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TWI845051B - 天線結構 - Google Patents

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TWI845051B
TWI845051B TW111146909A TW111146909A TWI845051B TW I845051 B TWI845051 B TW I845051B TW 111146909 A TW111146909 A TW 111146909A TW 111146909 A TW111146909 A TW 111146909A TW I845051 B TWI845051 B TW I845051B
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Taiwan
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radiation
antenna structure
radiation portion
frequency band
radiating
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TW111146909A
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TW202425419A (zh
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羅澺智
洪崇庭
王俊元
陳俊宜
許景堯
黃彥誠
唐竺佑
Original Assignee
廣達電腦股份有限公司
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Priority to CN202211649754.0A priority patent/CN118156777A/zh
Priority to US18/153,745 priority patent/US12308530B2/en
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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、一短路輻射部、一第三輻射部，以及一第四輻射部。饋入輻射部具有一饋入點。第一輻射部係耦接至饋入輻射部。第二輻射部係耦接至饋入輻射部，其中第二輻射部係與第一輻射部大致朝相反方向作延伸。饋入輻射部更經由短路輻射部耦接至接地元件。第三輻射部係耦接至接地元件，其中第三輻射部係鄰近於第一輻射部。第四輻射部係耦接至接地元件，其中第四輻射部係鄰近於第二輻射部。

