TWI553963B - 十頻段天線 - Google Patents

Description

十頻段天線

本發明係有關一種天線，尤指一種具有提昇低頻頻率響應及增加高頻頻寬的十頻段天線。

目前市面上常見的雙頻倒F型天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)，此倒F型天線的製作是透過二維印刷印刷電路板技術直接將金屬銅材質印刷在印刷印刷電路板上，以形成平板狀的多頻天線，或者利用沖壓技術將金屬薄片沖壓形成三維的多頻天線。

由於改變印刷印刷電路板二維輻射體圖案或改變金屬薄片沖壓的三維輻射體的幾何形狀，可以使天線達到多頻段的收發效果。但是為了滿足信號收發品質，以及避免周圍環境的影響造成其頻率協調失準，因此以該印刷印刷電路板上形成的天線，或者以該金屬薄片沖壓形成的天線的輻射體勢必具有一特定體積，為了安裝具有特定體積的PIFA天線結構，電子裝置內部也必須預留一適當的空間來安置該PIFA天線結構，如此一來勢必違背電子裝置朝輕薄短小的小型化設計的需求。

在科技技術不斷的提昇下，為了解決上述的問題，將天線的輻射體製作在由陶瓷材質製成的方形載體上，如圖1及圖2所示，該天線10的載體101表面上具有一收發信號的高頻段102及一低頻段103的輻射體，並 將該載體101固接於該印刷電路板20上，該印刷電路板20的二表面上各具有一接地金屬面201、一信號饋入微帶線202及一接地線203。以該信號饋入微帶線202及該接地線203與載體101的輻射體電性連結。由於該高頻段102位於該載體101的右邊，該低頻段103位於該載體101的左邊，在天線10與印刷電路板20電性固接後，使該低頻段103對應該印刷電路板20的接地金屬面201的面積大於該高頻段102對應該接地金屬面201的面積，因此使該低頻段102受到接地屏蔽影響較多，在通信時使該低頻段103的頻率響應變差(如圖2的標號A)，且也使得高頻段102的頻寬也不夠寬(僅限於在6個頻段，如圖2的標號B)，讓整個天線的收發信號品質降低，以及收發信號頻寬受到限制。

因此，本發明之主要目的，在於解決傳統的缺失，本發明將天線的載體表面上所依附的高頻段及低頻段的輻射體變換位置，在該天線的載體與印刷電路板固接後，該載體上的低頻段位對應該印刷電路板較小面積的接地金屬面，使該載體上的低頻段處於一自由空間上，讓低頻段的頻率響應效果佳以及增加高頻段的頻寬。

本發明之另一目的，在於以該載體上的盲孔及肋條狀結構的設計，作為載體本身的減重與抑制成型翹曲變形，且該盲孔的面積與容積用以調整該載體的等效介電常數，以達成調整天線諧振頻率與頻寬的目的。且該盲孔之形狀與對稱性可因設計做任意變換調整。

