CN100382390C

CN100382390C - 双频天线

Info

Publication number: CN100382390C
Application number: CNB021473714A
Authority: CN
Inventors: 方建兴; 张源利; 林慧贞
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: CN1492540A

Abstract

本发明是在提供一种双频天线，是具有一辐射元件、一间隔地位于辐射元件一侧的接地元件、一跨接辐射元件与接地元件的导电接脚及一用以收发信号的讯号线，其特征在于：该导电接脚是呈N字型且讯号线是导接于导电接脚上，以利用单一导电接脚提供接地与信号馈入的功能。

Description

双频天线

技术领域

本发明是有关于一种双频天线，特别是指一种信号馈入点与接地点共用单一导电接脚的倒F型天线。

背景技术

由于使用电磁波传递讯号的无线通讯技术，在使用上有不需连接缆线即可达与远端装置沟通的效果，而具有便于移动的优点，使得利用无线通讯技术的产品种类日趋繁多，例如移动电话、笔记本电脑、提供无线通讯功能的智慧家电等等。前述这些设备由于使用电磁波传递讯号之故，因此用以感应电磁波的天线为应用无线通讯技术的设备中必要的装置。目前天线大致可分成外露于装置外的天线与内建于装置内部的天线，而由于外露型天线会影响装置整体造型的美观与具有易受外物碰撞而产生弯曲、折断的缺点，所以内建式天线已成为未来趋势。

如图1，是一种传统内建式天线1。此天线1是一平板倒F型天线(PlanarInverted-F Antenna，PIFA)，大致具有一矩形板状辐射元件11与一间隔相对地板状接地元件12，而辐射元件11更向下延伸两导电接脚13、14，其中一导电接脚13是电连接至接地元件12以作为接地接脚，而另一导电接脚14是穿过接地元件12并适于电连接至无线电收发电路(图未示)以作信号馈入接脚。如此，当信号馈入接脚14将电流馈入辐射元件11时，电流会分成左右两路径流动并经接地接脚13至接地元件12，而因两电流路径长度差异而发出两不同频率的电磁波(L＝λ/4，L＝路径长度，λ＝波长)；反之，当辐射元件11感应与两频率与电流路径长度符合的电磁波时，则能通过信号馈入接脚14将信号导入无线收发电路。因此，平板倒F型天线1可收发两种不同频率的电磁波。

此外，倒F型天线的辐射元件11的形态除了为平板外，亦可为线条。如图2，是另一种传统的倒F型天线1′。同样地，天线1′具有一线条状辐射元件11′、一与该辐射元件11′间隔相对的板状接地元件12′与位于两者间的两导电接脚13′、14′。导电接脚13′是衔接辐射元件11′的一端至接地元件12′，以作为接地接脚。另一导电接脚14′是设置于辐射元件11′的两端间的中间位置，亦即非辐射元件11′的两端，以经讯号线15′连接至无线电收发电路(图未示)，以作信号馈入接脚。在此，当信号馈入接脚14′由讯号线15′馈入电流时，电流亦会分左右方向流动，然而，如图3，电流由信号馈入接脚14′直接流向接地接脚13′，因两接脚14′、13′的电流流向相反地关系，致使左路径的电流会相互抵消，而不会谐振而发出电磁波。至于右路径的长度L可等效为辐射元件11′中于信号馈入接脚14′右侧部分的长度，亦是约等于四分之一波长，而可发出一特定频率(f＝c/λ，c＝3×10⁸m/sec)的电磁波，亦可感应此频率的电磁波并将感应的信号经信号馈入接脚14′与讯号线15′导入无线收发电路。因此，有别于平板倒F型天线1能收发两种频率的电磁波，线状倒F型天线1′仅能收发单一频率的电磁波。

因而，无论是平板倒F型天线1或是线状倒F型天线1′都分别以两独立并列的导电接脚13、13′、14、14′来分作接地接脚13、13′与信号馈入接脚14、14′，致使构件较繁多，且因其为位于辐射元件11、11′与接地元件12、12′间的直线状的接脚，致使其尺寸与摆设位置较为固定，而难以因设计需求而调整天线的输入输出阻抗(天线的特性参数包含频率、频带与输入输出阻抗)。

