CN110767988A - 天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线结构，包括：接地面、第一馈入部、第二馈入部、一连接部、第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第一调整电路、第二调整电路、第三调整电路，以及第四调整电路。接地面具有缺口区域。第一调整电路耦接于信号源和第一馈入部之间。第二调整电路耦接至第一馈入部和第二馈入部之间。第三调整电路耦接于第二馈入部和接地面之间。第一辐射部耦接至第一馈入部。第四调整电路耦接于第一辐射部和接地面之间。第二辐射部和第三辐射部都经由连接部耦接至第二馈入部。连接部、第二辐射部，以及第三辐射部共同形成一立体式结构。

Description

天线结构
技术领域
本发明涉及一种天线结构(Antenna Structure)，特别是涉及一种宽频带的天线结构。
背景技术
随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)***及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通讯，而有些则涵盖短距离的无线通讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth***使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。
天线(Antenna)为支持无线通讯的移动装置中不可或缺的元件。然而，由于移动装置的内部空间十分局限，往往没有足够面积来配置所需的天线元件。因此，如何设计一种小尺寸、宽频带的全新天线，已成为现今设计者的一大挑战。
发明内容
在优选实施例中，本发明提供一种天线结构，包括：一接地面，具有一缺口区域；一第一馈入部；一第一调整电路，耦接于一信号源和该第一馈入部之间；一第二馈入部；一第二调整电路，耦接至该第一馈入部和该第二馈入部之间；一第三调整电路，耦接于该第二馈入部和该接地面上的一第一短路点之间；一第一辐射部，耦接至该第一馈入部；一第四调整电路，耦接于该第一辐射部和该接地面上的一第二短路点之间；一连接部，耦接至该第二馈入部；一第二辐射部，耦接至该连接部；以及一第三辐射部，耦接至该连接部，其中该连接部、该第二辐射部，以及该第三辐射部共同形成一立体式结构。
在一些实施例中，该第一馈入部、该第二馈入部，以及该第一辐射部共同形成一平面式结构，而该平面式结构位于该缺口区域的内部。
在一些实施例中，该第一调整电路、该第二调整电路、该第三调整电路，以及该第四调整电路的任一者为一电容器、一电感器，或是一电阻器。
在一些实施例中，该连接部与该接地面互相垂直。
在一些实施例中，该第二辐射部和该第三辐射部都位于与该接地面相异且平行的一平面上。
在一些实施例中，该第二辐射部和该第三辐射部的组合呈现一U字形。
在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带，以及一第三频带，该第一频带大致位于1575MHz，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5150MHz至5850MHz之间。
在一些实施例中，该第一馈入部和该第一辐射部的总长度小于该第一频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第一馈入部、该第二馈入部、该连接部，以及该第二辐射部的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第一馈入部、该第二馈入部、该连接部，以及该第三辐射部的总长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
附图说明
图1A为本发明一实施例所述的天线结构的立体图
图1B为本发明一实施例所述的天线结构的俯视图
图2为本发明一实施例所述的天线结构的电压驻波比图。
符号说明
100～天线结构；
110～接地面；
115～缺口区域；
116～缺口区域的第一部分；
117～缺口区域的第二部分；
118～缺口区域的第三部分；
120～第一馈入部；
121～第一馈入部的第一端；
122～第一馈入部的第二端；
130～第二馈入部；
131～第二馈入部的第一端；
132～第二馈入部的第二端；
140～第一辐射部；
141～第一辐射部的第一端；
142～第一辐射部的第二端；
150～连接部；
151～连接部的第一端；
152～连接部的第二端；
160～第二辐射部；
161～第二辐射部的第一端；
162～第二辐射部的第二端；
170～第三辐射部；
171～第三辐射部的第一端；
172～第三辐射部的第二端；
181～第一调整电路；
182～第二调整电路；
183～第三调整电路；
184～第四调整电路；
190～信号源；
CP1～第一连接点；
CP2～第二连接点；
GP1～第一短路点；
GP2～第二短路点；
FB1～第一频带；
FB2～第二频带；
FB3～第三频带。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」及「包括」一词为开放式的用语，故应解释成「包含但不仅限定于」。「大致」一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，「耦接」一词在本说明书中包含任何直接及间接的电连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电连接至该第二装置。
图1A显示根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的立体图。如图1A所示，天线结构100包括一接地面(Ground Plane)110、一第一馈入部(FeedingElement)120、一第二馈入部130、一第一辐射部(Radiation Element)140、一连接部(Connection Element)150、一第二辐射部160、一第三辐射部170、一第一调整电路(TuningCircuit)181、一第二调整电路182、一第三调整电路183，以及一第四调整电路184。图1B显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的俯视图，为简化附图，其中连接部150、第二辐射部160，以及第三辐射部170在图1B中都被省略。请一并参考图1A、图1B以理解本发明。
