TW201403946A - 電子裝置及其多頻天線 - Google Patents

Abstract

一種電子裝置，包含電路模組及電連接電路模組的多頻天線。多頻天線包括接地面及輻射元件。輻射元件包括實質地呈L形的第一輻射臂、實質地呈U形的第二輻射臂、饋入臂及耦合臂。第一及第二輻射臂與接地面電連接，且共同界定出具有開口的凹槽。第一及第二輻射臂的第一及第二自由端部與接地面間隔地重疊於第一方向。饋入臂位於凹槽內，並具有饋入段及延伸段。耦合臂電連接於延伸段，並與第一及第二自由端部相間隔地重疊於第一方向。多頻天線的第一頻帶受饋入段與第一輻射臂控制，第二頻帶受饋入臂與耦合臂控制，第三頻帶受第二輻射臂控制。

Description

電子裝置及其多頻天線

本發明是有關於一種用於通訊的電子裝置及其多頻天線。

習知的電子裝置中通常需要設置多個分別對應不同系統頻帶的天線，例如：設置一個涵蓋2.4~2.5 GHz及5.15~5.875 GH之雙頻倒F型天線以滿足無線區域網路(WLAN)所需，及另設置一個涵蓋3.3~3.8 GHz之單頻段的單極天線以滿足全球互通微波存取(WiMAX)所需。此外，若要達到分集(diversity)的效果，上述的每一種天線都至少需要兩個以上。

然而，隨著無線通訊的快速發展，習知的雙頻倒F型天線已不符所需，而必須設計一種單體即能涵蓋上述所有頻帶(2.4~2.5 GHz,3.3~3.8 GHz,5.15~5.875 GHz)的多頻天線，甚至是具有更寬之低頻帶(2.3~2.7 GHz)的多頻天線。

此外，若要達到較佳的分集效果，每兩操作於相同頻帶之多頻天線間的***損耗還必須小於-20 dB。

因此，本發明之目的，即在提供一種可解決先前技術的缺點的電子裝置及其多頻天線。

於是，本發明電子裝置，包含一電路模組，及一電連接電路模組的多頻天線。

多頻天線包括一接地面及一輻射元件。輻射元件具有一第一輻射臂、一第二輻射臂、一饋入臂及一耦合臂。

第一輻射臂實質地呈L形，並具有一第一自由端部及一第一連接端部，第一連接端部電連接於接地面，第一自由端部與接地面彼此相對地重疊於一第一方向。第二輻射臂實質地呈U形，並具有一第二自由端部及一第二連接端部，第二連接端部電連接於接地面，第二自由端部與接地面彼此相對地重疊於第一方向，且第一輻射臂、接地面及第二輻射臂共同界定出一具有一開口的凹槽。饋入臂位於凹槽內，並具有一位於第一輻射臂與接地面之間的饋入段，及一與凹槽的開口重疊於第一方向的延伸段，且饋入段具有一信號饋入點，延伸段電連接於饋入段及接地面之間。耦合臂具有一主耦合段，主耦合段電連接於饋入臂的延伸段，並與第一自由端部及第二自由端部間隔重疊於第一方向。

藉此，饋入段與第一輻射臂用以控制多頻天線的一第一頻帶，饋入臂與耦合臂用以控制多頻天線的一第二頻帶，第二輻射臂用以控制多頻天線的一第三頻帶。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之八個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明電子裝置之第一較佳實施例包含一電路模組M、一多頻天線A1及一同軸電纜線W1。

多頻天線A1包括一接地面G及一輻射元件R。接地面G具有一電連接同軸電纜W1的外導體的短路點s。

輻射元件R具有一第一輻射臂1、一第二輻射臂2、一饋入臂3及一耦合臂4。

第一輻射臂1實質地呈L形，並具有一第一自由端部11及一第一連接端部12。第一連接端部12電連接於接地面G，第一自由端部12與接地面G彼此間隔地重疊於一第一方向Z。

