CN102570035A - 双频天线及相关的通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双频天线及相关的通信装置。所提出的双频天线实施例之一，包含有：辐射本体，包含有位于第一平面、第二平面、第三平面及第四平面的多个辐射部；短路接脚，自辐射本体向外延伸，且短路接脚位于第一平面；以及馈入接脚，自辐射本体向外延伸，且馈入接脚位于第一平面；其中位于第一平面、第二平面及第三平面的辐射部可用于发送和接收第一频段的信号，位于第一平面、第二平面及第四平面的辐射部可用于发送和接收第二频段的信号，且第一平面与第二平面间、第二平面与第三平面间、以及第二平面与第四平面间各具有一个80度～100度的夹角。

Description

双频天线及相关的通信装置

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其涉及一种用于无线通信设备中的双频天线。

背景技术

现代电子设备的体积精简，并且能提供强大功能，已为使用者所广泛接受。然而，随着电子设备尺寸的缩小，许多内部和外部的元件也必须要重新地设计，才能符合需求。

时下许多的电子设备需要支持多频段收发的功能。例如，支持IEEE802.11n标准的设备、支持IEEE 802.11a/b/g标准的设备、同时支持多种无线通信标准(如GSM、3G、4G、蓝牙、IEEE 802.11系列或802.16系列等)的设备、或者其它需要在多个频段收发无线信号的设备等等。这些电子设备需要配备多个天线，才能在不同的频段上收发无线信号。

对于欲精简体积的电子设备而言，多个天线所占据的体积，显然是造成体积难以进一步缩小的因素之一。

发明内容

因此，如何在愈来愈有限的机构空间中，设计尺寸精简、低成本、且能于多频段收发信号的天线结构，一直是业界长期来所遭遇到的难题。

本说明书提供了一种双频天线的实施例，其包含有：一辐射本体，包含有多个辐射部，分别位于一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接脚，自该辐射本体向外延伸，且该短路接脚位于该第一平面；以及一馈入接脚，自该辐射本体向外延伸，且该馈入接脚位于该第一平面；其中位于该第一平面、该第二平面及该第三平面的多个辐射部可用于发送和接收一第一频段的信号，位于该第一平面、该第二平面及该第四平面的多个辐射部可用于发送和接收一第二频段的信号，且该第一平面与该第二平面间、该第二平面与该第三平面间、以及该第二平面与该第四平面间各具有一个80度～100度的夹角。

本说明书还提供了一种无线通信装置的实施例，其包含有：一电路基板，包含有一第一连接部及一第二连接部；以及一双频天线，包含有：一辐射本体，包含有多个辐射部，分别位于一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接脚，自该辐射本体向外延伸，并与该第一连接部相接合，且该短路接脚位于该第一平面；以及一馈入接脚，自该辐射本体向外延伸，并与该第二连接部相接合，且该馈入接脚位于该第一平面；其中位于该第一平面、该第二平面及该第三平面的多个辐射部可用于发送和接收一第一频段的信号，位于该第一平面、该第二平面及该第四平面的多个辐射部可用于发送和接收一第二频段的信号，且该第一平面与该第二平面间、该第二平面与该第三平面间、以及该第二平面与该第四平面间各具有一个80度～100度的夹角。

