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TWI736161B - 天線結構 - Google Patents

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TWI736161B
TWI736161B TW109106932A TW109106932A TWI736161B TW I736161 B TWI736161 B TW I736161B TW 109106932 A TW109106932 A TW 109106932A TW 109106932 A TW109106932 A TW 109106932A TW I736161 B TWI736161 B TW I736161B
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仁寶電腦工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種天線結構，其包括至少一支撐材料、第一天線及第二天線。第一天線設置於至少一支撐材料上並具有一第一饋入點及一第一電流零點區域，其中第一天線連接至一接地面。第二天線設置於至少一支撐材料上並具有一第二饋入點及一第二電流零點區域，其中第二天線連接至接地面。第一天線的第一饋入點設置於第二天線的第二電流零點區域內，且第二天線的第二饋入點設置於第一天線的第一電流零點區域內。

Description

天線結構
本發明是有關於一種天線結構，且特別是有關於一種具隔離機制的天線結構。
在現有的天線設計中，為了縮小天線的尺寸，常使用具1/4波長共振結構的兩組平面倒F形天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)進行耦合。然而，若整體天線結構中未另外設置增加隔離度的設計，將可能因兩組天線彼此干擾而影響天線結構的表現。
請參照圖1A，其是習知未設置有隔離機制的天線結構及相關天線散射係數圖。如圖1A所示，在並排的天線1及天線2之間未設置有任何隔離元件的情況下，天線1及天線2的表現將因隔離度不佳而影響在工作頻帶的表現。
為改善隔離度，一般會在兩天線之間額外設置一組1/4波長共振結構作為隔離元件，如圖1B所示。
另外，習知亦有以1/2波長閉槽孔天線與1/4波長PIFA相鄰的配置，其可利用天線之間的不同共振機制而達到良好隔離度，如圖1C所示。
雖圖1B及圖1C所示的設計皆可提供較佳的隔離度，但天線及隔離元件彼此並排設置的結構也相應地導致較大的體積。
有鑑於此，本發明提供一種天線結構，其可用於解決上述技術問題。
本發明提供一種天線結構，其包括至少一支撐材料、第一天線及第二天線。第一天線設置於至少一支撐材料上並具有一第一饋入點及一第一電流零點區域，其中第一天線連接至一接地面。第二天線設置於至少一支撐材料上並具有一第二饋入點及一第二電流零點區域，其中第二天線連接至接地面。第一天線的第一饋入點設置於第二天線的第二電流零點區域內，且第二天線的第二饋入點設置於第一天線的第一電流零點區域內。
基於上述，本發明的天線結構可在不需另外設置隔離元件的情況下，為第一天線及第二天線提供良好的隔離度。
請參照圖2A及圖2B，其中圖2A是依據本發明的實施例繪示的天線結構的側視圖，而圖2B是依據圖2A繪示的天線結構立體示意圖。如圖2A及圖2B所示，天線結構200包括第一天線210、第二天線220、支撐材料230及金屬層240，其中第一天線210、第二天線220及金屬層240皆設置於支撐材料230上。應了解的是，為使視圖更為清楚，圖2B中的支撐材料230係繪示為透明的長方體結構，但本發明可不限於此。
在本發明的實施例中，第一天線210可具有第一饋入點210a，且第一天線210可透過金屬層240連接至接地面250。另外，第二天線220可具有第二饋入點220a，且第二天線220亦可透過金屬層240連接至接地面250。此外，圖2B中所示的第一天線210及第二天線220的圖樣僅用以舉例，並非用以限定本發明可能的實施方式。需說明的是，在其他實施例中，天線結構200可不具有金屬層240，接地面250可具有一定的高度而使第一天線210以及第二天線220直接與接地面250連接。
在圖2A及圖2B中，第一天線210可設置於支撐材料230上的第一表面230a，而第二天線220可設置於支撐材料230上的第二表面230b，其中第一表面230a可相對於第二表面230b，但本發明可不限於此。
在其他實施例中，第一天線210可具有第一部分及第二部分，其中第一天線210的第一部分可設置於支撐材料230的第一表面230a上，而第一天線210的第二部分可設置於/延伸至支撐材料230的第三表面230c（其相鄰於第一表面230a）上，但本發明可不限於此。此外，第二天線220亦可具有第一部分及第二部分，其中第二天線220的第一部分可設置於支撐材料230的第二表面230b上，而第二天線220的第二部分可設置於/延伸至支撐材料230的第三表面230c上，但本發明可不限於此。
在圖2B中，第二天線220在第一表面230a上的正投影220’可部分地重疊於第一天線210。同理，第一天線210在第二表面230b上的正投影（未另標示）亦可部分地重疊於第二天線220。
