双频带天线结构的制作方法

本发明涉及一种天线结构，特别适用于轻薄的移动装置的天线结构。

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、lte(longtermevolution)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和bluetooth系统使用2.4ghz、5.2ghz和5.8ghz的频带进行通讯。

图1是在通讯装置10中天线配置的一示意图。由于天线所需的高度h会占用相当多的边框面积，图1所示传统的pcb天线设计中天线11和天线12的高度h约为7～10mm。因此，若将天线配置于液晶显示器模块13的上方，无法达成窄边框的要求。同时，将天线配置于液晶显示器模块13的上方也会造成外观设计上限制。值得一提的是，若是通讯装置10采用金属背盖的设计，则传统的天线(例如，图1所示天线结构11和天线结构12)将无法提供有效的辐射。如此，势必要将天线移至邻近系统端，而这样会使得天线(例如，天线结构11和天线结构12)接收过多系统噪声而降低整体的传输速度。

随着当今移动通讯科技的蓬勃发展，各式各样无线通讯产品的应用是越来越多元且丰富，其中，全金属背盖的移动通讯装置越来越受消费者青睐。为了符合市场趋势以及消费者的期待，众多厂商无不投入大量资源研发全金属背盖的移动通讯装置。然而，由于全金属背盖会屏蔽天线的辐射能量，导致无线传输的效能受到破坏性的影响。对于天线工程师而言如何开发一种天线适用于全金属背盖的移动装置为一项重要课题。

技术实现要素：

为实现上述的技术问题，本发明提出一种通讯装置。该通讯装置的天线结构包括一接地面、一信号源、一耦合间隙、一第一馈入臂、一第二馈入臂、一第一辐射臂、一第二辐射臂、一弯折部、一第一接地点和一第二接地点。该通讯装置结合纳米注塑接合成型技术(nano-injectionmoldingtechnique，以下简称为nmt)制作工艺将天线结构与金属机壳整合设计。在本发明中，将天线设计于金属机壳的边缘上，有效的降低天线所需的净空区域，使外观设计上能达成窄边框的要求。并且，在本发明的一实施例中，天线高度仅5mm，相当适合导入于现今轻薄型移动装置之中。

在优选实施例中，本发明提供一种双频带天线结构。该双频带天线结构包括一接地面、一耦合间隙、一信号源、一第一馈入臂和一第二馈入臂。该第一馈入臂与该信号源电气耦接。该第二馈入臂与该信号源电气耦接。该第一辐射臂具有一第一开口端及一第一接地点。该第一接地点与该接地面电气相连。该第二辐射臂具有一第二开口端及一第二接地点。该第一开口端及该第二开口端彼此相对。该第二接地点与该接地面电气相连。

在一些实施例中，该双频带天线结构还包括电气耦接至该第一辐射臂的一弯折部。该信号源通过该第一馈入臂与该第二馈入臂分别将能量耦合至该第一辐射臂与该第二辐射臂之上。该第一馈入臂通过耦合至该第一辐射臂经该弯折部至该第一接地点而构成第一环圈结构，而该第二馈入臂通过耦合至该第二辐射臂至该第二接地点而构成该第二环圈结构。通过该第一耦合环圈结构和该第二耦合环圈结构使该双频带天线结构操作于符合于802.11a/b/g/n/ac无线通讯规范的一第一频带(2.4ghz)和一第二频带(5ghz)。

在一些实施例中，该第一馈入臂通过该耦合间隙与该第一辐射臂形成一第一耦合环圈结构。

在一些实施例中，该第二馈入臂通过该耦合间隙与该第二辐射臂形成一第二耦合环圈结构。

在一些实施例中，该双频带天线结构还包括电气耦接至该第一辐射臂的一弯折部。该第一馈入臂、该第二馈入臂、该第一辐射臂、该第二辐射臂、该弯折部、该第一接地点以及该第二接地点可使用印刷方式共同形成于一介质基板上也可使用nmt技术形成于一金属背盖上。

