TWI643404B - 槽孔天線裝置 - Google Patents
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Abstract
一種槽孔天線裝置包括基板、金屬層以及饋入元件。基板具有第一表面以及對應於第一表面的第二表面。金屬層配置在第一表面上,並且包括沿第一方向延伸的槽孔。饋入元件配置在第二表面上,並且沿第二方向延伸,其中第一方向垂直於第二方向。槽孔的長度為至少三個頻段的各四分之一波長的總和,以使槽孔天線裝置操作在所述至少三個頻段。饋入元件在第一表面上的投影橫跨槽孔,以使槽孔劃分為第一區段以及第二區段,其中第一區段的長度等於第二區段的長度。
Description
本發明是有關於一種天線裝置,且特別是有關於一種槽孔天線裝置。
隨著無線充電技術的發展,有越來越多的可攜式電子裝置設置有充電天線以無線傳輸的方式接收充電訊號,以使可攜式電子裝置具有無線充電的功能。特別是,目前的充電天線大多是採用槽孔天線(slot antenna)的架構來設計的。然而,一般的槽孔天線的架構通常設計為單一槽孔結構,以對應激發單一頻段。因此,若欲使槽孔天線可操作在多個充電頻段,則便需要設計多個槽孔結構來激發其他頻段,進而導致可操作在多頻段的槽孔天線的架構設計變得複雜。因此,如何設計可操作在多個無線充電頻段的槽孔天線裝置,並且不具有複雜的槽孔結構,以使有效降低無線充電裝置的設計成本以及生產成本是目前重要的課題。有鑑於此,本發明將在以下提出幾個實施例的解決方案。
本發明提供一種槽孔天線裝置,具有單一槽孔結構,並且可用以操作在多個無線充電頻段。
本發明的槽孔天線裝置包括基板、金屬層以及饋入元件。基板具有第一表面以及對應於第一表面的第二表面。金屬層配置在第一表面上,並且金屬層包括沿第一方向延伸的一槽孔。饋入元件配置在第二表面上,並且沿第二方向延伸。第一方向垂直於第二方向。槽孔的長度為至少三個頻段的各四分之一波長的總和,以使槽孔天線裝置操作在所述至少三個頻段。饋入元件在第一表面上的投影橫跨槽孔,以使槽孔劃分為第一區段以及第二區段。第一區段的長度等於第二區段的長度。
在本發明的一實施例中,上述的第一區段包括槽孔的開口端,並且第二區段包括槽孔的封閉端。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔的第一區段為直線形狀。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔的第二區段為彎折形狀。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔的第二區段包括第一端點、第二端點、第一彎折點以及第二彎折點。第一端點與第一彎折點在第一方向上位於同一直線。第一彎折點與第二彎折點在第二方向上位於同一直線。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔的第二區段更包括
第三彎折點。第二彎折點與第三彎折點在第一方向上位於同一直線。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔的第二區段更包括第四彎折點。第三彎折點與第四彎折點在第二方向上位於同一直線。
在本發明的一實施例中,上述的饋入元件為金屬微帶線。饋入元件的阻抗值為50歐姆。
在本發明的一實施例中,上述的饋入元件為直線形狀。
在本發明的一實施例中,上述的饋入元件具有沿第一方向延伸的第一線段以及沿第二方向延伸的第二線段。第二線段在第一表面上的投影橫跨槽孔。
在本發明的一實施例中,上述的基板為可撓式電路基板,並且基板沿第一方向上的第一參考線彎折或沿第二方向上的第二參考線彎折。
在本發明的一實施例中,上述的第一參考線位於槽孔在第二方向上的投影的中線位置。
在本發明的一實施例中,上述的第二參考線位於槽孔的第一區段當中,並且不橫跨饋入元件。
在本發明的一實施例中,上述的槽孔天線裝置用以藉由槽孔接收所述至少三個頻段的充電微波。所述至少三個頻段包括915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲。
在本發明的一實施例中,上述的基板的厚度為0.4毫米。
基於上述,本發明實施例的槽孔天線裝置,可藉由單一槽孔結構以及單一饋入元件即可激發多個頻段的模態,以使槽孔天線裝置可操作在多個充電頻段。因此,可有效降低槽孔架構的複雜度,並且提供多頻段的無線充電功能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧槽孔天線裝置
110、910‧‧‧基板
120、220、320、420、520、720、820、920、1020‧‧‧金屬層
121、221、321、421、521、721、821、1021‧‧‧槽孔
130、730、930、1030‧‧‧饋入元件
