CN101047276A

CN101047276A - 多频带平面天线

Info

Publication number: CN101047276A
Application number: CN200610099225.2A
Authority: CN
Inventors: 纪胜源; 杨嘉滨; 王熹伟
Original assignee: DACHUANG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: US20070229358A1; US7280074B1; CN101047276B

Abstract

一种形成于一电路板的一侧表面上的多频带平面天线，其包含第一天线图案、第二天线图案、第三天线图案和第四天线图案，每一天线图案进一步包含一伸长部分和一导体部分；其中第二伸长部分两端之间的一个点经由一通孔短路连接到一形成于电路板的另一侧表面上的馈电传输线。因此，所述多频带平面天线可以在三个适合于WIFi LAN和WiMAX MAN两种应用的频带下工作，这三个频带的中心频率分别为2.4GHz、3.5GHz和5.8GHz。

Description

多频带平面天线

技术领域

本发明是有关于一种平面天线，且特别是有关于一种多频带平面天线。

背景技术

随着无线网络连接技术的不断发展，用户可以在火车站、大学等设有网络站点的固定地点通过无线局域网络(WLAN)以较高的速度连接网络。因此，与传统使用有线网络连接的笔记型电脑相比，无线笔记型电脑因其允许用户自由连接网络而成为笔记型电脑市场的主流产品。近年来，发展了WiFi无线局域网络(LAN)，其工作频率为约2.4GHz和5GHz(此频率称为由资料信号使用诸如正交分频(OFDM)技术的任何调变技术所调变的通信载波频率)。然而，无线WiFi LAN技术所具有的一些缺点使其仅限在上述固定地点附近使用。这些缺点包括(例如)无线通信载波的低容量和较短的通信范围(约几百米)，其限制用户只能在距网络站点有限距离的地方连接网络。

目前，已开发出无线WiMAX通信技术(即，IEEE 820.16标准)来克服无线WiFi LAN技术的缺陷；即，WiMAX允许无线通信载波拥有更高的容量和更长的通信范围但无明显衰减，以便可以在建有WiMAX城域网(MAN)的城市区域中的任何地方连接网络。此外，目前，无线网络连接技术所使用的几个频带的工作频率分别为2.4GHz、3.5GHz、5.15-5.35GHz和5.8GHz。在这些频率中，WiFi LAN中应用2.4GHz、5.25GHz和5.8GHz，而WiMAXMAN中应用2.3-2.5GHz、3.5GHz、5.15-5.35GHz和5.8GHz。因此，基于WiFi LAN以及WiMAX MAN两种应用的需要，工作频率至少包括2.4GHz和5.15-5.35GHz的平面天线较为合适。这种宽频天线又称为多频带宽频天线。

此外，无线通信技术中广泛使用平面天线，因为其易于与印刷电路板(PCB)整合，例如玻璃-环氧树脂或特氟纶-玻璃电路板，以达到缩小体积和低成本的目的。例如，美国专利第6,535,167B2号揭示了一种能够在较宽频带下工作的叠层模式天线。此叠层模式天线包含一作为驱动元件形成于PCB的正侧表面上的倒F形天线图案以及一作为无源元件形成于PCB的反侧表面上的倒L形天线图案。通过将倒F形天线图案的路径长度设定为一特定值，这种天线使其低频的可用频率范围移到更低频侧。同样，通过将倒L形天线图案的路径长度设定为一特定值，这种天线使其高频的可用频率范围移到更高频侧。结果，叠层模式天线能够在更宽的频带下工作。

然而，其工作频率约为2.4GHz，这限制了其只能应用于WiFi LAN，而不能应用于WiMAX MAN。此外，因为叠层模式天线结构复杂，其制造程式因包含在PCB的两侧表面上形成倒F形天线图案后再形成倒L形天线图案的程式而相应较长，而这又使制造成本增大。因此，叠层模式天线除了因为其窄频带外还由于其叠层结构而不能满足平面天线的紧凑性要求。因此，极需设计一种具有多频带、天线结构简单且制造成本低的新型模式的平面天线。