再者，今天的应用于各种领域的无线通讯，大都仍处于众多标准共存的时期，例如在无线区域网路(Wireless Local Area Network，WLAN)中，目前的标准有由美国电气电子技术协会(Institute of Electrical and ElectronicEngineer，IEEE)制定的IEEE802.11b、IEEE802.11a等等。随着标准的不同，对应的频率亦有可能不同，例如IEEE802.11a和IEEE802.11b分别为5.5GHz(频带约为5.15～5.85GHz)和2.45GHz(频带约为2.412～2.4835GHz)频段作定义。在设计时，为了能符合更多标准以提高产品相容性，所以目前大都采用可收发两种频率的双频天线，致使线状倒F型天线1′不敷使用(因其为单频天线)。若能使线状倒F型天线1′亦可收发两种频率，可增加线状倒F型天线1′的适用范围。倘若如图4，直接改变线状倒F型天线1″的接地接脚13″的设置位置，使其不再位于辐射元件11″的端部而可避免电流相互抵消的效应，然而相对于较邻近接地接脚13″的辐射元件11″的端部111″因感应特定频率电磁波而产生的信号而流向信号馈入接脚14″的过程中，由于接地接脚13″相较信号馈入接脚14″更接近端部111″，致使信号会直接经接地接脚13″导入接地元件12″，使得信号馈入接脚14″仍无法接收端部111产生的信号，如此，若接地点(接地接脚13″)领先于信号馈入点(信号馈入接脚14″)，此端部111″仍无法有效提供另一频率的收发，因而，若维持两导电接脚13″、14″分别扮演接地与信号馈入的角色，则难以规避辐射元件11″的其中一端部111″的信号传输路径出现接地点领先于信号馈入点的情况，致使线状倒F型天线1″仍然仅能提供单一频率而无法有效提供双频。

因此，本发明人考虑若能利用单一导电接脚来提供信号馈入与接地的功能且令信号馈入点领先于接地点，将可消除传统倒F型天线1′中的左路径因接地接脚13′与信号馈入接脚14′并列而产生电流相互抵消的情况，而且相对于任何一种的倒F型天线来说，能简化构件数量，并可利用调整此接脚的尺寸或讯号线的导接位置来调整天线的输入输出阻抗，以解决传统问题。

发明内容

因此，本发明的一目的，在于提供一种可减少接脚数量的双频天线。

本发明的另一目的，在于提供一种可简化构件的倒F型天线。

本发明的再一目的，在于提供一种可收发双频的线状倒F型天线。

于是，本发明的一种双频天线，该天线可与一无线电收发装置所使用的电路产生电连接，包含一辐射元件、一间隔地位于该辐射元件的一侧的接地元件、一导电接脚及一讯号线；其中，该导电接脚具有一第一支，其一端连接该辐射元件、一第二支，是与该第一支相间隔且其的一端连接该接地元件，及一第三支，是跨接于该第一与第二支；及该讯号线一端是连接于该导电接脚，另一端则与该无线电收发装置所使用的电路产生电连接。

附图说明

本发明的其他技术内容、特征及优点，在以下配合参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现，在附图中：

图1是一种传统平板倒F型天线的示意图。

图2是一种传统线状倒F型天线的示意图。

图3是图2天线的电流左路径的等效电路示意图。

图4是图2的线状倒F型天线的一种变化的示意图。

图5是本发明的双频天线的第一优选实施例的示意图，本实施例的双频天线是线状倒F型天线的示意图。

图6是图5的天线于第一频率的示意图。

图7是图5的天线于第二频率的示意图。

图8是图5的天线的一范例的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)测试结果图。

图9是图5的天线组装于一液晶显示器中的示意图。

图10是本发明的双频天线的第二优选实施例的示意图，本实施例的双频天线是平板倒F型天线。

元件标号对照

2、2′天线 3、3′辐射元件

31第一区段 32第二区段

33输入点 4、4′接地元件

5、5′导电接脚 51、51′第一支

511、512第一支的端

52、52′第二支 521、521′第二支的端

53、53′第三支 531第一端

532第二端 54、55转折处

6、6′讯号线 61、61′多心导线(蕊心导线)

62、62′接地层 7笔记本电脑

71液晶显示器

具体实施方式

应注意的是，在下文中的诸实施例中，相同或类似的标号代表相同或类似的元件。再者，一般天线的频率相关于天线中的所使用辐射元件的尺寸，而频带则相关于天线中所使用的接地元件的尺寸，输入输出阻抗相关于信号馈入点与接地元件间的距离，且频率、频带与输入输出阻抗中的任一者变动时会影响其他两者，使得三者的调整为相互影响。

本发明是针对倒F型天线作改良，使信号馈入与接地共用单一接脚，以简化天线的结构，进而解决传统问题。首先，如图5，是本发明的双频天线的第一优选实施例，本实施例是线状倒F型天线2而包含一辐射元件3、一接地元件4、一导电接脚5与一讯号线6。

