CN101192708B - 多频天线 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有宽频功能的多频天线，包含一辐射体、一馈入线、一第一延伸导体及一第二延伸导体。其中该辐射体具有一微波基体、一耦合导体、一第一导体、一第二导体、一第三导体及一连接导体；该耦合导体与该馈入线的信号正端连接，而该第三导体则与该馈入线的信号负端连接，用以传输电气信号。该辐射体可产生该天线的多频模态，同时由该第一延伸导体及该第二延伸导体与该辐射体相接，可有效调整天线的表面电流分布及阻抗变化，以形成宽频的效果。

Description

多频天线

技术领域

本发明为一种多频天线，尤其是一种具有宽频效果的多频天线。

背景技术

无线电通讯近年来快速发展，展现了庞大的潜力与商机，同时也发展出许多的系统，它们所采用的技术与频道不尽相同，也各自在不同的地区和市场中，占有一席之地，但这个现象也对系统供货商和消费者产生了困扰和不便，其中一项很重要的一点就是不同的系统使用了不同的频率，比如GSM900、PCS1900及UMTS。

为了让使用者操作更方便，业界投入大量的人力来开发多频整合产品，然而其中所需克服的困难中首推天线，天线可说是无线通讯中的始点与终点，其特性影响到通讯品质的好坏，加上近年来电子产品的设计趋势是轻、薄、短、小，连带影响到行动通讯产品中的天线也朝向小尺寸及隐藏式设计。平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)因天线操作长度为1/4波长，可大幅降低天线尺寸，因此也被广泛运用在内藏小天线设计。已知技术中，能够工作于单一频率的平面倒F型天线可参考美国专利第5,764,190号所示，尔后，为了使平面倒F型天线可在多频使用，亦发展出在辐射金属片上设置L形切孔或是U形槽孔，以达到多频操作的目的。

另外一种达到多频操作目的的天线则如图1所示，该天线包括第一辐射部A、第二辐射部B及接地部C，第一辐射部A与第二辐射部B是分别从接地部C相同端缘的相对二侧缘上延伸出。第一辐射部A包括与接地部C平行的第一导电片A1和连接第一导电片A1与接地部C的第一连接部A2，第二辐射部B包括与接地部C平行的第二导电片B1和连接第二导电片B1与接地部C的第二连接部B2。其中，第一导电片A1与第二导电片B1是各别自第一连接部A2与第二连接部B2向同一方向延伸设置。

上述天线虽可以形成多频的操作，但是却具有以下的缺点：该第一导电片A1与该第二导电片B1的距离过近，因此在低频及高频的频宽皆不足，无法涵盖多个系统频段，且在实际生产制作上，该间距过小也导致生产误差变大，良率下降；同时该馈入线及馈入点位置靠近该第一连接部A2，为传统倒F型天线架构，其天线频宽有一定上限，无法达成宽频效果。

为解决上述问题，本发明提出了一种具有宽频功能的多频天线的创新设计，本天线是利用一辐射体作为主要天线辐射架构，该辐射体具有多段导体及连接导体，以产生多个模态共振，达到多频操作。并由耦合方式将电气信号馈入该天线辐射体，可以改善传统倒F型天线频宽有其限制的缺点；同时再利用连接两延伸导体的方式，有效控制该天线的表面电流分布及阻抗变化，使得该天线具有宽频及提高辐射效率的效果，形成一创新的天线设计。因此本发明天线除了具有创新的结构外，并可达到多频的操作，且大幅提升了天线的频宽及效率，使其符合多个系统频带的需求，具有极高的产业应用价值。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有宽频功能的多频天线，由耦合式馈入的天线辐射体架构及与两延伸导体结合，可使多频天线在高频处具有宽频的特性，以达到1575-2500MHz的频宽，符合GPS、DCS、PCS、UMTS、Wi-Fi等系统频宽的使用需求。

本发明的另一目的在于提供一种具有宽频功能的多频天线，由耦合式馈入的天线辐射体架构及与两延伸导体结合，可使多频天线在低频处具有宽频的特性，以达到824-960MHz的频宽，符合AMPS、GSM等系统频宽的使用需求。

本发明是由下述技术特征来实现上述目的，本发明多频天线的主要架构包含一辐射体、一馈入线、一第一延伸导体及一第二延伸导体；其中该辐射体为本发明天线的主体辐射体，可用以产生多频的操作，其具有一微波基体、一耦合导体、一第一导体、一第二导体、一第三导体及一连接导体。其中该耦合导体位于该微波基体的表面，并与该馈入线的正端信号导线连接，而该第一导体亦位于该微波基体的表面，并邻近该耦合导体，与该耦合导体形成一耦合结构，两者的最小间隙小于3mm，由此耦合结构将电气信号馈入该天线。而该第二导体位于该微波基体的表面，其一端点与该第一导体连接，另一端点则向远离该第一导体的方向延伸，而该第三导体位于该微波基体的表面，并与该馈入线的负端信号导线连接，同时其延伸方向与该第一导体大致平行；而该连接导体位于该微波基体的表面，用以电气连结该第一、该第二及该第三导体。该辐射体的该第一导体、该第三导体及该连接导体可形成一主要共振结构，可用以产生该天线的低频及次高频模态，而该第二导体及该连接导体形成一寄生结构，用以产生该天线的最高频模态，使该辐射体具有多个共振模态，达成多频操作的目的。另外由于电气信号是由该耦合导体与该第一导体形成的耦合结构，将能量馈入至该辐射体，因此适当调整该耦合导体的面积及该间隙，可使能量均匀馈入该天线，达成良好的阻抗匹配。

