TWM675959U - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括：一饋入輻射部、一第一接地輻射部、一第二接地輻射部，以及一載體元件。饋入輻射部具有一饋入點，其中饋入輻射部包括一第一支路、一第二支路，以及一第三支路。第一接地輻射部具有一第一接地點。第二接地輻射部具有一第二接地點，其中第二接地輻射部係鄰近於第一支路和第一接地輻射部。饋入輻射部、第一接地輻射部，以及第二接地輻射部皆設置於載體元件上。

Description

天線結構

本創作係關於一種天線結構，特別係關於一種具有寬頻帶(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，本創作提出一種天線結構，包括：一饋入輻射部，具有一饋入點，其中該饋入輻射部包括一第一支路、一第二支路，以及一第三支路；一第一接地輻射部，具有一第一接地點；一第二接地輻射部，具有一第二接地點，其中該第二接地輻射部係鄰近於該第一支路和該第一接地輻射部；以及一載體元件，其中該饋入輻射部、該第一接地輻射部，以及該第二接地輻射部皆設置於該載體元件上。

在一些實施例中，該第一支路之長度係大於該第二支路之長度，亦大於該第三支路之長度。

在一些實施例中，該饋入輻射部更包括一增寬支路，而該增寬支路係耦接於該第一支路和該第二支路之間。

在一些實施例中，該第一接地輻射部包括一內凹區段，而該內凹區段具有一矩形缺口。

在一些實施例中，該第二接地輻射部包括一第一增寬區段和一第二增寬區段，而該第二接地點係介於該第一增寬區段和該第二增寬區段之間。

在一些實施例中，該第一支路與該第二接地輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第一接地輻射部與該第二接地輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆小於或等於2mm。

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，該第一頻帶係介於700MHz至960MHz之間，該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間。

在一些實施例中，該第一支路之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，該第二支路之長度係介於該第三頻帶之0.125倍波長至0.25倍波長之間。

在一些實施例中，該第一接地輻射部和該第二接地輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。

為讓本創作之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本創作之具體實施例，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圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構(Antenna Structure)100之示意圖。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。

如第1圖所示，天線結構100包括：一饋入輻射部(Feeding Radiation Element)110、一第一接地輻射部(Grounding Radiation Element)150、一第二接地輻射部170，以及一載體元件(Carrier Element)190，其中饋入輻射部110、第一接地輻射部150，以及第二接地輻射部170皆可用金屬材質製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

饋入輻射部110具有一饋入點(Feeding Point)FP，其中饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)199。例如，信號源199可為一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。

饋入輻射部110可以大致呈現一分叉形狀(Fork Shape)。詳細而言，饋入輻射部110包括一第一支路(Branch)120、一第二支路130，以及一第三支路140，其中第一支路120之長度L1可大於第二支路130之長度L2，而第二支路130之長度L2則可大於第三支路140之長度L3。第一支路120具有一第一開路端(Open End)121。第二支路130具有一第二開路端131。第三支路140具有一第三開路端141。例如，第一開路端121和第二開路端131兩者可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。另外，第一開路端121和第三開路端141兩者則可大致朝相同方向作延伸。

在一些實施例中，饋入輻射部110更包括一增寬支路115，其中增寬支路115係耦接於第一支路120和第二支路130之間。例如，增寬支路115可以大致呈現一矩形或一正方形，但亦不僅限於此。必須理解的是，增寬支路115僅屬一選用元件(Optional Component)，在其他實施例中亦可移除之。

第一接地輻射部150可以大致呈現一蜿蜒形狀(Meandering Shape)。詳細而言，第一接地輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中一第一接地點(Grounding Point)GP1可位於第一接地輻射部150之第一端151處，而第一接地輻射部150之第二端152為一開路端。第一接地點GP1更可耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS，其可由天線結構100之一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)。

在一些實施例中，第一接地輻射部150包括一內凹區段(Concave Segment)155，其中此內凹區段155可以大致呈現一U字形並可具有一矩形缺口(Notch)156。前述之矩形缺口156可用於容納一電子零件(未顯示)，例如：一揚聲器(Speaker)、一電感器(Inductor)，或是一電容器(Capacitor)，但亦不僅限於此。

在一些實施例中，第一接地輻射部150可界定出一第一槽孔區域(Slot Region)160。另外，一第一開孔(Opening)166還可形成於第一接地輻射部150之內，其中第一槽孔區域160可與此第一開孔166彼此互相獨立。例如，第一槽孔區域160可以大致呈現一L字形，而第一開孔166則可大致呈現一圓形，但亦不僅限於此。在另一些實施例中，饋入輻射部110之第二支路130還可至少部份延伸進入第一槽孔區域160之內。

