CN113675589A - 天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线结构，包括：一接地元件、一馈入辐射部、一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部，以及一切换电路。接地元件可提供一接地电位。馈入辐射部具有一馈入点。馈入辐射部经由第一辐射部耦接至第二辐射部。第三辐射部耦接至馈入辐射部，其中馈入辐射部介于第一辐射部和第三辐射部之间。切换电路可根据一控制电位来选择性地将第二辐射部耦接至接地电位。一槽孔形成并由接地元件、馈入辐射部、第一辐射部，以及第二辐射部所共同包围。

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(Wideband)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)为无线通讯领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其频宽(Bandwidth)不足，则很容易造成移动装置的通讯品质下降。因此，如何设计出小尺寸、宽频带的天线元件，对天线设计者而言是一项重要课题。
发明内容
在优选实施例中，本发明提出一种天线结构，包括：一接地元件，提供一接地电位；一馈入辐射部，具有一馈入点；一第一辐射部；一第二辐射部，其中该馈入辐射部经由该第一辐射部耦接至该第二辐射部；一第三辐射部，耦接至该馈入辐射部，其中该馈入辐射部介于该第一辐射部和该第三辐射部之间；以及一切换电路，根据一控制电位来选择性地将该第二辐射部耦接至该接地电位；其中一槽孔形成并由该接地元件、该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该第二辐射部所共同包围。
在一些实施例中，该天线结构还包括：一介质基板，其中该接地元件、该馈入辐射部、该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部都设置于该介质基板上。
在一些实施例中，该第一辐射部和该第二辐射部都位于该馈入辐射部之同一侧，而该第三辐射部则位于该馈入辐射部的相对另一侧。
在一些实施例中，该馈入辐射部呈现一直条形。
在一些实施例中，该第一辐射部呈现一L字形。
在一些实施例中，该第一辐射部包括互相耦接的一较窄部分和一较宽部分。
在一些实施例中，该第二辐射部呈现一直条形。
在一些实施例中，该第二辐射部还包括一角落增宽部分。
在一些实施例中，该第三辐射部呈现一矩形。
在一些实施例中，该槽孔呈现一L字形。
在一些实施例中，若该切换电路未将该第二辐射部耦接至该接地电位，则该天线结构会涵盖一第一频带，而若该切换电路已将该第二辐射部耦接至该接地电位，则该天线结构会涵盖一第二频带。
在一些实施例中，该第一频带位于1575MHz附近，而该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间。
在一些实施例中，该天线结构更涵盖一第三频带和一第四频带，该第三频带介于3300MHz至5000MHz之间，而该第四频带介于5150MHz至5850MHz之间。
在一些实施例中，该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该第二辐射部的总长度小于或等于该第一频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该槽孔的长度小于或等于该第三频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该槽孔的宽度介于0.5mm至3.5mm之间。
在一些实施例中，该馈入辐射部和该第三辐射部的总长度小于或等于该第四频带的0.25倍波长。
在一些实施例中，该第一辐射部的较宽部分还具有一开孔。
在一些实施例中，该第一辐射部的该开孔呈现一矩形。
在一些实施例中，该槽孔更朝该第一辐射部的该较宽部分的内部延伸，使得该槽孔和该第一辐射部的该开孔互相连通。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的天线结构的示意图；
图2为本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图；
图3为本发明另一实施例所述的天线结构的返回损失图；
图4为本发明一实施例所述的天线结构的辐射效率图；
图5为本发明另一实施例所述的天线结构的示意图；
图6为本发明另一实施例所述的天线结构的示意图。
符号说明
100,500,600:天线结构
110:接地元件
120:馈入辐射部
121:馈入辐射部的第一端
122:馈入辐射部的第二端
130,530,630:第一辐射部
131:第一辐射部的第一端
132:第一辐射部的第二端
134,534,634:第一辐射部的较窄部分
135,535,635:第一辐射部的较宽部分
140:第二辐射部
141:第二辐射部的第一端
142:第二辐射部的第二端
146:第二辐射部的角落增宽部分
150:第三辐射部
151:第三辐射部的第一端
152:第三辐射部的第二端
160:切换电路
161:接地路径
162:开路路径
170,670:槽孔
171:槽孔的闭口端
180:介质基板
190:信号源
538,638:第一辐射部的开孔
CC1:第一曲线
CC2:第二曲线
FB1:第一频带
FB2:第二频带
FB3:第三频带
FB4:第四频带
FP:馈入点
L1,L2,L3:长度
NP:切换节点
VC:控制电位
VSS:接地电位
W1,W2,W3:宽度
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。