321a、421a、521a、721a、821a、1021a‧‧‧第一區段
321b、421b、521b、721b、821b、1021b‧‧‧第二區段
821a‧‧‧第一線段
821b‧‧‧第二線段
C1、C2、C3、C4、C5‧‧‧曲線
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
E1‧‧‧第一端點
E2‧‧‧第二端點
f‧‧‧距離
h‧‧‧厚度
L、L1、L2‧‧‧長度
R1‧‧‧第一參考線
R2‧‧‧第二參考線
T1‧‧‧第一轉折點
T2‧‧‧第二轉折點
T3‧‧‧第三轉折點
T4‧‧‧第四轉折點
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
圖1繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的示意圖。
圖2繪示本發明一實施例的槽孔的結構示意圖。
圖3繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。
圖4繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。
圖5繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。
圖6繪示圖2至圖5實施例的槽孔天線裝置的S參數圖。
圖7繪示本發明一實施例的槽孔及饋入元件的結構示意圖。
圖8繪示本發明另一實施例的槽孔及饋入元件的結構示意圖。
圖9繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的側視圖。
圖10繪示圖8實施例的槽孔天線裝置的S參數圖。
圖11繪示本發明一實施例的彎折槽孔天線裝置的參考線的示意圖。
圖12繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的彎折示意圖。
以下提出多個實施例來說明本發明,然而本發明不僅限於所例示的多個實施例。又實施例之間也允許有適當的結合。另外,在本申請說明書全文(包括申請專利範圍)中,為了詳細說明本發明實施例在天線裝置中的槽孔以及饋入元件的配置位置,在本發明實施例中的天線裝置可視為處於由第一方向D1、第二方向D2以及第三方向D3所建構的空間中。第一方向D1例如是與第二方向D2實質上垂直。第三方向D3例如是同時與第一方向D1以及第二方向D2實質上垂直的方向。
圖1繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的示意圖。請參考圖1,槽孔天線裝置100包括基板110、金屬層120以及饋入元件130。基板110具有第一表面S1以及相對於第一表面S1的第二表面S2。金屬層120設置在基板110的第一表面S1上,並且具有槽孔121。饋入元件130設置在基板110的第二表面S2上。在本實施例中,槽孔天線裝置100的金屬層120為接地金屬板,並且槽孔121具有開口端以及封閉端,其中槽孔121的開口端朝向金屬層120的側邊。
在本實施例中,饋入元件130可為金屬微帶線,並且饋入元件130的阻抗可為50歐姆。並且,在一實施例中,饋入元件130可進一步電性連接收發器(Receiver),其中收發器可用以提供
饋入訊號來激發金屬層120上的槽孔121以產生多個共振模態,以使槽孔天線裝置可操作在多個頻段。也就是說,槽孔天線裝置100可藉由槽孔121以無線傳輸的方式接收多個頻段的充電訊號。此外,饋入元件130的長度以及寬度可依據阻抗匹配特性來決定,本發明並不加以限制。
具體來說,槽孔天線裝置100可藉由金屬層120上的槽孔121的結構以及設置在基板110的第二表面S2的饋入元件來激發多個頻段的模態,以使槽孔天線裝置100可操作在多個頻段當中。在本實施例中,槽孔121的長度L可依據以下公式(1)~公式(3)來決定。
需說明的是,在公式(1)當中,C為光速。f為一頻段的中心頻率。λ0為此頻段的在空氣中的波長。在公式(2)當中,λg為此頻段的等效波長(effective wavelength),εeff為基板的等效介電係數(effective dielectric constant)。在一實施例中,公式(3)當中的n為大於或等於3的正整數。因此,本實施例的槽孔121的長度L為至少三個頻段的各四分之一波長的總和,以使槽孔天線裝置100操作在至少三個頻段中。也就是說,槽孔天線裝置100可藉由槽
孔121以無線傳輸的方式接收至少三個頻段的充電訊號。舉例來說,在本實施例中,槽孔天線裝置100可操作在特高頻(Ultra high frequency,UHF)頻段以及IEEE 802.11ac頻段,以使接收至少包括915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲頻段的無線充電訊號,但本發明不限於此。在一實施例中,槽孔121的長度L可依據欲接收的無線充電頻段或是頻段的數量來對應設計之。
