TWI542076B - 用於無線通訊之天線 - Google Patents

Description

用於無線通訊之天線

本揭露係有關用於無線通訊之天線，特別是有關用於無線通訊之端向輻射天線。

隨著無線通訊技術的蓬勃發展，現今的電子產品如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)、無線基地台、行動電話等大多具有無線通訊功能，使其可使用無線區域網路(WiFi)等技術取代經由電纜線傳遞資料的方式。無線通訊技術係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。

此外，隨著無線通訊之操作頻率越來越高，將天線整合至射頻模組之設計亦成為目前趨勢。因此，天線的尺寸需往小型化方向發展，以配合電子產品體積縮小之趨勢。此外，天線需要足夠之頻寬以符合大量資料傳遞之需求。

因此，本揭露之目的之一在於提供一種小尺寸及相對足夠大頻寬之天線，俾以提升無線通訊之通訊品質並降低製造成本。

本揭露之一實施例係關於一種天線結構，其包含第一金屬部及第二金屬部。第一金屬部具有至少一凸出部。第二金屬部具有至少一凹陷部。第一金屬部與第二金屬部相互分離。第一金屬部之凸出部延伸至該第二金屬部之凹陷部。第一金屬部及第二金屬部實質上位於同 一平面。

本揭露之另一實施例係關於一種天線結構，其包含第一金屬部、第二金屬部、第一延伸部及第二延伸部。第一金屬部具有至少一凸出部。第二金屬部具有至少一凹陷部。第一金屬部與第二金屬部相互分離。第一金屬部之凸出部延伸至第二金屬部之凹陷部。第二延伸部之延伸方向與第一延伸部之延伸方向不同。

1‧‧‧天線結構

2‧‧‧天線結構

10‧‧‧第一天線

10a‧‧‧第一金屬部

10b‧‧‧凸出部

10c‧‧‧第三金屬部

10d‧‧‧第一延伸部

11‧‧‧第二天線

11a‧‧‧第二金屬部

11b‧‧‧凹陷部

11c‧‧‧第四金屬部

11d‧‧‧第二延伸部

12‧‧‧基板

12a‧‧‧頂部層

12b‧‧‧底部層

12v‧‧‧導電通孔

圖1A為根據本揭露之一實施例之天線結構。

圖1B為根據本揭露之一另實施例之天線結構。

圖2為根據本揭露之另一實施例之天線結構。

圖3為根據本揭露之一實施例之天線結構之測試結果。

圖1A為根據本揭露之一實施例之天線結構。如圖1所示，天線結構1包含第一天線10、第二天線11及基板12。天線結構1可為偶極天線(dipole antenna)。

第一天線10包含第一金屬部10a、凸出部10b及第三金屬部10c。第一金屬部10a與第三金屬部10c間形成一角度或以一角度配置。根據本揭露之一實施例，第一金屬部10a與第三金屬部10c實質上互相垂直。凸出部10b可自第一金屬部10a或第三金屬部10c向外朝向一第一方向延伸。根據本揭露之一實施例，凸出部10b自第一金屬部10a之側面向外延伸，例如在圖1A中向右延伸。

第二天線11包含第二金屬部11a、凹陷部11b及第四金屬部11c。第二金屬部11a與第四金屬部11c間形成一角度或以一角度配置。根據本揭露之一實施例，第二金屬部11a與第四金屬部11c實質上互相垂直。凹陷部11b可自第二金屬部11a或第四金屬部11c向內部朝向第一方向凹陷。根據本揭露之一實施例，凹陷部11b自第二金屬部11a之側 面向其內部凹陷，例如在圖1A中往右向內部凹陷。

第一天線10與第二天線11彼此互相分離，並實質上位於同一平面上。第一天線10之凸出部10b延伸至第二天線11之凹陷部11b，俾以藉由凸出部10b與凹陷部11b之側表面來增加第一天線10與第二天線11之感應面積。第一天線10之凸出部10b與第二天線11之凹陷部11b可形成一電容效應。藉由調整凸出部10b與凹陷部11b之感應面積或調整凸出部10b與凹陷部11b之尺寸可調整電容效應之大小，進而改變天線結構1之阻抗。

