TWM502257U - 寬頻天線 - Google Patents

Description

寬頻天線

本創作係指一種寬頻天線，尤指一種可達到多頻帶或寬頻操作，具有良好匹配及可調性，同時可有效縮小所需尺寸之寬頻天線。

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。一般具無線通訊功能的電子產品通常透過內建之天線來存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內盡可能地增加，而尺寸則應盡量減小，以配合可攜式無線通訊器材體積縮小之趨勢，將天線整合入可攜式無線通訊器材中。除此之外，隨著無線通訊技術的演進，無線通訊系統的操作頻帶越來越廣，因此，理想的天線應能以單一天線涵蓋無線通訊網路所需的頻帶。

在習知技術中，常見的無線通訊天線包含倒F式天線(Inverted-F Antenna)、迴圈(Loop)天線、耦合(Couple)天線等。倒F式天線，顧名思義，其形狀類似於經過旋轉及翻轉後之「F」。然而，倒F式天線的頻寬及頻寬百分比皆不理想，特別是低頻部分，因而通常需在垂直方向增加金屬片以增加其頻寬，但此做法會增加天線成本。而迴圈天線因其理論上需要二分之一波長的共振長度，且天線操作頻段過窄，難以適用寬頻應用。至於耦合天線則是利用元件之間相互耦合之效應，共振出所需的頻帶，但其仍有頻帶調整不易等缺點。

因此，如何有效提高天線頻寬，使之適用於具寬頻需求之無線通訊系統，如長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統，已成為業界所努力的目標之一。

因此，本創作之主要目的即在於提供一種寬頻天線，其可達到多頻帶或寬頻操作，具有良好匹配及可調性，同時可有效縮小所需尺寸，而符合不同系統之需求。

本創作揭露一種寬頻天線，包含有一接地端，用來提供接地；一第一輻射體，設置於一第一平面；一饋入端，形成於該第一輻射體上，用來透過該第一輻射體收發射頻訊號；以及一第二輻射體，設置於該第一平面，電性連接於該接地端，並具有一部分平行於該第一輻射體之一邊，且該第二輻射體與該第一輻射體之一最小間距可使該第二輻射體與該第一輻射體產生耦合作用以傳遞射頻訊號。

10、30、50‧‧‧寬頻天線

100‧‧‧接地金屬段

102‧‧‧第一輻射體

104‧‧‧饋入端

106‧‧‧第二輻射體

1020‧‧‧第一金屬段

1022‧‧‧第二金屬段

1024‧‧‧第一分段

1026‧‧‧第二分段

1060‧‧‧第三金屬段

1062‧‧‧第四金屬段

GP‧‧‧間距

304‧‧‧第三輻射體

A‧‧‧第一面

B‧‧‧第二面

500‧‧‧第四輻射體

502、504、506‧‧‧區塊

第1圖為本創作實施例一寬頻天線之示意圖。

第2A至2C圖分別為第1圖之寬頻天線操作於不同頻帶之電流分佈示意圖。

第2D圖為第1圖之寬頻天線之電壓駐波比示意圖。

第3A、3B圖分別為本創作實施例一寬頻天線之前後兩面之示意圖。

第4圖為第3A、3B圖之寬頻天線之電壓駐波比示意圖。

第5圖為本創作實施例一寬頻天線之背面示意圖。

第6A圖為第5圖之寬頻天線操作於高頻時之電流分佈示意圖。

第6B圖為第5圖之寬頻天線之電壓駐波比示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本創作實施例一寬頻天線10之示意圖。寬頻天線10包含有一接地金屬段100、一第一輻射體102、一饋入端104及一第二輻射體106，其可達到寬頻操作，以滿足具寬頻需求之無線通訊系統，如長期演進系統等。接地金屬段100為長條狀金屬片，用以提供接地，但不 限於此，接地金屬段100亦可以由各種形式或形狀之金屬材質所製成，如接地端、接地銅箔等。第一輻射體102依其結構包含有電性連接之一第一金屬段1020及一第二金屬段1022，而第一金屬段1020又可區分為一第一分段1024及一第二分段1026；然而，上述關於第一輻射體102之分段方式僅為便於說明，其可為一體成型，而不限於此。同理，第二輻射體106依其結構包含有電性連接之一第三金屬段1060及一第四金屬段1062，且第四金屬段1062電性連接於接地金屬段100，因此第二輻射體106與接地金屬段100亦可為一體成型，而不限於此。饋入端104形成於第一輻射體102的第二金屬段1022上，用來透過第一輻射體102收發射頻訊號。此外，如第1圖所示，第三金屬段1060的一部分與第一金屬段1020平行，即第二輻射體106的一部分平行於第一輻射體102之一邊，且第二輻射體106與第一輻射體102之一最小間距GP可使第二輻射體106與第一輻射體102產生耦合作用以傳遞射頻訊號。

