TW202109974A - 天線結構 - Google Patents

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TW202109974A TW108131157A TW108131157A TW202109974A TW 202109974 A TW202109974 A TW 202109974A TW 108131157 A TW108131157 A TW 108131157A TW 108131157 A TW108131157 A TW 108131157A TW 202109974 A TW202109974 A TW 202109974A
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Abstract

一種天線結構，包括：一非導體支撐元件、一饋入輻射部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部，以及一第四輻射部。饋入輻射部具有一饋入點。第一輻射部係耦接至一接地電位，其中第一輻射部和饋入輻射部之間形成一第一耦合間隙。第二輻射部係耦接至第一輻射部，其中第二輻射部和饋入輻射部之間形成一第二耦合間隙。第三輻射部係耦接至第一輻射部。第四輻射部係耦接至接地電位，其中第四輻射部和饋入輻射部之間形成一第三耦合間隙。饋入輻射部、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部，以及第四輻射部皆設置於非導體支撐元件上。

Description

天線結構
本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種寬頻帶之天線結構。
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、850 MHz、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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
天線為無線通訊領域中不可缺少之元件。倘若用於接收或發射信號之天線其頻寬(Bandwidth)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶之天線元件，對天線設計者而言是一項重要課題。
在較佳實施例中，本發明提出一種天線結構，包括：一非導體支撐元件；一饋入輻射部，具有一饋入點；一第一輻射部，耦接至一接地電位，其中該第一輻射部和該饋入輻射部之間形成一第一耦合間隙；一第二輻射部，耦接至該第一輻射部，其中該第二輻射部和該饋入輻射部之間形成一第二耦合間隙；一第三輻射部，耦接至該第一輻射部；以及一第四輻射部，耦接至該接地電位，其中該第四輻射部和該饋入輻射部之間形成一第三耦合間隙；其中該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部皆設置於該非導體支撐元件上。
在一些實施例中，該非導體支撐元件具有一第一表面、一第二表面，以及一第三表面，該第一表面和該第三表面皆大致垂直於該第二表面，該饋入輻射部和該第四輻射部皆由該第一表面延伸至該第二表面上，該第一輻射部和該第三輻射部皆設置於該第一表面上，而該第二輻射部係由該第一表面經過該第二表面再延伸至該第三表面上。
在一些實施例中，該饋入輻射部係呈現一較寬L字形。
在一些實施例中，該第一輻射部和該第三輻射部之一組合係呈現一直條形。
在一些實施例中，該第二輻射部係呈現一較窄L字形。
在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，以及一第四頻帶，該第一頻帶係介於1700MHz至2200MHz之間，該第二頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第三頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，而該第四頻帶係介於5100MHz至5925MHz之間。
在一些實施例中，該饋入輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第一輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第四輻射部之長度係大致等於該第四頻帶之0.25倍波長。
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。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構(Antenna Structure)100之平面展開圖，其中天線結構100具有二條90度彎折線LB1、LB2。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之側視圖。請一併參考第1、2圖。天線結構100可應用於一無線分享器(Wireless Access Point)或是一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1、2圖所示，天線結構100至少包括：一非導體支撐元件(Nonconductive Supporting Element)110、一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)120、一第一輻射部(Radiation Element)130、一第二輻射部140、一第三輻射部150，以及一第四輻射部160，其中饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。
饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160皆設置於非導體支撐元件110上。詳細而言，非導體支撐元件110具有一第一表面E1、一第二表面E2，以及一第三表面E3，其中第一表面E1和第三表面E3係大致互相平行，且第一表面E1和第三表面E3皆大致垂直於第二表面E2。饋入輻射部120和第四輻射部160皆由非導體支撐元件110之第一表面E1延伸至第二表面E2上。第一輻射部130和第三輻射部150皆設置於非導體支撐元件110之第一表面E1上。第二輻射部140係由非導體支撐元件110之第一表面E1經過第二表面E2再延伸至第三表面E3上。
饋入輻射部120可以大致呈現一較寬L字形，其係與第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160皆完全分離。饋入輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於饋入輻射部120之第一端121處，而饋入輻射部120之第二端122為一開路端(Open End)。饋入點FP可耦接至一信號源(Signal Source)190，例如：一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。詳細而言，饋入輻射部120之第一端121係位於非導體支撐元件110之第一表面E1上，而饋入輻射部120之第二端122係位於非導體支撐元件110之第二表面E2上。
第一輻射部130可以大致呈現一等寬直條形，其可與饋入輻射部120至少部份平行。第一輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第一輻射部130之第一端131係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS。第一輻射部130係鄰近於饋入輻射部120，其中第一輻射部130和饋入輻射部120之間形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，但不包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。
