TWM641353U - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括：一金屬機構件、一第一輻射部、一第二輻射部、一阻抗元件，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔。第一輻射部具有一第一饋入點。第二輻射部具有一第二饋入點。阻抗元件係耦接至金屬機構件，其中阻抗元件係設置於第一輻射部和第二輻射部之間。介質基板係鄰近於金屬機構件之槽孔，其中第一輻射部、第二輻射部，以及阻抗元件皆設置於介質基板上。阻抗元件可用於增加第一輻射部和第二輻射部之間之隔離度。

Description

天線結構

本創作係關於一種天線結構，特別係關於一種具有高隔離度(Isolation)之天線結構。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850 MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線(Antenna)為支援無線通訊之行動裝置中之常用元件。然而，由於行動裝置內部空間狹小，各個天線及其傳輸線之配置往往極為接近，容易互相干擾。因此，有必要提出一種全新的解決方案，以改良傳統設計中隔離度(Isolation)不佳之問題。

在較佳實施例中，本創作提出一種天線結構，包括：一金屬機構件，具有一槽孔；一第一輻射部，具有一第一饋入點；一第二輻射部，具有一第二饋入點；一阻抗元件，耦接至該金屬機構件，其中該阻抗元件係設置於該第一輻射部和該第二輻射部之間；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該阻抗元件皆設置於該介質基板上；其中該阻抗元件係用於增加該第一輻射部和該第二輻射部之間之隔離度。

在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔為呈現一直條形之一閉口槽孔。

在一些實施例中，該第一輻射部係呈現一不等寬L字形。

在一些實施例中，該第一輻射部於該金屬機構件上具有一第一垂直投影，而該第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。

在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一不等寬L字形。

在一些實施例中，該第二輻射部於該金屬機構件上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。

在一些實施例中，該阻抗元件為一電容元件、一電感元件，或是一電阻元件。

在一些實施例中，該阻抗元件包括：一第一金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第一連接點；一第二金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第二連接點；一第三金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第三連接點；以及一第四金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第四連接點；其中該第一金屬部、該第二金屬部、該第三金屬部，以及該第四金屬部係彼此互相鄰近；其中一十字形分隔間隙係形成於該第一金屬部、該第二金屬部、該第三金屬部，以及該第四金屬部之間。

在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間，而該第三頻帶係介於5925MHz至7125MHz。

在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。

為讓本創作之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本創作之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1A圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之透視圖。第1B圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之下層部份之示意圖。第1C圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之上層部份之示意圖。第1D圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之剖面圖。請一併參考第1A、1B、1C、1D圖。天線結構100可以應用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。在第1A、1B、1C、1D圖之實施例中，天線結構100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一阻抗元件(Impedance Element)150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)170，其中第一輻射部130、第二輻射部140，以及阻抗元件150皆可用金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

金屬機構件110具有一槽孔(Slot)120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。詳細而言，槽孔120可為一閉口槽孔(Closed Slot)並可具有互相遠離之一第一閉口端(Closed End)121和一第二閉口端122。在一些實施例中，天線結構100還可包括一非導體材質(未顯示)，其可填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。

介質基板170可為一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。介質基板170可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中第一輻射部130、第二輻射部140，以及阻抗元件150皆可設置於介質基板170之第一表面E1上，而介質基板170之第二表面E2則可鄰近於金屬機構件110之槽孔120。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。在一些實施例中，介質基板170之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板170可至少部份覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。

第一輻射部130可以大致呈現一不等寬L字形。詳細而言，第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中一第一饋入點(Feeding Point)FP1係位於第一輻射部130之第一端131處，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。第一饋入點FP1更可耦接至一第一信號源(Signal Source)191。例如，第一信號源191可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組。在一些實施例中，第一輻射部130包括鄰近於第一端131之一第一較窄部份134和鄰近於第二端132之一第一較寬部份135，其中第一較寬部份135可與第一較窄部份134大致互相垂直。另外，第一輻射部130之第一較寬部份135和金屬機構件110之一內緣(Inner Edge)111之間還可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。在一些實施例中，第一輻射部130於金屬機構件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，其中此第一垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。例如，前述之第一垂直投影可以完全位於金屬機構件110之槽孔120之內部，但亦不僅限於此。

