TWI831450B

TWI831450B - 立體式天線結構

Info

Publication number: TWI831450B
Application number: TW111141487A
Authority: TW
Inventors: 江啓名
Original assignee: 耀登科技股份有限公司
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2024-02-01

Abstract

本發明公開一種立體式天線結構，其適用於傳輸頻段。立體式天線結構包含絕緣載體、M個第一天線、M個微帶線、第二天線及接地件。M為不小於3的正整數。M個第一天線設置於絕緣載體的一側上且間隔配置。M個微帶線電性耦接M個第一天線且各具有接地點及連接點。第二天線設置於絕緣載體的另一側上。第二天線通過M個連接點電性耦接M個第一天線並具有M-1個線段。各線段的任一端位置對應一個連接點，且其長度為傳輸頻段的中心頻率所對應的波長的1/M倍。接地件設置於絕緣載體上且通過M個接地點電性耦接M個第一天線。據以功率增益比能被增加。

Description

立體式天線結構

本發明涉及一種天線結構，尤其涉及一種立體式天線結構。

天線結構大多設計為立體結構，以減少天線結構於最終產品（例如：手機的基板）內所佔據的可利用空間。其中，現有立體式天線結構的相反兩側能各自產生前方增益值(Front Gain)與後方增益值(Back Gain)，並且當前方增益值與後方增益值之間的功率增益比（Front-to-back ratio）越大時，現有立體式天線結構能具有更理想的發射效果。然而，現有立體式天線結構礙於技術瓶頸，無法有效地增加功率增益比。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種立體式天線結構。

本發明實施例公開一種立體式天線結構，適用於一傳輸頻段，所述立體式天線結構包括：一絕緣載體，包含相互間隔的一第一基板與一第二基板；M個第一天線，設置於所述第一基板的一側面上，M個所述第一天線彼此間隔配置，其中M為不小於3的正整數；M個微帶線，分別電性耦接M個所述第一天線，各所述微帶線具有一接地點及一連接點；一第二天線，設置於所述第二基板的一側面上，所述第二天線通過M個所述微帶線的所述連接點電性耦接M個所述第一天線，所述第二天線具有M-1個線段，各所述線段的任一端位置對應一個所述連接點，並且各所述線段的長度為所述傳輸頻段的一中心頻率所對應的波長的1/M倍；一接地件，設置於所述第二基板的另一側面上，所述接地件通過M個所述接地點電性耦接M個所述第一天線。

較佳地，所述立體式天線結構還包含位於所述第二基板的所述側面上的一阻抗天線，所述阻抗天線自所述第二天線的末端延伸，並且所述阻抗天線的長度為所述傳輸頻段的所述中心頻率所對應的波長的1/4倍；所述阻抗天線具有一饋入點。

較佳地，所述接地件進一步地限定為一導電金屬層，並且所述導電金屬層覆蓋所述第二基板的所述另一側面。

較佳地，所述絕緣載體還包含一支撐組件，所述支撐組件設置於所述第一基板與所述第二基板之間，並且所述支撐組件具有朝向所述第一基板與所述第二基板的一高度方向；M個所述微帶線分別設置於所述支撐組件上，各所述微帶線包含沿所述高度方向的一第一段、及垂直所述第一段的一第二段，所述第一段的末端具有所述連接點，所述第二段的末端具有所述接地點。

較佳地，所述支撐組件具有M個支撐板，各所述支撐板垂直且部分地貫穿所述第一基板與所述第二基板，使所述第一基板與所述第二基板能被M個所述支撐板抵頂而保持一預定距離。

較佳地，M個所述支撐板以輻射狀方式排列，並且以所述第一基板或所述第二基板的一中心點為輻射中心。

較佳地，所述第二天線具有一饋入點，M-1個所述線段各具有多個彎曲部位，所述饋入點位於任一個所述線段上。

較佳地，所述立體式天線結構還包含M個第三天線，M個所述第三天線設置於所述第一基板的另一側面上；M個所述第三天線的形狀與位置分別對應M個所述第一天線，並且M個所述第三天線的局部貫穿所述第一基板以分別電性耦接M個所述第一天線。