基板12可為單層或多層基板。根據本揭露之一實施例，基板12可為印刷電路板(PCB)、軟性電路板(FPC)或其他合適之電路板。根據圖1A所揭露之實施例，基板12為雙層基板，其包含頂部層12a及底部層12b。第一天線10及第二天線11皆位於基板12之頂部層12a。第二天線11之第四金屬部11c與頂部層12a電連接，且第一天線10之第三金屬部10c藉由導電通孔(conductive via)12v與底部層12b電連接。

根據本揭露之實施例，第一天線10為饋入端天線，其直接與位於底部層12b之傳輸線(未示於圖中)電連接，而第二天線11為接地端天線，其與頂部層12a之接地層電連接。根據本揭露之一實施例，若將本揭露之天線應用於無線通訊裝置內，則第一天線10可與通訊裝置內之傳送接收電路電連接，且第二天線11接地。因此，接地端天線與饋入端天線中的信號具有180度之相位差。根據本揭露之另一實施例，第一天線10可為接地端天線，且第二天線11可為饋入端天線。換言之，根據本揭露之一實施例，饋入端天線可具有凸出部，而接地端天線具有凹陷部。根據本揭露之另一實施例，饋入端天線可具有凹陷部，而接地端天線具有凸出部。

圖1B揭示本揭露另一實施例之天線結構1。圖1B與圖1A相似，其不同之處僅在於第一天線10之凸出部10b與第二天線11之凹陷部11b之 形狀、尺寸、相對位置及延伸方向與圖1A所示不同。凸出部及凹陷部之相對位置、尺寸、形狀及延伸方向可根據天線之操作頻率、頻寬等參數而設計。圖1A及1B僅為本揭露之其中兩種實施例，並非用以限制本揭露之範圍。

為了增加饋入端天線與接地端天線之感應面積及達到所欲操作之頻率及頻寬，可將饋入端天線及接地端天線配置於基板的不同層或藉由額外設計的平衡不平衡轉換器(balun)或槽孔來達成。然而，將饋入端天線及接地端天線配置於基板的不同層或使用額外的元件(如balun)皆會增加基板的面積，進而增加製造成本。根據本揭露之實施例，由於第一天線10之凸出部10b及第二天線11之凹陷部11b可增加第一天線10及第二天線11之間的感應面積。此外，第一天線10之凸出部10b及第二天線11之凹陷部11b之相對位置、尺寸、形狀及延伸方向等參數可改變所形成之電容效應之大小，進而改變整個天線結構1之阻抗值。因此，可將第一天線10及第二天線11配置於基板的同一層中。藉此，可降低基板使用之層數或者降低在基板內所佔據的空間，使基板內的電路佈線或佈局更具有彈性，進而提高基板內電氣元件的密度。

此外，在某些實施例中，天線之輻射部離基板之接地層之距離受限於天線傳送/接收信號之波長的四分之一。由於本揭露之實施例使用凸出部及凹陷部來調整天線結構之阻抗值，故本揭露之第一天線及第二天線之輻射部(例如第一金屬部10a及第二金屬部11a)距離基板12之接地端12a的距離可小於四分之一的波長。如此，可降低基板的面積，進而降低製造成本。

再者，根據本揭露之實施例，天線結構可應用於多層基板中(如六層的基板)。接地層可位於多層基板之1-3層，而天線結構可位於多層基板之4-6層。根據本揭露將天線結構之饋入端天線與接地端天線 置於同一層(比如皆位於第6層)可增加天線結構與接地層(比如位於第1層)之間的距離。如此，可降低接地層對天線結構之干擾。

圖2為根據本揭露之另一實施例之天線結構。圖2所揭示之天線結構2與圖1A所揭示之天線結構1相似，其差異處在於圖2之天線結構2另包含第一延伸部10d及第二延伸部11d。

第一延伸部10d與第一天線10之第三金屬部10c電連接，並自第三金屬部10c向外延伸。第一延伸部10d可根據設計需求以相對於第三金屬部10c之不同角度向外延伸。根據本揭露之一實施例，第一延伸部10d以相對於第三金屬部10c呈90度向外延伸。

