CN207250703U - 天线结构 - Google Patents
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Abstract
一种天线结构。该天线结构包括:一接地元件、一第一辐射部、一第二辐射部、一第一馈入部,以及一第二馈入部。第二辐射部与第一辐射部分离,其中第一辐射部介于第二辐射部和接地元件之间。第一馈入部包括一第一耦合激发部和一第一连接部。第二馈入部包括一第二耦合激发部和一第二连接部。第一耦合激发部和第二耦合激发部皆邻近于该第一辐射部。藉由连接第一耦合激发部的一中心点至天线结构的一中心轴形成一第一线段,而藉由连接第二耦合激发部的一中心点至天线结构的中心轴形成一第二线段,其中第一线段和第二线段之间的一夹角大于90度。本实用新型具有宽频带、双极化、高隔离度、结构简单、低制造成本等优势,且克服了室内通信质量不佳的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天线结构,特别涉及一种耦合馈入的宽带双极化天线结构。
背景技术
随着移动通信技术的发达,移动装置在近年日益普遍,常见的例如:手提式计算机、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信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围,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的频带进行通信,而有些则涵盖短距离的无线通信范围,例如:Wi-Fi、Bluetooth***使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。
无线网络基站(Wireless Access Point)是使移动装置在室内能高速上网的必要元件。然而,由于室内环境充满了信号反射和多重路径衰减(Multipath Fading),无线网络基站必须能同时处理来自各方向和各种极化的信号。因此,如何在无线网络基站的有限空间中设计出一种宽频带、多极化方向的天线,已成为现今设计者的一大挑战。
因此,需要提供一种天线结构来解决上述问题。
实用新型内容
在较佳实施例中,本实用新型提供一种天线结构,该天线结构包括:一接地元件;一第一辐射部,该第一辐射部具有一第一开孔和一第二开孔;一第二辐射部,该第二辐射部与该第一辐射部分离,其中该第一辐射部介于该第二辐射部和该接地元件之间;一第一馈入部,该第一馈入部包括一第一耦合激发部和一第一连接部,其中一第一信号源经由该第一连接部耦接至该第一耦合激发部,该第一连接部穿越该第一开孔,而该第一耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第二辐射部和该第一辐射部之间;以及一第二馈入部,该第二馈入部包括一第二耦合激发部和一第二连接部,其中一第二信号源经由该第二连接部耦接至该第二耦合激发部,该第二连接部穿越该第二开孔,而该第二耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第二辐射部和该第一辐射部之间;其中藉由连接该第一耦合激发部的一中心点至该天线结构的一中心轴形成一第一线段,藉由连接该第二耦合激发部的一中心点至该天线结构的该中心轴形成一第二线段,而该第一线段和该第二线段之间的一夹角大于90度。
在一些实施例中,该第一辐射部呈现一第一圆形,该第二辐射部呈现一第二圆形,而该第二圆形的面积略小于该第一圆形的面积。
在一些实施例中,该第一圆形的半径和该第二圆形的半径皆大致等于该天线结构的一中心操作频率的0.25倍波长。
在一些实施例中,该接地元件呈现一正方形。
在一些实施例中,该第一耦合激发部呈现一第三圆形,该第二耦合激发部呈现一第四圆形,而该第四圆形的面积等于该第三圆形的面积。
在一些实施例中,该第一线段的长度和该第二线段的长度彼此相等。
在一些实施例中,该第一线段的长度和该第二线段的长度皆小于或等于该天线结构的一中心操作频率的0.125倍波长。
在一些实施例中,该第一线段和该第二线段之间的该夹角恰等于98度。
在一些实施例中,该天线结构还包括:一支撑柱,连接至该接地元件,并用于支撑该第一辐射部。
在一些实施例中,该天线结构还包括:一介质基板,设置于该第一辐射部和该接地元件之间。