本發明之再一目的，在於以一電感器電性連結在接地線與微帶線上，除了可以調整阻抗外，還形成一個下地連結狀態，使天線形成一個雙頻倒F型的耦極天線。

為達上述之目的，本發明所提供的一種十頻段天線，包括：一載體、一高頻段、一低頻段、一印刷電路板及一電感器。該載體為陶瓷方形體，其上具有一正面、一頂面、一背面及一底面，該正面上開設有複數深入於該載體本體的盲孔，該些盲孔間具有至少一肋條狀結構。該高頻段係由一倒π形輻射體、一一字形輻射體、一彎延線輻射體及一L形輻射體組成，以該載體的正面為基準，該高頻段設於該載體左邊的各該正面、該頂面、該背面及該底面上。該低頻段係由一第一方形輻射體、一第二方形輻射體、一第三方形輻射體及一第四方形輻射體組成，以該載體的正面為基準，設於該載體右邊的各該正面、該頂面、該背面及該底面上。該印刷電路板，其具有一頂邊、一左側斜邊、一斜底邊、一右側短邊、一缺口邊及一右側長邊所形成，該印刷電路板具有一第一表面及第二表面，該第一表面上具有一第一接地金屬面及一微帶線，該微帶線具一前段及一後段，該前段上具有一穿孔，該微帶線的前段延伸於該第一接地金屬面中，使該第一接地金屬面與該微帶線之間具有一間隙，該第一接地金屬面由該左側斜邊至該間隙的面積大於該缺口邊至該間隙之間的面積，以該缺口邊至該間隙之間較小面積的第一接地金屬面上延伸有一接地線，使該微帶線的後段與該接地線之間具有一間距；又於該第一表面的裸空區上具有二相對應的固定端。該電感器係位於該間距上，以該電感器一端電性連結於該微帶 線的後段上，另一端電性連結於該接地線上。以該第一表面的裸空區的二固定端與該載體的底面固接，使該載體的低頻段對應於該印刷電路板的缺口邊，且對應該缺口邊至該間隙之間較小面積的該第一接地金屬面，讓該低頻段處於一自由空間上，以提昇低頻段的頻率響應，以及以該倒π形輻射體及該一字形輻射體與該彎延線輻射體耦合關係，以增加高頻段的頻寬。

在本發明之一實施例中，該盲孔位於該正面上的面積與深入該載體內部的容積用以調整該載體的等效介電常數，以達成調整天線諧振頻率與頻寬。

在本發明之一實施例中，該盲孔的面積比例範圍占該載體本體的面積約30%-50%。

在本發明之一實施例中，該盲孔的面積比例為40%。

在本發明之一實施例中，該盲孔的容積比例範圍占該載體本體的20%-30%。

在本發明之一實施例中，該盲孔的容積比例以24%。

在本發明之一實施例中，該倒π形輻射體具有一第一直線部、一第二直線部及一L形部組成，該第一直線部分別設於該載體的正面、頂面、背面及底面的邊側上，該第一直線部位於該底面的部份的第一直線部形成與該印刷電路板固接的固接點。

在本發明之一實施例中，該一字形輻射體電性連結於該第二直線部一側，該一字形輻射體分別設於該載體的正面及底面，該一字形輻射體 一端相鄰於該彎延線輻射體形成耦合關係連結，以該位在底面的該一字形輻射體形成信號饋入點。

在本發明之一實施例中，該彎延線輻射體一端與該第二直線部一端電性連結，該彎延線輻射體另一端與該低頻段電性連結，使該倒π形輻射體的L形部的短邊與該彎延線輻射體形成耦合關係連結。

在本發明之一實施例中，該彎延線輻射體的間距為0.15mm~0.3mm，以該彎延線輻射體形成一LC共振，以產生2400MHz~2700MHz的諧振頻率。

在本發明之一實施例中，該L形輻射體分設於該載體的正面及該底面，該L形輻射體的短邊與該一字形輻射體平行相對應，該L形輻射體的長邊與該一字形輻射體呈垂直對應，且與該彎延線輻射體平行相對應，該L形輻射體的長邊形成接地點。

在本發明之一實施例中，該高頻段包含了一第4頻段、一第5頻段、一第6頻段、一第7頻段、一第8頻段、一第9頻段及一第10頻段，該第4頻段、第5頻段、第6頻段、第7頻段、第8頻段、第9頻段及第10頻段的頻寬範圍分佈在1710MHz~6000MHz。

在本發明之一實施例中，該低頻段包含一第1頻段、一第2頻段及一第3頻段，該第1頻段、該第2頻段及該第3頻段頻寬範圍在700MHz~960MHz。

在本發明之一實施例中，該第二表面上具有一第二接地金屬面，該穿孔貫穿至該第二接地金屬面上，該穿孔電性連結一銅軸電纜線的信號饋入端電性連結，該第二接地金屬面與該銅軸電纜線的接地端電性連結。

