具体实施方式
在下文中,配合附图详细说明介绍本发明的具体实施例,而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。
(第一实施例)
图1绘示本发明第一实施例的天线的结构示意图。天线100包括接地部11、主辐射部12与屏蔽墙13。接地部11具有一第一边112与一第二边114。主辐射部12与屏蔽墙13分别连接接地部11的第一边112与第二边114,且彼此相对,并大致朝同一方向延伸。接地部11、主辐射部12与屏蔽墙13等部件可以是任何形状的导体(导体可以是金属),例如,可以是平板形状或片状的导体,该些导体通过前述的连接方式可构成天线100。
请同时参考图1与图2,图2绘示本发明第一实施例的天线的展开结构示意图。由图1与图2中可知,天线100亦可由单一片状导体,例如可由单一金属片经冲压形成主辐射部12后,再经由两次弯折形成U型结构,其中接地部11为U型结构的底部平面,而屏蔽墙13与主辐射部12则形成大致平行的两侧壁,其彼此相对且其延伸方向大致相同。
屏蔽墙13可以用来降低其后方金属物体影响到主辐射部12的阻抗匹配与辐射效率。因此,天线100可以直接设置在金属物体(例如液晶显示器的顶部金属边框)前面。在本实施例中,屏蔽墙13的高度较佳是大于或等于主辐射部12的高度,但本实施例不受限制。在理论上,屏蔽墙13的面积愈大,其对主辐射部12的屏蔽效果愈好。
主辐射部12具有结构对称的第一辐射部141与第二辐射部142,其中第一辐射部141具有第一馈入端151,而第二辐射部142具有第二馈入端152。天线信号可以经由第一馈入端151或/及第二馈入端152馈入。天线100可使用小型同轴线(mini-cable)来馈入信号,由于第一馈入端151与第二馈入端152的方向相反,且分别位于天线100的两侧,因此小型同轴线可以利用不同的布线方式连接至天线100。
请参照图3与图4,其绘示小型同轴线连接至天线的示意图。小型同轴线310的导电铜线(copper wire)可以连接至第一馈入端151,其外层的网状导体层(copper mesh)则会接地至接地部11,如图3所示。小型同轴线310的导电铜线也可以连接至第二馈入端152,其外层的网状导体层会接地至接地部11,如图4所示。或者,天线100也可以同时由第一馈入端151与第二馈入端152馈入信号。本实施例不限制天线100的馈入方式。值得注意的是,小型同轴线310的网状导体层可经由不同的位置接地到接地部11,例如第一辐射臂121的短路端121b或第三辐射臂123的短路端123b,本实施例不受限制。
复参照图1,主辐射部12具有四个辐射臂121~124,其中第一辐射臂121与第二辐射臂122交叉设置,第三辐射臂123与第四辐射臂124交叉设置。第二辐射臂122与第四辐射臂124分别由主辐射部12的中间部分向两侧方向延伸以形成一T型结构120。第一辐射臂121与第三辐射臂123则分别由主辐射部12的两侧向主辐射部12的中间部分方向延伸以形成两个相互对称的倒L型结构161、162。T型结构120则位于上述两个倒L型结构所围绕的区域之中。
请参照图2,值得注意的是,在本实施例中,上述相邻辐射臂121与122之间、123与124之间的间隙宽度可以分别为L,而L较佳是小于或等于2mm。第一馈入端151与倒L型结构161之间的间隙较佳是小于或等于2mm,而第二馈入端152与倒L型结构162之间的间隙较佳也是小于或等于2mm,但本实施例不受限制。
第一辐射臂121与第二辐射臂122之间的间隙会形成一第一槽孔201,此第一槽孔201会延伸至第二辐射臂122的下方。第三辐射臂123与第四辐射臂124之间的间隙会形成一第二槽孔202,此第二槽孔202会延伸至第四辐射臂124的下方。在本实施例中,第一槽孔201与第二槽孔202相对称,且具有大致相同的槽孔宽度,其宽度较佳是小于或等于2mm,也就是L,但本实施例不限制于此。
T型结构120的颈部连接于接地部11,第二辐射臂122的短路端122b连接于T型结构120的颈部,且第二辐射臂122的开路端122a向第一辐射臂121的短路端121b的方向延伸并形成第一馈入端151;第四辐射臂124的短路端124b连接于T型结构120的颈部,且第四辐射臂124的开路端124a向第三辐射臂123的短路端123b的方向延伸并形成第二馈入端152。
