TWI708428B

TWI708428B - 天線結構

Info

Publication number: TWI708428B
Application number: TW108122731A
Authority: TW
Inventors: 羅中宏; 曾怡菱; 蔡謹隆; 江經海; 李冠賢; 鄧穎聰; 洪崇庭
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-10-21
Also published as: CN112151945A; US20200411987A1; CN112151945B; US11050148B2; TW202101820A

Abstract

一種天線結構，包括：一接地元件、一饋入輻射部、一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第一電容器，以及一第二電容器。接地元件具有一缺口區域。饋入輻射部具有一饋入點。第一輻射部係耦接至接地元件。第一電容器係耦接於饋入輻射部和第一輻射部之間。第二輻射部係耦接至接地元件。第二電容器係耦接於第一輻射部和第二輻射部之間。第三輻射部係耦接至饋入輻射部。饋入輻射部、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第一電容器，以及第二電容器皆設置於接地元件之缺口區域內。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構(Antenna Structure)，特別係關於一種多頻帶(Multiband)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(Antenna)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：一接地元件，具有一缺口區域；一饋入輻射部，具有一饋入點；一第一輻射部，耦接至該接地元件；一第一電容器，耦接於該饋入輻射部和該第一輻射部之間；一第二輻射部，耦接至該接地元件；一第二電容器，耦接於該第一輻射部和該第二輻射部之間；以及一第三輻射部，耦接至該饋入輻射部；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、該第一電容器，以及該第二電容器皆設置於該接地元件之該缺口區域內。

在一些實施例中，該天線結構係涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係位於1575MHz處，該第二頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第三頻帶係介於5150MHz至5850MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部各自呈現一直條形且兩者係互相平行。

在一些實施例中，該第三輻射部係呈現一L字形。

在一些實施例中，該饋入輻射部具有一第一端和一第二端，而該饋入點係位於該饋入輻射部之該第一端處。

在一些實施例中，該第一輻射部具有一第一端和一第二端，該第一輻射部之該第一端係耦接至該接地元件上之一第一連接點，而該第一輻射部之該第二端係經由該第一電容器耦接至該饋入輻射部之該第二端。

在一些實施例中，該第二輻射部具有一第一端和一第二端，該第二輻射部之該第一端係耦接至該接地元件上之一第二連接點，而該第二輻射部之該第二端係經由該第二電容器耦接至該第一輻射部之該第二端。

在一些實施例中，該第三輻射部具有一第一端和一第二端，而該第三輻射部之該第一端係耦接至該饋入輻射部之該第二端。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一匹配輻射部，具有一第一端和一第二端，其中該匹配輻射部之該第一端係耦接至該饋入輻射部上之一第三連接點。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一第一電路元件，耦接於該第一輻射部之該第一端和該接地元件上之該第一連接點之間；一第二電路元件，耦接於該第二輻射部之該第一端和該接地元件上之該第二連接點之間；一第三電路元件，耦接於該饋入輻射部之該第二端和該第三輻射部之該第一端之間；一第四電路元件，耦接於該第三輻射部之該第二端和該接地元件上之一第四連接點之間；以及一第五電路元件，耦接於該匹配輻射部之該第二端和該接地元件上之一第五連接點之間。

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之俯視圖。天線結構100可應用於一行動裝置(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圖所示，天線結構100包括：一接地元件(Ground 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、一第一電容器(Capacitor)C1，以及一第二電容器C2。接地元件110、饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140，以及第三輻射部150皆可用金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。第一電容器C1和第二電容器C2可以各自為一固定電容器(Fixed Capacitor)或是一可變電容器(Variable Capacitor)。

接地元件110可以是一金屬平面，其可提供天線結構100之一接地電位(Ground Voltage)。接地元件110具有一缺口區域(Notch Region)115，其中缺口區域115可以大致呈現一矩形或一正方形。在一些實施例中，缺口區域115係大致位於接地元件110之任一邊緣之中心點處，且相對遠離接地元件110之角落處。必須注意的是，饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140、第三輻射部150、第一電容器C1，以及第二電容器C2皆設置於接地元件110之缺口區域115內。

饋入輻射部120可以大致呈現一直條形。詳細而言，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。饋入點FP可耦接至一信號源(Signal Source)(未顯示)。例如，前述信號源可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。

第一輻射部130可以大致呈現一直條形。第一電容器C1係耦接於饋入輻射部120和第一輻射部130之間。詳細而言，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係耦接至接地元件110上之一第一連接點(Connection Point)CP1，而第一輻射部130之第二端132係經由第一電容器C1耦接至饋入輻射部120之第二端122。

第二輻射部140可以大致呈現一直條形。在一些實施例中，第一輻射部130和第二輻射部140兩者係大致互相平行且等長。第二電容器C2係耦接於第一輻射部130和第二輻射部140之間。詳細而言，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係耦接至接地元件110上之一第二連接點CP2，而第二輻射部140之第二端142係經由第二電容器C2耦接至第一輻射部130之第二端132。第二連接點CP2係相異於前述之第一連接點CP1。

