TW201911653A - 雙頻帶天線結構 - Google Patents

Abstract

一種雙頻帶天線結構，包括接地面、訊號源、第一饋入臂、第二饋入臂、第一輻射臂和第二輻射臂。第一饋入臂和第二饋入臂分別與訊號源電氣耦接。第一輻射臂具有第一開口端和第一接地點。第二輻射臂具有第二開口端和第二接地點。第一開口端及第二開口端彼此相對。第一接地點和第二接地點分別與接地面電氣相連。

Description

雙頻帶天線結構

本發明係關於一種天線結構，特別適用於輕薄的行動裝置之天線結構。

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、850MHz、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和Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。

第1圖係在通訊裝置10中天線配置之一示意圖。由於天線所需的高度H會占用相當多的邊框面積，第1圖所示傳統的PCB天線設計中天線11和天線12的高度H約為7~10mm。因此，若將天線配置於液晶顯示器模組13的上方，無法達成窄邊框的要求。同時，將天線配置於液晶顯示器模組13的上方也會造成外觀設計上限制。值得一提的是，若是通訊裝置10採用金屬背蓋的設計，則傳統的天線(例如，第1圖所示天線結構11和天 線結構12)將無法提供有效的輻射。如此，勢必要將天線移至鄰近系統端，而這樣會使得天線(例如，天線結構11和天線結構12)接收過多系統雜訊而降低整體的傳輸速度。

隨著當今行動通訊科技的蓬勃發展，各式各樣無線通訊產品的應用是越來越多元且豐富，其中，全金屬背蓋的行動通訊裝置越來越受消費者青睞。為了符合市場趨勢以及消費者的期待，眾多廠商無不投入大量資源研發全金屬背蓋之行動通訊裝置。然而，由於全金屬背蓋會屏蔽天線的輻射能量，導致無線傳輸的效能受到破壞性的影響。對於天線工程師而言如何開發一種天線適用於全金屬背蓋的行動裝置為一項重要課題。

為實現上述之技術問題，本發明提出一種通訊裝置。該通訊裝置之天線結構包括一接地面、一訊號源、一耦合間隙、一第一饋入臂、一第二饋入臂、一第一輻射臂、一第二輻射臂、一彎折部、一第一接地點和一第二接地點。該通訊裝置結合奈米注塑接合成型技術(Nano-injection Molding Technique，以下簡稱為NMT)製程將天線結構與金屬機殼整合設計。在本發明中，將天線設計於金屬機殼的邊緣上，有效的降低天線所需的淨空區域，使外觀設計上能達成窄邊框之要求。並且，在本發明之一實施例中，天線高度僅5mm，相當適合導入於現今輕薄型行動裝置之中。

在較佳實施例中，本發明提供一種雙頻帶天線結構。該雙頻帶天線結構包括一接地面、一耦合間隙、一訊號源、 一第一饋入臂和一第二饋入臂。該第一饋入臂與該訊號源電氣耦接。該第二饋入臂與該訊號源電氣耦接。該第一輻射臂具有一第一開口端及一第一接地點。該第一接地點與該接地面電氣相連。該第二輻射臂具有一第二開口端及一第二接地點。該第一開口端及該第二開口端彼此相對。該第二接地點與該接地面電氣相連。

在一些實施例中，該雙頻帶天線結構更包括電氣耦接至該第一輻射臂之一彎折部。該訊號源透過該第一饋入臂與該第二饋入臂分別將能量耦合至該第一輻射臂與該第二輻射臂之上。該第一饋入臂透過耦合至該第一輻射臂經該彎折部至該第一接地點而構成第一環圈結構，而該第二饋入臂透過耦合至該第二輻射臂至該第二接地點而構成該第二環圈結構。透過該第一耦合環圈結構和該第二耦合環圈結構使該雙頻帶天線結構操作於符合於802.11 a/b/g/n/ac無線通訊規範之一第一頻帶(2.4GHz)和一第二頻帶(5GHz)。