習知：

10‧‧‧天線

101‧‧‧載體

102‧‧‧高頻段

103‧‧‧低頻段

20‧‧‧印刷電路板

201‧‧‧接地金屬面

202‧‧‧信號饋入微帶線

203‧‧‧接地線

本發明：

1‧‧‧載體

11‧‧‧正面

12‧‧‧頂面

13‧‧‧背面

14‧‧‧底面

15‧‧‧盲孔

16‧‧‧肋條狀結構

2‧‧‧高頻段

21‧‧‧倒π形輻射體

211‧‧‧第一直線部

211a‧‧‧部份的第一直線部

212‧‧‧第二直線部

213‧‧‧L形部

213a‧‧‧短邊

22‧‧‧一字形輻射體

23‧‧‧彎延線輻射體

231‧‧‧間距

24‧‧‧L形輻射體

241‧‧‧短邊

242‧‧‧長邊

3‧‧‧低頻段

31‧‧‧第一方形輻射體

32‧‧‧第二方形輻射體

33‧‧‧第三方形輻射體

34‧‧‧第四方形輻射體

4‧‧‧印刷電路板

4a‧‧‧頂邊

4b‧‧‧左側斜邊

4c‧‧‧斜底邊

4d‧‧‧右側短邊

4e‧‧‧缺口邊

4f‧‧‧右側長邊

41‧‧‧第一表面

42‧‧‧第二表面

43‧‧‧第一接地金屬面

431、432‧‧‧面積

43’‧‧‧第二接地金屬面

44‧‧‧微帶線

441‧‧‧前段

442‧‧‧後段

443‧‧‧穿孔

45‧‧‧間隙

46‧‧‧接地線

47‧‧‧間距

48‧‧‧固定端

5‧‧‧電感器

圖1，係為傳統的多頻天線結構示意圖。

圖2，係圖1的反射損失曲線示意圖。

圖3~圖6，係本發明之十頻段天線正面、頂面、背面及底面金屬輻射體的圖案示意圖。

圖7，係本發明之十頻段天線各面金屬輻射體的圖案展開示意圖。

圖8，係本發明之十頻段天線與印刷電路板分解示意圖。

圖9，係本發明之印刷電路板背面示意圖。

圖10，係本發明之十頻段天線與印刷電路板電性連結組合示意圖。

圖11，係本發明之十頻段天線的反射損失曲線示意圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：

請參閱圖3~圖7，係本發明之十頻段天線各面的金屬輻射體的圖案及圖案展開示意圖。如圖所示：本發明之十頻段天線，包括有：一載體1、一高頻段2及一低頻段3。

該載體1，係為陶瓷材料製成方形體，其上具有一正面11、一頂面12、一背面13及一底面14。於該正面11上開設有複數盲孔15，該些盲孔15間具有至少一肋條狀結構16，以該盲孔15及肋條狀結構16的設計，作為載體1本體的減重與抑制成型翹曲變形。該盲孔15的位於該正面11上的面積與深入該載體1內部的容積用以調整該載體1的等效介電常數，以達成調整天線諧振頻率與頻寬的目的。其中，該盲孔15的面積比例範圍占該載體1本體的面積約30%-50%，以面積比例為40%。該盲 孔15的容積比例範圍占該載體1本身的20%-30%，以容積比例範圍為24%。且該盲孔15之形狀與對稱性可因設計做任意變換調整。

