TWM678134U - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括：第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部、第五輻射部、第六輻射部、第七輻射部，以及載體元件。第一輻射部具有一饋入點。第二輻射部和第三輻射部皆耦接至第一輻射部。第四輻射部耦接至接地電位。第四輻射部係鄰近於第二輻射部。第五輻射部耦接至接地電位。第一輻射部係設置於第四輻射部和第五輻射部之間。第六輻射部耦接至接地電位。第六輻射部可界定出一缺口區域。第七輻射部係鄰近於第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部，以及第六輻射部。第三輻射部和第七輻射部皆至少有部份延伸進入缺口區域之內。

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：一第一輻射部，具有一饋入點；一第二輻射部，耦接至該第一輻射部；一第三輻射部，耦接至該第一輻射部和該第二輻射部；一第四輻射部，耦接至一接地電位，其中該第四輻射部係鄰近於該第二輻射部；一第五輻射部，耦接至該接地電位，其中該第一輻射部係設置於該第四輻射部和該第五輻射部之間；一第六輻射部，耦接至該接地電位，其中該第六輻射部界定出一缺口區域；一第七輻射部，同時鄰近於該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第六輻射部，其中該第三輻射部和該第七輻射部皆至少有部份延伸進入該缺口區域之內；以及一載體元件，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部、該第六輻射部，以及該第七輻射部皆設置於該載體元件上。

在一些實施例中，該第三輻射部包括一U字形部份。

在一些實施例中，該第六輻射部包括一本體、一短路支路、一第一支路、一第二支路，以及一傾斜支路，該本體係經由該短路支路耦接至該接地電位，該缺口區域係介於該第一支路和該第二支路之間，而該第一支路和該第二支路係大致互相平行。

在一些實施例中，該傾斜支路與該本體之間形成一鈍夾角。

在一些實施例中，該第七輻射部係處於浮接狀態，並獨立於該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第六輻射部之外。

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800MHz之間，該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於2500MHz至2690MHz之間。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之最高頻率之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第五輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之中心頻率之0.25倍波長。

在一些實施例中，該第七輻射部之長度係介於該第一頻帶之最低頻率之0.1667倍波長至0.25倍波長之間。

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：一第一輻射部(Radiation Element)110、一第二輻射部120、一第三輻射部130、一第四輻射部140、一第五輻射部150、一第六輻射部160、一第七輻射部170，以及一載體元件(Carrier Element)180，其中第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150、第六輻射部160，以及第七輻射部170皆可由金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

第一輻射部110可以大致呈現一直條形。詳細而言，第一輻射部110具有一第一端111和一第二端112，其中一饋入點(Feeding Point)FP係位於第一輻射部110之第一端111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。必須注意的是，第一輻射部110係設置於第四輻射部140和第五輻射部150之間。

第二輻射部120可以大致呈現另一直條形，其可與第一輻射部110大致互相垂直。詳細而言，第二輻射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第二輻射部120之第一端121係耦接至第一輻射部110之第二端112，而第二輻射部120之第二端122為一開路端(Open End)。

第三輻射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三輻射部130之第一端131係耦接至第一輻射部110之第二端112和第二輻射部120之第一端121，而第三輻射部130之第二端132為一開路端。在一些實施例中，第三輻射部130還包括位於其第二端132處之一U字形部份135，使得第二輻射部120和第三輻射部130兩者可朝不同方向進行延伸。例如，第二輻射部120之第二端122可大致朝-X軸之方向作延伸，而第三輻射部130之第二端132則可大致朝+Y軸之方向作延伸，但亦不僅限於此。

第四輻射部140可以大致呈現一不等寬L字形，其係鄰近於第二輻射部120。詳細而言，第四輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四輻射部140之第一端141係耦接至一接地電位(Ground Voltage)VSS，而第四輻射部140之第二端142為一開路端。例如，第四輻射部140之第二端142亦可大致朝-X軸之方向作延伸，但亦不僅限於此。另外，在第四輻射部140當中，其第二端142還可較其第一端141來得更寬。在一些實施例中，接地電位VSS可由天線結構100之一接地銅箔(Ground Copper Foil)或一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)。必須理解的是，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)。

第五輻射部150可以大致呈現一較短直條形，其可與第一輻射部110大致互相平行。詳細而言，第五輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第五輻射部150之第一端151係耦接至接地電位VSS，而第五輻射部150之第二端152為一開路端。例如，第五輻射部150之第二端152亦可大致朝+Y軸之方向且靠近第三輻射部130處作延伸，但亦不僅限於此。