此外，该第一延伸导体同时与该第一导体及该第二导体相连接，而该第二延伸导体则与该第三导体相连接，由调整该两延伸导体的面积，可有效调整该天线各段导体的表面电流分布及阻抗变化，使得表面电流分布更均匀，阻抗变化更平缓，形成宽频的效果，并有效提升天线辐射效率。因此本发明利用一辐射体的简单结构形成多频操作，并利用延伸导体使多频天线具有更大的频宽，达到更佳的天线辐射特性，可以符合多个系统频带应用的需求，为具有高创新性及进步性的设计。

附图说明

为使审查员进一步了解本发明的内容，以下列举实施例并结合附图说明如后，其中：

图1为已知多频天线立体示意图。

图2为本发明第一实施例的天线立体图。

图3为是本发明第一实施例天线的返回损失(Return loss)量测图。

图4为本发明的第二实施利的天线立体图。

图5为本发明的第三实施例的天线立体图。

具体实施方式

请参阅图2，是本发明多频天线的第一实施例，其包含一辐射体21，该辐射体21包含：一微波基体211；一耦合导体212，位于该微波基体211的表面；一第一导体213，位于该微波基体211的表面并邻近该耦合导体212，该耦合导体212与该第一导体213形成一耦合结构，并具有一耦合间隙，且该耦合间隙在最小处可小于3mm，由该耦合结构可将电气信号馈入该天线；一第二导体214，位于该微波基体211的表面，其一端点与该第一导体213相接，另一端点则向远离该第一导体213方向延伸；一第三导体215，位于该微波基体211的表面，其延伸方向与该第一导体213大致平行；及一连接导体216，位于该微波基体211的表面，其一端点连接至该第一导体213与该第二导体214相接处，另一端点则与该第三导体215连接；一馈入线22，用以传递高频信号，具有一正端信号导线221与一负端信号导线222，该正信号导线221与该耦合导体212连接，该负端信号导线222则与该第三导体215连接；一第一延伸导体23，与该第一导体213及该第二导体214电气连接，且该第一延伸导体23的面积大于该第一导体213及该第二导体214；及一第二延伸导体24，与该第三导体215电气连接，且该第二延伸导体24的面积大于该第三导体215。其中该辐射体21的该第一导体213、该第三导体215及该连接导体216可形成一主要共振结构，用以产生该天线的低频及次高频模态，而该第二导体214及该连接导体216形成一寄生结构，用以产生该天线的最高频模态，使该辐射体具有多个共振模态，达成多频操作的特性。另外由于电气信号是由该耦合导体212与该第一导体213形成的耦合结构，将能量馈入至该辐射体21，因此适当调整该耦合导体212的面积及与该第一导体213的耦合间隙，可使能量均匀馈入该天线，达成良好的阻抗匹配。此外由调整该两延伸导体23及24的面积，可有效调整该天线各段导体的表面电流分布及阻抗变化，使得表面电流分布更均匀，阻抗变化更平缓，以形成宽频的效果，并有效提升天线辐射效率。

如图3所示，是为本发明多频天线第一实施例的返回损失(Return loss)量测图，由图中结果可知，本天线的低频模态31其频宽可涵盖AMPS(824-894MHz)及GSM(880-960MHz)的系统频宽需求，而次高频模态32及最高频模态33合成一宽频模态，其频宽可涵盖GPS(1575MHz)、DCS(1710-1880MHz)、PCS(1850-1990MHz)、UMTS(1920-2170MHz)及Wi-Fi(2400-2500MHz)的多频带系统频宽需求，形成多频操作，天线特性十分良好。