在一些實施例中，該第一饋入臂透過該耦合間隙與該第一輻射臂形成一第一耦合環圈結構。

在一些實施例中，該第二饋入臂透過該耦合間隙與該第二輻射臂形成一第二耦合環圈結構。

在一些實施例中，該雙頻帶天線結構更包括電氣耦接至該第一輻射臂之一彎折部。該第一饋入臂、該第二饋入臂、該第一輻射臂、該第二輻射臂、該彎折部、該第一接地點以及該第二接地點可使用印刷方式共同形成於一介質基板上亦可使用NMT技術形成於一金屬背蓋上。

在一些實施例中，該訊號源、該第一饋入臂、該第二饋入臂、該第一輻射臂、該第二輻射臂、該彎折部、該第一接地點以及該第二接地點共同形成於同一平面上。

在一些實施例中，該彎折部可為一晶片式電感元件亦可為一分布式電感元件。

在一些實施例中，該第一輻射臂長度約為操作頻率之四分之一波長之整數倍。

在一些實施例中，該第二輻射臂長度約為操作頻率之四分之一波長之整數倍。

11、12、21、22、3、6、7‧‧‧天線結構

13、23‧‧‧液晶顯示器模組

20‧‧‧通訊裝置

24‧‧‧窄邊框區域

25‧‧‧金屬背蓋

30、60、70‧‧‧系統接地面

31、61、71‧‧‧訊號源

32、62、72‧‧‧耦合間隙

33、63、73‧‧‧第一饋入臂

34、64、74‧‧‧第二饋入臂

35、65、75‧‧‧第一輻射臂

351、651、751‧‧‧第一開口端

352、652、752‧‧‧第一接地點

653‧‧‧電感元件

353、753‧‧‧彎折部

36、66、76‧‧‧第二輻射臂

361、661、761‧‧‧第二開口端

362、662、762‧‧‧第二接地點

51、52‧‧‧輻射效率

S11、S22‧‧‧反射係數

S21‧‧‧傳輸係數

第1圖係習知天線設計之一示意圖；第2A圖和第2B圖係根據本發明一實施例實現在通訊裝置20中的天線配置圖；第3圖係顯示根據本發明之第一實施例所述天線結構3之示意圖；第4圖係根據本發明另一實施例顯示天線結構3之返回損失圖；第5A圖和第5B圖係根據本發明另一實施例顯示天線結構3之輻射效率圖；第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述天線結構6之示意圖；以及第7圖係顯示根據本發明之第三實施例所述天線結構7之示意圖。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明欲結合NMT技術希望將天線與金屬殼體結合，實現天線與機構件的高度整合並同步達成天線的極小化設計。在傳統的設計中，若將天線配置於液晶顯示器模組的上緣，則由於天線高度的限制而無法達成窄邊框的設計。在本發明中，天線直接配置於金屬殼體的邊緣，且為一低姿勢的設計(高度小於5mm)。因此，本發明所設計之天線能配置於窄邊框的區域中而特別適用於輕薄的行動裝置。

第2A圖和第2B圖係根據本發明一實施例實現在通訊裝置20中的天線配置圖。在本發明實施例中，天線結構21和天線結構22為一種低姿勢的設計(例如，第2B圖所示天線高度W<5mm)，而適用於一般輕薄的通訊裝置20(例如，平板、顯示器、手機以及筆記型電腦)。在本實施例中，通訊裝置20係一筆記型電腦，但本發明並不限定於此。如第2A圖所示，將天線結構21和天線結構22配置在窄邊框區域24中以達成窄邊框的需求。並且，將天線結構21和天線結構22配置於液晶顯示器模組23的上方避免系統雜訊的干擾。如第2B圖所示，此外天線結構21和天線結構22之金屬部分以及金屬背蓋25可由一道工序完成(亦即筆記型電腦的A件係以一體成形的方式製造而成)。接著，天線結構21和天線結構22可透過NMT技術有效地與金屬背蓋25結合，使得天線結構21和天線結構22設置於筆記型電腦 的A件之內而無法由外觀看出。

第3圖係顯示根據本發明之第一實施例所述天線結構3之示意圖。在上述第一實施例中，天線結構3包括一系統接地面30、一訊號源31、一耦合間隙32、一第一饋入臂33、一第二饋入臂34、一第一輻射臂35和一第二輻射臂36。在一些實施例中，該天線結構3係一雙頻帶天線結構，且天線結構3的高度K約為3mm，該系統接地面30可以是筆記型電腦之一金屬背蓋，亦可以是一介質基板，但本發明並不限定於此。

