天线结构与电子装置

技术领域

本发明涉及一种天线结构与电子装置，特别是涉及一种具有第五代移动通信技术所应用的操作频带的天线结构与电子装置。

背景技术

现有的电子产品，例如笔记本型计算机与平板计算机，都有朝向轻薄的外观设计趋势。然而，随着第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Networks，5G)的发展，现有电子产品内部可供容置天线的空间有所不足，导致设计出的天线结构会有频宽不足的问题。

有鉴于此，如何通过天线结构设计的改良，来克服上述的缺陷，已成为该项技术所欲解决的重要课题之一。

因此，需要提供一种天线结构与电子装置来解决上述问题。

发明内容

本发明主要提供一种天线结构及电子装置，以解决现有的电子产品内部可供容置天线的空间有所不足，而导致天线结构具有频宽不足的技术问题。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种天线结构，其包括一基板、一第一辐射件、一第二辐射件、一接地件以及一馈入件。基板具有相对的第一表面与第二表面。第一辐射件设置于基板。第一辐射件包括一第一辐射部、一馈入部、一第二辐射部、一接地部以及一第三辐射部。第一辐射部设置在第一表面。馈入部设置在第一表面，馈入部连接于第一辐射部。第二辐射部设置在第二表面。第二辐射部连接于第一辐射部，且第二辐射部投影在第一表面的投影面积与馈入部部分重叠。接地部设置在第一表面。接地部连接于第一辐射部。第三辐射部设置在第二表面。第三辐射部连接于第一辐射部，且第三辐射部投影在第一表面的投影面积与接地部部分重叠。第二辐射件设置于基板，第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合。接地件连接于接地部。馈入件的一信号端连接于馈入部，馈入件的一接地端连接于接地件。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是提供一种电子装置，其包括一壳体以及一天线结构。天线结构设置在壳体中。天线结构包括一基板、一第一辐射件、一第二辐射件、一接地件以及一馈入件。基板具有相对的第一表面与第二表面。第一辐射件设置于基板。第一辐射件包括一第一辐射部、一第二辐射部、一第三辐射部、一馈入部以及一接地部。第一辐射部、馈入部以及接地部设置在第一表面，馈入部及接地部连接于第一辐射部。第二辐射部及第三辐射部设置在第二表面，且第二辐射部及第三辐射部连接于第一辐射部。第二辐射部投影在第一表面的投影面积与馈入部部分重叠。第三辐射部投影在第一表面的投影面积与接地部部分重叠。第二辐射件设置于基板。第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合。接地件连接于接地部。馈入件的一信号端连接于馈入部，馈入件的一接地端连接于接地件。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的天线结构及电子装置，其能通过“第二辐射件与第一辐射部彼此分离且相互耦合”、“第二辐射部投影在第一表面的投影面积与馈入部部分重叠”以及“第三辐射部投影在第一表面的投影面积与接地部部分重叠”的技术方案，使电子装置内部的天线结构能够增加频宽，以解决现有技术中的天线结构的频宽不足的问题。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明的电子装置的立体示意图。