第二輻射部140可以大致呈現另一不等寬L字形。詳細而言，第二輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中一第二饋入點FP2係位於第二輻射部140之第一端141處，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第二輻射部140之第二端142和第一輻射部130之第二端132兩者可大致朝相同方向作延伸。第二饋入點FP2更可耦接至一第二信號源192。例如，第二信號源192可為另一射頻模組。在一些實施例中，第二輻射部140包括鄰近於第一端141之一第二較窄部份144和鄰近於第二端142之一第二較寬部份145，其中第二較寬部份145可與第二較窄部份144大致互相垂直。另外，第二輻射部140之第二較寬部份145和金屬機構件110之內緣111之間還可形成一第二耦合間隙GC2。在一些實施例中，第二輻射部140於金屬機構件110上具有一第二垂直投影，其中此第二垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。例如，前述之第二垂直投影可以完全位於金屬機構件110之槽孔120之內部，但亦不僅限於此。

阻抗元件150係耦接至金屬機構件110，其中阻抗元件150係設置於第一輻射部130和第二輻射部140之間。例如，阻抗元件150可為一電容元件(Capacitive Element)、一電感元件(Inductive Element)，或是一電阻元件(Resistive Element)，但亦不僅限於此。大致而言，阻抗元件150可用於增加第一輻射部130和第二輻射部140之間之隔離度(Isolation)。阻抗元件150可以延伸跨越金屬機構件110之槽孔120。在一些實施例中，阻抗元件150於金屬機構件110上具有一第三垂直投影，其中此第三垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。

在一些實施例中，若阻抗元件150為電容元件，則其將可包括一第一金屬部(Metal Element)154、一第二金屬部155、一第三金屬部156，以及一第四金屬部157。例如，第一金屬部154、第二金屬部155、第三金屬部156，以及第四金屬部157可以各自大致呈現一矩形，但亦不僅限於此。第一金屬部154、第二金屬部155、第三金屬部156，以及第四金屬部157可以彼此互相鄰近。另外，一十字形分隔間隙(Cross-Shaped Partition Gap)160則可形成於第一金屬部154、第二金屬部155、第三金屬部156，以及第四金屬部157之間。詳細而言，第一金屬部154係耦接至金屬機構件110上之一第一連接點(Connection Point)CP1，第二金屬部155係耦接至金屬機構件110上之一第二連接點CP2，第三金屬部156係耦接至金屬機構件110上之一第三連接點CP3，而第四金屬部157係耦接至金屬機構件110上之一第四連接點CP4。前述之第一連接點CP1、第二連接點CP2、第三連接點CP3，以及第四連接點CP4可以彼此相異。例如，前述之第一連接點CP1和第二連接點CP2皆可位於槽孔120之上方側，而前述之第三連接點CP3和第四連接點CP4皆可位於槽孔120之下方側。必須理解的是，阻抗元件150之前述結構僅為舉例，其並非用於限制本創作之範圍。在另一些實施例中，阻抗元件150之細部結構還可根據不同需求而進行適當調整。

第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第2圖之量測結果，若金屬機構件110之槽孔120由第一輻射部130和第一信號源191所耦合激發，則天線結構100將可涵蓋一第一頻帶FB1、一第二頻帶FB2，以及一第三頻帶FB3。例如，第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，第二頻帶FB2可介於5150MHz至5850MHz之間，而第三頻帶FB3可介於5925MHz至7125MHz之間。

第3圖係顯示根據本創作另一實施例所述之天線結構100之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第3圖之量測結果，若金屬機構件110之槽孔120由第二輻射部140和第二信號源192所耦合激發，則天線結構100亦可涵蓋前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3。因此，天線結構100將至少可支援傳統WLAN(Wireless Local Area Network)和新世代Wi-Fi 6E之寬頻操作。

另一方面，根據實際量測結果，天線結構100於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3內之輻射增益(Radiation Gain)可達-3dB或更高，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一輻射部130和第二輻射部140之間之隔離度(Isolation)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表隔離度(dB)。舉例而言，若將第一饋入點FP1設定為一第一埠(Port 1)，且將第二饋入點FP2設定為一第二埠(Port 2)，則前述之第一埠和第二埠兩者之間之S21參數之絕對值將可視為第一輻射部130和第二輻射部140之間之隔離度。根據第4圖之量測結果，天線結構100於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及內之隔離度均可達15dB或更高。換言之，阻抗元件150之加入有助於大幅提升天線結構100之隔離度。因此，天線結構100將能在不額外增加整體尺寸之前提下，仍可維持良好之通訊品質。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸和元件參數可如下列所述。金屬機構件110之槽孔120之長度LS可以大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。金屬機構件110之槽孔120之寬度WS可以小於2mm或是介於2mm至4mm之間。第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.1mm至0.5mm之間。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.1mm至0.5mm之間。第一輻射部130和槽孔120之第一閉口端121之間之一第一距離D1可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長(λ/8)。第一輻射部130和阻抗元件150之間之一第二距離D2可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長(λ/8)。第二輻射部140和阻抗元件150之間之一第三距離D3可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長(λ/8)。第二輻射部140和槽孔120之第二閉口端122之間之一第四距離D4可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長(λ/8)。若阻抗元件150為電容元件，則其十字形分隔間隙160之寬度WG可小於或等於2mm，且其等效電容值(Effective Capacitance)可介於0.5pF至2pF之間。以上元件尺寸和元件參數之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線結構100之隔離度、操作頻寬(Operational Bandwidth)，以及阻抗匹配(Impedance Matching)。

