TWI830952B - 天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。所述天線結構包括:介質基板及複數輻射單元,每一輻射單元包括第一輻射體及第二輻射體,該第一輻射體設置於該介質基板之第一表面,該第一輻射體包括第一輻射部及饋入點,該饋入點電連接至該第一輻射部,用以為該輻射單元饋入訊號,該第二輻射體設置於該介質基板之第二表面,且與該第一輻射體關於該介質基板對稱,該第二輻射體包括第二輻射部及接地部,該接地部與該第二輻射部電連接,用以為該輻射單元提供接地。本發明之天線結構輻射效率佳,隔離性能較強,滿足天線工作設計要求。
Description
本發明涉及一種具有多頻段且隔離度較高之天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。
隨著無線通訊之迅速發展,人們對無線通訊之要求也越來越高。應用多天線技術可以提高無線通訊之傳輸效率和可靠性,其中多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系統藉由其自身發射端之多天線架構發射不同頻帶之訊號,於接收端亦藉由多天線架構接收不同頻帶之訊號。然而,多天線架構發射或者接收之各種訊號往往會相互干擾,且多天線結構佔用面積較大。因此,如何於有限之面積內擴展頻寬、有效改善天線隔離度係多輸入多輸出天線設計面臨之重要課題。
針對上述問題,有必要提供一種天線結構及具有該天線結構之無線通訊裝置。
本發明第一方面提供一種天線結構,所述天線結構包括:介質基板及複數輻射單元,每一所述輻射單元包括第一輻射體及第二輻射體,所述第一輻射體設置於所述介質基板之第一表面,所述第一輻射體包括第一輻射部及饋入點,所述饋入點電連接至所述第一輻射部,用以為所述輻射單元饋入訊號,所述第二輻射體設置於所述介質基板之第二表面,且與所述第一輻射體關於所
述介質基板對稱,所述第二輻射體包括第二輻射部及接地部,所述接地部與所述第二輻射部電連接,用以為所述輻射單元提供接地。
進一步地,所述第一輻射體還包括第一隔離部,所述第二輻射體還包括第二隔離部,所述第一隔離部與所述第一輻射部間隔設置,且繞設於所述第一輻射部之外周,所述第二隔離部與所述第二輻射部間隔設置,且繞設於所述第二輻射部之外周。
進一步地,所述第一輻射部包括4個諧振臂,每一所述諧振臂包括第一諧振子臂及第二諧振子臂,所述第二諧振子臂之一端與所述第一諧振子臂之一端垂直連接,每一所述第二諧振子臂遠離所述第一諧振子臂之另一端互相連接,所述饋入點設置於每一所述第二諧振子臂之連接處。
進一步地,每一所述第二諧振子臂與相鄰之另外兩第二諧振子臂互相垂直,所述第一輻射部之其中兩所述第二諧振子臂設置於所述介質基板之一對角線方向上,所述第一諧振子臂遠離所述第二諧振子臂之一端於逆時針方向或順時針方向朝向同一側。
進一步地,所述第一隔離部之數量為4個,每一所述第一隔離部設置於所述第一諧振子臂遠離所述第二諧振子臂之一側,且相對所述第一諧振子臂平行間隔設置。
進一步地,所述第一諧振子臂之長度小於所述第二諧振子臂之長度,所述第一諧振子臂之寬度大於所述第二諧振子臂之寬度,所述第一隔離部之長度與所述第一諧振子臂之長度相等。
進一步地,所述第二輻射體與所述第一輻射體之結構相同。
進一步地,所述複數輻射單元之數量為四個,四個所述輻射單元分別設置於所述介質基板之四個角,位於所述介質基板上之同一對角線方向上之兩個所述輻射單元關於所述介質基板之中心點互相對稱。
進一步地,所述天線結構還包括金屬反射板,所述金屬反射板與所述第二表面相對間隔設置。
本發明另一方面提供一種無線通訊裝置,所述無線通訊裝置包括如上述任一項所述之天線結構。
本發明提供之天線結構,藉由於介質基板上設置第一輻射體與第二輻射體,可於不增大所述天線結構之面積之條件下,有效擴展所述天線結構之頻寬。其中,所述第一輻射體211與所述第二輻射體212之關於所述介質基板對稱,不僅有效擴展所述天線結構100之頻寬,還使得所述天線結構100具有良好之全向性及對稱性。進一步地,所述第一輻射體與所述第二輻射體上設置相應之隔離部,有效改善所述天線結構之隔離度。
100:天線結構
10:介質基板
101:第一表面
102:第二表面
11:通孔
20:輻射單元
21:第一輻射單元
211:第一輻射體
213:第一輻射部
214:饋入點
215:第一隔離部
216:諧振臂
217:第一諧振子臂
218:第二諧振子臂
212:第二輻射體
25:第二輻射部
26:第二輻射部
27:接地部
22:第二輻射單元
23:第三輻射單元
24:第四輻射單元
30:金屬反射板
圖1係本發明較佳實施例之天線結構之立體示意圖。
圖2係沿圖1所示天線結構中Ⅱ-Ⅱ線之剖視圖。
圖3係圖1所示天線結構中於第一角度下之示意圖。
圖4係圖1所示天線結構中於第二角度下之示意圖。