图2为本发明的天线结构的示意图。

图3为本发明的天线结构的立体示意图。

图4为本发明的天线结构的第二辐射件与切换电路的示意图。

图5为本发明的天线结构在不同操作模式下的增益曲线示意图。

主要组件符号说明：

D电子装置

H壳体

T天线结构

S基板

S1 第一表面

S2 第二表面

S3 第三表面

1第一辐射件

11 第一辐射部

12 第二辐射部

121第一端

122第二端

13 第三辐射部

131第一端

132第二端

14 馈入部

141第一区段

142第二区段

143第三区段

15 接地部

151第四区段

152第五区段

153第六区段

2第二辐射件

21 第一支臂

22 第二支臂

3接地件

4馈入件

41 信号端

42 接地端

5第一电容元件

6第二电容元件

7切换电路

8近接感测电路

9电感元件

P整合模块

P1、P2引脚

R控制电路

G金属件

L1、L2、L3、L4耦合长度

E1 第一被动元件

E2 第二被动元件

E3 第三被动元件

W信号传导路径

W1 第一路径

W2 第二路径

W3 第三路径

SW1第一切换开关

SW2第二切换开关

SW3第三切换开关

M1、M2、M3、M4曲线

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“天线结构与电子装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。另外，本发明全文中的“连接(connect)”是两个元件之间有实体连接且为直接连接或者是间接连接，且本发明全文中的“耦合(couple)”是两个元件之间彼此分离且无实体连接，而是藉由一元件的电流所产生的电场能量(electric field energy)激发另一元件的电场能量。

[实施例]

参阅图1与图2所示，图1为本发明的电子装置的立体示意图，图2为本发明的天线结构的示意图。本发明提供一种电子装置D，其包括一壳体H及设置在壳体H中的天线结构T。电子装置D可例如为笔记本型计算机，本发明不以此为限。在本发明中，天线结构T主要提供频率范围介于617MHz至960MHz、1427MHz至2690MHz以及3000MHz至6000MHz之间的操作频带。

参阅图2与图3所示，图3为本发明的天线结构的立体示意图。天线结构T包括一基板S、一第一辐射件1、一第二辐射件2、一接地件3以及一馈入件4。第一辐射件1、第二辐射件2、接地件3以及馈入件4皆设置于基板S。举例来说，基板S可为FR4(Flame Retardant 4)基板、印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)或是柔性印刷电路板(Flexible PrintedCircuit Board，FPCB)，第一辐射件1、第二辐射件2以及接地件3可为一金属片、一金属导线或者是其他具有导电效果的导电体，馈入件4可为一同轴电缆线(Coaxial cable)，但本发明不以此为限。

基板S具有相对的第一表面S1与第二表面S2，以及连接于第一表面S1与第二表面S2之间的第三表面S3。第一辐射件1包括一第一辐射部11、一第二辐射部12、一第三辐射部13、一馈入部14以及一接地部15。在第一辐射件1中，第一辐射部11、馈入部14以及接地部15设置在第一表面S1，而第二辐射部12及第三辐射部13设置在第二表面S2。如图3所示，在本实施例中，第二辐射部12及第三辐射部13的第一端121、131连接于第一辐射部11，而第二辐射部12及第三辐射部13的第二端122、132则是沿着第三表面S3向负Z轴方向延伸，再转折沿着第二表面S2向正Y轴方向延伸。然而，上述所举的例子只是其中一可行的实施例而并非用以限定本发明。在其他实施例中，位于第二表面S2的第二辐射部12及第三辐射部13也可以通过导电通孔贯穿基板S的方式，来电性连接位于第一表面S1的第一辐射部11。因此，如图2所示，第二辐射部12投影在第一表面S1的投影面积与馈入部14部分重叠。第三辐射部13投影在第一表面S1的投影面积与接地部15部分重叠。

第二辐射件2设置于基板S，本发明不以第二辐射件2在基板S上的位置为限。第二辐射件2可设置在第一表面S1或第二表面S2。在本发明的实施例中，第二辐射件2是设置在第一表面S1。另外，接地件3连接于接地部15。接地件3可电性连接于一金属件G，且金属件G可为电子装置D的壳体H的一部分，但本发明不以此为限。馈入件4具有一信号端41与一接地端42，信号端41连接于馈入部14，接地端42连接于接地件3。

馈入部14包括一第一区段141、一第二区段142以及一第三区段143。第一区段141连接于第一辐射部11。第三区段143连接于馈入件4，第二区段142的一端连接于第一区段141与第三区段143之间。因此，确切地说，第二辐射部12投影在第一表面S1的投影面积与馈入部14的第二区段142部分重叠。此外，天线结构T还包括一第一电容元件5，第一电容元件5电性连接于第一区段141与第三区段143之间。较佳地，第一电容元件5的电容值为56pF。

