TWI581508B - Lte天線結構 - Google Patents

Description

LTE天線結構

本發明是有關於一種LTE天線，且特別是有關於一種可提讓天線工作於700MHz~2600MHZ之LTE天線。

為了滿足通訊效能及品質需求的提升，目前在市場上備受矚目的新一代行動無線寬頻技術，長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術漸漸崛起，其效能更勝3G無線網路，可帶來更優異的通訊傳輸，LTE已正式被第三代合作夥伴計劃(Third Generation Partnership Project，3GPP)列為全新的無線標準規範。

LTE頻段區分相當廣泛，不同的國家及不同的電信商所支援的頻段也可能不同，如：北美使用頻段700/800MHz和1700/1900MHz；歐洲使用頻段800MHz，1800MHz，2600MHz；日本800MHz，1500MHz，1800MHz，2100MHz；台灣方面則是使用700/900/1800MHz。由於LTE技術具有更快的傳輸速度與更大的傳輸頻寬，天線的設計亦必須對應地滿足頻寬的需求。

本發明提供新型的天線設計概念，可在有限的天線配置空間內有效提高LTE天線結構在低頻段的頻寬。

本發明的LTE天線結構包括低頻輻射件、短路件、高頻輻射件、饋入端、阻抗匹配單元、第一連接區段以及第二連接區段。短路件連接接地端。低頻輻射件提供第一共振路徑，其中低頻輻射件對應工作於低頻頻段。第一連接區段具有第一端及第二端，第一連接區段之第一端連接饋入端，第一連接區段的第二端連接短路件。第二連接區段具有第一端及第二端，第二連接區段之第一端連接第一連接區段的第二端，第二連接區段的第二端連接低頻輻射件，第一連接區段與第二連接區段提供第一共振路徑。高頻輻射件連接饋入端的第一端，高頻輻射件提供第二共振路徑，其中高頻輻射件對應第二頻段。阻抗匹配單元具有第一端及第二端，第一端連接低頻輻射件，第二端連接饋入端，阻抗匹配單元調整電感性，而調整低頻頻段的頻寬，以抵銷饋入端的串聯電感性，其中接地端位於短路件的第二端，饋入端、短路件與第一連接區段形成電流迴路。

在本發明的一實施例中，上述的LTE天線結構更包括電感單元，其與短路件串接於低頻輻射件與接地之間，以提升低頻輻射件之相對頻寬。

在本發明的一實施例中，其中頻寬提升後的低頻輻射件之操作頻寬介於700MHZ~960MHZ。

在本發明的一實施例中，上述的第一共振路徑的長度大 於第二共振路徑的長度。

在本發明的一實施例中，上述的LTE天線結構為平面倒F型天線。

在本發明的一實施例中，上述的高頻輻射件之操作頻寬介於1710MHZ~2170MHZ。

在本發明的一實施例中，上述的低頻輻射件與高頻輻射件係相互平行設置。

在本發明的一實施例中，上述的第一連接區段及第二連接區段呈現L型。

基於上述，本發明的實施例藉由連接於饋入端與低頻輻射件之間的阻抗匹配單元來改變饋入端的電感性，以在有限的天線配置空間內有效提高LTE天線結構在低頻段的頻寬，而有助於應用LTE天線結構的電子裝置在微型化上的發展。

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、200、300‧‧‧LTE天線結構

101、301‧‧‧低頻輻射件

102、302‧‧‧短路件

104、304‧‧‧饋入端

114、314‧‧‧阻抗匹配單元

108、308‧‧‧高頻輻射件

110、310‧‧‧第一連接區段

112、312‧‧‧第二連接區段

106、306‧‧‧饋入訊號

202、316‧‧‧電感單元

402、404、406‧‧‧特性曲線

FP1‧‧‧饋入點

GP1‧‧‧接地端

圖1繪示為本發明一實施例之LTE天線結構的示意圖。

圖2繪示為本發明另一實施例之LTE天線結構的示意圖。

圖3繪示為本發明另一實施例之LTE天線結構的示意圖。

圖4繪示為本發明一實施例之LTE天線結構的特性示意圖。

圖1繪示為本發明一實施例之LTE天線結構的示意圖，請參照圖1。LTE天線結構100為一平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA)，LTE天線結構100可包括高頻輻射件108、低頻輻射件101、短路件102、饋入端104、阻抗匹配單元114、第一連接區段110及第二連接區段112。

在本實施例中，低頻輻射件101與高頻輻射件108係相互平行設置。短路件102的第一端連接低頻輻射件101，短路件102的第二端連接一接地端GP1，饋入端104的第一端連接高頻輻射件108，饋入端104的第二端具有饋入點FP1，短路件102透過接地端GP1連接至一接地，而饋入端104可透過饋入點FP1接收一饋入訊號106。

