CN101232122B - 宽频天线 - Google Patents

Abstract

本发明为一种宽频天线，包含一介质、一辐射体及一接地面。辐射体具有一主导体、一馈入导体、一耦合导体、一延伸导体及一短路导体；辐射体贴附于介质表面，并将介质及辐射体黏固于接地面表面，主导体用以调整天线之第一共振模态；耦合导体具有一第一耦合部及一第二耦合部，两耦合部之间具有一间隙，其第一耦合部连接于馈入导体，第二耦合部连接于主导体；延伸导体连接于耦合导体第一耦合部并沿介质端部延伸，用以调整天线之第二共振模态；经由辐射体有效调整天线多频共振模态，并以表面黏着技术将天线紧密固定于接地面，简化天线组装程序。

Description

宽频天线

技术领域

本发明为一种宽频天线，尤其系指一种用于调整多频共振模态的天线。

背景技术

无线通讯技术的快速发展，造就通讯电子产品庞大商机，其中最关键的技术首推天线，天线是无线通讯系统中的起点与终点，其特性将会影响到通讯品质的优劣。而近年来各种通讯系统及应用的不断出现，也使得天线的需求朝向涵盖多个系统频带的宽频天线设计；同时由于电子产品的外观亦趋向于轻薄与微型化，使得天线设计除了宽频之外，亦需具备有小型化的特征，如何使天线尺寸缩小并具有宽频的特性，已成为各家天线厂商最大的挑战。

为使天线体积缩小化，目前最常使用之设计为具有短路接地之倒F型天线，请参阅图1所示，为习知倒F型天线立体组合示意图，包含一接地金属面10、一平板状金属12、一短路接脚14及一馈电接脚16，接地金属面10具有一馈电金属孔径15，其接地金属面10与平板状金属12间系互相平行，短路接脚14与馈电接脚16分别设于平板状金属12之一侧边，短路接脚14与接地金属面10互相连接，馈电接脚16穿过接地金属面10之馈电金属孔径15与匹配电路连接，平板状金属12系为矩形薄板结构。

上述结构为传统倒F型天线结构，由于倒F型天线其共振长度约为共振模态中心频率的四分之一波长，所以尺寸可小于一般微带天线或平面天线设计，但此类设计仍无法满足于内藏天线微型化之需求，且其操作频宽有限，并无法达成宽频特性。

另请参阅图2所示，为美国公开专利第2003/0103010号“天线之双频配置”代表图标，其揭示一种内藏式之微型化倒F型天线，利用在天线主辐射金属片2上植入之狭缝，使其电流路径蜿蜒，达成天线尺寸缩小之目的。同时其天线主要辐射金属片2由馈入点25及短路点26出发，亦可大致区分为两个电流路径23及24，分别激发两个共振模态来达成双频操作。虽然此类设计可缩小天线尺寸，但其频宽仍为窄频操作，无法达到涵盖多个系统频带之频宽需求。

有鉴于上述问题，相关厂商莫不致力于天线微型化与提高频宽之问题研究。除达成缩小天线体积之目的外，同时增加多频共振模态的操作与调整，使其符合各标准系统之频宽需求。

发明内容

本发明目的是提供一种宽频天线，藉由辐射体有效调整天线多频共振模态，提高天线操作频宽范围，使其符合各标准系统之频宽需求。

本发明的另一目的是提供一种宽频天线，利用介质提供辐射体支撑，并以表面黏着技术将介质及辐射体黏固于接地面表面，简化天线组装程序，提高产品制造良率。

本发明的又一目的是提供一种宽频天线，利用馈入导体及耦合导体适当之调整，将天线共振长度缩短为共振模态中心频率的八分之一波长，有效降低天线尺寸。

本发明的再一目的是提供一种宽频天线，透过主导体表面植入之狭槽，产生第三共振模态，大幅提高天线之操作频宽。

为达成上述目的，本发明第一实施例系为一种宽频天线，包含一介质、一辐射体及一接地面。其介质具有一上表面及一侧面，所述辐射体具有一主导体、一馈入导体、一耦合导体、一延伸导体及一短路导体；其中所述辐射体系贴附于所述介质，并以表面黏着技术将介质及辐射体黏固于接地面表面。