另外,在本實施例中,槽孔天線裝置100可為印刷式天線,並且基板110可為銅箔基板(FR-4),以使天線裝置100可透過印刷的方式將天線結構印刷在基板110上,但本發明並不限於此。在一實施例中,基板110可為印刷電路電路板(Printed circuit board,PCB)或軟性電路板(Flexible Print Circuit,FPC)等。
以下圖2至圖5針對槽孔的結構設計,提出多個不同的範例實施例。
圖2繪示本發明一實施例的槽孔的結構示意圖。請參考圖2,金屬層220具有沿第一方向D1延伸的槽孔221,並且槽孔221的開口端朝向金屬層220的側邊。在本實施例中,槽孔221可為直線形狀,並且具有開口端以及封閉端。具體來說,本實施例的槽孔221為開槽孔天線架構。槽孔221的長度L可依據上述公式(1)~(3)來決定。也就是說,在本實施例中,槽孔221可用以接收至少三個頻段的充電訊號,並且槽孔221的長度L為三個頻段的各四分之一波長的總和。另外,槽孔221位於金屬層220當中的位置不限於圖2所示,本發明並不加以限制。
圖3繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。請參考圖3,金屬層320具有槽孔321,並且槽孔321的開口端朝向金屬層320的側邊。在本實施例中,槽孔321可包括沿第一方向D1延伸的區段以及沿第二方向D2延伸的區段。在本實施例中,槽孔321可劃分為第一區段321a以及第二區段321b,並且第一區段321a的長度L1等於第二區段321b的長度L2。也就是說,槽孔321的第一區段321a以及第二區段321b的長度可依據以下公式(4)來決定。
具體來說,槽孔321的第一區段321a可為直線形狀,並且槽孔321的第二區段321b可為彎折形狀。在本實施例中,槽孔321的第二區段321b可包括第一端點E1、第二端點E2、第一彎折點T1以及第二彎折點T2。在本實施例中,第一端點E1與第一彎折點T1在第一方向D1上位於同一直線。第一彎折點T1與第二彎折點T2在第二方向D2上位於同一直線。值得注意的是,相較於圖2實施例,本實施例的槽孔321可藉由第二區段321b的彎折形狀來改善槽孔天線裝置於接收高頻波段的充電訊號的匹配特性。
圖4繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。請參考圖4,金屬層420包括槽孔421,並且槽孔421的開口端朝向金屬層420的側邊。在本實施例中,槽孔421可包括沿第一方向D1延伸的區段以及沿第二方向D2延伸的區段。在本實施例中,槽孔
421可劃分為第一區段421a以及第二區段421b,並且第一區段421a的長度L1等於第二區段421b的長度L2。
具體來說,槽孔421的第一區段421a可為直線形狀,並且槽孔421的第二區段421b可為彎折形狀。在本實施例中,槽孔421的第二區段421b可包括第一端點E1、第二端點E2、第一彎折點T1、第二彎折點T2以及第三彎折點T3。在本實施例中,第一端點E1與第一彎折點T1在第一方向D1上位於同一直線。第一彎折點T1與第二彎折點T2在第二方向D2上位於同一直線。第二彎折點T2與第三彎折點T3在第一方向D1上位於同一直線。值得注意的是,相較於圖3實施例,本實施例的槽孔421的第二區段421b更包括第三彎折點T3,以使更進一步改善槽孔天線裝置於接收高頻波段的充電訊號的匹配特性。
圖5繪示本發明另一實施例的槽孔的結構示意圖。請參考圖5,金屬層520包括槽孔521,並且槽孔521的開口端朝向金屬層520的側邊。在本實施例中,槽孔521可包括沿第一方向D1延伸的區段以及沿第二方向D2延伸的區段。在本實施例中,槽孔521可劃分為第一區段521a以及第二區段521b,並且第一區段521a的長度L1等於第二區段521b的長度L2。
具體來說,槽孔521的第一區段521a可為直線形狀,並且槽孔521的第二區段521b可為彎折形狀。在本實施例中,槽孔521的第二區段521b可包括第一端點E1、第二端點E2、第一彎折點T1、第二彎折點T2、第三彎折點T3以及第四彎折點T4。並
且,第一端點E1與第一彎折點T1在第一方向D1上位於同一直線。第一彎折點T1與第二彎折點T2在第二方向D2上位於同一直線。第二彎折點T2與第三彎折點T3在第一方向D1上位於同一直線。第三彎折點T3與第四彎折點T4在第二方向D2上位於同一直線。值得注意的是,相較於圖4實施例,槽孔521的第二區段521b更包括第四彎折點T4,以使更進一步改善槽孔天線裝置於接收高頻波段的充電訊號的匹配特性。
