CN115275571A - 天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线结构，包括一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一第四辐射部，以及一介质基板。第一辐射部耦接至一接地电位，其中第一辐射部包括一不等宽部分。第二辐射部具有一馈入点，其中第二辐射部邻近于第一辐射部。第三辐射部耦接至第一辐射部的不等宽部分。第四辐射部耦接至第二辐射部。介质基板具有相对的一第一表面和一第二表面，其中第二辐射部和第四辐射部设置于介质基板的第一表面，而第一辐射部和第三辐射部设置于介质基板的第二表面。本发明的天线结构尺寸小、频带宽，以及制造成本低，其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

Description

天线结构

技术领域

本发明涉及一种天线结构，尤其涉及一种宽频天线结构。

背景技术

随着移动通信技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、移动电话、多媒体播放器以及其他混合功能的携带型电子装置。为了满足人们的需求，移动装置通常具有无线通信的功能。有些涵盖长距离的无线通信范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。

天线(Antenna)为无线通信领域中不可缺少的元件。倘若用于接收或发射信号的天线其频宽(Bandwidth)不足，则很容易造成移动装置的通信品质下降。因此，如何设计出小尺寸、宽频带的天线元件，对天线设计者而言是一项重要课题。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提出一种天线结构，包括：一第一辐射部，耦接至一接地电位，其中该第一辐射部包括一不等宽部分；一第二辐射部，具有一馈入点，其中该第二辐射部邻近于该第一辐射部；一第三辐射部，耦接至该第一辐射部的该不等宽部分；一第四辐射部，耦接至该第二辐射部；以及一介质基板，具有相对的一第一表面和一第二表面；其中该第二辐射部和该第四辐射部设置于该介质基板的该第一表面，而该第一辐射部和该第三辐射部设置于该介质基板的该第二表面。

在一些实施例中，该第一辐射部的该不等宽部分呈现一梯形。

在一些实施例中，该第二辐射部呈现一蜿蜒形状。

在一些实施例中，该第三辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该第四辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第五辐射部，耦接至该馈入点，并设置于该介质基板的该第一表面，其中该第五辐射部呈现一L字形。

在一些实施例中，该第五辐射部于该介质基板的该第二表面上具有一垂直投影，而该垂直投影与该第一辐射部的该不等宽部分至少部分重叠。

在一些实施例中，该天线结构还包括：一第六辐射部，耦接至该接地电位，并设置于该介质基板的该第一表面，其中该第六辐射部呈现一直条形。

在一些实施例中，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带、一第三频带、一第四频带、一第五频带，以及一第六频带，该第一频带介于600MHz至700MHz之间，该第二频带介于700MHz至960MHz之间，该第三频带介于1710MHz至2170MHz之间，该第四频带介于2300MHz至2700MHz之间，该第五频带介于3300MHz至4800MHz之间，而该第六频带介于5000MHz至6000MHz之间。

在一些实施例中，该第一辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长，该第二辐射部的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长，该第三辐射部的长度介于该第三频带的0.125倍至0.25倍波长之间，该第四辐射部的长度小于或等于该第四频带的0.125倍波长，该第五辐射部的长度大致等于该第五频带的0.25倍波长，而该第六辐射部的长度大致等于该第六频带的0.25倍波长。

本发明的有益效果在于：本发明的天线结构尺寸小、频带宽，以及制造成本低，其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构的俯视图。