其主要技术特征为，其主导体位于介质上表面，用以产生天线之第一共振模态；而馈入导体则位于介质之侧面，其具有一馈入导脚连接至电气讯号源，用以传递高频讯号，所述馈入导体设置为蜿蜒状之细导线，用于产生一电感效应；耦合导体则包含一第一耦合部及一第二耦合部，两耦合部之间具有一间隙，第一耦合部之一端连接于馈入导体，其另一端为开路状，第二耦合部之一端连接于主导体，其另一端亦为开路状，所述第一耦合部及第二耦合部开路状端面互相面对形成一间隙，利用此间隙产生电容耦合效应，高频讯号藉由所述电容耦合方式馈入天线主导体；延伸导体连接于耦合导体第一耦合部并沿介质端部延伸，经由延伸导体产生天线之第二共振模态；短路导体位于介质侧面，并与馈入导体互为相对侧之方向，其一端与主导体连接，另一端则配置一短路接脚与接地面连接。

上述技术特征改良之特点为，其主导体与短路导体间形成一具有短路接地之天线形式，利用主导体提供天线第一共振模态主要电流路径，适当调整路径长度可达到天线要求之操作频带，由于所述天线是经由电容耦合方式将讯号馈入主导体，因此适当增加其电容耦合量可有效降低天线共振频率，使第一共振模态之共振路径长度仅为中心频率之八分之一波长。而延伸导体亦可提供天线第二共振模态之电流路径，同样藉由前述电容耦合效应，降低天线共振频率，缩短第二共振模态之共振路径长度为中心频率之八分之一波长，利用前述方式大幅缩短天线尺寸。在天线频宽方面，利用馈入导体之蜿蜒设置形式产生电感效应，与耦合导体产生之电容效应同时作为补偿天线虚部之作用，适当调整馈入导体蜿蜒之配置形式及耦合导体间隙大小，使天线具有较平缓的阻抗变化，达成阻抗匹配与宽频操作之目的。

本发明第三实施例之操作原理与第一实施例雷同，其不同处在于所述介质具有一上表面、一第一侧面及一第二侧面，主导体位于介质之上表面及第一侧面，且所述主导体表面具有一狭槽，所述狭槽具有一开口部，利用狭槽使主导体形成一第一子导体及一第二二子导体，第一子导体与短路导体形成一具有短路接地之天线形式，提供天线第一共振模态之电流路径；而第二子导体与短路导体形成一寄生天线配置形式，提供天线第三共振模态之电流路径，适当调整第二子导体之长度，使第三共振模态与延伸导体所激发之第二共振模态合成一宽频模态，其频宽可涵盖多个系统应用频带。

本发明经由辐射体调整天线多频共振模态，有效提高天线操作频宽，令其符合各标准系统之频宽需求，其实施例可涵盖AMPS/GSM/GPS/DCS/PCS/UMTS等系统频带；并利用介质支撑辐射体，加强天线结构强度，并以表面黏着技术将介质及辐射体黏固于接地面表面，简化天线组装程序，提高产品制造良率，具有极高之产业应用价值。

为使贵审查人员进一步了解本发明之内容，兹列举下列较佳实施例说明如后。

附图说明

图1为习知倒F型天线立体组合示意图。

图2为美国公开专利第2003/0103010号″天线之双频配置″代表示意图。

图3为本发明第一实施例的立体组合示意图。

图4为本发明第一实施例的辐射体立体放大示意图。

图5为本发明第一实施例的返回损失(Return loss)量测数据示意图。

图6为本发明第二实施例的立体分解示意图。

图7为本发明第三实施例的立体组合示意图。

图8为本发明第四实施例的立体组合示意图。

具体实施方式

请参阅图3，系本发明第一实施例的立体组合示意图，包含一介质31、一辐射体32及一接地面33。其介质31具有一上表面311及一侧面312，所述辐射体32具有一主导体321、一馈入导体322、一耦合导体323、一延伸导体324及一短路导体325。

