CN107093790B - 槽孔天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种槽孔天线装置，包括基板、金属层以及馈入元件。基板具有第一表面以及对应于第一表面的第二表面。金属层配置在第一表面上，并且包括沿第一方向延伸的槽孔。馈入元件配置在第二表面上，并且沿第二方向延伸，其中第一方向垂直于第二方向。槽孔的长度为至少三个频段的各四分之一波长的总和，以使槽孔天线装置操作在所述至少三个频段。馈入元件在第一表面上的投影横跨槽孔，以使槽孔划分为第一区段以及第二区段，其中第一区段的长度等于第二区段的长度。本发明提供的槽孔天线装置，具有单一槽孔结构，并且可用以操作在多个无线充电频段。

Description

槽孔天线装置
技术领域
本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种槽孔天线装置。
背景技术
随着无线充电技术的发展，有越来越多的可携式电子装置设置有充电天线以无线传输的方式接收充电信号，以使可携式电子装置具有无线充电的功能。特别是，目前的充电天线大多是采用槽孔天线(slot antenna)的架构来设计的。然而，一般的槽孔天线的架构通常设计为单一槽孔结构，以对应激发单一频段。因此，若欲使槽孔天线可操作在多个充电频段，则便需要设计多个槽孔结构来激发其他频段，进而导致可操作在多频段的槽孔天线的架构设计变得复杂。因此，如何设计可操作在多个无线充电频段的槽孔天线装置，并且不具有复杂的槽孔结构，以使有效降低无线充电装置的设计成本以及生产成本是目前重要的课题。有鉴于此，本发明将在以下提出几个实施例的解决方案。
发明内容
本发明提供一种槽孔天线装置，具有单一槽孔结构，并且可用以操作在多个无线充电频段。
本发明的槽孔天线装置包括基板、金属层以及馈入元件。基板具有第一表面以及对应于第一表面的第二表面。金属层配置在第一表面上，并且金属层包括沿第一方向延伸的一槽孔。馈入元件配置在第二表面上，并且沿第二方向延伸。第一方向垂直于第二方向。槽孔的长度为至少三个频段的各四分之一波长的总和，以使槽孔天线装置操作在所述至少三个频段。馈入元件在第一表面上的投影横跨槽孔，以使槽孔划分为第一区段以及第二区段。第一区段的长度等于第二区段的长度。
在本发明的一实施例中，上述的第一区段包括槽孔的开口端，并且第二区段包括槽孔的封闭端。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔的第一区段为直线形状。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔的第二区段为弯折形状。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔的第二区段包括第一端点、第二端点、第一弯折点以及第二弯折点。第一端点与第一弯折点在第一方向上位于同一直线。第一弯折点与第二弯折点在第二方向上位于同一直线。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔的第二区段还包括第三弯折点。第二弯折点与第三弯折点在第一方向上位于同一直线。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔的第二区段还包括第四弯折点。第三弯折点与第四弯折点在第二方向上位于同一直线。
在本发明的一实施例中，上述的馈入元件为金属微带线。馈入元件的阻抗值为50欧姆。
在本发明的一实施例中，上述的馈入元件为直线形状。
在本发明的一实施例中，上述的馈入元件具有沿第一方向延伸的第一线段以及沿第二方向延伸的第二线段。第二线段在第一表面上的投影横跨槽孔。
在本发明的一实施例中，上述的基板为可挠式电路基板，并且基板沿第一方向上的第一参考线弯折或沿第二方向上的第二参考线弯折。
在本发明的一实施例中，上述的第一参考线位于槽孔在第二方向上的投影的中线位置。
在本发明的一实施例中，上述的第二参考线位于槽孔的第一区段当中，并且不横跨馈入元件。
在本发明的一实施例中，上述的槽孔天线装置用以藉由槽孔接收所述至少三个频段的充电微波。所述至少三个频段包括915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹。
在本发明的一实施例中，上述的基板的厚度为0.4毫米。
基于上述，本发明实施例的槽孔天线装置，可藉由单一槽孔结构以及单一馈入元件即可激发多个频段的模态，以使槽孔天线装置可操作在多个充电频段。因此，可有效降低槽孔架构的复杂度，并且提供多频段的无线充电功能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明一实施例的槽孔天线装置的示意图；
图2示出本发明一实施例的槽孔的结构示意图；
