天线结构

技术领域

本发明关于一种天线结构(Antenna Structure)，特别关于一种宽频带(Wideband)的天线结构。

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：手提式计算机、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的频带进行通讯，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的频带进行通讯。

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

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，在本发明的较佳实施例中，本发明提出一种天线结构，包括：一循环辐射部，具有一第一端和一第二端，其中一馈入点位于该循环辐射部的该第一端处，而一接地点位于该循环辐射部的该第二端处；以及一第一辐射部，具有一第一端和一第二端，其中该第一辐射部的该第一端耦接至该循环辐射部上的一第一连接点，而该第一辐射部的该第二端为一开路端；其中该天线结构涵盖一第一频带和一第二频带。

在一些实施例中，该天线结构更包括：一介质基板，其中该循环辐射部和该第一辐射部皆设置于该介质基板上。

在一些实施例中，该介质基板具有至少一弯折线，使得该天线结构呈现一立体形状。

在一些实施例中，该第一频带介于1710MHz至2170MHz之间。

在一些实施例中，该第二频带包括一第一频率区间、一第二频率区间，以及一第三频率区间，该第一频率区间介于2496MHz至2690MHz之间，该第二频率区间介于3300MHz至4200MHz之间，而该第三频率区间介于4400MHz至5000MHz之间。

在一些实施例中，该循环辐射部的长度介于该第一频带的最低频率的0.25倍至0.3倍波长之间。

在一些实施例中，一槽孔区域大致由该循环辐射部所包围。

在一些实施例中，该槽孔区域呈现一T字形。

在一些实施例中，该循环辐射部包括一第一增宽部分和一第二增宽部分，而该槽孔区域介于该第一增宽部分和该第二增宽部分之间。

在一些实施例中，该循环辐射部的该第一增宽部分呈现一矩形。

在一些实施例中，该循环辐射部的该第二增宽部分呈现一平行四边形或一菱形。

在一些实施例中，该循环辐射部的该第一增宽部分和该第二增宽部分的总面积大于60平方毫米。

在一些实施例中，该槽孔区域呈现一L字形。

在一些实施例中，该天线结构更包括：一第二辐射部，具有一第一端和一第二端，其中该第二辐射部的该第一端耦接至该循环辐射部上的一第二连接点，而该第二辐射部的该第二端为一开路端。

在一些实施例中，该第一辐射部呈现一较短L字形，而该第二辐射部呈现一较长L字形。

在一些实施例中，该天线结构更包括：一第三辐射部，具有一第一端和一第二端，其中该第三辐射部的该第一端耦接至该循环辐射部上的一第三连接点，而该第三辐射部的该第二端为一开路端。

在一些实施例中，该天线结构更包括：一第四辐射部，具有一第一端和一第二端，其中该第四辐射部的该第一端耦接至该循环辐射部上的一第四连接点，而该第四辐射部的该第二端为一开路端。

在一些实施例中，该第一辐射部和该第二辐射部皆位于该循环辐射部的同一侧，而该第三辐射部和该第四辐射部皆位于该循环辐射部的相对另一侧。

在一些实施例中，该第四辐射部更包括一末端弯折部分，使得该第三辐射部和该末端弯折部分之间形成一耦合间隙。

在一些实施例中，该循环辐射部的该第一端和该第二端之间距介于0.5mm至1.8mm之间。

通过本发明的上述方案，其至少具有小尺寸、宽频带、结构简单，以及低制造成本等优势。因此，本发明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天线结构的示意图。

图2显示根据本发明一实施例所述天线结构的返回损失图。

图3显示根据本发明一实施例所述天线结构的辐射效率图。

图4显示根据本发明另一实施例所述天线结构的示意图。

图5显示根据本发明另一实施例所述天线结构的返回损失图。

图6显示根据本发明另一实施例所述天线结构的辐射效率图。

图7显示根据本发明一实施例所述天线结构的示意图。

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。

在说明书中使用了某些词汇来指称特定的组件。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组件。本说明书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书中所提及的“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。

以下的揭露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。以下的揭露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，若是本揭露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，以下揭露书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是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。

此外，其与空间相关用词。例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图标中一个组件或特征与另一个(些)组件或特征之间的关系。除了在图式中绘示的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。

图1显示根据本发明一实施例所述天线结构(Antenna Structure)100的示意图。天线结构100可应用于一移动装置(Mobile Device)当中，例如：一智能型手机(SmartPhone)、一平板计算机(Tablet Computer)，或是一笔记本电脑(Notebook Computer)。如图1所示，天线结构100至少包括一循环辐射部(Loop Radiation Element)110和一第一辐射部(Radiation Element)120，其中循环辐射部110和第一辐射部120皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。