更具體來說,圖6繪示圖2至圖5實施例的槽孔天線裝置的S參數圖。請參考圖2至圖6,曲線C1~C4分別表示圖2至圖5的槽孔結構對於三個充電頻段的輸入反射損耗。曲線C1代表圖2實施例的輸入反射損耗。曲線C2代表圖3實施例的輸入反射損耗。曲線C3代表圖4實施例的輸入反射損耗。曲線C4代表圖5實施例的輸入反射損耗。依據圖6的曲線C1~C4的變化可知,本發明的槽孔天線裝置可依據圖2至圖5實施例所示的槽孔結構來接收915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲的無線充電頻段的充電訊號。並且,本發明的槽孔天線裝置可藉由調整槽孔的第二區段的不同彎折程度來改善槽孔天線裝置操作在高頻波段的匹配特性。特別是,圖5實施例的槽孔結構可獲得較佳的高頻波段的匹配特性。
以下圖7、圖8針對槽孔及饋入元件的配置關係,提出多個不同的範例實施例。
圖7繪示本發明一實施例的槽孔及饋入元件的結構示意
圖。請參考圖7,金屬層720包括槽孔721,並且槽孔721的開口端朝向金屬層720的側邊。需說明的是,在本實施例中,金屬層720可配置在天線裝置的基板的一表面上,並且在基板的另一表面上可配置有饋入元件730。因此,在第三方向D3上,俯視槽孔721以及饋入元件730的配置關係如圖7所示。
在本實施例中,饋入元件730為直線形狀,並且沿第二方向D2延伸。饋入元件730橫跨槽孔721,以使槽孔721劃分為第一區段721a以及第二區段721b。第一區段721a的長度等於第二區段721b的長度。也就是說,在本實施例中,若饋入元件730投影在槽孔721所在的平面,則饋入元件730的投影是設置在槽孔721的二分之一總長的位置。另外,圖7的金屬層720的槽孔721的結構特徵可在前述的圖5實施例及實施方式獲致足夠的教示、建議與實施說明,因此不再贅述。
圖8繪示本發明另一實施例的槽孔及饋入元件的結構示意圖。請參考圖8,與圖7實施例的差異在於,在本實施例中,饋入元件具有沿第一方向D1延伸的第一線段830a以及第二方向D2延伸的第二線段830b。在本實施例中,若饋入元件投影在槽孔821所在的平面,則饋入元件的第二區段821b的投影橫跨槽孔821。亦即,相較於圖7實施例,本實施例的饋入元件可設計為L形狀,以使改善槽孔天線裝置於接收各頻段的充電訊號的頻寬特性。另外,圖8的金屬層820的槽孔821的結構特徵可在前述的圖5實施例及實施方式獲致足夠的教示、建議與實施說明,因此不再贅
述。
以下表1用以表示圖7、圖8實施例接收915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲的無線充電頻段的充電訊號的頻寬變化。
依據上述表1,本發明的饋入元件以及槽孔結構可依據圖7、圖8實施例來設計之,以使接收915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲頻段的充電訊號。特別是,若饋入元件以及槽孔的結構以及配置關係如圖8實施例所示,則用以接收各頻段的充電訊號的槽孔天線裝置可獲得較佳的頻寬特性。
圖9繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的側視圖。請參考圖9,上述圖7、圖8實施例若配置在槽孔天線裝置當中的側視圖可如圖9所示。在本實施例中,槽孔天線裝置900包括基板910、金屬層920以及饋入元件930。基板910具有第一表面S1以及第二表面S2。金屬層920設置在基板910的第一表面S1上,並且饋入元件930設置在基板910的第二表面S2上。另外,在本
實施例中,基板910具有厚度h,其中厚度h可為0.4毫米,但本發明並不限於此。在一實施例中,基板910的厚度h可依據不同的無線充電頻帶來決定。
圖10繪示圖8實施例的槽孔天線裝置的S參數圖。請參考圖8、圖10,圖10的曲線C5代表圖8實施例的輸入反射損耗。具體來說,若槽孔天線裝置具有如上述圖8實施例所述的槽孔以及饋入元件的結構特徵以及配置關係,則槽孔天線裝置的輸入反射損耗可具有如圖10所示的S參數結果。也就是說,基於圖8架構下的槽孔天線裝置可操作在915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲的無線充電頻段,並且可具有良好的頻寬特性,以及在高頻波段的具有較佳的匹配特性。
圖11繪示本發明一實施例的彎折槽孔天線裝置的參考線的示意圖。請參考圖11,在本實施例中,金屬層1020包括槽孔1021,並且槽孔1021的開口端朝向金屬層1020的側邊。在本實施例中,金屬層1020可配置在天線裝置的基板的一表面上,並且在基板的另一表面上可配置有饋入元件1030。因此,在第三方向D3上,俯視槽孔1021以及饋入元件1030的配置關係如圖11所示。
在本實施例中,槽孔天線裝置的基板可為可撓式基板,因此基板可沿第一方向D1上的第一參考線R1彎折或沿第二方向D2上的第二參考線彎折R2。具體來說,在本實施例中,第一參考線R1可位於槽孔1021在第二方向D2上的投影的中線位置。第一