較佳地，任兩個所述微帶線的所述連接點之間具有一相位差，所述相位差為360/M度。

綜上所述，本發明實施例所公開的立體式天線結構，能通過“M個所述第一天線彼此間隔配置”以及“所述第二天線具有M-1個線段，各所述線段的任一端位置對應一個所述連接點，並且各所述線段的長度為所述傳輸頻段的一中心頻率所對應的波長的1/M倍”的設計，所述立體式天線結構的功率增益比能有效地被增加。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“立體式天線結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

另外，於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。

參閱圖1至圖10所示，本實施例提供一種立體式天線結構100，其適用於一傳輸頻段。如圖1及圖2所示，所述立體式天線結構100包含一絕緣載體1、設置於所述絕緣載體1上的M個第一天線2與一第二天線3、電性耦接M個所述第一天線2與所述第二天線3的M個微帶線4、以及電性耦接M個所述微帶線4的一接地件5。

其中，本實施例中的代數M是以三做說明，但M是可以依據設計者需求作調整。例如，代數M也可以是四、五、或任意不小於三的任一正整數，於此則不特別說明。

所述立體式天線結構100能通過M個所述第一天線2、所述第二天線3、以及M個微帶線4的配合以產生為圓極化（如圖7與圖8所示）的場型R，亦即任何非為圓極化場型的天線結構不適合用來比對本實施例的所述立體式天線結構100。接著，以下介紹所述立體式天線結構100的各元件及其連接關係。

配合圖3及圖4所示，所述絕緣載體1包含相互間隔的一第一基板11與一第二基板12、以及設置於所述第一基板11與所述第二基板12之間的一支撐組件13。

其中，所述第一基板11與所述第二基板12可以各為矩形的板狀結構，亦即所述第一基板11及所述第二基板12各具有相反的兩側面（即，寬側面）。此外，所述第一基板11與所述第二基板12是彼此間隔設置，並且所述第一基板11與所述第二基板12可以例如是相互平行，使所述第一基板11上的元件（例如：M個所述第一天線2）能與所述第二基板12上的元件（例如：所述第二天線3）保持一預定距離。

於一實際應用中，所述第一基板11及所述第二基板12可以例如是PCB板，並且所述第一基板11的尺寸是大致與所述第二基板12的尺寸相等，但本發明不受限於此。舉例來說，本發明於其他未繪示的實施例中，所述第一基板11的尺寸與所述第二基板12的尺寸不相等，且分別具有不同的兩個形狀。

另外，所述支撐組件13具有朝向所述第一基板11與所述第二基板12的一高度方向D1，並且所述支撐組件13具有M個支撐板131。其中，Ｍ個所述支撐板131的數量本實施例中為三個（即，M為3），三個所述支撐板131各為矩形的板狀結構，並且各所述支撐板131（的窄側面）垂直且部分地貫穿所述第一基板11與所述第二基板12（的寬側面），使所述第一基板11與所述第二基板12能被三個所述支撐板131抵頂而保持所述預定距離。較佳地，M個所述支撐板131可以是以輻射狀方式排列，並且以所述第一基板11或所述第二基板12的一中心點為輻射中心，但本發明不受限於此。

舉例來說，本發明於其他未繪示的實施例中，所述支撐組件13可以被省略，並且所述第一基板11及所述第二基板12可以通過其他鄰近之元件（例如：最終產品內的其他支撐架），使所述第一基板11與所述第二基板12保持所述預定距離。當然，所述支撐組件13也可以為獨立構件的一支撐架，從而支撐所述第一基板11與所述第二基板12。

復參圖3及圖4所示，M個所述第一天線2彼此間隔地配置於所述第一基板11遠離所述第二基板12的寬側面上。其中，M個所述第一天線2的數量於本實施例中為三個（即，M為3），並且各所述第一天線2為呈曲線狀的導電銅層，但本發明不以此為限制。舉例來說，本發明於其他未繪示的實施例中，各所述第一天線2也可以是矩形、或直線狀。

