天线结构

摘要

一种天线结构。该天线结构包括：一第一偶极天线组件、一封闭回路导体以及一反射面；该第一偶极天线组件发射一第一电磁信号；该封闭回路导体邻近于该第一偶极天线组件；该反射面用于反射来自于该第一偶极天线组件的该第一电磁信号，以提升该天线结构的整体增益；其中该第一偶极天线组件大致介于该封闭回路导体和该反射面之间，或是该封闭回路导体大致介于该第一偶极天线组件和该反射面之间。本发明可有效缩限辐射部与反射面之间的距离，使其适于应用在各种小型化的移动装置中，并可提升天线结构的整体增益。

权利要求

1.一种天线结构，该天线结构包括：

一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件发射一第一电磁信号；

一封闭回路导体，该封闭回路导体邻近于该第一偶极天线组件；以及一反射面，该反射面用于反射来自于该第一偶极天线组件的该第一电磁信号，以提升该天线结构的整体增益；

其中该第一偶极天线组件大致介于该封闭回路导体和该反射面之间，或是该封闭回路导体大致介于该第一偶极天线组件和该反射面之间；

其中该封闭回路导体和该第一偶极天线组件之间的互相耦合效应使得该第一偶极天线组件和该反射面之间的一距离缩短。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一偶极天线组件和该反射面之间的该距离为该第一偶极天线组件的一中心工作频率的0.125倍波长。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一偶极天线组件和该封闭回路导体之间的一距离介于1mm至2mm之间。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中该封闭回路导体的长度为该第一偶极天线组件的一中心工作频率的1.1倍至1.7倍波长。

5.如权利要求1所述的天线结构，其中该封闭回路导体大致为一正方形，该第一偶极天线组件在该封闭回路导体上具有一垂直投影，而该垂直投影大致对齐于该正方形的一对角线。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中该封闭回路导体大致为一圆形，该第一偶极天线组件在该封闭回路导体上具有一垂直投影，而该垂直投影大致对齐于该圆形的一直径。

7.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一偶极天线组件包括至少四辐射支路，以涵盖双工作频带。

8.如权利要求1所述的天线结构，还包括：

一第二偶极天线组件，该第二偶极天线组件大致垂直于该第一偶极天线组件，并发射一第二电磁信号，其中该封闭回路导体还邻近于该第二偶极天线组件，该反射面还用于反射来自于该第二偶极天线组件的该第二电磁信号，而该天线结构还具有双线性极化方向。

9.如权利要求8所述的天线结构，其中该第二偶极天线组件包括至少四辐射支路，以涵盖双工作频带。

10.一种天线结构，该天线结构包括：

一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件用以发射一第一电磁信号；以及一反射面，该反射面具有一封闭回路槽孔，其中该反射面用于反射来自于该第一偶极天线组件的该第一电磁信号，以提升该天线结构的整体增益；

其中该反射面包括位于该封闭回路槽孔以外的一外环部分，而该外环部分和该第一偶极天线组件之间的互相耦合效应使得该第一偶极天线组件和该反射面之间的一距离缩短。

11.如权利要求10所述的天线结构，其中该第一偶极天线组件和该反射面之间的该距离为该第一偶极天线组件的一中心工作频率的0.125倍波长。

12.如权利要求10所述的天线结构，其中该封闭回路槽孔的长度为该第一偶极天线组件的一中心工作频率的0.8倍至1.2倍波长。

13.如权利要求10所述的天线结构，其中该封闭回路槽孔大致为一正方形，该第一偶极天线组件在该反射面上具有一垂直投影，而该垂直投影大致对齐于该正方形的一对角线。

14.如权利要求10所述的天线结构，其中该封闭回路槽孔大致为一圆形，该第一偶极天线组件在该反射面上具有一垂直投影，而该垂直投影大致对齐于该圆形的一直径。

15.如权利要求10所述的天线结构，其中该第一偶极天线组件包括至少四辐射支路，以涵盖双工作频带。

16.如权利要求10所述的天线结构，还包括：

一第二偶极天线组件，该第二偶极天线组件大致垂直于该第一偶极天线组件，并发射一第二电磁信号，其中该反射面还用于反射来自于该第二偶极天线组件的该第二电磁信号，而该天线结构还具有双线性极化方向。