進一步來說，在本實施例中，所述之第一連接區段110及第二連接區段112呈現一L型。第一連接區段110具有第一端及第二端，第一連接區段110之第一端連接饋入端104的第一端，第一連接區段110的第二端連接短路件102的第一端。第二連接區段112具有第一端及第二端，第二連接區段112的第一端連接第一連接區段110的第二端，第二連接區段112的第二端連接低頻輻射件101。

低頻輻射件101可提供一共振路徑，而在共振模態下對應工作於一低頻頻段，此外，相互連接的第一連接區段110以及 第二連接區段112亦可形成共振路徑。藉由饋入訊號106的激發，饋入端104、第一連接區段110與短路件102可形成一電流迴路，LTE天線結構100則可透過共振路徑產生一共振模態，進而涵蓋低頻頻段。另外，高頻輻射件108連接饋入端104的第一端，高頻輻射件108可提供另一共振路徑，高頻輻射件108在共振模態下對應工作於一第二頻段，其中低頻輻射件101的共振路徑的長度大於高頻輻射件108的共振路徑的長度，且低頻輻射件101在低頻頻段的頻率低於第二頻段的頻率。

此外，阻抗匹配單元114連接於饋入端104的第一端與低頻輻射件101之間，其可調整饋入端104的電感性(inductance)，進而增加LTE天線結構100在低頻頻段的頻寬。進一步來說，饋入端104的電感性與天線饋入的方式有關，例如透過同軸電纜(coaxial cable)或彈簧接觸(spring contact)來饋入信號，藉由連接於饋入端104的第一端與低頻輻射件101之間的阻抗匹配單元114可抵消饋入端104的串聯電感性，降低品質因素(Quality factor)，而增大低頻頻段的頻寬。在本實施例中，阻抗匹配單元114為以一連接區段來實施，連接區段連接於饋入端104的第一端與低頻輻射件101之間，其中連接區段可例如為銅箔或其它電性導體。值得注意的是，阻抗匹配單元114的實施方式並不以本實施例為限，阻抗匹配單元亦可以其它可抵消饋入端104的串聯電感性的元件來實施。例如，在部份實施例中，阻抗匹配單元114亦可例如以連接於饋入端104的第一端與低頻輻射件101之間的 電感器來實施。

圖2繪示為本發明另一實施例之LTE天線結構的示意圖，請參照圖2。本實施例與圖1實施例的不同之處在於，本實施例的LTE天線結構200更包括電感單元202。在藉由阻抗匹配單元114增大低頻頻段的頻寬後，若欲進一步降低對應低頻輻射件101的低頻頻段的頻率，可另外將電感單元202與短路件102串接於低頻輻射件101與接地之間，以降低低頻頻段的中心頻率，而使低頻頻段的低頻部分可到達更低的頻率，進而提升低頻輻射件301的相對頻寬。

圖3繪示為本發明另一實施例之LTE天線結構的示意圖，請參照圖3。類似於圖2的實施例，本實施例的LTE天線結構300亦為平面倒F型天線，其包括低頻輻射件301、短路件302、饋入端304、高頻輻射件308、阻抗匹配單元314以及電感單元316、第一連接區段310以及第二連接區段312，其中短路件302的第一端連接低頻輻射件301，且短路件302的第二端具有接地端GP1，短路件302透過接地端GP1連接至接地。饋入端304的第一端連接高頻輻射件308，且饋入端304的第二端具有饋入點FP1，饋入端304可透過饋入點FP1接收饋入訊號306。另外，第一連接區段310以及第二連接區段312的連接方式類似於上述第一連接區段110以及第二連接區段112的連接方式，因此在此不再贅述。

類似地，在本實施例中，低頻輻射件301可提供共振路 徑，而在共振模態下對應工作於一低頻頻段，而相互連接的第一連接區段310以及第二連接區段312亦可形成共振路徑。藉由饋入訊號306的激發，饋入端304、第一連接區段310與短路件302可形成電流迴路，LTE天線結構300可透過共振路徑產生一共振模態，進而涵蓋低頻頻段。另外，高頻輻射件308連接饋入端304的第一端，高頻輻射件308可提供另一共振路徑，高頻輻射件308在共振模態下對應一第二頻段(1710MHZ~2170MHZ)，其中低頻輻射件301的共振路徑的長度大於高頻輻射件308的共振路徑的長度，且低頻頻段的頻率低於第二頻段的頻率。