发明内容

因此，本发明涉及一种多频带天线。

本发明还涉及一种工作频率为2.4GHz到5.8GHz(或将近6GHz)的适用于WIFi LAN和WiMAX MAN两种应用的多频宽频天线。

基于上述目标或其他目标，在电路板(例如，玻璃-环氧树脂电路板)的反侧表面上提供本发明的多频带平面天线。另外，此多频带平面天线包含第一天线图案以及第二天线图案，其中第一天线图案包含第一伸长部分与第一导体部分，而第二天线图案包含第二伸长部分与第二导体部分。此外，第一导体部分的一端连接到一接地图案，且其另一端连接到第一伸长部分中与其开口端相对的一端。另外，第二导体部分的一端连接到第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第二伸长部分中与其开口端相对的一端。此外，第二伸长部分两端之间的一个点经由一通孔短路连接到一形成于电路板的正侧表面上的馈电传输线。第一和第二伸长部分大体上平行于接地图案的一周边边缘，同时一连接部分延伸至第二伸长部分并且覆盖所述通孔。高频AC信号从馈电传输线经由此通孔进入到第二伸长部分。

通过这种平面天线结构，第一天线图案形成第一共振结构，以充当四分之一波长的单极天线，且第一天线图案、第二天线图案、连接部分以及接地图案形成第二共振结构，以充当周长等于一个波长的环形天线。此外，上述四分之一波长和上述一个波长的频率分别是2.45GHz和5.28GHz。结果，多频带平面天线能够在至少两个中心频率分别为2.45GHz和5.28GHz的频带下工作，其中上述频带位于WiFi LAN和WiMAX MAN的工作频率的范围内，从而允许将此多频带平面天线应用于WiFi LAN和WiMAX MAN应用。

根据本发明的第二实施例，一种工作频率为2.4GHz到5.8GHz(或将近6GHz)的适用于WIFi LAN和WiMAX MAN两种应用的多频宽频天线。

根据本发明的第二实施例，在电路板(例如，玻璃-环氧树脂电路板)的反侧表面上提供本发明的多频带平面天线。此多频带平面天线进一步包含第一天线图案、第二天线图案、第三天线图案以及第四天线图案。其中，第一天线图案包含第一伸长部分与第一导体部分，第二天线图案包含第二伸长部分与第二导体部分，第三天线图案包含第三伸长部分与第三导体部分，且第四天线图案包含第四伸长部分与第四导体部分。此外，第一导体部分的一端连接到一接地图案，且其另一端连接到第一伸长部分中与其开口端相对的一端。另外，第二导体部分的一端连接到第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第二伸长部分中与开口端相对的一端。此外，第二伸长部分两端之间的一个点经由一通孔短路连接到一形成于电路板的正侧表面上的馈电传输线。此外，第三导体部分的一端连接到第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第三伸长部分中与其开口端相对的一端。此外，第四导体部分的一端连接到第二伸长部分的开口端，且其另一端连接到第四伸长部分中与其开口端相对的一端。另外，接地图案包含一在第二伸长部分上延伸且覆盖通孔的连接部分。第一、第二、第三和第四伸长部分大体上平行于接地图案的一周边边缘。高频AC信号从馈电传输线经由通孔进入第二伸长部分中。通过这种平面天线结构，其能够在三个适用于WIFi LAN和WiMAX MAN两种应用的频带下工作，这三个频带的中心频率分别为2.4GHz、3.5GHz和5.28GHz。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A和图1B分别显示实施本发明第一实施例的多频带平面天线的电路板的仰视图和俯视图。