該高頻段2，係以該載體1的正面11為基準，該高頻段2係位於該載體1左邊，其上具有一倒π形輻射體21、一一字形輻射體22、一彎延線輻射體23及一L形輻射體24組成，該倒π形輻射體21具有一第一直線部211、一第二直線部212及一L形部213組成，該第一直線部211分別設於該載體1的正面11、頂面12、背面13及底面14的邊側上，該第一直線部211位於該底面14的部份的第一直線部211a形成與該印刷電路板(圖中未示)固接的固接點。該倒π形輻射體21的第二直線部212一側電性連結該一字形輻射體22，該一字形輻射體22分別設於該載體1的正面11及底面14，該一字形輻射體22一端相鄰於該彎延線輻射體23形成耦合關係以產生4900MHz~6000MHz頻寬，且以該位在底面14的該一字形輻射體23形成信號饋入點。該彎延線輻射體23一端與該第二直線部212一端電性連結，該彎延線輻射體23另一端與該低頻段3電性連結，使該倒π形輻射體21的L形部213的短邊213a與該彎延線輻射體23形成耦合關係連結產生3500MHz的頻寬，該彎延線輻射體23的間距231為0.15mm~0.3mm，以該彎延線輻射體23形成一LC共振，以產生2400MHz~2700MHz的諧振頻率。又，該L形輻射體24分設於該載體1的正面11及該底面14，該L形輻射體24的短邊241與該一字形輻射體22平行相對應，該L形輻射體24的長邊242與該一字形輻射體22呈垂直對應，且與該彎延線輻射體23平行相對應，在本圖式中，該L形輻射體24的長邊242形成接地點。在本圖式中，該高頻段2包含了本發明的第4 頻段、第5頻段、第6頻段、第7頻段及第8頻段，該第4頻段、第5頻段、第6頻段、第7頻段、第8頻段、第9頻段及第10頻段的頻寬範圍分佈在1710MHz~6000MHz，可用於GSM、WCDMA、WIFI、LTE、WIMAX、802.11ac通訊系統。

該低頻段3，係以該載體1的正面11為基準，該低頻段3係位於該載體1右邊，該低頻段3係由不同面積的一第一方形輻射體31、一第二方形輻射體32、一第三方形輻射體33及一第四方形輻射體34組成，且分別設於該載體1的正面11、頂面12、背面13及底面14上，以位於該載體1底面14的第三方形輻射體33形成與該印刷電路板固接的固接點。在本圖式中，該低頻段3包含了本發明的第1頻段、第2頻段及第3頻段，該第1頻段、第2頻段及該第3頻段的頻寬範圍在700MHz~960MHz，可用於LTE及GMS通訊系統上。

請參閱圖8~圖10，係本發明之十頻段天線與印刷電路板分解、印刷電路板背面及電性連結組合示意圖。如圖所示：在本圖式中，本發明之十頻段天線更包含有一固接該載體1的印刷電路板4，該印刷電路板4的形狀依序具有一頂邊4a、一左側斜邊4b、一斜底邊4c、一右側短邊4d、一缺口邊4e及一右側長邊4f所圍成。且，該印刷電路板4具有一第一表面41及第二表面42。該第一表面41上具有一第一接地金屬面43及一微帶線44，該微帶線44具一前段441及一後段442，該前段441上具有一穿孔443，該微帶線44的前段441延伸於該第一接地金屬面43中，並與該第一接地金屬面43之間具有一間隙45，使該第一接地金屬面43由 該左側斜邊4b至該間隙45的面積431大於該缺口邊4e至該間隙45之間的面積432。

另，於該缺口邊4e至該間隙45之間較小面積432的第一接地金屬面43上延伸有一接地線46，該接地線46與該微帶線44的後段442呈平行關係並列，且該微帶線44的後段442與該接地線46之間具有一間距47，在該微帶線44的後段442及該接地線46之間的間距47電性連結有一電感器5，以該電感器5一端電性連結於該微帶線44的後段442上，另一端電性連結於該接地線46上，該電感器5除了可以調整阻抗外，還形成一個下地連結狀態，使天線形成一個雙頻倒F型的耦極天線。又於，於該第一表面41的裸空區上具有二相對應的固定端48，該二固定端48用以固接該載體1底面14的部份的第一直線部211a及該第三方形輻射體33固接。

又，於該第二表面42上具有一第二接地金屬面43’，該穿孔443貫穿至該第二接地金屬面43’上，該穿孔443以供銅軸電纜線的信號饋入端(圖中未示)電性連結，該第二接地金屬面43’與該銅軸電纜線的接地端電性連結。