在另一较佳实施例中,本实用新型提供一种天线结构,该天线结构包括:一接地元件;一第一辐射部;一第二辐射部,该第二辐射部与该第一辐射部分离,其中该第一辐射部介于该第二辐射部和该接地元件之间;一第一馈入部,该第一馈入部包括一第一耦合激发部和一第一连接部,其中一第一信号源经由该第一连接部耦接至该第一耦合激发部,而该第一耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第一辐射部和该接地元件之间;以及一第二馈入部,该第二馈入部包括一第二耦合激发部和一第二连接部,其中一第二信号源经由该第二连接部耦接至该第二耦合激发部,而该第二耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第一辐射部和该接地元件之间;其中藉由连接该第一耦合激发部的一中心点至该天线结构的一中心轴形成一第一线段,藉由连接该第二耦合激发部的一中心点至该天线结构的该中心轴形成一第二线段,而该第一线段和该第二线段之间的一夹角大于90度。
在一些实施例中,该第一线段和该第二线段之间的该夹角恰等于94度。
本实用新型的天线结构至少具有宽频带、双极化、高隔离度、结构简单,以及低制造成本等优势。因此,本实用新型的天线结构很适合应用于各种室内环境,以克服传统因信号反射和多重路径衰减造成通信质量不佳的问题。
附图说明
图1A显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的立体图。
图1B显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的俯视图。
图1C显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的侧视图。
图1D显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的S参数图。
图1E显示具有90度的第一线段和第二线段的夹角的天线结构的S参数图。
图2A显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的立体图。
图2B显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的俯视图。
图2C显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的侧视图。
图2D显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构的S参数图。
图2E显示具有90度的第一线段和第二线段的夹角的天线结构的S参数图。
图3A显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的立体图。
图3B显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的俯视图。
图3C显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的侧视图。
图3D显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的S参数图。
图4A显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的立体图。
图4B显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的俯视图。
图4C显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的侧视图。
图4D显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构的S参数图。
主要元件符号说明:
100、200、300、400 天线结构
110、210 接地元件
120、220 第一辐射部
121 第一开孔
122 第二开孔
130、230 第二辐射部
140、240 第一馈入部
141、241 第一耦合激发部
142、242 第一连接部
145、245 第一耦合激发部的中心点
150、250 第二馈入部
151、251 第二耦合激发部
152、252 第二连接部
155、255 第二耦合激发部的中心点
160、260 支撑柱
171、271 第一线段
172、272 第二线段
191、291 第一信号源
192、292 第二信号源
380、480 介质基板
D1、D11、D12、D2、D3、
D4、D41、D42 间距
FB1、FB2、FB3、FB4 操作频带
L1、L2 长度
LC1、LC2 天线结构的中心轴
R1、R2、R3、R4、R5、R6、
R7、R8 半径
S11 S11参数的特性曲线
S22 S22参数的特性曲线
S21 S21参数的特性曲线
X X轴
Y Y轴
Z Z轴
θ1、θ2 夹角