图1C显示沿图1B所示的线C-C’所截得的横截面视图。

图2A和图2B分别显示实施本发明第二实施例的多频带平面天线的电路板的仰视图和俯视图。

图3显示如图1A和图1B所示根据第一实施例的多频带平面天线的回流损失相对频率的曲线图。

图4显示如图2A和图2B所示根据第二实施例的多频带平面天线的回流损失相对频率的曲线图。

图5显示本发明第二实施例在2.4GHz、3.5GHz、5.25GHz和5.8GHz下工作的多频带平面天线在Y-Z平面上的辐射场型图。

1：第一天线图案

1a：第一导体部分

1b：第一伸长部分

1d：第一伸长部分1b的开口端

2：第二天线图案

2a：第二导体部分

2b：第二伸长部分

2d：第二伸长部分2b的开口端

3：接地图案

4：馈电传输线

5：电路板

10、20：通孔

1’：第三天线图案

1’b：第三伸长部分

1’a：第三导体部分

2’：第四天线图案

2’b：第四伸长部分

2’a：第四导体部分

1’d：第三伸长部分1’b的开口端

2’d：第四伸长部分2’b的开口端

具体实施方式

现在将详细描述一种宽频带平面天线，其实例如附图所示。可能的情况下，图式中使用相同的参考标号指示相同的部件。

第一实施例

图1A和图1B分别显示实施本发明第一实施例的多频带(MFB)平面天线的电路板(例如，玻璃-环氧树脂或特氟纶-玻璃电路板)的仰视图和俯视图。由图1A可见，形成于电路板5的反侧表面上的MFB平面天线包含第一天线图案1和第二天线图案2，其中第一天线图案1可以是(例如)倒L形平面天线，第二天线图案2也是如此。此外，第一天线图案1包含第一伸长部分1b和第一导体部分1a，而第二天线图案2包含第二伸长部分2b和第二导体部分2a。此外，第一导体部分1a的一端连接到接地图案3，且其另一端连接到第一伸长部分1b中与其开口端1d相对的一端。另外，第二导体部分2a的一端连接到第一伸长部分1b的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第二伸长部分2b中与其开口端2d相对的一端。此外，第二伸长部分2b两端之间的一个点经由一通孔10短路连接到一形成于电路板的正侧表面上的馈电传输线4。

图1C显示沿图1B所示的线C-C’所截得的横截面视图。因此，由图1C可见，第一导体部分1a和馈电传输线4分别设置于电路板5的反侧表面和正侧表面上，因此高频AC信号穿过馈电传输线4经由通孔10进入第二伸长部分2b中。第一和第二伸长部分1b、2b大体上平行于接地图案的一周边边缘。

通过这种天线结构，第一天线图案1形成第一共振结构(图1A中所示的路径1)，以充当四分之一波长的单极天线，其中路径1的长度被设计成等于2.4GHz频率的λ/4，以便产生2.4GHz频率的特定驻波。同样，可将如图1A所示的路径2视为是第二共振结构(或环形天线)，其包含第一导体部分1a、第一伸长部分1b、第二导体部分2a、第二伸长部分2b和接地图案3，其中由于第二伸长部分2b和接地图案3之间出现耦合效应而在其间形成等效EM(电磁)路径。此外，环形天线的周长等于一个波长。分别选择前述λ/4和一个波长使其具有2.45GHz和5.28GHz的对应频率。结果，所述多频带平面天线能够在中心频率分别为2.45GHz和5.28GHz的两个频带下工作。如上所述，WiMAX MAN和WiFi LAN在2.3-2.5GHz或5.1-5.35GHz下工作。因此，第一实施例的MFB平面天线可实施于WiFi LAN和WiMAXMAN中，因为MFB平面天线1的中心频率2.45GHz和5.28GHz分别在2.3-2.5GHz和5.1-5.35GHz的范围内。

因此，本发明的MFB平面天线不仅可应用到WiFi LAN和WiMAX MAN中，而且除了美国专利第6,535,167B2号中的WiFi LAN应用外，其还具有比美国专利第6,535,167B2号更简化的天线结构。由于无线网际网络存取电脑网络(wireless internet access network)需要极高容量、多频带和更长的通信范围，所以一直在开发WiMAX MAN以在未来12-16个月内替代WiFiLAN。然而，目前在普遍使用WiMAX MAN之前，WiFi LAN和WiMAX MAN都在同时使用。因此，本发明的MFB平面天线允许同时使用WiFi LAN和WiMAXMAN。