Description

天線結構
本發明係關於一種天線結構(Antenna Structure)，特別係關於一種寬頻帶(Wideband)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操作頻寬(Operational Bandwidth)過窄，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出一種小尺寸、寬頻帶之天線結構，對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；一饋入輻射部，具有一饋入點；一第一輻射部，耦接至該饋入輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入輻射部，其中該第二輻射部係與該第一輻射部大致朝相反方向作延伸；一短路輻射部，其中該饋入輻射部更經由該短路輻射部耦接至該接地元件；一第三輻射部，耦接至該接地元件，其中該第三輻射部係鄰近於該第一輻射部；以及一第四輻射部，耦接至該接地元件，其中該第四輻射部係鄰近於該第二輻射部。
在一些實施例中，該饋入輻射部、該第一輻射部，以及該第二輻射部之組合係呈現一T字形。
在一些實施例中，該短路輻射部係呈現一較短L字形，該第三輻射部係呈現一較長L字形，而該第四輻射部係呈現一矩形。
在一些實施例中，該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第四輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，該第一耦合間隙之寬度係介於1mm至2mm之間，而該第二耦合間隙之寬度係介於0.5mm至1mm之間。
在一些實施例中，該第二輻射部更包括一第一延伸部份，而該第一延伸部份係位於該第二輻射部之一末端處。
在一些實施例中，該第三輻射部更包括一第二延伸部份，而該第二延伸部份係位於該第三輻射部之一彎折處。
在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係大致位於1575MHz處，該第二頻帶係介於1910MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於3300MHz至4200MHz之間。
在一些實施例中，該饋入輻射部和該第一輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第三輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
在一些實施例中，該第四輻射部之長度係小於該第三頻帶之0.25倍波長。
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。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
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可以套用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)、一筆記型電腦(Notebook Computer)、一無線分享器(Wireless Access Point)、一路由器(Router)，或是具有通訊功能之任一裝置。抑或，天線結構100可以套用於一電子裝置(Electronic Device)當中，例如：一物聯網(Internet of Things，IOT)中之任一單元。
在第1圖之實施例中，天線結構100至少包括：一接地元件(Ground Element)110、一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)120、一第一輻射部130、一第二輻射部140、一短路輻射部(Shorting Radiation Element)150、一第三輻射部160，以及一第四輻射部170，其中接地元件110、饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140、短路輻射部150、第三輻射部160，以及第四輻射部170皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。
接地元件110可用於提供一接地電位(Ground Voltage)。在一些實施例中，接地元件110可由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其更可耦接至天線結構100之一系統接地面(System Ground Plane)(未顯示)。
饋入輻射部120可以大致呈現一不等寬直條形。詳細而言，饋入輻射部120具有相對較窄之一第一端121和相對較寬之一第二端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更可耦接至一信號源(Signal Source)190。例如，信號源190可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。在一些實施例中，信號源190之一正極(Positive Electrode)係耦接至饋入點FP，而信號源190之一負極(Negative Electrode)則耦接至接地元件110。
第一輻射部130可以大致呈現一較長直條形。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係耦接至饋入輻射部120之第二端122，而第一輻射部130之第二端132為一開路端(Open End)。
第二輻射部140可以大致呈現一較短直條形(相較於第一輻射部130而言)。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係耦接至饋入輻射部120之一側，而第二輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第二輻射部140之第二端142和第一輻射部130之第二端132兩者可大致沿相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，饋入輻射部120、第一輻射部130，以及第二輻射部140之一組合可以大致呈現一T字形。
短路輻射部150可以大致呈現一較短L字形。詳細而言，短路輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中短路輻射部150之第一端151係耦接至接地元件110上之一第一接地點(Grounding Point)GP1，而短路輻射部150之第二端152係耦接至饋入輻射部120之相對另一側。亦即，饋入輻射部120可設置於短路輻射部150和第二輻射部140之間。因此，饋入輻射部120更可經由短路輻射部150耦接至接地元件110。在一些實施例中，饋入輻射部120、第一輻射部130，以及短路輻射部150可共同界定出一開口槽孔區域(Open Slot Region)155。
第三輻射部160可以大致呈現一較長L字形(相較於短路輻射部150而言)。詳細而言，第三輻射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第三輻射部160之第一端161係耦接至接地元件110上之一第二接地點GP2，而第三輻射部160之第二端162為一開路端。例如，第三輻射部160之第二端162和第二輻射部140之第二端142兩者可大致朝相同方向作延伸。第三輻射部160係鄰近於第一輻射部130。在一些實施例中，第三輻射部160和第一輻射部130之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。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)，但通常不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)。
第四輻射部170可以大致呈現一矩形。詳細而言，第四輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中第四輻射部170之第一端171係耦接至接地元件110上之一第三接地點GP3，而第四輻射部170之第二端172為一開路端。例如，前述之第一接地點GP1、第二接地點GP2，以及第三接地點GP3可以彼此皆相異。第四輻射部170係鄰近於第二輻射部140。在一些實施例中，第四輻射部170和第二輻射部140之間可形成一第二耦合間隙GC2。
在一些實施例中，第二輻射部140更包括一第一延伸部份(Extension Portion)146，其中此第一延伸部份146係位於第二輻射部140之第二端142處。在一些實施例中，第三輻射部160更包括一第二延伸部份166，其中此第二延伸部份166係位於第三輻射部160之一彎折處165。例如，前述之第一延伸部份146和第二延伸部份166兩者可大致朝相同方向作延伸。必須理解的是，前述之第一延伸部份146和第二延伸部份166僅為用於調整阻抗匹配(Impedance Matching)之選用元件(Optional Component)，在其他實施例中亦可移除之。
在一些實施例中，天線結構100可為一平面化天線結構。詳細而言，天線結構100之接地元件110、饋入輻射部120、第一輻射部130、第二輻射部140、短路輻射部150、第三輻射部160，以及第四輻射部170皆可設置於一介質基板(Dielectric Substrate)180上。例如，介質基板180可為一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。
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。例如，第一頻帶FB1係大致位於1575MHz處，第二頻帶FB2可介於1910MHz至2170MHz之間，而第三頻帶FB3可介於3300MHz至4200MHz之間。因此，天線結構100將可同時支援LTE(Long Term Evolution)和GPS(Global Positioning System)之寬頻操作。
在一些實施例中，天線結構100之操作原理可如下列所述。饋入輻射部120和第一輻射部130可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。第三輻射部160可由第一輻射部130所耦合激發，以形成前述之第一頻帶FB1。第四輻射部170可由第二輻射部140所耦合激發，以形成前述之第三頻帶FB3。另外，第二輻射部140之第一延伸部份146可用於微調前述之第二頻帶FB2之阻抗匹配，而第三輻射部160之第二延伸部份166則可用於微調前述之第一頻帶FB1之阻抗匹配。
在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。饋入輻射部120和第一輻射部130之總長度L1可以大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部160之長度L2可以大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第四輻射部170之長度L3可以小於天線結構100之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第一耦合間隙GC1之寬度可介於1mm至2mm之間。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.5mm至1mm之間。以上元件尺寸之範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化天線結構100之操作頻寬(Operational Bandwidth)和阻抗匹配。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構300之立體圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，天線結構300可沿著一彎折線(Bending Line)LC1進行調整，使得第三輻射部160之至少一部份將與其他輻射部分別位於互相垂直之二平面上。換言之，天線結構300亦可根據不同需求而修改成為一立體天線結構。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一實施例所述之VR(Virtual Reality)接收裝置400之示意圖。在第4圖之實施例中，VR接收裝置400包括前述之天線結構300(或100)，因此VR接收裝置400將能支援無線通訊(Wireless Communication)之功能。在一些實施例中，VR接收裝置400更包括一顯示器(Display Device)、一射頻電路(RF Circuit)、一濾波器(Filter)、一放大器(Amplifier)、一處理器(Processor)，或(且)一外殼，但亦不僅限於此。必須注意的是，天線結構300可根據VR接收裝置400之外型而略為調整其自身之立體結構，但不致影響其通訊品質。第4圖之VR接收裝置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天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、寬頻帶，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或物聯網當中。
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1-4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。
100,300:天線結構 110:接地元件 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 146:第二輻射部之第一延伸部份 150:短路輻射部 151:短路輻射部之第一端 152:短路輻射部之第二端 155:開口槽孔區域 160:第三輻射部 161:第三輻射部之第一端 162:第三輻射部之第二端 165:第三輻射部之彎折處 166:第三輻射部之第二延伸部份 170:第四輻射部 171:第四輻射部之第一端 172:第四輻射部之第二端 180:介質基板 190:信號源 400:VR接收裝置 FB1:第一頻帶 FB2:第二頻帶 FB3:第三頻帶 FP:饋入點 GC1:第一耦合間隙 GC2:第二耦合間隙 GP1:第一接地點 GP2:第二接地點 GP3:第三接地點 L1,L2,L3:長度 LC1:彎折線
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一實施例所述之天線結構之立體圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之VR接收裝置之示意圖。
100:天線結構
110:接地元件
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
146:第二輻射部之第一延伸部份
150:短路輻射部
151:短路輻射部之第一端
152:短路輻射部之第二端
155:開口槽孔區域
160:第三輻射部
161:第三輻射部之第一端
162:第三輻射部之第二端
165:第三輻射部之彎折處
166:第三輻射部之第二延伸部份
170:第四輻射部
171:第四輻射部之第一端
172:第四輻射部之第二端
180:介質基板
190:信號源
FP:饋入點
GC1:第一耦合間隙
GC2:第二耦合間隙
GP1:第一接地點
GP2:第二接地點
GP3:第三接地點
L1,L2,L3:長度
LC1:彎折線

