TWI519000B

TWI519000B - Communication device and its multi - frequency antenna

Info

Publication number: TWI519000B
Application number: TW102107288A
Authority: TW
Original assignee: Amphenol Taiwan Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2016-01-21
Also published as: TW201436366A

Description

通訊裝置及其多頻天線

本發明是有關於一種裝置及其天線，特別是指一種通訊裝置及其多頻天線。

參閱圖1，是美國專利公開編號US 20040246188所揭露的一種多頻天線，包含一接地面11、一饋入輻射單元12及一接地寄生臂13。

該接地面11用以提供一參考地電位。

該饋入輻射單元12包括一從該接地面11凸伸而出的接地臂121、兩個從該接地臂121往一第一方向X延伸的輻射臂122，及一電連接該等輻射臂122的饋入部123。

該接地寄生臂13從該接地面1往垂直該第一方向X的一第二方向Y凸伸而出，再往-Y方向延伸一距離，且該接地寄生臂13介於該饋入輻射單元12及該接地面11之間。

而該種多頻天線的缺點在於：

1.該接地寄生臂13必需與該接地面11實體連接，因此設計自由度低。

2.該接地寄生臂13是從該接地面1凸伸而出，功效上類似該接地面11的延伸，因此該等輻射臂122到該接地面11的一等效高度變小，且該接地寄生臂13越鄰近該等輻射臂122時，該等輻射臂122受到的干擾就會越大，進而使得該等輻射臂122所對應共振出的頻寬變小；但若在有限的天線高度下不將該接地寄生臂13靠近該輻射臂122，又會使得該接地寄生臂13的高度(離該接地面11的距離)不夠大，而無法共振出較大的頻寬。

因此，本發之明之其一目的，即在提供一種設計自由度高的多頻天線。

於是本發明多頻天線，包含一接地面、一饋入輻射單元及一懸浮寄生臂。

該接地面包括一邊緣。

該饋入輻射單元與該接地面相間隔且鄰近該邊緣，並包括：一饋入臂及一輻射臂。

該饋入臂具有一鄰近該邊緣的自由端，及一遠離該接地面的邊緣的頂部，且設置有一鄰近該接地面的邊緣的饋入點。

該輻射臂電連接於該饋入臂的頂部，並具有一第一自由端及一第一輻射臂段。

該第一輻射臂段延伸於該輻射臂的第一自由端及該饋入臂的頂部之間，且從該饋入臂的自由端到該輻射臂的第一自由端之間的一第一共振路徑實質地呈一L形並用以產生涵蓋一第一頻帶的共振。

該懸浮寄生臂與該接地面及該饋入輻射單元實體隔離，並包括互為相反端的一第一自由端及一第二自由端，及一緊鄰該懸浮寄生臂的第一自由端的長臂段，且該長臂段、該第一輻射臂段及該接地面的邊緣於一第一方向上間隔地重疊，該長臂段與該輻射臂共同界定出一第一耦合間隙。

藉此，該懸浮寄生臂與該饋入輻射單元之間以耦合的方式傳遞電磁能量，且該懸浮寄生臂的第一自由端到第二自由端之間的一第二共振路徑用以產生涵蓋一第二頻帶的共振。

而本發之明之另一目的，即在提供一種通訊裝置。

該通訊裝置包含前述的該多頻天線、一電路模組及一同軸電纜。

該電路模組包括一用以收發一射頻訊號的射頻訊號傳輸端及一參考地。

該同軸電纜，電連接於該多頻天線及該電路模組之間，用以交換該射頻訊號，並具有一內導體及一外導體。該內導體電連接該多頻天線的饋入點及該電路模組的射頻訊號傳輸端，該外導體電連接該多頻天線的接地面及該電路模組的參考地