在該載體1與印刷電路板4固接時，以該第一表面41的裸空區上具有二固定端48與該載體1底面14的部份的第一直線部211a及該第三方形輻射體33固接，使該底面14的一字形輻射體23與該微帶線44電性連結，以及該第二L形輻射體25的長邊252與該接地線46電性連結。在固接後，該載體1上的低頻段3位於裸空區且對應該印刷電路板4的缺口邊4e，且對應該較小的面積432的第一接地金屬面43，使該載體1上的低 頻段3處於一自由空間上，讓十頻段段的天線的低頻段3的頻率響應效果佳。

請參閱圖11，係本發明之十頻段天線的反射損失曲線示意圖，且同時參閱圖10所示。如圖所示：由於本發明之載體1與印刷電路板4固接後，使該載體1上的低頻段3位於該印刷電路板4的缺口邊4e上對應該較少的第一接地金屬面43面積時，使該載體1上的低頻段3處於接地屏蔽較少的自由空間時，讓十頻段天線的低頻段3的頻率響應效果更佳，也使得高頻段2的頻寬增加，且該低頻段3的頻率分佈第1頻段、第2頻段及該第3頻段的頻寬範圍在700MHz~960MHz(如圖11標號C)。該高頻段2的第4頻段、第5頻段及第6頻段的頻寬範圍在1710MHz~2170MHz(如圖11的標號D)。該第7頻段的頻寬範圍在2400MHz~2500MHz及該第8頻段的頻寬範圍在2600MHz~2700MHz(如圖11的標號D)。高頻段3的第9頻段的頻寬範圍在3500MHz~3700MHz(如圖11的標號E)。高頻段3的第10頻段的頻寬範圍在4900MHz~6000MHz(如圖11的標號F)。

上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧載體

11‧‧‧正面

12‧‧‧頂面

15‧‧‧盲孔

16‧‧‧肋條狀結構

2‧‧‧高頻段

21‧‧‧倒π形輻射體

211‧‧‧第一直線部

211a‧‧‧部份的第一直線部

213a‧‧‧短邊

22‧‧‧一字形輻射體

23‧‧‧彎延線輻射體

231‧‧‧間距

24‧‧‧L形輻射體

241‧‧‧短邊

242‧‧‧長邊

3‧‧‧低頻段

31‧‧‧第一方形輻射體

33‧‧‧第三方形輻射體

34‧‧‧第四方形輻射體

4‧‧‧印刷電路板

4a‧‧‧頂邊

4b‧‧‧左側斜邊

4c‧‧‧斜底邊

4d‧‧‧右側短邊

4e‧‧‧缺口邊

4f‧‧‧右側長邊

41‧‧‧第一表面

42‧‧‧第二表面

43‧‧‧第一接地金屬面

43’‧‧‧第二接地金屬面

431、432‧‧‧面積

44‧‧‧微帶線

441‧‧‧前段

442‧‧‧後段

443‧‧‧穿孔

45‧‧‧間隙

46‧‧‧接地線

47‧‧‧間距

48‧‧‧固定端

5‧‧‧電感器

Claims (14)