第二接地輻射部170可以大致呈現另一蜿蜒形狀。詳細而言，第二接地輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其中一第二接地點GP2可位於第二接地輻射部170之第一端171處，而第二接地輻射部170之第二端172為一開路端。第二接地點GP2可異於前述之第一接地點GP1，惟其亦可耦接至接地電位VSS。例如，第一接地輻射部150之第二端152和第二接地輻射部170之第二端172兩者可大致朝相反且互相靠近之方向作延伸。另外，第二接地輻射部170係鄰近於饋入輻射部110之第一支路120和第一接地輻射部150，其中第一支路120與第二接地輻射部170之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，而第一接地輻射部150與第二接地輻射部170之間則可形成一第二耦合間隙GC2。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：5mm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)。

在一些實施例中，第二接地輻射部170包括一第一增寬區段174和一第二增寬區段175，其中第二接地點GP2係介於第一增寬區段174和第二增寬區段175之間。例如，第一增寬區段174可以大致呈現一較大矩形，而第二增寬區段175則可大致呈現一較小矩形，但亦不僅限於此。

在一些實施例中，第二接地輻射部170可界定出一第二槽孔區域180。另外，一第二開孔186還可形成於第二接地輻射部170之內，其中第二槽孔區域180可與此第二開孔186彼此互相連通。例如，第二槽孔區域180可以大致呈現一直條形，而第二開孔186則可大致呈現另一圓形。在另一些實施例中，第一開孔166和第二開孔186之加入有助於強化天線結構100之配置穩固度。

載體元件190可為一非導體支撐元件(Nonconductive Support Element)、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。饋入輻射部110、第一接地輻射部150，以及第二接地輻射部170皆可設置於載體元件190上。載體元件190之形狀和種類於本創作中並不特別作限制。在一些實施例中，天線結構100可為一平面化天線結構。然而，本創作並非僅限於此。在另一些實施例中，天線結構100亦可修正為一立體天線結構，亦不影響其輻射功效。

第2圖係顯示根據本創作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可介於700MHz至960MHz之間，第二頻帶FB2可介於1710MHz至2170MHz之間，而第三頻帶FB3可介於2300MHz至2700MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援LTE(Long Term Evolution)和5G(5th Generation Wireless Systems)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。在饋入輻射部110當中，第一支路120可激發產生前述之第二頻帶FB2，而第二支路130則可激發產生前述之第三頻帶FB3。第一接地輻射部150和第二接地輻射部170可共同被視為一開迴圈結構(Open Loop Structure)，其中此開迴圈結構可由饋入輻射部110所耦合激發，以產生前述之第一頻帶FB1。根據實際量測結果，前述之開迴圈結構有助於避免天線結構100之輻射性能遭受附近金屬元件(未顯示)之負面影響。內凹區段155可用於增加第一接地輻射部150之等效共振長度(Effective Resonant Length)同時縮小其尺寸。另外，增寬支路115、第一增寬區段174，以及第二增寬區段175則可用於微調前述之第二頻帶FB2和第三頻帶FB3之阻抗匹配(Impedance Matching)。

第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構100之輻射增益(Radiation Gain)圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表輻射增益(dBi)。根據第3圖之量測結果，天線結構100之輻射增益於前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3內均可達至少-6dBi以上，此已可滿足一般行動通訊裝置之實際應用需求。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。在饋入輻射部110當中，第一支路120之長度L1可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第二支路130之長度L2可介於天線結構100之第三頻帶FB3之0.125倍波長至0.25倍波長之間(λ/8~λ/4)，例如：可約為0.2倍波長(λ/5)。第三支路140之長度L3可介於10mm至20mm之間，例如：可約為15mm。第一接地輻射部150之長度L4可介於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長至0.375倍波長之間(λ/8~3λ/8)，例如：可約為0.25倍波長(λ/4)。第二接地輻射部170之長度L5可介於天線結構100之第一頻帶FB1之0.125倍波長至0.375倍波長之間(λ/8~3λ/8)，例如：可約為0.25倍波長(λ/4)。第一接地輻射部150和第二接地輻射部170之總長度(L4+L5)可大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.5倍波長(λ/2)。矩形缺口156之長度L6可介於7mm至9mm之間，而矩形缺口156之寬度W6可介於4mm至6mm之間。第一增寬區段174之長度L7可介於7mm至9mm之間，而第一增寬區段174之寬度W7可介於8mm至10mm之間。第二增寬區段175之長度L8可介於6mm至8mm之間，而第二增寬區段175之寬度W8可介於5mm至7mm之間。第一耦合間隙GC1之寬度可小於或等於1mm(或2mm)。第二耦合間隙GC2之寬度可小於或等於2mm。第一開孔166之半徑R1可介於0.2mm至0.8mm之間，例如：可約為0.5mm。第二開孔186之半徑R2可介於0.2mm至0.8mm之間，例如：可約為0.5mm。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之操作頻寬和阻抗匹配，同時還能最小化天線結構100之環境干擾因素。