透過將第一天線210及第二天線220設計為圖2B所示的堆疊結構，本發明的天線結構200相較於習知的天線並排結構（例如圖1B及圖1C所示結構）能夠具有較小的尺寸，因而能夠降低空間上的需求。
在本發明的實施例中，第一天線210的第一饋入點210a可用於接收一第一激發訊號，而第一天線210可相應地經第一激發訊號激發而形成一第一電流零點區域，而其相關形成原理將在之後輔以圖3A詳述。在一實施例中，此第一電流零點區域可分布於金屬層240、接地面250、第一天線210及第二天線220的至少其中之一上。
相似地，第二天線220的第二饋入點220a可用於接收一第二激發訊號，而第二天線220可相應地經第二激發訊號激發而形成一第二電流零點區域，而其相關形成原理將在之後輔以圖3B詳述。在一實施例中，此第二電流零點區域可分布於金屬層240、接地面250、第一天線210及第二天線220的至少其中之一上。
在此情況下，為增加第一天線210及第二天線220之間的隔離度，第一天線210的第一饋入點210a可設置於對應於第二天線220的第二電流零點區域內，而第二天線220的第二饋入點220a可設置於對應於第一天線210的第一電流零點區域內。
請參照圖3A，其是依據圖2A及圖2B繪示的激發第一天線以形成第一電流零點區域的示意圖。在圖3A中，在第一饋入點210a接收第一激發訊號之後，可相應地在第一天線210上形成第一電流I1，以及在接地面250上形成第一地電流GI1。另一方面，經激發後的第一天線210可藉由輻射耦合的機制而在第二天線220上形成第一耦合電流CI1。在此情況下，第一地電流GI1中的部分地電流GI1a以及第一耦合電流CI1中的部分耦合電流CI1a將會彼此抵銷，從而形成對應於第一天線210的第一電流零點區域ZI1。應了解的是，圖3A所示的第一電流零點區域ZI1的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖3B，其是依據圖2A及圖2B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。在圖3B中，在第二饋入點220a接收第二激發訊號之後，可相應地在第二天線220上形成第二電流I2，以及在接地面250上形成第二地電流GI2。另一方面，經激發後的第二天線220可藉由輻射耦合的機制而在第一天線210上形成第二耦合電流CI2。在此情況下，第二地電流GI2中的部分地電流GI2a以及第二耦合電流CI2中的部分耦合電流CI2a將會彼此抵銷，從而形成對應於第二天線220的第二電流零點區域ZI2。應了解的是，圖3B所示的第二電流零點區域ZI2的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
依先前實施例的教示，為增加第一天線210及第二天線220之間的隔離度，第一天線210的第一饋入點210a可如圖3B所示地設置於對應於第二天線220的第二電流零點區域ZI2內，而第二天線220的第二饋入點220a可如圖3A所示地設置於對應於第一天線210的第一電流零點區域ZI1內。
進一步而言，當兩組天線距離較近且未設置有適當的隔離機制時，天線將藉由輻射耦合及地電流傳導等機制而將能量傳送至另一天線上，從而造成整體天線的表現不佳。然而，在本發明的天線結構200中，由於耦合電流與地電流能夠在第一天線210/第二天線220被激發時彼此抵銷，因而能夠在未設置有隔離元件的情況下提供良好的隔離度。
請參照圖4A，其是依據圖3A繪示的當第一天線被激發時的電流強度示意圖。如圖4A所示，當第一天線210被激發時，由於部分地電流GI1a及部分耦合電流CI1a已彼此抵銷，因而能夠形成第一電流零點區域ZI1，且其中設置有第二天線220的第二饋入點220a。
請參照圖4B，其是依據圖3B繪示的當第二天線被激發時的電流強度示意圖。如圖4B所示，當第二天線220被激發時，由於部分地電流GI2a及部分耦合電流CI2a已彼此抵銷，因而能夠形成第二電流零點區域ZI2，且其中設置有第一天線210的第一饋入點210a。
請參照圖5A及圖5B，其是依據本發明實施例繪示的天線散射係數圖。由圖5A及圖5B可看出，本發明的天線結構可在相關的工作頻帶（例如圈選處所示的2.4~2.5GHz頻帶及5.15~5.85GHz頻帶）提供良好的隔離度。
此外，在不同的實施例中，本發明天線結構中的第一天線及第二天線可調整為不同於圖2B所示的結構，如圖6A至圖6D所示。
如圖6A所示，在本發明的天線結構601中，第一天線及第二天線的其中之一的結構可為1/2波長雙端短路結構，而第一天線及第二天線的其中之另一的結構為1/2波長雙端開路結構。
如圖6B所示，在本發明的天線結構602中，第一天線及第二天線的其中之一的結構可為1/2波長雙端短路結構，而第一天線及第二天線的其中之另一的結構可為1/4波長共振結構。
如圖6C所示，在本發明的天線結構603中，第一天線及第二天線的其中之一的結構可為1/2波長雙端開路結構，而第一天線及第二天線的其中之另一的結構可為1/4波長共振結構。
如圖6D所示，在本發明的天線結構604中，第一天線及第二天線的結構可皆為1/4波長共振結構。
經實驗，如圖6A至圖6D所示，在採用相同/不同的各式第一天線及第二天線結構的情況下，本發明提出的天線結構仍可在第一天線及第二天線之間提供良好的隔離度。