接地部15包括一第四区段151、一第五区段152以及一第六区段153。第四区段151连接于第一辐射部11。第六区段153连接于接地件3。第五区段152连接于第四区段151与第六区段153之间。因此，确切地说，第三辐射部13投影在第一表面S1的投影面积与接地部15的第五区段152部分重叠。此外，天线结构T还包括一第二电容元件6，第二电容元件6电性连接于第五区段152与第六区段153之间。较佳地，第二电容元件6的电容值为56pF。

继续参阅图2所示，第二辐射件2包括一第一支臂21与连接于第一支臂21的一第二支臂22。第一支臂21与第一辐射部11相耦合而产生一频率范围介于617MHz至916MHz之间的第一操作频带。第二辐射部12与馈入部14的第二区段142相耦合而产生一频率范围介于4200MHz至5000MHz之间的第二操作频带，且第二操作频带高于第一操作频带。第三辐射部13与接地部15的第五区段152相耦合而产生一频率范围介于5000MHz至6000MHz之间的第三操作频带，且第三操作频带高于第二操作频带。

承上述，第一支臂21与第一辐射部11的耦合长度L1等于第一操作频带的一中心频率的1/16波长。第二辐射部12的耦合长度L2以及第二区段142的耦合长度L3等于第二操作频带的一中心频率的1/4波长。第三辐射部13的耦合长度L4等于第三操作频带的一中心频率的1/4波长。需说明的是，这里指的“耦合长度”并非是指元件的长度，而是指元件的其中一部分用于产生耦合效应的有效长度。

另外，值得一提的是，由于馈入部14与接地部15是设置在基板S的第一表面S1，第二辐射部12与第三辐射部13是设置在基板S的第二表面S2，因此第二辐射部12与第二区段142之间的耦合量以及第三辐射部13与第五区段152之间的耦合量的大小会与基板S的厚度(即第一表面S1与第二表面S2之间的距离)有关。在本发明中，基板S的厚度范围会小于3mm，较佳为1.5mm。

此外，天线结构T还包括一切换电路7、一近接感测电路8以及一电感元件9。切换电路7电性连接于第二支臂22。电感元件9串联于接地部15的第五区段152与近接感测电路8之间。较佳地，电感元件9的电感值为33nH。

如图2所示，切换电路7为多功能的整合模块P中的一部分，第一辐射件1先通过接地部15电性连接至整合模块P的其中一引脚P1后，再通过引脚P1电性连接至近接感测电路8。此外，第二辐射件2是先通过第二支臂22电性连接至整合模块P的另外一引脚P2后，再通过引脚P2电性连接至切换电路7。

参阅图4所示，图4为本发明的天线结构的第二辐射件与切换电路的示意图。切换电路7包括一信号传导路径W及至少一个传输路径，信号传导路径W及至少一个传输路径分别对应多种操作模式。信号传导路径W没有串接被动元件，而至少一个传输路径分别串接至少一个被动元件。举例来说，本实施例中的至少一个传输路径为多个传输路径，而传输路径可为图4中的第一路径W1、第二路径W2以及第三路径W3。信号传导路径W的其中一端电性连接于第二辐射件2的第二支臂22，信号传导路径W的另外一端电性连接于控制电路R。第一路径W1、第二路径W2以及第三路径W3电性连接于信号传导路径W，但本发明不以传输路径的数量为限制。第一路径W1串联第一被动元件E1以及第一切换开关SW1，第二路径W2串联第二被动元件E2以及第二切换开关SW2，第三路径W3串联第三被动元件E3以及第三切换开关SW3。另外，在本发明中，第一被动元件E1、第二被动元件E2以及第三被动元件E3可为电感、电容或电阻，本发明不以为限。在本发明的实施例中，第一被动元件E1、第二被动元件E2以及第三被动元件E3皆以电容来示例，且三者的电容值分别为47pF、56pF、68pF。因此，电子装置D可利用第一被动元件E1、第二被动元件E2以及第三被动元件E3的设置而调整天线结构T的操作频带、阻抗匹配和/或辐射效率。