圖5係圖1所示天線結構中第一輻射單元分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖。
圖6係圖1所示天線結構中第二輻射單元分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖。
圖7係圖1所示天線結構中第三輻射單元分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖。
圖8係圖1所示天線結構中第四輻射單元分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖。
圖9係圖1所示天線結構中第一輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖。
圖10係圖1所示天線結構中第二輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖。
圖11係圖1所示天線結構中第三輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖。
圖12係圖1所示天線結構中第四輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖。
圖13係圖1所示天線結構中第一輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖。
圖14係圖1所示天線結構中第二輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖。
圖15係圖1所示天線結構中第三輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖。
圖16係圖1所示天線結構中第四輻射單元之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖。
下面將結合本發明實施方式中之附圖,對本發明實施方式中之技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述之實施方式僅僅係本發明一部分實施方式,而非全部之實施方式。基於本發明中之實施方式,本領域普通技術人員於沒有付出創造性勞動前提下所獲得之所有其他實施方式,都屬於本發明保護之範圍。
需要說明的是,當一個元件被稱為“電連接”另一個元件,它可以直接於另一個元件上或者也可以存於居中之元件。當一個元件被認為係“電
連接”另一個元件,它可以係接觸連接,例如,可以係導線連接之方式,也可以係非接觸式連接,例如,可以係非接觸式耦合之方式。
除非另有定義,本文所使用之所有之技術和科學術語與屬於本發明之技術領域之技術人員通常理解之含義相同。本文中於本發明之說明書中所使用之術語只為了描述具體之實施例之目的,而非限制本發明。本文所使用之術語“及/或”包括一個或複數相關之所列項目之任意之和所有之組合。
於本文中,除非另有明確規定和限定,對於方位詞,如有術語“上方”、“下方”、“上端”、“下端”、“下表面”、“順時針”、“逆時針”、“左”、“右”等指示方位和位置關係為基於附圖所示之方位或位置關係,僅係為了便於敘述本文和簡化描述,而非指示或暗示所指之裝置或元件必須具有特定之方位、以特定方位構造和操作,不能理解為限制本申請之具體保護範圍。
於本文中,除非另有明確規定和限定,第一特徵於第二特徵之“上”或之“下”可以包括第一和第二特徵直接接觸,也可以包括第一特徵和第二特徵不係直接接觸而係藉由它們之間之另外特徵接觸。而且,第一特徵於第二特徵“之上”、“之下”和“上面”包括第一特徵於第二特徵正上方和斜上方,或僅僅係表示第一特徵水準高度高於第二特徵之高度。第一特徵於第二特徵“上”、“下”和“下面”包括第一特徵於第二特徵正下方或斜下方,或僅僅表示第一特徵水準高度低於第二特徵。
於本文中,除非另有明確規定和限定,如有術語“第一”、“第二”僅用於描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或隱含指明技術特徵之數量。由此,限定有“第一”、“第二”特徵可以明示或者隱含包括一個或者複數該特徵。
下面結合附圖,對本發明之一些實施方式作詳細說明。於不衝突之情況下,下述之實施例及實施例中之特徵可以相互組合。
請一併參閱圖1與圖2,本發明較佳實施方式提供一種天線結構100,其可設置於無線通訊裝置內(圖未示),用以發射、接收無線電波以傳遞、交換無線訊號。所述無線通訊裝置可以為,但不局限於,客戶前置設備(Customer Premise Equipment,CPE)、路由器及機上盒(Set Top Box)等。
所述天線結構100包括介質基板10、複數輻射單元20及金屬反射板30。所述天線結構100可藉由膠水等方式黏附於所述無線通訊裝置之殼體上。所述複數輻射單元20設置於所述介質基板10之表面,所述金屬反射板30與所述介質基板10間隔設置。