第六輻射部160可以大致呈現一不規則放射形狀(Irregular Radial Shape)，其可用於界定出一缺口區域(Notch Region)168。詳細而言，第六輻射部160包括一本體163、一短路支路(Shorting Branch)164、一第一支路165、一第二支路166，以及一傾斜支路(Slope Branch)167，其中本體163可經由短路支路164耦接至接地電位VSS。例如，本體163可以大致呈現一矩形，但亦不僅限於此。第一支路165和第二支路166係耦接至本體163之同一側上之不同位置處，使得缺口區域168能介於第一支路165和第二支路166之間。另外，第一支路165和第二支路166兩者可大致互相平行，其中第一支路165之長度還可略大於第二支路166之長度。傾斜支路167係耦接至本體163之相對另一側之一角落處，其中傾斜支路167與本體163之間還可形成一鈍夾角(Obtuse Angle)θ。必須注意的是，第三輻射部130至少有部份延伸進入第六輻射部160之缺口區域168之內。

第七輻射部170可以大致呈現一蜿蜒形狀(Meandering Shape)。第七輻射部170具有一第一端171和一第二端172，其可各自為一開路端。例如，第七輻射部170之第一端171可大致朝-Y軸之方向作延伸，而第七輻射部170之第二端172則可大致朝+X軸之方向作延伸，但亦不僅限於此。第七輻射部170係處於浮接狀態(Floating)，其可獨立於第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150，以及第六輻射部160之外。換言之，第七輻射部170可與第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150，以及第六輻射部160皆互相分離開。在一些實施例中，第七輻射部170還可包括彼此耦接之一L字形部份175和一不等寬橫條部份176，其中第七輻射部170之L字形部份175可鄰近於第四輻射部140，而第七輻射部170之不等寬橫條部份176則可同時鄰近於第二輻射部120、第三輻射部130，以及第六輻射部160。例如，第七輻射部170之不等寬橫條部份176可設置於第三輻射部130和第六輻射部160之第一支路165之間。在一些實施例中，第四輻射部140之第二端142與第七輻射部170之第一端171之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，而第六輻射部160之第一支路165與第七輻射部170之第二端172之間還可形成一第二耦合間隙GC2。例如，第一耦合間隙GC1之寬度可至少為第二耦合間隙GC2之寬度之2倍以上。必須注意的是，第七輻射部170亦至少有部份延伸進入第六輻射部160之缺口區域168之內。在另一些實施例中，第三輻射部130之U字形部份135與第七輻射部170之不等寬橫條部份176兩者還可共同包圍住一淨空區域(Clearance Region)178，其可被視為一正方形挖空部份。

載體元件180可為一非導體支撐元件(Nonconductive Support Element)，例如：一印刷電路板(Printed Circuit Board，FPC)或一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，其形狀和種類於本創作並不特別作限制。在一些實施例中，第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150、第六輻射部160，以及第七輻射部170皆可設置於載體元件180之同一表面上，其中前述之表面可大致垂直於+Z軸方向。在另一些實施例中，第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第五輻射部150、第六輻射部160，以及第七輻射部170亦可分佈於載體元件180之不同表面上。例如，天線結構100可屬於一平面化天線結構或是一立體天線結構。

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800MHz之間，第二頻帶FB2可介於1710MHz至2170Hz之間，而第三頻帶FB3可介於2500MHz至2690MHz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。第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140、第六輻射部160，以及第七輻射部170可共同形成一不連續環狀結構，其足以激發產生前述之第一頻帶FB1。第七輻射部170可作為此不連續環狀結構中之一關鍵耦合元件。根據實際量測結果，第一耦合間隙GC1和第二耦合間隙GC2之加入可用於提升此不連續環狀結構之電容性(Capacitance)同時抑制其電感性(Inductance)，從而能微調第一頻帶FB1之阻抗匹配(Impedance Matching)。第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140，以及第六輻射部160之本體163、短路支路164、第一支路165和第二支路166可激發產生前述之第二頻帶FB2。第五輻射部150和第六輻射部160之傾斜支路167則可激發產生前述之第三頻帶FB3。另外，前述之缺口區域168、淨空區域178，以及鈍夾角θ附近之區域可用於容納一些機構元件(例如：複數個定位柱，惟未顯示於第1圖當中)，其有助於降低天線結構100之製造困難度。

在一些實施例中，天線結構100之元件尺寸可如下列所述。第一輻射部110和第二輻射部120之總長度L1可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之最高頻率(例如：2170MHz)之0.25倍波長(λ/4)。第一輻射部110和第三輻射部130之總長度L2可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之最低頻率(例如：1710MHz)之0.25倍波長。第四輻射部140之長度L3可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之最高頻率(例如：2170MHz)之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部150之長度L4可大致等於天線結構100之第三頻帶FB3之中心頻率(例如：2595MHz)之0.25倍波長。第六輻射部160之第一支路165、本體163，以及短路支路164之總長度L5可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之最低頻率(例如：1710MHz)之0.25倍波長。第六輻射部160之第二支路166之長度L6可大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之最高頻率(例如：2170MHz)之0.25倍波長(λ/4)。第六輻射部160之傾斜支路167之長度L7可大致等於天線結構100之第三頻帶FB3之中心頻率(例如：2595MHz)之0.125倍波長(λ/8)。第七輻射部170之長度L8可介於天線結構100之第一頻帶FB1之最低頻率(例如：700MHz)之0.1667倍波長至0.25倍波長之間(λ/6~λ/4)，例如：可約為0.2倍波長(λ/5)。第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.5mm至0.7mm之間。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.1mm至0.2mm之間。鈍夾角θ可介於100度至140度之間，例如：可約為115度、120度，或130度。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，同時還能有效降低天線結構100之製造困難度。