请参阅图4，是本发明多频天线的第二实施例，其包含一辐射体41，该辐射体41包含：一微波基体411；一耦合导体412，位于该微波基体411的表面；一第一导体413，位于该微波基体411的表面并邻近该耦合导体412，该耦合导体412与该第一导体413形成一耦合结构，并具有一耦合间隙，且该耦合间隙在最小处可小于3mm，由该耦合结构可将电气信号馈入该天线；一第二导体414，位于该微波基体411的表面，其一端点与该第一导体413相接，另一端点则向远离该第一导体413方向延伸；一第三导体415，位于该微波基体411的表面，其延伸方向与该第一导体413大致平行；及一连接导体416，位于该微波基体411的表面，其一端点连接至该第一导体413与该第二导体414相接处，另一端点则与该第三导体415连接；一馈入线42，用以传递高频信号，具有一正端信号导线421与一负端信号导线422，该正信号导线421与该耦合导体412连接，该负端信号导线422则与该第三导体415连接；一第一延伸导体43，该第一延伸导体43具有一次折弯并与该第一导体413及该第二导体414电气连接，且该第一延伸导体43的面积大于该第一导体413及该第二导体414；及一第二延伸导体44，该第二延伸导体44具有一次折弯并与该第三导体415电气连接，且该第二延伸导体44的面积大于该第三导体415。其中该辐射体41的该第一导体413、该第三导体415及该连接导体416可形成一主要共振结构，用以产生该天线的低频及次高频模态，而该第二导体414及该连接导体416形成一寄生结构，用以产生该天线的最高频模态，使该辐射体具有多个共振模态，达成多频操作的目的。另外由于电气信号是藉由该耦合导体412与该第一导体413形成的耦合结构，将能量馈入至该辐射体41，因此适当调整该耦合导体412的面积及与该第一导体413的耦合间隙，可使能量均匀馈入该天线，达成良好的阻抗匹配。此外藉由调整该两延伸导体43及44的面积，可有效调整该天线各段导体的表面电流分布及阻抗变化，使得表面电流分布更均匀，阻抗变化更平缓，以形成宽频的效果，并有效提升天线辐射效率。

请参阅图5，是本发明多频天线的第三实施例，其包含一辐射体51，该辐射体51包含：一微波基体511；一耦合导体512，位于该微波基体511的表面；一第一导体513，位于该微波基体511的表面并邻近该耦合导体512，该耦合导体512与该第一导体513形成一耦合结构，并具有一耦合间隙，且该耦合间隙在最小处可小于3mm，由该耦合结构可将电气信号馈入该天线；一第二导体514，位于该微波基体511的表面，其一端点与该第一导体513相接，另一端点则向远离该第一导体513方向延伸；一第三导体515，位于该微波基体的表面，其延伸方向与该第一导体513大致平行；及一连接导体516，位于该微波基体511的表面，其一端点连接至该第一导体513与该第二导体514相接处，另一端点则与该第三导体515连接；一馈入线52，用以传递高频信号，具有一正端信号导线521与一负端信号导线522，该正信号导线521与该耦合导体512连接，该负端信号导线522则与该第三导体515连接；一第一延伸导体53，该第一延伸导体53穿过该微波基体511的两表面并与该第一导体513及该第二导体514电气连接，且该第一延伸导体53的面积大于该第一导体513及该第二导体514；及一第二延伸导体54，与该第三导体515电气连接，且该第二延伸导体54的面积大于该第三导体515。其中该辐射体51的该第一导体513、该第三导体515及该连接导体516可形成一主要共振结构，用以产生该天线的低频及次高频模态，而该第二导体514及该连接导体516形成一寄生结构，用以产生该天线的最高频模态，使该辐射体具有多个共振模态，达成多频操作的目的。另外由于电气信号是藉由该耦合导体512与该第一导体513形成的耦合结构，将能量馈入至该辐射体51，因此适当调整该耦合导体512的宽度及与该第一导体513的耦合间隙，可使能量均匀馈入该天线，达成良好的阻抗匹配。此外由调整该两延伸导体53及54的面积，可有效调整该天线各段导体的表面电流分布及阻抗变化，使得表面电流分布更均匀，阻抗变化更平缓，以形成宽频的效果，并有效提升天线辐射效率。

本发明已符合专利条件，具有新颖性、进步性与产业应用价值，实施例并非用以局限本发明的范围，任何熟悉此技术者所作的各种更动与润饰，在不脱离本发明的精神和范围内，均在本发明的创作内容范围之内。

Claims (6)

1.一种多频天线，其特征在于，包含：

一辐射体，该辐射体包含：

一微波基体；

一耦合导体，位于该微波基体之表面；

一第一导体，位于该微波基体的表面并邻近该耦合导体；

一第二导体，位于该微波基体之表面，其一端点与该第一导体相接，另一端点则向远离该第一导体方向延伸；

一第三导体，位于该微波基体之表面，其延伸方向与该第一导体大致平行，及

一连接导体，位于该微波基体之表面，其一端点连接至该第一导体与该第二导体相接处，另一端点则与该第三导体连接；

一馈入线，用以传递高频讯号，具有一正端讯号导线与一负端讯号导线，该正端讯号导线与该耦合导体连接，该负端讯号导线则与该第三导体连接；

一第一延伸导体，与该第一导体及该第二导体电气连接；及

一第二延伸导体，与该第三导体电气连接。

2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该耦合导体与该第一导体间之最小间隙小于3mm。

3.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该第一延伸导体之面积大于该第一导体及该第二导体。

4.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该第二延伸导体之面积大于该第三导体。

5.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该馈入线用来传递高频讯号。

6.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该第一延伸导体用来提升天线频宽及辐射效率，该第二延伸导体用来提升天线频宽及辐射效率。

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