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。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应当可理解,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书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书当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语,故应当解释成“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性连接手段。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性连接至该第二装置,或经由其他装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。
图1A显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构100的立体图。图1B显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构100的俯视图。图1C显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构100的侧视图。请一并参考图1A、图1B、图1C。天线结构100可应用于一通信装置,例如:一无线网络基站(Wireless Access Point)。在图1A、图1B、图1C的实施例中,天线结构100至少包括:一接地元件(Ground Element)110、一第一辐射部(Radiation Element)120、一第二辐射部130、一第一馈入部(Feeding Element)140,以及一第二馈入部150。前述的接地元件110、第一辐射部120、第二辐射部130、第一馈入部140以及第二馈入部150可由金属板(Metal Plate)或是金属片(Metal Piece)所制成。
天线结构100具有一中心轴(Central Axis)LC1,其穿过接地元件110、第一辐射部120以及第二辐射部130的每一者的中心点。例如,接地元件110可以大致呈现一正方形,第一辐射部120可以大致呈现一第一圆形,而第二辐射部130可以大致呈现一第二圆形,其中前述第二圆形的面积可略小于前述第一圆形的面积。详细而言,若第一辐射部120在接地元件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)且第二辐射部130在接地元件110上具有一第二垂直投影,则第二垂直投影将完全位于第一垂直投影的内部,而第一垂直投影和第二垂直投影的组合将呈现一同心圆(Concentric Circles)。必须注意的是,本实用新型并不仅限于此。在其他实施例中,接地元件110、第一辐射部120以及第二辐射部130亦可各自具有其他对称形状,例如:一正三角形、一菱形、一正六边形,或是一正八边形。
第一辐射部120具有一第一开孔(Opening)121和一第二开孔122。例如,第一开孔121和第二开孔122可为圆形开孔或是正方形开孔,但不仅限于此。第二辐射部130与第一辐射部120完全分离并为浮接状态(Floating),其中第一辐射部120介于第二辐射部130和接地元件110之间。第二辐射部130可用于部分反射、部分穿透来自第一辐射部120的电磁波(Electromagnetic Wave),从而改善天线结构100的增益(Gain)和带宽(Bandwidth)。
第一馈入部140包括一第一耦合激发部(Coupling Excitation Element)141和一第一连接部(Connection Element)142,其中一第一信号源191经由第一连接部142耦接至第一耦合激发部141。详细而言,第一连接部142穿越第一辐射部120的第一开孔121,第一耦合激发部141邻近于第一辐射部120但与第一辐射部120分离,而第一耦合激发部141介于第二辐射部130和第一辐射部120之间。第二馈入部150包括一第二耦合激发部151和一第二连接部152,其中一第二信号源192经由第二连接部152耦接至第二耦合激发部151。详细而言,第二连接部152穿越第一辐射部120的第二开孔122,第二耦合激发部151邻近于第一辐射部120但与第一辐射部120分离,而第二耦合激发部151介于第二辐射部130和第一辐射部120之间。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:2mm或更短)。