第二延伸部11d與第二天線11之第四金屬部11c電連接，並自第四金屬部11c向外延伸。第二延伸部11d可根據設計需求以相對於第四金屬部11c之不同角度向外延伸。根據本揭露之一實施例，第二延伸部11d以相對於第四金屬部11c呈90度向外延伸。根據本揭露之一實施例，第二延伸部11d與第一延伸部10d之延伸方向不同。

根據本揭露之一實施例，第一金屬部10a、第二金屬部11a、凸出部10b、凹陷部11b、第三金屬部10c、第四金屬部11c、第一延伸部10d及第二延伸部11d位於同一平面上。根據本揭露之另一實施例，第一金屬部10a、第二金屬部11a、凸出部10b、凹陷部11b、第三金屬部10c、第四金屬部11c、第一延伸部10d及第二延伸部11d位於多層基板12之同一層。

根據本揭露之一實施例，第一天線10之第一金屬部10a及凸出部10b與第二天線11之第二金屬部11a及該凹陷部11b使得在天線結構2中傳遞之信號形成一第一共振頻率。第一天線10之第一延伸部10d與第二天線11之第二延伸部11d使得在該天線中傳遞之信號形成一第二共振頻率。第一天線10之第一金屬部10a、第三金屬部10c及第一延伸部10d使得在該天線中傳遞之信號形成一第三共振頻率。

增加天線結構2之共振頻率之數目可增加天線結構2之頻寬。因此，根據本揭露之實施例，具有3個共振點之天線結構2相較於具有少於3個共振點之天線結構具有較大之頻寬。此外，在某些實施例中，天線之輻射部離基板之接地層之距離為天線傳送/接收信號之波長的四分之一。然而，根據本揭露之實施例所使用凸出部及凹陷部可調整天線結構之阻抗值並藉由第一延伸部10d及第二延伸部11d來增加共振點，故本揭露之第一延伸部10d及第二延伸部11d距離基板12之接地端12a的距離可小於天線傳送/接收信號之波長的四分之一。根據本揭露之一實施例，第一延伸部10d及第二延伸部11d距離基板12之接地端12a的距離H1可為0.05毫米，而第一金屬部10a及第二金屬部11a距離基板12之接地端12a的距離H2可為0.32毫米。因此，整個基板之天線淨空區之寬度H3可降低至約0.7-0.75毫米。如此，可降低基板的面積，進而降低製造成本。此外，若在相同面積基板的情況下，可增加電路佈局之彈性或增加天線佈局的空間，進而增加天線傳遞信號之品質。

圖3揭示圖2之天線結構2之測試結果。在圖3中，實線代表天線操作頻率與反射損失(return loss)之間的關係；實線的橫座標表示操作頻率(GHz)；實線的縱座標表示反射損失(dB)。在圖3中，虛線表示天線操作頻率與峰值增益(peak gain)之間的關係；虛線的橫座標同樣表示操作頻率(GHz)，虛線的縱座標表示峰值增益(dB)。從圖3可看出圖2之天線結構2之第一天線10及第二天線11所形成之三個共振頻率(分別為f1,f2及f3)，故其具有36.2%之頻寬。在不具此結構之實施例中，天線僅具有16%之頻寬。因此，本揭露之天線頻寬約為不具有此結構之天線之頻寬的2.3至2.4倍。由圖3之模擬結果可得知相較於不具有此結構之天線結構，本揭露之天線結構具有相對較大之頻寬，因此信號傳輸之速率及品質均可獲得提升。

雖然本發明之技術內容與特徵係如上所述，然於本發明之技術領域具有通常知識者仍可在不悖離本發明之教導與揭露下進行許多變化與修改。因此，本發明之範疇並非限定於已揭露之實施例而係包含不悖離本發明之其他變化與修改，其係如下列申請專利範圍所涵蓋之範疇。

1‧‧‧天線結構

10‧‧‧第一天線

10a‧‧‧第一金屬部

10b‧‧‧凸出部

10c‧‧‧第三金屬部

11‧‧‧第二天線

11a‧‧‧第二金屬部

11b‧‧‧凹陷部

11c‧‧‧第四金屬部

12‧‧‧基板

12a‧‧‧頂部層

12b‧‧‧底部層

12v‧‧‧導電通孔

Claims (19)

