TWI828261B - 天線結構 - Google Patents

Abstract

一種天線結構，包括：一第一輻射部、一第二輻射部、一第三輻射部、一第四輻射部、一第五輻射部，以及一非導體支撐元件。第一輻射部具有一饋入點。第二輻射部係耦接至第一輻射部。第三輻射部係耦接至一接地電位，並鄰近於第一輻射部。第四輻射部係耦接至該第一輻射部。第五輻射部係耦接至接地電位，並鄰近於第二輻射部，其中第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部，以及第四輻射部係由第五輻射部所至少部份包圍。第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部、第四輻射部，以及第五輻射部皆設置於非導體支撐元件上。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構(Antenna Structure)，特別係關於一種寬頻帶(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，本發明提出一種天線結構，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，耦接至一接地電位，並鄰近於該第一輻射部；一第四輻射部，耦接至該第一輻射部；一第五輻射部，耦接至該接地電位，並鄰近於該第二輻射部，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係由該第五輻射部所至少部份包圍；以及一非導體支撐元件，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，以及該第五輻射部皆設置於該非導體支撐元件上。

在一些實施例中，該第一輻射部和該第二輻射部之組合係呈現一W字形。

在一些實施例中，該第二輻射部包括一第一加寬部份，該第三輻射部包括一第二加寬部份，而該第四輻射部包括一第三加寬部份。

在一些實施例中，該第五輻射部係呈現一蜿蜒形狀並界定出一缺口區域，而該第二輻射部係朝向該缺口區域之內部作延伸。

在一些實施例中，該第五輻射部包括一第四加寬部份和一末端加寬部份，而該末端加寬部份具有一開孔。

在一些實施例中，該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第五輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆介於0.25mm至3mm之間。

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690MHz至960MHz之間，該第二頻帶係介於1500MHz至2200MHz之間，而該第三頻帶係介於2300MHz至2700MHz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0.25倍波長。

在一些實施例中，該第三輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之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一頻帶之0.25倍波長。

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。

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圖係顯示根據本發明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。

在第1圖之實施例中，天線結構100至少包括：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，以及一非導體支撐元件(Nonconductive Support Element)170，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，以及第五輻射部150皆可用金屬材質製成，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。

第一輻射部110和第二輻射部120之組合可以大致呈現一W字形。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)。在一些實施例中，第二輻射部120包括一第一加寬部份(Widening Portion)125，其可大致呈現一矩形。

第三輻射部130可以大致呈現一不等寬直條形。詳細而言，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係耦接至一接地電位VSS，而第三輻射部130之第二端132為一開路端。例如，接地電位VSS可由天線結構100之一系統接地面(System Ground Plane)所提供(未顯示)。第三輻射部130係鄰近於第一輻射部110，其中第三輻射部130和第一輻射部110之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1。必須注意的是，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)。在一些實施例中，第三輻射部130包括一第二加寬部份135，其可大致呈現一較小矩形。

第四輻射部140可以大致呈現一不規則形。第四輻射部140係耦接至第一輻射部110之第二端112。在一些實施例中，第四輻射部140包括一第三加寬部份145，其可大致呈現一正方形。

第五輻射部150可以大致呈現一蜿蜒形狀(Meandering Shape)，其中第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130，以及第四輻射部140係由第五輻射部150所至少部份包圍。第五輻射部150更可界定出一缺口區域(Notch Region)154，其中第二輻射部120之第二端122可朝向此缺口區域154之內部作延伸。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。第五輻射部150係鄰近於第二輻射部120，其中第五輻射部150和第二輻射部120之間可形成一第二耦合間隙GC2。在一些實施例中，第五輻射部150包括一第四加寬部份155，其可大致呈現一較大矩形。在一些實施例中，第五輻射部150包括一末端加寬部份157，其可位於第五輻射部150之第一端151處，而第五輻射部150之末端加寬部份157可具有一開孔(Opening)158。例如，前述之開孔158可大致呈現一圓形或一正方形，使得第五輻射部150可藉由一螺絲元件而固定於系統接地面上(未顯示)。

非導體支撐元件170可為一塑膠元件或一介質基板(Dielectric Substrate)，例如：一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)，或是一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。第一輻射部110、第二輻射部120、第三輻射部130、第四輻射部140，以及第五輻射部150皆可設置於非導體支撐元件170之同一表面上，使得天線結構100可為一平面式(Planar)天線結構。然而，本發明並不僅限於此。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，以及第五輻射部150亦可設置於非導體支撐元件170之不同表面上，以形成一立體天線結構。

