TWI355777B - Antenna structure - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於天線結構，尤指一種將一輻射體圍繞在另一輻 射體的周圍’以讓此兩輻射體在至少一處具有預定間隔來匹配阻 抗與增加天線頻寬的天線結構。 【先前技術】 隨著無線通訊的蓬勃發展以及行動通訊產品微型化之趨勢，天 線的擺設位置與空間受到壓縮，相對地造成設計上的困難，一些 内肷式的微型天線因而被提出。一般而言，目前較普遍所使用的 微^•天線有日日片天線(chip antenna)以及平面式天線(pianar antenna) 等，這類型天線均具有體積小之特點。 平面式天線結構因為具備體積小、重量輕、製作容易、價格低 廉、可信度高，同時可附著於任何物體之表面上，使得微帶天線 與印刷式天線被大量應用於無線通訊系統中。 由於目前的無、線通訊產品（例如筆記型電腦）的多媒體應用日 漸普及，大資料量哺輸已成為無線通訊產^的基本需求之一， 如此-來’對於寬頻帶操作的要求更甚。@此，如何增進天線效 此、调整阻抗E配、改善輕射卿及增加天線較，即成為天線 1355777 設計領域的重要課題。 【發明内容】 因此’本發明的目的之-在於提出-種寬頻之天線結構，以解 決上述之問題。 本發明係揭露-種天線結構，其包含一輕射元件、一接地元 件、-短路接點以及-饋人接點。該輻射元件包含有—第一輕射 體以及-第二歸體，該第二輕射體侧繞在該第—韓射體，且 該第-輕射體與該第二輕射體之間具有财間隔以匹配阻抗。該 短路接點聽接_第二細體_接地元件之間。該饋入接點 係麵接於該第-骑體與該第二触體之交接處與該接地元件之 間。 之一 於-實施财，該第二鋪體包含複數個區段，該複數個區段 一，定區段係與該第-輕射體於—特定方向上部分重疊且相距 一第i定距離與該接地元件於雜定杨之相反方向上 相距一第二特定距離。並中兮笛—. ^ ㈣之該狀d段、該短路 接點以及該接地元件之間係形成一凹槽。 路 6 1355777 匹配阻抗。 於一實施财’該輻射元件與該接地元件係位料同平面上， 且該天線結構係呈立體狀。 【實施方式】 請參考第i圖，第！圖為本發明天線結構之第一實施例的示意 圖。天線結構1〇〇 &含一轄射元件11〇、一接地元件15〇、一短路 接點160以及一饋入接點17〇，轄射元件11〇包含一第一輕射體 120以及—第二輻射體13G’且第二輻射體130係圍繞在第-輻射 體120的周圍。於本實施例中，第二輻射體130包含-第-區段 132以及一第二區段134,其中第一區段132與第一輕射體—於 第特疋方向上（亦即+Z軸）相距一特定距離^^，第二區段 134與第-輻射體12〇於—第二狀方向上（亦即+γ軸）相距一 特定距離D2 ’而第—輻㈣12〇職接地元件15()於該第一特定 方向之反方向上（亦即—z軸）相距—特定距離A。另外，短路 接點16(H系耗接於第二輕射體13〇之第二區段134與接地元件15〇 之間，而饋入接點17〇係耦接於第一輻射體12〇與第二輻射體13〇 之交接處與接地元件15G之間。換言之，第—輕射體，、第二輕 射體130、短路接點160、接地元件15〇與饋入接點17〇係沿著一 封閉區域180而環繞設置，且封閉區域係呈u型。 7 1355777 請注意，上述之「圍繞」並非指第二輻射體13〇必須完全包圍 第一輻射體120，而可以是第二輻射體13〇設置於第一輻射體12〇 的部分周圍。 請繼續參考第1圖，第一輻射體12〇之電流1丨以及第二輻射體 130之電流I2的路徑如圖中兩箭頭所示。