CN101207236B - 多频天线 - Google Patents

Abstract

一种多频天线，用以接收第一频率与第二频率的信号，至少包括接地部、第一传导组件、第一辐射部、及第二辐射部。第一传导组件与接地部相连。第一辐射部与第二辐射部分别连接于第一传导组件上。此外多频天线还包括一个寄生结构包围第二辐射部，并且与接地部相连。

Description

多频天线

技术领域

本发明是有关于一种天线结构，且特别是有关于一种多频天线结构。

背景技术

无线个人局域网络(wireless personal area network，WPAN)、无线局域网络(wireless local area network，WLAN)、及无线广域网络(wireless wide areanetwork，WWAN)等各种无线网络或系统装置间的连接与沟通，均可通过装设于其中的天线设备来实现。

一般来说，各种无线装置的天线可以设计为外接或者是内建于装置之中。例如，一些笔记本计算机会将外接天线设置在屏幕的顶端，或是将外接天线设计在PCMCIA卡上，通过此接口与计算机沟通。此类外接式天线设计，由于显露于外在环境，可需要较高的成本，且容易受到破坏。而另一种设计，则是将天线直接内建于笔记本计算机之中。

此种内建式天线的设计，可以克服外接式天线所带来的缺点，例如可以保持计算机装置整体的美观与一致性，并且能够降低天线受到意外而造成损害的机率。然而，当天线内建于空间有限的小型计算机装置内时，可能会对天线的效能有不利的影响。但是各种可携式计算机装置均往轻薄短小的方向制造，因此内建式天线必须配合可携式计算机装置的空间来设计出适当结构，以及提供足够的天线效率。

发明内容

因此本发明的目的就是在提供一种多频天线，用以在无线装置例如笔记本计算机内，利用有限空间来提供无线信号的传送与接收。

根据本发明的上述目的，提出一种多频天线，用来接收第一频率与第二频率的信号。此多频天线具有接地部、第一传导组件、第一辐射部、第二辐射部。第一传导组件具有传导构件与接地构件，接地构件一边与传导构件垂直连接，另一边与接地部相连。第一辐射部则用来接收第一频率信号，并连接于传导构件。第二辐射部则用来接收第二频率信号，和第一辐射部间隔一预设距离与传导构件相连接。其中第一辐射部位于接地部与第二辐射部之间。

而此多频天线可设至于一个立体空间中，立体空间分别为第一面、第二面、第三面、及第四面。第二面与第一面大体垂直。第三面大致平行于第二面，且与第一面互相垂直。第四面则大致平行于第一面，且与第二面和第三面大致互相垂直。多频天线则包括接地部、第一传导组件、第一辐射部和第二辐射部。接地部设置在第一面上。第一传导组件具有传导构件与接地构件，接地构件位于第二面上，其一边与传导构件相连，另一边与接地部相连。第一辐射部用来接收第一频率信号，并连接于传导构件上，第一辐射部分布于第二面及第三面上。第二辐射部用来接收第二频率信号，和第一辐射部间隔一预设距离与传导构件相连接，其中第二辐射部位于第二、三、四面上。此外，多频天线更加装被动组件与寄生结构来提高第一辐射部及第二辐射部的频率响应。

因此，本发明实施例中的多频天线，在可携式计算机装置的狭小空间中，可提供良好的无线信号传送与接收效率。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1为依照本发明实施例的多频天线的平面展开图。