在一些实施例中，该信号源、该第一馈入臂、该第二馈入臂、该第一辐射臂、该第二辐射臂、该弯折部、该第一接地点以及该第二接地点共同形成于同一平面上。

在一些实施例中，该弯折部可为一芯片式电感元件也可为一分布式电感元件。

在一些实施例中，该第一辐射臂长度约为操作频率的四分之一波长的整数倍。

在一些实施例中，该第二辐射臂长度约为操作频率的四分之一波长的整数倍。

附图说明

图1为现有天线设计的一示意图；

图2a和图2b为本发明一实施例实现在通讯装置20中的天线配置图；

图3为本发明的第一实施例所述天线结构3的示意图；

图4为本发明另一实施例显示天线结构3的返回损失图；

图5a和图5b为本发明另一实施例显示天线结构3的辐射效率图；

图6为本发明的第二实施例所述天线结构6的示意图；以及

图7为本发明的第三实施例所述天线结构7的示意图。

符号说明

11、12、21、22、3、6、7～天线结构；

13、23～液晶显示器模块；

20～通讯装置；

24～窄边框区域；

25～金属背盖；

30、60、70～系统接地面；

31、61、71～信号源；

32、62、72～耦合间隙；

33、63、73～第一馈入臂；

34、64、74～第二馈入臂；

35、65、75～第一辐射臂；

351、651、751～第一开口端；

352、652、752～第一接地点；

653～电感元件；

353、753～弯折部；

36、66、76～第二辐射臂；

361、661、761～第二开口端；

362、662、762～第二接地点；

51、52～辐射效率；

s11、s22～反射系数；

s21～传输系数。

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。

本发明欲结合nmt技术希望将天线与金属壳体结合，实现天线与机构件的高度整合并同步达成天线的极小化设计。在传统的设计中，若将天线配置于液晶显示器模块的上缘，则由于天线高度的限制而无法达成窄边框的设计。在本发明中，天线直接配置于金属壳体的边缘，且为一低姿势的设计(高度小于5mm)。因此，本发明所设计的天线能配置于窄边框的区域中而特别适用于轻薄的移动装置。

图2a和图2b是根据本发明一实施例实现在通讯装置20中的天线配置图。在本发明实施例中，天线结构21和天线结构22为一种低姿势的设计(例如，图2b所示天线高度w<5mm)，而适用于一般轻薄的通讯装置20(例如，平板、显示器、手机以及笔记型电脑)。在本实施例中，通讯装置20是一笔记型电脑，但本发明并不限定于此。如图2a所示，将天线结构21和天线结构22配置在窄边框区域24中以达成窄边框的需求。并且，将天线结构21和天线结构22配置于液晶显示器模块23的上方避免系统噪声的干扰。如图2b所示，此外天线结构21和天线结构22的金属部分以及金属背盖25可由一道工序完成(亦即笔记型电脑的a件是以一体成形的方式制造而成)。接着，天线结构21和天线结构22可通过nmt技术有效地与金属背盖25结合，使得天线结构21和天线结构22设置于笔记型电脑的a件之内而无法由外观看出。

图3显示根据本发明的第一实施例所述天线结构3的示意图。在上述第一实施例中，天线结构3包括一系统接地面30、一信号源31、一耦合间隙32、一第一馈入臂33、一第二馈入臂34、一第一辐射臂35和一第二辐射臂36。在一些实施例中，该天线结构3是一双频带天线结构，且天线结构3的高度k约为3mm，该系统接地面30可以是笔记型电脑的一金属背盖，也可以是一介质基板，但本发明并不限定于此。

在上述第一实施例中，该信号源31可视为该天线结构3的一输入端或一输出端，该第一馈入臂33与该信号源31电气耦接，该第二馈入臂34与该信号源31电气耦接。该第一辐射臂35具有一第一开口端351和一第一接地点352。该第一辐射臂35电气耦接至一弯折部353。该第一接地点352与该系统接地面30电气耦接。该第二辐射臂36具有一第二开口端361和一第二接地点362。该第一开口端351和该第二开口端361彼此相对。该第二接地点362与该系统接地面30电气耦接。该第一馈入臂33设置在该第一辐射臂35和该系统接地面30之间。该第二馈入臂34设置在该第二辐射臂36和该系统接地面30之间。该第一馈入臂33通过该耦合间隙32与该第一辐射臂35形成一第一耦合环圈结构。该第二馈入臂34通过该耦合间隙32与该第二辐射臂36形成一第二耦合环圈结构。

