CN101183746B - 可操作于宽频的平板式小型化天线及其电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板式小型化天线，其包含基板、辐射元件、短路金属臂及馈入元件。基板具有第一面及第二面，第一面垂直于第二面。辐射元件包含第一辐射平面大致平行于第一面，第二辐射平面大致平行于第一面且朝与第一辐射平面的相反方向延伸，及第三辐射平面设于第二辐射平面与第一面之间且垂直于第二辐射平面。短路金属臂位于第一辐射平面与第一面之间，具有一启始端耦接至第三辐射平面及一末端耦接至基板。馈入元件用来连接第三辐射平面与第一面。

Description

可操作于宽频的平板式小型化天线及其电子装置

技术领域

本发明涉及一种可操作于宽频的平板式小型化天线，特别是涉及一种增加金属微带以共振出中频的阻抗频宽而能操作于宽频的平板式小型化天线。

背景技术

随着无线通讯的蓬勃发展以及移动通讯产品微型化的趋势，使天线的摆设位置与空间受到压缩，相对地造成设计上的困难，一些内嵌式的微型天线因此应运而生。一般而言，目前较普遍所使用的微型天线有芯片天线(Chip Antenna)以及平面式天线(Planar Antenna)等等，这类型天线均具有体积小的特点。而平面式天线设计也有很多，例如微带天线(microstripantenna)、印刷式天线(printed antenna)与平面倒F型天线(Planar Inverted FAntenna，PIFA)等等，这些天线被广范地应用于GSM、DCS、UMTS、WLAN与蓝芽等无线终端设备，例如移动电话、无线局域网络等等。

请参考图1。图1为现有技术一双频天线10的示意图。双频天线10包含一基板12、一辐射元件14、一连接元件16以及一馈入元件18。基板12大致为一矩形，具有一第一边缘122及一相对于第一边缘122的第二边缘123，而在基板12的第一边缘122附近具有一短路点124与一接地点126。辐射元件14设置于第一边缘122之上，辐射元件14包含一第一辐射平面141及一第二辐射平面142。第一辐射平面141的形状为一矩形，且平行于第一边缘122；第二辐射平面142的形状为一矩形，平行于第一边缘122，且朝与第一辐射平面141的相反方向延伸。其中，第一辐射平面141的长度小于第二辐射平面142的长度。连接元件16位于辐射元件14与第一边缘122之间，连接元件16具有一第一部分161、一第二部分162及一第三部分163。第一部分161电连接至第一辐射平面141与第二辐射平面142的交接处，第二部分162电连接至基板12上的短路点124，第三部分163则电连接于第一部分161与第二部分162之间。连接元件16的第一部分161上具有一馈入点166，馈入点166邻近于第一边缘122处。第一部分161的馈入点166通过馈入元件18电连接至第一边缘122的接地点126。

双频天线10为一用于无线局域网络(Wireless Fidelity，WiFi)的天线，其包含两个操作频段，第一共振模态的操作频段约在5GHz至6GHz之间，第二共振模态的操作频段约在2.4GHz至2.5GHz之间。第一辐射平面141的长度小于第二辐射平面142的长度，且可由第一辐射平面141共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)，由第二辐射平面142共振出第二共振模态的频宽(2.4GHz-2.5GHz)。第一辐射平面141的长度与第一部分161长度之和，大约为双频天线10所产生的第一共振模态的信号波长的四分之一(λ/4)。第二辐射平面142的长度与第一部分161长度之和，大约为双频天线10所产生的第二共振模态的信号波长的四分之一。其中，基板12是由介电材质或磁性材质所构成，且电连接于一系统地端(GND)。辐射元件14与连接元件16是由一单一金属片制作而成。

请参考图2与图1。图2为图1的双频天线10的电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)的示意图。横轴代表的是频率(GHz)，纵轴代表的是电压驻波比VSWR，其定义为VSWR＝Vmax/Vmin。由于双频天线10可通过第二辐射平面142共振出第二共振模态的频宽(2.4GHz-2.5GHz)，而第一辐射平面141共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)，因此，由图2可知，在频率2.5GHz附近及频率5GHz-6GHz附近，电压增益均落在电压驻波比VSWR2∶1的虚线以下，可满足无线局域网络系统的操作需求。但若想同时工作于其它的频段，则双频天线10无法提供足够的频宽。

