TWI897151B

TWI897151B - 天線結構

Info

Publication number: TWI897151B
Application number: TW112149040A
Authority: TW
Inventors: 戴志峰; 王癸程; 姚德劭
Original assignee: 啓碁科技股份有限公司
Priority date: 2023-12-15
Filing date: 2023-12-15
Publication date: 2025-09-11
Also published as: US20250202122A1; TW202527373A

Abstract

一種天線結構，包括：一金屬機構件、一接地元件、一第一輻射部、一第二輻射部，以及一介質基板。金屬機構件具有一槽孔。接地元件係耦接至金屬機構件。第一輻射部係耦接至一饋入點，其中第一輻射部更耦接至接地元件上之一接地點。第二輻射部係耦接至饋入點，其中第二輻射部係鄰近於第一輻射部。介質基板係鄰近於金屬機構件之槽孔，其中接地元件、第一輻射部，以及第二輻射部皆設置於介質基板上。

Description

天線結構

本發明係關於一種天線結構，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頻寬(Bandwidth)不足，則很容易造成行動裝置之通訊品質下降。因此，如何設計出小尺寸、寬頻帶之天線元件，對天線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：一金屬機構件，具有一槽孔；一接地元件，耦接至該金屬機構件；一第一輻射部，耦接至一饋入點，其中該第一輻射部更耦接至該接地元件上之一接地點；一第二輻射部，耦接至該饋入點，其中該第二輻射部係鄰近於該第一輻射部；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該接地元件、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該介質基板上。

在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔為一開口槽孔。

在一些實施例中，該金屬機構件之該槽孔係呈現一直條形或一L字形。

在一些實施例中，該饋入點係與該金屬機構件之該槽孔之一邊緣互相對齊。

在一些實施例中，該接地點係位於該金屬機構件之該槽孔之內部。

在一些實施例中，該第一輻射部包括一較窄部份和一較寬部份，該較窄部份係耦接至該饋入點，而該較寬部份係耦接至該接地點。

在一些實施例中，該第二輻射部和該第一輻射部之該較窄部份之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係介於0.2mm至0.7mm之間。

在一些實施例中，該第二輻射部和該第一輻射部之該較寬部份之間形成一第二耦合間隙，而該第二耦合間隙之寬度係介於0.2mm至3mm之間。

在一些實施例中，該接地元件和該第一輻射部之該較寬部份之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.2mm至1mm之間。

在一些實施例中，該第二輻射部係設置於該第一輻射部和該接地元件之間。

在一些實施例中，若參考該接地點，則該金屬機構件之該槽孔將被劃分為一較短部份和一較長部份。

在一些實施例中，該天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶。

在一些實施例中，該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至7125MHz之間。

在一些實施例中，該槽孔之該較長部份之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。

在一些實施例中，該槽孔之該較短部份之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，該第一輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.5倍波長。

在一些實施例中，該第二輻射部之長度係介於3mm至7mm之間。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一第三輻射部，耦接至該第一輻射部之該較窄部份，其中該第一輻射部之該較窄部份係設置於該第三輻射部和該第二輻射部之間。

在一些實施例中，該第三輻射部之長度係介於2mm至6mm之間。

在一些實施例中，該天線結構更包括：一第四輻射部，耦接至該第一輻射部之該較寬部份。

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或(且)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或(且)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100之俯視圖。第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之一部份元件之視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之另一部份元件之視圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構100之側視圖。請一併參考第1、2A、3、4圖。天線結構100可以應用於一行動裝置(Mobile Device)當中，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。在第1、2A、3、4圖之實施例中，天線結構100包括：一金屬機構件(Metal Mechanism Element)110、一接地元件(Ground Element)130、一第一輻射部(Radiation Element)140、一第二輻射部150，以及一介質基板(Dielectric Substrate)160，其中接地元件130、第一輻射部140，以及第二輻射部150皆可用金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。

例如，金屬機構件110可為筆記型電腦之一金屬背蓋，但亦不僅限於此。金屬機構件110具有一槽孔(Slot)120，其中金屬機構件110之槽孔120可大致呈現一直條形。詳細而言，槽孔120可為一開口槽孔(Open Slot)並具有互相遠離之一開口端(Open End)121和一閉口端(Closed End)122。另外，槽孔120還可具有彼此相對之二個邊緣(Edge)123、126。在一些實施例中，天線結構100還可包括一非導體材質(未顯示)，其可填充於金屬機構件110之槽孔120中，以達成防水或防塵之功能。