17.如权利要求16所述的天线结构，其中该第二偶极天线组件包括至少四辐射支路，以涵盖双工作频带。

说明书

天线结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种天线结构，特别涉及一种包括偶极天线组件（Dipole Antenna Element）的指向性天线结构（Directional Antenna Structure）。

背景技术

[0002] 随着移动通信技术的发展，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，长期演进）系统及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、
1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的频带进行通信，而有些则涵盖短距离的无线通信范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth（蓝牙）以及WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入）系统使用2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通信。

[0003] 由于移动装置内部空间有限，故其中用于无线通信的天线结构必须尽可能地缩小其尺寸。传统的高指向性天线结构往往受限于其辐射部与反射面之间的距离过大，因此无法应用于各种小型化的移动装置中。

[0004] 从而，需要提供一种天线结构来解决上述问题。

发明内容

[0005] 本发明提供一种天线结构，该天线结构包括：一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件发射一第一电磁信号；一封闭回路导体，该封闭回路导体邻近于该第一偶极天线组件；以及一反射面，该反射面用于反射来自于该第一偶极天线组件的该第一电磁信号，以提升该天线结构的整体增益；其中该第一偶极天线组件大致介于该封闭回路导体和该反射面之间，或是该封闭回路导体大致介于该第一偶极天线组件和该反射面之间。

[0006] 另外，本发明提供一种天线结构，该天线结构包括：一第一偶极天线组件，该第一偶极天线组件用以发射一第一电磁信号；以及一反射面，该反射面具有一封闭回路槽孔，其中该反射面用于反射来自于该第一偶极天线组件的该第一电磁信号，以提升该天线结构的整体增益。

[0007] 本发明可有效缩限辐射部与反射面之间的距离，使其适于应用在各种小型化的移动装置中，并可提升天线结构的整体增益。

附图说明

[0008] 图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0009] 图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图；

[0010] 图3A显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0011] 图3B显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0012] 图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0013] 图5显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0014] 图6显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0015] 图7显示根据本发明一实施例所述的天线结构的返回损失图；

