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CN115224482A - 天线结构以及无线通信装置 - Google Patents

天线结构以及无线通信装置 Download PDF

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CN115224482A
CN115224482A CN202110411522.0A CN202110411522A CN115224482A CN 115224482 A CN115224482 A CN 115224482A CN 202110411522 A CN202110411522 A CN 202110411522A CN 115224482 A CN115224482 A CN 115224482A
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China
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antenna
resonance
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黄杰超
许向荣
陈彦廷
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Delta Electronics Inc
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Delta Electronics Inc
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Abstract

本发明提供一种天线结构，其包括基板、天线单元以及金属接地部。基板包括第一表面以及第二表面；天线单元设置于第一表面，且包括辐射部、馈入部以及馈入线，其中馈入线包括相互垂直且相互连接的第一传输线以及第二传输线，且第一传输线经由馈入部连接辐射部；以及金属接地部设置于该第二表面，其中金属接地部具有边缘，且边缘垂直于辐射部对金属接地部的投影；以及共振槽孔设置于金属接地部上，其位置对应于第一传输线对金属接地部的投影以及边缘之间。本发明还提供一种无线通信装置。

Description

天线结构以及无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构以及无线通信装置。
背景技术
一般而言，为了在sub-7GHz的频带下满足第五代新无线电(5G new radio，5G NR)标准的高需求，需要对天线进一步进行设计，以处理高操作频宽以及天线之间的高隔离度(isolation)，进而获得高数据传输速率(data rate)以及多输入多输出系统(multi-inputmulti-output，MIMO)的高吞吐量(throughput)。
在5G NR标准之前的系统中，天线的操作频带通常是比较小的。通过一般的天线设计，就能满足这样的频宽要求。然而，这样的天线设计往往无法满足高操作频宽以及天线之间的高隔离度。因此，要如何基于5G NR标准设计出满足高操作频宽以及天线之间的高隔离度的天线，是本领域技术人员急欲解决的问题。
发明内容
本发明提供一种天线结构，包括基板、天线单元以及金属接地部。基板包括第一表面以及第二表面；天线单元设置于第一表面，且包括辐射部、馈入部以及馈入线，其中馈入线包括相互垂直且相互连接的第一传输线以及第二传输线，且第一传输线经由馈入部连接辐射部；以及金属接地部设置于该第二表面，其中金属接地部具有边缘，且边缘垂直于辐射部对金属接地部的投影；以及共振槽孔设置于金属接地部上，其位置对应于第一传输线对金属接地部的投影以及边缘之间。
本发明提供一种无线通信装置，包括基板、至少二天线单元以及至少一金属接地部。基板包括第一表面以及第二表面；至少二天线单元设置于第一表面，且至少二天线单元中的相邻二者互相垂直，其中至少二天线单元包括至少二辐射部、至少二馈入部以及至少二馈入线，以及至少二馈入线中的各者包括相互垂直且相互连接的第一传输线以及第二传输线，其中至少二馈入线的第一传输线分别经由至少二馈入部连接至少二辐射部；以及至少一金属接地部设置于第二表面，其中至少一隔离槽孔设置在至少一金属接地部上，其位置分别对应于至少二天线单元中的相邻二者对至少一金属接地部的投影之间，至少一金属接地部具有至少二边缘，其中至少二边缘中的相邻二者互相垂直，且至少二边缘分别垂直于至少二辐射部对金属接地部的投影，以及至少二共振槽孔设置在至少一金属接地部上，其位置对应于至少二馈入线的第二传输线对金属接地部的投影以及至少二边缘中的对应者之间。
基于上述，本发明提供的无线通信装置可通过金属接地板的共振槽孔大大增加天线的操作频宽。此外，还可通过隔离槽孔以及垂直的天线单元的位置设计进一步增加天线之间的隔离度。