图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构于介质基板的第一表面上的一部分元件的俯视图。

图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构于介质基板的第二表面上的另一部分元件的透视图。

图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构的侧视图。

图5显示根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图。

图6显示根据本发明一实施例所述的移动装置的天线结构的辐射效率图。

图7显示根据本发明另一实施例所述的天线结构的俯视图。

附图标记说明：

100,700:天线结构

110:第一辐射部

111:第一辐射部的第一端

112:第一辐射部的第二端

115:第一辐射部的不等宽部分

120:第二辐射部

121:第二辐射部的第一端

122:第二辐射部的第二端

130:第三辐射部

131:第三辐射部的第一端

132:第三辐射部的第二端

135:第三辐射部的较窄部分

136:第三辐射部的较宽部分

140:第四辐射部

141:第四辐射部的第一端

142:第四辐射部的第二端

150:第五辐射部

151:第五辐射部的第一端

152:第五辐射部的第二端

160:第六辐射部

161:第六辐射部的第一端

162:第六辐射部的第二端

170:介质基板

CP1:第一连接点

CP2:第二连接点

E1:第一表面

E2:第二表面

FB1:第一频带

FB2:第二频带

FB3:第三频带

FB4:第四频带

FB5:第五频带

FB6:第六频带

FP:馈入点

GC1:第一耦合间隙

GC2:第二耦合间隙

H1:高度

H2:厚度

L1,L2,L3,L4,L5,L6:长度

VSS:接地电位

W2,W31,W32,W4,W6,WB,WT:宽度

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

在本发明中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本发明并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在本发明通篇当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。

以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征的上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构(Antenna Structure)100的俯视图。天线结构100可以套用于一移动装置(Mobile Device)，例如：一智能手机(SmartPhone)、一平板电脑(Tablet Computer)，或是一笔记型电脑(Notebook Computer)。在图1的实施例中，天线结构100包括：一第一辐射部(Radiation Element)110、一第二辐射部120、一第三辐射部130、一第四辐射部140、一第五辐射部150、一第六辐射部160，以及一介质基板(Dielectric Substrate)170，其中第一辐射部110、第二辐射部120、第三辐射部130、第四辐射部140、第五辐射部150，以及第六辐射部160皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。

介质基板170可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)，或是一柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。介质基板170具有相对的一第一表面E1和一第二表面E2，其中第二辐射部120、第四辐射部140、第五辐射部150，以及第六辐射部160皆设置于介质基板170的第一表面E1，而第一辐射部110和第三辐射部130则设置于介质基板170的第二表面E2。图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100于介质基板170的第一表面E1上的一部分元件的俯视图。图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构100于介质基板170的第二表面E2上的另一部分元件的透视图(亦即，将介质基板170视为一透明元件)。图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的侧视图。请一并参考图1至图4以理解本发明。

第一辐射部110可以大致呈现不等宽的一蜿蜒结构(Meandering Structure)。详细而言，第一辐射部110具有一第一端111和一第二端112，其中第一辐射部110的第一端111耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS(例如：0V)，而第一辐射部110的第二端112为一开路端(Open End)。例如，接地电位VSS可由一系统接地面(System Ground Plane)所提供(未显示)。必须注意的是，第一辐射部110包括一不等宽部分115，其可大致呈现一梯形。另外，不等宽部分115的顶边宽度WT可大于不等宽部分115的底边宽度WB。

第二辐射部120可以大致呈现等宽的一蜿蜒结构。详细而言，第二辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中一馈入点(Feeding Point)FP位于第二辐射部120的第一端121处，而第二辐射部120的第二端122为一开路端(Open End)。馈入点FP更可耦接至一信号源(Signal Source)(未显示)，例如：一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。第二辐射部120邻近于第一辐射部110，其中第二辐射部120和第一辐射部110之间可形成一第一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。必须注意的是，本说明书中所谓“邻近”或“相邻”一词可指对应的二元件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，亦可包括对应的二元件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。在一些实施例中，第二辐射部120沿着第一辐射部110的至少一部分来进行配置。例如，第二辐射部120的第二端122和第一辐射部110的第二端112可大致朝相同方向作延伸，而此二端亦可互相对齐。

第三辐射部130可以大致呈现一L字形。详细而言，第三辐射部130具有一第一端131和一第二端132，其中第三辐射部130的第一端131耦接至第一辐射部110的不等宽部分115上的一第一连接点(Connection Point)CP1，而第三辐射部130的第二端132为一开路端。在一些实施例中，第三辐射部130包括一较窄部分135和一较宽部分136，其中较窄部分135邻近于第三辐射部130的第一端131，而较宽部分136邻近于第三辐射部130的第二端132。