在一些實施例中，前述之天線結構100可應用於一銷售時點信息(Point of Sale，POS)系統當中(未顯示)。由於銷售時點信息系統包括前述之天線結構100，故此銷售時點信息系統將能支援無線通訊(Wireless Communication)之功能。在一些實施例中，銷售時點信息系統更包括一射頻電路(RF Circuit)、一濾波器(Filter)、一放大器(Amplifier)、一處理器(Processor)，或(且)一外殼(Housing)，但亦不僅限於此。

本創作提出一種新穎之天線結構。與傳統設計相比，本創作至少具有小尺寸、寬頻帶，以及低環境干擾等優勢，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創作之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本創作之天線結構並不僅限於第1-3圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第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創作之天線結構當中。

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。

本創作雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本創作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:饋入輻射部 115:增寬支路 120:第一支路 121:第一開路端 130:第二支路 131:第二開路端 140:第三支路 141:第三開路端 150:第一接地輻射部 151:第一接地輻射部之第一端 152:第一接地輻射部之第二端 155:內凹區段 156:矩形缺口 160:第一槽孔區域 166:第一開孔 170:第二接地輻射部 171:第二接地輻射部之第一端 172:第二接地輻射部之第二端 174:第一增寬區段 175:第二增寬區段 180:第二槽孔區域 186:第二開孔 190:載體元件 199:信號源 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 L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8:長度 R1,R2:半徑 VSS:接地電位 W6,W7,W8:寬度

第1圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之示意圖。 第2圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。 第3圖係顯示根據本創作一實施例所述之天線結構之輻射增益圖。

100:天線結構

110:饋入輻射部

115:增寬支路

120:第一支路

121:第一開路端

130:第二支路

131:第二開路端

140:第三支路

141:第三開路端

150:第一接地輻射部

151:第一接地輻射部之第一端

152:第一接地輻射部之第二端

155:內凹區段

156:矩形缺口

160:第一槽孔區域

166:第一開孔

170:第二接地輻射部

171:第二接地輻射部之第一端

172:第二接地輻射部之第二端

174:第一增寬區段

175:第二增寬區段

180:第二槽孔區域

186:第二開孔

190:載體元件

199: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

L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8:長度

R1,R2:半徑

VSS:接地電位

W6,W7,W8:寬度

Claims (10)

1. 一種天線結構，包括： 一饋入輻射部，具有一饋入點，其中該饋入輻射部包括一第一支路、一第二支路，以及一第三支路； 一第一接地輻射部，具有一第一接地點； 一第二接地輻射部，具有一第二接地點，其中該第二接地輻射部係鄰近於該第一支路和該第一接地輻射部；以及 一載體元件，其中該饋入輻射部、該第一接地輻射部，以及該第二接地輻射部皆設置於該載體元件上。
2. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一支路之長度係大於該第二支路之長度，亦大於該第三支路之長度。
3. 如請求項1所述之天線結構，其中該饋入輻射部更包括一增寬支路，而該增寬支路係耦接於該第一支路和該第二支路之間。
4. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一接地輻射部包括一內凹區段，而該內凹區段具有一矩形缺口。
5. 如請求項1所述之天線結構，其中該第二接地輻射部包括一第一增寬區段和一第二增寬區段，而該第二接地點係介於該第一增寬區段和該第二增寬區段之間。
6. 如請求項1所述之天線結構，其中該第一支路與該第二接地輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第一接地輻射部與該第二接地輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆小於或等於2mm。
7. 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，該第一頻帶係介於700MHz至960MHz之間，該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間。
8. 如請求項7所述之天線結構，其中該第一支路之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長。
9. 如請求項7所述之天線結構，其中該第二支路之長度係介於該第三頻帶之0.125倍波長至0.25倍波長之間。
10. 如請求項7所述之天線結構，其中該第一接地輻射部和該第二接地輻射部之總長度係大致等於該第一頻帶之0.5倍波長。