CN203339292U

CN203339292U - 天线结构

Info

Publication number: CN203339292U
Application number: CN2013203965017U
Authority: CN
Inventors: 黄筱婷
Original assignee: Ralink Technology Corp Taiwan
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: TWM463913U

Abstract

本实用新型公开一种天线结构，其包括：一接地面；一主辐射部、一信号源、一馈入连接部，以及一接地连接部。该主辐射部与该接地面分离并大致平行于该接地面。该主辐射部具有一槽孔。该槽孔具有一开口端和一封闭端。该馈入连接部邻近于该槽孔的该开口端。该信号源经由该馈入连接部耦接至该主辐射部。该接地连接部也邻近于该槽孔的该开口端。该主辐射部经由该接地连接部耦接至该接地面。

Description

天线结构

技术领域

本实用新型涉及一种天线结构，特别是涉及一种低成本高增益的天线结构。

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以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)***使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。

天线为具有无线通讯功能的移动装置的必要元件。传统上，当设计高增益天线时，天线通常经由同轴电缆线衔接于机壳内部，或者如偶极天线般固定于机壳外部。天线所需耗费的成本来自制作材料，其包括***母板以外的印刷电路板、金属线，以及同轴电缆线。举例来说，欲设计高增益天线时，微带槽孔耦合天线即为良好选择，其增益值可达9dBi。然而，微带槽孔耦合天线的制作成本不低，往往让客户在天线效能与制造成本之间必须择一作牺牲。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本高增益的天线结构，以解决上述问题。

本实用新型提供一种天线结构。此种天线结构包括：一接地面；一主辐射部，具有一槽孔，其中该主辐射部与该接地面分离并大致平行于该接地面，而该槽孔具有一开口端和一封闭端；一信号源；一馈入连接部，邻近于该槽孔的该开口端，其中该信号源经由该馈入连接部耦接至该主辐射部；以及一接地连接部，邻近于该槽孔的该开口端，其中该主辐射部经由该接地连接部耦接至该接地面。

