TW201832411A

TW201832411A - 天線結構

Info

Publication number: TW201832411A
Application number: TW106106374A
Authority: TW
Inventors: 魏婉竹; 邱培源; 林協志; 姜欣吾; 馬培基; 張祐嘉; 蔡邦均; 黃仲豪
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-09-01

Abstract

一種天線結構，包括：一信號源、一第一輻射部、一電路佈局，以及一第二輻射部。該第一輻射部包括一陶瓷天線元件和至少一被動元件。該第一輻射部係經由該電路佈局耦接至該信號源。該第二輻射部係耦接至該電路佈局。該第一輻射部係激發產生一第一頻帶，而該第二輻射部係激發產生一第二頻帶。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別係關於一種多頻帶(Multiband)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系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

天線為支援無線通訊之行動裝置中不可或缺之元件。然而，由於行動裝置之內部空間十分侷限，往往沒有足夠面積來配置所需之天線元件。因此，如何設計一種小尺寸、寬頻帶之全新天線，已成為現今設計者之一大挑戰。

在較佳實施例中，本發明提供一種天線結構，包括：一信號源；一第一輻射部，包括一陶瓷天線元件和至少一被動元件；一電路佈局，其中該第一輻射部係經由該電路佈局耦接至該信號源；以及一第二輻射部，耦接至該電路佈局；其中該第一輻射部係激發產生一第一頻帶，而該第二輻射部係激發產生一第二頻帶。

在一些實施例中，該第一頻帶為位於1575MHz之一GPS(Global Positioning System)頻帶，而該第二頻帶為介於2400MHz至2484MHz之間之一WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz頻帶。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一饋入匹配電路，內嵌於該電路佈局中，其中該信號源係經由該饋入匹配電路和該電路佈局分別耦接至該第一輻射部和該第二輻射部。

在一些實施例中，該被動元件包括一或複數個電容器或(且)一或複數個電感器。

在一些實施例中，該第二輻射部大致為一C字形金屬部或一L字形金屬部。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一系統電路板，包括一接地面區域和一非金屬區域，其中該接地面區域係至少部份地圍繞該非金屬區域，而該第一輻射部和該第二輻射部係設置於該非金屬區域上。

在一些實施例中，該非金屬區域係位於該系統電路板之一邊緣中間處。

在一些實施例中，該陶瓷天線元件為迴圈式，而該電路佈局係耦接至該陶瓷天線元件、該被動元件、該第二輻射部，以及該接地面區域。

在一些實施例中，該非金屬區域係位於該系統電路板之一角落處。

在一些實施例中，該陶瓷天線元件為單極式，而該電路佈局係耦接至該陶瓷天線元件、該被動元件，以及該第二輻射部。

100、300‧‧‧天線結構

110、310‧‧‧信號源

120、320‧‧‧第一輻射部

130、330‧‧‧陶瓷天線元件

142、144、342‧‧‧被動元件

150、350‧‧‧電路佈局

160、360‧‧‧第二輻射部

161、361‧‧‧第二輻射部之第一端

162、362‧‧‧第二輻射部之第二端

170、370‧‧‧饋入匹配電路

180、380‧‧‧系統電路板

182、382‧‧‧接地面區域

184、384‧‧‧非金屬區域

FB1‧‧‧第一頻帶

FB2‧‧‧第二頻帶

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返回損失圖；以及第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之示意圖。