附图说明
图1根据本发明的实施例示出无线通信装置的仰视透视图。
图2根据本发明的实施例示出无线通信装置的俯视图。
图3根据本发明的实施例示出无线通信装置中的一个天线单元的俯视图。
图4根据本发明的实施例示出无线通信装置的仰视图。
图5根据本发明的另一实施例示出无线通信装置的仰视透视图。
图6根据本发明的实施例示出两个天线单元的隔离度与频率的示意图。
图7根据本发明的实施例示出两个天线单元的操作频带的示意图。
附图标记说明：
100：无线通信装置
110：基板
111：第一表面
112：第二表面
120(1)～120(8)：天线单元
121：辐射部
1211：第一辐射部
1212：第二辐射部
1213：第三辐射部
122：馈入部
123：接地部
124：馈入线
1241：第一传输线
1242：第二传输线
1243：馈入点
130、130(1)～130(4)：金属接地部
131：隔离槽孔
E1～E2：边缘
132(1)～132(2)：共振槽孔
L1～L3：长度
W1～W2：宽度
D1～D2：距离
具体实施方式
图1根据本发明的实施例示出无线通信装置100的仰视透视图。图2根据本发明的实施例示出无线通信装置100的俯视图。图3根据本发明的实施例示出无线通信装置中的一个天线单元的俯视图。图4根据本发明的实施例示出无线通信装置100的仰视图。同时参照图1至图4，无线通信装置100可包括基板110、成对的天线单元120(1)～120(2)以及金属接地部130。
值得注意的是，虽然本实施例的天线单元120(1)～120(2)的数量为2且金属接地部130的数量为1，然而，天线单元120(1)～120(2)的数量也可以为大于2的任意正偶数，且金属接地部130的数量也可以为大于1的任意正整数。此外，天线单元120(1)～120(2)的数量为金属接地部130的数量的两倍。
举例而言，图5根据本发明的另一实施例示出无线通信装置100的仰视透视图。参照图5，此实施例示出了一个基板110、八个天线单元120(1)～120(8)、四个金属接地部130(1)～130(4)的例子。
再者，同时参照回图1至图4，基板110可包括相互对应的第一表面111以及第二表面112，其中图2中所示出的是第一表面111，且图4所示出的是第二表面112。天线单元120(1)～120(2)可设置于第一表面111，且金属接地部130可设置于第二表面112。此外，图3更进一步示出天线单元120(1)的详细结构。
在一些实施例中，基板110可以是由绝缘的材质所制成的印刷电路板(printedcircuit board，PCB)，其中基板110的材质可以是铁氟龙(PTFE)或环氧树酯(FR4)等常用以制造PCB的材质。借此，可将天线单元120(1)～120(2)直接以印刷的方式设置在基板110上。
天线单元120(1)～120(2)可互相垂直，且天线单元120(1)可包括辐射部121、馈入部122、接地部123以及馈入线124，其中馈入线124可包括相互垂直且相互连接的第一传输线1241以及第二传输线1242，且第一传输线121可经由馈入部122连接辐射部121。
此外，馈入线124还可包括馈入点1243，且天线单元120(1)可通过馈入点1243从信号源接收馈入信号。
值得注意的是，天线单元120(2)也可具有与天线单元120(1)相同的上述结构，因此，在此不再加以赘述。
通过上述天线单元120(1)～120(2)的设置方式，天线单元120(1)的极化方向可以为y方向，而天线单元120(2)的极化方向可以为x方向。如此一来，将可使天线单元120(1)～120(2)的隔离度(isolation)大大地提升(例如，隔离度降低至-10dB左右)。
在一些实施例中，天线单元120(1)～120(2)皆可以是倒F形的平面形倒F天线(planar inverted-F antenna，PIFA)。此外，天线单元120(1)～120(2)也可以是具有上述馈入线结构的其他类型的天线(例如，单极天线(monopole antenna))，且天线单元120(1)～120(2)也可以是具有上述馈入线结构的不同类型的天线(例如，天线单元120(1)为PIFA天线，而天线单元120(2)为单极天线)，并没有对天线单元120(1)～120(2)的类型有别的限制。
在一些实施例中，若天线单元120(1)～120(2)皆为PIFA天线，天线单元120(1)的辐射部121可包括第一辐射部1211、第二辐射部1212以及第三辐射部1213，其中第三辐射部1213可以为L形。
此外，第一辐射部1211的第一端连接于第二辐射部1212以及第三辐射部1213之间，且第一辐射部1211的第二端连接于馈入部122。此外，第三辐射部1213可连接接地部123，接地部123可经由贯孔(via)连接金属接地部130。
在一些实施例中，金属接地部130可以是倒L形，且金属接地部130可以是由铜箔等金属材质制成。