在一些實施例中，前述之天線結構100可應用於一行動路由器(Mobile Router)當中(未顯示)，使其可支援無線通訊之功能。例如，前述之天線結構100可附著於此行動路由器之一非導體外殼之一內側壁上，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1-2圖所圖示之狀態。本創作可以僅包括第1-2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:第一輻射部 111:第一輻射部之第一端 112:第一輻射部之第二端 120:第二輻射部 121:第二輻射部之第一端 122:第二輻射部之第二端 130:第三輻射部 131:第三輻射部之第一端 132:第三輻射部之第二端 135:U字形部份 140:第四輻射部 141:第四輻射部之第一端 142:第四輻射部之第二端 150:第五輻射部 151:第五輻射部之第一端 152:第五輻射部之第二端 160:第六輻射部 163:本體 164:短路支路 165:第一支路 166:第二支路 167:傾斜支路 168:缺口區域 170:第七輻射部 171:第七輻射部之第一端 172:第七輻射部之第二端 175:L字形部份 176:不等寬橫條部份 178:淨空區域 180:載體元件 190: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 L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8:長度 VSS:接地電位 X:X軸 Y:Y軸 Z:Z軸 θ:鈍夾角

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。

100:天線結構

110:第一輻射部

111:第一輻射部之第一端

112:第一輻射部之第二端

120:第二輻射部

121:第二輻射部之第一端

122:第二輻射部之第二端

130:第三輻射部

131:第三輻射部之第一端

132:第三輻射部之第二端

135:U字形部份

140:第四輻射部

141:第四輻射部之第一端

142:第四輻射部之第二端

150:第五輻射部

151:第五輻射部之第一端

152:第五輻射部之第二端

160:第六輻射部

163:本體

164:短路支路

165:第一支路

166:第二支路

167:傾斜支路

168:缺口區域

170:第七輻射部

171:第七輻射部之第一端

172:第七輻射部之第二端

175:L字形部份

176:不等寬橫條部份

178:淨空區域

180:載體元件

190:信號源

FP:饋入點

GC1:第一耦合間隙

GC2:第二耦合間隙

L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8:長度

VSS:接地電位

X:X軸

Y:Y軸

Z:Z軸

θ:鈍夾角

Claims (10)

1. 一種天線結構，包括： 一第一輻射部，具有一饋入點； 一第二輻射部，耦接至該第一輻射部； 一第三輻射部，耦接至該第一輻射部和該第二輻射部； 一第四輻射部，耦接至一接地電位，其中該第四輻射部係鄰近於該第二輻射部； 一第五輻射部，耦接至該接地電位，其中該第一輻射部係設置於該第四輻射部和該第五輻射部之間； 一第六輻射部，耦接至該接地電位，其中該第六輻射部界定出一缺口區域； 一第七輻射部，同時鄰近於該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第六輻射部，其中該第三輻射部和該第七輻射部皆至少有部份延伸進入該缺口區域之內；以及 一載體元件，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部、該第五輻射部、該第六輻射部，以及該第七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，其中該第三輻射部包括一U字形部份。
3. 如請求項1所述之天線結構，其中該第六輻射部包括一本體、一短路支路、一第一支路、一第二支路，以及一傾斜支路，該本體係經由該短路支路耦接至該接地電位，該缺口區域係介於該第一支路和該第二支路之間，而該第一支路和該第二支路係大致互相平行。
4. 如請求項3所述之天線結構，其中該傾斜支路與該本體之間形成一鈍夾角。
5. 如請求項1所述之天線結構，其中該第七輻射部係處於浮接狀態，並獨立於該第二輻射部、該第三輻射部、該第四輻射部，以及該第六輻射部之外。
6. 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800MHz之間，該第二頻帶係介於1710MHz至2170MHz之間，而該第三頻帶係介於2500MHz至2690MHz之間。
7. 如請求項6所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第二輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之最高頻率之0.25倍波長。
8. 如請求項6所述之天線結構，其中該第一輻射部和該第三輻射部之總長度係大致等於該第二頻帶之最低頻率之0.25倍波長。
9. 如請求項6所述之天線結構，其中該第五輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之中心頻率之0.25倍波長。
10. 如請求項6所述之天線結構，其中該第七輻射部之長度係介於該第一頻帶之最低頻率之0.1667倍波長至0.25倍波長之間。