TW201519507A - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括：一接地面、一饋入部，以及一耦合輻射部。該饋入部係耦接至一信號源。該饋入部大致為一T字形。該耦合輻射部係與該饋入部分離，並鄰近於該饋入部。該耦合輻射部更耦接至該接地面，並至少部分地圍繞該饋入部。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種適用於行動裝置之寬頻天線結構。

隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth以及WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)系統使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

在現有的技術中，常以固定尺寸之一金屬元件作為行動裝置之天線主體，而該金屬元件之長度須等於所需頻帶對應之二分之一波長(λ/2)或四分之一波長(λ/4)。然而，由於產生低頻頻帶之金屬元件需要較長之共振路徑，其往往難以設計於行動裝置之有限內部空間當中。

為了解決先前技術之問題，本發明提供一種小型化之寬頻天線結構，其可適用於各種行動裝置，例如：一筆記型電腦(Notebook Computer)，或是一平板電腦(Tablet Computer)。在較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包括：一接地面；一饋入部，耦接至一信號源，其中該饋入部大致為一T字形；以及一耦合輻射部，耦接至該接地面，並鄰近於該饋入部，其中該耦合輻射部係與該饋入部分離，並至少部分地圍繞該饋入部。

100、200、300、400、500‧‧‧天線結構

110‧‧‧接地面

120‧‧‧饋入部

130、530‧‧‧耦合輻射部

131、531‧‧‧耦合輻射部之主要部份

132、532‧‧‧耦合輻射部之短路部份

133‧‧‧缺口

190‧‧‧信號源

240、340、540‧‧‧延伸輻射部

241‧‧‧延伸輻射部之倒S字形部份

242‧‧‧延伸輻射部之S字形部份

343‧‧‧延伸輻射部之矩形加寬部份

450‧‧‧介質基板

460‧‧‧同軸電纜線

461‧‧‧同軸電纜線之中心導線

462‧‧‧同軸電纜線之外部導體

463‧‧‧同軸電纜線之鐵氟龍材料

GC1‧‧‧耦合間隙

W1、W2‧‧‧寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖；以及第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之返回損失圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂， 下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之示意圖。天線結構100可以設計於一行動裝置內，例如：一筆記型電腦(Notebook Computer)，或是一平板電腦(Tablet Computer)。如第1圖所示，天線結構100至少包括：一接地面110、一饋入部120，以及一耦合輻射部130。在一些實施例中，接地面110、饋入部120，以及耦合輻射部130皆以導體材料製成，例如：銅、銀、鐵、鋁，或是其合金。在一些實施例中，天線結構100係設置於一介質基板(Dielectric Substrate)上。接地面110可以耦接至該行動裝置之一系統接地面，或可屬於該系統接地面之一部份。饋入部120係大致為一T字形。饋入部120係耦接至一信號源190。信號源190可以是該行動裝置之一射頻(Radio Frequency)模組，並可用於激發天線結構100。耦合輻射部130係耦接至接地面110。耦合輻射部130係與饋入部120分離，並係鄰近於饋入部120。為了節省設計空間，耦合輻射部130係至少部分地圍繞饋入部120。

更詳細地說，在一些實施例中，耦合輻射部130包括一主要部份131和一短路部份132，其中主要部份131係鄰近於饋入部120，而主要部份131係經由短路部份132耦接至接地面110。在一些實施例中，耦合輻射部130具有一不等寬結構。舉例來說，短路部份132之寬度W2可以遠小於主要部份131之寬度W1。此種不等寬結構有助於調整天線結構100之阻抗匹配。在其他實施例中，耦合輻射部130亦可改為具有一等寬結構。 饋入部120和耦合輻射部130之主要部份131之間可以形成一耦合間隙GC1，使得來自信號源190之饋入能量可從饋入部120透過耦合間隙GC1傳送至耦合輻射部130。為了增強相互耦合效應，耦合間隙GC1之寬度應小於2mm，且較佳約介於0.5mm至1mm之間。在一些實施例中，耦合輻射部130之主要部份131大致為一倒U字形。亦即，耦合輻射部130之主要部份131可以具有一缺口133，其中饋入部120之至少一部份係位於缺口133內。在一些實施例中，缺口133大致為一矩形，或大致具有一矩形邊緣。在其他實施例中，缺口133亦可大致為一半圓形，或大致具有一圓弧形邊緣。另一方面，耦合輻射部130之短路部份132可為任意形狀，例如：大致為一N字形、一L字形，或是一S字形。