第四辐射部140可以大致呈现一直条形。详细而言，第四辐射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第四辐射部140的第一端141耦接至第二辐射部120上的一第二连接点CP2，而第四辐射部140的第二端142为一开路端。例如，第四辐射部140的第二端142和第三辐射部130的第二端132可大致朝相同方向作延伸。

第五辐射部150可以大致呈现一L字形。详细而言，第五辐射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第五辐射部150的第一端151耦接至馈入点FP，而第五辐射部150的第二端152为一开路端。例如，第五辐射部150的第二端152和第四辐射部140的第二端142可大致朝相反方向作延伸。在一些实施例中，第五辐射部150于介质基板170的第二表面E2上具有一垂直投影(Vertical Projection)，而此垂直投影与第一辐射部110的不等宽部分115至少部分重叠。另外，第五辐射部150邻近于第一辐射部110，其中第五辐射部150和第一辐射部110之间可形成一第二耦合间隙GC2。必须理解的是，第五辐射部150为一选用元件(Optional Element)，在其他实施例中亦可移除之。

第六辐射部160可以大致呈现一直条形。详细而言，第六辐射部160具有一第一端161和一第二端162，其中第六辐射部160的第一端161耦接至接地电位VSS，而第六辐射部160的第二端162为一开路端并邻近于馈入点FP。例如，第六辐射部160的第二端162和第五辐射部150的第二端152可大致朝相同方向作延伸。必须理解的是，第六辐射部160为另一选用元件，在其他实施例中亦可移除之。

图5显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的返回损失(Return Loss)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表返回损失(dB)。根据图5的测量结果，天线结构100可涵盖一第一频带(Frequency Band)FB1、一第二频带FB2、一第三频带FB3、一第四频带FB4、一第五频带FB5，以及一第六频带FB6。例如，第一频带FB1可介于600MHz至700MHz之间，第二频带FB2可介于700MHz至960MHz之间，第三频带FB3可介于1710MHz至2170MHz之间，第四频带FB4可介于2300MHz至2700MHz之间，第五频带FB5可介于3300MHz至4800MHz之间，而第六频带FB6可介于5000MHz至6000MHz之间。因此，天线结构100将至少可支援新世代5G通信于Sub-6GHz频段的宽频操作。

在天线原理方面，第一辐射部110可激发产生第一频带FB1，第二辐射部120可激发产生第二频带FB2，第三辐射部130可激发产生第三频带FB3，第四辐射部140可激发产生第四频带FB4，第五辐射部150可激发产生第五频带FB5，而第六辐射部160可激发产生第六频带FB6。根据实际测量结果，第一辐射部110的不等宽部分115有助于微调第一频带FB1和第二频带FB2的阻抗匹配(Impedance Matching)，同时可有效增加其操作频宽(OperationBandwidth)。相似地，第三辐射部130的不等宽设计亦可增加第三频带FB3的操作频宽。

图6显示根据本发明一实施例所述的移动装置100的天线结构的辐射效率(Radiation Efficiency)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(dB)。根据图6的测量结果，天线结构100于前述第一频带FB1、第二频带FB2、第三频带FB3、第四频带FB4、第五频带FB5，以及第六频带FB6中的辐射效率几乎皆可达-6dB或更高，此已可满足新世代5G通信的实际应用需求。