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的揭露内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本揭露书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其与空间相关用词。例如「在…下方」、「下方」、「较低的」、「上方」、「较高的」及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中绘示的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的示意图。天线结构100可应用于一移动装置(Mobile Device)当中，例如：一智能型手机(SmartPhone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记型计算机(Notebook Computer)。如图1所示，天线结构100至少包括：一接地元件(Ground Element)110、一馈入辐射部(Feeding Radiation Element)120、一第一辐射部(Radiation Element)130、一第二辐射部140、一第三辐射部150，以及一切换电路(Switch Circuit)160，其中接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140，以及第三辐射部150都可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。
接地元件110可为一接地铜箔(Ground Copper Foil)，其可用于提供一接地电位VSS。在一些实施例中，天线结构100还包括一介质基板(Dielectric Substrate)180。例如，介质基板180可为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FCB)。接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140，以及第三辐射部150可共同形成一平面式结构(Planar Structure)，其可设置于介质基板180的同一表面上，但也不仅限于此。在另一些实施例中，接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130、第二辐射部140，以及第三辐射部150都共同形成于一移动装置的一壳体表面上，而为一立体式结构。
馈入辐射部120可以大致呈现一等宽直条形。详细而言，馈入辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一馈入点(Feeding Point)FP位于馈入辐射部120的第一端121处。馈入点FP更可耦接至一信号源(Signal Source)190。例如，信号源190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。馈入辐射部120可介于第一辐射部130和第三辐射部150之间。在一些实施例中，第一辐射部130和第二辐射部140都位于馈入辐射部120的同一侧(例如：左侧)，而第三辐射部150则位于馈入辐射部120的相对另一侧(例如：右侧)，但也不仅限于此。
第一辐射部130可以大致呈现一不等宽L字形。详细而言，第一辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第一辐射部130的第一端131耦接至馈入辐射部120的第二端122。在一些实施例中，第一辐射部130更包括互相耦接的一较窄部分(Narrow Portion)134和一较宽部分(Wide Portion)135，其中较窄部分134邻近于第一辐射部130的第一端131，而较宽部分135邻近于第一辐射部130的第二端132。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：5mm或更短)，也可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)。
第二辐射部140可以大致呈现一不等宽直条形。详细而言，第二辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二辐射部140的第一端141耦接至第一辐射部130的第二端132，而一切换节点(Switch Node)NP位于第二辐射部140的第二端142处。馈入辐射部120可经由第一辐射部130耦接至第二辐射部140。在一些实施例中，第二辐射部140还包括邻近于其第一端141的一角落增宽部分(Corner Widening Portion)146。第二辐射部140的角落增宽部分146可以大致呈现一矩形或一正方形。然而，本发明并不仅限于此。在另一些实施例中，前述的角落增宽部分146也可由第二辐射部140中移除，使得第二辐射部140可以大致呈现一等宽直条形。
第三辐射部150可以大致呈现一矩形或一正方形。详细而言，第三辐射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第三辐射部150的第一端151耦接至馈入辐射部120的第二端122，而第三辐射部150的第二端152为一开路端(Open End)，其朝远离馈入辐射部120的方向作延伸。第三辐射部150可与馈入辐射部120大致互相垂直。在一些实施例中，馈入辐射部120和第三辐射部150的组合大致呈现一L字形。