第三輻射部150可以大致呈現一L字形，其可部份垂直且部份平行於饋入輻射部120。詳細而言，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係耦接至饋入輻射部120之第二端122，而第三輻射部150之第二端152為一開路端(Open End)。在一些實施例中，饋入輻射部120具有相對之一第一側和一第二側，其中第一輻射部130和第二輻射部140皆位於饋入輻射部120之第一側處(例如：右側)，而第三輻射部150則位於饋入輻射部120之第二側處(例如：左側)。換言之，饋入輻射部120可將第三輻射部150與第一輻射部130、第二輻射部140皆分隔開。

第2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2圖之量測結果，天線結構100可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1、一第二頻帶FB2，以及一第三頻帶FB3，其中第一頻帶FB1可約位於1575MHz處，第二頻帶FB2可約介於2400MHz至2500MHz之間，而第三頻帶FB3可約介於5150MHz至5850MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援GPS(Global Positioning System)和WLAN(Wireless Local Area Networks)之多頻帶操作。

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、第一電容器C1，以及第一輻射部130可共同激發產生前述之第一頻帶FB1。饋入輻射部120、第一電容器C1、第二電容器C2，以及第二輻射部140可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。另外，饋入輻射部120和第三輻射部150可共同激發產生前述之第三頻帶FB3。根據實際量測結果，第一電容器C1和第二電容器C2之加入可控制各個輻射部之等效共振長度(Effective Resonant Length)。由於所有輻射部和所有電容器皆位於接地元件110之缺口區域115內，故它們不會佔用額外之設計面積，從而可微縮天線結構100之整體尺寸。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸和元件參數係如下列所述。缺口區域115具有一長度L和一寬度W，其中長度L至少為寬度W之2倍以上。前述長度L和寬度W之相乘積可介於天線結構100之1/16倍至1/8倍波長平方之間(亦即，

，其中「λ」代表天線結構100之第一頻帶FB1之最低頻率之波長)。第二電容器C2之電容值(Capacitance)可以大於第一電容器C1之電容值。第一電容器C1之電容值可以小於1pF，例如：0.6pF。第二電容器C2之電容值亦可小於1pF，例如：0.8pF。以上元件尺寸和元件參數之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(Impedance Matching)。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構300之俯視圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，天線結構300更包括一匹配輻射部(Matching Radiation Element)360，其可用金屬材質製成。匹配輻射部360可以大致呈現一直條形，其可大致垂直於饋入輻射部120。詳細而言，匹配輻射部360具有一第一端361和一第二端362，其中匹配輻射部360之第一端361係耦接至饋入輻射部120上之一第三連接點CP3，而匹配輻射部360之第二端362為一開路端並鄰近於第三輻射部150之第二端152。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：10mm或更短)，亦可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)。第三連接點CP3係介於饋入輻射部120之第一端121和第二端122之間，其係相對更靠近饋入輻射部120之第一端121。根據實際量測結果，匹配輻射部360之加入可用於改善天線結構300之任一頻帶之阻抗匹配。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類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構400之俯視圖。第4圖和第3圖相似。在第4圖之實施例中，天線結構400更包括一第一電路元件(Circuit Element)471、一第二電路元件472、一第三電路元件473、一第四電路元件474，以及一第五電路元件475。例如，第一電路元件471、第二電路元件472、第三電路元件473、第四電路元件474，以及第五電路元件475之任一者可為一電阻器(Resistor)、一電容器、一電感器(Inductor)、一短路元件(Short-Circuited Element)，或是一開路元件(Open-Circuited Element)。第一電路元件471係耦接於第一輻射部130之第一端131和接地元件110上之第一連接點CP1之間。第二電路元件472係耦接於第二輻射部140之第一端141和接地元件110上之第二連接點CP2之間。第三電路元件473係耦接於饋入輻射部120之第二端122和第三輻射部150之第一端151之間。第四電路元件474係耦接於第三輻射部150之第二端152和接地元件110上之一第四連接點CP4之間。第五電路元件475係耦接於匹配輻射部360之第二端362和接地元件110上之一第五連接點CP5之間，其中第五連接點CP5係相異於前述之第四連接點CP4。在一些實施例中，第一電路元件471、第二電路元件472、第三電路元件473，以及第五電路元件475係各自為一短路元件或一電感器，而第四電路元件474則為一開路元件或一電容器，但亦不僅限於此。根據實際量測結果，第一電路元件471、第二電路元件472、第三電路元件473、第四電路元件474，以及第五電路元件475之加入可用於同時微調天線結構400之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3之阻抗匹配，從而可最佳化天線結構400之輻射性能。第4圖之天線結構400之其餘特徵皆與第3圖之天線結構300類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

本發明提出一種新穎之寬頻天線結構，其至少包括設置於接地元件之缺口區域內之複數個輻射部和複數個電容器。整體而言，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶、高輻射效率，以及低製造成本等優勢，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、元件參數，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1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4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:接地元件

115:缺口區域

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

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

360:匹配輻射部

361:匹配輻射部之第一端

362:匹配輻射部之第二端

471:第一電路元件

472:第二電路元件

473:第三電路元件

474:第四電路元件

475:第五電路元件

C1:第一電容器

C2:第二電容器

CP1:第一連接點

CP2:第二連接點

CP3:第三連接點

CP4:第四連接點

CP5:第五連接點

FB1:第一頻帶

FB2:第二頻帶

FB3:第三頻帶

FP:饋入點

L:長度

W: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俯視圖。第2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。第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。