於一實際應用中，三個所述第一天線2可以是位於所述第一基板11遠離所述第二基板12的寬側面上。另外，所述立體式天線結構100還包含M個第三天線6，M個所述第三天線6的數量於本實施例中也為三個（即，M為3）並設置於所述第一基板11的另一寬側面上，亦即三個所述第三天線6與三個所述第一天線2位於所述第一基板的相反側。較佳地，三個所述第三天線6的形狀與位置分別對應三個所述第一天線2，並且三個所述第三天線6的局部貫穿所述第一基板11以分別（通過一導電柱）電性耦接三個所述第一天線2。

當然，於所述立體式天線結構100省略三個所述第三天線6時，三個所述第一天線2也可以是位於所述第一基板11面朝所述第二基板12的所述寬側面上。

復參圖3及圖4所示，M個所述微帶線4的數量於本實施例中為三個（即，M為3），三個所述微帶線4分別設置於三個所述支撐板131上並分別電性耦接三個所述第一天線2。具體來說，各所述微帶線4可以是大致呈L字狀的導電銅層，並具有沿所述高度方向D1的一第一段41、及垂直所述第一段41的一第二段42。於各所述微帶線4中，所述微帶線4於所述第一段41的末端具有一連接點43以用來電性耦接（例如：通過焊錫）所述第二天線3，並且所述微帶線4於所述第二段42的末端具有一接地點44以用來電性耦接（例如：通過焊錫）所述接地件5。當然，於其他未繪示的實施例中，所述微帶線4也可以是其他形狀。也就是說，本發明不限制所述微帶線4的形狀。

另外，需特別說明的是，任兩個所述微帶線4的所述連接點43之間具有一相位差，並且所述相位差為360/M度。也就是說，於本實施例中，基於M個所述第一天線2的數量為三個（即，M為3），所以前述相位差為120度。

配合圖1及圖3所示，所述第二天線3設置於所述第二基板12面朝所述第一基板11的寬側面上，並且所述第二天線3通過三個所述連接點43電性耦接M個所述第一天線2。其中，所述第二天線3具有M-1個線段31，並且M-1個所述線段31的數量是對應M個所述連接點43，亦即M-1個所述線段31的數量於本實施例中為兩個（即，M-1為2）。

詳細地說，各所述線段31是被任兩個所述連接點43所區隔出來，亦即各所述線段31的任一端位置對應一個所述連接點43，並且各所述線段31的長度較佳為所述傳輸頻段的一中心頻率所對應的波長的1/M倍。也就是說，各所述線段31的長度於本實施例中為所述中心頻率所對應的波長的1/3倍。其中，於本實施例中，其中一個所述線段31的寬度是小於另一個所述線段31的寬度，但不以此為限制。實務上，各所述線段31的寬度是其位置對應的兩個所述連接點43的歐姆值。

此外，為了有效減少所述立體式天線結構100的體積，所述第二天線3可以是多彎曲狀的導電銅層。具體來說，各所述線段31於本實施例中具有多個彎曲部位S，並且相鄰的任兩個所述彎曲部位S的開口是彼此相反的，使各所述線段31大致呈波浪狀，但本發明不受限於此。舉例來說，各所述線段31也可以是直線狀、或其他不規則形狀。

值得注意的是，所述立體式天線結構100還包含位於所述第二基板12上的一阻抗天線7，所述阻抗天線7自所述第二天線3的末端延伸，並且所述阻抗天線7的長度為所述傳輸頻段的所述中心頻率所對應的波長的1/4倍。其中，所述阻抗天線7於本實施例中為呈J字狀的導電銅層，並且所述阻抗天線7的末端具有一饋入點G，但本發明不受限於此。

舉例來說，本發明於其他未繪示的實施例中，所述立體式天線結構可以省略所述阻抗天線7，並且所述第二天線3具有一饋入點，並且所述饋入點位於任一個所述線段31上，以代替所述阻抗天線7的饋入點G。