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。

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100之示意圖。天線結構100可應用於一行動裝置，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)。在第1圖之實施例中，天線結構100至少包括：一信號源(Signal Source)110、一第一輻射部120、一電路佈局(Layout)150，以及一第二輻射部160。信號源110可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，用於激發天線結構100。信號源110可視為天線結構100之一輸入端或一輸出端。第一輻射部120包括一陶瓷天線元件(Ceramic Antenna Element)130、一第一被動元件(Passive Component)142，以及一第二被動元件144。第一被動元件142和第二被動元件144係用於微調陶瓷天線元件130之阻抗(Impedance)。在一些實施例中，第一被動元件142和第二被動元件144之每一者包括一或複數個電容器(Capacitor)或(且)一或複數個電感器(Inductor)，例如：晶片電容器或(且)晶片電感器。電路佈局150可以是一傳輸線(Transmission Line)或是一導體連接線，其阻抗值可約為50歐姆。第一輻射部120之陶瓷天線元件130、第一被動元件142，以及第二被動元件144皆可經由電路佈局150耦接至信號源110。第二輻射部160可為一C字形金屬部。第二輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第二輻射部160之第一端161係耦接至電路佈局150，而第二輻射部160之第二端162為一開路端(Open End)。

在一些實施例中，天線結構100更包括一饋入匹配電路(Feeding Matching Circuit)170。饋入匹配電路170可以內嵌於電路佈局150中，其中信號源110係經由饋入匹配電路170和電路佈局150分別耦接至第一輻射部120和第二輻射部160。饋入匹配電路170亦可包括一或複數個電容器或(且)一或複數個電感器，從而可同時調整第一輻射部120和第二輻射部160之阻抗匹配(Impedance Matching)。

在一些實施例中，天線結構100更包括一系統電路板(System Circuit Board)180。系統電路板180包括一接地面區域(Ground Plane Region)182和一非金屬區域(Non-metal Region)184，其中接地面區域182係至少部份地圍繞非金屬區域184。舉例而言，非金屬區域184可呈現一矩形，並可位於系統電路板180之一短邊緣中間處。第一輻射部120和第二輻射部160皆可設置於非金屬區域184上，其中第二輻射部160係以印刷方式形成，並直接印製於非金屬區域184上。

如第1圖所示，第一輻射部120之之陶瓷天線元件130為迴圈式(Loop-Type)。在迴圈式之設計下，電路佈局150係耦接至陶瓷天線元件130、第一被動元件142、第二被動元件144、第二輻射部160，以及接地面區域182。另外，電路佈局 150之一部份、第一被動元件142，以及陶瓷天線元件130三者更可形成一封閉迴圈結構(Closed Loop Structure)，以增加天線結構100之低頻頻寬。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之返回損失(Return Loss)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，縱軸代表返回損失(dB)。根據第2圖之量測結果，天線結構100可涵蓋一第一頻帶FB1和一第二頻帶FB2，其中第一輻射部120可激發產生前述第一頻帶FB1，而第二輻射部160可激發產生前述第二頻帶FB2。詳細而言，前述第一頻帶FB1可為位於1575MHz之一GPS(Global Positioning System)頻帶，而前述第二頻帶FB2可為介於2400MHz至2484MHz之間之一WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz頻帶。因此，天線結構100將可同時支援GPS和WLAN 2.4GHz之多頻帶寬頻操作。

在第1、2圖之實施例之天線原理和元件尺寸方面，第二輻射部160之總長度可以大致等於第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。另外，第一被動元件142和第二被動元件144可與陶瓷天線元件130發生共振，使得第一輻射部120之等效共振長度可以大致等於第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。若適當地調整天線結構100之元件尺寸，其更可涵蓋其他頻帶，例如：LTE(Long Term Evolution)頻帶。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之示意圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，天線結構300至少包括：一信號源310、一第一輻射部320、一電路佈局350、以及一第二輻射部360。第一輻射部320包括一陶瓷天線元件330和一被動元件342。被動元件342可包括一或複數個電容器或(且)一或複數個電感器。電路佈局350可以是一傳輸線或是一導體連接線。第一輻射部320之陶瓷天線元件330和被動元件342皆可經由電路佈局350耦接至信號源310。第二輻射部360可為一L字形金屬部。第二輻射部360具有一第一端361和一第二端362，其中第二輻射部360之第一端361係耦接至電路佈局350，而第二輻射部360之第二端362為一開路端。