[0016] 图8显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；

[0017] 图9显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图；以及

[0018] 图10显示根据本发明一实施例所述的天线结构的示意图。

[0019] 主要组件符号说明：

[0020] 100、300、350、400、500、600、800、900、950～天线结构；

[0021] 110、410～第一偶极天线组件；

[0022] 111、411～正馈入点；

[0023] 112、412～负馈入点；

[0024] 120、320、370～封闭回路导体；

[0025] 130、630、830～反射面；

[0026] 413、414、415、416～辐射支路；

[0027] 520～第二偶极天线组件；

[0028] 631～反射面的外环部分；

[0029] 632～反射面的内环部分；

[0030] 635、835～反射面的封闭回路槽孔；

[0031] CC1、CC2、CC3、CC4～曲线；

[0032] D1、D3～第一或第二偶极天线组件和反射面之间的距离；

[0033] D2～第一或第二偶极天线组件和封闭回路导体之间的距离；

[0034] S1～第一电磁信号；

[0035] S2～第二电磁信号；

[0036] W1～封闭回路槽孔的宽度；以及

[0037] X、Y、Z～坐标轴方向。

具体实施方式

[0038] 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，并配合所附附图，作详细说明如下。

[0039] 图1显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的示意图。天线结构100可以设置于一移动装置中，例如：一智能型手机（Smart  Phone）、一平板计算机（Tablet Computer），或是一笔记本型计算机（Notebook Computer）。另外，天线结构100亦可独立地设置成为一外接式天线模块，其可耦接至一电子装置。天线结构100还可耦接至该移动装置或该电子装置的一通信模块，以提供无线通信功能。如图1所示，天线结构100至少包括：一第一偶极天线组件110、一封闭回路导体（Closed Loop Conductor）120以及一反射面（Reflection Plane）130。第一偶极天线组件110可以包括朝向相反方向延伸的二辐射导体，其中每一辐射导体的长度约为第一偶极天线组件110的一中心工作频率的0.25倍波长。第一偶极天线组件110具有一正馈入点111和一负馈入点112，它们分别耦接至一信号源的一正极和一负极。第一偶极天线组件110由该信号源所激发，并发射一第一电磁信号S1。反射面130可以是一金属接地面。反射面130的尺寸通常远大于第一偶极天线组件110的尺寸和封闭回路导体120的尺寸。在一些实施例中，反射面130可以设置于一介质基板上，例如：
一FR4（Flame Retardant（阻燃剂）4）基板。反射面130用于反射来自于第一偶极天线组件
110的第一电磁信号S1，以提升天线结构100的整体增益（Gain）。

[0040] 封闭回路导体120邻近于第一偶极天线组件110。在图1的实施例中，第一偶极天线组件110可以大致介于封闭回路导体120和反射面130之间。在其他实施例中，封闭回路导体120亦可大致介于第一偶极天线组件110和反射面130之间。在图1的实施例中，封闭回路导体120大致为一正方形，其中第一偶极天线组件110在封闭回路导体120上具有一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而该垂直投影大致对齐于该正方形的一对角线（例如，该垂直投影的长度可以约等于该对角线的长度）。当第一偶极天线组件110被激发时，封闭回路导体120和第一偶极天线组件110之间的互相耦合效应（Mutual Coupling Effect）可以使得第一偶极天线组件110和反射面130之间的一距离D1有效地缩短。举例来说，在图1的实施例中，第一偶极天线组件110和反射面130之间的距离D1可以约为第一偶极天线组件
110的一中心工作频率的0.125倍波长（λ/8），其相比传统设计的0.25倍波长（λ/4）缩小许多。

[0041] 在一些实施例中，封闭回路导体120的长度约为第一偶极天线组件110的一中心工作频率的1.1倍至1.7倍波长，且较佳约为1.414倍波长（例如，408mm）。在一些实施例中，封闭回路导体120的宽度约介于1mm至2mm之间。在一些实施例中，第一偶极天线组件110和反射面130之间的距离D1约为30mm。在一些实施例中，第一偶极天线组件110和封闭回路导体120之间的一距离D2约介于1mm至2mm之间。在一些实施例中，反射面130的长度和宽度皆约为160mm。

[0042] 图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的返回损失（Return Loss）图。在图2的实施例中，曲线CC1代表天线结构100未包括封闭回路导体120时的返回损失，而曲线CC2代表天线结构100已包括封闭回路导体120时（如图1所示）的返回损失。根据图2的结果可知，在纳入封闭回路导体120之后，天线结构100的工作带宽将明显地增加。由于封闭回路导体120和第一偶极天线组件110之间的互相耦合效应可以改变第一偶极天线组件110的输入阻抗（Input Impedance），故封闭回路导体120可用于调整第一偶极天线组件110和反射面130之间的距离D1，进而缩小天线结构100的整体尺寸。因此，本发明的天线结构可兼得提高天线增益以及缩小天线尺寸的双重优势，使其适合应用于各种小型化的电子装置或是移动装置。

