申请/专利权人：纬创资通股份有限公司

申请日：2017-07-24

公开（公告）日：2021-06-08

公开（公告）号：CN109256616B

主分类号：H01Q1/38(20060101)

分类号：H01Q1/38(20060101);H01Q1/50(20060101)

优先权：["20170714 TW 106123620"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.06.08#授权;2019.02.22#实质审查的生效;2019.01.22#公开

摘要：本发明公开一种天线结构，包括一介质基板和一金属元件。该金属元件设置于该介质基板上，并包括一传输元件和一辐射元件。一第一三角形挖空区域和一第二三角形挖空区域形成于该辐射元件上。

主权项：1.一种天线结构，包括：介质基板；以及金属元件，设置于该介质基板上，并包括传输元件和辐射元件；其中一第一三角形挖空区域和一第二三角形挖空区域形成于该辐射元件上；其中该天线结构能完整地涵盖介于690MHz至6000MHz之间的一宽频操作频带；其中该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域各自呈现一锐角三角形；其中该锐角三角形具有介于50度至60度之间的一第一内角、介于76度至90度之间的一第二内角，以及介于38度至46度之间的一第三内角；其中该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域不连通，其中该传输元件为一共平面波导CoplanarWaveguide，CPW。

全文数据：天线结构技术领域本发明涉及一种天线结构，特别是涉及一种超宽频Ultra-Wideband的天线结构。背景技术随着移动通讯技术的发达，移动装置在近年日益普遍，常见的例如：手提式电脑、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讯的功能。有些涵盖长距离的无线通讯范围，例如：移动电话使用2G、3G、LTELongTermEvolution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讯范围，例如：Wi-Fi、Bluetooth系统使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的频带进行通讯。由于操作的频率众多，传统设计往往需要多个天线才能涵盖较宽频的范围，此增加了移动装置的校正困难度。因此，实有必要提出一种全新的设计，来克服现有技术所面临的问题。发明内容在优选实施例中，本发明提供一种天线结构，包括：一介质基板；以及一金属元件，设置于该介质基板上，并包括一传输元件和一辐射元件；其中一第一三角形挖空区域和一第二三角形挖空区域形成于该辐射元件上。在一些实施例中，该天线结构能完整地涵盖介于690MHz至6000MHz之间的一宽频操作频带。在一些实施例中，该传输元件为一共平面波导CoplanarWaveguide，CPW。在一些实施例中，该介质基板具有相对的一上表面和一下表面，而该金属元件为平面式且完全位于该介质基板的该上表面上。在一些实施例中，该辐射元件包括一共同部、一第一边缘部、一第二边缘部、一第一接地部，以及一第二接地部，其中该第一三角形挖空区域由该共同部、该第一边缘部，以及该第一接地部所包围，而其中该第二三角形挖空区域由该共同部、该第二边缘部，以及该第二接地部所包围。在一些实施例中，该第一边缘部和该第二边缘部各自呈现一狭长直条形。在一些实施例中，该共同部经由该第一边缘部耦接至该第一接地部，而其中该共同部还经由该第二边缘部耦接至该第二接地部。在一些实施例中，该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域沿着该金属元件的一中心线而两者呈线对称。在一些实施例中，该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域各自呈现一锐角三角形。在一些实施例中，该锐角三角形具有介于50度至60度之间的一第一内角、介于76度至90度之间的一第二内角，以及介于38度至46度之间的一第三内角。附图说明图1A为本发明一实施例所述的天线结构的立体图；图1B为本发明一实施例所述的天线结构的侧视图；图2为本发明一实施例所述的天线结构的电压驻波比图；以及图3为本发明一实施例所述的天线结构的元件尺寸图。符号说明100～天线结构；110～介质基板；120～金属元件；130～传输元件；131～信号馈入部；132～第一信号接地部；133～第二信号接地部；134～第一耦合间隙；135～第二耦合间隙；140～辐射元件；141～共同部；142～第一边缘部；143～第二边缘部；144～第一接地部；145～第二接地部；150～第一三角形挖空区域；160～第一三角形挖空区域；190～信号源；E1～介质基板的第一表面；E2～介质基板的第二表面；FB～宽频操作频带；FP～馈入点；L1、L2～长度；L3～第一边长；L4～第二边长；L5～第三边长；W1、W2、W3、W4～宽度；D1～间距；LL1～中心线；θ1～第一内角；θ2～第二内角；θ3～第三内角；θ4～第一夹角；θ5～第二夹角。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，并配合所附的附图，作详细说明如下。在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。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元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「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连接至该第二装置。图1A显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的立体图。图1B显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的侧视图。请一并参考图1A、图1B。天线结构100可应用于一无反射实验室，以针对移动装置的辐射性能进行校正Calibration。或者，天线结构100也可应用于一无线网络基地台WirelessAccessPointDevice。如图1A、图1B所示，天线结构100包括一介质基板DielectricSubstrate110和一金属元件MetalElement120。介质基板110可为一印刷电路板PrintedCircuitBoard，PCB或一FR4FlameRetardant4基板。金属元件120设置或印刷于介质基板110上，并包括一传输元件TransmissionElement130和一辐射元件RadiationElement140，其中一第一三角形挖空区域TriangularHollowRegion150和一第二三角形挖空区域160形成于辐射元件140上。在辐射元件140的第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160内没有设置任何金属材质。天线结构100可用于涵盖超宽频Ultra-Wideband的操作频带。以下实施例将详细介绍天线结构100的细部特征。必须理解的是，这些附图和叙述仅为举例，并非用于限制本发明。请再次参考图1A、图1B。介质基板110具有相对的一上表面E1和一下表面E2，其中金属元件120为平面式Planar且完全位于介质基板110的上表面E1上。亦即，金属元件120并未延伸至介质基板110的下表面E2上。金属元件120的传输元件130为一共平面波导CoplanarWaveguide，CPW。详细而言，传输元件130包括一信号馈入部SignalFeedingElement131、一第一信号接地部SignalGroundingElement132，以及一第二信号接地部133，其中信号馈入部131和第一信号接地部132之间形成一第一耦合间隙CouplingGap134，而信号馈入部131和第二信号接地部133之间形成一第二耦合间隙135。第一耦合间隙134与前述的第一三角形挖空区域150互相连通，而第二耦合间隙135与前述的第二三角形挖空区域160互相连通。