第一耦合激发部141和第二耦合激发部151可位于同一特定平面上。例如,接地元件110、第一辐射部120、第二辐射部130,以及前述的特定平面可以彼此互相平行。第一耦合激发部141可以大致呈现一第三圆形,而第二耦合激发部151可以大致呈现一第四圆形,其中前述第四圆形的面积可大致等于前述第三圆形的面积。必须注意的是,本实用新型并不仅限于此。在其他实施例中,第一耦合激发部141和第二耦合激发部151亦可各自具有其他对称形状,例如:一正三角形、一菱形、一正六边形,或是一正八边形。第一连接部142可为一第一同轴电缆线(Coaxial Cable),其中第一同轴电缆线的一中心导线(CentralConductive Line)可耦接至第一耦合激发部141,而第一同轴电缆线的一导体外壳(Conductive Housing)可耦接至接地元件110但不直接接触第一辐射部120。第二连接部152可为一第二同轴电缆线,其中第二同轴电缆线的一中心导线可耦接至第二耦合激发部151,而第二同轴电缆线的一导体外壳可耦接至接地元件110但不直接接触第一辐射部120。第一信号源191和第二信号源192可用于产生操作频率相同的馈入信号,以激发天线结构100并达成双极化的特性。
在一些实施例中,天线结构100还包括一支撑柱(Supporting Pillar)160,其中支撑柱160连接至接地元件110,并用于支撑第一辐射部120。例如,支撑柱160可用金属或非金属材质制成,并可与天线结构100的中心轴LC1对齐。必须理解的是,支撑柱160属于选用(Optional)元件,在其他实施例中亦可移除。
在天线原理方面,藉由同时使用第一馈入部140和第二馈入部150,可形成双耦合馈入的双极化天线结构(Dual-Coupling-Fed and Dual-Polarized Antenna Structure)100。必须注意的是,由于第一耦合激发部141和第二耦合激发部151各自与第一辐射部120之间产生一等效馈入电容器(Effective Feeding Capacitor),天线结构100的带宽将可大幅增加。再者,此种双馈入的机制还可改善天线结构100的交叉极化隔离度(Cross-Polarization Isolation,XPI)。另一方面,藉由连接第一耦合激发部141的一中心点145至天线结构100的中心轴LC1可形成一第一线段(Line Segment)171(第一线段171垂直于中心轴LC1),而藉由连接第二耦合激发部151的一中心点155至天线结构100的中心轴LC1可形成一第二线段172(第二线段172垂直于中心轴LC1),其中第一线段171的长度和第二线段172的长度彼此相等,而第一线段171和第二线段172之间的一夹角θ1大于90度。前述角度范围可进一步微调天线结构100的阻抗匹配(Impedance Matching),请参考以下图1D、图1E的实施例以理解。必须注意的是,前述的第一线段171和第二线段172皆用以辅助定义夹角、两点之间的长度之用的虚拟线段,而非实体元件。
图1D显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构100的S参数(S Parameter)图,其中横轴代表操作频率(MHz),而纵轴代表S参数(dB)。第一信号源191设定为一第一端口(Port 1),而第二信号源192设定为一第二端口(Port 2)。在图1D的实施例中,第一线段171和第二线段172之间的夹角θ1恰等于98度(亦即,大于90度)。根据图1D的S11和S22参数可知,当天线结构100由第一信号源191和第二信号源192所同时馈入时,天线结构100可涵盖介于2234MHz至3150MHz之间的一操作频带FB1,且天线结构100的带宽可达34%。因此,天线结构100将至少可支持LTE(Long Term Evolution)Band40/Band41的宽带操作。另外,根据图1D的S21(或S12)参数可知,在前述操作频带FB1的一中心操作频率处(例如:2692MHz),第一信号源191和第二信号源192之间的隔离度(Isolation)(亦即,S21参数的绝对值)可达30dB或更高,此已可满足一般移动通信装置的实际应用需求。
图1E显示具有90度夹角θ1的天线结构100的S参数图。根据图1E的S21(或S12)参数可知,若第一线段171和第二线段172之间的夹角θ1缩小为90度(亦即,不大于90度),则第一信号源191和第二信号源192之间的最佳隔离度将往低频方向作偏移,且不会与其中心操作频率重叠。详细而言,在前述操作频带FB1的中心操作频率处,第一信号源191和第二信号源192之间的隔离度将降低为23dB。比较图1D、图1E可发现,将第一线段171和第二线段172之间的夹角θ1设定为大于90度有助于大幅改善天线结构100的隔离度特性。