如圖2及圖4所示，所述接地件5設置於所述第二基板12遠離所述第一基板11的寬側面上，亦即所述接地件5與所述第二天線3分別位於所述第二基板12的相反兩側，並且所述接地件5通過三個所述接地點44電性耦接三個所述第一天線2。於實務上，三個所述接地點44是貫穿所述第二基板12以（通過一導電柱）連接所述接地件5。

於本實施例中，所述接地件5進一步地限定為一導電金屬層，並且所述導電金屬層（完全地）覆蓋所述第二基板12面朝所述第一基板11的寬側面。當然，所述接地件5也可以是以任何能提供三個所述第一天線2接地的其他型式構件。

另外，特別說明的是，如圖6所示，於另一態樣中，本發明的立體式天線結構100’的所述接地件5與所述第二天線3於所述第二基板12上的位置可以彼此互換。也就是說，所述接地件5位於所述第二基板12面朝所述第一基板11的寬側面上，所述第二天線3位於所述第二基板12遠離所述第一基板11的寬側面上。

此外，如圖7所示，本實施例的立體式天線結構100於一頻率中所產生的一場型R，圖8中為所述場型R於H平面或E平面的示意圖。其中，圖7中的佈點密度越低表示增益值越高；圖8中的示意圖具有四個線條G1~G4，所述線條G1為總增益值（gain total）、所述線條G2為θ方向的增益值（gain theta）、所述線條G3為ɸ方向的增益值（gain phi）、所述線條G4為左側方向的增益值（gain left）。由圖7與圖8可以得知道，所述立體式天線結構100的場型趨近於圓形。

再者，如圖9與圖10所示，圖9為現有立體式天線結構與本發明立體式天線結構100於頻率與前方增益值(Front Gain)中的關係圖，圖10為現有立體式天線結構與本發明立體式天線結構100於頻率與後方增益值(Back Gain)中的關係圖。其中，由圖9與圖10的數值可以得到以下表一與表二的數據。

表一

現有立體式天線結構
頻率（MHz）	902	908	915	921	928
前方增益值（dBi）	-0.30	0.56	0.22	-0.60	-1.80
後方增益值（dBi）	-7.92	-7.40	-8.35	-9.66	-11.72
功率增益比（dB）	7.62	7.96	8.57	9.06	9.92

表二

本發明立體式天線結構
頻率（MHz）	902	908	915	921	928
前方增益值（dBi）	-0.77	0.64	0.63	-0.95	-4.58
後方增益值（dBi）	-10.64	-10.00	-12.05	-18.07	-12.39
功率增益比（dB）	9.87	10.64	12.68	17.12	7.81

由上述表一與表二可知，本發明的立體式天線結構100於頻率908MHz至921MHz之間的功率增益比都超過10dB。並且，當本發明的立體式天線結構100與現有立體式天線結構於頻率908MHz至921MHz之間時，本發明的立體式天線結構100能相較於現有立體式天線結構的功率增益比多出2dB以上的差值。也就是說，本發明的立體式天線結構100在頻率908MHz至921MHz之間的發射效果更佳顯著。

[本發明實施例的技術效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100、100’:立體式天線結構

1:絕緣載體

11:第一基板

12:第二基板

13:支撐組件

131:支撐板

2:第一天線

3:第二天線

31:線段

4:微帶線

41:第一段

42:第二段

43:連接點

44:接地點

5:接地件

6:第三天線

7:阻抗天線

D1:高度方向

S:彎曲部位

G:饋入點

R:場型

G1～G4:線條

圖1為本發明的立體式天線結構的立體示意圖。

圖2為本發明的立體式天線結構的另一立體示意圖。

圖3為本發明的立體式天線結構的分解示意圖。

圖4為本發明的立體式天線結構的另一分解示意圖。

圖5為本發明的立體式天線結構的局部透視示意圖。

圖6為本發明的立體式天線結構於另一態樣時的立體示意圖。

圖7為本發明的立體式天線結構所產生的場型的立體示意圖。

圖8為本發明的場型於H平面或E平面時的示意圖。

圖9為本發明的立體式天線結構的前增益值與頻率的關係圖。

圖10為本發明的立體式天線結構的後增益值與頻率的關係圖。

100:立體式天線結構