TWI897235B - 天線結構及電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包含第一金屬元件及第二金屬元件。第一金屬元件包含第一槽孔形成其上，第一槽孔沿第一方向延伸呈長條狀。第二金屬元件包含第一支部，其包含第一開放段及垂直段，其中第一開放段沿第一方向延伸形成開放端，垂直段沿第二方向延伸形成開放端，且當沿第三方向觀察，垂直段的投影與第一槽孔的投影部分重疊，第一方向、第二方向及第三方向互相垂直。藉此，有助設計出寬頻帶及/或多頻帶的槽孔天線。

Description

天線結構及電子裝置

本揭示內容是有關於一種天線結構及電子裝置，且特別是關於包含槽孔的天線結構及電子裝置。

隨著當今通信系統的發展趨勢，以及電子裝置追求輕、薄、窄邊框與金屬機身等訴求的造型特徵，不但天線結構的設置空間通常被壓縮，且必須利用電子裝置中的金屬環境設計出可符合需求之天線結構，特別是當電子裝置須滿足多通信系統、多天線及多頻帶的特性時，因此電子裝置中天線結構的設計遂面臨著嚴苛的挑戰。

根據上述，在當今天線結構及電子裝置的市場上，亟需發展一種能同時兼顧寬頻帶、多頻帶、小體積與天線設置環境要求的天線結構及電子裝置。

本揭示內容提供一種天線結構及電子裝置，其中電子裝置包含天線結構。天線結構包含第一金屬元件及第二金屬元件，第一金屬元件包含第一槽孔形成其上，第二金屬元件的第一支部包含第一開放段及垂直段，第一開放段沿第一方向延伸形成開放端，垂直段沿第二方向延伸形成開放端，且當沿第三方向觀察，垂直段的投影與第一槽孔的投影部分重疊，有助第二金屬元件搭配包含第一槽孔的第一金屬元件設計出寬頻帶及/或多頻帶的槽孔天線。

依據本揭示內容一實施方式提供一種天線結構，包含第一金屬元件及第二金屬元件。第一金屬元件包含第一槽孔形成其上，第一槽孔沿第一方向延伸呈長條狀。第二金屬元件包含第一支部，其包含第一開放段及垂直段，其中第一開放段沿第一方向延伸形成開放端，垂直段沿第二方向延伸形成開放端，且當沿第三方向觀察，垂直段的投影與第一槽孔的投影部分重疊，第一方向、第二方向及第三方向互相垂直。

依據本揭示內容另一實施方式提供一種電子裝置，包含外殼及前述實施方式的天線結構，其中第一金屬元件為外殼的部分。

以下將參照圖式說明本揭示內容之複數實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭示內容。也就是說，在本揭示內容實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。

此外，第一、第二等用語只是用來描述不同元件，而對元件本身並無限制，因此，第一元件亦可改稱為第二元件。且本文中之元件之組合非此領域中之一般周知、常規或習知之組合，不能以元件本身是否為習知，來判定其組合關係是否容易被技術領域中之通常知識者輕易完成。

第1圖繪示本揭示內容第一實施例的天線結構100的爆炸圖，第2圖繪示第一實施例的天線結構100中第一金屬元件110的前視圖，第3圖繪示第一實施例的天線結構100的前視圖。請參照第1圖至第3圖，天線結構100包含第一金屬元件110、第二金屬元件120及介電元件180。第一金屬元件110呈片狀或殼狀並包含第一槽孔(Slot)111形成其上，第一槽孔111沿第一方向x延伸呈長條狀。

第二金屬元件120呈片狀並包含第一支部124，其包含第一開放段128及垂直段127，其中第一開放段128沿第一方向x延伸形成開放端，垂直段127沿第二方向y延伸形成開放端，且當沿第三方向z觀察，垂直段127的投影與第一槽孔111的投影部分重疊(如第3圖所示)，第一方向x、第二方向y及第三方向z互相垂直。再者，介電元件180連接於第一金屬元件110及第二金屬元件120之間並可為塑膠材質製成，且本揭示內容不以此為限。藉此，第二金屬元件120可搭配包含第一槽孔111的第一金屬元件110設計出寬頻帶及/或多頻帶的槽孔天線。