第2圖係顯示根據本發明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690MHz至960MHz之間，第二頻帶FB2可介於1500MHz至2200MHz之間，而第三頻帶FB3可介於2300MHz至2700MHz之間。因此，天線結構100將可同時支援LTE(Long Term Evolution)和GPS(Global Positioning System)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。第一輻射部110和第二輻射部120可共同激發產生前述之第二頻帶FB2。第三輻射部130可由第一輻射部110所耦合激發，以形成前述之第三頻帶FB3。第五輻射部150可由第一輻射部110和第二輻射部120所耦合激發，以形成前述之第一頻帶FB1。根據實際量測結果，第五輻射部150可用於避免週遭環境(或許有鄰近金屬元件存在)對天線結構100之輻射性能造成負面影響。另外，第二輻射部120之第一加寬部份125、第三輻射部130之第二加寬部份135、第四輻射部140之第三加寬部份145，以及第五輻射部150之第四加寬部份155皆可用於微調前述之第一頻帶FB1、第二頻帶FB2，以及第三頻帶FB3之阻抗匹配(Impedance Matching)。

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可以大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.25倍波長(λ/4)。第三輻射部130之長度L2可以大致等於天線結構100之第三頻帶FB3之0.25倍波長(λ/4)。第五輻射部150之長度L3可以大致等於天線結構100之第一頻帶FB1之0.25倍波長(λ/4)。第一耦合間隙GC1之寬度可介於0.25mm至3mm。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.25mm至3mm。以上尺寸和參數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。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之銷售時點信息(Point of Sale，POS)系統300之示意圖。在第3圖之實施例中，銷售時點信息系統300包括前述之天線結構100，因此銷售時點信息系統300將能支援無線通訊(Wireless Communication)之功能。在一些實施例中，銷售時點信息系統300更包括一射頻電路(RF Circuit)、一濾波器(Filter)、一放大器(Amplifier)、一處理器(Processor)，或(且)一外殼，但亦不僅限於此。必須注意的是，天線結構100可根據銷售時點信息系統300之外型而略為調整其自身之立體結構，但不致影響其通訊品質。第3圖之銷售時點信息系統300之其餘特徵皆與第1圖之天線結構100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

本發明提出一種新穎之天線結構。與傳統設計相比，本發明至少具有小尺寸、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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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。

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

125:第二輻射部之第一加寬部份

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:第三輻射部之第二加寬部份

140:第四輻射部

145:第四輻射部之第三加寬部份

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

154:缺口區域

155:第五輻射部之第四加寬部份

157:第五輻射部之末端加寬部份

158:開孔

170:非導體支撐元件

190:信號源

300:銷售時點信息系統

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:長度

VSS:接地電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之示意圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之銷售時點信息系統之示意圖。

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

125:第二輻射部之第一加寬部份

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:第三輻射部之第二加寬部份

140:第四輻射部

145:第四輻射部之第三加寬部份

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

154:缺口區域

155:第五輻射部之第四加寬部份

157:第五輻射部之末端加寬部份

158:開孔

170:非導體支撐元件

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:長度

VSS:接地電位

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，耦接至一接地電位，並鄰近於該第一輻射部；一第四輻射部，耦接至該第一輻射部；一第五輻射部，耦接至該接地電位，並鄰近於該第二輻射部，其中該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部，以及該第四輻射部係由該第五輻射部所至少部份包圍；以及一非導體支撐元件，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，以及該第五輻射部皆設置於該非導體支撐元件上；其中該第五輻射部係呈現一蜿蜒形狀並界定出一缺口區域。
2. 如請求項1之天線結構，其中該第一輻射部和該第二輻射部之組合係呈現一W字形。
3. 如請求項1之天線結構，其中該第二輻射部包括一第一加寬部份，該第三輻射部包括一第二加寬部份，而該第四輻射部包括一第三加寬部份。
4. 如請求項1之天線結構，其中該第二輻射部係朝向該缺口區域之內部作延伸。
5. 如請求項1之天線結構，其中該第五輻射部包括一第四加寬部份和一末端加寬部份，而該末端加寬部份具有一開孔。
6. 如請求項1之天線結構，其中該第三輻射部和該第一輻射部之間形成一第一耦合間隙，該第五輻射部和該第二輻射部之間形成一第二耦合間隙，而該第一耦合間隙和該第二耦合間隙之每一者之寬度皆介於0.25mm至3mm之間。
7. 如請求項1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690MHz至960MHz之間，該第二頻帶係介於1500MHz至2200MHz之間，而該第三頻帶係介於2300MHz至2700MHz之間。
8. 如請求項7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0.25倍波長。
9. 如請求項7之天線結構，其中該第三輻射部之長度係大致等於該第三頻帶之0.25倍波長。
10. 如請求項7之天線結構，其中該第五輻射部之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。

Images