所述介質基板10呈片體狀,包括第一表面101及第二表面102。所述介質基板10可以為金屬基板、陶瓷基板或有機基板。於本實施例中,所述介質基板10大致為一方形片體。所述介質基板10之材料為有機基板中之玻璃纖維板(FR-4板)。
請參閱圖3,於本實施例中,所述複數輻射單元20之數量為四個,四個所述輻射單元20分別設置於所述介質基板10之四個角。其中,位於所述介質基板10上之同一對角線方向上之兩個所述輻射單元20關於所述介質基板10之中心點互相對稱。
於本實施例中,四個所述輻射單元20包括第一輻射單元21、第二輻射單元22、第三輻射單元23及第四輻射單元24。如此,可以理解,所述天線結構100為一種多輸入多輸出天線。其中,所述第一輻射單元21及所述第二輻射單元22分別設置於所述介質基板10之右上角及右下角,所述第三輻射單元23及所述第四輻射單元24分別設置於所述介質基板10之左下角及左上角。如此,所述第一輻射單元21與所述第三輻射單元23於所述介質基板10之一對角線方向上關於所述介質基板10之中心點互相對稱;所述第二輻射單元22與所述第四輻射單元24於所述介質基板10之另一對角線方向上關於所述介質基板10
之中心點互相對稱。所述第一輻射單元21、第二輻射單元22、第三輻射單元23及第四輻射單元24之結構相同。下面以所述第一輻射單元21為例,對各所述輻射單元20之結構進行說明。
請一併參閱圖3及圖4,所述第一輻射單元21包括第一輻射體211及第二輻射體212。所述第一輻射體211設置於所述介質基板10之第一表面101,所述第二輻射體212設置於所述介質基板10之第二表面102,所述第一輻射體211與所述第二輻射體212關於所述介質基板10對稱。
所述第一輻射體211包括第一輻射部213、饋入點214及第一隔離部215。其中,所述第一隔離部215與所述第一輻射部213間隔設置,且繞設於所述第一輻射部213之外周,用以改善所述天線結構100之隔離度。所述饋入點214電連接至所述第一輻射部213,用以為所述第一輻射部213饋入訊號。
於本實施例中,所述第一輻射部213包括4個諧振臂216。每一所述諧振臂216包括第一諧振子臂217及第二諧振子臂218。所述第二諧振子臂218之一端與所述第一諧振子臂217之一端垂直連接。如此,所述諧振臂216大致呈倒L型。每一所述第二諧振子臂218遠離所述第一諧振子臂217之另一端互相連接,且每一所述第二諧振子臂218與相鄰之另外兩第二諧振子臂218互相垂直。進一步地,所述第一輻射部213之其中兩所述第二諧振子臂218設置於所述介質基板10之一對角線方向上。如此,4個所述第二諧振子臂218互相連接,大致呈X形。每一所述第一諧振子臂217遠離所述第二諧振子臂218之一端於逆時針方向或順時針方向朝向同一側。如此,4個所述諧振臂216中之任意一個諧振臂順時針旋轉90度或者逆時針旋轉90度可得到相鄰之所述諧振臂216,即所述第一輻射部213大致呈“卍”字型。
於其中一個實施例中,所述第一諧振子臂217之長度H1小於所述第二諧振子臂218之長度H2,所述第一諧振子臂217之寬度L1大於所述第二
諧振子臂218之寬度L2。例如,於一實施例中,所述第一諧振子臂217之長度為7.5毫米,所述第一諧振子臂217之寬度為3毫米。所述第二諧振子臂218之長度為10毫米,所述第二諧振子臂218之寬度為1.5毫米。
所述饋入點214設置於所述第一輻射部213之中心,即4個所述第二諧振子臂218之連接處。所述饋入點214可藉由饋線(圖未示)電連接至一饋入源,以為所述第一輻射單元21饋入電流。
於一實施例中,所述第一隔離部215之數量為4個。所述第一隔離部215為大致呈橢圓形之片體,且所述第一隔離部215之長度H3與所述第一諧振子臂217之長度H1大致相等。4個所述第一隔離部215圍繞4個所述諧振臂216之週邊設置。進一步地,所述第一隔離部215設置於所述第一諧振子臂217遠離所述第二諧振子臂218之一側,且相對所述第一諧振子臂217平行間隔設置。
請參閱圖4,所述第二輻射體212對應所述第一輻射體211之位置設置於所述介質基板10之第二表面102,且所述第二輻射體212之結構與所述第一輻射體211關於所述介質基板10對稱。如此,所述第二輻射體212之結構與所述第一輻射體211之結構相同。所述第二輻射體212與所述第一輻射體211之區別係:所述第二輻射體212對應所述第一輻射體211之饋入點214設置有接地部27。如此,可以理解,所述第二輻射體212設置有相應之第二輻射部25、第二隔離部26及所述接地部27。所述第二隔離部26與所述第二輻射部25間隔設置,且繞設於所述第二輻射部25之外周,用以改善所述天線結構100之隔離度。所述接地部27大致為一方形片體。所述接地部27與所述第二輻射部25電連接。所述接地部27可電連接至一電路板(圖未示)上之接地點,以為所述第一輻射單元21提供接地。