前述实施例的优点之一是双频天线的结构制作简单、尺寸精简、并且成本低廉。

前述实施例的另一优点是双频天线与无线通信装置的电路基板的组装容易，利于生产制造。

附图说明

图1为本发明的双频天线的一实施例简化后的示意图。

图2为图1的天线的制作方法的一实施例示意图。

图3为使用图1的天线10的无线通信装置的一实施例简化后的示意图。

图4为使用两组天线10和11的无线通信装置的一实施例简化后的示意图。

图5为使用两组天线10和11的无线通信装置的另一实施例简化后的示意图。

图6为使用图1的天线10的无线通信装置的另一实施例简化后的示意图。

图7为图6的无线通信装置调整馈入接脚与短路接脚间的距离时的天线特性比较示意图。

图8为图6的无线通信装置调整短路接脚与电路基板间的距离时的天线特性比较示意图。

图9为图6的无线通信装置调整辐射部与电路基板间的距离时的天线特性比较示意图。主要元件符号说明

10、11天线

110馈入接脚

120短路接脚

130、140、150、160辐射部

170支撑部

180、190虚拟路径

300、400、500、600无线通信装置

310电路基板

320接地部

330、340、350、360连接部

具体实施方式

以下将结合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的元件。在说明书及所附的权利要求书当中使用某些词汇来指称特定的元件，本领域技术人员应可理解，可能会有不同的名词用来称呼同样的元件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的基准。在通篇说明书及所附的权项当中所提及的“包含”为开放式的用语，应解释成“包含但不限定于...”。另外，“耦接”一词包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接连接(包含通过电性连接、有线/无线传输、或光学传输等信号连接方式)于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接的电性或信号连接至该第二装置。

图1为本发明一实施例的双频天线10简化后的示意图。天线10包含有一辐射本体、以及自该辐射本体向外延伸的馈入接脚110、短路接脚120和支撑部170。在本实施例中，天线10的辐射本体包含辐射部130、140、150和160。天线10可视为两个倒F型天线的组合，图1中所示的两条虚拟路径180和190，可分别代表天线10于第一频段和第二频段的等效电流路径的示意图。

在图1中，馈入接脚110和短路接脚120两者的宽度朝各自的末端方向逐渐减少。当欲将天线10固定至电路基板(图中未示出)时，可适当地调整馈入接脚110与短路接脚120的尺寸，或是适当地调整电路基板的孔洞尺寸，而使天线10和电路基板间隔于所需的距离。在另一些实施例中，馈入接脚110和短路接脚120也可以分别设置为阶梯状、圆弧状、或不规则形状，以便于将天线10和电路基板间隔于所需的距离。在一些实施例中，也可以不改变馈入接脚110和短路接脚120的末端尺寸，而改以其它方式(例如，配合支撑部170或使用其它的支撑元件等)将天线10和电路基板间隔于所需的距离。

支撑部170设置于短路接脚120的一侧。当组装天线10和电路基板时，支撑部170可单独或者配合馈入接脚110和短路接脚120，而将天线10和电路基板间隔于所需的距离。支撑部170也可以增加天线10组装于电路基板后的结构稳定性。在另一些实施例中，支撑部170也可设置于短路接脚120的另一侧，或是设置于馈入接脚110的一侧。实际上，也可于馈入接脚110和/或短路接脚120的侧边设置多个支撑部，或者不设置任何支撑部于天线10上。

天线10通过馈入接脚110和短路接脚120，由其它元件(图中未示)接收信号，并且经由辐射部130、140、150和160发送。天线10也可以通过辐射部130、140、150和160接收无线电信号，并将所接收的无线电信号通过馈入接脚110和短路接脚120发送至其它元件(图中未示)。

图1的实施例中，辐射部130的宽度设置为由辐射部140往馈入接脚110的方向逐渐减少。在另一些实施例中，辐射部130的宽度设置为由辐射部140往馈入接脚110的方向逐渐增加。辐射部130的宽度变化方式可以是分多个区段呈阶梯状变化、以线性方式变化、以弧形方式变化、或者以其它合适的几何图形方式变化。在另一些实施例中，辐射部130也可设置为不改变宽度。

虚拟路径180途经辐射部130、140和150，虚拟路径180的长度代表天线10的辐射本体于第一频段的等效电流路径长度，且虚拟路径180的长度实质上等于第一频段的无线电信号波长的1/4。因此，可通过调整辐射部130、140和150的尺寸，以调整天线10的辐射本体于第一频段的等效电流路径长度。

虚拟路径190途经辐射部130、140和160，虚拟路径190的长度代表天线10的辐射本体于第二频段的等效电流路径长度，且虚拟路径190的长度实质上等于第二频段的无线电信号波长的1/4。相仿地，可通过调整辐射部130、140和160的尺寸以调整天线10的辐射本体于第二频段的等效电流路径长度。