簡言之，本創作之寬頻天線10係透過饋入端104直接饋入射頻訊號至第一輻射體102，而第一輻射體102與第二輻射體106間則透過耦合方式進行耦接以傳遞射頻訊號。在此情形下，藉由調整第一輻射體102與第二輻射體106之長度、間距GP等，本創作可達到多頻帶或寬頻操作，並具有良好匹配。

舉例來說，第一輻射體102係為一直接饋入之單極天線，故可將饋入端104至第一金屬段1020兩端的距離(即大致為第二金屬段1022與第一分段1024之總長及第二金屬段1022與第二分段1026之總長)設計為欲收發射頻訊號所對應之波長的四分之一，藉以達成多頻帶或寬頻操作。在一實施例中，第二金屬段1022與第一分段1024之總長可大致等於一第一頻帶所對應之射頻訊號的四分之一波長，而第二金屬段1022與第二分段1026之總長可大致等於一第二頻帶所對應之射頻訊號的四分之一波長；例如，針對長期演進系統，第一頻帶可大致介於1575MHz與1900MHz之間，而第二頻帶 則可大致介於1900MHz與2300MHz之間，以符合長期演進系統之高頻需求，而1575MHz之頻段亦可用於全球衛星定位系統。進一步地，可調整第二輻射體106中第三金屬段1060及第四金屬段1062的總長，使之大致等於一第三頻帶所對應之射頻訊號的四分之一波長，以收發第三頻帶之射頻訊號；其中，針對長期演進系統，第三頻帶可大致介於704MHz與960MHz之間。

關於寬頻天線10之操作方式，可進一步參考第2A至2D圖，第2A至2C圖分別為寬頻天線10操作於第一頻帶(1575MHz~1900MHz)、第二頻帶(1900MHz~2300MHz)及第三頻帶(704MHz~960MHz)之電流分佈示意圖，而第2D圖為寬頻天線10之電壓駐波比示意圖。由第2A至2C圖可知，寬頻天線10係透過直接饋入而經由第一輻射體102收發第一頻帶及第二頻帶之射頻訊號，並透過耦合饋入方式而經由第二輻射體106收發第三頻帶之射頻訊號，因而可達成如第2D圖所示之多頻帶及寬頻操作。同時，由於第一輻射體102與第二輻射體106部分相互耦合，可將第二輻射體106所共振的頻率偏往低頻，也可貢獻部分低頻頻寬，故可大幅度縮短第二輻射體106所需長度，達到縮小天線尺寸之目的。

因此，透過調整第一輻射體102及第二輻射體106之長度，寬頻天線10可達成多頻帶及寬頻操作，並縮小天線尺寸。另一方面，間距GP係小於或等於3mm，其係相關於第一輻射體102與第二輻射體106的耦合情形，故可透過調整間距GP而調整第一輻射體102與第二輻射體106之阻抗匹配，進而提升輻射效率。除了第一輻射體102及第二輻射體106之長度、間距GP外，其它如第一輻射體102及第二輻射體106之寬度、彎折方式、分支數等皆可根據系統所需而適當調整，此應為本領域熟習之技藝。再者，在第1圖中，寬頻天線10係大致設置於同一平面，故可進一步佈局於一基板上或以蝕刻方式形成於一電路板上，以簡化生產流程，但不限於此。