信号馈入部131可为一直条形，其中信号馈入部131与第一信号接地部132和第二信号接地部133完全分离。信号馈入部131的一馈入点FeedingPointFP耦接至一信号源190。信号源190可为一射频RadioFrequency，RF模块，并用于激发天线结构100。辐射元件140包括一共同部CommonElement141、一第一边缘部EdgeElement142、一第二边缘部143、一第一接地部GroundingElement144，以及一第二接地部145。共同部141可呈现一等腰三角形，或可呈现具有二直角的一五边形。第一边缘部142和第二边缘部143可各自呈现一狭长直条形。第一接地部144和第二接地部145可各自呈现一梯形。前述的第一三角形挖空区域150由共同部141、第一边缘部142，以及第一接地部144所包围，而前述的第二三角形挖空区域160由共同部141、第二边缘部143，以及第二接地部145所包围。详细而言，共同部141经由第一边缘部142耦接至第一接地部144，而共同部141还经由第二边缘部143耦接至第二接地部145。另外，辐射元件140的共同部141还可耦接至传输元件130的信号馈入部131，辐射元件140的第一接地部144还可耦接至传输元件130的第一信号接地部132，而辐射元件140的第二接地部145还可耦接至传输元件130的第二信号接地部133。金属元件120可为一线对称图形。例如，第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160可以沿着金属元件120的一中心线LL1而两者呈线对称。相似地，传输元件130和辐射元件140也可各自沿中心线LL1呈线对称。在一些实施例中，第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160各自大致为一锐角三角形。详细而言，此锐角三角形具有一第一内角θ1、一第二内角θ2，以及一第三内角θ3。例如，第一内角θ1可介于50度至60度之间，且较佳为55度；第二内角θ2可介于76度至90度之间，且较佳为83度；第三内角θ3可介于38度至46度之间，且较佳为42度。天线结构100的辐射特性对此锐角三角形的内角变化很敏感。根据实际测量结果，在以上角度范围内，天线结构100可具有最大化的操作频宽及最佳化的阻抗匹配ImpedanceMatching。图2显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的电压驻波比VoltageStandingWaveRatio，VSWR图，其中横轴代表操作频率MHz，而纵轴代表电压驻波比。根据图2的测量结果，天线结构100能完整地涵盖介于690MHz至6000MHz之间的一宽频操作频带FB亦即，在此宽频操作频带FB内，天线结构100的电压驻波比都压在3或2以下，因此，天线结构100可至少支援GSMWCDMATD-SCDMACDMALTETDD-LTEWi-Fi等多频带操作。根据实际测量结果，天线结构100于宽频操作频带FB中的天线效率AntennaEfficiency都在56％以上，此已可满足一般移动通讯装置的实际应用需求。若将天线结构100应用于一无反射实验室，则可在不必更换天线的情况下针对一待测装置DeviceUnderTest，DUT的所有频段都进行校正，此可大幅减少整体校正时间及增加天线测试效率。在天线原理方面，辐射元件140由信号源190通过传输元件130所馈入，其中辐射元件140上可至少激发产生一第一电流路径和一第二电流路径。详细而言，前述的第一电流路径由共同部141经过第一边缘部142再至第一接地部144，而前述的第二电流路径由共同部141经过第二边缘部143再至第二接地部145。由于共同部141和第一接地部144的宽度足够，故第一电流路径可激发产生够广的操作频宽，其中第一边缘部142可于共同部141和第一接地部144之间导引电流通过。相似地，由于共同部141和第二接地部145的结构宽度也足够，故第二电流路径也可激发产生够广的操作频宽，其中第二边缘部143可于共同部141和第二接地部145之间导引电流通过。必须注意的是，传输元件130以共平面波导来实施，可使得辐射元件140的第一接地部144和第二接地部145能参与第一电流路径和第二电流路径；反之，若以传统的微带线MicrostripLine来取代传输元件130，则辐射元件140的第一接地部144和第二接地部145将无法激发产生辐射。相较于传统的槽孔天线Slot或单极天线MonopoleAntenna，本发明的天线结构100能至少涵盖介于690MHz至6000MHz之间的宽频操作频带FB实际上还可涵盖6000MHz至10000MHz的超高频频带，故可有效克服传统设计中天线频宽过于狭小的问题。图3显示根据本发明一实施例所述的天线结构100的元件尺寸图。在图3的实施例中，天线结构100的元件尺寸如下列所述。介质基板110的厚度约为1.6mm。金属元件120的长度L1介于宽频操作频带FB的最低频率的0.4至0.6倍波长之间0.4λ～0.6λ，且较佳为0.5倍波长0.5λ。金属元件120的宽度W1介于宽频操作频带FB的最低频率的0.6至0.7倍波长之间0.6λ～0.7λ，且较佳为0.65倍波长0.65λ。传输元件130的长度L2介于宽频操作频带FB的最低频率的0.2至0.3倍波长之间0.2λ～0.3λ，且较佳为0.22倍波长0.22λ。第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160各自的第一边长L3介于宽频操作频带FB的最低频率的0.3至0.4倍波长之间0.3λ～0.4λ，且较佳为0.38倍波长0.38λ；第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160各自的第二边长L4介于宽频操作频带FB的最低频率的0.3至0.4倍波长之间0.3λ～0.4λ，且较佳为0.31倍波长0.31λ；而第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160各自的第三边长L5介于宽频操作频带FB的最低频率的0.2至0.3倍波长之间0.2λ～0.3λ，且较佳为0.26倍波长0.26λ。信号馈入部131的宽度W2介于3mm至4mm之间，且较佳为3.2mm。第一耦合间隙134和第二耦合间隙135各自的宽度W3都介于0.8mm至1mm之间，且较佳为0.9mm。第一边缘部142和第二边缘部143各自的宽度W4介于1mm至3mm之间，且较佳为2mm。第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160各自与共同部141的边缘的间距D1介于15mm至25mm之间，且较佳为20mm。第一三角形挖空区域150和第二三角形挖空区域160之间形成一第一夹角θ4，其介于115度至105度之间，且较佳为110度。第一三角形挖空区域150和第一耦合间隙134之间或第二三角形挖空区域160和第二耦合间隙135之间形成一第二夹角θ5，其介于76度至90度之间，且较佳为83度。以上尺寸范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化天线结构100的操作频宽和阻抗匹配。本发明提出一种新颖的天线结构，相较于传统设计，其至少具有下列优点：1使用单一天线结构即可涵盖介于690MHz至6000MHz之间的宽频操作频带；2天线结构可仅占用基板的单一表面；以及3天线结构简单，易于生产制造。因此，本发明很适合应用于各种移动装置的辐射特性校正程序当中。值得注意的是，以上所述的元件尺寸、元件形状，以及频率范围都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1A～图3所图示的状态。本发明可以仅包括图1A～图3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当中。在本说明书以及权利要求中的序数，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元件。虽然结合优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