图2A至图2E为依照本发明实施例的多频天线各部位的平面分解图。

图3为依照本发明实施例中，天线平面结构弯折所沿折线的示意图。

图4A至图4D为依照本发明实施例多频天线不同角度的立体视图。

图5为多频天线的各部位尺寸图。

图6为多频天线在没有被动组件及寄生结构下的电压驻波比。

图7为多频天线在没有被动组件及寄生结构下的天线效率。

图8为多频天线装设被动组件但无寄生结构的电压驻波比。

图9为多频天线装设被动组件但无寄生结构的天线效率。

图10为多频天线装设被动组件及具有寄生结构的电压驻波比。

图11为多频天线装设被动组件及具有寄生结构的天线效率。

图12为实施例中天线于0.8GHZ至2.5GHz的S21参数测量结果。

图13为实施例中天线在2GHZ至6GHz的S21参数测量结果。

图14为依照本发明另一实施例的多频天线平面展开图。

图15另一实施例的多频天线的电压驻波比。

主要组件符号说明

100：多频天线       144：L型延伸部

110：接地部         146：第一延伸部

120：第一传导组件   150：寄生结构

122：传导构件       152：接地连接部

124：接地构件       154：第二传导组件

130：第一辐射部     156：第二连接点

132：第一连接部     210：第三辐射部

134：阶梯状结构     212：第一部分

136：被动组件       214：第三传导组件

138：第一连接点     216：第二部分

139：第一辐射部主体 910：第二辐射部

140：第二辐射部     920：寄生结构

142：第二辐射部主体

具体实施方式

本发明的实施例为一种多频天线，可以装设于具有无线通讯功能的可携式电子装置上，例如笔记本计算机，个人数字助理(PDA)等。此种多频天线可至少接收两个频段的信号，为方便起见，除非特别注明，说明书中均以其中心频率，也就是第一频率以及第二频率，来代表这两个频段。任何本领域技术人员，可配合其所需，更改天线设计的不同参数，来符合不同的应用范围。

请参照图1，此图为本发明实施例的多频天线的平面展开图。本实施例的多频天线100具有接地部110、第一传导组件120、第一辐射部130、及第二辐射部140。第一辐射部130为用来接收第一频率信号，第二辐射部140则用来接收第二频率信号。此外，为了增加第一传导组件120与第二辐射部140的频率响应，还在多频天线100上设置被动组件136与寄生结构150。而为了详细描述各部位之间的连接关是以及细部结构，请参照图2A至图2E，这些图为实施例中多频天线各部位的平面分解图。各图中细部组件若未被描述，将不再在各图中重复标号，避免图示过于复杂。

在图2A中，第一传导组件120具有传导构件122与接地构件124。接地构件124一边与传导构件122垂直连接，另一边则与接地部110相连。

图2B用来描述第一辐射部130的结构。第一辐射部130用来接收第一频率信号。并连接于传导构件122。第一辐射部130具有第一辐射部主体139和第一连接部132。第一辐射部主体139与传导构件122相连接。第一连接部132的一端通过第一连接点138相连于传导构件124。第一连接部132的另一端则具有一个阶梯状结构134。

此外，第一辐射部130上还包括一个被动组件136用来增加第一辐射部130的频率匹配，此被动组件136设置在第一连接部132之上。不过，此被动组件136是依实际使用时的工作频段而决定是否加装于多频天线100上。

接下来请参照图2C。第二辐射部140具有第二辐射部主体142。第二辐射部主体142连接于传导构件122。此外，第二辐射部140还包括一个L型延伸部144，此L型延伸部144与第二幅射部主体142相连，由第二辐射部主体142向第一辐射部主体139延伸而出。而L型延伸部144还包括一个第一延伸部146。第一延伸部146向该阶梯状结构134延伸，其形状对应于阶梯状结构134，且不与阶梯状结构134相接触，亦即第一延伸部146与阶梯状结构134互相分离。

图2D示出寄生结构150的外型。寄生结构150为增加第二辐射部140的频率响应而设计，因此视实际使用状况而决定是否加装于多频天线100上。寄生结构150的形状对应于第二辐射部140，且寄生结构150与第二辐射部140互相分离，不相接触。寄生结构150的一端具有接地连接部152，此接地连接部152与接地部110相连，之后在天线立体图中将会有所叙述。此外，寄生结构150，在本实施例中，呈现包围第二辐射部140的形状，以增加第二辐射部140的频率响应，在其它实施例中，亦根据第二辐射部140的形状设计而有所变化。

此外，本实施例的多频天线亦可加装一第三辐射部210来增加多频天线的适用无线规范。因此寄生结构150的接地连接部152还延伸出第二传导组件154。而第三辐射部210通过一个第二接点156与第二传导组件154相连。换句话说，此多频天线的第三辐射部210连接于寄生结构150上。此第三辐射部210的结构图，请参照图2E。在本实施例中，第三辐射部210包括第一部分212、第二部分216。第一部分212及第二部分216分别用来接收第三频率与第四频率的信号。第一部分212与第二部分216通过第三传导组件214相连。而第三辐射部210亦可根据不同无线规范在其它实施例中作不同形状改变。

本实施例的多频天线实际应用时，将设置在无线装置内部的一立体空间来使用。因此前述结构将依照特定折线弯折。请参考图3，此图为天线结构弯折所沿折线的示意图。本发明实施例的多频天线结构将沿着三条折线A、B、及C，而形成一立体结构。