詳細而言，垂直段127可用以設置一饋入點121，且當沿第三方向z觀察，饋入點121的投影與第一槽孔111的投影至少部分重疊(如第3圖所示)。藉此，天線結構100使用單一饋入方式，並在第一槽孔111激發出一個操作頻帶。

天線結構100可更包含接地元件160。第二金屬元件120可更包含主體部123，其沿第一方向x延伸，主體部123的第二方向y的一側電性連接接地元件160。藉此，有利於兼顧天線結構100的射頻特性並整合於電子裝置的內部。此外，接地元件160具體上可為銅箔，第一金屬元件110亦可與接地元件160直接或間接地電性連接。

第一金屬元件110可更包含第二槽孔112形成其上，第二槽孔112沿第一方向x延伸呈長條狀，第一槽孔111及第二槽孔112沿第一方向x排列並對齊，第一槽孔111及第二槽孔112之間具有間距s12，且第一槽孔111的長度m1與第二槽孔112的長度m2不同。藉此，有助降低天線結構100的體積及面積且能實現多頻帶(例如包含WiFi 6E頻帶)之應用。具體而言，第一槽孔111及第二槽孔112的寬度可皆為1 mm。

第一槽孔111的長度m1可小於第二槽孔112的長度m2。藉此，天線結構100使用單一饋入方式，並在第一槽孔111、第二槽孔112分別激發出兩個不同的操作頻帶。進一步地，有助天線結構100本身結構的耦合效應激發出第三個操作頻帶，以提升天線結構100的頻寬。再者，本揭示內容所述的「連接(Connect)」是兩個元件之間有實體連接且為直接連接或者是間接連接，且本揭示內容所述的「耦合(Couple)」是兩個元件之間彼此分離且無實體連接，而是藉由一元件之電流所產生的電場能量(Electric Field Energy)激發另一元件的電場能量。

第二槽孔112的長度m2相比於第一槽孔111的長度m1的比值可介於1.2及5之間。藉此，有助於設計於兩個操作頻帶並兼顧小型化。具體而言，第二槽孔112的長度m2為38 mm，第一槽孔111的長度m1為22 mm，所述比值為1.73。

第一槽孔111用以提供天線結構100的第一操作頻率，其可介於5.15 GHz及5.47 GHz之間。第二槽孔112用以提供天線結構100的第二操作頻率，其可介於2.4 GHz及2.5 GHz之間。間距s12可介於1 mm及4 mm之間，且第一槽孔111的長度m1、間距s12及第二槽孔112的長度m2的總和可介於58 mm及68 mm之間。藉此，天線結構100為貼於金屬環境槽孔的單一饋入天線，透過約0.5倍共振波長的槽孔長度可激發出WiFi 2G及5G頻帶，且透過天線結構100本身的耦合或寄生效應激發出WiFi 6E頻帶，以改善頻寬不足的問題。具體而言，第一槽孔111的長度m1為22 mm，間距s12為3 mm，第二槽孔112的長度m2為38 mm，所述總和為63 mm。

第二金屬元件120的第一支部124可更包含連接段125及軀幹段126，主體部123的第二方向y的另一側連接連接段125，連接段125沿第二方向y延伸並連接軀幹段126，軀幹段126沿第一方向x延伸並連接第一開放段128及垂直段127。藉此，可透過連接段125、軀幹段126、垂直段127及第一開放段128調整第一槽孔111激發出的頻帶範圍。