介質基板160可為一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)。介質基板160可具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2，其中接地元件130、第一輻射部140，以及第二輻射部150皆可設置於介質基板160之第一表面E1上，而介質基板160之第二表面E2則可鄰近於金屬機構件110之槽孔120。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)，亦可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，介質基板160之第二表面E2係與金屬機構件110直接互相貼合，使得介質基板160可至少部份覆蓋住金屬機構件110之槽孔120。

接地元件130係耦接至金屬機構件110。接地元件130之形狀在本發明中並不特別作限制。例如，接地元件130可藉由一接地銅箔(Ground Copper Foil)來實施，其可由介質基板160之第一表面E1上延伸至金屬機構件110上。在一些實施例中，接地元件130更可用於提供一接地電位(Ground Voltage)VSS。

第一輻射部140具有一第一端141和一第二端142，其中第一輻射部140之第一端141係耦接至一饋入點(Feeding Point)FP，而第一輻射部140之第二端142係耦接至接地元件130上之一接地點(Grounding Point)GP。饋入點FP更可耦接至一信號源(Signal Source)(未顯示)。例如，前述之信號源可以是一射頻(Radio Frequency，RF)模組，其可用於激發天線結構100。詳細而言，第一輻射部140可包括鄰近於第一端141處之一較窄部份(Narrow Portion)144，以及鄰近於第二端142處之一較寬部份(Wide Portion)145，其中較窄部份144更可耦接至饋入點FP，而較寬部份145更可耦接至接地點GP。在一些實施例中，第一輻射部140在金屬機構件110上具有一第一垂直投影(Vertical Projection)，其中此第一垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。在一些實施例中，第一輻射部140可以大致呈現一不等寬L字形，但亦不僅限於此。

第二輻射部150係設置於第一輻射部140和接地元件130之間。第二輻射部150具有一第一端151和一第二端152，其中第二輻射部150之第一端151係耦接至饋入點FP，而第二輻射部150之第二端152為一開路端(Open End)。第二輻射部150係鄰近於第一輻射部140，其中第二輻射部150和第一輻射部140之較窄部份144之間可形成一第一耦合間隙(Coupling Gap)GC1，而第二輻射部150和第一輻射部140之較寬部份145之間則可形成一第二耦合間隙GC2。另外，接地元件110和第一輻射部140之較寬部份145之間還可形成一第三耦合間隙GC3。在一些實施例中，第二輻射部150在金屬機構件110上具有一第二垂直投影，其中此第二垂直投影可與金屬機構件110之槽孔120至少部份重疊。在一些實施例中，第二輻射部150可以大致呈現一較短直條形，但亦不僅限於此。

在一些實施例中，前述之饋入點FP可藉由耦接至信號源之一饋入金屬片(Feeding Metal Piece)來實施，而此饋入金屬片還可分別耦接至第一輻射部140之第一端141和第二輻射部150之第一端151。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，天線結構100更包括耦接至信號源之一同軸電纜線(Coaxial Cable)，其中此同軸電纜線之一中心導體(Central Conductor)包括一分叉饋入部(Bifurcated Feeding Element)，以分別饋入至第一輻射部140之第一端141和第二輻射部150之第一端151。必須理解的是，此處之分叉饋入部亦可被視為前述之饋入點FP。

如第2A圖所示，饋入點FP和接地點GP之位置可代表它們在金屬機構件110上之投影點(Projection Point)。在一些實施例中，饋入點FP可與金屬機構件110之槽孔120之邊緣123互相對齊。換言之，饋入點FP之投影點可恰好位於槽孔120之邊緣123上。另外，接地點GP或其投影點則可位於金屬機構件110之槽孔120之內部。若參考接地點GP，則金屬機構件110之槽孔120將可被劃分為鄰近於開口端121處之一較短部份124和鄰近於閉口端122處之一較長部份125。亦即，接地點GP可恰好位於槽孔120之較短部份124和較長部份125兩者之交界處。