1. 一種天線結構，其包含：一第一金屬部，其具有至少一凸出部；一第二金屬部，其具有至少一凹陷部，該第一金屬部與該第二金屬部相互分離；及一第三金屬部及一第四金屬部，該第三金屬部與該第一金屬部連接，且該第四金屬部與該第二金屬部連接，其中該凸出部延伸至該凹陷部；其中該第一金屬部及該第二金屬部實質上位於同一平面；且其中該第一金屬部及該第二金屬部位於一多層基板之一第一層，且該第三金屬部藉由一導電通孔與該多層基板之一第二層電連接。
2. 如請求項1之天線結構，其中該第三金屬部與該第一金屬部以一角度配置，且該第四金屬部與該第二金屬部以一角度配置。
3. 如請求項1之天線結構，其中該第一層並非該多層基板之頂部層或底部層。
4. 如請求項1-3任一項之天線結構，其中該凸出部與該凹陷部經配置以形成電容效應。
5. 如請求項1-3任一項之天線結構，其中該第一金屬部中所傳遞之信號與該第二金屬部中所傳遞之信號具有180度之相位差。
6. 如請求項1之天線結構，其中該天線為偶極天線(dipole antenna)。
7. 一種天線結構，其包含：一第一金屬部，其具有至少一凸出部；一第二金屬部，其具有至少一凹陷部，該第一金屬部與該第 二金屬部相互分離，該凸出部延伸至該凹陷部；一第一延伸部；及一第二延伸部，該第二延伸部之延伸方向與該第一延伸部之延伸方向不同，其中該第一延伸部藉由一第三金屬部與該第一金屬部相連接，且該第二延伸部藉由一第四金屬部與該第二金屬部相連接；且其中該第一金屬部、該第二金屬部、該第一延伸部及該第二延伸部位於一多層基板之一第一層，且該第三金屬部藉由一導電通孔與該多層基板之一第二層電連接。
8. 如請求項7之天線結構，其中該第一金屬部、該第二金屬部、該第一延伸部及該第二延伸部實質上位於同一平面。
9. 如請求項7之天線結構，其中該第一層並非該多層基板之頂部層或底部層。
10. 如請求項9之天線結構，其中該第一延伸部及該第二延伸部與該多層基板之接地層間的最小距離小於藉由該天線所傳遞之信號之四分之一波長。
11. 如請求項9之天線結構，其中該第一延伸部及該第二延伸部與該多層基板之接地層間的最小距離小於0.05公釐。
12. 如請求項7之天線結構，其中該第一金屬部及該凸出部與該第二金屬部及該凹陷部使得在該天線中傳遞之信號形成一第一共振頻率。
13. 如請求項7之天線結構，其中第一延伸部與該第二延伸部使得在該天線中傳遞之信號形成一第二共振頻率。
14. 如請求項7之天線結構，其中該第一金屬部、該第三金屬部及該第一延伸部使得在該天線中傳遞之信號形成一第三共振頻率。
15. 如請求項7之天線結構，其中該天線為偶極天線。
16. 一種無線通訊裝置，其包含：一第一天線，其具有一凸出部；一第二天線，其具有一凹陷部；及一傳送接收電路(transceiver)，其中該第一天線與該第二天線分離，且該凸出部延伸至該凹陷部；其中該第一天線及該第二天線實質上位於同一平面；且其中該第一天線及該第二天線位於一多層基板之一第一層，且該第一天線藉由一導電通孔與該多層基板之一第二層電連接。
17. 如請求項16之無線通訊裝置，其中該第一天線與該傳送接收電路電連接，且該第二天線接地。
18. 請求項16之無線通訊裝置，其中該第一天線具有一第一延伸部，且該第二天線具有一第二延伸部，其中該第二延伸部之延伸方向與該第一延伸部之延伸方向不同。
19. 如請求項16之無線通訊裝置，其中該第一層並非該多層基板之頂部層或底部層。