在一些实施例中,天线结构100的元件尺寸可如下列所述。接地元件110的正方形的每一边长L1可大致介于天线结构100的中心操作频率的1.3至1.4倍波长之间(1.3λ~1.4λ),例如:1.35倍波长(1.35λ)。第一辐射部120的第一圆形的半径R1可大于或等于天线结构100的中心操作频率的0.25倍波长(0.25λ)。第二辐射部130的第二圆形的半径R2可小于或等于天线结构100的中心操作频率的0.25倍波长(0.25λ)。第一耦合激发部141的第三圆形的半径R3可介于天线结构100的中心操作频率的0.01至0.05倍波长之间(0.01λ~0.05λ)。第二耦合激发部151的第四圆形的半径R4可介于天线结构100的中心操作频率的0.01至0.05倍波长之间(0.01λ~0.05λ)。第一线段171的长度和第二线段172的长度可皆小于或等于天线结构100的中心操作频率的0.125倍波长(0.125λ)。第二辐射部130和第一辐射部120的间距D1可介于天线结构100的中心操作频率的0.003至0.1倍波长之间(0.003λ~0.1λ)。第一辐射部120和接地元件110的间距D2可介于天线结构100的中心操作频率的0.003至0.1倍波长之间(0.003λ~0.1λ)。第一耦合激发部141(或第二耦合激发部151)和第二辐射部130的间距D11,与第一耦合激发部141(或第二耦合激发部151)和第一辐射部120的间距D12,两者的比值(D11/D12)可介于2倍至3倍之间,例如:2.56倍。以上尺寸范围根据多次实验结果而得出,其有助于优化天线结构100的操作频带、隔离度,以及阻抗匹配。
图2A显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构200的立体图。图2B显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构200的俯视图。图2C显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构200的侧视图。请一并参考图2A、图2B、图2C。天线结构200可应用于一通信装置,例如:一无线网络基站。在图2A、图2B、图2C的实施例中,天线结构200至少包括:一接地元件210、一第一辐射部220、一第二辐射部230、一第一馈入部240以及一第二馈入部250。前述的接地元件210、第一辐射部220、第二辐射部230、第一馈入部240以及第二馈入部250可由金属板或是金属片所制成。
天线结构200具有一中心轴LC2,其穿过接地元件210、第一辐射部220以及第二辐射部230的每一者的中心点。例如,接地元件210可以大致呈现一正方形,第一辐射部220可以大致呈现一第一圆形,而第二辐射部230可以大致呈现一第二圆形,其中前述第二圆形的面积可略小于前述第一圆形的面积。详细而言,若第一辐射部220在接地元件210上具有一第一垂直投影且第二辐射部230在接地元件210上具有一第二垂直投影,则第二垂直投影将完全位于第一垂直投影的内部,而第一垂直投影和第二垂直投影的组合将呈现一同心圆。必须注意的是,本实用新型并不仅限于此。在其他实施例中,接地元件210、第一辐射部220以及第二辐射部230亦可各自具有其他对称形状,例如:一正三角形、一菱形、一正六边形,或是一正八边形。
第一辐射部220不具有任何开孔。第二辐射部230与第一辐射部220完全分离并为浮接状态,其中第一辐射部220介于第二辐射部230和接地元件210之间。第二辐射部230可用于部分反射、部分穿透来自第一辐射部220的电磁波,从而改善天线结构200的增益和带宽。
第一馈入部240包括一第一耦合激发部241和一第一连接部242,其中一第一信号源291经由第一连接部242耦接至第一耦合激发部241。详细而言,第一耦合激发部241邻近于第一辐射部220但与第一辐射部220分离,而第一耦合激发部241介于第一辐射部220和接地元件210之间。第二馈入部250包括一第二耦合激发部251和一第二连接部252,其中一第二信号源292经由第二连接部252耦接至第二耦合激发部251。详细而言,第二耦合激发部251邻近于第一辐射部220但与第一辐射部220分离,而第二耦合激发部251介于第一辐射部220和接地元件210之间。
第一耦合激发部241和第二耦合激发部251可位于同一特定平面上。例如,接地元件210、第一辐射部220、第二辐射部230,以及前述的特定平面可以彼此互相平行。第一耦合激发部241可以大致呈现一第三圆形,而第二耦合激发部251可以大致呈现一第四圆形,其中前述第四圆形的面积可大致等于前述第三圆形的面积。必须注意的是,本实用新型并不仅限于此。在其他实施例中,第一耦合激发部241和第二耦合激发部251亦可各自具有其他对称形状,例如:一正三角形、一菱形、一正六边形,或是一正八边形。第一连接部242可为一第一同轴电缆线,其中第一同轴电缆线的一中心导线可耦接至第一耦合激发部241,而第一同轴电缆线的一导体外壳可耦接至接地元件210。第二连接部252可为一第二同轴电缆线,其中第二同轴电缆线的一中心导线可耦接至第二耦合激发部251,而第二同轴电缆线的一导体外壳可耦接至接地元件210。第一信号源291和第二信号源292可用于产生操作频率相同的馈入信号,以激发天线结构200并达成双极化的特性。