图3示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图；
图4示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图；
图5示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图；
图6示出图2至图5实施例的槽孔天线装置的S参数图；
图7示出本发明一实施例的槽孔及馈入元件的结构示意图；
图8示出本发明另一实施例的槽孔及馈入元件的结构示意图；
图9示出本发明一实施例的槽孔天线装置的侧视图；
图10示出图8实施例的槽孔天线装置的S参数图；
图11示出本发明一实施例的弯折槽孔天线装置的参考线的示意图；
图12示出本发明一实施例的槽孔天线装置的弯折示意图。
附图标记：
100、900：槽孔天线装置；
110、910：基板；
120、220、320、420、520、720、820、920、1020：金属层；
121、221、321、421、521、721、821、1021：槽孔；
130、730、930、1030：馈入元件；
321a、421a、521a、721a、821a、1021a：第一区段；
321b、421b、521b、721b、821b、1021b：第二区段；
830a：第一线段；
830b：第二线段；
C1、C2、C3、C4、C5：曲线；
D1：第一方向；
D2：第二方向；
D3：第三方向；
E1：第一端点；
E2：第二端点；
f：距离；
h：厚度；
L、L1、L2：长度；
R1：第一参考线；
R2：第二参考线；
T1：第一转折点；
T2：第二转折点；
T3：第三转折点；
T4：第四转折点；
S1：第一表面；
S2：第二表面。
具体实施方式
以下提出多个实施例来说明本发明，然而本发明不仅限于所例示的多个实施例。又实施例之间也允许有适当的结合。另外，在本申请说明书全文(包括权利要求)中，为了详细说明本发明实施例在天线装置中的槽孔以及馈入元件的配置位置，在本发明实施例中的天线装置可视为处于由第一方向D1、第二方向D2以及第三方向D3所建构的空间中。第一方向D1例如是与第二方向D2实质上垂直。第三方向D3例如是同时与第一方向D1以及第二方向D2实质上垂直的方向。
图1示出本发明一实施例的槽孔天线装置的示意图。请参考图1，槽孔天线装置100包括基板110、金属层120以及馈入元件130。基板110具有第一表面S1以及相对于第一表面S1的第二表面S2。金属层120设置在基板110的第一表面S1上，并且具有槽孔121。馈入元件130设置在基板110的第二表面S2上。在本实施例中，槽孔天线装置100的金属层120为接地金属板，并且槽孔121具有开口端以及封闭端，其中槽孔121的开口端朝向金属层120的侧边。
在本实施例中，馈入元件130可为金属微带线，并且馈入元件130的阻抗可为50欧姆。并且，在一实施例中，馈入元件130可进一步电性连接收发器(Receiver)，其中收发器可用以提供馈入信号来激发金属层120上的槽孔121以产生多个共振模态，以使槽孔天线装置可操作在多个频段。也就是说，槽孔天线装置100可藉由槽孔121以无线传输的方式接收多个频段的充电信号。此外，馈入元件130的长度以及宽度可依据阻抗匹配特性来决定，本发明并不加以限制。
具体来说，槽孔天线装置100可藉由金属层120上的槽孔121的结构以及设置在基板110的第二表面S2的馈入元件来激发多个频段的模态，以使槽孔天线装置100可操作在多个频段当中。在本实施例中，槽孔121的长度L可依据以下公式(1)～公式(3)来决定。
λ0＝C/f……………(1)
Figure GDA0001462019280000051
L＝λg1/4+λg2/4+…+λgn/4…………(3)
需说明的是，在公式(1)当中，C为光速。f为一频段的中心频率。λ0为此频段的在空气中的波长。在公式(2)当中，λg为此频段的等效波长(effective wavelength)，εeff为基板的等效介电系数(effective dielectric constant)。在一实施例中，公式(3)当中的n为大于或等于3的正整数。因此，本实施例的槽孔121的长度L为至少三个频段的各四分之一波长的总和，以使槽孔天线装置100操作在至少三个频段中。也就是说，槽孔天线装置100可藉由槽孔121以无线传输的方式接收至少三个频段的充电信号。举例来说，在本实施例中，槽孔天线装置100可操作在特高频(Ultra high frequency,UHF)频段以及IEEE802.11ac频段，以使接收至少包括915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹频段的无线充电信号，但本发明不限于此。在一实施例中，槽孔121的长度L可依据欲接收的无线充电频段或是频段的数量来对应设计。