切换电路160可为一单刀双掷开关(Single Pole Double Throw Switch，SPDTSwitch)，其可于一接地路径(Grounded Path)161和一开路路径(Open-Circuited Path)162之间作切换。详细而言，切换电路160可根据一控制电位VC来选择性地将切换节点NP(或第二辐射部140)耦接至接地电位VSS。例如，若控制电位VC为高逻辑电位(High LogicLevel，或是逻辑「1」)，则切换电路160可将第二辐射部140的切换节点NP耦接至接地元件110的接地电位VSS(亦即，切换电路160可选择前述的接地路径161)；反之，若控制电位VC为低逻辑电位(Low Logic Level，或是逻辑「0」)，则切换电路160不会将第二辐射部140的切换节点NP耦接至接地元件110的接地电位VSS(亦即，切换电路160可选择前述的开路路径162)。
必须注意的是，非金属的一槽孔(Slot)170形成并由接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140所共同包围。槽孔170可以大致呈现一等宽或不等宽L字形。在一些实施例中，槽孔170具有一闭口端(Closed End)171，其可邻近于第二辐射部140的第一端141处，并可邻近于第一辐射部140的较窄部分134和较宽部分135两者的交界处。
图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的返回损失(Return Loss)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。根据图2的测量结果，若切换电路160未将第二辐射部140的切换节点NP耦接至接地电位VSS(亦即，选择开路路径162)，则天线结构100将可涵盖一第一频带FB1、一第三频带FB3，以及一第四频带FB4。
图3显示根据本发明另一实施例所述的天线结构100的返回损失图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。根据图3的测量结果，若切换电路160已将第二辐射部140的切换节点NP耦接至接地电位VSS(亦即，选择接地路径161)，则天线结构100将可涵盖一第二频带FB2、第三频带FB3，以及第四频带FB4。
例如，前述的第一频带FB1可位于1575MHz附近，前述的第二频带FB2可介于2400MHz至2500MHz之间，前述的第三频带FB3可介于3300MHz至5000MHz之间，而前述的第四频带FB4可介于5150MHz至5850MHz之间。因此，通过适当地控制切换电路160，天线结构100将至少可支持GPS(Global Positioning System)、WLAN(Wireless Local Area Networks)2.4GHz/5GHz，以及新世代5G通讯中sub-6GHz的宽频操作。
图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的辐射效率(RadiationEfficiency)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(％)。在图4的实施例中，一第一曲线CC1代表切换电路160选择开路路径162时天线结构100的辐射效率，而一第二曲线CC2则代表切换电路160选择接地路径161时天线结构100的辐射效率。根据图4的测量结果，通过适当地控制切换电路160，天线结构100于前述的第一频带FB1、第二频带FB2、第三频带FB3，以及第四频带FB4中的辐射效率都可达40％以上，此已可满足一般移动通讯置的实际应用需求。
在一些实施例中，天线结构100的操作原理可如下列所述。若第二辐射部140的切换节点NP未耦接至接地电位VSS，则馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140的组合可视为一单极天线(Monopole Antenna)，其可激发产生前述的第一频带FB1。反之，若第二辐射部140的切换节点NP已耦接至接地电位VSS，则接地元件110、馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140的组合可视为一回圈天线(Loop Antenna)，其可激发产生前述的第二频带FB2。另外，槽孔170可额外激发产生前述的第三频带FB3，而馈入辐射部120和第三辐射部150则可共同激发产生前述的第四频带FB4。第二辐射部140的角落增宽部分146则用于提高天线结构100于第四频带FB4内的辐射效率。
在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。馈入辐射部120、第一辐射部130，以及第二辐射部140的总长度L1可以小于或等于天线结构100的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。例如，前述总长度L1可介于天线结构100的第一频带FB1的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。槽孔170的长度L2可小于或等于天线结构100的第三频带FB3的0.25倍波长(λ/4)。例如，前述长度L2可介于天线结构100的第三频带FB3的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。槽孔170的宽度W2可介于0.5mm至3.5mm之间。馈入辐射部120和第三辐射部150的总长度L3可以小于或等于天线结构100的第四频带FB4的0.25倍波长(λ/4)。例如，前述总长度L3可介于天线结构100的第四频带FB4的0.15倍至0.17倍波长之间(0.15λ～0.17λ)。在第一辐射部130中，较宽部分135的宽度W3可为较窄部分134的宽度W1的至少3倍以上。以上尺寸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(Operation Bandwidth)和阻抗匹配(ImpedanceMatching)。