接着请参照图4A至图4D，此为本实施例中多频天线不同角度的视图。图4A及图4B为不同角度的立体视图，图4C及图4D为天线两端的侧视图。多频天线沿着三条折线弯折后，如图4A所示。

而多频天线所装设的立体空间具有四个面，分别为第一面410、第二面420、第三面430、及第四面440。第二面420与第一面410垂直，第三面430平行于第二面420，且垂直于第一面410，第四面440平行于第一面410，且与第二面420及第三面430互相垂直。由于图4A至图4D所示的角度不同，因此图中以三维坐标的X、Y、Z轴来作为四个面的定义。Y轴的负方向指向第一面410，Y轴的正方向指向第三面430，X轴的负方向指向第一面420，X轴的正方向指向第四面440。此外，各天线组件的连接关系已于先前详细叙述，因此不在此多加赘述。

图4A与图4B示出天线在立体结构上各组件的分布情形。接地部110设置在第一面410。第一传导组件120则是分布于第二面420、第三面430、及第四面440上。第一连接部132存在于第二面420上。而第一辐射部主体139分布于第二面420与第三面430上。

第二辐射部主体142与寄生结构150则是位于第四面440上。第二传导组件154存在于第四面440。而寄生结构150，并经由第三面430延伸至第二面420，以增加第二辐射部140的频率响应。由图5可以知道，接地连接部152与接地部110在立体空间中相连，而使整个天线立体结构成为第一面至第四面均相连的状态。

第三辐射部210的第一部分212亦位于第四面440上，而第三传导组件214位于第三面430上，第二部分216则位于第二面420上。第一部分212与第二部分216通过第三传导组件214相连。

L型延伸部144，则位于第三面430上，从第二辐射部主体142向第一辐射部主体139延伸而出。而由L型延伸部144延伸出的第一延伸部146则是位于第二面420上。

此外，在图4C及图4D可以看出，第二面420上的各组件并非处于同一平面上，成为由面422、424、426、428所组成的结构。更详细的说明请一并参照图4A。面428即为接地构件124，而面426上则有传导构件122、第一连接部132。面422则包括第二部分216、第一辐射部主体139、第一延伸部146、第一连接部132及寄生结构150。其中寄生结构150延伸至第一面的部分，最后并未弯折至面426上，而是在不同位置作弯折，而产生面424。

为了更加了解本实施例的多频天线的作用，特将实施例应用于无线广域网络(wireless wide area network，WWAN)的工作频段上。无线广域网络的工作频段约为824～960Mhz以及1710～2170Mhz，因此天线各部位的尺寸请参照图5，图中各尺寸单位为毫米(mm)。此外，亦提供天线的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)及天线效率的图表。其中，电压驻波比图表横轴为频率，纵轴为反射损失(Return Loss)，且电压驻波比的图表中，点A的频率为824MHz，点B为960MHZ，点C为1710MHz，点D为2170MHz。而天线效率横轴为频率，纵轴为效率。在电压驻波比中，期望在天线在无线广域网络频率的反射损失可以达到2以下，以确定在无线广域网络频率下有良好的阻抗匹配。

请参照图6及图7。图6为多频天线在没有被动组件及寄生结构下的电压驻波比。图7为多频天线在没有被动组件及寄生结构下的天线效率。在点A及点B之间，大部分频率的反射损失都在2以上，且点C及点D之间，亦有相同情形。图7中，天线在824～960Mhz及1710～2170Mhz的工作效率也都不高。代表了虽然多频天线在没有被动组件及寄生结构下仍可工作，但是在无线广域网络的工作波段还是有改善的空间。

为了增加天线高频信号的频率响应，多频天线的第一连接部上会装设一个被动组件，如电容性被动组件、电感性被动组件、或电阻性被动组件。图8及图9分别示出了装设被动组件之后的天线电压驻波比及天线效率。在图8中可以看到点C及点D之间大部分频段的反射损失都已经低于2以下。但点A及点B间所代表的天线低频响应依然不足以应用于无线广域网络的频段。而在图9中，则可以看出天线在两个频段的效率有显著的提升。

因此为了再加强天线低频信号的频率响应，多频天线会增设一个寄生结构，由接地部延伸而出，并于包围住第二辐射部。图10为天线电压驻波比测量结果，图11则为此时多频天线的天线效率图。由图10可知，不管是高频或是低频的频率响应几乎都全部低于2以下，因此在装设被动组件及寄生结构之后，可符合无线广域网络的应用。在图11中，亦可看出此时天线在无线广域网络所使用的两个频段均有良好的效率。

