TWI520508B

TWI520508B - 無線收發器之接收與發射多頻段天線

Info

Publication number: TWI520508B
Application number: TW102143700A
Authority: TW
Inventors: 陳文山; 楊智凱
Original assignee: 南臺科技大學
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2016-02-01
Also published as: TW201521365A

Description

無線收發器之接收與發射的多頻段天線

本發明係有關於一種無線收發器之接收與發射的多頻段天線，尤其是指一種具有小尺寸、結構簡單、容易製作，而適用於USB dongle或其他小型無線通訊行動裝置上之多頻段天線。

隨著行動通訊裝置的盛行，通訊時賴以接收、發射訊號的天線設計即格外受到重視，其中單極天線的應用十分普遍，一般單極天線為達良好的輻射效能，必須在無線通訊產品的基板上保留天線淨空區；且近年來不論是筆記型電腦或手機等無線通訊產品外觀的趨勢是輕巧、小型化、高效率，然而淨空區愈大表示佔用空間愈大，在輕巧、小型化的前提下，淨空區勢必必須縮小，甚至無法保有淨空區，有業者為改善此一狀況下於是增加天線的高度，來確保天線的特性，但此將增加天線的體積，因此，如何讓天線的體積變得更小，而且不會失去效能，並能涵蓋多頻段的天線，將是值得研究的課題。

現今多頻段單極天線，通常在設計之時係以增加多彎折或浮接金屬架構的方式，來增加天線上的電流路徑，並滿足多頻段的需求。

請參看我國證書號第M358419號之改善HAC特性之多頻段單極天線新型專利案。該案即係透過增加多彎折的方式增加天線上的電流路徑，以滿足多頻段的需求；即該多頻段單極天線是在第一金屬輻射體之饋入端與第二金屬輻射體之連接端之間連接一曲折繞線部，使該曲折繞線部位在該第一及第二金屬輻射體之同側，且激勵出低頻段。

然而，天線使用多彎折的技術雖然可以增加電流路徑，亦可達到小型化的設計，但對天線的增益與輻射場型會造成很大的影響，即天線的輻射場型、增益會因天線彎折數增加而變差，其中在輻射場型的部分，將無法產生出較佳的全向性輻射場型，而在增益的部分，則會使增益下降。

本發明之主要目的，係因隨著科技時代的進步，無線通訊也發展的迅速，天線尺寸要求越來越小，整體架構也越來越簡單；而現有技術多為了使天線整體尺寸變小，使得天線的輻射場型、增益因此而變差，多無法將天線有效且簡單的設計在天線架構上，故本發明提出一種架構簡單，並有良好的增益、輻射場型，同時符合時代進步多頻的需求的無線收發器之接收與發射的多頻段天線。該天線係為一小型化並符合WLAN2.45GHz、5.2GHz、5.8GHz多頻帶以及涵蓋於WiMAX(3.4GHz~3.5GHz)之天線，且具有小尺寸、結構簡單、容易製作之特色，故非常適用於USB dongle或其他小型無線通訊行動裝置上。

上述本發明之主要目的與功效，是由以下之具體技術手段所達成：一種無線收發器之接收與發射的多頻段天線，係在一基板上設置包含：一接地部，位於該基板的其一表面上，於該接地部的一邊開設有一開槽孔；以及一輻射部，包括一由該接地部向上延伸之細長微帶線；在該細長微帶線的路徑終端往第一側水平延伸設置一第一矩形金屬片；沿著該細長微帶線設置的路徑中往第二側水平延伸設置一第二矩形金屬片；於該細長微帶線的路徑上，且位於該接地的一邊緣處設一天線饋入端。

如上所述之無線收發器之接收與發射的多頻段天線，其中，該第一矩形金屬片為呈直向設立，而以長邊朝向第二矩形金屬片。

如上所述之無線收發器之接收與發射的多頻段天線，其中，該第二矩形金屬片為呈橫向設立，而以短邊朝向第一矩形金屬片。

如上所述之無線收發器之接收與發射的多頻段天線，其中，該細長微帶線寬度直到末端要連接該第一矩形金屬片時尺寸(寬度)才有所不同。

如上所述之無線收發器之接收與發射的多頻段天線，其中，該天線饋入端係使用同軸線饋入。

如上所述之無線收發器之接收與發射的多頻段天線，其中，該多頻段是指低頻、中頻與高頻；該低頻用以收發2GHz~2.68GHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該中頻用以收發3.3GHz~3.5GHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該高頻用以收發4.73GHz~5.86GHz之頻帶範圍的無線網路訊號。

