TWI412176B - 立體式多頻天線 - Google Patents

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TWI412176B TW095145044A TW95145044A TWI412176B TW I412176 B TWI412176 B TW I412176B TW 095145044 A TW095145044 A TW 095145044A TW 95145044 A TW95145044 A TW 95145044A TW I412176 B TWI412176 B TW I412176B
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Description

立體式多頻天線
本發明係關於一種多頻天線，尤指一種用於無線區域網路之立體式多頻天線。
天線係用來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號。一般具無線網路(Wireless Local Area Network；WLAN)通訊功能的電子產品，如筆記型電腦，通常透過內建之天線來存取無線網路。隨著無線通訊技術的演進，不同無線通訊系統的操作頻率可能不同，如電機電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers；IEEE)所訂定之無線區域網路標準IEEE 802.11a的載波中心頻率約為5GHz，而IEEE 802.11b的載波中心頻率則約為2.4GHz。因此，為了讓使用者能更方便地存取不同的無線通訊網路，理想的天線應能以單一天線涵蓋不同無線通訊網路所需的頻帶。另外，尺寸設計上應盡可能地減小，以配合可攜式無線通訊器材體積縮小之趨勢，將天線整合入筆記型電腦中。
在習知技術中，如中華民國專利公開號00563274(對應於美國專利公開號2004/066334)，揭露一種平面倒F式之多頻天線(Multi－frequency Planar Inverted－F Antenna)，用以實現內建多頻式天線。請參考第1圖，第1圖為習知平面倒F式之多頻天線10之示意圖。多頻天線10包含一連接元件12、一平面輻射元件14及一平面接地元件16。連接元件12之形狀類似於「ㄣ」，其上一端點20耦接於一饋入線18，用以將訊號饋入至平面輻射元件14。平面輻射元件14與平面接地元件16可激發電磁波震盪，平面輻射元件14中一金屬片P1輻射較高頻電磁波，而一金屬片P2則輻射較低頻電磁波。
如本領域具通常知識者所熟知，天線之輻射體路徑需大於或約等於欲傳輸或接收之無線電波波長的四分之一。在此情形下，平面輻射元件14會佔用一定尺寸的平面面積，造成習知平面式的多頻天線10所佔用的面積無法有效縮減，難以適應佔用空間小型化的要求。
因此，本發明係提供一種立體式多頻天線。
本發明係揭露一種立體式的多頻天線，包含有一饋入元件；一第一開口狀輻射體，耦接於該饋入元件，該第一開口狀輻射體形成一朝向該饋入元件之第一開口；一第二開口狀輻射體，耦接於該饋入元件，該第二開口狀輻射體形成一朝向該第一開口之第二開口；一接地元件，耦接於一地端；以及一連接元件，耦接於該饋入元件與該接地元件之間。
請參考第2圖及第3圖，第2圖及第3圖為本發明立體式的多頻天線20之示意圖。多頻天線20包含有一饋入元件22、一第一開口狀輻射體24、一第二開口狀輻射體26、一接地元件28及一連接元件29。饋入元件22可為一蝶形領結(Bow Tie)結構。第一開口狀輻射體24耦接於饋入元件22，並形成一朝向饋入元件22之第一開口242。第二開口狀輻射體26耦接於饋入元件22，並形成一朝向第一開口242之第二開口262。接地元件28透過一饋入線284耦接於與饋入元件22之一饋入點282，用以將訊號饋入至第一開口狀輻射體24及第二開口狀輻射體26。本發明實施例另可包含一導體貼布30，平貼於接地元件28之底部。