接地面110、第一馈入部120、第二馈入部130、第一辐射部140、连接部150、第二辐射部160，以及第三辐射部170都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。第一调整电路181、第二调整电路182、第三调整电路183，以及第四调整电路184的任一或多个可各自为一电容器(Capacitor)、一电感器(Inductor)，或是一电阻器(Resistor)。一信号源(Signal Source)190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。
接地面110具有一缺口区域(Notch Region)115，其中缺口区域115位于接地面110的一边缘处。接地面110和缺口区域115的形状和尺寸于本发明中并不特别作限制。举例而言，接地面110可以大致呈现一较大矩形，而缺口缺域115可以大致呈现一较小矩形。在一些实施例中，接地面110设置于一介质基板(Dielectric Substrate)上，例如：一印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)、一FR4(Flame Retardant 4)基板，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FPC)，其中缺口区域115为此介质基板上的一非金属区域(Non-metal Region)，而此非金属区域可视为天线结构100的一净空区间(Clearance Region)。
第一馈入部120、第二馈入部130，以及第一辐射部140可以共同形成一平面式结构(Planar Structure)，其中此平面式结构可以完全位于接地面110的缺口区域115的内部。另外，第一调整电路181、第二调整电路182、第三调整电路183，以及第四调整电路184也可都完全位于接地面110的缺口区域115的内部。
第一馈入部120可以大致呈现一直条形。第一馈入部120具有一第一端121和一第二端122，其中第一调整电路181耦接于信号源190和第一馈入部120的第一端121之间。第二馈入部130可以大致呈现一L字形。第二馈入部130具有一第一端131和一第二端132，其中第二调整电路182耦接于第一馈入部120的第二端122和第二馈入部130的第一端131之间，而第三调整电路183耦接于第二馈入部130的第二端132和接地面110上的一第一短路点(Shorting Point)GP1之间。
第一辐射部140可以大致呈现一N字形或一Z字形。第一辐射部140的长度大于第一馈入部120和第二馈入部130的总长度。第一辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一辐射部140的第一端141耦接至第一馈入部120上的一第一连接点(ConnectionPoint)CP1，而第四调整电路184耦接于第一辐射部140的第二端142和接地面110上的一第二短路点GP2之间。第二短路点GP2与前述的第一短路点GP1相异，其中第一短路点GP1和第二短路点GP2可大致位于缺口区域115的相对二侧边上。第一连接点CP1可大致位于第一馈入部120的第一端121和第二端122两者的中间处。
在一些实施例中，第一馈入部120、第二馈入部130，以及第一辐射部140共同将接地面110的缺口区域115分割为一第一部分116、一第二部分117，以及一第三部分118。缺口区域115的第一部分116具有最大面积，其是由接地面110、第一馈入部120，以及第一辐射部140所完全包围；缺口区域115的第二部分117具有适中面积，其由接地面110、第一馈入部120，以及第二馈入部130所完全包围；而缺口区域115的第三部分118具有最小面积，其由第一馈入部120、第二馈入部130，以及第一辐射部140所部分包围。详细而言，缺口区域115的第一部分116可大致呈现一L字形，而缺口区域115的第二部分117和第三部分118可各自大致呈现一矩形，但也不仅限于此。
连接部150可以大致呈现一圆柱形。连接部150可与接地面110互相垂直。详细而言，连接部150具有一第一端151和一第二端152，其中连接部150的第一端151耦接至第二馈入部130上的一第二连接点CP2。例如，第二连接点CP2可大致位于第二馈入部130的第一端131和第二端132的两者的中间处，或可大致位于第二馈入部130的一直角转折处。在一些实施例中，连接部150以一顶针(Pogo Pin)或一金属弹片(Metal Spring)来实施。
第二辐射部160和第三辐射部170的组合可以大致呈现一U字形，其中第二辐射部160的长度至少为第三辐射部170的长度的6倍以上。详细而言，第二辐射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第二辐射部160的第一端161耦接至连接部150的第二端152，而第二辐射部160的第二端162为一开路端(Open End)。第三辐射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第三辐射部170的第一端171耦接至连接部150的第二端152，而第三辐射部170的第二端172为一开路端。第三辐射部170的第二端172邻近于第二辐射部160的第二端162。必须注意的是，本说明书中所谓「邻近」或「相邻」一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：10mm或更短)，但不包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。
连接部150、第二辐射部160，以及第三辐射部170共同形成一立体式结构(3DStructure)，其中第二辐射部160和第三辐射部170都位于与接地面110相异且大致互相平行的一平面上，而连接部150也可与第二辐射部160和第三辐射部170都互相垂直。在一些实施例中，第二辐射部160和第三辐射部170于接地面110上具有一垂直投影(VerticalProjection)，其中此垂直投影与缺口区域115至少部分重叠。