第二輻射部140可以大致呈現一較窄L字形，其可與饋入輻射部120至少部份平行。第二輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第二輻射部140之第一端141係耦接至第一輻射部130之第二端132，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。第二輻射部140之第二端142和饋入輻射部120之第二端122可大致朝相反方向作延伸。第二輻射部140係鄰近於饋入輻射部120，其中第二輻射部140和饋入輻射部120之間形成一第二耦合間隙GC2。詳細而言，第二輻射部140之第一端141係位於非導體支撐元件110之第一表面E1上，而第二輻射部140之第二端142係位於非導體支撐元件110之第三表面E3上。在一些實施例中，第一輻射部130和第二輻射部140之間形成一槽孔區域(Slot Region)145，其具有一開口側和一閉口側，而饋入輻射部120之第二端122係延伸進入槽孔區域145之內部。在另一些實施例中，槽孔區域145亦可改為一L字形。
第三輻射部150可以大致呈現一矩形或一正方形，而第一輻射部130和第三輻射部150之一組合可以大致呈現一等寬直條形。第三輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第三輻射部150之第一端151係耦接至第一輻射部130之第二端132，而第三輻射部150之第二端152為一開路端。第三輻射部150之第二端152和饋入輻射部120之第二端122可大致朝相同方向作延伸。
第四輻射部160可以大致呈現一直條形，其可與饋入輻射部120至少部份平行。第四輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第四輻射部160之第一端161係耦接至接地電位VSS，而第四輻射部160之第二端162為一開路端。第四輻射部160係鄰近於饋入輻射部120，其中第四輻射部160和饋入輻射部120之間形成一第三耦合間隙GC3。詳細而言，第四輻射部160之第一端161係位於非導體支撐元件110之第一表面E1上，而第四輻射部160之第二端162係位於非導體支撐元件110之第二表面E2上。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第3圖之量測結果，天線結構100可涵蓋一第一頻帶FB1、一第二頻帶FB2、一第三頻帶FB3，以及一第四頻帶FB4。例如，第一頻帶FB1可介於1700MHz至2200MHz之間，第二頻帶FB2可介於2300MHz至2700MHz之間，第三頻帶FB3可介於3300MHz至3800MHz之間，而第四頻帶FB4可介於5100MHz至5925MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援次世代5G通訊之寬頻操作。
在一些實施例中，天線結構100之操作原理係如下列所述。饋入輻射部120可激發產生前述之第二頻帶FB2。第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150，以及第四輻射部160之每一者皆由饋入輻射部120所耦合激發。第一輻射部130和第二輻射部140可共同激發產生前述之第一頻帶FB1。第一輻射部130和第三輻射部150可共同激發產生前述之第三頻帶FB3。第四輻射部160可激發產生前述之第四頻帶FB4。
在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸係如下列所述。饋入輻射部120之長度(亦即，由第一端121至第二端122之長度)可以大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部130和第二輻射部140之總長度(亦即，由第一端131起，經過第一端141，再至第二端142之總長度)可以大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部130和第三輻射部150之總長度(亦即，由第一端131起，經過第一端151，再至第二端152之總長度)可以大致等於天線結構100之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部160之長度(亦即，由第一端161至第二端162之長度)可以大致等於天線結構100之第四頻帶FB4之0.25倍波長(λ/4)。饋入輻射部120之寬度W1可大於第一輻射部130之寬度W2、第二輻射部140之寬度W3、第三輻射部150之寬度W4，以及第四輻射部160之寬度W5。例如，饋入輻射部120之寬度W1可為第一輻射部130之寬度W2之至少2倍；第一輻射部130之寬度W2、第二輻射部140之寬度W3，以及第三輻射部150之寬度W4可以大致相等；而饋入輻射部120之寬度W1可為第四輻射部160之寬度W5之至少3倍。第一耦合間隙GC1、第二耦合間隙GC2，以及第三耦合間隙GC3之每一者之寬度皆可小於或等於2mm。以上元件尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化天線結構100之操作頻寬(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。
本發明提出一種新穎之天線結構，其各個輻射部可分佈於立體之非導體支撐元件上，以微縮整體天線尺寸。大致而言，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，以及美化行動裝置外觀等優勢，故其很適合應用於各種各式之行動通訊裝置當中。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸、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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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:非導體支撐元件 120:饋入輻射部 121:饋入輻射部之第一端 122:饋入輻射部之第二端 130:第一輻射部 131:第一輻射部之第一端 132:第一輻射部之第二端 140:第二輻射部 141:第二輻射部之第一端 142:第二輻射部之第二端 145:槽孔區域 150:第三輻射部 151:第三輻射部之第一端 152:第三輻射部之第二端 160:第四輻射部 161:第四輻射部之第一端 162:第四輻射部之第二端 190:信號源 E1:非導體支撐元件之第一表面 E2:非導體支撐元件之第一表面 E3:非導體支撐元件之第一表面 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FB4:第四頻帶 FP:饋入點 GC1:第一耦合間隙 GC2:第二耦合間隙 GC3:第三耦合間隙 LB1、LB2:彎折線 VSS:接地電位 W1、W2、W3、W4、W5: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平面展開圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之側視圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。
100:天線結構
110:非導體支撐元件
120:饋入輻射部
121:饋入輻射部之第一端
122:饋入輻射部之第二端
130:第一輻射部
131:第一輻射部之第一端
132:第一輻射部之第二端
140:第二輻射部
141:第二輻射部之第一端
142:第二輻射部之第二端
145:槽孔區域
150:第三輻射部
151:第三輻射部之第一端
152:第三輻射部之第二端
160:第四輻射部
161:第四輻射部之第一端
162:第四輻射部之第二端
190:信號源
E1:非導體支撐元件之第一表面
E2:非導體支撐元件之第一表面
E3:非導體支撐元件之第一表面
FP:饋入點
GC1:第一耦合間隙
GC2:第二耦合間隙
GC3:第三耦合間隙
LB1、LB2:彎折線
VSS:接地電位
W1、W2、W3、W4、W5:寬度