請參照圖7A，其是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。如圖7A所示，天線結構700中的第一天線710及第二天線720可分別設置於支撐材料731及732上，並可連接於接地面750。相似於先前各個實施例，第一天線710的第一饋入點710a可設置於對應於第二天線720的第二電流零點區域內，而第二天線720的第二饋入點720a可設置於對應於第一天線710的第一電流零點區域內。藉此，可降低設計上的成本及困難度。
請參照圖7B，其是依據圖7A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。在圖7B中，在第一饋入點710a接收第一激發訊號之後，可相應地在第一天線710上形成第一電流I1，以及在接地面750上形成第一地電流GI1。另一方面，經激發後的第一天線710可藉由輻射耦合的機制而在第二天線720上形成第一耦合電流CI1。在此情況下，第一地電流GI1中的部分地電流GI1a以及第一耦合電流CI1中的部分耦合電流CI1a將會彼此抵銷，從而形成對應於第一天線710的第一電流零點區域ZI1。應了解的是，圖7B所示的第一電流零點區域ZI1的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖7C，其是依據圖7A及圖7B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。在圖7C中，在第二饋入點720a接收第二激發訊號之後，可相應地在第二天線720上形成第二電流I2，以及在接地面750上形成第二地電流GI2。另一方面，經激發後的第二天線720可藉由輻射耦合的機制而在第一天線710上形成第二耦合電流CI2。在此情況下，第二地電流GI2中的部分地電流GI2a以及第二耦合電流CI2中的部分耦合電流CI2a將會彼此抵銷，從而形成對應於第二天線720的第二電流零點區域ZI2。應了解的是，圖7C所示的第二電流零點區域ZI2的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖8A，其是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。如圖8A所示，天線結構800可包括第一天線810、第二天線820、支撐材料830、金屬層840及接地面850。在本實施例中，第一天線810可包括第一部分811及第二部分812，其中第一部分811可設置於支撐材料830的第一表面830a上，且第二部分812可設置於支撐材料830的第二表面830b（其可相鄰於第一表面830a）上。此外，第二天線820可設置於支撐材料830的第二表面830b上。相似於先前各個實施例，第一天線810的第一饋入點810a可設置於對應於第二天線820的第二電流零點區域內，而第二天線820的第二饋入點820a可設置於對應於第一天線810的第一電流零點區域內。藉此，僅需單一塊軟性電路板（flexible printed circuit，FPC）或雷射直接成型技術（Laser-Direct-Structuring，LDS）即可完成第一天線810及第二天線820的佈局（layout），因而可降低實現上的成本及困難度。
請參照圖8B，其是依據圖8A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。在圖8B中，在第一饋入點810a接收第一激發訊號之後，可相應地在第一天線810上形成第一電流I1，以及在接地面850上形成第一地電流GI1。另一方面，經激發後的第一天線810可藉由輻射耦合的機制而在第二天線820上形成第一耦合電流CI1。在此情況下，第一地電流GI1中的部分地電流GI1a以及第一耦合電流CI1中的部分耦合電流CI1a將會彼此抵銷，從而形成對應於第一天線810的第一電流零點區域ZI1。應了解的是，圖8B所示的第一電流零點區域ZI1的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖8C，其是依據圖8A及圖8B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。在圖8C中，在第二饋入點820a接收第二激發訊號之後，可相應地在第二天線820上形成第二電流I2，以及在接地面850上形成第二地電流GI2。另一方面，經激發後的第二天線820可藉由輻射耦合的機制而在第一天線810上形成第二耦合電流CI2。在此情況下，第二地電流GI2中的部分地電流GI2a以及第二耦合電流CI2中的部分耦合電流CI2a將會彼此抵銷，從而形成對應於第二天線820的第二電流零點區域ZI2。應了解的是，圖8C所示的第二電流零點區域ZI2的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖9A，其是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。如圖9A所示，天線結構900可包括第一天線910、第二天線920、支撐材料930及接地面950。在本實施例中，第一天線910可包括第一部分911及第二部分912，其中第一部分911可設置於支撐材料930的第一表面930a上，且第二部分912可設置於支撐材料930的第二表面930b（其可相鄰於第一表面930a）上。此外，第二天線920可設置於支撐材料930的第二表面930b上。相較於先前各個實施例，圖9A中的天線結構900省略了金屬層。然而，相似於先前各個實施例，第一天線910的第一饋入點910a可設置於對應於第二天線920的第二電流零點區域內，而第二天線920的第二饋入點920a可設置於對應於第一天線910的第一電流零點區域內。藉此，僅需單一塊FPC或LDS即可完成第一天線910及第二天線920的佈局，因而可降低實現上的成本及困難度。