本发明实施例中的多频天线除了第一辐射部与第二辐射部之外，亦装设一个第三传导组件于寄生结构的一端上。应用于无线广域网络时，第一辐射部与第二辐射部用于无线广域网络频段中，高频与低频信号接收。在本实施例，第三传导组件则利用第一部分及第二部分的设计，来接收无线局域网络的信号。但仍需证明无线广域网络及无线局域网络的天线之间具有足够的隔离度，以确保两天线均可正常运作。请参照图12及图13，此为天线的S21参数测量结果。纵轴为S21参数，单位为dB；横轴为频率。由图中可知，本发明实施例的多频天线在加装无线局域网络天线后，0.8～1GMHZ的S21大多低于-20dB，代表此波段的隔离度大多低于-20dB。1G～6G的S21大部分均低于-10dB，代表此波段的隔离度也大多低于-10dB。因此无线广域网络及无线局域网络两天线间具有良好的隔离度。

当然，第三辐射部除了作为无线局域网络天线外，在其它实施例中，亦可调整参数及外型，来应用于其它无线通讯协议，如超宽带(Ultra-wideband，UWB)、微波接入全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access，Wi-MAX)、数字视频广播(Digital Video Broadcasting)等。

此外，本发明亦可以另一形式呈现，请参照图14，此为本发明另一实施例的立体天线结构平面图。此实施例中，仅更改第二辐射部910及寄生结构920成为一长条状结构，其它部位与先前所述的实施例相比，并无变化，亦加装被动组件以增加第一辐射部的频率响应。而经由前述折线弯折成立体结构后，其电压驻波比请参照图15。此实施例天线结构的部分频段电压驻波比可到达2.5以下，虽然效率不及本发明中图1所述的实施例的样态，但仍可作为其它波段的天线，或者作进一步改良及参数变化以增加特定频率的阻抗匹配。

本发明的所有实施例中，第一接点为第一辐射部与第二辐射部的信号馈入点。第二接点为第三辐射部的信号馈入点。此外，本发明实施例的多频天线可以为薄金属材质所构成，或者为一个软式印刷电路。当通过折线成为立体结构时，立体结构中心可以再多放入一个相对应的塑料固体来作为结构支撑之用。

由上述本发明实施例可知，应用本发明实施例的多频天线的结构，可以利用无线装置内有限的空间来提供无线信号的传送与接收。并通过寄生结构与被动组件的设置来增加辐射部的频率匹配。且更可附加一附属天线结构于寄生结构上，使多频天线增加应用范围。若配合特定尺寸及寄生结构与被动组件的设置，本发明实施例的多频天线的各种数据均证明在无线广域网络工作频段内可以有良好表现。

虽然本发明已以一实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (30)

1.一种多频天线，用以接收一第一频率与一第二频率的信号，该多频天线至少包括：

一接地部；

一第一传导组件，具有一传导构件与一接地构件，该接地构件的一边与该传导构件垂直连接，该接地构件的另一边与该接地部相连；

一第一辐射部，用以接收该第一频率信号，并连接于该传导构件；以及

一第二辐射部，用以接收该第二频率信号，和该第一辐射部间隔一预设距离与该传导构件相连接，其中该第一辐射部位于该接地部与该第二辐射部之间。

2.根据权利要求1所述的多频天线，其中该第一辐射部包括一第一辐射部主体与一第一连接部，该第一辐射部主体与该传导构件相连，该第一连接部的一端通过一第一接点与该接地构件相连，该第一连接部的另一端具有一阶梯状结构。

3.根据权利要求1所述的多频天线，还包括一被动组件，其中该第一辐射部包括一第一辐射部主体与一第一连接部，该第一辐射部主体与该传导构件相连，该第一连接部的一端通过一第一接点与该接地构件相连，且该被动组件设置在该第一连接部上。

4.根据权利要求2所述的多频天线，其中该第一接点为该第一辐射部及该第二辐射部的信号馈入点。

5.根据权利要求2所述的多频天线，其中该第二辐射部具有一第二辐射部主体与该传导构件相连。

6.根据权利要求5所述的多频天线，其中该第二辐射部还包括一L型延伸部，从该第二辐射部主体向该第一辐射部主体延伸而出，该L型延伸部具有一第一延伸部向该阶梯状结构延伸而出，其形状对应于该阶梯状结构，且该第一延伸部与该阶梯状结构相互分离。