在一些实施例中,天线结构200还包括一支撑柱260,其中支撑柱260连接至接地元件210,并用于支撑第一辐射部220。例如,支撑柱260可用金属或非金属材质制成,并可与天线结构200的中心轴LC2对齐。必须理解的是,支撑柱260属于选用元件,在其他实施例中亦可移除。
在天线原理方面,藉由同时使用第一馈入部240和第二馈入部250,可形成双耦合馈入的双极化天线结构200。必须注意的是,由于第一耦合激发部241和第二耦合激发部251各自与第一辐射部220之间产生一等效馈入电容器,天线结构200的带宽将可大幅增加。再者,此种双馈入的机制还可改善天线结构200的交叉极化隔离度。另一方面,藉由连接第一耦合激发部241的一中心点245至天线结构200的中心轴LC2可形成一第一线段271(第一线段271垂直于中心轴LC2),而藉由连接第二耦合激发部251的一中心点255至天线结构200的中心轴LC2可形成一第二线段272(第二线段272垂直于中心轴LC2),其中第一线段271的长度和第二线段272的长度彼此相等,而第一线段271和第二线段272之间的一夹角θ2大于90度。前述角度范围可进一步微调天线结构200的阻抗匹配,请参考以下图2D、图2E的实施例以理解。
图2D显示根据本实用新型一实施例所述的天线结构200的S参数图,其中横轴代表操作频率(MHz),而纵轴代表S参数(dB)。第一信号源291设定为一第一端口(Port1),而第二信号源292设定为一第二端口(Port 2)。在图2D的实施例中,第一线段271和第二线段272之间的夹角θ2恰等于94度(亦即,大于90度)。根据图2D的S11和S22参数可知,当天线结构200由第一信号源291和第二信号源292所同时馈入时,天线结构200可涵盖介于2175MHz至3034MHz之间的一操作频带FB2,且天线结构200的带宽可达33%。因此,天线结构200将至少可支持LTE Band40/Band41的宽带操作。另外,根据图2D的S21(或S12)参数可知,在前述操作频带FB2的一中心操作频率处(例如:2604.5MHz),第一信号源291和第二信号源292之间的隔离度可达24dB或更高,此已可满足一般移动通信装置的实际应用需求。
图2E显示具有90度夹角θ2的天线结构200的S参数图。根据图2E的S21(或S12)参数可知,若第一线段271和第二线段272之间的夹角θ2缩小为90度(亦即,不大于90度),则第一信号源291和第二信号源292之间的最佳隔离度将往低频方向作偏移,且不会与其中心操作频率重叠。详细而言,在前述操作频带FB2的中心操作频率处,第一信号源291和第二信号源292之间的隔离度将降低为20dB。比较图2D、图2E可发现,将第一线段271和第二线段272之间的夹角θ2设定为大于90度有助于大幅改善天线结构200的隔离度特性。
在一些实施例中,天线结构200的元件尺寸可如下列所述。接地元件210的正方形的每一边长L2可大致介于天线结构200的中心操作频率的1.2至1.4倍波长之间(1.2λ~1.4λ),例如:1.3倍波长(1.3λ)。第一辐射部220的第一圆形的半径R5可大于或等于天线结构200的中心操作频率的0.25倍波长(0.25λ)。第二辐射部230的第二圆形的半径R6可小于或等于天线结构200的中心操作频率的0.25倍波长(0.25λ)。第一耦合激发部241的第三圆形的半径R7可介于天线结构200的中心操作频率的0.01至0.05倍波长之间(0.01λ~0.05λ)。第二耦合激发部251的第四圆形的半径R8可介于天线结构200的中心操作频率的0.01至0.05倍波长之间(0.01λ~0.05λ)。第一线段271的长度和第二线段272的长度可皆小于或等于天线结构200的中心操作频率的0.125倍波长(0.125λ)。第二辐射部230和第一辐射部220的间距D3可介于天线结构200的中心操作频率的0.003至0.1倍波长之间(0.003λ~0.1λ)。第一辐射部220和接地元件210的间距D4可介于天线结构200的中心操作频率的0.003至0.1倍波长之间(0.003λ~0.1λ)。第一耦合激发部241(或第二耦合激发部251)和接地元件210的间距D42,与第一耦合激发部241(或第二耦合激发部251)和第一辐射部220的间距D41,两者的比值(D42/D41)可介于4倍至5倍之间,例如:4.19倍。以上尺寸范围根据多次实验结果而得出,其有助于优化天线结构200的操作频带、隔离度,以及阻抗匹配。