本實施例透過將第二輻射 體130的各區段132、134圍繞在第一輻射體12〇之周圍，並藉由 • 第二輻射體130的各區段與第一輻射體120在不只一處所產生的 電容效應以及第一輻射體120與接地元件15〇所產生的電容效應 來進-步地改變天線結構100的阻抗匹配，其中，透過調整特定 距離D!、〇2、等參數可以達到増加天線頻寬之目的。 睛注意，於本實施例中，第一轄射體W係為一細長之長方形， 而第二輕射體13〇係呈L型，但這並非本發明之限制條件，孰知 此項技藝者應可了解，第-幸昌射體12〇與第二射體13〇的形狀之 各種變化皆是可行的’故於此不再詳加贅i^再者，饋人接點】 之位置並非不可改變的，其位置可根據圖中箭頭所指示的方向， 移動到位置Al—A2之間的任何一處。 於本實施例中，第一輕射體12_來共振出一較高頻之操作 度係為天線結構⑽職生之—第—共振模態之訊號 頻之;τt ( λ/4)，而第二姉體13G係用來共振出一較低 ，呆’員段’其長度係為天線結構所產生之一第二共振模 8 1355777 態之訊號波長的四分之一。此外，藉由第二輻射體13〇與第一輕 射體120在不只一處所產生的電容效應以及第一輻射體12〇與接 地元件150所產生的電容效應（亦即由特定距離Di、^、仏所產 生的電容效應），可以調整將兩個共振模態結合，以増加天線結構 100的頻寬。 请參考第2圖，第2圖為第1圖所示之天線結構之反射損 失（return loss)的示意圖。於第2圖中，分別標示出一第一標點 1的頻率3.92GHz及反射損失（一i〇.〇〇dB)，以及—第二標點2 的頻率5.45GHz及反射損失（-9.83dB)，可以得知於頻率3 92GHz 〜5.45GHz 之間’總共約有 1.53GHz (5.45 GHZ — 192 CmZ = 1.53 GHz)頻寬的反射損失係落在（_i〇dB)以下，其有效頻寬百 分比約為 1.53/4.685=32.65%.((5.45GHz + 3,92GHz) + 2 = 4.685 GHz)。此外，熟知此項技藝者應可了解，反射損失可以透 過公式轉換成電壓駐航(VSWR) ’因此，反射損失與駐波比 實質上具有相同之意義。 請參考第3圖，第3圖為本發明天線結構之第二實施例的示意 圖，其係為第1圖所示之天線結構1〇〇之一變化實施例。於第3 圖中’天線結構3〇0之架構與第1圖之天線結構励類似，係為 天線結構100之_，兩者不同之處描述如下。天線結構之 第二輕射體330的區段個數與天線結構觸之第二賴射體13〇的 區段個數不同，於第3圖中，第二韓射體33〇包含一第一區段说、 9 第一區#又334以及一第二區段，其中第三區段％6係愈一 触體120於該第一特定方向上（亦即+Z轴）部分重疊且相距 特定距離d3 ’且另與接地元件於15G於該第—特定方向之相反方 向上（亦即-Z軸）相距特定距離D4，且第三區段336、短路接 點360以及接地元件15〇之間係形成一凹槽，以產生電容效 應。此外’天線結構300之短路接點36〇與第1圖所示之天線結 構100之短路接，點16〇的形狀與位置也不相同熟知此項技藝者 應可了解’频非本發明之_條件，鄕接關雜、大小與 位置之各種變化皆是可行的。舉例來說，短路接點係可如第丄圖 的160或者第3圖的360所標示處，或者短路接點係可延伸自第 二輪射體330的尾端，如第3圖的336所標示處或者第9圖的96〇 所標示處，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 請繼續參考第3圖，第-輕射體m之電流&以及第二輕射體 330之電",LI3的路從如圖中兩箭頭所示。