该槽孔的该开口端介于该馈入连接部和该接地连接部之间。

该馈入连接部垂直于该主辐射部和该接地面。

该接地连接部垂直于该主辐射部和该接地面。

该接地面作为一反射面，用于反射来自该主辐射部的电磁波，以提升该天线结构的天线增益。

该天线结构还包括：***电路板，其中该接地面设置于该***电路板上，而其中该主辐射部、该馈入连接部，以及该接地连接部共同形成一体成型的一金属元件。

该天线结构激发产生一低频频带和一高频频带。

该低频频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带介于5150MHz至5850MHz之间。

该槽孔的长度介于该低频频带的中心频率的0.25倍波长至0.35倍波长之间。

该主辐射部与该接地面之间的距离介于该低频频带的中心频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。

该主辐射部具有一长边和一短边，而该槽孔的该开口端位于该长边的中心。

该主辐射部的该长边的长度为该低频频带的中心频率的0.5倍波长。

该主辐射部为一矩形。

该槽孔为一直条形。

该天线结构还包括：第一次辐射部，耦接至该主辐射部的一第一端；以及第二次辐射部，耦接至该主辐射部的一第二端，其中该主辐射部的该第一端相对于该主辐射部的该第二端。

该第一次辐射部为一矩形，而该第一次辐射部和该主辐射部分别位于互相垂直的二平面上。

该第二次辐射部为一矩形，而该第二次辐射部和该主辐射部分别位于互相垂直的二平面上。

该第一次辐射部和该第二次辐射部具有相等的尺寸，并均与该接地面分离。

该槽孔为一第一槽孔，该主辐射部还具有一第二槽孔和一第三槽孔，该第二槽孔和该第三槽孔各自具有一开口端和一封闭端，而该第一槽孔、该第二槽孔以及该第三槽孔互相平行。

该第一槽孔、该第二槽孔，以及该第三槽孔形成一倒m字形。

该接地连接部为一L字形并包括一弯折部分，而该弯折部分焊接至该接地面。

该主辐射部为一倒T字形。

该槽孔为一十字形。

该主辐射部为一等腰梯形。

本实用新型的优点在于，组成简单、制造成本低，非常适合大量生产，并套用至各种各式的移动装置中，天线增益高且操作方便。

附图说明

图1是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图；

图2是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的返回损失图；

图3是显示根据本实用新型较佳实施例所述的天线结构的示意图；

图4是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图；

图5是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图；

图6是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图；

图7是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图；以及

图8是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的示意图。

符号说明

100、300、400、500、600、700、800～天线结构；

110～接地面；

120～***电路板；

130、330、430、530、630、730～主辐射部；

131～主辐射部的长边；

132～主辐射部的短边；

140、540～槽孔；

141～槽孔的开口端；

142～槽孔的封闭端；

150～信号源；

160、360～馈入连接部；

170、370、870～接地连接部；

333～主辐射部的第一端；

334～主辐射部的第二端；

341～第一槽孔；

342～第二槽孔；

343～第三槽孔；

371、871～接地连接部的弯折部分；

381～第一次辐射部；

382～第二次辐射部；

D1～槽孔的长度；

D2～主辐射部与接地面之间的距离；

D3～主辐射部的长边的长度；

D4～主辐射部的短边的长度；

FB1～低频频带；

FB2～高频频带；

X、Y、Z～座标轴方向。

具体实施方式

为让本实用新型的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本实用新型的具体实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

图1是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构100的示意图。天线结构100可以设置于一无线网络基地台或一移动装置中，例如：一智慧型手机(Smart Phone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。天线结构100还可耦接至该移动装置的一通讯模块(未显示)，以提供一无线通讯功能。如图1所示，天线结构100至少包括：一接地面110、一主辐射部130、一信号源150、一馈入连接部160，以及一接地连接部170。在一些实施例中，主辐射部130、馈入连接部160，以及接地连接部170共同形成一体成型(All-In-One，AIO)的一金属元件。天线结构100还可包括一***电路板120，例如：一FR4(Flame Retardant4)基板，而接地面110可为设置于***电路板120上的一金属平面。***电路板120还可用于容纳该移动装置的其他电子元件，例如：一处理器、一收发器、一控制器、一触控模块，以及一供电模块(未显示)。

主辐射部130与接地面110分离，并大致平行于接地面110。接地面110可以作为一反射面，其用于反射来自主辐射部130的电磁波，以提升天线结构100的天线增益(Antenna Gain)。主辐射部130具有一槽孔(Slot)140。槽孔140具有一开口端(Open End)141和一封闭端(Closed End)142。在一些实施例中，主辐射部130大致为一矩形，而槽孔140大致为一直条形。更详细地说，主辐射部130具有至少一长边131和至少一短边132，而槽孔140的开口端141大致位于长边131的中心。必须注意的是，本实用新型并不仅限于此。在其他实施例中，主辐射部130和槽孔140也可具有其他不同形状，例如：一倒T字形、一十字形，它们将于之后段落中进行详细说明。信号源150经由馈入连接部160耦接至主辐射部130，以激发天线结构100。在一些实施例中，信号源150为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其经由一同轴电缆线或***电路板120上的一金属布线(未显示)耦接至馈入连接部160。主辐射部130还经由接地连接部170耦接至接地面110。馈入连接部160和接地连接部170均邻近于槽孔140的开口端141。更详细地说，槽孔140的开口端141介于馈入连接部160和接地连接部170之间。在一些实施例中，馈入连接部160和接地连接部170彼此互相平行，并均大致垂直于主辐射部130和接地面110。亦即，包括主辐射部130、馈入连接部160，以及接地连接部170的一金属元件于接地面110上大致形成一高架结构。在一些实施例中，馈入连接部160和接地连接部170均大致为直条形。

图2是显示根据本实用新型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)。如图2所示，在10dB返回损失的定义下，天线结构100可以激发产生至少一低频频带FB1和一高频频带FB2。在较佳实施例中，低频频带FB1约介于2400MHz至2500MHz之间，而高频频带FB2约介于5150MHz至5850MHz之间。因此，本实用新型的天线结构100可用于涵盖WLAN(Wireless Local Area Network)2.4/5.2/5.8GHz频带，使得包括天线结构100的一移动装置至少可支援Wi-Fi无线连线和IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11通讯标准。在其他实施例中，天线结构100也可设计为仅涵盖所需的一低频频带，例如：WLAN2.4GHz频带，或是GPS(Global Positioning System)频带。

请一并参考图1、图2。在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。槽孔140的长度D1约介于低频频带FB1的一中心频率(约为2450MHz)的0.25倍波长至0.35倍波长之间。主辐射部130与接地面110之间的距离D2约介于低频频带FB1的该中心频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。长度D1和距离D2的总和约为低频频带FB1的该中心频率的0.5倍波长。主辐射部130的长边131的长度D3约为低频频带FB1的该中心频率的0.5倍波长。主辐射部130的短边132的长度D4约为低频频带FB1的该中心频率的0.25倍波长。