第二輻射臂2實質地呈U形，並具有一第二自由端部21及一第二連接端部22，第二連接端部22電連接於接地面G，第二自由端部21與接地面G彼此間隔地重疊於第一方向Z，且第一輻射臂1、接地面G及第二輻射臂2共同界定出一具有一開口61的凹槽6。第一自由端部11與第二自由端部21沿一垂直於第一方向Z的第二方向X彼此相對且界定出凹槽6的開口61。

饋入臂3位於凹槽6內，並具有一饋入段31及一延伸段32。饋入段31位於第一輻射臂1與接地面G之間，且具有一電連接同軸電纜W1的內導體的信號饋入點311，饋入點311用以透過同軸電纜線W1與電路模組M交換一射頻訊號。延伸段32與凹槽6的開口61間隔地重疊於第一方向Z，且延伸段32沿第二方向X橫跨第一自由端部11、該開口61及第二自由端部21，而電連接於饋入段31與接地 面G之間。饋入臂3、第二連接端部22與接地面G共同界定出一位於凹槽6內的子凹槽62。

於第一較佳實施例，饋入段31的電長度實質地等於延伸段32的電長度，且饋入段31於第一方向Z的寬度w1實質地為延伸段32於第一方向Z的寬度w2的兩倍到三倍之間，而藉由改變寬度w1和寬度w2的比值就可以改變饋入臂3上的場強分佈，進而調整阻抗匹配。

耦合臂4位於凹槽6內，並具有一電連接延伸段32的主耦合段41。主耦合段41實質地呈一L形，並與第一自由端部11及第二自由端部21間隔重疊於第一方向Z，以界定出一第一耦合間隙71及一第二耦合間隙72。雖然主耦合段41與第一自由端部11及第二自由端部21間分別隔著第一及第二耦合間隙71、72，但仍具有以電容耦合的方式交換電磁能量的效果。

參閱圖2與圖3，圖3是第一較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)圖。從圖3可知第一較佳實施例的多頻天線A1共振時會產生三個模態其分別對應第一、第二及第三頻帶，且饋入段31與第一輻射臂1用以控制多頻天線A1的第一頻帶(2.3~2.5 GHz)，耦合臂4與第二輻射臂2用以控制多頻天線A1的第二頻帶(3.3~3.8 GHz)，饋入臂3與耦合臂4用以控制多頻天線A1的第三頻帶(5.15~5.875 GHz)。

參閱圖4，本發明電子裝置之第二較佳實施例與第一較佳實施例近似，差異在於第二較佳實施例的多頻天線A1的 輻射元件R還具有一與第一輻射臂1沿著第二方向X排列的寄生臂5。寄生臂5具有一電連接第一輻射臂1的連接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波長共振，以控制多頻天線A1緊鄰第一頻帶的一第四頻帶，並具阻抗匹配功能。

參閱圖4與圖5，圖5是第二較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比圖。圖5顯示第一及第四頻帶共同涵蓋2.3~2.7 GHz的較寬(相較於圖3的2.3~2.5 GHz)低頻頻帶。

參閱圖6及圖7，本發明電子裝置之第三較佳實施例相較第二較佳實施例還包含一第二天線A2及一第二同軸電纜線W2。第二多頻天線A2與多頻天線A1沿著第二方向X間隔排列且互為鏡像設置，例如：第一及第二天線A1、A2可彼此鄰近地設置在電子裝置的一邊框區，且第一及第二天線A1、A2是偏向+X或-X方向的同側，或是彼此遠離地分別設置在偏向±X兩方向的兩側；此外，第一及第二天線A1、A2也可以設置在電子裝置的一轉軸區或是其它位置，且彼此的間隔距離是可以對應電子裝置的設計做調整。第二多頻天線A2位於多頻天線A1具有寄生臂5的一側，並操作於相同的頻帶(2.3~2.7 GHz,3.3~3.8 GHz,5.15~5.875 GHz)，且兩者的形狀實質地相同。

參閱圖8，是第三較佳實施例(見圖7)的多頻天線A1與第二多頻天線A2的***損耗對頻率的關係圖，且圖8是基於D1=21毫米、D2=57毫米且D3=43毫米的間隔所量得 。從本圖中可知多頻天線A1與第二多頻天線A2間具有高隔離度(***損耗參數S21<-20 dB)。