在上述第一實施例中，該信號源31可視為該天線結構3之一輸入端或一輸出端，該第一饋入臂33與該訊號源31電氣耦接，該第二饋入臂34與該訊號源31電氣耦接。該第一輻射臂35具有一第一開口端351和一第一接地點352。該第一輻射臂35電氣耦接至一彎折部353。該第一接地點352與該系統接地面30電氣耦接。該第二輻射臂36具有一第二開口端361和一第二接地點362。該第一開口端351和該第二開口端361彼此相對。該第二接地點362與該系統接地面30電氣耦接。該第一饋入臂33設置在該第一輻射臂35和該系統接地面30之間。該第二饋入臂34設置在該第二輻射臂36和該系統接地面30之間。該第一饋入臂33透過該耦合間隙32與該第一輻射臂35形成一第一耦合環圈結構。該第二饋入臂34透過該耦合間隙32與該第二輻射臂36形成一第二耦合環圈結構。

在上述第一實施例中，該第一饋入臂33、該第二饋入臂34、該第一輻射臂35、該第二輻射臂36、該彎折部353、該第一接地點352以及該第二接地點362可使用印刷方式共同 形成於一介質基板上，亦可使用NMT技術形成於一金屬背蓋上。該訊號源31、該第一饋入臂33、該第二饋入臂34、該第一輻射臂35、該第二輻射臂36、該彎折部353、該第一接地點352以及該第二接地點362共同形成於同一平面上。在上述第一實施例中，該第一輻射臂35長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，該第二輻射臂36長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，但本發明並不限定於此。

在上述第一實施例中，該訊號源31透過該第一饋入臂33與該第二饋入臂34分別將能量耦合至該第一輻射臂35與該第二輻射臂36之上，該第一饋入臂33透過耦合至該第一輻射臂35經該彎折部353至該第一接地點352構成該第一環圈結構，而該第二饋入臂34透過耦合至該第二輻射臂36至該第二接地點362構成該第二環圈結構，透過該雙環圈結構可實現802.11 a/b/g/n/ac(2.4GHz & 5GHz bands)之頻帶操作。

在上述第一實施例中，該第一饋入臂33、該第二饋入臂34、該第一輻射臂35、該第二輻射臂36、該彎折部353、該第一接地點352以及該第二接地點362可使用印刷方式共同形成於一介質基板上，亦可使用NMT技術形成於一金屬背蓋上。

第4圖係根據本發明另一實施例顯示天線結構3之返回損失圖。在第4圖之實施例中，天線結構3之系統接地面30之長度約為350mm，系統接地面30之寬度約為200mm。因此，系統接地面30大致為一15吋筆記型電腦之背蓋尺寸。在第4圖之實施例中，通訊裝置配置兩個對稱的天線結構3，兩個天線 之長度和寬度分別為30mm和寬度為5mm，且每一天線結構3均可以涵蓋Wi-Fi 802.11 a/b/g/n/ac之操作頻帶(約2400~2484MHz以及5150~5875MHz)。在第4圖中，由兩個天線結構3之間的傳輸係數(transmission coefficient)S21可知，兩個天線結構3之間的隔離度在操作頻帶內均可達返回損失18dB以下，符合實際應用之價值。

第5A圖和第5B圖係根據本發明另一實施例顯示天線結構3之輻射效率圖。在第5A圖中，天線結構3在WLAN 2.4GHz頻帶(2400~2484MHz)之輻射效率51約為49~58%。在第5B圖中，同一天線結構3在WLAN 5GHz頻帶(5150~5875MHz)之輻射效率52約為72%~84%。因此，在小尺寸且低姿勢的天線設計中，本發明之天線結構3具有相當優良之輻射效率表現，極具產業利用價值。