在一些实施例中，可通过仅调整辐射部150的尺寸以调整天线10的辐射本体于第一频段的等效电流路径长度，而通过仅调整辐射部160的尺寸以调整天线10的辐射本体于第二频段的等效电流路径长度。换言之，可分别调整天线10的辐射本体于两个频段的等效电流路径长度，而不会相互影响。

前述天线10的各部件可以用导电性的材质分别制成后再彼此拼接组合。天线10也可直接用一体成形的金属片来进行冲压或切割制作，以降低制造的复杂度和成本。

将天线10与无线通信装置的电路基板进行组装前，可以先将天线10弯折成适当的形状，以增加天线10的结构刚性。

图2为天线10的制作方法一实施例的示意图。如图2所示，可以先将天线10的馈入接脚110、短路接脚120、辐射部130和辐射部150弯折成与辐射部140间呈一预定夹角(例如80～100度之间的任一角度，本实施例中为90度)。接着，将辐射部160弯折成与辐射部140间呈一预定夹角(例如80～100度之间的任一角度，本实施例中为90度)，并将支撑部170弯折成与短路接脚120间呈一预定夹角(例如80～100度之间的任一角度，本实施例中为90度)。在另一些实施例中，天线10各个部分弯折的顺序和弯折的方向也可以做适当的变化，例如支撑部170可以不需要弯折。或者，也可使用与图2实施例呈镜像的弯折方式，而如图4和图5中的天线11所示。

本实施例中，馈入接脚110、短路接脚120、辐射部130和150设置为位于同一平面。在另一些实施例中，辐射部150也可设置为与馈入接脚110、短路接脚120和辐射部130不位于同一平面。本实施例中，辐射部160设置为与馈入接脚110、短路接脚120和辐射部130呈现平行的状态，而在另一些实施例中，辐射部160也可设置为与馈入接脚110、短路接脚120和辐射部130不呈现平行的状态。

本实施例中，辐射部140设置为与辐射部130、150和160实质上垂直，亦即，天线10可弯折成立体状的结构，这样能增强其结构刚性和稳定性，使得天线10在组装及使用的过程中不易变形。

图3所示为使用天线10的一示例性的无线通信装置300简化后的示意图。无线通信装置300包含有天线10和电路基板310，电路基板310包含有接地部320以及连接部330和340。图3中的接地部320仅为示意性的绘制，接地部320的尺寸、位置及形状也可以依不同的设计考虑而调整。为简洁起见，图3中并未示出其它元件。

连接部330和340可以使用贯穿的孔洞来实现，用以将天线10固定在电路基板310上。在一实施例中，连接部330是通孔，镀有导电性材料，并与电路基板310上的接地部320相连接。当天线10的短路接脚120与连接部330以插接或焊接等方式接合后，短路接脚120会与接地部320相导通。而实施例中的连接部340也是通孔。天线10的馈入接脚110可与连接部340以插接或焊接等方式相接合，而耦接至电路基板310上的其它元件，以便于馈入接脚110将天线10所收发的电磁波信号耦接至适当的元件进行处理。在另一实施例中，连接部330和/或340也可采用未贯穿的凹孔来实现。

在图3的实施例中，短路接脚120与馈入接脚110两者的末端的宽度皆逐渐减小，可配合连接部330和340的尺寸，将天线10以所需要的距离固定在电路基板310。

在天线10结合至电路基板310时，支撑部170可正好抵碰至电路基板310的表面，或者与电路基板310的表面间隔一适当的距离(例如，小于4mm)，使支撑部170能够提供稳定天线10结构的功能。在另一实施例中，支撑部170也可加以调整，例如，将支撑部170的一部分弯折成至与电路基板310的表面相平行，并于天线10结合至电路基板时，使支撑部170与电路基板310平行的部分抵碰至电路基板310的表面。在一些实施例中，可不设置支撑部170于天线10，而将支撑元件直接设置于电路基板310上，或者使用另外的支撑元件将天线10固定于电路基板310。在另一些实施例中，也可完全不使用支撑部或支撑元件。