第二实施例

参看图2A和2B，其分别显示实施本发明第二实施例的多频带平面天线的电路板(例如，玻璃-环氧树脂或特氟纶-玻璃电路板)的仰视图和俯视图。形成于电路板5的反侧表面上的MFB平面天线包含第一天线图案1、第二天线图案2、第三天线图案1’和第四天线图案2’。其中，第一天线图案1包含第一伸长部分1b和第一导体部分1a，第二天线图案2包含第二伸长部分2b和第二导体部分2a，第三天线图案1’包含第三伸长部分1’b和第三导体部分1’a，而第四天线图案2’包含第四伸长部分2’b和第四导体部分2’a。此外，第一导体部分1a的一端连接到接地图案3，且其另一端连接到第一伸长部分1b中与其开口端1d相对的一端。

另外，第二导体部分2a的一端连接到第一伸长部分1b的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第二伸长部分2b中与其开口端2d相对的一端。此外，第二伸长部分2b两端之间的一点经由通孔20短路连接到形成于电路板5的正侧表面上的馈电传输线4。第三导体部分1’a的一端连接到第一伸长部分1b的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到第三伸长部分1’b中与其开口端1’d相对的一端。第四导体部分2’a的一端连接到第二伸长部分2b的开口端2d，且其另一端连接到第四伸长部分2’b中与其开口端2’d相对的一端。另外，第一伸长部分1b、第二伸长部分2b、第三伸长部分1’b和第四伸长部分2’b彼此不重叠，且其大体上平行于接地图案3的一周边边缘。高频AC信号从馈电传输线4经由通孔20进入第二伸长部分2b中。通过这种平面天线结构，其能够在三个适合于WiFi LAN和WiMAX MAN两种应用的频带下工作，这三个频带的中心频率分别为2.4GHz、3.5GHz和5.8GHz。

因此，前述第一和第二实施例的MFB平面天线能够使由资料信号使用OFDM技术所调变的高频AC信号转换为具有两个或两个以上频带的电磁波。电磁波又用作频率与AC信号相同的通信载波。

在评估第一和第二实施例的MFB平面天线的性能时，必须考虑一些重要特性，包括天线增益、辐射图和可用频带的数量。本说明书中固有使用的术语“频带”是指“可用频带”。参看图3和图4，它们分别是对应于图1A和图2A中所示的第一和第二实施例的MFB平面天线的不同回流损失相对频率的曲线图。“频带”的定义是指其中所有频率的相应回流损失都小于-10dB的可用频带。此外，回流损失是在馈电传输线4上测量的，其计算公式如下：

回流损失＝20 log|Г|............(1)

其中，Г是反射系数，其等于馈电传输线4上的反射AC信号的电压和入射AC信号的电压的比值；即，用回流损失来指示当AC信号进入天线结构时被返回的程度。此外，根据式(1)，-10dB回流损失意谓，在穿过天线结构后馈电传输线4中的原始AC信号被返回1/3。

如图3所示，第一实施例的MFB平面天线在中心频率分别为2.45GHz和5.28GHz的两个频带下工作。同样，如图4所示，第二实施例的MFB平面天线在中心频率分别为2.45GHz、3.5GHz和5.8GHz的三个频带下工作。显然，与美国专利第6,535,167B2号相比，不仅本发明的频带的中心频率移到高频侧，而且“频带”的数量也增加了。因此，在多频带下工作的MFB平面天线的特性使得天线能够应用于WiFi LAN和WiMAX MAN应用。

此外，图5显示根据本发明第二实施例在2.4GHz、3.5GHz、5.25GHz和5.8GHz下工作的多频带平面天线在Y-Z平面上的辐射场型图。所有这些辐射场型图都近似为全向辐射，其允许用户方便地使用无线笔记型电脑或任何实施本发明第一、第二和第三实施例的MFB平面天线的无线通信产品。