本創作提出一種新穎之天線結構。與傳統設計相比，本創作至少具有高隔離度、小尺寸、寬頻帶，以及低製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置或物聯網當中。

值得注意的是，以上所述之元件尺寸、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本創作之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本創作之天線結構並不僅限於第1-4圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第1-4圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本創作之天線結構當中。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:天線結構 110:金屬機構件 111:金屬機構件之內緣 120:槽孔 121:槽孔之第一閉口端 122:槽孔之第二閉口端 130:第一輻射部 131:第一輻射部之第一端 132:第一輻射部之第二端 134:第一輻射部之第一較窄部份 135:第一輻射部之第一較寬部份 140:第二輻射部 141:第二輻射部之第一端 142:第二輻射部之第二端 144:第二輻射部之第二較窄部份 145:第二輻射部之第二較寬部份 150:阻抗元件 154:第一金屬部 155:第二金屬部 156:第三金屬部 157:第四金屬部 160:十字形分隔間隙 170:介質基板 191:第一信號源 192:第二信號源 CP1:第一連接點 CP2:第二連接點 CP3:第三連接點 CP4:第四連接點 D1:第一距離 D2:第二距離 D3:第三距離 D4:第四距離 E1:介質基板之第一表面 E2:介質基板之第二表面 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FP1:第一饋入點 FP2:第二饋入點 GC1:第一耦合間隙 GC2:第二耦合間隙 LS:長度 WS,WG:寬度

第1A圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之透視圖。 第1B圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之下層部份之示意圖。 第1C圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之上層部份之示意圖。 第1D圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之剖面圖。 第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。 第3圖係顯示根據本創作另一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。 第4圖係顯示根據本創作一實施例所述之第一輻射部和第二輻射部之間之隔離度圖。

100:天線結構

110:金屬機構件

120:槽孔

130:第一輻射部

140:第二輻射部

150:阻抗元件

170:介質基板

191:第一信號源

192:第二信號源

D1:第一距離

D2:第二距離

D3:第三距離

D4:第四距離

FP1:第一饋入點

FP2:第二饋入點

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

Claims (10)

1. 一種天線結構，包括： 一金屬機構件，具有一槽孔； 一第一輻射部，具有一第一饋入點； 一第二輻射部，具有一第二饋入點； 一阻抗元件，耦接至該金屬機構件，其中該阻抗元件係設置於該第一輻射部和該第二輻射部之間；以及 一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該第一輻射部、該第二輻射部，以及該阻抗元件皆設置於該介質基板上； 其中該阻抗元件係用於增加該第一輻射部和該第二輻射部之間之隔離度。
2. 如請求項1所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔為呈現一直條形之一閉口槽孔。
3. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部係呈現一不等寬L字形。
4. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部於該金屬機構件上具有一第一垂直投影，而該第一垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
5. 如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部係呈現一不等寬L字形。
6. 如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部於該金屬機構件上具有一第二垂直投影，而該第二垂直投影係與該金屬機構件之該槽孔至少部份重疊。
7. 如請求項1所述之天線結構，其中該阻抗元件為一電容元件、一電感元件，或是一電阻元件。
8. 如請求項1所述之天線結構，其中該阻抗元件包括： 一第一金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第一連接點； 一第二金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第二連接點； 一第三金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第三連接點；以及 一第四金屬部，耦接至該金屬機構件上之一第四連接點； 其中該第一金屬部、該第二金屬部、該第三金屬部，以及該第四金屬部係彼此互相鄰近； 其中一十字形分隔間隙係形成於該第一金屬部、該第二金屬部、該第三金屬部，以及該第四金屬部之間。
9. 如請求項1所述之天線結構，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，該第二頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間，而該第三頻帶係介於5925MHz至7125MHz。
10. 如請求項9所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔之長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。

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