在一实施例中，当天线10组装至电路基板310时，天线10的辐射部130、150和160会与电路基板310的表面实质上垂直，而天线10的辐射部140会与电路基板310的表面实质上平行。在另一些实施例中，天线10的辐射部130、140、150和160与电路基板310间的摆放角度、方向和相对位置等皆可适当地调整。

图4和图5分别为使用两组天线10和11的示例性的无线通信装置400和500简化后的示意图。无线通信装置400和500皆包含有天线10和11以及电路基板310，电路基板310包含有接地部320以及连接部330、340、350和360。图中的接地部320仅为示意性的绘制，接地部320的尺寸、位置及形状也可以依不同的设计考虑而调整。为简洁起见，图中并未示出其它元件。

连接部330～360可以使用贯穿的孔洞来实现，用以将天线10固定在电路基板310上。在一实施例中，连接部330和350是通孔，镀有导电性材料，并与电路基板310上的接地部320相连接。当天线10和11的短路接脚与连接部330和350以插接或焊接等方式接合后，该等短路接脚会与接地部320相导通。而本实施例中的连接部340和360也是通孔。天线10和11的馈入接脚可与连接部340和360以插接或焊接等方式相接合，而耦接至电路基板310上的其它元件，以便于由馈入接脚将天线10和11所收发的电磁波信号耦接至适当的元件进行处理。在一实施例中，连接部330、340、350和/或360也可采用未贯穿的凹孔来实现。其它如短路接脚与馈入接脚的末端尺寸设计、支撑部、支撑元件、天线与电路基板的摆放角度、方向和相对位置等，皆可参考上述或本说明书中其它的实施例而加以结合。

在图4和图5的实施例中，由于所设置的天线10和11皆能于第一频段和第二频段收发信号，故能支持多输入多输出的功能(multiple-input-multiple-output，MIMO)。实际上，也可将天线10设计成能于第一频段和第二频段收发信号，而将天线11设计成能于第三频段和第四频段收发信号，使无线通信装置400和500能在所需要的不同频段上收发信号。

在另一些实施例中，天线10各部分的尺寸、形状和相对位置，或者天线10与电路基板310组装的相对位置等，都可以适当地调整以获得所需的天线收发特性。例如，在图6的实施例中，天线10的第一频段约为2.4GHz，而第二频段约为5GHz，天线10的尺寸约为20mm×8mm×3mm。

图7～图9中，示出了图6中的天线10的其它部位的尺寸调整后对天线的反射损失(return loss)所造成的影响。

如图7所示，调整馈入接脚110与短路接脚120间的距离g，对天线的反射损失以及所需频段的带宽会产生变化。通过调整距离g，来改变天线的输入阻抗，以获得所需的阻抗匹配，而能调整在第一频段和第二频段附近的带宽以及反射损失，因而能够获得所需的天线特性。距离g的数值增加时，会使第一频段附近的反射损失增加，并使第二频段附近的带宽增加。例如，在图6的实施例中，可将距离g设置为0.5mm～6mm之间。在一些优选实施例中，可将距离g设置为4mm～6mm之间。

如图8所示，调整短路接脚120与电路基板间的距离d，对天线的反射损失以及所需频段的带宽会产生变化。通过调整距离d，来改变天线的输入阻抗，以获得所需的阻抗匹配，而能调整在第一频段和第二频段附近的带宽以及反射损失，因而能够获得所需的天线特性。距离d的数值增加时，会使第一频段附近的反射损失增加，并使第二频段附近的带宽增加。例如，在图6的实施例中，可将距离d设置为1.5mm～4.5mm之间。

如图9所示，调整辐射部130与电路基板间的距离s，对天线的反射损失以及所需频段的带宽会产生变化。通过调整距离s，来改变天线的输入阻抗，以获得所需的阻抗匹配，而能调整在第一频段和第二频段附近的带宽以及反射损失，因而能够获得所需的天线特性。距离s的数值减少时，会使第一频段附近的反射损失增加、第二频段附近的带宽增加、并且使第一频段和第二频段调整为较高频率。距离s较小时，即辐射部130的面积较大，等效上能收发更多频率的信号，因此在第二频段能够有较佳的带宽特性。例如，在图6的实施例中，可将距离s设置为0.8mm～4.5mm之间。在一些优选实施例中，可将距离s设置为0.8mm～1.5mm之间。