Claims (10)

  1. 一種天線結構，包括： 一非導體支撐元件； 一饋入輻射部，具有一饋入點； 一第一輻射部，耦接至一接地電位，其中該第一輻射部和該饋入輻射部之間形成一第一耦合間隙； 一第二輻射部，耦接至該第一輻射部，其中該第二輻射部和該饋入輻射部之間形成一第二耦合間隙； 一第三輻射部，耦接至該第一輻射部；以及 一第四輻射部，耦接至該接地電位，其中該第四輻射部和該饋入輻射部之間形成一第三耦合間隙； 其中該饋入輻射部、該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部皆設置於該非導體支撐元件上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該非導體支撐元件具有一第一表面、一第二表面，以及一第三表面，該第一表面和該第三表面皆大致垂直於該第二表面，該饋入輻射部和該第四輻射部皆由該第一表面延伸至該第二表面上，該第一輻射部和該第三輻射部皆設置於該第一表面上，而該第二輻射部係由該第一表面經過該第二表面再延伸至該第三表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該饋入輻射部係呈現一較寬L字形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第三輻射部之一組合係呈現一直條形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二輻射部係呈現一較窄L字形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶、一第三頻帶，以及一第四頻帶，該第一頻帶係介於1700MHz至2200MHz之間，該第二頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間，該第三頻帶係介於3300MHz至3800MHz之間，而該第四頻帶係介於5100MHz至5925MHz之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該饋入輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該第四輻射部之長度係大致等於該第四頻帶之0.25倍波長。
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