請參照圖9B，其是依據圖9A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。在圖9B中，在第一饋入點910a接收第一激發訊號之後，可相應地在第一天線910上形成第一電流I1，以及在接地面950上形成第一地電流GI1。另一方面，經激發後的第一天線910可藉由輻射耦合的機制而在第二天線920上形成第一耦合電流CI1。在此情況下，第一地電流GI1中的部分地電流GI1a以及第一耦合電流CI1中的部分耦合電流CI1a將會彼此抵銷，從而形成對應於第一天線910的第一電流零點區域ZI1。應了解的是，圖9B所示的第一電流零點區域ZI1的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
請參照圖9C，其是依據圖9A及圖9B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。在圖9C中，在第二饋入點920a接收第二激發訊號之後，可相應地在第二天線920上形成第二電流I2，以及在接地面950上形成第二地電流GI2。另一方面，經激發後的第二天線920可藉由輻射耦合的機制而在第一天線910上形成第二耦合電流CI2。在此情況下，第二地電流GI2中的部分地電流GI2a以及第二耦合電流CI2中的部分耦合電流CI2a將會彼此抵銷，從而形成對應於第二天線920的第二電流零點區域ZI2。應了解的是，圖9C所示的第二電流零點區域ZI2的區域範圍（以虛線表示）僅用以舉例，並非用以限定本發明的實施方式。
綜上所述，透過將第一天線的第一饋入點設置於第二天線的第二電流零點區域中，以及將第二天線的第二饋入點設置於第一天線的第一電流零點區域中，本發明的天線結構可在不需另外設置隔離元件的情況下，為第一天線及第二天線提供良好的隔離度。並且，在一些實施例中，透過將第一天線及第二天線設計為堆疊結構的方式，可讓本發明的天線結構具有較小的體積，因此在應用上能夠較不受到空間的限制。此外，在一些實施例中，透過將第一天線（的一部分）及第二天線設置於支撐材料的相鄰表面上的方式，本發明僅需單一塊FPC或LDS即可完成第一天線及第二天線的佈局，因而可降低實現上的成本及困難度。
200, 601~604, 700, 800, 900:天線結構 210, 710, 810, 910:第一天線 210a, 710a, 810a, 910a:第一饋入點 220, 720, 820, 920:第二天線 220’:正投影 220a, 720a, 820a, 920a:第二饋入點 230, 731, 732, 830, 930:支撐材料 230a, 830a, 930a:第一表面 230b, 830b, 930b:第二表面 230c:第三表面 240, 840:金屬層 250, 750, 850, 950:接地面 811, 911:第一部分 812, 912:第二部分 CI1:第一耦合電流 CI2:第二耦合電流 CI1a, CI2a:部分耦合電流 I1:第一電流 I2:第二電流 GI1:第一地電流 GI2:第二地電流 GI1a, GI2a:部分地電流 ZI1:第一電流零點區域 ZI2:第二電流零點區域
圖1A是習知未設置有隔離機制的天線結構及相關天線散射係數圖。 圖1B及圖1C是習知設計有隔離機制的天線結構示意圖。 圖2A是依據本發明的實施例繪示的天線結構的側視圖。 圖2B是依據圖2A繪示的天線結構立體示意圖。 圖3A是依據圖2A及圖2B繪示的激發第一天線以形成第一電流零點區域的示意圖。 圖3B是依據圖2A及圖2B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。 圖4A是依據圖3A繪示的當第一天線被激發時的電流強度示意圖。 圖4B是依據圖3B繪示的當第二天線被激發時的電流強度示意圖。 圖5A及圖5B是依據本發明實施例繪示的天線散射係數圖。 圖6A至圖6D是依據本發明實施例繪示的不同天線結構示意圖。 圖7A是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。 圖7B是依據圖7A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。 圖7C是依據圖7A及圖7B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。 圖8A是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。 圖8B是依據圖8A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。 圖8C是依據圖8A及圖8B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。 圖9A是依據本發明實施例繪示的天線結構示意圖。 圖9B是依據圖9A繪示的激發第一天線以產生第一電流零點區域的示意圖。 圖9C是依據圖9A及圖9B繪示的激發第二天線以形成第二電流零點區域的示意圖。