本發明之功效在於：該多頻天線的懸浮寄生臂不與該接地面或該饋入輻射單元實體連接，因此具有設計自由度。

11‧‧‧接地面

12‧‧‧饋入輻射單元

121‧‧‧接地臂

122‧‧‧輻射臂

123‧‧‧饋入部

13‧‧‧接地寄生臂

2‧‧‧接地面

21‧‧‧邊緣

22‧‧‧導體貼片

3‧‧‧饋入輻射單元

31‧‧‧饋入臂

311‧‧‧自由端

312‧‧‧頂部

32‧‧‧輻射臂

321‧‧‧第一自由端

322‧‧‧第一輻射臂段

323‧‧‧第二自由端

324‧‧‧第二輻射臂段

33‧‧‧饋入點

4‧‧‧懸浮寄生臂

41‧‧‧第一自由端

42‧‧‧第二自由端

43‧‧‧長臂段

431‧‧‧連接末端

44‧‧‧彎折臂段

5‧‧‧第一短路寄生臂

51‧‧‧接地端

52‧‧‧第一自由端

53‧‧‧第二自由端

54‧‧‧第一耦合上緣

55‧‧‧第二耦合上緣

6‧‧‧第二短路寄生單元

61‧‧‧接地端

62‧‧‧自由端

7‧‧‧基板

71‧‧‧上表面

72‧‧‧側面

8‧‧‧焊接塊

10‧‧‧多頻天線

20‧‧‧電路模組

201‧‧‧射頻訊號傳輸端

202‧‧‧參考地

30‧‧‧同軸電纜

g1‧‧‧第一耦合間隙

g2‧‧‧第二耦合間隙

g3‧‧‧第三耦合間隙

g4‧‧‧第四耦合間隙

P1‧‧‧第一共振路徑

P2‧‧‧第二共振路徑

P3‧‧‧第三共振路徑

P4‧‧‧第四共振路徑

P5‧‧‧第五共振路徑

P6‧‧‧第六共振路徑

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是習知多頻天線的一示意圖；圖2是本發明多頻天線的第一較佳實施例的一示意圖；圖3是該第一較佳實施例的一電壓駐波比圖；圖4是本發明多頻天線的第二較佳實施例的一示意圖；圖5是本發明多頻天線的第三較佳實施例的一示意圖；圖6是本發明多頻天線的第四較佳實施例的一示意圖；圖7是本發明多頻天線的第五較佳實施例的一示意圖；及圖8是本發明通訊裝置的較佳實施例的一方塊圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意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2，本發明多頻天線之第一較佳實施例包含一接地面2、一饋入輻射單元3、一懸浮寄生臂4、一第一短路寄生單元5、一第二短路寄生單元6及一基板7。

該接地面2包括一邊緣21。

該饋入輻射單元3與該接地面2相間隔且鄰近該邊緣21，且從一第一方向X上是介於該懸浮寄生臂4及該接地面2的邊緣21之間，並與該懸浮寄生臂4及該接地面2實體隔離。

該饋入輻射單元3包括一饋入臂31及一輻射臂 32。

該饋入臂31具有一自由端311及一頂部312。該自由端311鄰近該接地面2的邊緣21，該頂部312遠離該接地面2的邊緣21，且該饋入臂31設置有一鄰近該接地面2的邊緣21的饋入點33。

該輻射臂32電連接於該饋入臂31的頂部312，並具有一第一自由端321、一第一輻射臂段322、一第二自由端323及一第二輻射臂段324。

該第一輻射臂段322實質地朝一垂直於該第一方向X的第二方向Y延伸，並延伸於該輻射臂32的第一自由端321及該饋入臂31的頂部312之間，且從該饋入臂31的自由端311到該輻射臂32的第一自由端321之間的一第一共振路徑P1實質地呈一L形，並用以產生涵蓋一第一頻帶的共振。

該輻射臂32的第二自由端323相反於該第一自由端321。

該第二輻射臂段324從該饋入臂31凸伸而出並延伸至該輻射臂32的第二自由端323，且與該第一輻射臂段322分別位於該饋入臂31的兩相反側，且實質地呈一開口朝向該饋入臂31的U形，且該饋入臂31的自由端311到該輻射臂32的第二自由端323的一第三共振路徑P3用以產生涵蓋一第三頻帶的共振。

該懸浮寄生臂4與該接地面2及該饋入輻射單元3實體隔離，並包括一第一自由端41、一第二自由端42 、一長臂段43及一彎折臂段44。

該第一自由端41及該第二自由端42互為相反端，且該饋入輻射單元3鄰近該懸浮寄生臂4的第一自由端41且遠離該懸浮寄生臂4的第二自由端42，該第一輻射臂段322是從該饋入臂31朝遠離該懸浮寄生臂4的第一自由端41且接近該懸浮寄生臂4的第二自由端42的該第二方向Y延伸。

該長臂段43緊鄰該懸浮寄生臂4的第一自由端41，並實質地從該第一自由端41朝該第二方向Y延伸，且具有一連接末端431。於本較佳實施例，該第一自由端41與該饋入輻射單元3的第二輻射臂段324於該第一方向X上重疊。

該彎折臂段44實質地呈L形，且從該長臂段43的連接末端431延伸到該懸浮寄生臂4的第二自由端部42。

該長臂段43、該第一輻射臂段322及該接地面2的邊緣21於該第一方向X上間隔地重疊，且該饋入輻射單元3是介於該長臂段43及該邊緣21之間。該長臂段43與該輻射臂32共同界定出一第一耦合間隙g1，藉此，該懸浮寄生臂4與該饋入輻射單元3之間以耦合的方式傳遞電磁能量，且該懸浮寄生臂4的第一自由端41到第二自由端42之間的一第二共振路徑P2用以產生涵蓋一第二頻帶的共振。