可以理解,所述第一輻射體211及所述第二輻射體212分別由所述介質基板10之第一表面101及第二表面102覆蓋金屬材料得到。例如,於所述介質基板10之第一表面101及第二表面102分別覆銅以得到所述第一輻射體211及所述第二輻射體212。所述介質基板10對應所述饋入點214及所述接地部27還設置有過孔(圖未示),以使得所述饋入點214與所述接地部27實現電連接。
可以理解,如上所述,所述第二輻射單元22、第三輻射單元23及第四輻射單元24之結構與所述第一輻射單元21相同或類似,可由所述第一輻射單元21進行相應之平移、旋轉或對稱映射得到。即所述第二輻射單元22、第三輻射單元23及所述第四輻射單元24分別設置有相應之第一輻射體及第二輻射體,於此不再贅述。
請再次參閱圖1及圖2,所述金屬反射板30與所述介質基板10間隔平行設置。具體地,所述金屬反射板30與所述介質基板10之第二表面102相對間隔設置。於本實施例中,所述金屬反射板30與所述介質基板10之距離H4大於或等於11毫米。
可以理解,所述介質基板10與所述金屬反射板30可以藉由一連接件(圖未示)連接。例如,於一實施例中,所述介質基板10上開設有一通孔11(參圖3)。所述連接件一端***所述通孔11,另一端與所述介質基板10固定連接。可以理解,所述連接件之材料為絕緣材料,例如為塑膠材料。
可以理解,當每一所述第一輻射體211之饋入點214饋入電流後,所述電流流經所述第一輻射部213,並繼而藉由所述接地部27流經所述第二輻射體212之輻射部,並藉由所述接地部27接地,以共同激發一工作模態以產生相應之工作頻段之輻射訊號。
於本實施例中,所述工作模態包括WIFI 5G工作模態、WIFI 6G工作模態、sub-6G工作模態及7.1-7.25GHz工作模態。所述工作頻段包括5.15-5.85GHz、6.1-6.8GHz及7.1-7.25GHz。
所述天線結構100工作於所述工作頻段時,駐波比均小於2.5dB,且輻射效率可達80%,具有較佳之輻射效率,可滿足天線工作設計要求。
請參閱圖5至圖8,圖5為本發明所述天線結構100中第一輻射單元21分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖;圖6為本發明所述天線結構100中第二輻射單元22分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖;圖7為本發明所述天線結構100中第三輻射單元23分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖;圖8為本發明所述天線結構100中第四輻射單元24分別與其餘三個輻射單元工作於5.15GHz至7.25GHz時之S12參數(隔離度)曲線圖。例如,圖5中之曲線S51表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第一輻射單元21與所述第二輻射單元22之間之S12值;圖5中之曲線S52表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第一輻射單元21與所述第三輻射單元23之間之S12值;圖5中之曲線S53表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第一輻射單元21與所述第四輻射單元24之間之S12值。可以理解,圖6中之曲線S61表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第二輻射單元22與所述第一輻射單元21之間之S12值;圖7中之曲線S71表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第三輻射單元23與所述第一輻射單元21之間之S12值;圖8中之曲線S81表示工作於5.15GHz至7.25GHz時,所述第四輻射單元24與所述第一輻射單元21之間之S12值。以此類推,可以得到圖6至圖8中其餘曲線之表示意義,於此不再贅述。
由圖5至圖8可以看出,所述天線結構100中之各輻射單元可工作於上述5.15-5.85GHz、6.1-6.8GHz及7.1-7.25GHz頻段,且其隔離度均於-20dB以下,具有較高之隔離度性能。