在一些实施例中，天线结构100的元件尺寸可如下列所述。第一辐射部110的长度L1可大致等于天线结构100的第一频带FB1的0.25倍波长(λ/4)。在第一辐射部110当中，不等宽部分115的顶边宽度WT可介于5mm至10mm之间，不等宽部分115的底边宽度WB可介于2mm至5mm之间，而不等宽部分115的高度H1可介于8mm至10mm之间。第二辐射部120的长度L2可大致等于天线结构100的第二频带FB2的0.25倍波长(λ/4)。第二辐射部120的宽度W2可介于1mm至2mm之间。第三辐射部130的长度L3可介于天线结构100的第三频带FB3的0.125倍至0.25倍波长之间(λ/8～λ/4)。在第三辐射部130当中，较宽部分136的宽度W32可为较窄部分135的宽度W31的2倍至5倍。第四辐射部140的长度L4可小于或等于天线结构100的第四频带FB4的0.125倍波长(λ/8)。第四辐射部140的宽度W4可介于2mm至6mm之间。第五辐射部150的长度L5可大致等于天线结构100的第五频带FB5的0.25倍波长(λ/4)。第六辐射部160的长度L6可大致等于天线结构100的第六频带FB6的0.25倍波长(λ/4)。第六辐射部160的宽度W6可介于3mm至5mm之间。介质基板170的厚度H2可介于0.02mm至1.6mm之间。第一耦合间隙GC1的宽度可小于或等于2mm。第二耦合间隙GC2的宽度可介于1mm至2mm之间。以上尺寸范围根据多次实验结果而求出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽和阻抗匹配。

图7显示根据本发明另一实施例所述的天线结构700的俯视图。图7和图1相似。在图7的实施例中，天线结构700不包括第五辐射部150和第六辐射部160。根据实际测量结果，即使将第五辐射部150和第六辐射部160移除，天线结构700仍可涵盖前述的第一频带FB1、第二频带FB2、第三频带FB3，以及第四频带FB4，其可满足新世代5G通信的中低频操作需求。图7的天线结构700的其余特征皆与第1-4图的天线结构100类似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。

本发明提出一种天线结构。与传统设计相比，本发明至少具有小尺寸、宽频带，以及低制造成本等优势，故其很适合应用于各种各式的移动通信装置当中。

值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围皆非为本发明的限制条件。天线设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的天线结构并不仅限于图1-7所示出的状态。本发明可以仅包括图1-7的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有示出的特征均须同时实施于本发明的天线结构当中。

在本说明书以及权利要求中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

一第一辐射部，耦接至一接地电位，其中该第一辐射部包括一不等宽部分；

一第二辐射部，具有一馈入点，其中该第二辐射部邻近于该第一辐射部；

一第三辐射部，耦接至该第一辐射部的该不等宽部分；

一第四辐射部，耦接至该第二辐射部；以及

一介质基板，具有相对的一第一表面和一第二表面；

其中该第二辐射部和该第四辐射部设置于该介质基板的该第一表面，而该第一辐射部和该第三辐射部设置于该介质基板的该第二表面。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一辐射部的该不等宽部分呈现一梯形。

3.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二辐射部呈现一蜿蜒形状。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第三辐射部呈现一L字形。

5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第四辐射部呈现一直条形。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，还包括：

一第五辐射部，耦接至该馈入点，并设置于该介质基板的该第一表面，其中该第五辐射部呈现一L字形。

7.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，该第五辐射部于该介质基板的该第二表面上具有一垂直投影，而该垂直投影与该第一辐射部的该不等宽部分至少部分重叠。

8.如权利要求6所述的天线结构，其特征在于，还包括：

一第六辐射部，耦接至该接地电位，并设置于该介质基板的该第一表面，其中该第六辐射部呈现一直条形。

9.如权利要求8所述的天线结构，其特征在于，该天线结构涵盖一第一频带、一第二频带、一第三频带、一第四频带、一第五频带，以及一第六频带，该第一频带介于600MHz至700MHz之间，该第二频带介于700MHz至960MHz之间，该第三频带介于1710MHz至2170MHz之间，该第四频带介于2300MHz至2700MHz之间，该第五频带介于3300MHz至4800MHz之间，而该第六频带介于5000MHz至6000MHz之间。

10.如权利要求9所述的天线结构，其特征在于，：

该第一辐射部的长度大致等于该第一频带的0.25倍波长；

该第二辐射部的长度大致等于该第二频带的0.25倍波长；

该第三辐射部的长度介于该第三频带的0.125倍至0.25倍波长之间；

该第四辐射部的长度小于或等于该第四频带的0.125倍波长；

该第五辐射部的长度大致等于该第五频带的0.25倍波长；以及

该第六辐射部的长度大致等于该第六频带的0.25倍波长。

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