於本較佳實施例，該第一共振路徑P1的電性長度實質地為2100 MHz所對應的一個四分之一波長。該第二頻帶則涵蓋704 MHz到960 MHz的頻段，且該第二共振路徑P2的電性長度實質地為832 MHz(832=(704+960)/2)所對應的一個四分之一波長。該第三共振路徑P3的電性長度實質地為2595 MHz(2595=(2500+2690)/2)所對應的一個四分之一波長。此外，該第一輻射臂段322除了可以產生中心頻率為2100 MHz的共振，還可以經該第一間隙g1於射頻時所等效出的電抗值去調整該第二頻帶(704~960 MHz)的中心頻率及阻抗匹配，其中，該第一間隙g1於該第一方向X的寬度越窄或於該第二方向Y的長度越長，則該第二頻帶的中心頻率越往低頻偏移，並且從該饋入點33量到的該第二頻帶所對應的輸入阻抗也會隨著該第一間隙g1的長度及寬度作改變。

該第一短路寄生單元5實質地呈一T形，並位於該懸浮寄生臂4的長臂段43及該接地面2的邊緣21之間，且電連接該接地面2但與該饋入輻射單元3及該懸浮寄生臂4實體隔離。

該第一短路寄生單元5包括一接地端51、一第一自由端52、一第二自由端53、一第一耦合上緣54及一第二耦合上緣55。

該接地端51電連接於該接地面2。於本較佳實施例，是以一導體貼片22黏貼該接地端51及該接地面2，以使該接地端51透過該導體貼片22電連接到該接地面2。

該第一自由端52鄰近該饋入輻射單元3，且該第一自由端52於該第一方向X上是位於該第一輻射臂段322及該接地面2的邊緣21之間，且從該第一短路寄生單元5的接地端51到該第一短路寄生單元5的第一自由端52的一第四共振路徑P4用以產生涵蓋一第四頻帶的共振。

該第二自由端53遠離該饋入輻射單元3，並位於該懸浮寄生臂4及該接地面2的邊緣21之間，且從該第一短路寄生單元5的接地端51到該第一短路寄生單元5的第二自由端53的一第五共振路徑P5用以產生涵蓋一第五頻帶的共振。

於本較佳實施例，該第四頻帶及該第五頻帶緊鄰，以共同涵蓋1710 MHz到2170 MHz的頻段。

該第一耦合上緣54連接該第一短路寄生單元5的第一自由端52，並與該第一輻射臂段322於該第一方向X上部分地重疊且界定出一第二耦合間隙g2。

該第二耦合上緣55連接該第一短路寄生單元5的第二自由端53，並與該懸浮寄生臂4界定出一第三耦合間隙g3。

該第二短路寄生單元6電連接該接地面2，並實質地呈一L形，且該第一短路寄生單元5於該第二方向Y上是位於該第二短路寄生單元6及該饋入輻射單元3之間。

該第二短路寄生單元6於該第一方向X上與該懸浮寄生臂4間隔相鄰並位於該懸浮寄生臂4及該接地面2 的邊緣21之間，且與該彎折臂段44於第一方向X上的投影重疊，該第二短路寄生單元6與該彎折臂段44界定出一第四耦合間隙g4以使該第二頻帶降頻，換句話說，該第二短路寄生單元6與該懸浮寄生臂4之間的耦合可以使該懸浮寄生臂4以較短的實體長度產生能涵蓋704 MHz到960 MHz之第二頻段的共振。

該第二短路寄生單元6包括一接地端61及一自由端62。

該接地端61電連接該接地面2的邊緣21。於本較佳實施例，是以一導體貼片22黏貼該接地端61及該接地面2，以使該接地端61透過該導體貼片22與該接地面2電連接。

該自由端62位於該第一短路寄生單元5及該接地面2的邊緣21之間，且從該第二短路寄生單元6的接地端61到該自由端62的一第六共振路徑P6用以產生涵蓋一第六頻帶的共振，該第六頻帶從1710 MHz到1880 MHz，該第六共振路徑P1的電性長度實質地為1795 MHz(1795=(1710+1880)/2)所對應的一個四分之一波長。