此辐射元件3是一由导电线材所构成的直线状导线，以用来收发两种不同频率f₁、f₂。此辐射元件3的长度是取决于两种不同频率而可分成一谐振于第一频率f₁的第一区段31与一谐振于第二频率f₂的第二区段32，第一频率f₁是不同于第二频率f₂。具体地说，第一区段31的长度l₁约等于第一频率f₁的波长λ₁的四分之一[l₁＝λ₁/4＝c/(4f₁)，c＝3×10⁸m/sec]，而第二区段32的长度l₂约等于第二频率f₂的波长λ₂的四分之一[l₂＝λ₂/4＝c/(4f₂)，c＝3×10⁸m/sec]，所以，辐射元件3的总长度L约等于两频率f₁、f₂的四分之一波长λ₁、λ₂的加总(L＝l₁+l₂)。

接地元件4是间隔地位于辐射元件2的下方的一导电片体。接地元件4的尺寸是相关于天线2的频带宽度。具体地说，随着接地有效面积的变化，则天线2的阻抗与频宽亦随之变化，举例来说，若假设第一频率f₁符号IEEE802.11a的标准，则第一频率f₁可为5.5GHz与其预设频宽可为5.15～5.85GHz；若第二频率f₂符合802.11b标准，则第二频率f₂可为2.45GHz与其频宽可为2.412～2.4835GHz。

本例的导电接脚5是位于辐射元件3与接地元件4间并具有一第一支51、第二支52及一第三支53。第一支51的一端51连接输入点33，此输入点33位于辐射元件3中两区段31、32之间，及其另一端52是沿辐射元件3朝接地元件4的方向延伸且未与接地元件4接触。第二支52的一端521连接接地元件4与另一端522是沿接地元件4朝辐射元件3的方向延伸且未接触辐射元件3，并且第二支52是间隔于第一支51。第三支53是跨接第一支51与第二支52，且其第一端531连接第一支51中未与辐射元件3相接的端512与第二端532连接第二支52中未与接地元件4相接的端522，致使导电接脚5呈现N字型。在本实施例中，第一支51与第二支52是分别垂直于辐射元件3与接地元件4，使两者相互平行并列，而第三支53的两端531、532是分别垂直地与第一支51与第二支52相接，致使在导电接脚5上形成两垂直转折处54、55，一转折处54是位于第一支51与第三支53的相接处与另一转折处55是位于第二支52与第三支53的相接处。应注意的是，虽然本实施例为了说明的目的，详细界定导电接脚5，然而业内人士应知，导电接脚5形状与转折角度可依实际设计需求而调整，仅需符合令辐射元件3与接地元件4间能产生谐振的条件即可。

讯号线6的一端61是连接于导电接脚5，另一端则电连接该无线电收发装置所使用的无线电收发电路(图中未示)，来使无线电收发电路可与辐射元件3电连接，以利用辐射元件3来接收或发射电磁波。在本实施例中，讯号线6可为一同轴电缆，大致包含一多心导线61、一包覆此多心导线61的绝缘层、一包覆绝缘层并为导电材质的接地层62以及一包覆接地层62的绝缘外套，而以多心导线61电连接辐射元件3与无线电收发电路，与接地层62电连接至接地元件4。

在本实施例中，讯号线6的多心导线61导接于导电接脚5的第三支53上，最好导接于位第一支51与第三支53间的转折处54，亦即以转折处54作为信号馈入点。如此，因导电接脚5导接辐射元件3与接地元件4，可扮演接地接脚功能，以及因讯号线6导接于导电接脚5，使讯号线6可经导电接脚5将信号馈入辐射元件3或自辐射元件3接收谐振信号，而可扮演信号馈入接脚的功能，以使单一导电接脚5兼具信号馈入与接地功能，明显有别于传统分别利用两导电接脚来扮演信号馈入与接地功能。

再者，由于讯号线6是导接于导电接脚5的转折处54，致使当自无线电收发电路发出信号经讯号线6馈入导电接脚5时，则信号虽会分流于第一支51与第三支53，而馈入第三支53的部分信号流至第三支53与第二支52间的转折处55时，则因垂直转折处55的阻挡，会令部分信号改变流向而回流第三支53，以经第一支51馈入辐射元件3，至于流至第一支51的部分信号则会顺利馈入辐射元件3，使得大部分的信号会馈入辐射元件3来产生谐振，以发出电磁波。当辐射元件3感应电磁波而产生信号时，则因讯号线6连接于导电接脚5的转折处54，致使信号馈入接地元件4前，大部分的信号会由讯号线6接收以传送至无线电收发电路；反之，当辐射元件3感应电磁波而产生信号时，信号流至导电接脚5后，则因为信号馈入点(即讯号线6与导电接脚5相接处)领先于接地点(即导电接脚5与接地元件4相接处)，所以信号会先馈入讯号线6，此外，由于本例的讯号线6是沿第一支51的方向设置与信号流向一致，而信号欲馈入接地元件4则需经两次转折，致使大部分信号会馈入讯号线6。因而，利用导电接脚5转折的设计，致使其可提供接地与信号馈入的功能。