更進一步地，為了增加低頻可輻射區域，進而使輻射體長度可大幅縮短，本創作可於寬頻天線10之基礎上，提供額外的低頻電流路徑。請參 考第3A、3B圖，第3A、3B圖分別為本創作實施例一寬頻天線30之前後兩面之示意圖。寬頻天線30係由寬頻天線10所衍生，故相同元件採相同符號表示。比較第1圖及第3A、3B圖可知，寬頻天線30係將寬頻天線10的接地金屬段100、第一輻射體102、饋入端104及第二輻射體106設置於一基板300之一第一面A，並於基板300之一第二面B(其平行於第一面A)增加一第三輻射體304，而第二輻射體106與第三輻射體304間再透過連通柱302電性連接。

簡言之，寬頻天線30為一雙面(或多層)結構，其一平面(即第一面A)設置有寬頻天線10，另一平面(即第二面B)設置有第三輻射體304，且第三輻射體304與第二輻射體106透過連通柱302進行連結。此外，如第3A、3B圖所示，第三輻射體304與第二輻射體106之形狀、位置大致對應，亦即若將第三輻射體304投影於第一面A之一投影結果將與第二輻射體106大致重疊。在此情形下，第三輻射體304亦可收發與第二輻射體106相同操作頻帶(如704MHz~960MHz)之訊號，藉此可增加低頻可輻射區域，以提升低頻頻寬及效率，相關電壓駐波比示意圖可參考第4圖。

需注意的是，在寬頻天線30中，第三輻射體304與第二輻射體106具大致相同之形狀，但不限於此，本領域具通常知識者亦可適度調整第三輻射體304之長度或形狀等，使之收發特定頻帶之射頻訊號或改變匹配情形等，此亦屬本創作之範疇。另一方面，由於寬頻天線30具有寬頻天線10之相同結構，故其亦具有相同操作方式及優點，可參考前述說明，於此不贅述。

除了增加低頻可輻射區域，若要增加高頻頻寬，可進一步增加高頻耦合寄生元件。請參考第5圖，第5圖為本創作實施例一寬頻天線50之背面示意圖。寬頻天線50係由寬頻天線30所衍生，其正面(即第一面A)結構相同，可參考第3A圖，故省略未繪示，而背面(即第二面B)中相同元件採相同符號表示，以求簡潔。比較第5圖及第3B圖可知，寬頻天線50係於 寬頻天線30之第二面B中額外增加一第四輻射體500。在此例中，第四輻射體500大致由三區塊502、504、506所組成，且其設置位置需可與第一輻射體102產生耦合作用。換句話說，將第四輻射體500投影於第一面A之一投影結果將與第一輻射體102部分重疊，以確保第四輻射體500可與第一輻射體102產生耦合作用以傳遞射頻訊號。在此情形下，第一輻射體102係以直接饋入方式與饋入端104電性連接，而第四輻射體500再透過耦合方式與第一輻射體102耦接。如此一來，寬頻天線50相較於寬頻天線10、30可增加高頻電流路徑，以在高頻頻段共振出更多模態，增加高頻頻寬。其中，區塊502、504、506大致相關於高頻模態，可藉此調整其形狀或位置，以符合系統所需。例如，在一實施例中，區塊502、504用來激發出1400MHz至1575MHz之模態，而區塊506則用來激發出2700MHz至3200MHz之模態。然而，需注意的是，第四輻射體500所包含之區塊數、區塊形狀等皆可適當調整，而不限於此。

此外，如同第一輻射體102，第四輻射體500亦可與第二輻射體106或第三輻射體304部分相互耦合，可將第二輻射體106或第三輻射體304所共振的頻率偏往低頻，也可貢獻部分低頻頻寬，故可大幅度縮短第二輻射體106或第三輻射體304所需長度，達到縮小天線尺寸之目的。關於寬頻天線50之操作方式，可進一步參考第6A、6B圖，第6A圖為寬頻天線50操作於高頻時之電流分佈示意圖，其中省略了大部分元件符號以求簡潔，而第6B圖為寬頻天線50之電壓駐波比示意圖。由第6A圖可知，第四輻射體500可與第一輻射體102產生耦合作用，因而可增加高頻頻寬及輻射效率，即如第6B圖所示。

需注意的是，寬頻天線50係由寬頻天線30所衍生，並將第四輻射體500設置於第三輻射體304的同一面(即第二面B)的不同區域而未電性連接於第三輻射體304。然而，不限於此，第四輻射體500與第三輻射體304可獨立設置，亦可設置於不同層。也就是說，在一實施例中，本創作亦 可於寬頻天線10之基礎上，僅設置第四輻射體500而不設置第三輻射體304；在另一實施例中，本創作可使用一多層基板，並將寬頻天線10、第三輻射體304及第四輻射體500分別設置於不同層，此皆屬本創作之範疇。