[0043] 除了前述设计方式以外，本发明的天线结构还可包括具有其他形状的偶极天线组件和封闭回路导体。请参考下列实施例所述。

[0044] 图3A显示根据本发明一实施例所述的天线结构300的示意图。图3A和图1相似。在图3A的实施例中，天线结构300的一封闭回路导体320大致为一圆形。第一偶极天线组件110在封闭回路导体320上具有一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而该垂直投影大致对齐于该圆形的一直径（例如，该垂直投影的长度可以约等于该直径的长度）。图3A的天线结构300的其余特征皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0045] 图3B显示根据本发明一实施例所述的天线结构350的示意图。图3B和图1相似。在图3B的实施例中，天线结构350的一封闭回路导体370大致为十六边星形。第一偶极天线组件110在封闭回路导体370上具有一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而该垂直投影大致对齐于该十六边星形的一对角线（例如，该垂直投影的长度可以约等于该对角线的长度）。图3B的天线结构350的其余特征皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0046] 图4显示根据本发明一实施例所述的天线结构400的示意图。图4和图1相似。在图4的实施例中，天线结构400的一第一偶极天线组件410包括至少四辐射支路413、414、415、416，以涵盖双工作频带。更详细地说，辐射支路413、415皆耦接至第一偶极天线组件410的一正馈入点411，并大致形成一J字形。另外，辐射支路414、416耦接至第一偶极天线组件410的一负馈入点412，并大致形成另一J字形。第一偶极天线组件410的正馈入点411和负馈入点412分别耦接至一信号源的一正极和一负极。当第一偶极天线组件410被激发时，较长的辐射支路413、414共同产生一低频频带，而较短的辐射支路415、416共同产生一高频频带。
必须注意的是，图4的实施例的该低频频带的一中心频率等同于前述实施例所称的第一偶极天线组件110的中心工作频率。图4的天线结构400的其余特征皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0047] 图5显示根据本发明一实施例所述的天线结构500的示意图。图5和图1相似。在图5的实施例中，天线结构500还包括一第二偶极天线组件520。第一偶极天线组件410和第二偶极天线组件520可以分别由不同的二信号源所激发。第二偶极天线组件520大致垂直于第一偶极天线组件410，并发射一第二电磁信号S2。封闭回路导体120亦可邻近于第二偶极天线组件520，而反射面130亦可用于反射来自于第二偶极天线组件520的第二电磁信号S2。封闭回路导体120和第二偶极天线组件520之间的互相耦合效应亦可使得第二偶极天线组件520和反射面130之间的距离D1有效地缩短。在图5的实施例中，第二偶极天线组件520与第一偶极天线组件410完全相同（例如，详细结构可如图4所示），其差异仅在于第二偶极天线组件520还旋转了约90度。在其他实施例中，第二偶极天线组件520和第一偶极天线组件410亦可各自与图1所示的第一偶极天线组件110（仅包括二辐射支路）相同，而其间夹角约为90度。
在图5的实施例中，封闭回路导体120大致为一正方形。第一偶极天线组件410在封闭回路导体120上具有一第一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而第二偶极天线组件
520在封闭回路导体120上具有一第二垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），其中该第一垂直投影和该第二垂直投影分别大致对齐于该正方形的二垂直对角线。由于第二偶极天线组件520和第一偶极天线组件410大致正交，天线结构500将可具有双线性极化方向，有助于接收或传送不同方向的电磁信号。图5的天线结构500的其余特征皆与图1的天线结构100相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0048] 图6显示根据本发明一实施例所述的天线结构600的示意图。如图6所示，天线结构600至少包括：一第一偶极天线组件110以及一反射面630。第一偶极天线组件110可以由一信号源所激发，并发射一第一电磁信号S1。第一偶极天线组件110的详细结构可如图1的实施例所述。反射面630可以是一金属接地面，而其尺寸通常远大于第一偶极天线组件110的尺寸。在一些实施例中，反射面630可以设置于一介质基板上，例如：一FR4基板。反射面630用于反射来自于第一偶极天线组件110的第一电磁信号S1，以提升天线结构600的整体增益。反射面630具有一封闭回路槽孔（Closed Loop Slot）635。更详细地说，反射面630包括位于封闭回路槽孔635以外的一外环部分631，以及位于封闭回路槽孔635以内的一内环部分632，其中外环部分631和内环部分632由封闭回路槽孔635所完全隔离开。在图6的实施例中，封闭回路槽孔635大致为一正方形，其中第一偶极天线组件110在反射面630上具有一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而该垂直投影大致对齐于该正方形的一对角线（例如，该垂直投影的长度可以大于该对角线的长度）。当第一偶极天线组件110被激发时，反射面630的外环部分631和第一偶极天线组件110之间的互相耦合效应可以使得第一偶极天线组件110和反射面630之间的一距离D3有效地缩短。举例来说，在图6的实施例中，第一偶极天线组件110和反射面630之间的距离D3可以约为第一偶极天线组件110的一中心工作频率的0.125倍波长（λ/8），其相比传统设计的0.25倍波长（λ/4）缩小许多。在其他实施例中，反射面630的内环部分632亦可省略，使得反射面630大致形成一中空结构。