200:天線結構
210:第一天線
210a:第一饋入點
220:第二天線
220a:第二饋入點
220’:正投影
230:支撐材料
230a:第一表面
230b:第二表面
230c:第三表面
240:金屬層
250:接地面

Claims (18)

  1. 一種天線結構，包括：至少一支撐材料；一第一天線，其設置於該至少一支撐材料上並具有一第一饋入點及一第一電流零點區域，其中該第一天線連接至一接地面；以及一第二天線，其設置於該至少一支撐材料上並具有一第二饋入點及一第二電流零點區域，其中該第二天線連接至該接地面；其中該第一天線的該第一饋入點設置於該第二天線的該第二電流零點區域內，且該第二天線的該第二饋入點設置於該第一天線的該第一電流零點區域內，其中反應於該第一饋入點接收一第一激發訊號，該第一天線經該第一激發訊號激發而形成該第一電流零點區域，其中該第一天線經該第一激發訊號激發而在該接地面形成一第一地電流以及在該第二天線形成一第一耦合電流，該第一地電流的部分地電流與該第一耦合電流的部分耦合電流彼此抵銷以形成該第一電流零點區域，其中反應於該第二饋入點接收一第二激發訊號，該第二天線經該第二激發訊號激發而形成該第二電流零點區域，其中該第二天線經該第二激發訊號激發而在該接地面形成一第二地電流以及在該第一天線形成一第二耦合電流，該第二地電流的部分地電流與該第二耦合電流的部分耦合電流彼此抵銷以形 成該第二電流零點區域，其中該第一天線的一第一部分設置於該至少一支撐材料的一第一表面上，且該第二天線的一第一部分設置於該至少一支撐材料的一第二表面上。
  2. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一電流零點區域部分地分布於該第二天線上，且該第二電流零點區域部分地分布於該第一天線上。
  3. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一電流零點區域部分地分布於該接地面上。
  4. 如請求項1所述的天線結構，其中該至少一支撐材料僅包括單一支撐材料。
  5. 如請求項4所述的天線結構，其中該第一表面相對於該第二表面。
  6. 如請求項5所述的天線結構，其中該第一天線的該第一部分在該第二表面上的一正投影部分地重疊於該第二天線的該第一部分。
  7. 如請求項4所述的天線結構，其中該第一天線的一第二部分延伸至該至少一支撐材料的一第三表面上，其中該第三表面相鄰於該至少一支撐材料的該第一表面。
  8. 如請求項4所述的天線結構，其中該第一天線的一第二部分設置於該至少一支撐材料的該第二表面上，其中該第二表面相鄰於該至少一支撐材料的該第一表面。
  9. 如請求項8所述的天線結構，其中該第一饋入點及該第二饋入點皆位於該第二表面。
  10. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一天線及該第二天線的其中之一的結構為雙端短路的1/2波長共振結構，該第一天線及該第二天線的其中之另一的結構為雙端開路的1/2波長共振結構。
  11. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一天線及該第二天線的其中之一的結構為雙端短路的1/2波長共振結構，該第一天線及該第二天線的其中之另一的結構為1/4波長共振結構。
  12. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一天線及該第二天線的其中之一的結構為雙端開路的1/2波長共振結構，該第一天線及該第二天線的其中之另一的結構為1/4波長共振結構。
  13. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一天線及該第二天線的結構皆為1/4波長共振結構。
  14. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一天線及該第二天線分布於該至少一支撐材料上相鄰的兩個表面。
  15. 如請求項1所述的天線結構，更包括：一金屬層，其設置於該至少一支撐材料上，其中該第一天線透過該金屬層連接至該接地面。
  16. 如請求項15所述的天線結構，其中該第二天線透過該金屬層連接至該接地面。
  17. 如請求項15所述的天線結構，該第一電流零點區域部分地分布於該金屬層上。
  18. 如請求項1所述的天線結構，其中該至少一支撐材料包括一第一支撐材料及一第二支撐材料，其中該第一天線設置於該第一支撐材料，該第二天線設置於該第二支撐材料上。
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