图5显示根据本发明另一实施例所述的天线结构500的示意图。图5和图1相似。在图5的实施例中，天线结构500的一第一辐射部530包括一较窄部分534和一较宽部分535，其中较宽部分535还具有非金属的一开孔(Opening)538。例如，第一辐射部530的开孔538可以大致呈现一矩形，但也不仅限于此。在另一些实施例中，第一辐射部530的开孔538也可大致呈现一正方形、一三角形、一圆形、一椭圆形，或是一梯形。根据实际测量结果，开孔538的加入有助于微调天线结构500的第一频带FB1和第二频带FB2的阻抗匹配。图5的天线结构500的其余特征都与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图6显示根据本发明另一实施例所述的天线结构600的示意图。图6和图1相似。在图6的实施例中，天线结构600的一第一辐射部630包括一较窄部分634和一较宽部分635，其中较宽部分635还具有一开孔638。另外，天线结构600的一槽孔670更朝第一辐射部630的较宽部分635的内部延伸，使得槽孔670和第一辐射部630的开孔638互相连通。开孔638和槽孔670的组合可以大致呈现一等宽或不等宽L字形。根据实际测量结果，开孔638和槽孔670的组合有助于微调天线结构600的第三频带FB3的阻抗匹配。图6的天线结构600的其余特征都与图1的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
本发明提出一种新颖的天线结构，与传统技术相比，其至少具有小尺寸、宽频带、结构简单，以及低制造成本等优势。因此，本发明很适合应用于各种各式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，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1～图6所图示的状态。本发明可以仅包括图1～图6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需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 (20)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
接地元件，提供接地电位；
馈入辐射部，具有馈入点；
第一辐射部；
第二辐射部，其中该馈入辐射部经由该第一辐射部耦接至该第二辐射部；
第三辐射部，耦接至该馈入辐射部，其中该馈入辐射部介于该第一辐射部和该第三辐射部之间；以及
切换电路，根据控制电位来选择性地将该第二辐射部耦接至该接地电位；
其中一槽孔形成并由该接地元件、该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该第二辐射部所共同包围。
2.如权利要求1所述的天线结构，还包括：
介质基板，其中该接地元件、该馈入辐射部、该第一辐射部、该第二辐射部，以及该第三辐射部都设置于该介质基板上。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部和该第二辐射部都位于该馈入辐射部的同一侧，而该第三辐射部则位于该馈入辐射部的相对另一侧。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该馈入辐射部呈现直条形。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部呈现L字形。
6.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一辐射部包括互相耦接的较窄部分和较宽部分。
7.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部呈现直条形。
8.如权利要求1所述的天线结构，其中该第二辐射部还包括角落增宽部分。
9.如权利要求1所述的天线结构，其中该第三辐射部呈现矩形。
10.如权利要求1所述的天线结构，其中该槽孔呈现L字形。
11.如权利要求1所述的天线结构，其中若该切换电路未将该第二辐射部耦接至该接地电位，则该天线结构会涵盖第一频带，而若该切换电路已将该第二辐射部耦接至该接地电位，则该天线结构会涵盖第二频带。
12.如权利要求11所述的天线结构，其中该第一频带位于1575MHz附近，而该第二频带介于2400MHz至2500MHz之间。
13.如权利要求11所述的天线结构，其中该天线结构还涵盖第三频带和第四频带，该第三频带介于3300MHz至5000MHz之间，而该第四频带介于5150MHz至5850MHz之间。
14.如权利要求11所述的天线结构，其中该馈入辐射部、该第一辐射部，以及该第二辐射部的总长度小于或等于该第一频带的0.25倍波长。
15.如权利要求13所述的天线结构，其中该槽孔的长度小于或等于该第三频带的0.25倍波长。
16.如权利要求1所述的天线结构，其中该槽孔的宽度介于0.5mm至3.5mm之间。
17.如权利要求13所述的天线结构，其中该馈入辐射部和该第三辐射部的总长度小于或等于该第四频带的0.25倍波长。
18.如权利要求6所述的天线结构，其中该第一辐射部的较宽部分还具有开孔。
19.如权利要求18所述的天线结构，其中该第一辐射部的该开孔呈现矩形。
20.如权利要求18所述的天线结构，其中该槽孔更朝该第一辐射部的该较宽部分的内部延伸，使得该槽孔和该第一辐射部的该开孔互相连通。
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