本實施例透過將第二轄射 體:30的各區段332、334、336圍繞在第_輻射體12〇之周圍， 並藉由第二輻射體33G的各區段與第—輕射體⑽在不只一處所 產生的電容效應、第-轄射體12〇與接地元件15()以及第二轄射 體330與接狀件15〇所產生的電容效絲進—步地改變天線結 構300的阻抗匹配，其中，透過調整特定距離a、…^ 等參數可以達到增加天線頻寬之目的。 4 接下來’將本發明所揭露之天線結構與傳統的雙頻天線進行比 1355777 較’以進-步㈣本發明之天線結翻各概點。朗時參考第* 圖與第5圖，第4圖與第5圖分別為傳統雙頻天線與第3圖所示 之天線結構300之電壓駐波比（VSWR)的示意圖，橫轴代表^ 是頻率（Hz)，分布於2GHzuGHz，而縱轴代表的是電壓駐波 比VSWR。這裡所提到的傳統雙頻天線是指具有兩個輻射體的平 面倒F型天線（PIFA)，且此兩輕射體係位於饋入接點之兩側且朝 不同方向延伸。於第4圖中，於頻率2450MHz附近，只有25〇MHz • 頻寬的電壓駐波比係落在2以下，其有效頻寬百分比約為25〇/245〇 = 10.2% ;而於第5圖中’於頻率3.168GHz〜4 752GHz之間約 有1.584GHz頻寬的壓駐波比係落在2以下，其有效頻寬百分比約 • 為H/3.96:·。比較兩者可得知，第3圖所*之天線結構3〇〇 的有效頻寬較傳統雙頻天線（1.58GHz>250MHz)有顯著的進步^ 請參考第6圖，第6圖為第3圖所示之天線結構3〇〇之反射損 失的示意圖。於第6圖中’分別標示出一第一標點1的頻率3 63gHz •及反射損失（一9.93dB)，以及一第二標點2的頻率5.24GHz及反 射損失（一10.20dB) ’可以得知於頻率3.63GHz〜5.24GHz之間， 總共約有 1.61GHz (5.24 GHz — 3.63 GHz = 1.61 GHz)頻寬的 反射損失係落在（-KMB)以下，其有效頻寬百分比約為丨/丨/今奶 = 36.3% ((5.24 GHz + 3.63 GHz) v 2 = 4.435 GHz) 〇 請參考第7圖至第8圖，第7圖為第3圖所示之天線結構300 之輻射場型圖，而第8圖為第3圖所示之天線結構300的天線增 皿表如第7_不’其係為天線結構30()於YZ平面之量測結果， 可以看出无騎構之輻射場型㈤& 侧 形，係為全向性之妥始工蚀 1Um 、’。苐8圖為標示出第7圖中在各個頻段 ^㈤触賴、最小值財触之似她_示意圖， 可以看出天線結構3〇〇在各個頻段之平均增益均落在—細以下。

田…、上述之天線結構100、天線結構300僅為本發明之實施 例之一，料領域具财知識者當可據賴適當之變化。接下來， 舉幾個實施例來朗本發騎揭露之天線結構之各種設計變化。

請參考第9圖，第9圖為本發明天線結構之第三實施例的示意 圖’其係為第3圖所示之天線結構細之一變化實施例。於第9 圖中，天線結構900之架構與第3圖之天線結構3〇〇類似，係為 天線結構300之變形’兩者不同之處描述如下。於第3圖中，第 :幸畐射體12〇與第二輕射體33〇之第三區段说的相距距離以及 第輻射體120與接地元件15〇的相距距離皆為&，兩者相同； 而於第9圖中，第-輕射體12〇與第二轄射體之第三區段现 的相距距離為D3 ’而第—轄射體12G與接地树㈣的相距距離 為〇5兩考不同。