7.根据权利要求1所述的多频天线，还包括一寄生结构，其中该寄生结构的形状对应于该第二辐射部，且该寄生结构与该第二辐射部相互分离。

8.根据权利要求7所述的多频天线，其中该寄生结构具有一接地连接部与该接地部相连。

9.根据权利要求8所述的多频天线，其中该接地连接部还包括一第二传导组件，其中该第二传导组件由该接地连接部延伸得到。

10.根据权利要求9所述的多频天线，还包括一第三辐射部，通过一第二接点与该第二传导组件相连。

11.根据权利要求10所述的多频天线，其中该第二接点为该第三辐射部的信号馈入点。

12.根据权利要求11所述的多频天线，其中该第三辐射部包括一第一部分，用以接收一第三频率信号。

13.根据权利要求12所述的多频天线，其中该第三辐射部还包括一第二部分，且该第一部分与该第二部分通过一第三传导组件相连接。

14.根据权利要求1所述的多频天线，其中该多频天线由金属材质构成。

15.根据权利要求1所述的多频天线，其中该多频天线为一软式印刷电路。

16.一种多频天线，用以接收一第一频率与一第二频率的信号，该多频天线设置在一立体空间中，该立体空间具有一第一面、一第二面、一第三面及一第四面，该第二面与该第一面大体垂直，该第三面大致平行于该第二面，且垂直于该第一面，该第四面大致平行于该第一面，且与该第二面及该第三面大致互相垂直，该多频天线至少包括：

一接地部，设置在该第一面上；

一第一传导组件，具有一传导构件与一接地构件，该接地构件位于第二面上，其一边与该传导构件连接，另一边与该接地部相连；

一第一辐射部，用以接收该第一频率信号，并连接于该传导构件，该第一辐射部分布于该第二面及该第三面上；以及

一第二辐射部，用以接收该第二频率信号，和该第一辐射部间隔一预设距离与该传导构件相连接，其中该第二辐射部位于第二、三、四面上。

17.根据权利要求16所述的多频天线，其中该第一辐射部包括一第一辐射部主体与一第一连接部，该第一辐射部主体分布于第二面及第三面上，并与该传导构件相连，该第一连接部位于第二面上，该第一连接部的一端通过一第一接点与该接地构件相连，该第一连接部的另一端具有一阶梯状结构。

18.根据权利要求17所述的多频天线，还包括一被动组件，设置在该第一连接部上。

19.根据权利要求17所述的多频天线，其中该第一接点为该第一辐射部及该第二辐射部的信号馈入点。

20.根据权利要求17所述的多频天线，其中该第二辐射部具有一第二辐射部主体，位于第四面上，并与该传导构件相连。

21.根据权利要求20所述的多频天线，其中该第二辐射部还包括一L型延伸部，位于第三面上，从该第二辐射部主体向第一辐射部主体延伸而出，该L型延伸部具有一第一延伸部位于第二面上，该第一延伸部向该阶梯状结构延伸而出，其形状对应于该阶梯状结构，且该第一延伸部与该阶梯状结构相互分离。

22.根据权利要求16所述的多频天线，还包括一寄生结构，位于第四面上，并经由第三面延伸至第二面上，用以增加该第二辐射部的频率响应。

23.根据权利要求22所述的多频天线，其中该寄生结构具有一接地连接部与该接地部相连。

24.根据权利要求23所述的多频天线，其中该接地连接部还包括一第二传导组件由该接地连接部延伸而出。

25.根据权利要求24所述的多频天线，还包括一第三辐射部，通过一第二接点与该第二传导组件相连。

26.根据权利要求25所述的多频天线，其中该第二接点为该第三辐射部的信号馈入点。

27.根据权利要求26所述的多频天线，其中该第三辐射部包括一第一部分，位于第四面上，用以接收一第三频率信号。

28.根据权利要求27所述的多频天线，其中该第三辐射部包括一第二部分，位于第二面上，用以接收一第四频率信号，且该第一部分与该第二部分通过一第三传导组件相连接第二传导组件。

29.根据权利要求16所述的多频天线，其中该多频天线由金属材质构成。

30.根据权利要求16所述的多频天线，其中该多频天线为一软式印刷电路。

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