參閱圖6及圖9，是本發明電子裝置之第四較佳實施例。第四較佳實施例與第三較佳實施例近似，差異在於第四較佳實施例的多頻天線A1與第二多頻天線A2彼此互為平移設置。

參閱圖10，是第四較佳實施例(見圖9)的多頻天線A1與第二多頻天線A2的***損耗對頻率的關係圖，且圖10是基於D1=21毫米、D2=66毫米且D3=40毫米的間隔所量得。從圖10中可知多頻天線A1與第二多頻天線A2間同樣具有S21<-20 dB之高隔離度的表現。

參閱圖1及圖11，是本發明電子裝置之第五較佳實施例。第五較佳實施例的多頻天線A1與第一較佳實施例(見圖2)的近似，差異在於兩個耦合臂4、4’的形狀不同。第五較佳實施例的耦合臂4’包含一主耦合段41’及一延伸耦合段42。主耦合段41’電連接於饋入臂3的延伸段32，並與第一自由端部11及第二自由端部21相重疊於第一方向Z，且主耦合段41’的形狀實質地呈兩個相連接的L形，並位於凹槽6內。延伸耦合段42電連接主耦合段41’，並被第二輻射臂2所環繞，且耦合臂4’藉由延伸耦合段42加強與第二輻射臂2間的能量耦合。

參閱圖11與圖12，圖12是第五較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)圖。從圖12中可知第五較佳實施例確實可 涵蓋第一至第三頻帶(2.4~2.5 GHz,3.3~3.8 GHz,5.15~5.875 GHz)。

參閱圖1及圖13，本發明電子裝置之第六較佳實施例與第五較佳實施例近似，差異在於第六較佳實施例之多頻天線A1的輻射元件R還具有一寄生臂5。寄生臂5具有一電連接第一輻射臂1的連接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波長共振，以控制多頻天線A1緊鄰第一頻帶的一第四頻帶，並具阻抗匹配功能。

參閱圖13與圖14，圖14是第六較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比圖。圖14顯示第一及第四頻帶共同涵蓋2.3~2.7 GHz的較寬(相較於圖12的2.4~2.5 GHz)低頻頻帶。

參閱圖1及圖15，是本發明電子裝置之第七較佳實施例。第七較佳實施例的多頻天線A1與第一較佳實施例(見圖2)的近似，差異在於兩個耦合臂4、4’的形狀不同。第七較佳實施例的耦合臂4’的主耦合段41’電連接於饋入臂3的延伸段32，並與第一自由端部11及第二自由端部21相間隔重疊於第一方向Z，且主耦合段41’具有一位於凹槽6內，並呈L形且與第一自由端部11相間隔重疊於第一方向Z的第一段部411’，及一穿越凹槽6的開口61，也呈L形且與第二自由端部21相間隔重疊於第一方向Z的第二段部412’。

參閱圖15與圖16，圖16是第七較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)圖。圖16顯示第七較佳實施例的多頻天線A1可涵蓋第一至第三頻帶(2.3~2.5 GHz,3.3~3.8 GHz,5.15~5.875 GHz)。

參閱圖1及圖17，本發明電子裝置之第八較佳實施例與第七較佳實施例近似，差異在於第八較佳實施例的多頻天線A1的輻射元件R還具有一寄生臂5。寄生臂5具有一電連接第一輻射臂1的連接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波長共振，以控制多頻天線A1緊鄰第一頻帶的一第四頻帶，並具阻抗匹配功能。

參閱圖17與圖18，圖18是第八較佳實施例的多頻天線A1實際量測的電壓駐波比圖。圖18顯示第一及第四頻帶共同涵蓋2.3~2.7 GHz的較寬(相較於圖16的2.3~2.5 GHz)低頻頻帶。