在一些实施例中，天线结构100更包括一介质基板(Dielectric Substrate)170。例如，介质基板170可为一FR4(Flame Retardant 4)基板、一印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，或是一软性电路板(Flexible Circuit Board，FCB)。循环辐射部110和第一辐射部120可共同形成一平面式结构(Planar Structure)，其可设置于介质基板170的同一表面上，但亦不仅限于此。在另一些实施例中，介质基板170具有至少一或复数条弯折线LB1、LB2、LB3，使得天线结构100可呈现一立体形状。例如，关于前述弯折线LB1、LB2、LB3的每一个的弯折角可介于0度至90度之间。

循环辐射部110具有一第一端111和一第二端112，其中一馈入点(Feeding Point)FP1位于循环辐射部110的第一端111处，而一接地点(Grounding Point)GP1位于循环辐射部110的第二端112处。馈入点FP1更可耦接至一信号源(SignalSource)190。例如，信号源190可为一射频(Radio Frequency，RF)模块，其可用于激发天线结构100。接地点GP1更可耦接至一接地电位(Ground Voltage)VSS1，其可由一系统接地面(System Ground Plane)所提供(未显示)。在一些实施例中，接地点GP1邻近于馈入点FP1。在一些实施例中，接地点GP1透过一金属弹片连接至系统接地面。必须注意的是，本说明书中所谓“邻近”或“相邻”一词可指对应的二组件间距小于一既定距离(例如：5mm或更短)，但通常不包括对应的二组件彼此直接接触的情况(亦即，前述间距缩短至0)。

一槽孔区域(Slot Region)160大致由循环辐射部110所包围。例如，槽孔区域160可大致呈现一T字形，而循环辐射部110可大致呈现一中空T字形。循环辐射部110可包括一第一增宽部分(Widening Portion)114和一第二增宽部分115，其中槽孔区域160介于第一增宽部分114和第二增宽部分115之间。在一些实施例中，循环辐射部110的第一增宽部分114可以大致呈现一矩形，而循环辐射部110的第二增宽部分115可以大致呈现一平行四边形或一菱形，但亦不限于此。

第一辐射部120可大致呈现一直条形，其可与循环辐射部110至少部分垂直。详细而言，第一辐射部120具有一第一端121和一第二端122，其中第一辐射部120的第一端121耦接至循环辐射部110上的一第一连接点(Connection Point)CP1，而第一辐射部120的第二端122为一开路端(Open End)，其可朝远离循环辐射部110的方向作延伸。

图2显示根据本发明一实施例所述天线结构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2的测量结果，当由信号源190所激发时，天线结构100将可涵盖一第一频带(Frequency Band)FB1和一第二频带FB2。例如，前述的第一频带FB1可介于1710MHz至2170MHz之间，而前述的第二频带FB2可包括一第一频率区间(Frequency Interval)FBA、一第二频率区间FBB，以及一第三频率区间FBC，其中第一频率区间FBA可介于2496MHz至2690MHz之间，第二频率区间FBB可介于3300MHz至4200MHz之间，而第三频率区间FBC可介于4400MHz至5000MHz之间。因此，天线结构100将至少可支持LTE和新世代5G通讯中sub-6GHz的宽频带操作。

图3显示根据本发明一实施例所述天线结构100的辐射效率(RadiationEfficiency)图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(％)。根据图3的测量结果，天线结构100于前述的第一频带FB1和第二频带FB2中的辐射效率皆可达30％以上，此已可满足一般移动通信的实际应用需求。

在一些实施例中，天线结构100的操作原理可如下列所述。由馈入点FP1起，经过循环辐射部110和第一连接点CP1，再至第一辐射部120的第二端122可形成一第一共振路径(Resonant Path)PA1，其可激发产生前述的第一频带FB1。由馈入点FP1起，经过循环辐射部110，再至接地点GP1可形成一第二共振路径PA2，其可激发产生前述的第一频率区间FBA。第一辐射部120可激发产生前述的第二频率区间FBB。循环辐射部110的第一增宽部分114和第二增宽部分115可共同激发产生前述的第三频率区间FBC。根据实际测量结果，若将循环辐射部110的第一增宽部分114和第二增宽部分115两者的总面积设计为大于60平方毫米，则天线结构100于第三频率区间FBC内将会有良好的阻抗匹配(Impedance Matching)。