(1)‧‧‧基板

(2)‧‧‧接地部

(21)‧‧‧開槽孔

(3)‧‧‧輻射部

(31)‧‧‧細長微帶線

(32)‧‧‧第一矩形金屬片

(33)‧‧‧第二矩形金屬片

(34)‧‧‧天線饋入端

第一圖：本發明之天線的架構示意圖

第二圖：本發明之天線實測與模擬之S參數結果之曲線圖

第三圖(A)：係當天線未在接地面設置開槽孔之架構圖

第三圖(B)：係本發明之天線與未在接地面設置開槽孔之天線的模擬S參數比較圖

第四圖：本發明之天線與未在接地面設置開槽孔之天線的模擬Z參數比較圖

第五圖(A)：係當天線未設置第一矩形金屬片時之架構圖

第五圖(B)：係本發明之天線與未設置第一矩形金屬片之天線的模擬S參數比較圖

第六圖(A)：係當天線未設置第二矩形金屬片時之架構圖

第六圖(B)：係本發明之天線與未設置第二矩形金屬片之天線的模擬S參數比較圖

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：請參看第一圖，係揭示本發明之無線收發器之接收與發射的多頻段天線的架構示意圖。本發明之天線可使用於多頻段場合，其中，該多頻段是指低頻、中頻與高頻；該低頻用以收發2GHz~2.68GHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該中頻用以收發3.3GHz~3.5GHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該高頻用以收發4.73GHz~5.86GHz之頻帶範圍的無線網路訊號。本發明之天線係在一基板(1)上設置包含：一接地部(2)，位於該基板(1)的其一表面上，於該接地部(2)的一邊開設有一開槽孔(21)；以及一輻射部(3)，包括：一細長微帶線(31)，由該接地部(2)向上延伸之細長微帶線(31)；一第一矩形金屬片(32)，在該細長微帶線(31)的路徑終端往第一側水平延伸設置；一第二矩形金屬片(33)，沿著該細長微帶線(31)設置的路徑中往第二側水平延伸設置；一天線饋入端(34)，係使用同軸線饋入，其設於該細長微帶線(31)的路徑上，且位於該接地部(2)的一邊緣處；另，該細長微帶線(31)寬度直到末端要連接該第一矩形金屬片(32)時，其尺寸(寬度)才變寬而有所不同，該第一矩形金屬片(32)為呈直向設立，並以長邊朝向該第二矩形金屬片(33)，該第二矩形金屬片(33)為呈橫向設立，而以短邊朝向該第一矩形金屬片(32)。

<實施例>

將本發明天線製作在厚度為1.6mm，介電系數(Relative permittivity)為4.4，損耗正切(Loss tangent)為0.0245的FR4玻璃纖維基板上。該天線所占面積為10x13mm²，包含接地面的尺寸則為13x55mm²。

請參看第二圖，其係為本發明之天線實測與模擬之S參數結果之曲線圖。從第二圖可知該天線之實測結果符合WLAN之2.4GHz、5.2GHz、5.8GHz，WiMAX之2.5GHz、5.25GHz、3.4GHz~3.5GHz頻帶的頻寬需求，並且實測結果與模擬結果在模態的表現上相當接近。

請參看第三圖(A)，係當天線未在接地面設置開槽孔之架構圖，第三圖(B)，係本發明之天線與未在接地面設置開槽孔之天線的模擬S參數比較圖。從第三圖(B)可以很明顯看到本發明之天線在返回損失(S11)的第二模態，是由開槽孔來增加中頻模態調整低頻與接地部共振的阻抗匹配來達到頻寬的需求。

第四圖係本發明之天線與未在接地面設置開槽孔之天線的模擬Z參數比較圖。從第四圖可以很明顯地看到本發明之天線因在接地部設置有開槽孔，使頻率在3GHz時，即產生一個新的模態來調整低頻與接地部共振的阻抗匹配。

請參看第五圖(A)，係當天線未設置第一矩形金屬片時之架構圖，第五圖(B)，係本發明之天線與未設置第一矩形金屬片之天線的模擬S參數比較圖。從第五圖(B)中可以知道，在沒有設置第一矩形金屬片的狀況下，造成低頻第一模態匹配不好，以致於無法與第二模態相互共振來達到低頻所需要的頻寬。

請參看第六圖(A)，係當天線未設置第二矩形金屬片時之架構圖，第六圖(B)，係本發明之天線與未設置第二矩形金屬片之天線的模擬S參數比較圖。從第六圖(B)中可以知道，在沒有第二矩形金屬片的情況下，在低、中頻時的模態仍然沒有太多的影響，而在高頻的頻段是沒有模態的。

本發明之天線係採用平面印刷式天線，結構簡單，可降低成本，並容易製造，同時方便應用於各種小尺寸的小型無線行動裝置；此外，本發明之天線擁有被動元件特性的路徑，故不需在天線端運用到任何主、被動元件，即可達到優良的表現。

以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。