天线结构的制作方法

本发明涉及一种天线结构，特别是关于多频段的天线结构。

背景技术：

天线是一种用来接收或发射无线电波的电子器件，并广泛应用于无线通信产业中。近年来，随着无线通信技术的发展，行动通讯设备多朝向轻、薄、美观的设计发展，而促使应于行动通讯设备的天线也从早期的外露式天线，例如：螺旋天线(helical antenna)，朝向可整合于行动通讯设备内的隐藏式天线发展，例如：单极天线(monopole antenna)、回路天线(loop antenna)、平面倒F型天线(Planar Inverted F Antenna，PIFA)等，以因应行动通讯设备的发展趋势。

然而，由于各地域使用的通讯系统不尽相同，且其操作频带也可能不同，故在一地域可正常存取无线通信网络的行动通讯设备，往往在另一地域内就有可能因行动通讯设备内的天线不支持此地域的通讯系统的操作频带，而无法正常存取无线通信网络。

因此，如何使天线涵盖多个操作频带实为本领域技术人员所欲琢磨的重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于一种以单极天线为基础而可支持多频带的天线结构。

为达上述目的，天线结构包含第一辐射段、馈入点、第二辐射段、接地部、第一耦合段、第二耦合段与第三耦合段。其中，第一辐射段配置成单极天线。馈入点位在第一辐射段的第一端，以接收电流后产生耦合信号。第二辐射段用以接收来自第一辐射段的耦合信号。第二辐射段包含第一区段、第二区段与第三区段。其中，第一区段位在第一辐射段的下方且平行于第一辐射段，以接收来自第一辐射段的第二端的耦合信号。第二区段位在第一辐射段的上方且平行于第一辐射段。第三区段位在第一辐射段的左侧，且耦接于第一区段与第二区段之间。于此，第一区段、第二区段与第三区段共同形成“ㄈ字型”，且第一辐射段的第二端被配置于“ㄈ字型”范围内，以使第一辐射段的耦合信号耦合至第二辐射段。接地部位在第一区段的下方。第一耦合段位在第一辐射段的右侧，并电性连接于接地部与第二区段之间，以接收来自第一辐射段的耦合信号。第二耦合段位在第一辐射段的后侧，且第二耦合段耦接接地部以接收来自第一辐射段的耦合信号。第三耦合段位在第二耦合段的正上方且位于第二区段的后侧，以通过第二辐射段间接接收来自第一辐射段的耦合信号。

相较于现有技术，根据本发明一实施例的天线结构，通过辐射段与耦合段 之间以及辐射段与辐射段之间的耦合效应来提升天线结构的效率，并利用辐射段与耦合段之间以及辐射段与辐射段之间的寄生效应来提升天线结构的带宽，进而得以使天线结构涵盖多个不同的操作频带且于此些频带也可具有良好的效能。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例的天线结构的立体图。

图2为本发明第一实施例的天线结构的另一视角的立体图。

图3为本发明第一实施例的天线结构的前视图。

图4为本发明第一实施例的天线结构的后视图。

图5为本发明第一实施例的天线结构的侧视图。

图6为本发明第二实施例的天线结构的立体图。

图7为本发明一实施例的天线结构操作于低频段的效率示意图。

图8为本发明一实施例的天线结构操作于高频段的效率示意图。

图9为本发明一实施例的天线结构的反射损失示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1至图5。图1为本发明第一实施例的天线结构的立体图，图2为本发明第一实施例的天线结构的另一视角的立体图，图3为本发明第一实施例的天线结构的前视图，图4为本发明第一实施例的天线结构的后视图以及图5为本发明第一实施例的天线结构的侧视图。天线结构1包含第一辐射段11、馈入点A、第二辐射段12、接地部16、第一耦合段13、第二耦合段14与第三耦合段15，其中第一辐射段11即为单极天线(monopole antenna)，第二辐射段12、第一耦合段13、第二耦合段14与第三耦合段15可称为寄生天线，其用以帮助第一辐射段11以不同的操作频率收发信号。

第一辐射段11的馈入点A是设置于第一辐射段11的第一端(如图1所示)。馈入点A可与同轴电缆3相接，以经由同轴电缆3电性连接至射频电路(图未示)，并经由同轴电缆3接收来自射频电路的电流以于第一辐射段11上产生具有一第一共振频率的耦合信号。于此，同轴电缆3包含信号端31与接地端(图未示)，同轴电缆3以其信号端31耦接至馈入点A，且以其接地端耦接至接地部16。