在一些實施例中，天線結構300更包括一饋入匹配電路370。饋入匹配電路370可以內嵌於電路佈局350中，其中信號源310係經由饋入匹配電路370和電路佈局350分別耦接至第一輻射部320和第二輻射部360。饋入匹配電路370亦可包括一或複數個電容器或(且)一或複數個電感器。

在一些實施例中，天線結構300更包括一系統電路板380。系統電路板380包括一接地面區域382和一非金屬區域384，其中接地面區域382係至少部份地圍繞非金屬區域384。舉例而言，非金屬區域384可呈現一矩形，並可位於系統電路板380之一角落處。第一輻射部320和第二輻射部360皆可設置於非金屬區域384上。

如第3圖所示，第一輻射部320之陶瓷天線元件330為單極式(Monopole-Type)。在單極式之設計下，電路佈局350係耦接至陶瓷天線元件330、被動元件342，以及第二輻射部360(但電路佈局350卻不連接至接地面區域382，此與迴圈式之設計不同)。另外，電路佈局350之一部份、被動元件342，以及陶瓷天線元件330三者更可形成一直條形結構，以增加天線結構300之低頻頻寬。

相似地，根據實際量測結果，天線結構300亦可涵蓋前述第一頻帶FB1和前述第二頻帶FB2(亦即：GPS頻帶和WLAN 2.4GHz頻帶)。在第3圖之實施例之天線原理和元件尺寸方面，第二輻射部360之長度可以大致等於第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。另外，被動元件342可與陶瓷天線元件330發生共振，使得第一輻射部320之等效共振長度可以大致等於第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。若適當地調整天線結構300之元件尺寸，其更可涵蓋其他頻帶，例如：LTE(Long Term Evolution)頻帶。第3圖之天線結構300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。

簡言之，本發明提出一種新穎之天線結構，其至少具有下列優勢；(1)小型化設計；(2)可同時涵蓋GPS和WLAN頻帶；(3)具有較大之頻寬；(4)易於大量生產製造；以及(5)製造成本較低。因此，本發明很適合應用於現今各種小型化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。

Claims

一種天線結構，包括：一信號源；一第一輻射部，包括一陶瓷天線元件和至少一被動元件；一電路佈局，其中該第一輻射部係經由該電路佈局耦接至該信號源；以及一第二輻射部，耦接至該電路佈局；其中該第一輻射部係激發產生一第一頻帶，而該第二輻射部係激發產生一第二頻帶。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第一頻帶為位於1575MHz之一GPS(Global Positioning System)頻帶，而該第二頻帶為介於2400MHz至2484MHz之間之一WLAN(Wireless Local Area Network)2.4GHz頻帶。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包括：一饋入匹配電路，內嵌於該電路佈局中，其中該信號源係經由該饋入匹配電路和該電路佈局分別耦接至該第一輻射部和該第二輻射部。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該被動元件包括一或複數個電容器或(且)一或複數個電感器。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二輻射部大致為一C字形金屬部或一L字形金屬部。
如申請專利範圍第1項所述之天線結構，更包括：一系統電路板，包括一接地面區域和一非金屬區域，其中該接地面區域係至少部份地圍繞該非金屬區域，而該第一輻射部和該第二輻射部係設置於該非金屬區域上。
如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該非金屬區域係位於該系統電路板之一邊緣中間處。
如申請專利範圍第7項所述之天線結構，其中該陶瓷天線元件為迴圈式，而該電路佈局係耦接至該陶瓷天線元件、該被動元件、該第二輻射部，以及該接地面區域。
如申請專利範圍第6項所述之天線結構，其中該非金屬區域係位於該系統電路板之一角落處。
如申請專利範圍第9項所述之天線結構，其中該陶瓷天線元件為單極式，而該電路佈局係耦接至該陶瓷天線元件、該被動元件，以及該第二輻射部。