[0049] 在一些实施例中，封闭回路槽孔635的长度约为第一偶极天线组件110的一中心工作频率的0.8倍至1.2倍波长，且较佳约为1倍波长（例如，288mm）。在一些实施例中，封闭回路槽孔635的宽度W1约介于1mm至2mm之间。在一些实施例中，第一偶极天线组件110和反射面630之间的距离D3约为30mm。在一些实施例中，反射面630的长度和宽度皆约为160mm。

[0050] 图7显示根据本发明一实施例所述的天线结构600的返回损失图。在图7的实施例中，曲线CC3代表天线结构600的反射面630未具有封闭回路槽孔635时的返回损失，而曲线CC4代表天线结构600的反射面630已具有封闭回路槽孔635时（如图6所示）的返回损失。根据图7的结果可知，在封闭回路槽孔635形成于反射面630内之后，天线结构600的工作带宽将明显地增加。由于反射面630的外环部分631和第一偶极天线组件110之间的互相耦合效应可以改变第一偶极天线组件110的输入阻抗，故反射面630的外环部分631可用于调整第一偶极天线组件110和反射面630之间的距离D3，进而缩小天线结构600的整体尺寸。就天线操作原理而言，图6的反射面630的外环部分631的功用可大致等同于图1的封闭回路导体120的功用，故图6和图1的实施例均可达到相似的操作效果。

[0051] 除了前述设计方式以外，本发明的天线结构还可包括具有其他形状的偶极天线组件和封闭回路槽孔。请参考下列实施例所述。

[0052] 图8显示根据本发明一实施例所述的天线结构800的示意图。图8和图6相似。在图8的实施例中，天线结构800的一反射面830的一封闭回路槽孔835大致为一圆形。第一偶极天线组件110在反射面830上具有一垂直投影（投影面的法向量平行于坐标轴方向Z），而该垂直投影大致对齐于该圆形的一直径（例如，该垂直投影的长度可以大于该直径的长度）。图8的天线结构800的其余特征皆与图6的天线结构600相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0053] 图9显示根据本发明一实施例所述的天线结构900的示意图。图9和图6相似。在图9的实施例中，天线结构900的一第一偶极天线组件410包括至少四辐射支路413、414、415、416，以涵盖双工作频带。第一偶极天线组件410的详细结构可如图4的实施例所述。图9的天线结构900的其余特征皆与图6的天线结构600相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0054] 图10显示根据本发明一实施例所述的天线结构950的示意图。图10和图6相似。在图10的实施例中，天线结构950还包括一第二偶极天线组件520。第二偶极天线组件520与第一偶极天线组件410完全相同，其差异仅在于第二偶极天线组件520还旋转了约90度。第一偶极天线组件410和第二偶极天线组件520的详细结构可如图1、图4、图5的实施例所述。第二偶极天线组件520大致垂直于第一偶极天线组件410，并发射一第二电磁信号S2。反射面630亦可用于反射来自于第二偶极天线组件520的第二电磁信号S2。反射面630的外环部分
631和第二偶极天线组件520之间的互相耦合效应亦可使得第二偶极天线组件520和反射面
630之间的距离D3有效地缩短。由于第二偶极天线组件520和第一偶极天线组件410大致正交，天线结构950将可具有双线性极化方向，有助于接收或传送不同方向的电磁信号。图10的天线结构950的其余特征皆与图6的天线结构600相似，故此二实施例均可达到相似的操作效果。

[0055] 值得注意的是，以上所述的组件尺寸、组件参数以及组件形状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。另外，本发明的天线结构并不仅限于图1-图10所图示的状态。本发明可以仅包括图1-图10的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的天线结构中。

[0056] 在本说明书以及权利要求书的范围中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”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。

[0057] 本发明虽以较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明的范围，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视所附的权利要求书的范围所界定者为准。