第一支部124可更包含第二開放段129，軀幹段126沿第一方向x延伸並連接第二開放段129，第二開放段129沿第一方向x延伸形成開放端，第一開放段128及第二開放段129沿第二方向y排列。第一開放段128可較第二開放段129接近垂直段127，第二開放段129由其上的開放端朝向軀幹段126漸縮，且第二開放段129與軀幹段126的連接處具有滿足結構強度及製造良率的寬度。再者，垂直段127可沿第二方向y朝向主體部123凸出。藉此，可透過第二開放段129及垂直段127調整第一槽孔111激發出的頻帶範圍。

第一槽孔111的長度m1相比於第二開放段129沿第一方向x的長度m9的比值可介於3及10之間，第一槽孔111的長度m1相比於連接段125至垂直段127沿第一方向x的距離d7的比值可介於2及6之間。藉此，有助調整第一槽孔111激發出的頻帶範圍並兼顧小型化。具體而言，第一槽孔111的長度m1(22 mm)相比於第二開放段129沿第一方向x的長度m9(4 mm)的比值為5.5，第一槽孔111的長度m1(22 mm)相比於連接段125至垂直段127沿第一方向x的距離d7(7.9 mm)的比值為2.78。

當沿第三方向z觀察，連接段125的投影與第二槽孔112的投影可部分重疊，如第3圖所示。藉此，有助天線結構100本身激發出第三個頻帶，並提升天線結構100的頻寬。

第二金屬元件120可更包含第二支部134，主體部123的第二方向y的另一側連接第二支部134，第二支部134沿第二方向y延伸並朝第三方向z形成階梯狀，且當沿第三方向z觀察，第二支部134的投影與第二槽孔112的投影部分重疊，如第3圖所示。藉此，可透過第二支部134調整第二槽孔112激發出的頻帶範圍。

第4圖繪示第3圖中剖線4-4的剖面圖。請參照第1圖、第3圖及第4圖，第二支部134可包含第一階面135及第二階面136，第一階面135及第二階面136中各者的法線平行第三方向z，主體部123、第一階面135及第二階面136依序電性連接(如第1圖及第4圖所示)，第一階面135的投影與第二槽孔112的投影部分重疊(如第3圖所示)，且第一階面135沿第一方向x的長度m5大於第二階面136沿第一方向x的長度。藉此，可兼顧操作頻率調整及設計彈性。

請參照第2圖及第3圖，第二槽孔112的長度m2相比於第一階面135沿第一方向x的長度m5的比值可介於4及10之間。藉此，有助調整第二槽孔112激發出的頻帶範圍並兼顧小型化。具體而言，第二槽孔112的長度m2為38 mm，第一階面135沿第一方向x的長度m5為6 mm，所述比值為6.33。

請參照第1圖及第3圖，天線結構100可更包含第三金屬元件140，其呈片狀，第三金屬元件140鄰近第一開放段128的開放端及第二開放段129的開放端並與其彼此分離，其中第一開放段128與第三金屬元件140於第三方向z上具有距離(相當於第1圖中介電元件180的凸塊的高度h4)。當沿第三方向z觀察，第三金屬元件140的投影與第一槽孔111的投影部分重疊(如第3圖所示)。藉此，可透過第三金屬元件140調整第一槽孔111激發出的頻帶範圍。在第一實施例中，在第三方向z上，主體部123、第一支部124及第一階面135皆位於第一平面高度，第三金屬元件140及第二階面136皆位於第二平面高度，當第一槽孔111及第二槽孔112的平面高度為參考平面高度，第二平面高度大於第一平面高度。

第二金屬元件120及第三金屬元件140可沿介電元件180的表面設置且為雷射直接成型(LDS，Laser Direct Structuring)製成，介電元件180可為塑膠材質並延伸至第一槽孔111及第二槽孔112中。藉此，第一金屬元件110的雙槽孔環境與第二金屬元件120的LDS天線的組合，可設計出多頻帶的槽孔天線，且相較於設計於電路板上的天線結構具有較小之體積。