如此，传统线状倒F型天线因接地接脚与信号馈入接脚并列和位于辐射元件的一端而使流经此端部的电流相互抵消而存在无法产生谐振的问题，因为本实施例以连接至输入点33的导电接脚5来提供接地功能，而不是位于端部，而且信号馈入点(即转折处54)领先于接地点(即第二支52的端521)，致使感应信号会先经信号馈入点(即转折处54)流入讯号线6而可被无线电收发电路接收，如此辐射元件3的两区段31、32都能发出或接收特定频率的电波。详言之，如图6，当天线2感应第一频率f₁的电磁波时，则辐射元件3的第一区段31会因长度与第一频率f₁相符而谐振产生感应信号经第一支51馈入讯号线6；同样地，如图7，当天线2感应第二频率f₂时，则第二区段32会谐振而产生感应信号以经导电接脚5的第一支51馈入讯号线6。借此，利用本发明的信号馈入点与接地点共导电接脚的设计，以达收发双频的发明目的。

再者，为了证明本实施例的结构确实可收发两种不同频率的天线。兹依本实施例来列举一范例作测试。本范例是令辐射元件3可收发符合IEEE802.11a与IEEE802.11b的标准的电磁波，而假设辐射元件3的第一区段31的长度l₁为6mm(10^-3m)、第二区段32为长度l₂为22mm、导电接脚5的第一支51的长度分别为2mm、第二支52的长度为3mm、第三支53的长度为9mm，以及接地元件4的尺寸为20mm×40mm。一般随着电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)的数值增加，会使信号反射的情况愈严重而影响天线的操作，所以天线的标准中一般有定义电压驻波比的最大容许值，此最大容许值随标准的不同或有差异，若此频率的电压驻波比小于最大容许值时，始能确认天线能在此频率下作动。因而，此实验利用量测本范例的天线2于2GHz～6GHz间的各频率的电压驻波比，其结果如图8，以获知天线2的可操作频率范围，并依IEEE802.11b与IEEE802.11a标准中的频带要求，在图8中撷取数点对应频率的结果分列于下列表1与表2中。

表1

频率(GHz)	2.4	2.45	2.5
频率(GHz)	2.4	2.45	2.5	电压驻波比	1.59	1.26	1.102

一般IEEE 802.11b要求电压驻波比需小于2，而配合参照图8与上列表1与，天线2的频率为2.4GHz时电压驻波比为1.59(如图8中的节点1)、频率为2.45GHz时电压驻波比为1.26(如图8中的节点2)与频率为2.5GHz时电压驻波比为1.102(如图8中的节点3)，如此可知本范例的天线2至少可于频率2.4～2.5GHz范围内操作，以符合IEEE802.11b标准中的频带要求(2.412～2.4835GHz)。

表2

频率(GHz)	5.15	5.25	5.35	5.47	5.825
频率(GHz)	5.15	5.25	5.35	5.47	5.825	电压驻波比	1.481	1.564	1.323	1.192	1.769

如上述表2，天线2的频率为5.15GHz时电压驻波比为1.481(如图8中的节点4)、频率为5.25GHz时电压驻波比为1.564(如图8中的节点5)、频率为5.35GHz时电压驻波比为1.323(如图8中的节点6)，频率为5.47GHz时电压驻波比为1.192(如图8中的节点7)与频率为5.825GHz时电压驻波比为1.769(如图8中的节点8)，所以本范例的天线2亦可于5.15～5.825GHz的范围内操作，以符合IEEE802.11a标准中的频带要求(5.15～5.85GHz)。

依据前述的实验结果，证明本范例的结构确实可提供符合IEEE802.11a与IEEE802.11b标准的双频天线，进一步证明本实施例中信号馈入点与接地点确实可共用同一导电接脚5。从而，在本实施例中利用单一导电接脚5来兼顾信号馈入与接地功能，以解决传统线状线F型天线无法收发两种频率的遗憾，而且相较传统，因导电接脚5的数目的减少，致使本实施例确实可达构件数量减少与结构简单化的功效。