在上述第一实施例中，该第一馈入臂33、该第二馈入臂34、该第一辐射臂35、该第二辐射臂36、该弯折部353、该第一接地点352以及该第二接地点362可使用印刷方式共同形成于一介质基板上，也可使用nmt技术形成于一金属背盖上。该信号源31、该第一馈入臂33、该第二馈入臂34、该第一辐射臂35、该第二辐射臂36、该弯折部353、该第一接地点352以及该第二接地点362共同形成于同一平面上。在上述第一实施例中，该第一辐射臂35长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，该第二辐射臂36长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，但本发明并不限定于此。

在上述第一实施例中，该信号源31通过该第一馈入臂33与该第二馈入臂34分别将能量耦合至该第一辐射臂35与该第二辐射臂36之上，该第一馈入臂33通过耦合至该第一辐射臂35经该弯折部353至该第一接地点352构成该第一环圈结构，而该第二馈入臂34通过耦合至该第二辐射臂36至该第二接地点362构成该第二环圈结构，通过该双环圈结构可实现802.11a/b/g/n/ac(2.4ghz&5ghzbands)的频带操作。

在上述第一实施例中，该第一馈入臂33、该第二馈入臂34、该第一辐射臂35、该第二辐射臂36、该弯折部353、该第一接地点352以及该第二接地点362可使用印刷方式共同形成于一介质基板上，也可使用nmt技术形成于一金属背盖上。

图4是根据本发明另一实施例显示天线结构3的返回损失图。在图4的实施例中，天线结构3的系统接地面30的长度约为350mm，系统接地面30的宽度约为200mm。因此，系统接地面30大致为一15英寸笔记型电脑的背盖尺寸。在图4的实施例中，通讯装置配置两个对称的天线结构3，两个天线的长度和宽度分别为30mm和宽度为5mm，且每一天线结构3均可以涵盖wi-fi802.11a/b/g/n/ac的操作频带(约2400～2484mhz以及5150～5875mhz)。在图4中，由两个天线结构3之间的传输系数(transmissioncoefficient)s21可知，两个天线结构3之间的隔离度在操作频带内均可达返回损失18db以下，符合实际应用的价值。

图5a和图5b是根据本发明另一实施例显示天线结构3的辐射效率图。在图5a中，天线结构3在wlan2.4ghz频带(2400～2484mhz)的辐射效率51约为49～58％。在图5b中，同一天线结构3在wlan5ghz频带(5150～5875mhz)的辐射效率52约为72％～84％。因此，在小尺寸且低姿势的天线设计中，本发明的天线结构3具有相当优良的辐射效率表现，极具产业利用价值。

图6显示根据本发明的第二实施例所述天线结构6的示意图。在上述第二实施例中，天线结构6包括一系统接地面60、一信号源61、一耦合间隙62、一第一馈入臂63、一第二馈入臂64、一第一辐射臂65和一第二辐射臂66。在一些实施例中，该天线结构6是一双频带天线结构，且天线结构6的高度k约为3mm，该系统接地面60可以是笔记型电脑的一金属背盖，也可以是一介质基板，但本发明并不限定于此。

在上述第二实施例中，该信号源61可视为该天线结构3的一输入端或一输出端。该第一馈入臂63与该信号源61电气耦接。该第二馈入臂64与该信号源61电气耦接。该第一辐射臂65具有一第一开口端651及一第一接地点652。该第一辐射臂65电气耦接至一电感元件653。该电感元件653可为一芯片式电感元件，也可为一分布式电感元件。该第一接地点652与该系统接地面60电气耦接。该第二辐射臂66具有一第二开口端661及一第二接地点662。该第一开口端651及该第二开口端661彼此相对。该第二接地点662与该系统接地面60电气耦接。该第一馈入臂63设置在该第一辐射臂65和该系统接地面60之间。该第二馈入臂64设置在该第二辐射臂66和该系统接地面60之间。该第一馈入臂63通过该耦合间隙62与该第一辐射臂65形成一第一耦合环圈结构。该第二馈入臂64通过该耦合间隙62与该第二辐射臂66形成一第二耦合环圈结构。

在上述第二实施例中，该第一馈入臂63、该第二馈入臂64、该第一辐射臂65、该第二辐射臂66、该电感元件653、该第一接地点652以及该第二接地点662可使用印刷方式共同形成于一介质基板上，也可使用nmt技术形成于一金属背盖上。该信号源61、该第一馈入臂63、该第二馈入臂64、该第一辐射臂65、该第二辐射臂66、该电感元件653、该第一接地点652以及该第二接地点662共同形成于同一平面上。在上述第一实施例中，该第一辐射臂65长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，该第二辐射臂66长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，但本发明并不限定于此。