另外，在本实施例中，槽孔天线装置100可为印刷式天线，并且基板110可为铜箔基板(FR-4)，以使天线装置100可透过印刷的方式将天线结构印刷在基板110上，但本发明并不限于此。在一实施例中，基板110可为印刷电路电路板(Printed circuit board,PCB)或软性电路板(Flexible Print Circuit,FPC)等。
以下图2至图5针对槽孔的结构设计，提出多个不同的范例实施例。
图2示出本发明一实施例的槽孔的结构示意图。请参考图2，金属层220具有沿第一方向D1延伸的槽孔221，并且槽孔221的开口端朝向金属层220的侧边。在本实施例中，槽孔221可为直线形状，并且具有开口端以及封闭端。具体来说，本实施例的槽孔221为开槽孔天线架构。槽孔221的长度L可依据上述公式(1)～(3)来决定。也就是说，在本实施例中，槽孔221可用以接收至少三个频段的充电信号，并且槽孔221的长度L为三个频段的各四分之一波长的总和。另外，槽孔221位于金属层220当中的位置不限于图2所示，本发明并不加以限制。
图3示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图。请参考图3，金属层320具有槽孔321，并且槽孔321的开口端朝向金属层320的侧边。在本实施例中，槽孔321可包括沿第一方向D1延伸的区段以及沿第二方向D2延伸的区段。在本实施例中，槽孔321可划分为第一区段321a以及第二区段321b，并且第一区段321a的长度L1等于第二区段321b的长度L2。也就是说，槽孔321的第一区段321a以及第二区段321b的长度可依据以下公式(4)来决定。
L1＝L2＝L/2…………(4)
具体来说，槽孔321的第一区段321a可为直线形状，并且槽孔321的第二区段321b可为弯折形状。在本实施例中，槽孔321的第二区段321b可包括第一端点E1、第二端点E2、第一弯折点T1以及第二弯折点T2。在本实施例中，第一端点E1与第一弯折点T1在第一方向D1上位于同一直线。第一弯折点T1与第二弯折点T2在第二方向D2上位于同一直线。值得注意的是，相较于图2实施例，本实施例的槽孔321可藉由第二区段321b的弯折形状来改善槽孔天线装置于接收高频波段的充电信号的匹配特性。
图4示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图。请参考图4，金属层420包括槽孔421，并且槽孔421的开口端朝向金属层420的侧边。在本实施例中，槽孔421可包括沿第一方向D1延伸的区段以及沿第二方向D2延伸的区段。在本实施例中，槽孔421可划分为第一区段421a以及第二区段421b，并且第一区段421a的长度L1等于第二区段421b的长度L2。
具体来说，槽孔421的第一区段421a可为直线形状，并且槽孔421的第二区段421b可为弯折形状。在本实施例中，槽孔421的第二区段421b可包括第一端点E1、第二端点E2、第一弯折点T1、第二弯折点T2以及第三弯折点T3。在本实施例中，第一端点E1与第一弯折点T1在第一方向D1上位于同一直线。第一弯折点T1与第二弯折点T2在第二方向D2上位于同一直线。第二弯折点T2与第三弯折点T3在第一方向D1上位于同一直线。值得注意的是，相较于图3实施例，本实施例的槽孔421的第二区段421b还包括第三弯折点T3，以使更进一步改善槽孔天线装置于接收高频波段的充电信号的匹配特性。
图5示出本发明另一实施例的槽孔的结构示意图。请参考图5，金属层520包括槽孔521，并且槽孔521的开口端朝向金属层520的侧边。在本实施例中，槽孔521可包括沿第一方向D1延伸的区段以及沿第二方向D2延伸的区段。在本实施例中，槽孔521可划分为第一区段521a以及第二区段521b，并且第一区段521a的长度L1等于第二区段521b的长度L2。
具体来说，槽孔521的第一区段521a可为直线形状，并且槽孔521的第二区段521b可为弯折形状。在本实施例中，槽孔521的第二区段521b可包括第一端点E1、第二端点E2、第一弯折点T1、第二弯折点T2、第三弯折点T3以及第四弯折点T4。并且，第一端点E1与第一弯折点T1在第一方向D1上位于同一直线。第一弯折点T1与第二弯折点T2在第二方向D2上位于同一直线。第二弯折点T2与第三弯折点T3在第一方向D1上位于同一直线。第三弯折点T3与第四弯折点T4在第二方向D2上位于同一直线。值得注意的是，相较于图4实施例，槽孔521的第二区段521b还包括第四弯折点T4，以使更进一步改善槽孔天线装置于接收高频波段的充电信号的匹配特性。