以虚线160为中心,天线100可以被分为两个对称的辐射部,也就是第一辐射部141与第二辐射部142。就结构而言,第一辐射部141与第二辐射部142分别由两个交叉设置的倒L型结构形成。从另一方面来看,T型结构120也可以视为两个倒L型结构的结合,本技术领域普通技术人员应可经由图1推知,在此不加赘述。
本实施例的天线100具有多个共振模态,可以提供多个操作频段。请参照图5,其绘示本实施例的天线100频率响应图。图5中包括测量与模拟曲线。由图5可以看出天线100具有多个频段,2.4GHz频段、5.2GHz频段与5.8GHz频段。这三个频段的回波损耗(return loss)都可以达到10dB以下,5.2GHz频段与5.8GHz频段的回波损耗更可以达到14dB以下。值得注意的是,本实施例的天线100的5.2GHz频段范围更包括日本的5GHz频段(4.9~5GHz)。
值得注意的是,本实施例的天线100也可以利用平板结构(flat structure)的方式(即不具有弯折结构)实现,其具有两个以上回波损耗10dB以上的操作频段(2.4GHz、5975MHz与7510MHz),如图6所示,其绘示天线100与平板结构的天线的频率响应图。由图6可以看出,平板结构的天线在2.4GHz频段具有更佳的回波损耗(大于25dB)。
天线100具有多个不同的表面电流路径以产生多个不同频段的的共振模态,请参照图7A~图7C,其绘示本实施例的天线在三个频段的表面电流分布示意图。在图7A中,信号源位于端点A与B之间,即信号由第一馈入端151馈入。图7A表示频率为2450MHz的表面电流路径与方向;图7B表示频率为5975MHz的表面电流路径的方向;图7C表示频率为7510MHz的表面电流路径与方向。由图7A可以明显看出,在2450MHz的电流路径主要环绕在第一辐射臂121与第二辐射臂122上,如区域710所示。这个表面电流路径可以作为一个半波回圈模态(half-wavelength loop mode),主要是用来激发2450MHz频段的共振模态。这个表面电流路径也会对7510MHz的共振频段有所贡献。
由图7B可以明显看出,激发5975MHz频段的电流路径主要环绕在第二辐射臂122与其下方区域,其中标号721与722表示电流零点(current null)的位置,如区域720所示。这个表面电流路径可以作为一个全波回圈模态(one-wavelength loop mode),主要是用来激发5975MHz频段的共振模态。由图7C可以明显看出,激发7510MHz频段的电流路径主要环绕在第一辐射臂121与第二辐射臂122,其中标号731、732表示电流零点(current null)的位置。由图7C可知,电流零点位于第一辐射臂121与第二辐射臂122的中间位置,如区域730所示。这个表面电流路径可以作为一个全波回圈模态,主要是用来激发7510MHz频段的共振模态。
由图7A~图7C也可以看出,最低共振模态的电流路径是经由端点A至端点C以及由端点D经由端点E、F至端点B。而较高的共振模态的电流路径是两边对称的,如图7A~图7C所示。上述共振模态的差异主要在于电流路径不同。
另,由图7A~图7C也可以看出天线100的频段可以由端点E、F之间相距的预设距离d与T型结构120的颈部宽度w决定。请参照图8,其绘示预设距离d与对应的频率响应图。在本实施例中,以接地部11、主辐射部12与屏蔽墙13的宽度为10mm,而长度例如为70mm为例说明,但本实施例不限制接地部11、主辐射部12与屏蔽墙13的尺寸。图8以预设距离d为4mm、8mm、12mm为例进行模拟,上述预设距离d即为第一辐射臂121的开路端121a与第三辐射臂123的开路端123a之间的距离。预设距离d主要影响的是2.4GHz频段的电流路径,预设距离d愈大,其半回圈路径较小,所以2.4GHz的共振频段会提高。请参照图9,其绘示T型结构120的颈部宽度w与对应的频率响应图。本实施例中以宽度w为8mm、12mm、16mm为例进行模拟,T型结构120的颈部宽度w主要影响的是5GHz的高频共振频段,其颈部宽度w愈大,相对的共振频段也就愈高。