就天線原理而言，饋入部120和耦合輻射部130可共同形成對應於天線結構100之一低頻頻帶之一低頻共振路徑，而饋入部120自身可形成對應於天線結構100之一高頻頻帶之一高頻共振路徑。由於耦合輻射部130係大致圍繞饋入部120，並係藉由耦合效應所激發，該低頻共振路徑可具有較短之長度及佔據較小之面積。另一方面，呈現T字形之饋入部120因具有雙支路能激發雙共振模態，故可更增加該高頻頻帶之頻寬。因此，本發明之天線結構100可兼得小尺寸和寬頻帶之雙重優勢，其非常適合應用於各種小型化之行動裝置中。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構200之示意圖。第2圖和第1圖相似，兩者之差異在於，第2圖之天線結構200更包括一延伸輻射部240。延伸輻射部240係以 導體材料製成，例如：銅、銀、鐵、鋁，或是其合金。延伸輻射部240係耦接至饋入部120。在一些實施例中，延伸輻射部240之一連接端係鄰近於饋入部120之一饋入端。為了增加共振長度及縮小面積，延伸輻射部240可以具有一蜿蜒結構。舉例來說，該蜿蜒結構可以包括延伸輻射部240之一倒S字形部份241和一S字形部份242，其中倒S字形部份241和S字形部份242係互相耦接。在其他實施例中，該蜿蜒結構亦可具有其他形狀，例如，可包括一或複數個互相耦接之W字形部份。延伸輻射部240可形成對應於天線結構200之一低頻頻帶之另一低頻共振路徑，而延伸輻射部240與饋入部120、耦合輻射部130同時存在將可更增加該低頻頻帶之頻寬。第2圖之天線結構200之其餘特徵皆與第1圖之天線結構100相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構300之示意圖。第3圖和第2圖相似，兩者之差異在於，第3圖之天線結構300之一延伸輻射部340更包括一矩形加寬部份343。更詳細地說，延伸輻射部340之一連接端係耦接至饋入部120(例如，鄰近於饋入部120之一饋入端)，而矩形加寬部份343係位於延伸輻射部340之另一端(相對於該連接端)。延伸輻射部340之矩形加寬部份343可提供一電容性負載，從而調整天線結構300之阻抗匹配並更增加其頻寬。在其他實施例中，延伸輻射部340之矩形加寬部份343亦可大致為一正方形或一半圓形。第3圖之天線結構300之其餘特徵皆與第2圖之天線結構200相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構400之示意圖。第4圖和第3圖相似，兩者之差異在於，第4圖之天線結構400更包括一介質基板450和一同軸電纜線(Coaxial Cable)460。介質基板450可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板。如第4圖所示，接地面110之至少一部份、饋入部120、耦合輻射部130，以及延伸輻射部340皆設置於介質基板450之一表面上。換言之，天線結構400可以大致為一平面化結構，因此其可具有非常小之天線高度。同軸電纜線460至少包括一中心導線461和一外部導體462。信號源190可以經由同軸電纜線460耦接至天線結構400。舉例來說，信號源190之一正極可經由中心導線461耦接至饋入部120之一饋入端，而信號源190之一負極可經由外部導體462耦接至接地面110。另外，同軸電纜線460更可包括填充於外部導體462和中心導線461之間之一鐵氟龍(Teflon)材料463，以及包覆住外部導體462之一塑膠外皮。第4圖之天線結構400之其餘特徵皆與第3圖之天線結構300相似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構500之示意圖。第5圖和第4圖相似，兩者之差異在於，在第5圖之天線結構500中，一耦合輻射部530之一短路部份532係大致與一延伸輻射部540對調位置。亦即，耦合輻射部530可具有位於天線結構500不同側之一接地路徑，而延伸輻射部540亦可具有位於天線結構500另外不同側之一共振路徑。前述對調位置之設計方式並不致影響天線結構500之輻射特性。第5圖之天線結構500之其餘特徵皆與第4圖之天線結構400相似，故此二 實施例均可達成相似之操作效果。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構400之返回損失(Return Loss)圖。請一併參考第4、6圖。在天線結構400中，饋入部120、耦合輻射部130，以及延伸輻射部340可共同激發產生一低頻頻帶FB1，而饋入部120自身可激發產生一高頻頻帶FB2。在較佳實施例中，低頻頻帶FB1約介於700MHz至960MHz之間，而高頻頻帶FB2約介於1710MHz至2690MHz之間。因此，本發明之天線結構至少可涵蓋LTE700/GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS2000/LTE2300/LTE2500之多重頻帶操作。根據實際量測結果，天線結構於前述頻帶中之天線效率皆能大於35%，可符合實際應用需要。必須了解的是，延伸輻射部340及其矩形加寬部份343實為本發明之選用(Optional)元件，在其他實施例中，它們可由天線結構中移除，而不致於影響天線結構之輻射特性。