更具体来说，图6示出图2至图5实施例的槽孔天线装置的S参数图。请参考图2至图6，曲线C1～C4分别表示图2至图5的槽孔结构对于三个充电频段的输入反射损耗。曲线C1代表图2实施例的输入反射损耗。曲线C2代表图3实施例的输入反射损耗。曲线C3代表图4实施例的输入反射损耗。曲线C4代表图5实施例的输入反射损耗。依据图6的曲线C1～C4的变化可知，本发明的槽孔天线装置可依据图2至图5实施例所示的槽孔结构来接收915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹的无线充电频段的充电信号。并且，本发明的槽孔天线装置可藉由调整槽孔的第二区段的不同弯折程度来改善槽孔天线装置操作在高频波段的匹配特性。特别是，图5实施例的槽孔结构可获得较佳的高频波段的匹配特性。
以下图7、图8针对槽孔及馈入元件的配置关系，提出多个不同的范例实施例。
图7示出本发明一实施例的槽孔及馈入元件的结构示意图。请参考图7，金属层720包括槽孔721，并且槽孔721的开口端朝向金属层720的侧边。需说明的是，在本实施例中，金属层720可配置在天线装置的基板的一表面上，并且在基板的另一表面上可配置有馈入元件730。因此，在第三方向D3上，俯视槽孔721以及馈入元件730的配置关系如图7所示。
在本实施例中，馈入元件730为直线形状，并且沿第二方向D2延伸。馈入元件730横跨槽孔721，以使槽孔721划分为第一区段721a以及第二区段721b。第一区段721a的长度等于第二区段721b的长度。也就是说，在本实施例中，若馈入元件730投影在槽孔721所在的平面，则馈入元件730的投影是设置在槽孔721的二分之一总长的位置。另外，图7的金属层720的槽孔721的结构特征可在前述的图5实施例及实施方式获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
图8示出本发明另一实施例的槽孔及馈入元件的结构示意图。请参考图8，与图7实施例的差异在于，在本实施例中，馈入元件具有沿第一方向D1延伸的第一线段830a以及第二方向D2延伸的第二线段830b。在本实施例中，若馈入元件投影在槽孔821所在的平面，则馈入元件的第二区段821b的投影横跨槽孔821。即，相较于图7实施例，本实施例的馈入元件可设计为L形状，以使改善槽孔天线装置于接收各频段的充电信号的频宽特性。另外，图8的金属层820的槽孔821的结构特征可在前述的图5实施例及实施方式获致足够的启示、建议与实施说明，因此不再赘述。
以下表1用以表示图7、图8实施例接收915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹的无线充电频段的充电信号的频宽变化。
表1
Figure GDA0001462019280000081
Figure GDA0001462019280000091
依据上述表1，本发明的馈入元件以及槽孔结构可依据图7、图8实施例来设计，以使接收915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹频段的充电信号。特别是，若馈入元件以及槽孔的结构以及配置关系如图8实施例所示，则用以接收各频段的充电信号的槽孔天线装置可获得较佳的频宽特性。
图9示出本发明一实施例的槽孔天线装置的侧视图。请参考图9，上述图7、图8实施例若配置在槽孔天线装置当中的侧视图可如图9所示。在本实施例中，槽孔天线装置900包括基板910、金属层920以及馈入元件930。基板910具有第一表面S1以及第二表面S2。金属层920设置在基板910的第一表面S1上，并且馈入元件930设置在基板910的第二表面S2上。另外，在本实施例中，基板910具有厚度h，其中厚度h可为0.4毫米，但本发明并不限于此。在一实施例中，基板910的厚度h可依据不同的无线充电频带来决定。
图10示出图8实施例的槽孔天线装置的S参数图。请参考图8、图10，图10的曲线C5代表图8实施例的输入反射损耗。具体来说，若槽孔天线装置具有如上述图8实施例所述的槽孔以及馈入元件的结构特征以及配置关系，则槽孔天线装置的输入反射损耗可具有如图10所示的S参数结果。也就是说，基于图8架构下的槽孔天线装置可操作在915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹的无线充电频段，并且可具有良好的频宽特性，以及在高频波段的具有较佳的匹配特性。
图11示出本发明一实施例的弯折槽孔天线装置的参考线的示意图。请参考图11，在本实施例中，金属层1020包括槽孔1021，并且槽孔1021的开口端朝向金属层1020的侧边。在本实施例中，金属层1020可配置在天线装置的基板的一表面上，并且在基板的另一表面上可配置有馈入元件1030。因此，在第三方向D3上，俯视槽孔1021以及馈入元件1030的配置关系如图11所示。
