導電部件及該圖案係對應於複數個頻段，該複數個頻段係用於長期演進技術及/或新無線電技術，及該複數個頻段係位於500百萬赫茲至6吉赫茲之間。
8. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該圖案係一單極天線之圖案。
9. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該圖案係一平面倒F天線之圖案。
10. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該圖案係一耦合天線之圖案。
11. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該圖案係一環型天線之圖案。
12. 如請求項1至3任一項所述的天線，其中該圖案係一開放式槽孔天線之圖案。