为了能够接收多种频段，一般会在可携式电子装置中设置多个不同频段的天线。在双频天线10中，可共振出第二共振模态的频宽(2.4GHz-2.5GHz)，及第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)，可以符合Wi-Fi天线的操作频段。然而未来无线都会网络(Worldwide Interoperability for MicrowareAccess，Wi-Max)天线成为无线通讯的主流之一时，双频天线10则无法提供足够的频宽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可操作于宽频的平板式小型化天线及其电子装置，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种可操作于宽频的平板式小型化天线，该平板式小型化天线包含一基板、一辐射元件、一短路金属臂以及一馈入元件。该基板具有一第一面以及一第二面。该第一面垂直于该第二面，该第一面上包含一短路点与一接地点。该辐射元件设置于该第一面上，该辐射元件包含一第一辐射平面、一第二辐射平面及一第三辐射平面。该第一辐射平面大致平行于该第一面。该第二辐射平面大致平行于该第一面，且朝与该第一辐射平面的相反方向延伸。该第三辐射平面大致为一L型，设置于该第二辐射平面与该第一面之间。该第三辐射平面垂直于该第二辐射平面，其具有一第一长边与一第二长边，该第一长边耦接于该第一辐射平面与该第二辐射平面的交接处。该短路金属臂，位于该第一辐射平面与该第一面之间。该短路金属臂具有一启始端与一末端，该启始端耦接至该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处，该末端耦接至该基板的该短路点。该馈入元件用来连接该第三辐射平面的该第二长边与该第一面的该接地点。其中，该第一辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一。该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一。该第三辐射平面的该第二长边的长度，大约为该平板式小型化天线所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

本发明提供一种可操作于宽频的电子装置。该电子装置包含一壳体以及一平板式小型化天线。该平板式小型化天线设置于该壳体中，该平板式小型化天线包含一基板、一辐射元件、一短路金属臂以及一馈入元件。该基板具有一第一面以及一第二面。该第一面垂直于该第二面，该第一面上包含一短路点与一接地点。该辐射元件设置于该第一面上，该辐射元件包含一第一辐射平面、一第二辐射平面及一第三辐射平面。该第一辐射平面大致平行于该第一面。该第二辐射平面大致平行于该第一面，且朝与该第一辐射平面的相反方向延伸。该第三辐射平面大致为一L型，设置于该第二辐射平面与该第一面之间。该第三辐射平面垂直于该第二辐射平面，其具有一第一长边与一第二长边，该第一长边耦接于该第一辐射平面与该第二辐射平面的交接处。该短路金属臂，位于该第一辐射平面与该第一面之间。该短路金属臂具有一启始端与一末端，该启始端耦接至该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处，该末端耦接至该基板的该短路点。该馈入元件用来连接该第三辐射平面的该第二长边与该第一面的该接地点。其中，该第一辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一。该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一。该第三辐射平面的该第二长边的长度，大约为该平板式小型化天线所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