继续参阅图4所示，在本发明中，切换电路7可包含四种操作模式，分别为第一模式、第二模式、第三模式以及第四模式。电子装置D还可进一步包括一控制电路R。控制电路R可控制切换电路7切换于多个模式中的其中之一，以调整天线结构T的操作频带。具体来说，第一模式为第二辐射件2通过信号传导路径W而电性连接至控制电路R，此时分别位于第一路径至第三路径W1～W3上的第一切换开关至第三切换开关SW1～SW3为非导通状态。第二模式为第二辐射件2通过第一路径W1而接地，此时位于第一路径W1的第一切换开关SW1为导通状态，而分别位于第二路径及第三路径W2、W3上的第二切换开关及第三切换开关SW2、SW3为非导通状态。第三模式为第二辐射件2通过第二路径W2而接地，此时位于第二路径W2的第二切换开关SW2为导通状态，而分别位于第一路径及第三路径W1、W3上的第一切换开关及第三切换开关SW1、SW3为非导通状态。第四模式为第二辐射件2通过第三路径W3而接地，此时位于第三路径W3的第三切换开关SW3为导通状态，而分别位于第一路径及第二路径W1、W2上的第一切换开关及第二切换开关SW1、SW2为非导通状态。

参阅图4与图5所示，图5为本发明的天线结构在不同操作模式下的增益曲线示意图。图5中的曲线M1为电子装置D在第一模式的情况下的增益曲线，曲线M2为电子装置D在第二模式(搭配具有电容值为68pF的第一被动元件E1)的情况下的增益曲线，曲线M3为电子装置D在第三模式(搭配具有电容值为47pF的第二被动元件E2)的情况下的增益曲线，曲线M4为电子装置D在第四模式(搭配具有电容值为56pF的第三被动元件E3)的情况下的增益曲线。举例来说，当切换电路7切换至一第一模式时，天线结构T所产生的操作频带具有一第一中心频率。当切换电路7切换至一第二模式时，天线结构T所产生的操作频带具有一第二中心频率。第一中心频率与第二中心频率相异。因此，本发明通过切换电路7切换分别搭配不同电容(47pF～68pF)的不同传输路径(信号传导路径W、第一路径W1、第二路径W2以及第三路径W3)，来调整第一操作频带的中心频率，使第一操作频带增加617MHz至698MHz的频宽，并且使第一操作频带的整体频率范围介于617MHz至960MHz。

此外，本发明通过近接感测电路8的设置，将第二辐射件2视为一感测电极(Sensorpad)，以供近接感测电路8测量物体(例如使用者的腿部或是其他部位)与天线结构T之间的距离。藉此，电子装置D可具有用于感测人体是否接近天线结构T的功能，进而能调整天线结构T的辐射功率，避免生物体单位质量对电磁波能量比吸收率(Specific AbsorptionRate，SAR)过高的问题。

[实施例的有益效果]

本发明通过第二辐射件2的第一支臂21与第一辐射部11彼此分离且相互耦合而产生一频率范围介于617MHz至916MHz之间的第一操作频带，并且配合第一电容元件5、第二电容元件6以及电感元件9所组成的匹配电路的优化设计，再搭配整合模块P内的切换电路7中切换不同的操作模式，达到增加天线频宽以及提升天线效率的效果，解决现有技术中的天线结构在低频范围的频宽不足的问题。

更进一步来说，本发明通过第二辐射部12与馈入部14的第二区段142相耦合而产生一频率范围介于4200MHz至5000MHz之间的第二操作频带，以及第三辐射部13与接地部15的第五区段152相耦合而产生一频率范围介于5000MHz至6000MHz之间的第三操作频带。此外，由于馈入部14与接地部15是设置在基板S的第一表面S1，第二辐射部12与第三辐射部13是设置在基板S的第二表面S2，因此本发明能够藉由调整基板S的厚度来达到有效耦合匹配。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等同技术变化，均包含于本发明的权利要求书的范围内。