在本发明的第一和第二实施例中，尽管将MFB平面天线设置于电路板的反侧表面上而将传输线设置于其正侧表面上，但也可以通过一接地的适当通孔将其设置在同一侧(正侧)上。

总而言之，本发明的MFB平面天线具有以下优势：

1.本发明的MFB平面天线可以很好地应用于WiFi LAN和WiMAX MAN中，从而提供中心频率为2.4GHz到5.8GHz的多频带，而不是常规平面天线中中心频率为2.4GHz的一个频带。因此，本发明的MFB平面天线可应用于城域网，以便允许无线笔记型电脑用户在城市区域中的任何地方连接网络，而不必像在使用实施常规平面天线的无线笔记型电脑时受限于一些固定位置，诸如公共建筑和火车站等。

2.由于本发明的MFB平面天线结构简单，所以其制造程式可大大简化，从而减少其制造成本并提高产量。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims

1、一种形成于一电路板的一侧表面上的多频带平面天线，其特征在于其包括：

一第一天线图案，其包含一第一伸长部分和一第一导体部分，其中该第一导体部分连接到一接地图案；以及

一第二天线图案，其包含一第二伸长部分和一第二导体部分，该第二导体部分的一端连接到该第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到该第二伸长部分中与其开口端相对的一端，其中该第二伸长部分两端之间的一个点经由一通孔短路连接到一形成于该电路板的另一侧表面上的馈电传输线。

2、根据权利要求1所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一和第二伸长部分大体上平行于该接地图案的一周边边缘。

3、根据权利要求2所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一天线图案以及该第二天线图案是倒L形图案。

4、根据权利要求3所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一天线图案充当一单极天线，且该第一天线图案的长度等于2.4GHz的λ/4。

5、根据权利要求3所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一导体部分、该第一伸长部分、该第二导体部分、该第二伸长部分以及该接地图案形成一环形天线，且该环形天线的长度等于5.28GHz频率的一个波长。

6、根据权利要求2所述的多频带平面天线，其中该电路板是一玻璃-环氧树脂或特氟纶-玻璃电路板。

7、一种形成于一电路板的一侧表面上的多频带平面天线，其特征在于其包括：

一第一天线图案，其包含一第一伸长部分和一第一导体部分，其中该第一导体部分连接到一接地图案；

一第二天线图案，其包含一第二伸长部分和一第二导体部分，其中该第二导体部分的一端连接到该第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到该第二伸长部分中与其开口端相对的一端；

一第三天线图案，其包含一第三伸长部分和一第三导体部分，其中该第三导体部分的一端连接到该第一伸长部分的一端和另一端之间的一个点，且其另一端连接到该第三伸长部分中与其开口端相对的一端；以及

一第四天线图案，其包含一第四伸长部分和一第四导体部分，其中该第四导体部分的一端连接到该第二伸长部分的一个开口端，且其另一端连接到该第四伸长部分中与其开口端相对的一端，其中该第二伸长部分两端之间的一个点经由一通孔短路连接到一形成于该电路板的另一侧表面上的馈电传输线。

8、根据权利要求7所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一伸长部分、该第二伸长部分、该第三伸长部分以及该第四伸长部分不重叠且大体上平行于该接地图案的一周边边缘。

9、根据权利要求8所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一天线图案、该第二天线图案、该第三天线图案以及该第四天线图案是倒L形图案。

10、根据权利要求9所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该第一天线图案充当一单极天线，且该第一天线图案的长度等于2.4GHz频率的λ/4。

11、根据权利要求9所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该多频带平面天线能够在中心频率为2.4GHz到5.8GHz的多频带下工作。

12、根据权利要求9所述的多频带平面天线，其特征在于其中所述的该电路板是一玻璃-环氧树脂或特氟纶-玻璃电路板。