附图说明

图1为现有技术一双频天线的示意图；

图2为图1的双频天线的电压驻波比的示意图；

图3为本发明一实施例说明一可操作于宽频的平板式小型化天线的示意图；

图4为图3的平板式小型化天线的电压驻波比的示意图；

图5为图3的平板式小型化天线的立体图；

图6为本发明另一实施例说明一可操作于宽频的平板式小型化天线的示意图；

图7为图6的平板式小型化天线的电压驻波比的示意图。

主要元件符号说明：

10         双频天线

30、60     平板式小型化天线

12、32     基板

122        第一边缘    123         第二边缘

321、621   第一面      322、622    第二面

124、324、624          短路点

126、326、626          接地点

14、34、64             辐射元件

141、341、641          第一辐射平面

142、342、642          第二辐射平面

343、643               第三辐射平面

16         连接元件

161        第一部分    162         第二部分

163        第三部分

431、631   第一长边    432、632    第二长边

36、66     短路金属臂

361、661     启始端    362、662    末端

18、38、68   馈入元件

166、37、67  馈入点

x、y、z      坐标轴

具体实施方式

请参考图3。图3为本发明一实施例说明一可操作于宽频的平板式小型化天线30的示意图。平板式小型化天线30包含一基板32、一辐射元件34、一短路金属臂36以及一馈入元件38。基板32大致为一矩形，具有一第一面321及一第二面322。第一面321垂直于第二面322，而在基板12的第一面321附近具有一短路点324与一接地点326。辐射元件34设置于第一面321上，包含一第一辐射平面341、一第二辐射平面342及一第三辐射平面343。第一辐射平面341的形状为一矩形，且平行于第一面321。第二辐射平面342的形状为一矩形，平行于第一面321，且朝与第一辐射平面341的相反方向延伸。第三辐射平面343为一L型，设置于第二辐射平面342与第一面321之间。第三辐射平面343垂直于第二辐射平面342，其具有一第一长边431与一第二长边432，第一长边431耦接于第一辐射平面341与第二辐射平面342的交接处。其中，第一辐射平面341的长度小于第二辐射平面342的长度。第三辐射平面343的第二长边432的长度，大于第二辐射平面342的长度与第三辐射平面343的第一长边431的长度之和。短路金属臂36位于第一辐射平面341与第一面321之间。短路金属臂36具有一启始端361与一末端362，启始端361耦接至第三辐射平面343的第一长边431与第二长边432的交接处，末端362耦接至基板32的短路点324。第三辐射平面343的第二长边432上具有一馈入点37，馈入点37邻近于第一面321处。第三辐射平面343的馈入点37通过馈入元件38耦接于第一面321的接地点326。

请继续参考图3。在上述中，平板式小型化天线30为一多频天线，可同时涵盖Wi-Fi天线与Wi-Max天线的操作频段。其中，Wi-Fi天线包含两个操作频段，第一共振模态的操作频段约在5GHz至6GHz之间，第二共振模态的操作频段系约在2.4GHz至2.5GHz之间；Wi-Max天线的操作频段则是落在2.3GHz至2.7GHz之间及3.3GHz至3.8GHz(第三共振模态)之间。第一辐射平面341的长度小于第二辐射平面342的长度。第三辐射平面343的第二长边432的长度，大于第二辐射平面342的长度与第三辐射平面343的第一长边431的长度之和。第一辐射平面341可共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)，第二辐射平面342可共振出第三共振模态的频宽(3.3GHz-3.8GHz)，第三辐射平面343可共振出第二共振模态的频宽(2.3GHz-2.7GHz)。第一辐射平面341的长度与第一长边431的长度之和，大约为平板式小型化天线30所产生的第一共振模态的信号波长的四分之一(λ/4)。第二辐射平面342的长度与第一长边431的长度之和，大约为平板式小型化天线30所产生的第三共振模态的信号波长的四分之一。第三辐射平面343的第二长边432的长度，大约为平板式小型化天线30所产生的第二共振模态的信号波长的四分之一。其中，基板32是由介电材质或磁性材质所构成，基板32电连接于一系统地端(GND)。辐射元件34与短路金属臂36是由一单一金属片制作而成。平板式小型化天线30可设置于一电子装置的壳体内，如一笔记型计算机。

值得注意的是，第三辐射平面343与第二辐射平面342呈90度，由实验的数据得知，其阻抗匹配效果较好，且更能于有限的空间中实现。随着可携式电子装置的体积越来越小，更限制了天线可摆设的位置与空间。此外，第一辐射平面341平行于第一面321，除了可以跟机构吻合，更可以增加电容效应，得到更佳的匹配效果。