第二辐射段12绕设于第一辐射段11的周围，并与第一辐射段11之间保持适当距离。于此，第二辐射段12因邻近于第一辐射段11而与第一辐射段11之间产生寄生效应，例如：寄生电容、寄生电感等现象，进而改变其等效阻抗来提升天线结构1的带宽。此外，第二辐射段12为天线结构1中的主频结构，用以接收来自第一辐射段11的耦合信号，进而在第二辐射段12上被激发出一第二共振频率。其中，此第二共振频率异于第一共振频率。

第二辐射段12包含第一区段121、第二区段122与第三区段123。如图3所示，第一区段121的高度低于第一辐射段11的高度而位于第一辐射段11的下方，用以接收来自第一辐射段11的第二端的耦合信号。其中，第一区段121的高度是指第一区段121至接地部16之间的最短距离，而第一辐射段11的高度是指第一辐射段11至接地部16之间的最短距离。于此，第一区段121可沿着第一辐射段11的延伸线方向设置而平行于第一辐射段11。

第二区段122的高度则高于第一辐射段11的高度而位于第一辐射段11的上方，且第二区段122是由第一辐射段11的左侧沿着第一辐射段11延伸至第一辐射段11的右侧。其中，第二区段122的高度是指第二区段122至接地部16之间的最短距离。在一些实施例中，第二区段122平行于第一辐射段11。

第三区段123位于第一辐射段11的左侧(由图1来看)，且耦接于第一区段121与第二区段122之间而分别与第一区段121及第二区段122之间形成夹角。在一些实施例中，第三区段123分别与第一区段121及第二区段122之间所形成的夹角较佳为90度。于此，第一区段121、第二区段122与第三区段123可共同形成如“ㄈ字型”的结构。在一些实施例中，第二辐射段12的物理长度大致上为10公分，其中第二辐射段12的物理长度是指第一区段121、第二区段122与第三区段123的总和长度。然本发明并不以此为限。

因此，第一辐射段11的第二端是设置在“ㄈ字型”的凹口范围内，以使第一辐射段11可经由其第二端将耦合信号耦合至第二辐射段12上。

在一些实施例中，第一辐射段11至第二辐射段12的第一区段121的绝对距离是小于第一辐射段11至第二辐射段12的第二区段122的绝对距离，以使第一辐射段11的第二端与第二辐射段12的第一区段121之间的电性耦合能量可更加集中。其中，第一辐射段11至第二辐射段12的第一区段121的绝对距离是指第二辐射段12至第二辐射段12的第一区段121的最短距离，且第一辐射段11至第二辐射段12的第二区段122的绝对距离是指第一辐射段11至第二辐射段12的第二区段122的最短距离。于此，第一辐射段11至第一区段121的绝对距离以及第一辐射段11的第二端至第三区段123的绝对距离大致上可为1毫米(millimeter，mm)，然本发明并不以此为限。

接地部16位于第二辐射段12的第一区段121的下方，用以提供接地信号。在一些实施例中，接地部16可电性连接至应用此天线结构1的电子装置的系统接地端(图未示)，抑或可为电子装置的系统接地端的一部分。

第一耦合段13位于第一辐射段11的右侧(由图1来看)并与第一辐射段11保持适当距离，且电性连接于第二辐射段12的第二区段122与接地部16之间，以接收来自第一辐射段11的耦合信号。因此，第一耦合段13分别与第二辐射段12的第二区段122及接地部16之间形成夹角。在一些实施例中，第一耦合段13与第二辐射段12的第二区段122及接地部16之间所形成的夹角较佳为90度。

于此，第一耦合段13因邻近于第一辐射段11而与第一辐射段11之间产生寄生效应，例如：寄生电容、寄生电感等现象，进而改变其等校阻抗来提升天线结构1的带宽。

而第一辐射段11与第一耦合段13之间所保持的适当距离是指第一辐射段11的第一端至第一耦合段13的绝对距离，也即第一辐射段11的第一端至第一耦合段13的最短距离。于此，第一辐射段11的第一端至第一耦合段13的绝对距离较佳可为1毫米，以强化彼此的电性耦合。

第二耦合段14位在第一辐射段11的后侧，以与第一辐射段11电性耦合。其中，第二耦合段14的一端耦接至接地部16而电性连接至地。于此，第二耦合段14可因邻近于第一辐射段11以及第二辐射段12的第一区段121而可分别于其间产生寄生效应，例如：寄生电容、寄生电感等现象，进而改变其等校阻抗来提升天线结构1的带宽。