此外，为了减少天线2的厚度与便于组装，天线2是可由软排线(FlexiblePrint Circuit，FPC；或称软印刷电路)材质来制作，以减少天线2的厚度，以达有效降低天线整体高度的功效。而且，由于材质可挠性，使天线2便于嵌入电子装置中的有限空间，举例来说，如图9，当天线2组装于笔记本电脑7中时，可嵌置于液晶显示器71的边框内，而且可将接地元件4贴附于液晶显示器71的背板，致使接地元件4的面积较少限制，以达组装上更有弹性的功效。此外，天线2的接地元件4亦可导接电子装置内既有金属构件，以扩张接地面积，而可增加天线2的操作频宽，进而利于频率与输入输出阻抗的调校。

再者，应注意的是，虽然本实施例中令讯号线6连接导电接脚5的转折处，业内人士应知，讯号线6导接位置可依实际设计需要而改变，例如可于第三支53上移动，并不应受限于本实施例的说明；而且由于不像传统天线中的信号馈入接脚与辐射元件为一体成型，致使信号馈入点的位置为固定而难以改变，然而本实施例中讯号线6是外接于导电接脚5，致使可于组装后始依需求调整讯号馈入点的位置，以利用改变信号馈入点(即讯号线6导接于导电接脚5的位置)与接地点(即导电接脚5与接地元件4的衔接处)间的距离，来调整天线2的谐振频率，而且由于天线2的谐振频率、频带与输入输出阻抗相互影响，使得亦可调整频带或输入输出阻抗。

另外，本发明的单一导电接脚的概念亦可应用于其他类型的倒F型天线，例如下文中说明的本发明的第二实施例的平板倒F型天线。如图10，此天线2′是平板倒F型天线并与前述实施例相同而具有一辐射元件3′、一接地元件4′、一导电接脚5′及一讯号线6′。本实施例与前述实施例不同处在于辐射元件3′是一导电片体，且辐射元件3′的一侧31′凹设一矩形沟槽32′，以增加电流路径长度，进而微小化辐射元件2′的尺寸，其于构件4′、5′、6′是相同于前述实施例而不再赘述。在本实施例中，由于讯号线6′的多心导线61′导接于导电接脚5′且导电接脚5跨接辐射元件3′与接地元件4′，致使导电接脚5′与前述实施例相同可提供信号馈入与接地的功能，进而达结构简单化的功效。

以上所述者，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种双频天线，该天线可与一无线电收发装置所使用的电路产生电连接，包含：

一辐射元件，具有第一频率区段及第二频率区段，一输入点位于该第一频率区段及第二频率区段之间，作为信号输出输入之用；

一接地元件，是间隔地位于该辐射元件的一侧；

一导电接脚，具有一第一支，其一端连接该输入点而另一端不与接地元件、辐射元件接触，一第二支是与该第一支相间隔且其一端连接该接地元件而另一端不与接地元件、辐射元件接触，及一第三支是跨接于该第一与第二支，一转折处位于第一支与第三支的相接处而另一转折处位于第二支与第三支的相接处；及

一讯号线，一端是连接于该导电接脚，另一端则与该无线电收发装置所使用的电路产生电连接。

2.如权利要求1所述的双频天线，其中，该讯号线是连接于该导电接脚的第三支。

3.如权利要求1或2所述的双频天线，其中，该讯号线是连接于该导电接脚的第一支与第三支的衔接处。

4.如权利要求1所述的双频天线，其中，该第三支是连接于该第一与第二支的自由端。

5.如权利要求4所述的双频天线，其中，该导电接脚的第三支是垂直该第一支。

6.如权利要求1所述的双频天线，其中，该导电接脚的第三支是垂直该第二支。

7.如权利要求1所述的双频天线，其中，该辐射元件是平行于该接地元件。

8.如权利要求1所述的双频天线，其中，该导电接脚的第一支与第二支是相互平行。

9.如权利要求8所述的双频天线，其中，该第一与第二支是分别垂直地连接于该辐射元件与该接地元件。

10.如权利要求1所述的双频天线，其中，该接地元件是一片体。

11.如权利要求10所述的双频天线，其中，该辐射元件是一直线。

12.如权利要求10所述的双频天线，其中，该辐射元件是一片体，以形成平板倒F型天线。

13.如权利要求12所述的双频天线，其中，该辐射元件的一例凹设一沟槽。

14.如权利要求1所述的双频天线，其中，该讯号线是一同轴电缆并具有一多心导线与一电性隔离地包覆该多心导线并为导电材质的接地层，而该多心导线是电连接该辐射元件与该无线收发装置所使用的电路，该接地层是电连接该接地元件。

15.如权利要求1-2和4-11及14中任意一项所述的双频天线，其中，所述双频天线为平板倒F型双频天线。