其介质31系采用微波介质，辐射体32则以金属导体组成，用以提高天线辐射效率，将辐射体32贴附于介质31表面，利用介质31支撑辐射体32，并以表面黏着技术(Surface Mount Technology；SMT)将介质31及辐射体32黏固于接地面33表面。主导体321配置于介质31上表面311，其用以产生天线之第一共振模态；馈入导体322设置于介质31之侧面312，并具有一馈入导脚322a连接至电气讯号源，透过馈入导脚322a传递高频电气讯号，且其馈入导体322设置为蜿蜒状之细导线，用于产生一电感效应；耦合导体323则包含一第一耦合部323a及一第二耦合部323b，两耦合部之间具有一间隙323c，第一耦合部323a之一端连接于馈入导体322，其另一端为开路状，而第二耦合部323b之一端连接于主导体321，其另一端亦为开路状，所述第一耦合部323a及第二耦合部323b开路状端面互相面对形成间隙323c，利用此间隙323c产生电容耦合效应，馈入导脚322a传递之高频讯号透过耦合导体323以电容耦合方式馈入天线主导体321及延伸导体324；延伸导体324连接于耦合导体323第一耦合部323a并沿介质31端部延伸，经由延伸导体324产生天线之第二共振模态；短路导体325位于介质31侧面312，并与馈入导体322互为相对侧之方向，其一端与主导体321连接，另一端则配置一短路接脚325a(图中未示)与接地面连接。

本实施例改良特点系其主导体321与短路导体325间形成一具有短路接地之天线形式，利用主导体321提供天线第一共振模态主要电流路径，适当调整路径长度达到天线要求之操作频带，由于天线是经由电容耦合方式将讯号馈入主导体321，因此适当增加电容耦合量可有效降低天线共振频率，使第一共振模态之共振路径长度仅为中心频率之八分之一波长。而延伸导体324亦可提供天线第二共振模态之电流路径，同样藉由前述电容耦合方式将讯号馈入延伸导体324，降低天线共振频率，缩短第二共振模态之共振路径长度为中心频率之八分之一波长，以此方式大幅缩短天线尺寸。至于在提高天线频宽方面，利用馈入导体322之蜿蜒设置形式产生电感效应，与耦合导体323产生之电容效应同时作为补偿天线虚部之作用，适当调整馈入导体322蜿蜒状之配置形式，有效控制耦合导体323间隙大小，使天线具有较平顺的阻抗变化，达成增进阻抗匹配与宽频操作之目的。

上述实施例藉由辐射体配置有效调整天线多频共振模态，藉以提高天线操作频宽，并以介质提供辐射体支撑固定，增加天线结构强度，透过表面黏着技术将介质及辐射体固定于接地面表面，避免习知技术中金属辐射片焊接之程序，提高产品制造良率，简化天线组装时间。

请参阅图4，系本发明第一实施例之辐射体立体放大示意图，其辐射体32包含主导体321、馈入导体322、耦合导体323、延伸导体324及短路导体325，本实施例之馈入导体322设置为蜿蜒状之细导线，藉以增加电感效应接触面积，提高天线电感效应之效率，而其耦合导体323之第一耦合部323a及一第二耦合部323b开路状端面互相面对形成间隙323c，利用此间隙323c产生电容耦合效应，其间隙323c设置为波浪状形式，此种形式之间隙323c接触面面积总合大于直线接触面面积总合，可增加电容耦合效应之耦合效率，且其间隙323c控制于3mm以内，避免距离过大降低耦合效率。

利用馈入导体322蜿蜒设置产生之电感效应，以及耦合导体323波浪状配置产生之电容效应，有效补偿天线虚部之作用，适当调整馈入导体322配置形式及耦合导体323间隙大小，使天线具有较平顺的阻抗变化，提高阻抗匹配与操作频宽。

请参阅图5，系本发明第一实施例的返回损失(Return loss)量测数据示意图，由图中量测数据图形显示，其天线于第一模态f1(低频带)及第二模态f2(高频带)操作时，低频带频宽范围可涵盖AMPS(824~894MHz)及GSM(880~960MHz)之系统频宽，高频带频宽范围涵盖GPS(1575MHz)、DCS(1710~1880MHz)、PCS(1850~1990MHz)、UMTS(1920~2170MHz)之系统频宽，由此数据显示上述实施例具备低反射损失之特性，同时具有较佳天线阻抗匹配及操作频宽。

请参阅图6，系本发明第二实施例之立体分解示意图，本实施例与上述第一实施例大致相同，其相对或相同之组件系标示同一图号，其包含一介质31、一辐射体32及一接地面33。其介质31具有一下表面313及一侧面312，所述辐射体32具有一主导体321、一馈入导体322、一耦合导体323、一延伸导体324及一短路导体325。