在第2圖中，第一開口狀輻射體24可由彎折一長條金屬片或接合多片金屬片而形成，其可視為金屬片M1、M2及M3之組合。金屬片M1與M2、金屬片M2與M3各形成90度夾角，即金屬片M2與金屬片M1垂直，且金屬片M3與金屬片M1平行。同樣地，第二開口狀輻射體26亦可視為金屬片M4、M5及M6之組合。M4與M5、M5與M6各形成90度夾角，使金屬片M5與金屬片M4垂直，且金屬片M6與金屬片M4平行。因此，由第2圖可知，第一開口242與第二開口262面對面地朝向對方。當多頻天線20同時運用於無線區域網路標準IEEE 802.11a及IEEE 802.11b時，第一開口狀輻射體24係用以傳輸符合IEEE 802.11b(載波中心頻率約為2.4GHz)之規範的訊號，而第二開口狀輻射體26則用以傳輸符合IEEE 802.11a(載波中心頻率約為5GHz)之規範的訊號。
第4圖至第11圖為本發明立體式的多頻天線20與習知平面式的多頻天線10之四種實驗結果比較圖表。在這些實驗中，多頻天線20之第一開口狀輻射體24的金屬片M1~M3的長度分別大致為16mm、2.5mm及10mm，第二開口狀輻射體24的金屬片M4~M6的長度分別大致為4mm、2.5mm及5mm，而金屬片M1~M6的寬度約為2mm。請參考第4及第5圖分別為本發明立體式的多頻天線20與習知平面式的多頻天線10之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio；VSWR)之波形圖。由第4及第5圖可知，在2.4GHz頻帶，且電壓駐波比為2：1的條件下，多頻天線20之低頻頻寬約為380MHz，而多頻天線10之低頻頻寬約為250MHz；在5GHz頻帶，且電壓駐波比為2.5：1的條件下，多頻天線20之高頻頻寬約為1500MHz，而多頻天線10之高頻頻寬約為1160MHz。明顯地，不論是2.4GHz頻帶或5GHz頻帶，本發明多頻天線20的頻寬皆大於習知平面式的多頻天線10的頻寬。
請參考第6及第7圖分別為本發明立體式的多頻天線20與習知平面式的多頻天線10之輻射效能(Efficiency)比較。在低頻帶2.4GHz~2.5GHz之間，多頻天線20的輻射效能約為51%~55%，而多頻天線10的輻射效能約為40%~44%；在高頻帶4.9GHz~5.875GHz之間，多頻天線20的輻射效能約為44%~50%，而多頻天線10的輻射效能約為40%~49%。因此，本發明多頻天線20 比習知平面式的多頻天線10表現出較優異的輻射效能。
請參考表一與表二分別為本發明立體式的多頻天線20與習知平面式的多頻天線10之水平面(或θ=90°)的平均增益(Average Gain)量測結果。
由此兩列表可知，在相同的頻率下，多頻天線20的平均增益大約比多頻天線10高出約1~2dB。接著，請參考第8至第11圖，第8及第9圖分別為本發明多頻天線20之低頻及高頻的輻射能量分布圖，而第10及第11圖分別為習知平面式的多頻天線10之低 頻及高頻的輻射能量分布圖。在第8至第11圖中，X軸表示經度範圍Φ=0°~360°，Y軸表示緯度範圍θ=0°~180°(θ=90°表示水平面)，而顏色的深淺則代表能量的強弱。因此，由圖可知，不論在頻率2.4GHz或5GHz附近，本發明多頻天線20在水平面上的能量比習知平面式的多頻天線10來得較強，故能提升通訊產品的訊號傳輸效能。
特別注意的是，第2圖中第一開口輻射體24與第二開口輻射體26僅為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可作適當之變化，只要第一開口242與第二開口262朝向對方或平行錯開即可。舉例來說，請參考第12圖至第15圖，第12圖至第15圖為本發明中第一開口輻射體24之變化結構的示意圖。在第12圖中，第一開口狀輻射體24的金屬片M1與M2、金屬片M2與M3各形成一180度夾角，使金屬片M2與金屬片M1平行，且金屬片M3與金屬片M1平行。在第13圖中，第一開口狀輻射體24的金屬片M1與M2、金屬片M2與M3各形成90及180度夾角，使金屬片M2與金屬片M1垂直，且金屬片M3與金屬片M1平行。在第14圖中，第一開口狀輻射體24的金屬片M1與M2、金屬片M2與M3各形成180及90度夾角，使金屬片M2與金屬片M1平行，且金屬片M3與金屬片M1垂直。在第15圖中，第一開口狀輻射體24另包含金屬片M7，耦接於金屬片M3，使金屬片M3與M7形成一倒「ㄇ」狀。特別注意的是，以上之實施例亦適用於第二開口輻射體26。