第5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5圖之量測結果，天線結構100可涵蓋一第一頻帶(Frequency Band)FB1和一第二頻帶FB2。例如，第一頻帶FB1可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB2可介於5150MHz至7125MHz之間。因此，天線結構100將至少可支援WLAN(Wireless Local Area Network)、Wi-Fi 6E，以及Wi-Fi 7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。因為使用接地點GP之設計，金屬機構件110之槽孔120將可對應天線結構100之不同操作頻帶。在金屬機構件110當中，槽孔120之較短部份124可激發產生前述之第二頻帶FB2，而槽孔120之較長部份125則可激發產生前述之第一頻帶FB1。根據實際量測結果，第一輻射部140和第二輻射部150之配置還可用於微調前述之第二頻帶FB2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。在金屬機構件110當中，槽孔120之較短部份124之長度LS1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)，槽孔120之較長部份125之長度LS2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)，而槽孔120之寬度WS可介於1mm至3mm之間(例如：約2mm)。第一輻射部140之長度L1可以大致等於天線結構100之第二頻帶FB2之0.5倍波長(λ/2)。第二輻射部150之長度L2可以介於3mm至7mm之間(例如：約7mm)。第一耦合間隙GC1之寬度可以介於0.2mm至0.7mm之間(例如：約0.2mm)。第二耦合間隙GC2之寬度可介於0.2mm至3mm之間(例如：約0.2mm)。第三耦合間隙GC3之寬度可以介於0.2mm至1mm之間(例如：約0.5mm)。介質基板160之高度H1可以介於2mm至4mm之間(例如：約3mm)。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，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2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構200之一部份元件之視圖。第2B圖和第2A圖相似。在第2B圖之實施例中，天線結構200之一金屬機構件210更包括一側壁元件(Sidewall Element)215。因此，金屬機構件210之一槽孔220可以大致呈現立體式之一L字形，其更可延伸至側壁元件215上。根據實際量測結果，此種L字形之槽孔設計還能進一步微縮天線結構200之整體尺寸。第2B圖之天線結構200之其餘特徵皆與第2A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。

第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構600之俯視圖。第6圖和第1圖相似。在第6圖之實施例中，天線結構600之一介質基板660具有更大之高度H2，而天線結構600更包括一第三輻射部670和一第四輻射部680。詳細而言，第三輻射部670具有一第一端671、一第二端672，以及一側邊673，其中第三輻射部670之第一端671和第二端672各自為一開路端，而第三輻射部670之側邊673係耦接至第一輻射部140之較窄部份144。例如，第一輻射部140之較窄部份144可設置於第三輻射部670和第二輻射部150之間。另外，第四輻射部680具有一第一端681和一第二端682，其中第四輻射部680之第一端681係耦接至第一輻射部140之較寬部份145，而第四輻射部680之第二端682為一開路端。例如，第四輻射部680之第二端682和第一輻射部140之第二端142兩者可大致朝相反且互相遠離之方向作延伸。在一些實施例中，介質基板660之高度H2可以介於4mm至5mm之間(例如：約4.4mm)，第三輻射部670之長度L3可介於2mm至6mm之間(例如：約6mm)，而第四輻射部680之長度L4可介於1mm至2mm之間(例如：約1.4mm)。在一些實施例中，第三輻射部670可以大致呈現一較長直條形(相較於第二輻射部150而言)，而第四輻射部680可以大致呈現一矩形或一正方形，但亦不僅限於此。

第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構600之電壓駐波比圖，其中橫軸代表操作頻率(MHz)，而縱軸代表電壓駐波比。根據第7圖之量測結果，天線結構600可涵蓋一第一頻帶FB3和一第二頻帶FB4。例如，第一頻帶FB3可介於2400MHz至2500MHz之間，而第二頻帶FB4可介於5150MHz至7125MHz之間。根據第7圖和第5圖之比較結果可知，第三輻射部670和第四輻射部680之加入還可進一步改善第二頻帶FB4之阻抗匹配，使得天線結構600於第二頻帶FB4內之輻射效率(Radiation Efficiency)能夠更行提升。第6圖之天線結構600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、高輻射效率，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1-7圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-7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。