請再次參考第4圖。在一些實施例中，天線結構400之元件尺寸可如下列所述。接地面110之長度約為30mm，寬度約為22mm。介質基板450之長度約為66mm，寬度約為12mm。同軸電纜線460之長度約為320mm。天線結構400之本體約佔據800mm²之面積，可滿足小型化之設計標準。

值得注意的是，以上所述之元件參數、元件形狀，以及頻率範圍皆非為本發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線結構並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之 特徵均須同時實施於本發明之天線結構當中。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧天線結構

110‧‧‧接地面

120‧‧‧饋入部

130‧‧‧耦合輻射部

131‧‧‧耦合輻射部之主要部份

132‧‧‧耦合輻射部之短路部份

133‧‧‧缺口

190‧‧‧信號源

GC1‧‧‧耦合間隙

W1、W2‧‧‧寬度

Claims (10)

1. 一種天線結構，包括：一接地面；一饋入部，耦接至一信號源，其中該饋入部大致為一T字形；以及一耦合輻射部，耦接至該接地面，並鄰近於該饋入部，其中該耦合輻射部係與該饋入部分離，並至少部分地圍繞該饋入部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該耦合輻射部包括一主要部份和一短路部份，該主要部份係鄰近於該饋入部，而該主要部份係經由該短路部份耦接至該接地面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中該耦合輻射部之該主要部份大致為一倒U字形。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線結構，其中該耦合輻射部之該主要部份具有一缺口，而該饋入部之至少一部份係位於該缺口內。
5. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中該饋入部和該耦合輻射部之該主要部份之間形成一耦合間隙，而該耦合間隙之寬度係小於2mm。
6. 如申請專利範圍第2項所述之天線結構，其中該耦合輻射部具有一不等寬結構，而該短路部份之寬度係遠小於該主要部份之寬度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包括：一延伸輻射部，耦接至該饋入部，其中該延伸輻射部具有 一蜿蜒結構。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該延伸輻射部更包括一矩形加寬部份，該延伸輻射部之一端係耦接至該饋入部，而該矩形加寬部份係位於該延伸輻射部之另一端。
9. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，更包括：一介質基板，其中該接地面之至少一部份、該饋入部、該耦合輻射部，以及該延伸輻射部皆設置於該介質基板之一表面上；以及一同軸電纜線，包括一中心導線和一外部導體，其中該信號源之一正極係經由該中心導線耦接至該饋入部，而該信號源之一負極係經由該外部導體耦接至該接地面。
10. 如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該饋入部、該耦合輻射部，以及該延伸輻射部係共同激發產生一低頻頻帶，而該饋入部係激發產生一高頻頻帶，其中該低頻頻帶約介於700MHz至960MHz之間，而該高頻頻帶約介於1710MHz至2690MHz之間。