传统槽孔天线的长度通常设计为一中心频率的0.5倍波长，而其槽孔是由一微带线(Microstrip Line)进行耦合式馈入。传统槽孔天线于制造时至少需占据一介质基板的相对二表面，故其结构较为复杂、且成本较高。相比之下，本实用新型的天线结构100可视为剖半的一槽孔天线。天线结构100是通过连接至信号源150来直接激发，而其槽孔140的长度仅约为一中心频率的0.25倍波长。大致来说，天线结构100仅由既有的接地面110与一体成型的一金属元件(包括主辐射部130、馈入连接部160，以及接地连接部170)所形成，其组成较为简单且具有较低的制造成本。因此，本实用新型非常适合大量生产，并套用至各种各式的移动装置中。

在天线原理方面，当天线结构100被激发时，根据量测的电流分布图可知，主要共振电流于主辐射部130的表面上沿着图1的正负Z方向周期性地来回流动，其中于主辐射部130的相对二短边处电流密度最小，而于主辐射部130的中央处(槽孔140附近)电流密度最大。因此，本实用新型的天线结构100的电流分布近似于0.5倍波长的一偶极天线(Dipole Antenna)。另外，***电路板120上的接地面110还可作为天线结构100的一反射面。由于主辐射部130所产生的电磁波与接地面110所反射的电磁波可以形成建设性干涉，天线结构100的天线增益将能有效地提升。在较佳实施例中，本实用新型的天线增益可达6～7dBi，为低成本高增益的一天线结构。

图3是显示根据本实用新型较佳实施例所述的天线结构300的示意图。图3和图1相似。在图3的实施例中，天线结构300包括：一接地面110、一***电路板120、一主辐射部330、一信号源150、一馈入连接部360、一接地连接部370、一第一次辐射部381，以及一第二次辐射部382。主辐射部330可以大致为一倒T字形。主辐射部330具有相对的一第一端333和一第二端334。第一次辐射部381耦接至主辐射部330的第一端333，而第二次辐射部382耦接至主辐射部330的第二端334。第一次辐射部381和第二次辐射部382用于增加主辐射部330的共振长度，并调整天线结构300的阻抗匹配。第一次辐射部381可以大致为一矩形，而第一次辐射部381和主辐射部330可以分别位于大致互相垂直的二平面上；相似地，第二次辐射部382也可大致为一矩形，而第二次辐射部382和主辐射部330也可分别位于大致互相垂直的另外二平面上。在一些实施例中，第一次辐射部381和第二次辐射部382具有大致相等的尺寸，并均与接地面110分离。主辐射部330具有一第一槽孔341、一第二槽孔342，以及一第三槽孔343。第一槽孔341、第二槽孔342，以及第三槽孔343各自具有一开口端和一封闭端，其中该等开口端可以彼此连通。在一些实施例中，第一槽孔341、第二槽孔342，以及第三槽孔343大致互相平行。在一些实施例中，第一槽孔341、第二槽孔342，以及第三槽孔343大致形成一倒m字形。第一槽孔341、第二槽孔342，以及第三槽孔343可以大致具有相等长度，而此三个长度和可以约介于天线结构300的一低频频带的一中心频率的0.25倍波长至0.35倍波长之间。与图1的天线结构100相比，天线结构300的多个槽孔可产生更多共振电流路径，故可增加天线结构300的操作频宽。另外，主辐射部330的曲折的一长边可增加主辐射部330的共振长度，从而缩小主辐射部330的整体尺寸。信号源150经由馈入连接部360耦接至主辐射部330。在一些实施例中，馈入连接部360具有一不等宽结构，以调整天线结构300的阻抗匹配。主辐射部330还经由接地连接部370耦接至接地面110。在一些实施例中，接地连接部370大致为一L字形并包括一弯折部分371，而弯折部分371直接焊接至接地面110，以增加天线结构300的稳定度。在经过适当微调后，天线结构300可涵盖一低频频带和至少一高频频带，其返回损失图可与图2相似。图3的天线结构300的其余特征及操作原理皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图4是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构400的示意图。图4和图3相似。在图4的实施例中，天线结构400的一主辐射部430大致为一矩形。图4的天线结构400的其余特征及操作原理皆与图3的天线结构300相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图5是显示根据本实用新型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的一主辐射部530具有一槽孔540，而槽孔540大致为一十字形。由于槽孔540具有较为曲折的形状，可增加其共振电流路径的长度，从而缩小主辐射部530上由槽孔540所占据的面积。图5的天线结构500的其余特征及操作原理皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图6是显示根据本实用新型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的一主辐射部630大致为一倒T字形。由于主辐射部630具有较为曲折的一长边，可增加主辐射部630的共振长度，从而缩小主辐射部630的整体尺寸。图6的天线结构600的其余特征及操作原理皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图7是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构700的示意图。图7和图1相似。在图7的实施例中，天线结构700的一主辐射部730大致为一等腰梯形。由于主辐射部730具有较为曲折的一长边，可增加主辐射部730的共振长度，从而缩小主辐射部730的整体尺寸。图7的天线结构700的其余特征及操作原理皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