图3A显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构300的立体图。图3B显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构300的俯视图。图3C显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构300的侧视图。请一并参考图3A、图3B、图3C。图3A、图3B、图3C和图1A、图1B、图1C相似,其间差异在于,天线结构300还包括一介质基板(Dielectric Substrate)380,而介质基板380设置于第一辐射部120和接地元件110之间。图3D显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构300的S参数图。根据图3D的S11和S22参数可知,当天线结构300由第一信号源191和第二信号源192所同时馈入时,天线结构300可涵盖介于2100MHz至3350MHz之间的一操作频带FB3,且天线结构300的带宽可达45.9%。因此,介质基板380的加入有助于进一步增宽天线结构300的操作频率范围。图3A、图3B、图3C的天线结构300的其余特征皆与图1A、图1B、图1C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4A显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构400的立体图。图4B显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构400的俯视图。图4C显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构400的侧视图。请一并参考图4A、图4B、图4C。图4A、图4B、图4C和图2A、图2B、图2C相似,其间差异在于,天线结构400还包括一介质基板480,而介质基板480设置于第一辐射部220和接地元件210之间。图4D显示根据本实用新型另一实施例所述的天线结构400的S参数图。根据图4D的S11和S22参数可知,当天线结构400由第一信号源291和第二信号源292所同时馈入时,天线结构400可涵盖介于2050MHz至3350MHz之间的一操作频带FB4,且天线结构400的带宽可达48.1%。因此,介质基板480的加入有助于进一步增宽天线结构400的操作频率范围。图4A、图4B、图4C的天线结构400的其余特征皆与图2A、图2B、图2C的天线结构200类似,故此二实施例均可达成相似的操作效果。
须注意的是,若加入介质基板380(或480),则前述天线结构100(或200)的元件尺寸中的所有“波长”须根据介质基板380(或480)的介电常数(Dielectric Constant)进行调整,如下列方程式(1)所述:
其中“λg”代表天线结构300(或400)在介质基板380(或480)中的中心操作频率的等效波长,“λ”代表天线结构100(或200)在自由空间(Free Space)中的中心操作频率的波长,而“εr”代表介质基板380(或480)的介电常数。
本实用新型提供一种双耦合馈入的新颖天线结构,其至少具有宽频带、双极化、高隔离度、结构简单,以及低制造成本等优势。因此,本实用新型的天线结构很适合应用于各种室内环境,以克服传统因信号反射和多重路径衰减造成通信质量不佳的问题。
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。本实用新型的天线结构并不仅限于图1A-图4D所图示的状态。本实用新型可以仅包括图1A-图4D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实用新型的天线结构当中。
在本说明书以及权利要求书中的序数,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。
本实用新型虽以较佳实施例公开如上,然而其并非用以限定本实用新型的范围,任何所属领域的普通技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下,应当可做些许的更动与润饰,因此本实用新型的保护范围应当视所附的权利要求书所界定者为准。
Claims (20)
1.一种天线结构,其特征在于,该天线结构包括:
一接地元件;
一第一辐射部,该第一辐射部具有一第一开孔和一第二开孔;
一第二辐射部,该第二辐射部与该第一辐射部分离,其中该第一辐射部介于该第二辐射部和该接地元件之间;
一第一馈入部,该第一馈入部包括一第一耦合激发部和一第一连接部,其中一第一信号源经由该第一连接部耦接至该第一耦合激发部,该第一连接部穿越该第一开孔,而该第一耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第二辐射部和该第一辐射部之间;以及
一第二馈入部,该第二馈入部包括一第二耦合激发部和一第二连接部,其中一第二信号源经由该第二连接部耦接至该第二耦合激发部,该第二连接部穿越该第二开孔,而该第二耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第二辐射部和该第一辐射部之间;