其辐射体32贴附于介质31表面，利用表面黏着技术将介质31及辐射体32黏固于接地面33表面。主导体321配置于介质31下表面313，其用以产生天线之第一共振模态；馈入导体322设置于介质31之侧面312，并具有一馈入导脚322a连接至电气讯号源，透过馈入导脚322a传递高频电气讯号，馈入导体322为蜿蜒状之细导线，用于产生电感效应；耦合导体323具有一第一耦合部323a及一第二耦合部323b，两耦合部之间具有一间隙323c，第一耦合部323a之一端连接于馈入导体322，其另一端为开路状，而第二耦合部323b之一端连接于主导体321，其另一端亦为开路状，所述第一耦合部323a及第二耦合部323b开路状端面互相面对形成间隙323c，利用此间隙323c产生电容耦合效应；延伸导体324连接于耦合导体323第一耦合部323a并沿介质31端部延伸，经由延伸导体324产生天线之第二共振模态；短路导体325位于介质31侧面312，并与馈入导体322互为相对侧之方向，其一端与主导体321连接，另一端则配置一短路接脚325a与接地面连接。

本实施例主导体321与短路导体325间形成短路接地之天线形式，利用主导体321提供天线第一共振模态主要电流路径，适当调整路径长度达到天线要求之操作频带，由于天线是经由电容耦合方式将讯号馈入主导体321，因此有效降低天线共振频率，使第一共振模态之共振路径长度仅为中心频率之八分之一波长。延伸导体324亦如同前述电容耦合方式将讯号馈入延伸导体324，降低天线共振频率，缩短第二共振模态之共振路径长度为中心频率之八分之一波长。另外利用馈入导体322产生之电感效应及耦合导体323产生之电容效应作为补偿天线虚部之作用，适当调整馈入导体322配置形式及耦合导体323间隙大小，避免天线阻抗急遽变化，提高阻抗匹配与操作频宽。

上述实施例藉由辐射体之导体有效配置调整天线多频共振模态，藉以降低天线共振频率，达成天线要求之操作频带，同时缩短共振路径长度中心频率之波长。

请参阅第7图，系本发明第三实施例之立体组合示意图，本实施例与上述第一实施例大致相同，其相对或相同之组件系标示同一图号，其差异处在于所述介质31具有一上表面311、一第一侧面314及一第二侧面315；所述辐射体32之主导体321位于介质31上表面311及第一侧面314，并具有一狭槽321a，其狭槽321a具有一开口部321b，利用此狭槽321a将主导体321划分为一第一子导体321c及一第二子导体321d；馈入导体322位于介质第二侧面；短路导体位于介质第二侧面，并与馈入导体互为相对侧之方向。

主导体321之第一子导体321c与短路导体325间形成一具有短路接地之天线形式，利用第一子导体321c提供天线第一共振模态主要电流路径，适当调整路径长度达到天线要求之操作频带，由于天线经由电容耦合方式将讯号馈入第一子导体321c，因此可有效降低天线共振频率，使第一共振模态之共振路径长度仅为中心频率之八分之一波长。延伸导体324亦如同前述电容耦合方式将讯号馈入延伸导体324，降低天线共振频率，缩短第二共振模态之共振路径长度为中心频率之八分之一波长。而第二子导体321d则形成一寄生天线形式，可提供天线第三共振模态之电流路径，并利用所述狭槽之长度来控制第三共振模态之频率，适当调整所述狭槽可使得所述第三共振模态与第二共振模态合成一宽频模态操作。

上述实施例其主导体之狭槽开口部接近于延伸导体末端位置，且其第一子导体及第二子导体长度大于其狭槽之长度，藉由第二子导体增加天线共振模态之调整，提高天线操作频宽，配合有效控制馈入导体322蜿蜒设置形式及耦合导体323间隙大小，使天线具有较平缓的阻抗变化，达成增进阻抗匹配与宽频操作之目的。

请参阅图8，系本发明第四实施例之立体组合示意图，本实施例与上述第三实施例大致相同，其相对或相同之组件系标示同一图号，其差异处在于所述介质31具有一上表面311及一侧面312；辐射体32之主导体321位于介质31上表面，并具有一狭槽321a，其狭槽321a具有一开口部321b，利用此狭槽321a将主导体321划分为一第一子导体321c及一第二子导体321d。

本实施例第一子导体321c与短路导体325间形成短路接地之天线形式，利用第一子导体321c提供天线第一共振模态主要电流路径，适当调整路径长度达到天线要求之操作频带，降低天线共振频率，使第一共振模态之共振路径长度缩短为中心频率之八分之一波长。第二子导体321d亦如同前述方式形成一寄生天线形式并提供一第三共振模态。利用馈入导体322产生之电感效应及耦合导体323产生之电容效应作为补偿天线虚部之作用，适当调整馈入导体322配置形式及耦合导体323间隙大小，避免天线阻抗急遽变化，提高阻抗匹配与操作频宽。