參考線R1距離槽孔1021在第二方向D2上的投影的左右兩側具有的相同距離f。因此,當基板沿第一參考線R1彎折時,槽孔1021以及饋入元件1030將被彎折。此外,在本實施例中,第二參考線R2可位於槽孔1021的第一區段1021a當中,並且不橫跨饋入元件1030。因此,當基板沿第二參考線R2彎折時,槽孔1021的第一區段1021a的一部分將與另外一部分處於不同平面上。
舉例來說,圖12繪示本發明一實施例的槽孔天線裝置的彎折示意圖。在本實施例中,當基板沿第二方向D2上的第二參考線R2彎折時,槽孔1021的第一區段1021a的一部分將與另外一部分處於不同平面上。值得注意的是,本發明的天線裝置的基板的彎折方式不限於圖12所示,其彎折的方式也可以是使基板呈現為曲面的形式,並且曲面的頂點通過第二參考線R2。
綜上所述,在本發明的範例實施例中,槽孔天線裝置可藉由單一饋入元件以及單一槽孔的架構,以無線傳輸的方式接收至少三個頻段的充電訊號。特別是,槽孔天線裝置的槽孔結構的長度是依據欲操作的頻帶的四分之一波長的設計,以及饋入位置是採取槽孔結構的長度的二分之一。並且,在本發明的範例實施例中,本發明的槽孔天線裝置可藉由彎折槽孔的結構,以及將饋入元件設計為L形狀,以使有效改善槽孔天線裝置在高頻波段的匹配特性,並且改善槽孔天線裝置接收各頻段的充電訊號的頻寬特性。此外,本發明的槽孔天線裝置的可應用在可撓性基板上,以使槽孔天線裝置可以彎折的方式配置在各種電子產品中。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
Claims (14)
- 一種槽孔天線裝置,包括:一基板,具有一第一表面以及對應於該第一表面的一第二表面;一金屬層,配置在該第一表面上,並且該金屬層包括沿一第一方向延伸的一槽孔;以及一饋入元件,配置在該第二表面上,並且沿一第二方向延伸,其中該第一方向垂直於該第二方向,其中該槽孔的長度為至少三個頻段的各四分之一波長的總和,以使該槽孔天線裝置操作在該至少三個頻段,並且該饋入元件在該第一表面上的投影橫跨該槽孔,以使該槽孔劃分為一第一區段以及一第二區段,其中該第一區段的長度等於該第二區段的長度,其中該槽孔的該第二區段包括一第一端點、一第二端點、一第一彎折點以及一第二彎折點,並且該第一端點與該第一彎折點在該第一方向上位於同一直線,該第一彎折點與該第二彎折點在該第二方向上位於同一直線。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該第一區段包括該槽孔的一開口端,並且該第二區段包括該槽孔的一封閉端。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該槽孔的該第一區段為直線形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該槽孔的該第二區段為彎折形狀。
- 如申請專利範圍第4項所述的槽孔天線裝置,其中該槽孔的該第二區段更包括一第三彎折點,並且該第二彎折點與該第三彎折點在該第一方向上位於同一直線。
- 如申請專利範圍第5項所述的槽孔天線裝置,其中該槽孔的該第二區段更包括一第四彎折點,並且該第三彎折點與該第四彎折點在該第二方向上位於同一直線。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該饋入元件為一金屬微帶線,並且該饋入元件的阻抗值為50歐姆。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該饋入元件為直線形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該饋入元件具有沿第一方向延伸的一第一線段以及沿第二方向延伸的一第二線段,並且該第二線段在該第一表面上的投影橫跨該槽孔。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該基板為一可撓式基板,並且該基板沿該第一方向上的一第一參考線彎折或沿該第二方向上的一第二參考線彎折。
- 如申請專利範圍第10項所述的槽孔天線裝置,其中該第一參考線位於該槽孔在該第二方向上的投影的中線位置。
- 如申請專利範圍第10項所述的槽孔天線裝置,其中該第二參考線位於該槽孔的該第一區段當中,並且不橫跨該饋入元件。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該槽孔天線裝置用以藉由該槽孔接收該至少三個頻段的充電微波,並且該至少三個頻段包括915M赫茲、2.45G赫茲以及5.25G赫茲。
- 如申請專利範圍第1項所述的槽孔天線裝置,其中該基板的厚度為0.4毫米。
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