在上述第二实施例中，该信号源61通过该第一馈入臂63与该第二馈入臂64分别将能量耦合至该第一辐射臂65与该第二辐射臂66之上，该第一馈入臂63通过耦合至该第一辐射臂65经该电感元件653至该第一接地点652构成该第一环圈结构，而该第二馈入臂64通过耦合至该第二辐射臂66至该第二接地点662构成该第二环圈结构，通过该双环圈结构可实现802.11a/b/g/n/ac(2.4ghz&5ghzbands)的频带操作。

在上述第二实施例中，该第一馈入臂63、该第二馈入臂64、该第一辐射臂65、该第二辐射臂66、该电感元件653、该第一接地点652以及该第二接地点662可使用印刷方式共同形成于该介质基板上，也可使用nmt技术形成于该金属背盖上。

上述第二实施例的天线结构6与上述第一实施例的天线结构3相似。在此相似的结构下，上述第二实施例的天线结构6也可达成与上述第一实施例的天线结构3相同的功效。

图7显示根据本发明的第三实施例所述天线结构7的示意图。在上述第三实施例中，天线结构7包括一系统接地面70、一信号源71、一耦合间隙72、一第一馈入臂73、一第二馈入臂74、一第一辐射臂75和一第二辐射臂76。在一些实施例中，该天线结构7是一双频带天线结构，且天线结构3的高度k约为3mm，该系统接地面70可以是笔记型电脑的一金属背盖，也可以是一介质基板，但本发明并不限定于此。

在上述第三实施例中，该信号源71可视为该天线结构7的一输入端或一输出端，该第一馈入臂73与该信号源71电气耦接，该第二馈入臂74与该信号源71电气耦接。该第一辐射臂75具有一第一开口端751和一第一接地点752。该第一辐射臂75电气耦接至一弯折部753。该第一接地点752与该系统接地面70电气耦接。该第二辐射臂76具有一第二开口端761和一第二接地点762。该第一开口端751和该第二开口端761彼此相对。该第二接地点762与该系统接地面70电气耦接。

在上述第三实施例中，该第一馈入臂73与该第二馈入臂74配置于该第一辐射臂75与该第二辐射臂76之上。更明确地说，该第一辐射臂75设置在该第一馈入臂73和该系统接地面70之间。该第二辐射臂76设置在该第二馈入臂74和该系统接地面70之间。该第一馈入臂73通过该耦合间隙72与该第一辐射臂75形成一第一耦合环圈结构。该第二馈入臂74通过该耦合间隙72与该第二辐射臂76形成一第二耦合环圈结构。

在上述第三实施例中，该第一馈入臂73、该第二馈入臂74、该第一辐射臂75、该第二辐射臂76、该第一接地点752以及该第二接地点762可使用印刷方式共同形成于一介质基板上，也可使用nmt技术形成于一金属背盖上。该信号源71、该第一馈入臂73、该第二馈入臂74、该第一辐射臂75、该第二辐射臂76、该第一接地点752以及该第二接地点762共同形成于同一平面上。在上述第三实施例中，该第一辐射臂75长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，该第二辐射臂76长度约为操作频率的四分之一波长(λ/4)的整数倍，但本发明并不限定于此。

在上述第三实施例中，该信号源71通过该第一馈入臂73与该第二馈入臂74分别将能量耦合至该第一辐射臂75与该第二辐射臂76之上，该第一馈入臂73通过耦合至该第一辐射臂75至该第一接地点752构成该第一环圈结构，而该第二馈入臂74通过耦合至该第二辐射臂76至该第二接地点762构成该第二环圈结构，通过该双环圈结构可实现802.11a/b/g/n/ac(2.4ghz&5ghzbands)的频带操作。

上述第三实施例的天线结构7与第一实施例的天线结构3相似。在此相似的结构下，上述第三实施例的天线结构7也可达成与上述第一实施例的天线结构3相同的功效。

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2a、图2b、图3、图6、图7所图示的状态。本发明可以仅包括图2a、图2b、图3、图6、图7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需同时实施于本发明的双频带天线结构当中。

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。

虽然结合以上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。