于此，第二耦合段14可接收来自第一辐射段11的耦合信号，进而在第二耦合段14上被激发出一第三共振频率。其中，第三共振频率异于第二共振频率以及第一共振频率。

第二耦合段14包含第一金属段141、第二金属段142、第三金属段143与第四金属段144。如图4所示，第一金属段141沿着第一辐射段11的延伸线设置而平行于第一辐射段11。在一些实施例中，第一金属段141可完全投影于第一辐射段11上。于此，第一金属段141的高度(即第一金属段141至接地部16的最短距离)、长度可皆与第一辐射段11的高度(即第一辐射段11至接地部16的最短距离)、长度相同，换而言之，第一金属段141可完全投影至第一辐射段11。

第二金属段142电性连接于第一金属段141与接地部16之间。也即，第二金属段142的第一端是耦接至第一金属段141的第一端，且第二金属段142的第二端耦接至接地部16。

第三金属段143的第一端耦接第一金属段141的第二端，且第三金属段143的第二端朝向接地部16延伸但不与接地部16相接触。因此，第三金属段143是位于第一金属段141与接地部16之间。

第四金属段144的第一端耦接于第三金属段143的第二端，且第四金属段144的第二端朝向远离第二金属段142的方向延伸并与接地部16间隔。因此，在第二耦合段14中，第四金属段144与第二金属段142是分别位在第三金属段143的不同侧。在一些实施例中，第四金属段144至接地部16的绝对距离(即最短距离)大致上等同于第二辐射段12的第一区段121至接地部16的绝对距离(即最短距离)，以与第一区段121电性耦合。换而言之，第四金属段144可完全投影至第一区段121上，以获取较佳的耦合效应。

第三耦合段15位在第二耦合段14的上方且位于第二辐射段12的第二区段122的后侧，以经由第二区段122间接接收来自第一辐射段11的耦合信号。如图4 所示，第三耦合段15与接地部16之间的绝对距离D1(即最短距离)大致上约为1公分，然本发明并不以此为限。

请再参阅图1与图2，第三耦合段15包含第一导线带151、第二导线带152、第三导线带153、第四导线带154与第五导线带155。第一导线带151可沿第二区段122的延伸线设置，而平行于第二区段122。

第二导线带152耦接于第一导线带151与第二区段122之间，以使得第三耦合段15可与第二辐射段12之间彼此电性连接。因此，第二导线带152可分别与第一导线带151及第二区段122之间形成夹角。在一些实施例中，第二导线带152分别与第一导线带151及第二区段122之间所形成的夹角较佳可为90度。此外，第二导线带152可对应第一耦合段13耦接于第二辐射段12的第二区段122。于此，第二导线带152、第二区段122与第一耦合段13是共同交会于耦接点B上。

第三导线带153的第一端耦接于第一导线带151的第一端，而第三导线带153的第二端则朝向第二区段122延伸且与第二区段122保持适当距离而不相接触。因此，第三导线带153的延伸线可分别与第一导线带151的延伸线以及第二区段122的延伸线之间形成夹角。在一些实施例中，第三导线带153与第一导线带151的延伸线以及第二区段122的延伸线之间所形成的夹角较佳为90度，且第三导线带153的第二端至第二区段122的绝对距离(即最短距离)大致上可为1毫米，然本发明并不以此为限。

第四导线带154位于第一导线带151、第二导线带152与第二区段122之间。第四导线带154沿着第一导线带151的延伸线设置而平行于第一导线带151，且第四导线带154与第一导线带151、第二导线带152及第二区段122彼此相间隔，以与第一导线带151、第二导线带152且/或第二区段122彼此电性耦合。在一些实施例中，第四导线带154至第一导线带151的绝对距离(即最短距离)、第四导线带154至第二导线带152的绝对距离(即最短距离)以及第四导线带154至第二区段122的绝对距离(即最短距离)大致上可为1毫米，然本发明并不以此为限。

第五导线带155耦接于第一导线带151的第二端与第四导线带154的第一端之间，而可与第一导线带151及第四导线带154共同形成概如“ㄈ字型”的结构。因此，第五导线带155可分别与第一导线带151以及第四导线带154的延伸线之间形成夹角。在一些实施例中，第五导线带155与第一导线带151以及第四导线带154之间所形成的夹角较佳为90度。

于此，第三耦合段15可因第一导线带151邻近于第四导线带154、第四导线带154邻近于第二辐射段12的第二区段122以及第三导线带153邻近于第二辐射段12的第二区段122而可分别于其间产生寄生效应，例如：寄生电容、寄生电感等的出现，进而改变其等校阻抗来提升天线结构1的带宽。

此外，天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12、接地部16、第一耦合段13、第二耦合段14以及第三耦合段可贴附于支撑体2上，以通过支撑体2来构成上述的三维结构的态样。

请参阅图1与图5，支撑体2包含第一底板21、第二底板22与第三底板23。其中，第一底板21的第一边与第二底板22的第一边耦接，且第一底板21的第二边与第三底板23的第一边耦接。