該基板7為非導體材質，例如玻纖基板，並包括一上表面71及一側面72。

該上表面71用以設置該彎折臂段44、該饋入輻射單元3、該第一短路寄生單元5、該第二短路寄生單元6及下述的多個焊接固定塊8。

該側面72垂直於該上表面71，且該側面72用以設置該長臂段43。而為了實際應用的堅固性需求，該長臂段43還焊接於該等焊接固定塊8。

參閱圖3，是該第一較佳實施例的一電壓駐波比圖(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)，其顯示：該懸浮寄生臂4確實可以在不與該饋入輻射單元3及該接地面2實體接觸的狀況下產生涵蓋該第二頻帶(704~960 MHz)的共振，且該懸浮寄生臂4並不會干擾該饋入輻射單元3、該第一短路寄生單元5及該第二短路寄生單元6，而使得本較佳實施例的第一頻帶及第三至第六頻帶也確實可以涵蓋1710 MHz到2690 MHz的頻段，因此適用於LTE 3/4/7/13/17/20、GSM 800/900及IMT-2000等通訊系統。

參閱圖4，本發明多頻天線之第二較佳實施例與第一較佳實施例近似，差異在於：1.無包含該第一較佳實施例中的該第二短路寄生單元6(見圖2)；及2.該懸浮寄生臂4的彎折臂段44從該長臂段43的連接末端431朝該接地面2的邊緣21延伸一長度，再朝接近該第一短路寄生單元5延伸一長度，最後再朝向該接地面2的邊緣延伸一長度，且該第二自由端部42鄰近該接地面2的邊緣21而達到使該第二頻帶降頻的功效。

參閱圖5，本發明多頻天線之第三較佳實施例與第一較佳實施例近似，差異在於：該第三較佳實施例無包含該第一較佳實施例中的該第一短路寄生單元5(見圖2)，而相較該第一較佳實施例之功效上的差異在於：該第三較佳實施例未涵蓋1920 MHz到2170 MHz的頻段。

參閱圖6，本發明多頻天線之第四較佳實施例與第一較佳實施例近似，差異在於：該第四較佳實施例無包含該第一較佳實施例中的該第一短路寄生單元5及該第二短路單元6(見圖2)，而相較該第一較佳實施例之功效上的差異在於：該第三較佳實施例未涵蓋1710 MHz到2170 MHz的頻段。

參閱圖7，本發明多頻天線之第五較佳實施例與第四較佳實施例近似，差異在於：該第五較佳實施例無包含該第四較佳實施例的該第二輻射臂段324(見圖6)，而相較該第四較佳實施例之功效上的差異在於：該第五較佳實施例更未涵蓋2620 MHz到2690 MHz的頻段。

參閱圖8，本發明通訊裝置之較佳實施例包含一多頻天線10、一電路模組20及一同軸電纜30。

該多頻天線10可以是前述第一至第五較佳實施例的其中任一者。

該電路模組20包括一用以收發一射頻訊號的射頻訊號傳輸端201及一參考地202。

該同軸電纜30電連接於該多頻天線10及該電路模組20之間，用以交換該射頻訊號，並具有一內導體及一外導體(圖未示出)。該內導體的兩相反端分別電連接該多頻天線10的饋入點33及該電路模組20的射頻訊號傳輸端201。該外導體的兩相反端分別電連接該多頻天線20的接地面2及該電路模組20的參考地202。

參見下表1，是該通訊裝置的該多頻天線10採用該第一較佳實施例時所量得的三維天線輻射效率，其中，-3 dB對應的輻射效率為50%，-6 dB對應的輻射效率為25%，其餘依此類推。且從表1可以證明：該多頻天線之第一較佳實施例確實可以達成對應阻抗頻寬(即圖3的電壓駐波比圖所顯示的頻段)的有效輻射。

附帶說明：上表1中的LTE是長期演進技術( Long Term Evolution)的縮寫，GSM是全球移動通訊系統(Global System for Mobile Communications)的縮寫，PCS是個人通訊服務(Personal Communication Service)的縮寫，IMT-2000是全球行動通訊(International Mobile Telecommunications-2000)的縮寫。

綜上所述，前述較佳實施例相較先前技術的多頻天線具有以下優點：

1.該懸浮寄生臂4不受限得要與該饋入輻射單元3實體連接或是與該接地面2實體連接，就可以經由與該饋入輻射單元3相電磁耦合的方式而傳遞能量並產生共振，因此提供額外的設計自由度。

2.該懸浮寄生臂4與該接地面2實體隔離而不電導通，因此不屬於該接地面2的延伸，所以該饋入輻射單元3於該第一方向上雖然被該懸浮寄生臂4及該接地面2框設於其中，也不會造成輻射能量屏蔽或阻抗不匹配的問題。

因此，前述的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專利說明書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。