第5圖繪示第3圖中天線結構100的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio，電壓駐波比)示意圖，第6圖繪示第3圖中天線結構100的天線效率(Antenna Efficiency)示意圖。請參照第5圖及第6圖，透過天線結構100中天線線路(第二金屬元件120、第三金屬元件140)與雙槽孔(第一槽孔111、第二槽孔112)之間的相對位置，其VSWR特性如第5圖所示，除了具有2.5 GHz附近的低頻操作頻寬(VSWR之數值小於2.5)，並利用垂直段127、第一開放段128、第二開放段129、第三金屬元件140等多個寄生耦合元件使高頻操作頻寬從5 GHz涵蓋到7 GHz(例如涵蓋到5.925 GHz至7.125 GHz)，以設計出三個操作頻帶(WiFi 2G、5G、6E)的天線結構100。再者，此設計並能使天線結構100的天線效率提升約20%至30%，如第6圖所示。此外，依據本揭示內容的天線結構100亦有利於組裝一致性，即在提升天線特性、天線效率的同時亦具有良好之生產穩定性。

第7圖繪示本揭示內容第二實施例的電子裝置200的示意圖。請參照第2圖、第3圖及第7圖，電子裝置200包含外殼210及前述第一實施例的天線結構100，其中第一金屬元件110為外殼210的部分。藉此，天線結構100不僅相較於設計電路板上的天線結構具有較小之體積，並可僅利用電子裝置200上二個槽孔(第一槽孔111、第二槽孔112)環境即設計出至少三個通信頻帶的天線結構100，不需利用三個以上槽孔，因此有助更加達成天線結構100的小型化，進一步地滿足電子裝置200中空間配置需求。具體而言，電子裝置200可為筆記型電腦，天線結構100設置於電子裝置200的螢幕邊框的內部，第一金屬元件110為外殼210的位於螢幕背面的部分且包含第一槽孔111及第二槽孔112(如第2圖所示)，第二金屬元件120及第三金屬元件140較第一金屬元件110接近螢幕邊框，且本揭示內容不以此為限。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:天線結構 110:第一金屬元件 111:第一槽孔 112:第二槽孔 120:第二金屬元件 121:饋入點 123:主體部 124:第一支部 125:連接段 126:軀幹段 127:垂直段 128:第一開放段 129:第二開放段 134:第二支部 135:第一階面 136:第二階面 140:第三金屬元件 160:接地元件 180:介電元件 200:電子裝置 210:外殼 d7:距離 h4:高度 m1,m2,m5,m9:長度 s12:間距 x:第一方向 y:第二方向 z:第三方向

第1圖繪示本揭示內容第一實施例的天線結構的爆炸圖； 第2圖繪示第一實施例的天線結構中第一金屬元件的前視圖； 第3圖繪示第一實施例的天線結構的前視圖； 第4圖繪示第3圖中剖線4-4的剖面圖； 第5圖繪示第3圖中天線結構的VSWR示意圖； 第6圖繪示第3圖中天線結構的天線效率示意圖；以及 第7圖繪示本揭示內容第二實施例的電子裝置的示意圖。

100:天線結構

110:第一金屬元件

111:第一槽孔

112:第二槽孔

120:第二金屬元件

121:饋入點

123:主體部

124:第一支部

125:連接段

126:軀幹段

127:垂直段

128:第一開放段

129:第二開放段

134:第二支部

135:第一階面

136:第二階面

140:第三金屬元件

160:接地元件

180:介電元件

d7:距離

m5,m9:長度

x:第一方向

y:第二方向

z:第三方向

Claims (19)