請參考第16及17圖，第16及17圖為本發明第一開口輻射體24及第二開口輻射體26之變化結構的上視平面圖。在視金屬片M1及M4形成一邊界的情形下，在第16圖中，第一開口狀輻射體24的金屬片M2、M3以及第二開口狀輻射體26的金屬片M5、M6皆於該邊界同一側形成缺口。以第一開口狀輻射體24來說，金屬片M2與M3形成135度之夾角，金屬片M2與M1形成45度之夾角，使金屬片M3與金屬片M1平行；相對地，以第二開口狀輻射體26來說，金屬片M5與M6形成45度之夾角，金屬片M5與M4形成135度之夾角，使金屬片M6與金屬片M4平行。在第17圖中，不同於第16圖，金屬片M2、M3以及金屬片M5、M6於該邊界之兩側形成缺口。第17圖的第一開口狀輻射體24與第18圖相同，但第17圖的第二開口狀輻射體26則由金屬片M5與M6形成135度之夾角，金屬片M5與M4形成45度之夾角。由第17圖可知，本發明第一開口狀輻射體24及第二開口狀輻射體26之缺口可相互錯開，或平行相對。
請參考第18圖，第18圖為本發明一實施例之立體式的多頻天線200之示意圖。多頻天線200與第2圖之多頻天線20類似，因此相同元件以相同符號表示。不同之處在於，多頻天線200之第一開口狀輻射體24採用第12圖之架構，使得第一開口242位於金屬片M1上方，而第二開口262位於金屬片M4之一側。由第18圖可知，多頻天線200之第一開口242與第二開口262平行相 對且位於不同平面上。因此，本發明立體式的多頻天線之兩輻射體的開口不僅限於面對面朝向對方，亦可平行相對，故本領域具通常知識者當可視其需要作適當之變化。
綜上所述，本發明多頻天線採用立體式架構，使得輻射體及接地元件可達到縮小天線尺寸的目的，以符合縮小機構空間的需求。又，本發明立體式的多頻天線結構簡單、外型輕巧、製作容易、且適用於無線區域網路標準IEEE 802.11a及IEEE 802.11b等無線區域網路標準，因此本發明天線具高度產業應用價值。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧平面式多頻天線
12‧‧‧內部連接元件
14‧‧‧平面輻射元件
16‧‧‧平面接地元件
20‧‧‧立體式多頻天線
22‧‧‧饋入元件
24‧‧‧第一開口狀輻射體
26‧‧‧第二開口狀輻射體
28‧‧‧接地元件
242‧‧‧第一開口
262‧‧‧第二開口
282、20‧‧‧饋入點
284、18‧‧‧饋入線
29‧‧‧連接元件
30‧‧‧導體貼布
VSWR‧‧‧電壓駐波比
P1、P2、M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7‧‧‧金屬片
第1圖為習知平面式的多頻天線之示意圖。
第2圖為本發明立體式的多頻天線之示意圖。
第3圖為本發明立體式的多頻天線之示意圖。
第4圖為本發明立體式的多頻天線的電壓駐波比之波形圖。
第5圖為第1圖習知平面式的多頻天線的電壓駐波比之波形圖。
第6圖為本發明立體式的多頻天線之輻射效能。
第7圖為第1圖習知平面式的多頻天線之輻射效能。
第8圖為本發明立體式的多頻天線之低頻輻射能量分布圖。
第9圖為本發明立體式的多頻天線之高頻輻射能量分布圖。
第10圖為第1圖習知平面式的多頻天線之低頻輻射能量分布圖。
第11圖為第1圖習知平面式的多頻天線之高頻輻射能量分布圖。
第12至第15圖為本發明實施例立體式的多頻天線之示意圖。
第16圖為本發明第一開口輻射體及第二開口輻射體之變化結構的上視平面圖。
第17圖為本發明第一開口輻射體及第二開口輻射體之變化結構的上視平面圖。
第18圖為本發明一實施例之立體式的多頻天線之示意圖。
20．．．立體式多頻天線
22．．．饋入元件
24．．．第一開口狀輻射體
26．．．第二開口狀輻射體
28．．．接地元件
242．．．第一開口
262．．．第二開口
29．．．連接元件
284．．．饋入線
30．．．導體貼布
M1、M2、M3、M4、M5、M6．．．金屬片

Claims (22)

  1. 一種立體式多頻天線，包含有：一饋入元件；一第一開口狀輻射體，耦接於該饋入元件，該第一開口狀輻射體形成一朝向該饋入元件之第一開口，其中該第一開口狀輻射體包含有：一第一金屬片，耦接於該饋入元件，形成於一第一平面上；一第二金屬片，耦接於該第一金屬片，形成於一第二平面上；以及一第三金屬片，耦接於該第二金屬片，形成於一第三平面上，其中該第一平面、該第二平面以及該第三平面中至少二平面相互垂直；一第二開口狀輻射體，耦接於該饋入元件，該第二開口狀輻射體形成一朝向該第一開口之第二開口；一接地元件，耦接於一地端；以及一連接元件，耦接於該饋入元件與該接地元件之間。