綜上所述，上述較佳實施例的多頻天線A1相較習知具有以下優點：

1.均可達到三頻操作以滿足WLAN(2.4~2.5 GHz/5.15~5.875 GHz)的雙頻及WiMax(3.3~3.8 GHz)的單頻需求。

2.具有寄生臂5的多頻天線A1更具有較寬的低頻帶，而滿足WiMax的雙頻帶(2.3~2.7 GHz/3.3~3.8 GHz)及WLAN(2.4~2.5 GHz/5.15~5.85 GHz)的雙頻帶。

3.具有寄生臂5的多頻天線A1應用於空間分集時還能因寄生臂5而具有低***損耗(意同：高隔離度)的表現。

故上述較佳實施例確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

A1‧‧‧多頻天線

A2‧‧‧第二多頻天線

W1‧‧‧同軸電纜線

W2‧‧‧第二同軸電纜線

M‧‧‧電路模組

G‧‧‧接地面

R‧‧‧輻射元件

1‧‧‧第一輻射臂

11‧‧‧第一自由端部

12‧‧‧第一連接端部

2‧‧‧第二輻射臂

21‧‧‧第二自由端部

22‧‧‧第二連接端部

3‧‧‧饋入臂

31‧‧‧饋入段

311‧‧‧信號饋入點

32‧‧‧延伸段

4‧‧‧耦合臂

41‧‧‧主耦合段

42‧‧‧延伸耦合段

4’‧‧‧耦合臂

41’‧‧‧主耦合段

411’‧‧‧第一段部

412’‧‧‧第二段部

5‧‧‧寄生臂

51‧‧‧連接端部

52‧‧‧自由端部

6‧‧‧凹槽

61‧‧‧開口

62‧‧‧子凹槽

71‧‧‧第一耦合間隙

72‧‧‧第二耦合間隙

w1‧‧‧寬度

w2‧‧‧寬度

s‧‧‧短路點

D1‧‧‧間隔

D2‧‧‧間隔

D3‧‧‧間隔

圖1及圖2各是一示意圖，說明本發明電子裝置之第一較佳實施例；圖3是第一較佳實施例之多頻天線的一電壓駐波比圖；圖4是一示意圖，說明本發明電子裝置之第二較佳實施例的多頻天線；圖5是第二較佳實施例的多頻天線的一電壓駐波比圖；圖6及圖7各是一示意圖，說明本發明電子裝置之第三較佳實施例；圖8是第三較佳實施例的一***損耗圖；圖9是一示意圖，說明本發明電子裝置之第四較佳實施例的多頻天線及第二多頻天線的結構及配置方式；圖10是第四較佳實施例的一***損耗圖；圖11是一示意圖，說明本發明電子裝置之第五較佳實施例的多頻天線；圖12是第五較佳實施例之多頻天線的一電壓駐波比圖； 圖13是一示意圖，說明本發明電子裝置之第六較佳實施例的多頻天線；圖14是第六較佳實施例之多頻天線的一電壓駐波比圖；圖15是一示意圖，說明本發明電子裝置之第七較佳實施例的多頻天線；圖16是第七較佳實施例之多頻天線的一電壓駐波比圖；圖17是一示意圖，說明本發明電子裝置之第八較佳實施例的多頻天線；及圖18是第八較佳實施例之多頻天線的一電壓駐波比圖。

A1‧‧‧多頻天線

G‧‧‧接地面

R‧‧‧輻射元件

1‧‧‧第一輻射臂

11‧‧‧第一自由端部

12‧‧‧第一連接端部

2‧‧‧第二輻射臂

21‧‧‧第二自由端部

22‧‧‧第二連接端部

3‧‧‧饋入臂

31‧‧‧饋入段

311‧‧‧信號饋入點

32‧‧‧延伸段

4‧‧‧耦合臂

41‧‧‧主耦合段

5‧‧‧寄生臂

51‧‧‧連接端部

52‧‧‧自由端部

6‧‧‧凹槽

61‧‧‧開口

62‧‧‧子凹槽

71‧‧‧第一耦合間隙

72‧‧‧第二耦合間隙

w1‧‧‧寬度

w2‧‧‧寬度

s‧‧‧短路點

Claims (14)