另外，第9圖中的第二輕射體930之第-區段 932的面積較第3圖中的第二轄射體33〇之第一區段332的面積來 得大，可以增加輕射效率，且天線結構9〇〇之短路接點_與第3 圖所示之天線結構3GG之短路接㉟36G _狀與位置也不相同。 12 1355777 i〇« ^ =，為第9圖所示之天線結構_之___。料 JLTm 1000 9 900 ^ 2線4 _之變形，兩者不同之處在於天線結構麵另包含 第二te龍㈣，雛於饋人接點m與接地元件之間，且 第4射體970與第二賴射體33〇於該第二特定方向上（亦即+γ 轴）部分重4且相距特定距_。如此—來 射體970於天線結構麵中而產 弟4 座生另步貝帶之—第三共振模態， 形成三頻天線。此外’可透過調整第三輕射體97〇與第二輕射 體330所產生的電容效應（亦特定雜&所產生的電容效應） 來進-步地改變天線結構麵的阻抗匹配。另外，若移除贿元 件96〇，此時第-幸畐射體120、第二輕射體93〇、接地元件與 饋入接點17G係沿著-反S型區域而環繞設置，第—鋪體⑽ 與第二鋪體93G仍可調整彼此相距的距離以改變阻抗匹配，第 二輻射體930與第三體97〇仍可調整彼此相距的距離以改變 阻抗匹配。當然’熟知此項技藝者應可了解，第一韓射體12〇、第 二轄射體930以及第三輕㈣970於空間中的延伸方向並非本發 明之限制條件，舉例而言，-天線結構之各姉體的延伸方向與 天線結構1000之各輻射體的延伸方向恰好相反，亦即此天線結構 與天線結構1000的反視圖相同（將+γ軸與—Y轴對調），亦鹿 屬於本發明所涵蓋之範圍，此時第一輻射體12〇、第二輻射體汨〇、 接地元件950與饋入接點170則係沿著一S型區域而環繞設置。 13 1355777 ，明參考第11 ® ’第11目為第1〇圖所示之天線結構1〇〇〇之電 麼駐波比的示意圖，橫輔代表的是頻率（Hz)，分布於廳冗至 6GHz ’而縱軸代表的是電愿駐波比vswr。由第“圖可知，於 ，率2.4GHz〜5.875GHz之間，約有3 475GHz頻寬的屢駐波比係 洛在2以下，其有效頻寬百分比約為3.475/4.138 = 83聲/〇,且天 線、’、。構1GGG總共涵蓋二個頻段（2.4GHz〜2 7〇2GHz、3.3GHz〜 3.8GHz、5.15GHz〜5.875GHz) 〇

立請參考第圖’第12圖為本發明天線結構之第五實施例的示 意圖，其係為第10圖所示之天線結構1〇〇〇之一變化實施例。於 第12圖中，天線結構·之架構與第1〇圖之天線結構麵類 似’係為天祕構聊之變形，兩者獨之處在於域結構膽 之各兀件魅立體狀且位於獨平面上，舉咖言姻元件⑽ 係位於YZ平面上，而接地元件咖之第-部份1252係位於χγ 平面上，接地元件1250之第二部分1254則係位於γζ平面上。而 於第10 ®巾’天線結構麵之各元制於烟平面上。由 ^可^，天線結構之从件的所在平面’並非本發明之限制條件， 者應可了解，林違背本㈣之精神下，天線結構 各兀件的所在平面之各種各樣的變化皆是可行的。 J 13 =其係絲9騎示之天線結構9⑻以1化實_。於 圖中’天線結構之架構與_之天線結構類似， 1355777 係為天線結構_之變形，兩者獨之處在於天線結構丨的饋 入接點1370之位置與第9圖所示之天線結構_的饋入接點17〇 之位置不同。另外，* 13圖中的第二輕射體1330之第一區段1332 的面積較第9圖中的第二輕射體93〇之第—區段932的面積來得 大，可以増加輻射效率。 由上可知’本發明提供一種寬頻之天線結構100〜1200，透過 將第二輕射體的各區段圍繞在第一輕射體12〇的周圍，並藉由第 了輕射體的各區段與第—轄射體在不只—處所產生的電容效應、 第二輕射體與接地元件所產生的f容效應以及第—触體與接地 轉所產生的電容效應來進一步地改變天線的阻抗匹配，此外， 透過調整特定_Dl〜D6等參數可以朗增加天線之目的。 ^傳統雙頻天線她之下，可以發現本發明所揭露之天線結構的 处效頻見k傳統雙頻天線有麟的進步，因此，十分符合需要大 資料量的傳輸的無線通訊產品的需求。再者，本發明所揭露之天 線結f製作上相當簡單且不需增加額外的成本，很適合在生產線 上大！生產。此外，由天線的電縣波比及輕射場型可得知，本 =明所揭露之天線結構具雜供全向㈣輻射場型、縮小天線尺 寸且涵蓋現有無線通訊系統之頻段等多項優點，因此，十分適合 應用在可攜式裝置或者其它細的無線ϋ訊裝置上。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本 圍所做之均等變化與修飾1應屬本發明之涵蓋_。 1355777 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明天線結構之第一實施例的示意圖。 第2圖為第1圖所示之天線結構之反射損失的示意圖。 第3圖為本發明天線結構之第二實施例的示意圖。 第4圖為傳統雙頻天線之電壓駐波比的示意圖。 第5圖為第3圖所示之天線結構之電壓駐波比的示意圖。 第6圖為第3圖所示之天線結構之反射損失的示意圖。 第7圖為第3圖所示之天線結構之輻射場型的示意圖。 第8圖為第3圖所示之天線結構的天線增益表。 第9圖為本發明天線結構之第三實施例的示意圖。 第10圖為本發明天線結構之第四實施例的示意圖。 第11圖為第10圖所示之天線結構之電壓駐波比的示意圖。 第12圖為本發明天線結構之第五實施例的示意圖。 16 1355777 第13圖為本發明天線結構之第六實施例的示意圖。 【主要元件符號說明】

100、300、900、 1000、1200、1300 天線結構 110、310、910、 1210 、 1310 輻射元件 120 第一輻射體 130、330、930、 1330 第二輻射體 132、332、932、 1332 第一區段 134 、 334 第二區段 336 第三區段 150、950、1250 接地元件 160、360、960 短路接點 170、1370 饋入接點 180 封閉區域 工1、、工3 電流 Dj ' 〇2 N D3 ' D4 、d5、d6 特定距離 A1 ' A2 位置 390 凹槽 970 第三輻射體 1252 第一部份 1254 第二部分 X、Y、Z 座標軸 17

Claims (1)

1. 月22日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1· -種天線結構，其包含有： ’包含有—第—輻射體以及—第二轄射體，該第二 輪射體係圍繞在該第一輻射體，且該第一 射體之間具有預定間隔以匹配阻抗； J第一輪 一接地元件； 二短路接點，輪於該第二輻射體與該接地元件之間；以及 -饋入接點’接於該第一輻射體與該第二 該接地元件之間； 乂莰处一 其中該第二轄射體包含複數個區段，該複數個 祕蝴-輪射體於一特定方向上部分重疊且相距= 特疋距離，^與該接地元件於該特定方向之相反方向上 相距一第二特定距離。 .:::=Γ所述之天線結構’― 如申凊專利範圍第1項所述之天線結構，其中該第二輕射體之 該特定區段、義路接肋及該接地元件之職形成一凹槽。 