权利要求：1.一种天线结构，包括：介质基板；以及金属元件，设置于该介质基板上，并包括传输元件和辐射元件；其中一第一三角形挖空区域和一第二三角形挖空区域形成于该辐射元件上。2.如权利要求1所述的天线结构，其中该天线结构能完整地涵盖介于690MHz至6000MHz之间的一宽频操作频带。3.如权利要求1所述的天线结构，其中该传输元件为一共平面波导CoplanarWaveguide，CPW。4.如权利要求1所述的天线结构，其中该介质基板具有相对的一上表面和一下表面，而该金属元件为平面式且完全位于该介质基板的该上表面上。5.如权利要求1所述的天线结构，其中该辐射元件包括共同部、第一边缘部、第二边缘部、第一接地部以及第二接地部，其中该第一三角形挖空区域由该共同部、该第一边缘部，以及该第一接地部所包围，而其中该第二三角形挖空区域由该共同部、该第二边缘部，以及该第二接地部所包围。6.如权利要求5所述的天线结构，其中该第一边缘部和该第二边缘部各自呈现一狭长直条形。7.如权利要求5所述的天线结构，其中该共同部经由该第一边缘部耦接至该第一接地部，而其中该共同部还经由该第二边缘部耦接至该第二接地部。8.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域沿着该金属元件的一中心线而两者呈线对称。9.如权利要求1所述的天线结构，其中该第一三角形挖空区域和该第二三角形挖空区域各自呈现一锐角三角形。10.如权利要求9所述的天线结构，其中该锐角三角形具有介于50度至60度之间的一第一内角、介于76度至90度之间的一第二内角，以及介于38度至46度之间的一第三内角。

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