请参考图4与图3。图4为图3的平板式小型化天线30的电压驻波比的示意图。横轴代表的是频率(GHz)，纵轴代表的是电压驻波比VSWR。由于平板式小型化天线30可通过第一辐射平面341共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)，由第二辐射平面342共振出第三共振模态的频宽(3.3GHz-3.8GHz)，由第三辐射平面343共振出第二共振模态的频宽(2.3GHz-2.7GHz)。由图4可知，无论是于频率2.5GHz附近、频率3.3GHz附近及频率5GHz-6GHz附近，电压增益均落在电压驻波比VSWR2∶1的虚线以下，可满足无线局域网络系统的操作需求。此外，若要同时工作于其它的频段时，平板式小型化天线30也可以提供足够的频宽。换句话说，平板式小型化天线30可同时工作于Wi-Fi天线与Wi-Max天线的操作频段。

请参考图5与图3。图5为图3的平板式小型化天线30的立体图。由立体坐标轴x、y、z来看，第一面321落于x-y平面，第二面322落于y-z平面，第一辐射平面341与第二辐射平面落于x-y平面，第三辐射平面343落于y-z平面，以及短路金属臂36落于y-z平面。

请参考图6与图3。图6为本发明另一实施例说明一可操作于宽频的平板式小型化天线60的示意图。平板式小型化天线60包含一基板62、一辐射元件64、一短路金属臂66以及一馈入元件68。值得注意的是，平板式小型化天线60与平板式小型化天线30大致相同，不同之处在于，第三辐射平面643的第一长边631与第二长边632的交接处形成一弧形。然而，在图3中，第三辐射平面343的第一长边431与第二长边432的交接处形成一直角(也可形成一斜角，并不局限于此)。

请参考图7与图6。图7为图6的平板式小型化天线60的电压驻波比的示意图。横轴代表的是频率(GHz)，纵轴代表的是电压驻波比VSWR。如图7所示，实线波形为第一长边431与第二长边432的交接处形成一直角时的电压驻波比，其频段范围落在2GHz-6GHz的频宽；虚线波形为第一长边431与第二长边432的交接处形成一弧形时的电压驻波比，其频段范围的频段落在2.6GHz-8.3GHz的频宽。平板式小型化天线60不但可同时工作于Wi-Fi天线与Wi-Max天线的操作频段，且可以提供更大的频宽以满足无线局域网络系统的操作需求。

以上所述的实施例仅用来说明本发明，并不局限本发明的范畴。文中所提到的第一辐射平面341、第二辐射平面342及第三辐射平面343，分别用来共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)、第三共振模态的频宽(3.3GHz-3.8GHz)及第二共振模态的频宽(2.3GHz-2.7GHz)，但并不局限于此。可通过第一辐射平面341、第二辐射平面342及第三辐射平面343长度的调整而共振出不同频率的阻抗频宽。此外，第一辐射平面341大致平行于第一面321，但不局限于此，可视机构的需求而作变动。而第三辐射平面643之第一长边631与第二长边632的交接处，可形成一直角、一斜角或一弧形，其形状及角度并不局限于此。

由上可知，本发明提供一可操作于宽频的平板式小型化天线30。平板式小型化天线30通过第一辐射平面341、第二辐射平面342及第三辐射平面343，来共振出第一共振模态的频宽(5GHz-6GHz)、第三共振模态的频宽(3.3GHz-3.8GHz)及第二共振模态的频宽(2.3GHz-2.7GHz)，无论是于频率2.5GHz附近、频率3.3GHz附近及频率5GHz-6GHz附近，电压增益均可满足无线局域网络系统的操作需求。本发明的平板式小型化天线30可同时符合Wi-Fi天线与Wi-Max天线的操作频段，整合一个天线可供两个系统使用。而第三辐射平面343与第二辐射平面342呈90度，不但阻抗匹配效果较好，且能节省更多的空间(高度较低)。此外，第一辐射平面341平行于第一面321，除了可以跟机构吻合，更可以增加电容效应，得到更佳的匹配效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (26)