如申請專利賴第1項所述之天線結構，其另包含—第三輕射 體’絲於_人接點，其中該第三細體無第二輻射體之 間具有預定間隔以匹配阻抗；該第一輻射體之長度係為該天線 丄乃5777 \ :社 L·00年3月22曰修正替換& 生之一第一共振模態之訊號波長的四分之一；該第二 之長度係為該天線結構所產生之-第二共振模態之訊號 ^的畴之―；以及該第三触體之長度係為該天線結構所 屋生之-第三共振鶴之訊號波長的四分之一。 5. 天線結構’其中該_該 丨項敝峨構，其蝴射元件與該 接地疋件係位於不同平面上。 ’其係呈立體狀。 7.如申請專利範圍第6項所述之天線結構 8. —種天線結構，其包含有： -輻射元件，包含有—第—輻射體以及―第二輛射體， 輻射體係圍繞在該第一輕射體，且該第一輪射體與 射體之間具有預定間隔以匹配阻抗； β 一接地元件； -短路接點’雛_第二紗體與難地元件之間； -饋入接點，耦接於該第一輻射體虚該第— 該接地元件之間；以及 从體之交接處與 第三輪射體，_於該饋人接點，其中該第三細體盘 二姆體之間具有狀間隔以匹配阻抗，·該第—輻射社長 19 ^55777 _ 100年3月22日修正替換頁 度係為該天線結構所產生之一第一共振模態之訊號波長的 四分之一；該第二輻射體之長度係為該天線結構所產生之一 第二共振模態之訊號波長的四分之一；以及該第三輻射體之 • 長度係為該天線結構所產生之一第三共振模態之訊號波長 的四分之一。 9·—種天線結構，其包含有： 輕射元件’包含有—第__輻射體以及—第二輻射體，該第一 輕射體與該第二輻射體之間具有預定間隔以匹配阻抗； 一接地元件； 短路接點’輕接於該第二輻射體與該接地元件之間；以及 一饋入接點’ _於該第—㈣體與該第二H射體之交接處與 該接地元件之間； 其中該第1射體、該第二_體、該短 與該饋入接點係沿著—封__環繞設置。/接地讀 其中該封閉區域係為 1〇.如申請專利範_ 9項所述之天線結構， U型。 •輻射體包 20 丄355777 人、化乂 —I s複數個區段，該複數個區段之一特定區段係與該第一輻射體 於一特定方向上部分重疊且相距一第一特定距離，且另與該接 地元件於該特定方向之相反方向上相距一第二特定距離。 13.如申請專利範圍第12項所述之天線結構，其中該第二輻射體之 該特定區段、該短路接點以及該接地元件之間係形成一凹槽。 U.如申請專利範圍第9項所述之天線結構其另包含一第三輕射 體，轉接於該饋入接點，其中該第三輻射體與該第二輕射體之 間具有預定間隔以匹配阻抗；該第一輻射體之長度係為該天線 結構所產生之-第-共振模態之訊號波長的四分之一；該第二 t體之長度係為該天線結構所產生之—第二共_。訊[ ^的四分之以及該第三輻射體之長度係為該天線結構所 產生之一第三共振模態之訊號波長的四分之一。 15·如申請專利細第9顧述之天線結構 接地元件係位於同-平面上。 A射請與该 16.如申請專利細第9顧狀天線結構 接地元件餘於;^平面上。 件與該 其係呈立體狀 17.如申請專利範圍帛16項所述之天線結構， 18.—種天線結構，其包含有·· 21 1355777 輕一 丨100年3月22日修正替換ί το件’包含有—第—輻射體錢—第二輻射體，該第一 5,體"該第—輻射體之間具有預匹配阻抗； '接地元件； -輻射體，域雜地元件，該第三輻射體與該第二輻射 體之間具有預定間隔以匹配阻抗； 以及 饋入接點，輕接於該第一輻射體、該第二輻射體之交接處、 該第二輻射體與該接地元件之間。 /如申清專利範圍第18項所述之天線結構，其中該第二輕射體 係圍繞在該第一輕射體。 2〇.如申請專聰圍第19項所述之天線結構，其中該第 、該第二輻紐、該接地元件與鋪人接點係 一 蜮而環繞設置。 型區 、圓式： 22