图8是显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构800的示意图。图8和图1相似。在图8的实施例中，天线结构800的一接地连接部870大致为一L字形并包括一弯折部分871，而弯折部分871是直接焊接至接地面110，以增加天线结构800的稳定度。图8的天线结构800的其余特征及操作原理皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

在其他实施例中，本实用新型的天线结构的主辐射部还可为其他形状，例如：一多边形、一圆形、一半圆形，或是一椭圆形(未显示)；而主辐射部的槽孔还可为其他形状，例如：一双十字形、一不等宽长条形，或是一锥形 (未显示)。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件参数、元件形状，以及频率范围皆非为本实用新型的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。另外，本实用新型的天线结构并不仅限于图1-图8所图示的状态。本实用新型可以仅包括图1-图8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实用新型的天线结构中。

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。

Claims

1.一种天线结构，其特征在于，该天线结构包括：

接地面；

主辐射部，具有一槽孔，其中该主辐射部与该接地面分离并平行于该接地面，而该槽孔具有一开口端和一封闭端；

信号源；

馈入连接部，邻近于该槽孔的该开口端，其中该信号源经由该馈入连接部耦接至该主辐射部；以及

接地连接部，邻近于该槽孔的该开口端，其中该主辐射部经由该接地连接部耦接至该接地面。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该槽孔的该开口端介于该馈入连接部和该接地连接部之间。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该馈入连接部垂直于该主辐射部和该接地面。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该接地连接部垂直于该主辐射部和该接地面。

5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该接地面作为一反射面，用于反射来自该主辐射部的电磁波，以提升该天线结构的天线增益。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构还包括：

***电路板，其中该接地面设置于该***电路板上，而其中该主辐射部、该馈入连接部，以及该接地连接部共同形成一体成型的一金属元件。

7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构激发产生一低频频带和一高频频带。

8.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该低频频带介于2400MHz至2500MHz之间，而该高频频带介于5150MHz至5850MHz之间。

9.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该槽孔的长度介于该低频频带的中心频率的0.25倍波长至0.35倍波长之间。

10.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部与该接地面之间的距离介于该低频频带的中心频率的0.15倍波长至0.25倍波长之间。

11.如权利要求7所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部具有一长边和一短边，而该槽孔的该开口端位于该长边的中心。

12.如权利要求11所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部的该长边的长度为该低频频带的中心频率的0.5倍波长。

13.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部为一矩形。

14.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该槽孔为一直条形。

15.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构还包括：

第一次辐射部，耦接至该主辐射部的一第一端；以及

第二次辐射部，耦接至该主辐射部的一第二端，其中该主辐射部的该第一端相对于该主辐射部的该第二端。

16.如权利要求15所述的天线结构，其特征在于，该第一次辐射部为一矩形，而该第一次辐射部和该主辐射部分别位于互相垂直的二平面上。

17.如权利要求15所述的天线结构，其特征在于，该第二次辐射部为一矩形，而该第二次辐射部和该主辐射部分别位于互相垂直的二平面上。

18.如权利要求15所述的天线结构，其特征在于，该第一次辐射部和该第二次辐射部具有相等的尺寸，并均与该接地面分离。

19.如权利要求15所述的天线结构，其特征在于，该槽孔为一第一槽孔，该主辐射部还具有一第二槽孔和一第三槽孔，该第二槽孔和该第三槽孔各自具有一开口端和一封闭端，而该第一槽孔、该第二槽孔以及该第三槽孔互相平行。

20.如权利要求19所述的天线结构，其特征在于，该第一槽孔、该第二槽孔，以及该第三槽孔形成一倒m字形。

21.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该接地连接部为一L字形并包括一弯折部分，而该弯折部分焊接至该接地面。

22.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部为一倒T字形。

23.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该槽孔为一十字形。

24.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该主辐射部为一等腰梯形。