图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表电压驻波比。根据图2的测量结果，天线结构100可涵盖一第一频带FB1、一第二频带FB2，以及一第三频带FB3。例如，第一频带FB1可大致位于1575MHz处附近，第二频带FB2可约介于2400MHz至2500MHz之间，而第三频带FB3可约介于5150MHz至5850MHz之间。因此，天线结构100至少可支持GPS(Global Positioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz的宽频操作。
在一些实施例中，天线结构100的操作原理如下列所述。第一馈入部120和第一辐射部140可以共同激发产生前述的第一频带FB1。第一馈入部120、第二馈入部130、连接部150，以及第二辐射部160可以共同激发产生前述的第二频带FB2。第一馈入部120、第二馈入部130、连接部150，以及第三辐射部170可以共同激发产生前述的第三频带FB3。由于天线结构100包括立体式结构(由连接部150、第二辐射部160，以及第三辐射部170所形成)，而此立体式结构又不会额外占用接地面110上的净空区间，故前述设计有助于缩小天线总面积并提高天线的设计弹性。另外，第一调整电路181、第二调整电路182、第三调整电路183，以及第四调整电路184用于同时微调第一频带FB1、第二频带FB2，以及第三频带FB3的阻抗匹配(Impedance Matching)，从而可进一步缩小天线结构100的整体尺寸。
在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸和元件参数如下列所述。第一馈入部120和第一辐射部140的总长度可以小于第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。第一馈入部120、第二馈入部130、连接部150，以及第二辐射部160的总长度可以大致等于第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第一馈入部120、第二馈入部130、连接部150，以及第三辐射部170的总长度可以大致等于第三频带FB3的0.25倍波长(λ/4)。第一调整电路181、第二调整电路182、第三调整电路183，以及第四调整电路184的每一者可各自为一固定电容器(FixedCapacitor)或一可变电容器(Variable Capacitor)。例如，第一调整电路181的电容值(Capacitance)可介于0.4pF至0.6pF之间(较佳为0.5pF)，第二调整电路182的电容值可介于8pF至12pF之间(较佳为10pF)，第三调整电路183的电容值可小于0.1pF(较佳为0pF)，而第四调整电路184的电容值可介于0.7pF至1.1pF之间(较佳为0.9pF)。天线结构100的总长度可约为15mm，总宽度可约为8mm，而总高度可约为4mm。以上元件尺寸和元件参数的范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽和阻抗匹配。
本发明提出一种新颖的宽频天线结构，其同时包括一平面部分和一立体部分。通过在天线结构中加入多个调整电路，本发明可在不额外增加天线总面积的情况下仍能涵盖三个以上的操作频带。因此，本发明可兼得小尺寸、宽频带的双重优势，故其很适合应用于各种小型化的移动通讯装置当中。
值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状、元件参数，以及频率范围都非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的天线结构并不仅限于图1A-图2所图示的状态。本发明可以仅包括图1A-图2的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线结构当中。
在本说明书以及权利要求中的序数，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
接地面，具有缺口区域；
第一馈入部；
第一调整电路，耦接于一信号源和该第一馈入部之间；
第二馈入部；
第二调整电路，耦接至该第一馈入部和该第二馈入部之间；
第三调整电路，耦接于该第二馈入部和该接地面上的第一短路点之间；
第一辐射部，耦接至该第一馈入部；
第四调整电路，耦接于该第一辐射部和该接地面上的第二短路点之间；
连接部，耦接至该第二馈入部；
第二辐射部，耦接至该连接部；以及
第三辐射部，耦接至该连接部，其中该连接部、该第二辐射部，以及该第三辐射部共同形成一立体式结构。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一馈入部、该第二馈入部，以及该第一辐射部共同形成一平面式结构，而该平面式结构位于该缺口区域的内部。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一调整电路、该第二调整电路、该第三调整电路，以及该第四调整电路的任一者为电容器、电感器，或是电阻器。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该连接部与该接地面互相垂直。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部和该第三辐射部都位于与该接地面相异且平行的平面上。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部和该第三辐射部的组合呈现一U字形。
7.如权利要求1所述的天线结构，其中该天线结构涵盖第一频带、第二频带以及第三频带，该第一频带大致位于1575MHz，该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该第三频带介于5150MHz至5850MHz之间。
8.如权利要求7所述的天线结构，其中该第一馈入部和该第一辐射部的总长度小于该第一频带的0.25倍波长。
9.如权利要求7所述的天线结构，其中该第一馈入部、该第二馈入部、该连接部，以及该第二辐射部的总长度大致等于该第二频带的0.25倍波长。
10.如权利要求7所述的天线结构，其中该第一馈入部、该第二馈入部、该连接部，以及该第三辐射部的总长度大致等于该第三频带的0.25倍波长。
CN201810915628.2A 2018-07-26 2018-08-13 天线结构 Active CN110767988B (zh)

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