以上实施例系藉由辐射体之导体有效配置调整天线多频共振模态，降低天线共振频率，达成天线要求之操作频带，缩短共振模态之共振路径长度，同时具有宽频操作之特性。

本发明已符合专利要件，实际具有新颖性、进步性与产业应用价值之特点，然其实施例并非用以局限本发明之范围，任何熟悉此技艺者所作之各种更动与润饰，在不脱离本发明之精神和范围内，均在本发明内容范围之内。

Claims (14)

1.一种宽频天线，包含：

一介质，所述介质具有一上表面及一侧面：

一辐射体，系贴附于所述介质，所述辐射体包含：

一主导体，位于所述介质之上表面；

一馈入导体位于所述介质之侧面，并具有一馈入导脚；

一耦合导体，包含一第一耦合部及一第二耦合部，且两耦合部之间具有一小于3mm的间

隙，其中所述第一耦合部之一端连接于所述馈入导体，而所述第二耦合部之一端连接于所述主导体；

一延伸导体，连接于所述耦合导体之第一耦合部并沿介质端部延伸；

一短路导体，其一端与所述主导体连接，另一端则具有一短路接脚，所述短路导体位于所述介质之侧面，并与馈入导体互为相对侧之方向；以及

一接地面，是用以提供所述介质及辐射体固定于其表面，且与短路接脚连接。

2.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述介质为微波介质。

3.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述介质及辐射体是以表面黏着技术(SurfaceMount Technology；SMT)黏固于接地面表面。

4.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述辐射体系为金属导体。

5.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述主导体是用以调整天线之第一共振模态。

6.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述馈入导体为蜿蜒形式。

7.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述馈入导体是用以传递高频讯号。

8.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述耦合导体之间隙为波浪状。

9.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述耦合导体是用以将电气讯号馈入主导体及延伸导体。

10.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于所述延伸导体是用以调整天线之第二共振模态。

11.一种宽频天线，包含：

一介质，所述介质具有一下表面及一侧面；

一辐射体，系贴附于所述介质，所述辐射体包含：

一主导体，位于所述介质之侧面；

一馈入导体，位于所述介质下表面，并具有一馈入导脚；

一耦合导体，包含一第一耦合部及一第二耦合部，且两耦合部之间具有一小于3mm的间

隙，其中所述第一耦合部之一端连接于所述馈入导体，而所述第二耦合部之一端连接于所述主导体；

一延伸导体，连接于所述耦合导体之第一耦合部并沿介质端部延伸；

一短路导体，其一端与所述主导体连接，另一端则具有一短路接脚，所述短路导体位于所述介质之下表面，并与馈入导体互为相对侧之方向；以及

一接地面，是用以提供所述介质及辐射体固定于其表面，且与短路接脚连接。

12.一种宽频天线，包含：

一介质，所述介质具有一上表面、一第一侧面及一第二侧面；

一辐射体，系贴附于所述介质，所述辐射体包含：

一主导体，位于所述介质上表面及第一侧面，并具有一狭槽，所需狭槽具有一开口部，利用狭槽使主导体形成一第一子导体及一第二子导体；

一馈入导体，位于所述介质之第二侧面，并具有一馈入导脚；

一耦合导体，包含一第一耦合部及一第二耦合部，且两耦合部之间具有一小于3mm的间

隙，其中所述第一耦合部之一端连接于所述馈入导体，而所述第二耦合部之一端连接于所述主导体；

一延伸导体，连接于所述耦合导体之第一耦合部并沿介质端部延伸，其中所述主导体之狭槽开口部接近于所述延伸导体末端位置；

一短路导体，其一端与所述主导体连接，另一端则具有一短路接脚，所述短路导体位于所述介质之第二侧面，并与馈入导体互为相对侧之方向；以及

一接地面，是用以提供所述介质及辐射体固定于其表面，且与短路接脚连接。

13.如权利要求12所述的宽频天线，其特征在于所述第一子导体及第二子导体之长度大于其狭槽之长度。

14.如权利要求12所述的宽频天线，其特征在于所述第二子导体是用以调整天线讯号之第三共振模态。

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