  2. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第一開口狀輻射體係經由彎折一長條金屬片而形成。
  3. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第二平面與該第一平面垂直，且該第三平面與該第一平面平行。
  4. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第二平面與該第一平面垂直，且該第三平面與該第一平面垂直。
  5. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第二平面與該第一平面平行，且該第三平面與該第一平面垂直。
  6. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第一平面與該第二平面垂直，且該第二平面與該第三平面平行，該立體式多頻天線另包含一第七金屬片，耦接於該第三金屬片。
  7. 如請求項6所述之立體式多頻天線，其中該第三金屬片與該第七金屬片形成一倒「ㄇ」狀。
  8. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第一金屬片、該第二金屬片及該第三金屬片係以同一金屬片形成。
  9. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第二開口狀輻射體包含有：一第四金屬片，耦接於該饋入元件，形成於一第四平面上；一第五金屬片，耦接於該第四金屬片，形成於一第五平面上；以及一第六金屬片，耦接於該五金屬片，形成於一第六平面上；其中，該第四平面與該第一平面為同一平面。
  10. 如請求項9所述之立體式多頻天線，其中該第五平面與該第四平面垂直，且該第六平面與該第四平面平行。
  11. 如請求項9所述之多頻天線，其中該第五平面與該第四平面平行，且該第六平面與該第四平面平行。
  12. 如請求項9所述之立體式多頻天線，其中該第五平面與該第四平面垂直，且該第六平面與該第四平面垂直。
  13. 如請求項9所述之立體式多頻天線，其中該第五平面與該第四平面平行，且該第六平面與該第四平面垂直。
  14. 如請求項9所述之立體式多頻天線，其中該第四平面與該第五平面垂直，且該第五平面與該第六平面平行，該立體式多頻天線另包含一第七金屬片，耦接於該第六金屬片。
  15. 如請求項14所述之立體式多頻天線，其中該第六金屬片與該第七金屬片形成一倒「ㄇ」狀。
  16. 如請求項9所述之立體式多頻天線，其中該第四金屬片、該第五金屬片及該第六金屬片係以同一金屬片形成。
  17. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第一開口狀輻射 體係用來傳輸符合電機電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers；IEEE)所訂定之無線區域網路規範IEEE 802.11b之訊號。
  18. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第二開口狀輻射體係用來傳輸符合電機電子工程師協會所訂定之無線區域網路規範IEEE 802.11a之訊號。
  19. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該饋入元件為一蝶形領結(Bow Tie)結構。
  20. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其另包含一饋入線，耦接於該接地元件與該饋入元件之間。
  21. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其另包含一導體貼布，耦接於該接地元件。
  22. 如請求項1所述之立體式多頻天線，其中該第一開口狀輻射體之該第一開口與該第二開口狀輻射體之該第二開口之開口方向相對，但開口位置相互錯開。
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