图10~图12分别绘示本实施例天线100在操作频率2442MHz、5250MHz与5775MHz下的远场辐射场型。由图10~图12可以看出,天线100在x-z平面具有不错的全向性(omni-direction)。当天线100设置在电子装置(如液晶电视)的金属边框上时,x-z平面对应于天线100的垂直面,可以得到较佳的全向接收效果。特别注意的是,由于具有屏蔽墙13,所以天线100在z方向具有最大的辐射强度。
图13绘示本实施例天线100的峰值增益与辐射效率。在2.4GHz频段的峰值增益大约是2.9dBi,辐射效率大于84%;在5.2GHz与5.8GHz两个频段,其峰值增益由4.1dBi至5.3dBi,辐射效率大于86%。上述辐射效率的测量环境可以在测试实验室中,将输入功率0dBm的信号输入至天线100,然后测量天线100所发射出来的总辐射量。总辐射量与0dBm的比值即为辐射效率。上述测量与模拟的细节,本技术领域普通技术人员应可由上述实施例的说明中推知,在此不加赘述。
在设置天线100时,天线100的接地部11可以借由背胶黏贴在液晶电视的壳体顶部,而屏蔽墙13可以面向液晶电视的背框金属。屏蔽墙13具有降低背框金属影响天线100的匹配与辐射场型的功效,因此可以取得较好的辐射效应。请参照图14,其绘示天线100的使用示意图。天线100可以安装在液晶电视的萤幕43的顶部并且背靠在后方金属边框41上。由于天线100两侧都可以馈入信号,因此在线路配置上相当方便。
(第二实施例)
上述第一实施例的天线100具有对称的第一辐射部141与第二辐射部142。在本发明第二实施例中,天线可以仅具有单一辐射部,请参照图15,其绘示本发明第二实施例的天线的结构示意图。图1中的天线100结构可以虚线160为中心区分为两个天线,其中左边半部即为天线200。天线200仅具有第一辐射部241。天线200具有接地部21、主辐射部22与屏蔽墙23,接地部21具有一第一边212与一第二边214,其中主辐射部22与屏蔽墙23分别连接于接地部21的第一边212与第二边214,并彼此相对,且大致朝相同方向延伸。主辐射部22仅具有第一辐射臂221与第二辐射臂222。天线200的细部结构可由上述天线100的说明中推知,在此不加赘述。
请参照图16,其绘示天线100与天线200的频率响应比较图。在低频段,天线200的回波损耗较差,而在5GHz频段,天线200同样具有10dB以上的回波损耗,同样可以适用于5GHz频段。由上述可知,本发明的天线100的一半结构也可以作为天线使用,只是较适用于5GHz频段。在使用上,使用者可以依照设计需求使用天线100或是天线200,本发明并不限制。
(第三实施例)
本发明的天线100、200可以应用在各种电子装置上,例如是多媒体播放器、连网电视、网络电视盒、桌上型电脑的主机或DVD(Digital Versatile Discor Digital Video Disc)播放器等连网装置,本实施例不限制电子装置的类型。请参照图17A与图17B,其绘示本发明第三实施例的电子装置的示意图。在图17A中,电子装置901包括主机910与天线100,主机910可经由天线100的馈入端(如图1所示的第一馈入端151或第二馈入端152)连接至天线100,并经由天线100连接至网络以进行资料传输。电子装置901例如是多媒体播放器、网络电视盒、DVD播放器或桌上型电脑的主机。在图17B中,电子装置902则以连网电视为例,天线100设置在主机920中,作为无线传输与接收资料之用。
值得注意的是,图17A与图17B中的天线100也可以利用图15中的天线200取代。本技术领域普通技术人员经由上述实施例的说明,应可轻易推知其实施方式,在此不加赘述。
综上所述,本发明利用对称的辐射部结构与屏蔽墙以获得多频段的天线,其屏蔽墙具有降低后方金属体干扰的效果,可以让天线获得较佳的辐射场型与匹配特性。本发明的天线在2.4GHz与5GHz更具有2.9dBi和4.7dBi的频带增益,其辐射效率分别达到84%和89%,为电子装置的内藏式天线解决方案之一。
虽然本发明的较佳实施例已揭露如上,然本发明并不受限于上述实施例,任何所属技术领域中普通技术人员在不脱离本发明所揭露的范围内,当可作些许的更动与调整,因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求范围所界定的内容为准。