前述的天线皆可用一体成形的结构，因此只需使用一金属导体，经过适当的凹折即可制作完成。而且本说明书提出的天线可直接与电子设备的电路基板插接或焊接在一起，故其具有制作简单、成本低廉与组装容易的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种双频天线，包含有：

一辐射本体，包含有多个辐射部，分别位于一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；

一短路接脚，自所述辐射本体向外延伸，且所述短路接脚位于所述第一平面；以及

一馈入接脚，自所述辐射本体向外延伸，且所述馈入接脚位于所述第一平面；

其中，位于所述第一平面、所述第二平面及所述第三平面的多个辐射部可用于发送和接收一第一频段的信号，位于所述第一平面、所述第二平面及所述第四平面的多个辐射部可用于发送和接收一第二频段的信号，且所述第一平面与所述第二平面间、所述第二平面与所述第三平面间、以及所述第二平面与所述第四平面间各具有一个80度～100度的夹角。

2.根据权利要求1所述的双频天线，还包含有一个或多个支撑部，自所述辐射本体、所述短路接脚、及所述馈入接脚的至少其中之一向外延伸。

3.根据权利要求2所述的双频天线，其中，所述支撑部与辐射本体、所述短路接脚、及馈入接脚的至少其中之一具有一个80度至100度的夹角。

4.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第一平面与所述第二平面间、所述第二平面与所述第三平面间、以及所述第二平面与所述第四平面间的夹角均为90度。

5.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第一平面与所述第三平面实质上位于同一平面。

6.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述短路接脚与所述馈入接脚间距离为0.5mm至6mm之间。

7.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述多个辐射部包含位于所述第一平面的一第一辐射部、位于所述第二平面的一第二辐射部、位于所述第三平面的一第三辐射部、以及位于所述第四平面的一第四辐射部。

8.一种无线通信装置，包含有：

一电路基板，包含有一第一连接部及一第二连接部；以及

一双频天线，包含有：

一辐射本体，包含有多个辐射部，分别位于一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；

一短路接脚，自所述辐射本体向外延伸，并与所述第一连接部相接合，且所述短路接脚位于所述第一平面；以及

一馈入接脚，自所述辐射本体向外延伸，并与所述第二连接部相接合，且所述馈入接脚位于所述第一平面；

其中，位于所述第一平面、所述第二平面及所述第三平面的多个辐射部可用于发送和接收一第一频段的信号，位于所述第一平面、所述第二平面及所述第四平面的多个辐射部可用于发送和接收一第二频段的信号，且所述第一平面与所述第二平面间、所述第二平面与所述第三平面间、以及所述第二平面与所述第四平面间各具有一个80度～100度的夹角。

9.根据权利要求8所述的无线通信装置，还包含有一个或多个支撑部，自所述辐射本体、所述短路接脚、及所述馈入接脚的至少其中之一向外延伸，可用以接触所述电路基板并支撑所述双频天线。

10.根据权利要求9所述的无线通信装置，其中，所述支撑部与辐射本体、所述短路接脚、及馈入接脚的至少其中之一具有一个80度～100度的夹角。

11.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述第一平面与所述第二平面间、所述第二平面与所述第三平面间、以及所述第二平面与所述第四平面间的夹角均为90度。

12.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述第一平面与所述第三平面实质上位于同一平面。

13.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述短路接脚与所述馈入接脚间距离为0.5mm～6mm之间。

14.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述短路接脚与所述电路基板间距离为1.5mm～4.5mm之间。

15.根据权利要求8所述的无线通信装置，其中，所述多个辐射部包含位于所述第一平面的一第一辐射部、位于所述第二平面的一第二辐射部、位于所述第三平面的一第三辐射部、以及位于所述第四平面的一第四辐射部。

16.根据权利要求15所述的无线通信装置，其中，所述第一辐射部与所述电路基板间距离为0.8mm～4.5mm之间。

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