請一併參閱圖9至圖16,圖9為本發明天線結構100中第一輻射單元21之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖;圖10為本發明天線結構100中第二輻射單元22之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖;圖11為本發明天線結構100中第三輻射單元23之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖;圖12為本發明天線結構100中第四輻射單元24之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之對稱性輻射場型圖。圖13為圖1所示天線結構100中第一輻射單元21之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖;圖14為圖1所示天線結構100中第二輻射單元22之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖;圖15為圖1所示天線結構100中第三輻射單元23之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖;圖16為圖1所示天線結構100中第四輻射單元24之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時之全向性輻射場型圖。
由圖9至圖16可以看出,當所述天線結構100之諧振頻率分別為5GHz、6GHz及7GHz時,所述天線結構100中各輻射單元均具有對稱性,且於水準方向上具有全向性。
顯然,本發明之天線結構100藉由於介質基板上設置第一輻射體211與第二輻射體212,可於不增大所述天線結構100之面積之條件下,有效擴展所述天線結構100之頻寬。其中,所述第一輻射體211與所述第二輻射體212關於所述介質基板對稱,不僅有效擴展所述天線結構100之頻寬,還使得所述天線結構100具有良好之全向性及對稱性。進一步地,所述第一輻射體211與所
述第二輻射體212上設置相應之第一隔離部215及第二隔離部26,有效改善所述天線結構100之隔離度。
以上實施方式僅用以說明本發明之技術方案而非限制,儘管參照以上較佳實施方式對本發明進行了詳細說明,本領域之普通技術人員應當理解,可以對本發明之技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案之精神和範圍。本領域具有通常技藝者還可於本發明精神內做其它變化等用於本發明之設計,只要其不偏離本發明之技術效果均可。這些依據本發明精神所做之變化,都應包含於本發明所要求保護之範圍之內。
100:天線結構
10:介質基板
20:輻射單元
30:金屬反射板
Claims (9)
- 一種天線結構,其改良在於,所述天線結構包括:介質基板及複數輻射單元,每一輻射單元包括第一輻射體及第二輻射體,所述第一輻射體設置於所述介質基板之第一表面,所述第一輻射體包括第一輻射部及饋入點,所述饋入點電連接至所述第一輻射部,用以為所述輻射單元饋入訊號,所述第二輻射體設置於所述介質基板之第二表面,且與所述第一輻射體關於所述介質基板對稱,所述第二輻射體包括第二輻射部及接地部,所述接地部與所述第二輻射部電連接,用以為所述輻射單元提供接地,所述第一輻射體還包括第一隔離部,所述第二輻射體還包括第二隔離部,所述第一隔離部與所述第一輻射部間隔設置,且繞設於所述第一輻射部之外周,所述第二隔離部與所述第二輻射部間隔設置,且繞設於所述第二輻射部之外周。
- 如請求項1所述之天線結構,其中,所述第一輻射部包括4個諧振臂,每一所述諧振臂包括第一諧振子臂及第二諧振子臂,所述第二諧振子臂之一端與所述第一諧振子臂之一端垂直連接,每一所述第二諧振子臂遠離所述第一諧振子臂之另一端互相連接,所述饋入點設置於每一所述第二諧振子臂之連接處。
- 如請求項2所述之天線結構,其中,每一所述第二諧振子臂與相鄰之另外兩第二諧振子臂互相垂直,所述第一輻射部之其中兩所述第二諧振子臂設置於所述介質基板之一對角線方向上,所述第一諧振子臂遠離所述第二諧振子臂之一端於逆時針方向或順時針方向朝向同一側。
- 如請求項2所述之天線結構,其中,所述第一隔離部之數量為4個,每一所述第一隔離部設置於所述第一諧振子臂遠離所述第二諧振子臂之一側,且相對所述第一諧振子臂平行間隔設置。
- 如請求項4所述之天線結構,其中,所述第一諧振子臂之長度小於所述第二諧振子臂之長度,所述第一諧振子臂之寬度大於所述第二諧振子臂之寬度,所述第一隔離部之長度與所述第一諧振子臂之長度相等。
- 如請求項2所述之天線結構,其中,所述第二輻射體與所述第一輻射體之結構相同。
- 如請求項1所述之天線結構,其中,所述複數輻射單元之數量為四個,四個所述輻射單元分別設置於所述介質基板之四個角,位於所述介質基板上之同一對角線方向上之兩個所述輻射單元關於所述介質基板之中心點互相對稱。
- 如請求項1所述之天線結構,其中,所述天線結構還包括金屬反射板,所述金屬反射板與所述第二表面相對間隔設置。
- 一種無線通訊裝置,其改良在於,所述無線通訊裝置包括如請求項1至8任一項所述之天線結構。
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