1. 一種天線結構，包含：一第一金屬元件，包含一第一槽孔形成其上，其中該第一槽孔沿一第一方向延伸呈一長條狀；以及一第二金屬元件，包含一第一支部，其包含一第一開放段及一垂直段，其中該第一開放段沿該第一方向延伸形成一開放端，該垂直段沿一第二方向延伸形成一開放端，且當沿一第三方向觀察，該垂直段的投影與該第一槽孔的投影部分重疊，該第一方向、該第二方向及該第三方向互相垂直；其中，該第一金屬元件更包含一第二槽孔形成其上，該第二槽孔沿該第一方向延伸呈一長條狀，該第一槽孔及該第二槽孔沿該第一方向排列並對齊，該第一槽孔及該第二槽孔之間具有一間距，且該第一槽孔的長度與該第二槽孔的長度不同。
2. 如請求項1所述的天線結構，其中該垂直段用以設置一饋入點。
3. 如請求項1所述的天線結構，更包含：一接地元件；其中，該第二金屬元件更包含一主體部，其沿該第一方向延伸，該主體部的該第二方向的一側電性連接該接地元件。
4. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一槽孔的長度小於該第二槽孔的長度。
5. 如請求項1所述的天線結構，其中該第二槽孔的長度相比於該第一槽孔的長度的比值介於1.2及5之間。
6. 如請求項1所述的天線結構，其中該第一槽孔用以提供的一操作頻率介於5.15 GHz及5.47 GHz之間，該第二槽孔用以提供的一操作頻率介於2.4 GHz及2.5 GHz之間。
7. 如請求項3所述的天線結構，其中該第一支部更包含一連接段及一軀幹段，該主體部的該第二方向的另一側連接該連接段，該連接段沿該第二方向延伸並連接該軀幹段，該軀幹段沿該第一方向延伸並連接該第一開放段及該垂直段。
8. 如請求項7所述的天線結構，其中該第一支部更包含一第二開放段，該軀幹段沿該第一方向延伸並連接該第二開放段，該第二開放段沿該第一方向延伸形成一開放端，該第一開放段及該第二開放段沿該第二方向排列。
9. 如請求項8所述的天線結構，其中該第一開放段較該第二開放段接近該垂直段，該第二開放段由其上的該開放端朝向該軀幹段漸縮。
10. 如請求項8所述的天線結構，其中該第一槽孔的長度相比於該第二開放段沿該第一方向的長度的比值介於3及10之間，該第一槽孔的長度相比於該連接段至該垂直段沿該第一方向的距離的比值介於2及6之間。
11. 如請求項7所述的天線結構，其中該垂直段沿該第二方向朝向該主體部凸出。
12. 如請求項7所述的天線結構，其中當沿該第三方向觀察，該連接段的投影與該第二槽孔的投影部分重疊。
13. 如請求項1所述的天線結構，其中該間距介於1 mm及4 mm之間，且該第一槽孔的長度、該間距及該第二槽孔的長度的總和介於58 mm及68 mm之間。
14. 如請求項3所述的天線結構，其中該第二金屬元件更包含一第二支部，該主體部的該第二方向的另一側連接該第二支部，該第二支部沿該第二方向延伸，且當沿該第三方向觀察，該第二支部的投影與該第二槽孔的投影部分重疊。
15. 如請求項14所述的天線結構，其中該第二支部朝該第三方向形成階梯狀並包含一第一階面及一第二階面，該第一階面及該第二階面中各者的法線平行該第三方向，該主體部、該第一階面及該第二階面依序電性連接，該第一階面的投影與該第二槽孔的投影部分重疊，且該第一階面沿該第一方向的長度大於該第二階面沿該第一方向的長度。
16. 如請求項15所述的天線結構，其中該第二槽孔的長度相比於該第一階面沿該第一方向的長度的比值介於4及10之間。
17. 如請求項1所述的天線結構，更包含：一第三金屬元件，鄰近該第一開放段的該開放端並彼此分離，其中該第一開放段與該第三金屬元件於該第三方向上具有一距離，且當沿該第三方向觀察，該第三金屬元件的投影與該第一槽孔的投影部分重疊。
18. 如請求項1所述的天線結構，更包含：一介電元件，連接於該第一金屬元件及該第二金屬元件之間，其中該第二金屬元件沿該介電元件的表面設置且為雷射直接成型(LDS)製成，該介電元件延伸至該第一槽孔中。
19. 一種電子裝置，包含：一外殼；以及如請求項1所述的天線結構，其中該第一金屬元件為該外殼的部分。