在一些实施例中，天线结构100的组件尺寸可如下列所述。第一共振路径PA1的长度可介于天线结构100的第一频带FB1的0.31倍至0.33倍波长之间(0.31λ～0.33λ)。第二共振路径PA2的长度可介于于天线结构100的第一频率区间FBA的0.37倍至0.39倍波长之间(0.37λ～0.39λ)。循环辐射部110的长度(亦即，由第一端111至第二端112的长度，其近似于第二共振路径PA2的长度)可介于天线结构100的第一频带FB1的最低频率的0.25倍至0.3倍波长之间(0.25λ～0.3λ)。循环辐射部110的第一端111和第二端112之间距D1可介于0.5mm至1.8mm之间。以上尺寸范围根据多次实验结果而得出，其有助于优化天线结构100的操作带宽(Operation Bandwidth)和阻抗匹配。

图4显示根据本发明另一实施例所述天线结构400的示意图。在图4的实施例中，天线结构400包括一循环辐射部410、一第一辐射部420、一第二辐射部430、一第三辐射部440，以及一第四辐射部450，其中循环辐射部410、第一辐射部420、第二辐射部430、第三辐射部440，以及第四辐射部450皆可用金属材质制成。

在一些实施例中，天线结构400更包括一介质基板470。例如，介质基板470可为一FR4基板、一印刷电路板，或是一软性电路板。循环辐射部410、第一辐射部420、第二辐射部430、第三辐射部440，以及第四辐射部450可共同形成一平面式结构，其可设置于介质基板470的同一表面上。在另一些实施例中，介质基板470具有至少一或复数条弯折线LB4、LB5，使得天线结构400可呈现一立体形状。例如，关于前述弯折线LB4、LB5的每一个弯折角可介于0度至90度之间。

循环辐射部410具有一第一端411和一第二端412，其中一馈入点FP2位于循环辐射部410的第一端411处，而一接地点GP2位于循环辐射部410的第二端412处。馈入点FP2更可耦接至一信号源490。接地点GP2更可耦接至一接地电位VSS2。在一些实施例中，接地点GP2邻近于馈入点FP2。在一些实施例中，接地点GP2透过一导电胶连接至一金属模块，并透过此金属模块再连接至系统接地面。一槽孔区域460大致由循环辐射部410所包围。例如，槽孔区域460可大致呈现一不等宽L字形，而循环辐射部410可大致呈现一中空L字形。

第一辐射部420可大致呈现一较短L字形。详细而言，第一辐射部420具有一第一端421和一第二端422，其中第一辐射部420的第一端421耦接至循环辐射部410上的一第一连接点CP2，而第一辐射部420的第二端422为一开路端。

第二辐射部430可大致呈现一较长L字形。详细而言，第二辐射部430具有一第一端431和一第二端432，其中第二辐射部430的第一端431耦接至循环辐射部410上的一第二连接点CP3，而第二辐射部430的第二端432为一开路端。第二辐射部430的第二端432和第一辐射部420的第二端422可大致朝相同方向作延伸。

第三辐射部440可大致呈现一直条形，其可与循环辐射部410至少部分垂直。详细而言，第三辐射部440具有一第一端441和一第二端442，其中第三辐射部440的第一端441耦接至循环辐射部410上的一第三连接点CP4，而第三辐射部440的第二端442为一开路端，其可朝远离循环辐射部410的方向作延伸。

第四辐射部450可大致呈现一直条形或一倒J字形，其可与循环辐射部410至少部分垂直，并可与第三辐射部440至少部分平行。详细而言，第四辐射部450具有一第一端451和一第二端452，其中第四辐射部450的第一端451耦接至循环辐射部410上的一第四连接点CP5，而第四辐射部450的第二端452为一开路端。在一些实施例中，第四辐射部450更包括邻近于其第二端452处的一末端弯折部分(Terminal Bending Portion)454，使得第三辐射部440和第四辐射部450的末端弯折部分454之间形成一耦合间隙(Coupling Gap)GC1。必须注意的是，第一辐射部420和第二辐射部430皆可位于循环辐射部410的同一侧(例如：右侧)，而第三辐射部440和第四辐射部450皆可位于循环辐射部410的相对另一侧(例如：左侧)。

图5显示根据本发明另一实施例所述天线结构400的返回损失图，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，当由信号源490所激发时，天线结构400将可涵盖一第一频带FB3和一第二频带FB4。例如，前述的第一频带FB3可介于1710MHz至2170MHz之间，而前述的第二频带FB4可包括一第一频率区间FBD、一第二频率区间FBE，以及一第三频率区间FBF，其中第一频率区间FBD可介于2496MHz至2690MHz之间，第二频率区间FBE可介于3300MHz至4200MHz之间，而第三频率区间FBF可介于4400MHz至5000MHz之间。因此，天线结构400将至少可支持LTE和新世代5G通讯中sub-6GHz的宽频带操作。