類似地，本案的阻抗匹配單元314可調整饋入端304的電感性，進而增加LTE天線結構300在低頻頻段的頻寬。如圖4之LTE天線結構的特性示意圖所示，搭配圖3之電路圖所示，在本實施例中，LTE天線結構300為應用於長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術的通訊，其在低頻頻段須涵蓋700MHz~960MHz。其中特性曲線402為LTE天線結構300在沒有阻抗匹配單元314以及電感單元316下低頻頻段的頻寬範圍，其中心頻率雖已涵蓋至700MHz，然頻寬仍未符合長期演進技術的通訊需求，而藉由將阻抗匹配單元314(在本實施例中其由連接區段來實施)連接於饋入端304的第一端與低頻輻射件301之間，可抵消饋入端304的串聯電感性，降低品質因素，使LTE天線結構300的低頻頻段的頻寬變大(如特性曲線404所示)。如圖4所示，LTE天線結構300在其低頻頻段的頻寬在藉由阻抗匹配單元314增加 後，雖已貼近長期演進技術的通訊需求，然在增加頻寬的同時，低頻部分亦受到阻抗匹配單元314的影響而被拉高(此時低頻輻射件301的操作頻寬介於777MHZ~960MHZ)，使得LTE天線結構300在其低頻頻段的低頻部分較不理想，此時，藉由本實施例的電感單元316(其可例如以電感器來實施)，可拉低低頻頻段的中心頻率，如此便可使LTE天線結構300的低頻頻段的低頻部分降低至700MHz而符合長期演進技術的通訊需求(如特性曲線406所示)，而提升低頻輻射件301的相對頻寬。

由此可知，藉由阻抗匹配單元314以及電感單元316確實可有效地調整LTE天線結構300在低頻頻段的頻寬特性。此外，藉由阻抗匹配單元314以及電感單元316可在有限的天線配置空間內有效提高LTE天線結構在低頻段的頻寬，使其符合長期演進技術的通訊需求，如在圖3中，LTE天線結構300的寬度L1僅達53.7毫米(mm)，因此有助於應用LTE天線結構的電子裝置在微型化上的發展。

綜上所述，本發明藉由連接於饋入端與低頻輻射件之間的阻抗匹配單元來改變饋入端的串聯電感性，以在有限的天線配置空間內有效提高LTE天線結構在低頻段的頻寬，而有助於應用LTE天線結構的電子裝置在微型化上的發展。在部分實施例中，更可藉由與短路件串接於低頻輻射件與接地之間的電感單元來降低低頻頻段的中心頻率，使低頻頻段的低頻部分可到達更低的頻率，進而使LTE天線結構更符合通訊的需求。

100‧‧‧LTE天線結構

101‧‧‧低頻輻射件

102‧‧‧短路件

104‧‧‧饋入端

106‧‧‧饋入訊號

108‧‧‧高頻輻射件

110‧‧‧第一連接區段

112‧‧‧第二連接區段

114‧‧‧阻抗匹配單元

FP1‧‧‧饋入點

GP1‧‧‧接地端

Claims (8)

1. 一種LTE天線結構，包括：一短路件，連接一接地端；一饋入端；一低頻輻射件，提供一第一共振路徑，其中該低頻輻射件對應工作於一低頻頻段；一第一連接區段，具有第一端及第二端，該第一連接區段之第一端連接該饋入端，該第一連接區段的第二端連接該短路件；一第二連接區段，具有第一端及第二端，該第二連接區段之第一端連接該第一連接區段的第二端，該第二連接區段的第二端連接該低頻輻射件，該第一連接區段與該第二連接區段提供該第一共振路徑；一高頻輻射件，連接該饋入端的第一端，該高頻輻射件提供一第二共振路徑，其中該高頻輻射件對應一第二頻段；以及一阻抗匹配單元，具有一第一端及一第二端，該第一端連接該低頻輻射件，該第二端連接該饋入端，該阻抗匹配單元調整該饋入端的電感性，而調整該低頻頻段的頻寬，以抵銷該饋入端的串聯電感性；其中該接地端位於該短路件的第二端，該饋入端、該短路件與該第一連接區段形成一電流迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，更包括： 一電感單元，與該短路件串接於該低頻輻射件與一接地之間，以提升該低頻輻射件之相對頻寬。
3. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中頻寬提升後的該低頻輻射件之操作頻寬介於700MHZ~960MHZ。
4. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中該第一共振路徑的長度大於該第二共振路徑的長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中該LTE天線結構為一平面倒F型天線。
6. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中該高頻輻射件之操作頻寬介於1710MHZ~2170MHZ。
7. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中該低頻輻射件與該高頻輻射件係相互平行設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述的LTE天線結構，其中該第一連接區段及該第二連接區段呈現一L型。