1. 一種十頻段天線，包括：一載體，為陶瓷方形體，其上具有一正面、一頂面、一背面及一底面，該正面上開設有複數深入於該載體本體的盲孔，該些盲孔間具有至少一肋條狀結構；一高頻段，係由一倒π形輻射體、一一字形輻射體、一彎延線輻射體及一L形輻射體組成，以該載體的正面為基準，該高頻段設於該載體左邊的各該正面、該頂面、該背面及該底面上；一低頻段，係由一第一方形輻射體、一第二方形輻射體、一第三方形輻射體及一第四方形輻射體組成，以該載體的正面為基準，設於該載體右邊的各該正面、該頂面、該背面及該底面上；一印刷電路板，其具有一頂邊、一左側斜邊、一斜底邊、一右側短邊、一缺口邊及一右側長邊所形成，該印刷電路板具有一第一表面及第二表面，該第一表面上具有一第一接地金屬面及一微帶線，該微帶線具一前段及一後段，該前段上具有一穿孔，該微帶線的前段延伸於該第一接地金屬面中，使該第一接地金屬面與該微帶線之間具有一間隙，該第一接地金屬面由該左側斜邊至該間隙的面積大於該缺口邊至該間隙之間的面積，以該缺口邊至該間隙之間較小面積的第一接地金屬面上延伸有一接地線，使該微帶線的後段與該接地線之間具有一間距；又於該第一表面的裸空區上具有二相對應的固定端； 一電感器，係位於該間距上，以該電感器一端電性連結於該微帶線的後段上，另一端電性連結於該接地線上；其中，以該第一表面的裸空區的二固定端與該載體的底面固接，使該載體的低頻段對應於該印刷電路板的缺口邊，且對應該缺口邊至該間隙之間較小面積的該第一接地金屬面，讓該低頻段處於一自由空間上，以提昇低頻段的頻率響應，以及以該倒π形輻射體及該一字形輻射體與該彎延線輻射體耦合關係，以增加高頻段的頻寬。
2. 如申請專利範圍第1項所述之十頻段天線，其中，該盲孔位於該正面上的面積與深入該載體內部的容積用以調整該載體的等效介電常數，以達成調整天線諧振頻率與頻寬。
3. 如申請專利範圍第2項所述之十頻段天線，其中，該盲孔的面積比例範圍占該載體本體的面積約30%-50%。
4. 如申請專利範圍第3項所述之十頻段天線，其中，該盲孔的面積比例為40%。
5. 如申請專利範圍第2項所述之十頻段天線，其中，該盲孔的容積比例範圍占該載體本體的20%-30%。
6. 如申請專利範圍第5項所述之十頻段天線，其中，該盲孔的容積比例以24%。
7. 如申請專利範圍第1項所述之十頻段天線，其中，該倒π形輻射體具有一第一直線部、一第二直線部及一L形部組成，該第一直線部分別設於該載體的正面、頂面、背面及底面的邊側上，該第一直線部位於該底面的部份的第一直線部形成與該印刷電路板固接的固接點。
8. 如申請專利範圍第7項所述之十頻段天線，其中，該一字形輻射體電性連結於該第二直線部一側，該一字形輻射體分別設於該載體的正面及底面，該一字形輻射體一端相鄰於該彎延線輻射體形成耦合關係連結，以該位在底面的該一字形輻射體形成信號饋入點。
9. 如申請專利範圍第8項所述之十頻段天線，其中，該彎延線輻射體一端與該第二直線部一端電性連結，該彎延線輻射體另一端與該低頻段電性連結，使該倒π形輻射體的L形部的短邊與該彎延線輻射體形成耦合關係連結。
10. 如申請專利範圍第8項所述之十頻段天線，其中，該彎延線輻射體的間距為0.15mm~0.3mm，以該彎延線輻射體形成一LC共振，以產生2400MHz~2700MHz的諧振頻率。
11. 如申請專利範圍第10項所述之十頻段天線，其中，該L形輻射體分設於該載體的正面及該底面，該L形輻射體的短邊與該一字形輻射體平行相對應，該L形輻射體的長邊與該一字形輻射體呈垂直對應，且與該彎延線輻射體平行相對應，該L形輻射體的長邊形成接地點。
12. 如申請專利範圍第11項所述之十頻段天線，其中，該高頻段包含了一第4頻段、一第5頻段、一第6頻段、一第7頻段、一第8頻段、一第9頻段及一第10頻段，該第4頻段、該第5頻段、該第6頻段、該第7頻段、該第8頻段、該第9頻段及該第10頻段的頻寬範圍分佈在1710MHz~6000MHz。
13. 如申請專利範圍第1項所述之十頻段天線，其中，該低頻段包含一第1頻段、一第2頻段及一第3頻段，該第1頻段、該第2頻段及該第3頻段頻寬範圍在700MHz~960MHz。
14. 如申請專利範圍第1項所述之十頻段天線，其中，該第二表面上具有一第二接地金屬面，該穿孔貫穿至該第二接地金屬面上，該穿孔電性連結一銅軸電纜線的信號饋入端電性連結，該第二接地金屬面與該銅軸電纜線的接地端電性連結。