图6显示根据本发明另一实施例所述天线结构400的辐射效率图，其中横轴代表操作频率(MHz)，而纵轴代表辐射效率(％)。根据图6的测量结果，天线结构400于前述的第一频带FB3和第二频带FB4中的辐射效率皆可达30％以上，此已可满足一般移动通信的实际应用需求。

在一些实施例中，天线结构400的操作原理可如下列所述。由馈入点FP2起，经过循环辐射部410，再至接地点GP2可形成一第一共振路径PA3，其可激发产生前述的第一频带FB3。由馈入点FP2起，经过循环辐射部410和第一连接点CP2，再至第一辐射部420的第二端422可形成一第二共振路径PA4，其可激发产生前述的第一频率区间FBD。第二辐射部430可激发产生前述的第二频率区间FBE。第三辐射部440和第四辐射部450可共同激发产生前述的第三频率区间FBF。根据实际测量结果，若加入第四辐射部450的末端弯折部分454并使之邻近于第三辐射部440，则其间的耦合间隙GC1有助于改善天线结构400于第三频率区间FBF内的阻抗匹配。

在一些实施例中，天线结构400的组件尺寸可如下列所述。第一共振路径PA3的长度可介于天线结构400的第一频带FB3的0.27倍至0.29倍波长之间(0.27λ～0.29λ)。第二共振路径PA4的长度可介于天线结构400的第一频率区间FBD的0.29倍至0.31倍波长之间(0.29λ～0.31λ)。循环辐射部410的长度(亦即，由第一端411至第二端412的长度，其近似于第一共振路径PA3的长度)可介于天线结构400的第一频带FB3的最低频率的0.25倍至0.3倍波长之间(0.25λ～0.3λ)。循环辐射部410的第一端411和第二端412之间距D2可介于0.5mm至1.8mm之间。耦合间隙GC1的宽度可介于0.9mm至1.1mm之间。以上尺寸范围为根据多次实验结果而得出，其有助于优化天线结构400的操作带宽和阻抗匹配。

图7显示根据本发明一实施例所述天线结构700的示意图。大致而言，天线结构700包括一循环辐射部710，其中循环辐射部710的一端耦接至一信号源790，而循环辐射部710的另一端耦接至一接地电位VSS。循环辐射部710的长度可介于天线结构700的最低频率的0.25倍至0.3倍波长之间(0.23λ～0.3λ)。另外，天线结构700更包括一或复数个辐射部721、722、723，其皆可为残段(Stub)并耦接至循环辐射部710。辐射部721、722、723的总数量在本发明中并不特别作限制。根据实际测量结果，这些辐射部721、722、723皆可用于调整天线结构700的操作频率和阻抗匹配。在一些实施例中，天线结构700更可与其他天线组件整合，以形成多输入多输出(Multi-Input and Multi-Output，MIMO)的一天线系统(AntennaSystem)。图7的天线结构700的其余特征皆与图1、图4的天线结构100、400类似，故这些实施例均可达成相似的操作效果。

本发明提出一种新颖的天线结构，与传统技术相比，其至少具有小尺寸、宽频带、结构简单，以及低制造成本等优势。因此，本发明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，以上所述组件尺寸、组件形状，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-图7所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图7的任何一或复数个实施例的任何一或复数项特征。换言之，并非所有图标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组件。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，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，并不限定本发明的保护范围。

【符号说明】

100、400、700、天线结构；

110、410、710、循环辐射部；

111、411、循环辐射部的第一端；

112、412、循环辐射部的第二端；

114、循环辐射部的第一增宽部分；

115、循环辐射部的第二增宽部分；

120、420、第一辐射部；

121、421、第一辐射部的第一端；

122、422、第一辐射部的第二端；

160、460、槽孔区域；

170、470、介质基板；

190、490、790、信号源；

430、第二辐射部；

431、第二辐射部的第一端；

432、第二辐射部的第二端；

440、第三辐射部；

441、第三辐射部的第一端；

442、第三辐射部的第二端；

450、第四辐射部；

451、第四辐射部的第一端；

452、第四辐射部的第二端；

454、第四辐射部的末端弯折部分；

721、722、723、辐射部；

CP1、CP2、第一连接点；

CP3、第二连接点；

CP4、第三连接点；

CP5、第四连接点；

D1、D2、间距；

FB1、FB3、第一频带；

FB2、FB4、第二频带；

FBA、FBD、第一频率区间；

FBB、FBE、第二频率区间；

FBC、FBF、第三频率区间；

FP1、FP2、馈入点；

GC1、耦合间隙；

GP1、GP2、接地点；

LB1、LB2、LB3、LB4、LB5、弯折线；

PA1、PA3、第一共振路径；

PA2、PA4、第二共振路径；

VSS、VSS1、VSS2、接地电位。