100,200,600:天線結構 110,210:金屬機構件 120,220:槽孔 121:槽孔之開口端 122:槽孔之閉口端 123,126:槽孔之邊緣 124:槽孔之較短部份 125:槽孔之較長部份 130:接地元件 140:第一輻射部 141:第一輻射部之第一端 142:第一輻射部之第二端 144:第一輻射部之較窄部份 145:第一輻射部之較寬部份 150:第二輻射部 151:第二輻射部之第一端 152:第二輻射部之第二端 160,660:介質基板 215:側壁元件 670:第三輻射部 671:第三輻射部之第一端 672:第三輻射部之第二端 673:第三輻射部之側邊 680:第四輻射部 681:第四輻射部之第一端 682:第四輻射部之第二端 E1:介質基板之第一表面 E2:介質基板之第二表面 FB1,FB3:第一頻帶 FB2,FB4:第二頻帶 FP:饋入點 GC1:第一耦合間隙 GC2:第二耦合間隙 GC3:第三耦合間隙 GP:接地點 H1,H2:高度 LS1,LS2,L1,L2,L3,L4:長度 VSS:接地電位 WS:寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之俯視圖。第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之一部份元件之視圖。第2B圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之一部份元件之視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之另一部份元件之視圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線結構之側視圖。第5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6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之俯視圖。第7圖係顯示根據本發明另一實施例所述之天線結構之電壓駐波比圖。

100:天線結構 110:金屬機構件 120:槽孔 130:接地元件 140:第一輻射部 150:第二輻射部 160:介質基板 FP:饋入點 GP:接地點 VSS:接地電位

Claims

一種天線結構，包括：一金屬機構件，具有一槽孔；一接地元件，耦接至該金屬機構件；一第一輻射部，耦接至一饋入點，其中該第一輻射部更耦接至該接地元件上之一接地點；一第二輻射部，耦接至該饋入點，其中該第二輻射部係鄰近於該第一輻射部；以及一介質基板，鄰近於該金屬機構件之該槽孔，其中該接地元件、該第一輻射部，以及該第二輻射部皆設置於該介質基板上；其中該金屬機構件之該槽孔於參考該接地點後將被劃分為一較短部份和一較長部份；其中該天線結構涵蓋一第一頻帶和一第二頻帶；其中該槽孔之該較短部份之長度係大致等於該第二頻帶之0.25倍波長；其中該第一輻射部之長度係大致等於該第二頻帶之0.5倍波長。
如請求項1所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔為一開口槽孔。
如請求項1所述之天線結構，其中該金屬機構件之該槽孔係呈現一直條形或一L字形。
如請求項1所述之天線結構，其中該饋入點係與該金屬機構件之該槽孔之一邊緣互相對齊。
如請求項1所述之天線結構，其中該接地點係位於該金屬機構件之該槽孔之內部。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一輻射部包括一較窄部份和一較寬部份，該較窄部份係耦接至該饋入點，而該較寬部份係耦接至該接地點。
如請求項6所述之天線結構，其中該第二輻射部和該第一輻射部之該較窄部份之間形成一第一耦合間隙，而該第一耦合間隙之寬度係介於0.2mm至0.7mm之間。
如請求項7所述之天線結構，其中該第二輻射部和該第一輻射部之該較寬部份之間形成一第二耦合間隙，而該第二耦合間隙之寬度係介於0.2mm至3mm之間。
如請求項8所述之天線結構，其中該接地元件和該第一輻射部之該較寬部份之間形成一第三耦合間隙，而該第三耦合間隙之寬度係介於0.2mm至1mm之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部係設置於該第一輻射部和該接地元件之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該第一頻帶係介於2400MHz至2500MHz之間，而該第二頻帶係介於5150MHz至7125MHz之間。
如請求項1所述之天線結構，其中該槽孔之該較長部份之長度係大致等於該第一頻帶之0.25倍波長。
如請求項1所述之天線結構，其中該第二輻射部之長度係介於3mm至7mm之間。
如請求項6所述之天線結構，更包括：一第三輻射部，耦接至該第一輻射部之該較窄部份，其中該第一輻射部之該較窄部份係設置於該第三輻射部和該第二輻射部之間。
如請求項14所述之天線結構，其中該第三輻射部之長度係介於2mm至6mm之間。
如請求項6所述之天線結構，更包括：一第四輻射部，耦接至該第一輻射部之該較寬部份。