第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述天線結構6之示意圖。在上述第二實施例中，天線結構6包括一系統接地面60、一訊號源61、一耦合間隙62、一第一饋入臂63、一第二饋入臂64、一第一輻射臂65和一第二輻射臂66。在一些實施例中，該天線結構6係一雙頻帶天線結構，且天線結構6的高度K約為3mm，該系統接地面60可以是筆記型電腦之一金屬背蓋，亦可以是一介質基板，但本發明並不限定於此。

在上述第二實施例中，該信號源61可視為該天線結構3之一輸入端或一輸出端。該第一饋入臂63與該訊號源61電氣耦接。該第二饋入臂64與該訊號源61電氣耦接。該第一輻射臂65具有一第一開口端651及一第一接地點652。該第一輻射 臂65電氣耦接至一電感元件653。該電感元件653可為一晶片式電感元件，亦可為一分布式電感元件。該第一接地點652與該系統接地面60電氣耦接。該第二輻射臂66具有一第二開口端661及一第二接地點662。該第一開口端651及該第二開口端661彼此相對。該第二接地點662與該系統接地面60電氣耦接。該第一饋入臂63設置在該第一輻射臂65和該系統接地面60之間。該第二饋入臂64設置在該第二輻射臂66和該系統接地面60之間。該第一饋入臂63透過該耦合間隙62與該第一輻射臂65形成一第一耦合環圈結構。該第二饋入臂64透過該耦合間隙62與該第二輻射臂66形成一第二耦合環圈結構。

在上述第二實施例中，該第一饋入臂63、該第二饋入臂64、該第一輻射臂65、該第二輻射臂66、該電感元件653、該第一接地點652以及該第二接地點662可使用印刷方式共同形成於一介質基板上，亦可使用NMT技術形成於一金屬背蓋上。該訊號源61、該第一饋入臂63、該第二饋入臂64、該第一輻射臂65、該第二輻射臂66、該電感元件653、該第一接地點652以及該第二接地點662共同形成於同一平面上。在上述第一實施例中，該第一輻射臂65長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，該第二輻射臂66長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，但本發明並不限定於此。

在上述第二實施例中，該訊號源61透過該第一饋入臂63與該第二饋入臂64分別將能量耦合至該第一輻射臂65與該第二輻射臂66之上，該第一饋入臂63透過耦合至該第一輻射臂65經該電感元件653至該第一接地點652構成該第一環圈 結構，而該第二饋入臂64透過耦合至該第二輻射臂66至該第二接地點662構成該第二環圈結構，透過該雙環圈結構可實現802.11 a/b/g/n/ac(2.4GHz & 5GHz bands)之頻帶操作。

在上述第二實施例中，該第一饋入臂63、該第二饋入臂64、該第一輻射臂65、該第二輻射臂66、該電感元件653、該第一接地點652以及該第二接地點662可使用印刷方式共同形成於該介質基板上，亦可使用NMT技術形成於該金屬背蓋上。

上述第二實施例之天線結構6與上述第一實施例之天線結構3相似。在此相似之結構下，上述第二實施例之天線結構6亦可達成與上述第一實施例之天線結構3相同之功效。

第7圖係顯示根據本發明之第三實施例所述天線結構7之示意圖。在上述第三實施例中，天線結構7包括一系統接地面70、一訊號源71、一耦合間隙72、一第一饋入臂73、一第二饋入臂74、一第一輻射臂75和一第二輻射臂76。在一些實施例中，該天線結構7係一雙頻帶天線結構，且天線結構3的高度K約為3mm，該系統接地面70可以是筆記型電腦之一金屬背蓋，亦可以是一介質基板，但本發明並不限定於此。

在上述第三實施例中，該信號源71可視為該天線結構7之一輸入端或一輸出端，該第一饋入臂73與該訊號源71電氣耦接，該第二饋入臂74與該訊號源71電氣耦接。該第一輻射臂75具有一第一開口端751和一第一接地點752。該第一輻射臂75電氣耦接至一彎折部753。該第一接地點752與該系統接地 面70電氣耦接。該第二輻射臂76具有一第二開口端761和一第二接地點762。該第一開口端751和該第二開口端761彼此相對。該第二接地點762與該系統接地面70電氣耦接。