綜上所述，本創作之寬頻天線可達到多頻帶或寬頻操作，具有良好匹配及可調性，同時可有效縮小所需尺寸，而符合不同系統之需求。

10‧‧‧寬頻天線

100‧‧‧接地金屬段

102‧‧‧第一輻射體

104‧‧‧饋入端

106‧‧‧第二輻射體

1020‧‧‧第一金屬段

1022‧‧‧第二金屬段

1024‧‧‧第一分段

1026‧‧‧第二分段

1060‧‧‧第三金屬段

1062‧‧‧第四金屬段

GP‧‧‧間距

Claims (13)

1. 一種寬頻天線，包含有：一接地端，用來提供接地；一第一輻射體，設置於一第一平面；一饋入端，形成於該第一輻射體上，用來透過該第一輻射體收發射頻訊號；以及一第二輻射體，設置於該第一平面，電性連接於該接地端，並具有一部分平行於該第一輻射體之一邊，且該第二輻射體與該第一輻射體之一最小間距可使該第二輻射體與該第一輻射體產生耦合作用以傳遞射頻訊號。
2. 如請求項1所述之寬頻天線，其中該第一輻射體包含有：一第一金屬段；以及一第二金屬段，電性連接於該第一金屬段與該饋入端之間；其中，該第二輻射體之該部分平行於該第一金屬段，而平行於該第一輻射體之該邊。
3. 如請求項2所述之寬頻天線，其中該第一金屬段包含一第一分段及一第二分段，該第一分段與該第二金屬段之一總長相關於一第一頻帶所對應之射頻訊號波長，而該第二分段與該第二金屬段之一總長相關於一第二頻帶所對應之射頻訊號波長。
4. 如請求項3所述之寬頻天線，其中該第一頻帶大致介於1575MHz與1900MHz之間，而該第二頻帶大致介於1900MHz與2300MHz之間。
5. 如請求項1所述之寬頻天線，其中該第二輻射體包含有：一第三金屬段；以及一第四金屬段，電性連接於該第三金屬段與該接地端之間；其中，該第三金屬段平行於該第一輻射體之該邊。
6. 如請求項5所述之寬頻天線，其中該第三金屬段與該第四金屬段之一總長相關於一第三頻帶所對應之射頻訊號波長。
7. 如請求項6所述之寬頻天線，其中該第三頻帶大致介於704MHz與960MHz之間。
8. 如請求項1所述之寬頻天線，其另包含：一第三輻射體，設置於一第二平面，該第二平面與該第一平面平行，且該第三輻射體投影於該第一平面之一投影結果與該第二輻射體大致重疊；以及至少一連通柱，設置於該第二輻射體與該第三輻射體之間，用來電性連接該第二輻射體與該第三輻射體。
9. 如請求項1所述之寬頻天線，其另包含：一第四輻射體，設置於一第三平面，該第三平面與該第一平面平行；其中，該第四輻射體投影於該第一平面之一投影結果與該第一輻射體部分重疊，使該第四輻射體與該第一輻射體產生耦合作用以傳遞射頻訊號。
10. 如請求項1所述之寬頻天線，其另包含：一第三輻射體，設置於一第二平面，該第二平面與該第一平面平行，且該第三輻射體投影於該第一平面之一投影結果與該第二輻射體大致重疊；至少一連通柱，設置於該第二輻射體與該第三輻射體之間，用來電性連接該第二輻射體與該第三輻射體；以及一第四輻射體，設置於一第三平面，該第三平面與該第一平面平行；其中，該第四輻射體投影於該第一平面之一投影結果與該第一輻射體部分重疊，使該第四輻射體與該第一輻射體產生耦合作用以傳遞射頻訊號。
11. 如請求項10所述之寬頻天線，其中該第二平面與該第三平面為同一平面 之不同區域，且該第三輻射體與該第四輻射體未電性連接。
12. 如請求項10所述之寬頻天線，其中該第二平面與該第三平面為不同平面。
13. 如請求項1所述之寬頻天線，其中該最小間距小於或等於3mm。