再者，金属接地部130的隔离槽孔131可设置在金属接地部130上，其位置可分别对应于天线单元120(1)～120(2)对金属接地部130的投影之间，其中隔离槽孔131的数量可相等于金属接地部130的数量。
在一些实施例中，隔离槽孔131为矩形，其中隔离槽孔131与天线单元120(1)～120(2)对金属接地部130的投影之间的距离D1可大于1mm。此外，隔离槽孔131的宽度W1可以是3.6mm，且隔离槽孔131的长度L1可以是天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的四分之一倍波长。
详细而言，天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的波长可受到基板110的材质影响(即，不同材质可对应不同的波长(wavelength in free space))。
换言之，天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的波长主要与基板110的材质的等效介电常数(effective dielectric constant，Dkeff)有关(即，大约将介电常数(dielectric constant，Dk)加上1并除以2所获得的数值)。举例而言，铁氟龙的介电常数为3.0至4.5，而FR4的介电常数为3.5。
进一步而言，可先对上述等效介电常数开根号以获得的一个等效数值，且天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的波长便与这些效数值成反比。
通过上述的隔离槽孔131的设置方式，将可使天线单元120(1)～120(2)与隔离槽孔131产生共振，以阻挡天线单元120(1)～120(2)所产生的信号，进而大大增加天线单元120(1)～120(2)的隔离度(例如，隔离度进一步降低至-20dB以下)。
图6根据本发明的实施例示出两个天线单元的隔离度与频率的示意图。同时参照图1以及图6，通过上述的隔离槽孔131的设置方式，天线单元120(1)～120(2)的隔离度可明显降低至-20dB以下。换言之，天线单元120(1)～120(2)的隔离度可满足第五代新无线电(5G new radio，5G NR)标准的隔离度需求(即，小于-20dB)。
再者，同时参照回图1至图4，金属接地部130具有边缘E1～E2，其中边缘E1～E2可互相垂直，且边缘E1～E2可分别垂直于天线单元120(1)～120(2)中的辐射部对金属接地部130的投影。
换言之，边缘E1可垂直于辐射部121靠近馈入部122的一部分对金属接地部130的投影。相似地，边缘E2也可具有相似的设置方式。
在一些实施例中，边缘E1～E2的长度可以是天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的二分之一倍波长。
再者，共振槽孔132(1)～132(2)可设置在金属接地部130上，其位置可对应于天线单元120(1)～120(2)中的馈入线的第二传输线对金属接地部130的投影以及边缘E1～E2中的对应者之间。
换言之，共振槽孔132(1)的位置可以在馈入线124的第二传输线1242对金属接地部130的投影以及边缘E2之间。相似地，共振槽孔132(2)的位置也可具有相似的设置方式。
在一些实施例中，共振槽孔132(1)～132(2)的形状可以是L形，且共振槽孔132(1)～132(2)的长度(即，长度L2以及长度L3的长度总和)可以是天线单元120(1)～120(2)的操作频带的中心频率的四分之一倍波长。
在一些实施例中，共振槽孔132(1)～132(2)的宽度W2可以是1mm，且共振槽孔132(1)～132(2)分别与天线单元120(1)～120(2)对金属接地部130的投影之间的距离D2可大于1mm。
换言之，共振槽孔132(1)与天线单元120(1)的馈入部122对金属接地部130的投影之间的距离D2可大于1mm。相似地，共振槽孔132(2)也可具有相似的设置方式。
在一些实施例中，天线单元120(1)～120(2)的辐射部(例如，天线单元120(1)的辐射部121)自身可共振以产生一个第一共振频带，且共振槽孔132(1)～132(2)可分别与天线单元120(1)～120(2)的辐射部共振以产生与此第一共振频带相邻的一个第二共振频带，其中天线单元120(1)～120(2)的操作频带可包括此第一共振频带以及此第二共振频带。
通过上述共振槽孔132(1)～132(2)的设置方式，可大大地增加天线单元120(1)～120(2)的操作频带。