1. 一種多頻天線，包含：一接地面；及一輻射元件，具有：一第一輻射臂，實質地呈L形，並具有一第一自由端部及一第一連接端部，該第一連接端部電連接於該接地面，該第一自由端部與該接地面彼此間隔地重疊於一第一方向；一第二輻射臂，實質地呈U形，並具有一第二自由端部及一第二連接端部，該第二連接端部電連接於該接地面，該第二自由端部與該接地面彼此間隔地重疊於該第一方向，且該第二輻射臂、該接地面及該第一輻射臂共同界定出一具有一開口的凹槽；一饋入臂，位於該凹槽內，並具有一位於該第一輻射臂與該接地面之間的饋入段，及一與該凹槽的該開口重疊於該第一方向的延伸段，且該饋入段具有一信號饋入點，該延伸段電連接於該饋入段及該接地面之間；及一耦合臂，具有一主耦合段，該主耦合段電連接於該饋入臂的延伸段，並與該第一自由端部及該第二自由端部間隔重疊於該第一方向。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，該輻射元件還具有一寄生臂，該寄生臂具有一電連接該第一輻射臂 的連接端部，及一自由端部。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，該饋入段的一電長度實質地等於該延伸段的一電長度，且該饋入段於該第一方向的一寬度實質地為該延伸段於該第一方向的一寬度的兩倍到三倍之間。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，該耦合臂還具有一電連接該主耦合段，且被該第二輻射臂所環繞的延伸耦合段。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，該主耦合段的形狀實質地呈兩個相連接的L形，並位於該凹槽內。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，該主耦合段具有一位於該凹槽內，並實質地呈L形且與第一自由端部相間隔重疊於第一方向的第一段部，及一穿越該凹槽的開口，也實質地呈L形且與該第二自由端部相間隔重疊於第一方向的第二段部。
7. 一種電子裝置，包含：一電路模組；及一多頻天線，電連接該電路模組，並包括：一接地面；及一輻射元件，具有：一第一輻射臂，實質地呈L形，並具有一第一自由端部及一第一連接端部，該第一連接端部電連接於該接地面，該第一自由端部與該接地面彼此間隔地重疊於一第一方向； 一第二輻射臂，實質地呈U形，並具有一第二自由端部及一第二連接端部，該第二連接端部電連接於該接地面，該第二自由端部與該接地面彼此間隔地重疊於該第一方向，且該第二輻射臂、該接地面及該第一輻射臂共同界定出一具有一開口的凹槽；一饋入臂，位於該凹槽內，且具有一位於該第一輻射臂與該接地面之間的饋入段，及一與該凹槽的該開口重疊於該第一方向的延伸段，且該饋入段具有一信號饋入點，該延伸段電連接於該饋入段及該接地面之間；及一耦合臂，具有一主耦合段，該主耦合段電連接於該饋入臂的延伸段，並與該第一自由端部及該第二自由端部間隔重疊於該第一方向。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，該多頻天線的輻射元件還具有一寄生臂，該寄生臂具有一電連接該第一輻射臂的連接端部，及一自由端部。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，該多頻天線的饋入段的一電長度實質地等於該延伸段的一電長度，且該饋入段於該第一方向的一寬度實質地為該延伸段於該第一方向的一寬度的兩倍到三倍之間。
10. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，該多頻天線的耦合臂還具有一電連接該主耦合段，且被該第二輻射 臂所環繞的延伸耦合段。
11. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，該主耦合段的形狀實質地呈兩個相連接的L形，並位於該凹槽內。
12. 根據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，該主耦合段具有一位於該凹槽內，並實質地呈L形且與第一自由端部相間隔重疊於第一方向的第一段部，及一穿越該凹槽的開口，也實質地呈L形且與該第二自由端部相間隔重疊於第一方向的第二段部。
13. 根據申請專利範圍第8項所述之電子裝置還具有一第二多頻天線，該第二多頻天線設置在相鄰於該多頻天線具有該寄生臂的一側，且與該多頻天線操作於相同的頻帶。
14. 根據申請專利範圍第13項所述之電子裝置，該第二多頻天線與該多頻天線的形狀實質地相同。