1.一种可操作于宽频的平板式小型化天线，包含有：

一基板，具有一第一面以及一第二面，该第一面垂直于该第二面，该第一面上包含一短路点与一接地点；

一辐射元件，设置于该第一面上，该辐射元件包含：

一第一辐射平面，大致平行于该第一面；

一第二辐射平面，大致平行于该第一面且朝与该第一辐射平面的相反方向延伸；及

一第三辐射平面，该第三辐射平面大致为一L型，设置于该第二辐射平面与该第一面之间，该第三辐射平面系垂直于该第二辐射平面，其具有一第一长边与一第二长边，该第一长边耦接于该第一辐射平面与该第二辐射平面的交接处；

一短路金属臂，位于该第一辐射平面与该第一面之间，该短路金属臂具有一起始端与一末端，该起始端耦接至该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处，该末端耦接至该基板的该短路点；以及

一馈入元件，用来连接该第三辐射平面的该第二长边与该第一面的该接地点。

2.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第二长边上具有一馈入点，该馈入点邻近于该第一面处，通过该馈入元件耦接于该第一面的该接地点。

3.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该基板是由介电材质或磁性材质所构成。

4.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该基板电连接于一系统地端。

5.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该辐射元件与该短路金属臂是由一单一金属片制作而成。

6.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第一辐射平面的长度小于该第二辐射平面的长度。

7.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第二长边的长度，大于该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和。

8.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第一辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一。

9.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一。

10.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第二长边的长度，大约为该平板式小型化天线所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

11.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一直角。

12.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一斜角。

13.如权利要求1所述的平板式小型化天线，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一弧形。

14.一种可操作于宽频的电子装置，包含有：

一壳体；以及

一平板式小型化天线，设置于该壳体中，该平板式小型化天线包含：

一基板，具有一第一面以及一第二面，该第一面垂直于该第二面，该第一面上包含一短路点与一接地点；

一辐射元件，设置于该第一面上，该辐射元件包含：

一第一辐射平面，大致平行于该第一面；

一第二辐射平面，大致平行于该第一面且朝与该第一辐射平面的相反方向延伸；及

一第三辐射平面，该第三辐射平面大致为一L型，设置于该第二辐射平面与该第一面之间，该第三辐射平面垂直于该第二辐射平面，其具有一第一长边与一第二长边，该第一长边耦接于该第一辐射平面与该第二辐射平面的交接处；

一短路金属臂，位于该第一辐射平面与该第一面之间，该短路金属臂具有一起始端与一末端，该起始端耦接至该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处，该末端耦接至该基板的该短路点；及

一馈入元件，用来连接该第三辐射平面的该第二长边与该第一面的该接地点。

15.如权利要求14所述的电子装置，其中该第三辐射平面的该第二长边上具有一馈入点，该馈入点邻近于该第一面处，通过该馈入元件耦接于该第一面的该接地点。

16.如权利要求14所述的电子装置，其中该基板是由介电材质或磁性材质所构成。

17.如权利要求14所述的电子装置，其中该基板是电连接于一系统地端。

18.如权利要求14所述的电子装置，其中该辐射元件与该短路金属臂是由一单一金属片制作而成。

19.如权利要求14所述的电子装置，其中：

该第一辐射平面的长度小于该第二辐射平面的长度；及

该第三辐射平面的该第二长边的长度，大于该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和。

20.如权利要求14所述的电子装置，其中该第一辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第一共振模态的信号波长的四分之一。

21.如权利要求14所述的电子装置，其中该第二辐射平面的长度与该第三辐射平面的该第一长边的长度之和，大约为该平板式小型化天线所产生的一第二共振模态的信号波长的四分之一。

22.如权利要求14所述的电子装置，其中该第三辐射平面的该第二长边的长度，大约为该平板式小型化天线所产生的一第三共振模态的信号波长的四分之一。

23.如权利要求14所述的电子装置，其为一笔记型计算机。

24.如权利要求14所述的电子装置，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一直角。

25.如权利要求14所述的电子装置，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一斜角。

26.如权利要求14所述的电子装置，其中该第三辐射平面的该第一长边与该第二长边的交接处形成一弧形。

Images