图7根据本发明的实施例示出两个天线单元的操作频带(反射系数与频率)的示意图。同时参照图1以及图7，一般第五代新无线电(5G new radio，5G NR)标准的频带n77/n78为3.3GHz至4.2GHz(频宽为900MHz)。通过上述共振槽孔132(1)～132(2)的设置方式，天线单元120(1)～120(2)的操作频带为3.19～4.46GHz(小于-10dB的频带)。换言之，天线单元120(1)～120(2)的操作频带可同时满足5G NR标准的频带n77/n78。
如此一来，同时参照回图1至图4，天线单元120(1)、共振槽孔132(1)、基板130的一部分以及金属接地部130的一部分(此基板130的一部分以及此金属接地部130的一部分对应于天线单元120(1)以及共振槽孔131(1))可形成一个共振结构。相似地，天线单元120(2)、共振槽孔132(2)、基板130的另一部分以及金属接地部130的另一部分(此基板130的另一部分以及此金属接地部130的另一部分对应于天线单元120(2)以及共振槽孔132(2))也可形成另一个共振结构。
基于上述，通过上述的无线通信装置100，可利用上述的天线结构进一步在sub-7GHz的频带下满足5G NR标准的高操作频宽以及天线单元的高隔离度。
综上所述，本发明提供的无线通信装置可利用相邻天线单元之间的隔离槽孔以及天线单元的垂直设置方式，大大增加天线单元的隔离度。此外，本发明提供的无线通信装置还可利用邻近天线单元的馈入线的共振槽孔，大大增加天线单元的操作频宽。如以一来，可在sub-7GHz的频带下满足5G NR标准的高操作频宽以及天线单元的高隔离度。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，包括：
一基板，包括一第一表面以及一第二表面；
一天线单元，设置于该第一表面，且包括一辐射部、一馈入部以及一馈入线，其中该馈入线包括相互垂直且相互连接的一第一传输线以及一第二传输线，且该第一传输线经由该馈入部连接该辐射部；以及
一金属接地部，设置于该第二表面，其中
该金属接地部具有一边缘，且该边缘垂直于该辐射部对该金属接地部的投影；以及
一共振槽孔设置于该金属接地部上，其位置对应于该第一传输线对该金属接地部的投影以及该边缘之间。
2.如权利要求1所述的天线结构，其中该共振槽孔的形状为L形，且该共振槽孔的长度为该天线单元的一操作频带的中心频率的四分之一倍波长。
3.如权利要求1所述的天线结构，其中该共振槽孔的宽度为1mm，且该共振槽孔与该天线单元对该金属接地部的投影之间的距离大于1mm。
4.如权利要求1所述的天线结构，其中该边缘的长度为该天线单元的一操作频带的中心频率的二分之一倍波长。
5.如权利要求1所述的天线结构，其中该辐射部为倒F形，且该馈入线为L形，其中该辐射部自身共振以产生一第一共振频带，且该共振槽孔与该辐射部共振以产生与该第一共振频带相邻的一第二共振频带，其中该天线单元的一操作频带包括该第一共振频带以及该第二共振频带。
6.一种无线通信装置，包括：
一基板，包括一第一表面以及一第二表面；
至少二天线单元，设置于该第一表面，且该至少二天线单元中的相邻二者互相垂直，其中
该至少二天线单元包括至少二辐射部、至少二馈入部以及至少二馈入线，以及
该至少二馈入线中的各者包括相互垂直且相互连接的一第一传输线以及一第二传输线，其中该至少二馈入线的该第一传输线分别经由该至少二馈入部连接该至少二辐射部；以及
至少一金属接地部，设置于该第二表面，其中
至少一隔离槽孔设置在该至少一金属接地部上，其位置分别对应于该至少二天线单元中的相邻二者对该至少一金属接地部的投影之间，
该至少一金属接地部具有至少二边缘，其中该至少二边缘中的相邻二者互相垂直，且该至少二边缘分别垂直于该至少二辐射部对该金属接地部的投影，以及
至少二共振槽孔设置在该至少一金属接地部上，其位置对应于该至少二馈入线的该第二传输线对该金属接地部的投影以及该至少二边缘中的对应者之间。
7.如权利要求6所述的无线通信装置，其中该至少一隔离槽孔为矩形，且该至少二共振槽孔的形状为L形，其中该至少一隔离槽孔的长度以及该至少二共振槽孔的长度为该至少二天线单元的一操作频带的中心频率的四分之一倍波长，且该至少二边缘的长度为该至少二天线单元的该操作频带的中心频率的二分之一倍波长。
8.如权利要求6所述的无线通信装置，其中该至少一隔离槽孔的宽度为3.6mm，且该至少二共振槽孔的宽度为1mm，其中该至少一隔离槽孔与该至少二天线单元中的相邻二者对该金属接地部的投影之间的距离大于1mm。
9.如权利要求6所述的无线通信装置，其中该至少二辐射部自身共振以产生一第一共振频带，且该至少二共振槽孔分别与该至少二辐射部共振以产生与该第一共振频带相邻的一第二共振频带，其中该至少二天线单元的一操作频带包括该第一共振频带以及该第二共振频带。
10.如权利要求6所述的无线通信装置，其中该至少二辐射部为倒F形，且该至少二馈入线为L形，其中该至少一隔离槽孔阻挡该至少二天线单元之间的信号传送以增加该至少二天线单元的一隔离度。
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