在上述第三實施例中，該第一饋入臂73與該第二饋入臂74配置於該第一輻射臂75與該第二輻射臂76之上。更明確地說，該第一輻射臂75設置在該第一饋入臂73和該系統接地面70之間。該第二輻射臂76設置在該第二饋入臂74和該系統接地面70之間。該第一饋入臂73透過該耦合間隙72與該第一輻射臂75形成一第一耦合環圈結構。該第二饋入臂74透過該耦合間隙72與該第二輻射臂76形成一第二耦合環圈結構。

在上述第三實施例中，該第一饋入臂73、該第二饋入臂74、該第一輻射臂75、該第二輻射臂76、該第一接地點752以及該第二接地點762可使用印刷方式共同形成於一介質基板上，亦可使用NMT技術形成於一金屬背蓋上。該訊號源71、該第一饋入臂73、該第二饋入臂74、該第一輻射臂75、該第二輻射臂76、該第一接地點752以及該第二接地點762共同形成於同一平面上。在上述第三實施例中，該第一輻射臂75長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，該第二輻射臂76長度約為操作頻率之四分之一波長(λ/4)之整數倍，但本發明並不限定於此。

在上述第三實施例中，該訊號源71透過該第一饋入臂73與該第二饋入臂74分別將能量耦合至該第一輻射臂75與該第二輻射臂76之上，該第一饋入臂73透過耦合至該第一輻射臂75至該第一接地點752構成該第一環圈結構，而該第二饋 入臂74透過耦合至該第二輻射臂76至該第二接地點762構成該第二環圈結構，透過該雙環圈結構可實現802.11 a/b/g/n/ac(2.4GHz & 5GHz bands)之頻帶操作。

上述第三實施例之天線結構7與第一實施例之天線結構3相似。在此相似之結構下，上述第三實施例之天線結構7亦可達成與上述第一實施例之天線結構3相同之功效。

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發明之限制條件。天線設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之天線結構並不僅限於第2、3、6、7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第2、3、6、7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發明之雙頻帶天線結構當中。

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。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種雙頻帶天線結構，包括：一接地面；一訊號源；一耦合間隙；一第一饋入臂，該第一饋入臂與該訊號源電氣耦接；一第二饋入臂，該第二饋入臂與該訊號源電氣耦接；一第一輻射臂，該第一輻射臂具有一第一開口端及一第一接地點，該第一接地點與該接地面電氣相連；以及一第二輻射臂，該第二輻射臂具有一第二開口端及一第二接地點，該第一開口端及該第二開口端彼此相對，該第二接地點與該接地面電氣相連。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該第一饋入臂透過該耦合間隙與該第一輻射臂形成一第一耦合環圈結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該第二饋入臂透過該耦合間隙與該第二輻射臂形成一第二耦合環圈結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該第一饋入臂透過該耦合間隙與該第一輻射臂形成一第一耦合環圈結構；其中該第二饋入臂透過該耦合間隙與該第二輻射臂形成一第二耦合環圈結構；以及其中透過該第一耦合環圈結構和該第二耦合環圈結構使 該雙頻帶天線結構操作於一第一頻帶和一第二頻帶。
5. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，更包括：一彎折部，電氣耦接至該第一輻射臂，其中該第一饋入臂、該第二饋入臂、該第一輻射臂、該第二輻射臂、該彎折部、該第一接地點以及該第二接地點可使用印刷方式共同形成於一介質基板上亦可使用奈米注塑接合成型技術(Nano-injection Molding Technique，NMT)形成於一金屬背蓋上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，更包括：一彎折部，電氣耦接至該第一輻射臂，其中該訊號源、該第一饋入臂、該第二饋入臂、該第一輻射臂、該第二輻射臂、該彎折部、該第一接地點以及該第二接地點共同形成於同一平面上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，更包括：一彎折部，電氣耦接至該第一輻射臂，其中該彎折部可為一晶片式電感元件亦可為一分布式電感元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該第一輻射臂長度約為操作頻率之四分之一波長之整數倍。
9. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該第二輻射臂長度約為操作頻率之四分之一波長之整數倍。
10. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶天線結構，其中該雙頻帶天線結構設置於一通訊裝置之一窄邊框之內。