在本实施例中，槽孔天线装置的基板可为可挠式基板，因此基板可沿第一方向D1上的第一参考线R1弯折或沿第二方向D2上的第二参考线弯折R2。具体来说，在本实施例中，第一参考线R1可位于槽孔1021在第二方向D2上的投影的中线位置。第一参考线R1距离槽孔1021在第二方向D2上的投影的左右两侧具有的相同距离f。因此，当基板沿第一参考线R1弯折时，槽孔1021以及馈入元件1030将被弯折。此外，在本实施例中，第二参考线R2可位于槽孔1021的第一区段1021a当中，并且不横跨馈入元件1030。因此，当基板沿第二参考线R2弯折时，槽孔1021的第一区段1021a的一部分将与另外一部分处于不同平面上。
举例来说，图12示出本发明一实施例的槽孔天线装置的弯折示意图。在本实施例中，当基板沿第二方向D2上的第二参考线R2弯折时，槽孔1021的第一区段1021a的一部分将与另外一部分处于不同平面上。值得注意的是，本发明的天线装置的基板的弯折方式不限于图12所示，其弯折的方式也可以是使基板呈现为曲面的形式，并且曲面的顶点通过第二参考线R2。
综上所述，在本发明的范例实施例中，槽孔天线装置可藉由单一馈入元件以及单一槽孔的架构，以无线传输的方式接收至少三个频段的充电信号。特别是，槽孔天线装置的槽孔结构的长度是依据欲操作的频带的四分之一波长的设计，以及馈入位置是采取槽孔结构的长度的二分之一。并且，在本发明的范例实施例中，本发明的槽孔天线装置可藉由弯折槽孔的结构，以及将馈入元件设计为L形状，以使有效改善槽孔天线装置在高频波段的匹配特性，并且改善槽孔天线装置接收各频段的充电信号的频宽特性。此外，本发明的槽孔天线装置的可应用在可挠性基板上，以使槽孔天线装置可以弯折的方式配置在各种电子产品中。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，均在本发明范围内。

Claims (11)

1.一种槽孔天线装置，其特征在于，包括：
基板，具有第一表面以及对应于所述第一表面的第二表面；
金属层，配置在所述第一表面上，并且所述金属层包括沿第一方向延伸的槽孔；以及
馈入元件，配置在所述第二表面上，并且沿第二方向延伸，其中所述第一方向垂直于所述第二方向，
其中所述槽孔的长度为至少三个频段的各四分之一波长的总和，并且所述馈入元件在所述第一表面上的投影横跨所述槽孔，以使所述槽孔划分为第一区段以及第二区段，其中所述第一区段的长度等于所述第二区段的长度，所述第一区段包括所述槽孔的开口端，并且所述第二区段包括所述槽孔的封闭端，所述第二区段包括第一端点、第二端点、第一弯折点以及第二弯折点，并且所述第一端点与所述第一弯折点在所述第一方向上位于同一直线，所述第一弯折点与所述第二弯折点在所述第二方向上位于同一直线，
其中所述槽孔的所述第一区段为直线形状，并且所述槽孔的所述第二区段为弯折形状。
2.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述槽孔的所述第二区段还包括第三弯折点，并且所述第二弯折点与所述第三弯折点在所述第一方向上位于同一直线。
3.根据权利要求2所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述槽孔的所述第二区段还包括第四弯折点，并且所述第三弯折点与所述第四弯折点在所述第二方向上位于同一直线。
4.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述馈入元件为金属微带线，并且所述馈入元件的阻抗值为50欧姆。
5.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述馈入元件为直线形状。
6.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述馈入元件具有沿第一方向延伸的第一线段以及沿第二方向延伸的第二线段，并且所述第二线段在所述第一表面上的投影横跨所述槽孔。
7.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述基板为可挠式基板，并且所述基板沿所述第一方向上的第一参考线弯折或沿所述第二方向上的第二参考线弯折。
8.根据权利要求7所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述第一参考线位于所述槽孔在所述第二方向上的投影的中线位置。
9.根据权利要求7所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述第二参考线位于所述槽孔的所述第一区段当中，并且不横跨所述馈入元件。
10.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述槽孔天线装置用以藉由所述槽孔接收所述至少三个频段的充电微波，并且所述至少三个频段包括915M赫兹、2.45G赫兹以及5.25G赫兹。
11.根据权利要求1所述的槽孔天线装置，其特征在于，所述基板的厚度为0.4毫米。
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