Claims (8)

  1. 一種天線結構，包括：一接地元件；一饋入輻射部，具有一饋入點；一第一輻射部，耦接至該饋入輻射部；一第二輻射部，耦接至該饋入輻射部，其中該第二輻射部係與該第一輻射部大致朝相反方向作延伸；一短路輻射部，其中該饋入輻射部更經由該短路輻射部耦接至該接地元件；一第三輻射部，耦接至該接地元件，其中該第三輻射部係鄰近於該第一輻射部；以及一第四輻射部，耦接至該接地元件，其中該第四輻射部係鄰近於該第二輻射部；其中該第二輻射部更包括一第一延伸部份，而該第一延伸部份係位於該第二輻射部之一末端處；其中該第三輻射部更包括一第二延伸部份，而該第二延伸部份係位於該第三輻射部之一彎折處；其中該第一延伸部份和該第二延伸部份兩者大致朝相同方向作延伸。
  2. 如請求項1所述之天線結構，其中該饋入輻射部、該第一輻射部，以及該第二輻射部之組合係呈現一T字形。
  3. 如請求項1所述之天線結構，其中該短路輻射部係呈現一較短L字形，該第三輻射部係呈現一較長L字形，而該第四輻射部係呈現一矩形。
  4. 如請求項1所述之天線結構，其中該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第四輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，該第一耦合間隙之寬度係介於1mm至2mm之間，而該第二耦合間隙之寬度係介於0.5mm至1mm之間。
  5. 如請求項1所述之天線結構，其中該天線結構涵蓋一第一頻帶、一第二頻帶，以及一第三頻帶，該第一頻帶係大致位於1575MHz處，該第二頻帶係介於1910MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於3300MHz至4200MHz之間。
  6. 如請求項5所述之天線結構，其中該饋入輻射部和該第一輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
  7. 如請求項5所述之天線結構，其中該第三輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
  8. 如請求項5所述之天線結構，其中該第四輻射部之長度係小於該第三頻帶之0.25倍波長。
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