在第一实施例中，天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12与第一耦合段13是贴附于支撑体2的第一底板21的第一面21a上，且第二耦合段14贴附于支撑体2的第一底板21的第二面21b上。而天线结构1的第三耦合段15是贴附于支撑体2的第二底板22上，且天线结构1的接地部16则贴附于第三底板23上。

换而言之，天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12与第一耦合段13可共同位于第一平面(如图5所示的第一底板21的第一面21a)上，第三耦合段15位于第二平面(如图5所示的第二底板22的第一面22a)上，第二耦合段14位于与第一平面同向延伸但不同平面的第三平面(如图5所示的第一底板21的第二面21b)上，而接地部16位于与第二平面同向延伸但不同平面的第四平面(如图5所示的第三底板23的第一面23a)上。

于此，第一平面分别与第二平面以及第四平面之间形成夹角。在一些实施例中，第一平面与第二平面以及第四平面之间所形成的夹角较佳为90度。换而言之，第一平面可分别与第二平面以及第四平面相互垂直。

因此，在第一实施例中，第二辐射段12的第二区段122可沿着第一底板21的第一边延伸设置以与贴附于第二底板22的第三耦合段15的第二导线带152相接。此外，位于第一底板21的第一面21a上的第一耦合段13可经由第一底板21的第二边与贴附于第三底板23的接地部16相接。而位于第一底板21的第二面21b上的第二耦合段14的第二金属段142则可通过穿过第三底板23来与贴附于第三底板23的接地部16相接。也即，第三底板23可开设通孔以供第二耦合段14的第二金属段142直接耦接至接地部16。

图6为本发明第二实施例的天线结构的立体图。天线结构1包含第一辐射段11、馈入点A、第二辐射段12、接地部16、第一耦合段13、第二耦合段14与第三耦合段15。其中，第二辐射段12包含第一区段121、第二区段122与第三区段123。

在第二实施例中，天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12的第一区段121、第三区段123与第一耦合段13是贴附于第一底板21的第一面21a上，第二耦合段14贴附于第一底面21的第二面21b上，第二辐射段12的第二区段122与第三耦合段15贴附于第二底面22上，且接地部16贴附于第三底面23上。

由于第二实施例所示的天线结构1大致上皆与第一实施例一致，唯不同的是在第二实施例中，第二辐射段12的第二区段122是位于第二底板22上。

在一些实施例中，天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12、接地部16、第一耦合段13、第二耦合段14与第三耦合段15可由金属材质，例如：铜、铁、不锈钢、镁、铝、钛或其合金等金属片直接裁制而成，或可为印刷电路板(Printed Circuit Board；PCB)上的走线(trace)，然本发明不以此为限，也即天线结构1的第一辐射段11、第二辐射段12、接地部16、第一耦合段13、第二耦合段14与第三耦合段15也可为利用上述的金属片以及印刷电路板的走线混合制成。此外，支撑体2可以绝缘材质制成，例如：玻璃、陶瓷、塑料等。

图7为本发明一实施例的天线结构操作于低频段的效率示意图。根据本发明一实施例的天线结构操作于700MHz至1000MHz的频段时，可达到约略为30％至60％的天线效率。此处的天线的效率是指天线的辐射功率与输入天线的功率的比值；最佳状况的比值为1，其物理意义为输入天线的功率完全提供天线的辐射功率。然而，实际状况因损耗的影向，比值一定小于1。

图8为本发明一实施例的天线结构操作于高频段的效率示意图。根据本发明一实施例的天线结构操作于1700MHz至2500MHz的频段时，可达到约略为30％至70％的天线效率。

图9为本发明一实施例的天线结构的反射损失示意图。天线结构操作于约700MHz至约900MHz的频段时，其反射损失(return loss)皆小于-10dB，且此时的带宽和中心频率的比值大于10％而具有宽带特性。此外，天线结构操作于约1700MHz至约2100MHz的频段时，其反射损失也皆小于-10dB，且此时的带宽和中心频率的比值也大于10％而具有宽带特性。

因此，如上所述，本发明一实施例的天线结构可操作在：LTE(Long Term Evolution，长期演进技术)的频段13/17/4700MHz(Mega Hertz)以及850/900/1800/1900/2100MHz等频段。

综上所述，根据本发明一实施例的天线结构，通过辐射段与耦合段之间以及辐射段与辐射段之间的耦合效应来提升天线结构的效率，并利用辐射段与耦合段之间以及辐射段与辐射段之间的寄生效应来提升天线结构的带宽，进而得以使天线结构涵盖多个不同的操作频带且于此些频带也可具有良好的效能。