其中藉由连接该第一耦合激发部的一中心点至该天线结构的一中心轴形成一第一线段,藉由连接该第二耦合激发部的一中心点至该天线结构的该中心轴形成一第二线段,而该第一线段和该第二线段之间的一夹角大于90度。
2.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该第一辐射部呈现一第一圆形,该第二辐射部呈现一第二圆形,而该第二圆形的面积略小于该第一圆形的面积。
3.如权利要求2所述的天线结构,其特征在于,该第一圆形的半径和该第二圆形的半径皆大致等于该天线结构的一中心操作频率的0.25倍波长。
4.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该接地元件呈现一正方形。
5.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该第一耦合激发部呈现一第三圆形,该第二耦合激发部呈现一第四圆形,而该第四圆形的面积等于该第三圆形的面积。
6.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该第一线段的长度和该第二线段的长度彼此相等。
7.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该第一线段的长度和该第二线段的长度皆小于或等于该天线结构的一中心操作频率的0.125倍波长。
8.如权利要求1所述的天线结构,其特征在于,该第一线段和该第二线段之间的该夹角恰等于98度。
9.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:
一支撑柱,该支撑柱连接至该接地元件,并用于支撑该第一辐射部。
10.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:
一介质基板,该介质基板设置于该第一辐射部和该接地元件之间。
11.一种天线结构,其特征在于,该天线结构包括:
一接地元件;
一第一辐射部;
一第二辐射部,该第二辐射部与该第一辐射部分离,其中该第一辐射部介于该第二辐射部和该接地元件之间;
一第一馈入部,该第一馈入部包括一第一耦合激发部和一第一连接部,其中一第一信号源经由该第一连接部耦接至该第一耦合激发部,而该第一耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第一辐射部和该接地元件之间;以及
一第二馈入部,该第二馈入部包括一第二耦合激发部和一第二连接部,其中一第二信号源经由该第二连接部耦接至该第二耦合激发部,而该第二耦合激发部邻近于该第一辐射部并介于该第一辐射部和该接地元件之间;
其中藉由连接该第一耦合激发部的一中心点至该天线结构的一中心轴形成一第一线段,藉由连接该第二耦合激发部的一中心点至该天线结构的该中心轴形成一第二线段,而该第一线段和该第二线段之间的一夹角大于90度。
12.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该第一辐射部呈现一第一圆形,该第二辐射部呈现一第二圆形,而该第二圆形的面积略小于该第一圆形的面积。
13.如权利要求12所述的天线结构,其特征在于,该第一圆形的半径和该第二圆形的半径皆大致等于该天线结构的一中心操作频率的0.25倍波长。
14.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该接地元件呈现一正方形。
15.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该第一耦合激发部呈现一第三圆形,该第二耦合激发部呈现一第四圆形,而该第四圆形的面积等于该第三圆形的面积。
16.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该第一线段的长度和该第二线段的长度彼此相等。
17.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该第一线段的长度和该第二线段的长度皆小于或等于该天线结构的一中心操作频率的0.125倍波长。
18.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该第一线段和该第二线段之间的该夹角恰等于94度。
19.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该天线结构还包括:
一支撑柱,该支撑柱连接至该接地元件,并用于支撑该第一辐射部。
20.如权利要求11所述的天线结构,其特征在于,该天线结构还包括:
一介质基板,该介质基板设置于该第一辐射部和该接地元件之间。
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