CN101257144B - 耦合天线 - Google Patents

Abstract

本发明系一种耦合天线，包含：一主辐射体、一副辐射体及一接地面，其主辐射体包含：一基板、一馈入耦合单元及一短路部，而副辐射体包含：一第一导体及一第二导体，其中该馈入耦合单元另包含：一馈入部、一馈入线、一耦合部及一延伸导体；将副辐射体连接于主辐射体的基板，利用延伸导体、第一导体以及第二导体调整天线共振模态的共振频率，并以馈入耦合单元产生电性耦合效应，提高辐射讯号传导效率，增加天线系统操作频宽。

Description

耦合天线 

技术领域

本发明为一种耦合天线，尤其系指一种增加多频共振模态操作之宽频耦合天线。 

背景技术

随着无线电通讯传输技术的进步，信息产品的功能已愈加先进，从有线上网至无线上网的设备改变，至现今已进步为多频带无线传输整合运用，其中影响传输效率最关键的组件即为天线，如何增加天线操作频宽并提高频带应用范围，同时达成天线整体尺寸微型化之目的，遂成为相关业者积极寻求改善之课题。 

不同的地区使用不相同的通讯标准，采用的传输频带亦不相同，因此系统业者均针对不同的通讯标准而进行频带调变，请参阅图1，是习知多频天线之立体组合示意图，其多频天线100包含：一接地平面GPN，其表面中间处具有一接地点G，两侧各别设置短路调节器REG，且其接地平面GPN表面具有一短路组件ST，其短路组件ST延伸配置辐射臂110、150、170，透过辐射臂110调整低操作频宽，辐射臂150及辐射臂170调整高操作频宽中的低频及高频特性，短路组件ST将辐射臂与接地平面GPN短路，藉以降低天线尺寸。 

上述设计虽然可以达成多频操作的目的，但是由于辐射臂150与辐射臂170采Z型对称结构弯折用以增加频宽，此方式虽可缩短天线长度，但是亦导致天线整体厚度增加，而其接地平面GPN、接地点G、短路组件ST及短路调节器REG亦须加以弯折以利缩小整体体积，此弯折程序导致制造难度提高，产品精度不易掌握，另接地点G两侧必须各别设置短路调节器 REG，使天线整体结构过于复杂，且其天线操作频宽亦有一定上限，无法确实达成宽带之效果。 

鉴于习知技术产生之问题，如何确实缩小天线整体结构尺寸，提高构件组装精度，降低天线制造难度，同时有效提高天线操作频宽，令其符合各通讯标准频带之需求，实为业界积极努力之目标。 

发明内容

本发明之目的是提供一种耦合天线，藉由主辐射体配置之馈入耦合单元产生电感性及电容耦合效应，调整天线阻抗匹配，有效提高天线操作频宽。 

本发明之另一目的是提供一种耦合天线，藉由主辐射体配置之馈入耦合单元将讯号利用电容耦合方式馈入该天线，可大幅降低天线模态之共振长度，有效缩小天线尺寸。 

本发明之又一目的是提供一种耦合天线，利用馈入耦合单元之延伸导体、副辐射体之第一导体及第二导体调整天线共振模态之共振频率，使其符合各系统频带之通讯标准。 

本发明之再一目的是提供一种耦合天线，其天线整体结构简单，仅包含一主辐射体，系为一基板及位于该基板表面之天线结构；一副辐射体系为一简单导体；及一接地面，制作上十分简易且弹性高，可有效提高产品生产效率及制造良率。 

为达成上述目的，本发明一种耦合天线，包含一主辐射体、一副辐射体及一接地面，其主辐射体包含一基板、一馈入耦合单元及一短路部，副辐射体连接于主辐射体之基板，包含一第一导体以及一第二导体。主辐射体之馈入耦合单元包含有一馈入部、一馈入线、一耦合部及一延伸导体， 而该耦合部包含一第一耦合侧边及与之具有一间隙之第二耦合侧边；馈入耦合单元位于基板表面，其馈入线连接于馈入部一端部，第一耦合侧边连接于馈入部另一端部，延伸导体位于第一耦合侧边延伸位置处；而短路部位于馈入耦合单元相对侧之方向。副辐射体之第一导体连接于该第二耦合侧边，第二导体与该第一导体相连接，且两者连接之接口处与该短路部一端部连接，而另一端部则与接地面连接。 

本发明藉由该馈入耦合单元之馈入部及耦合部，因该耦合部所包含之第一与第二耦合侧边之间的间隙产生一电容效应，而将电气讯号利用电容耦合馈入方式传入该天线中；同时该馈入部设置为蜿蜒状，用于产生一电感效应，从而利用该电感及电容效应可有效改善天线之阻抗匹配，使天线具有较平缓之阻抗变化，得到宽带操作之特性。此外，由于天线采用电容耦合方式馈入，且其馈入位置与短路部互为相对侧之方向，因此具有使电流分布更为均匀之效果，可使天线之共振长度大幅下降至约中心频率之八分之一波长，大幅缩小天线尺寸，同时电流均匀亦可提升天线之辐射效率，在天线体积缩小的情况下，仍然具有良好之辐射效率。 

在本发明耦合天线中，该副辐射体之第一导体提供天线之低频共振模态及第一高频共振模态之电流路径，其路径长度大约为该低频共振模态中心频率的八分之一波长，以及大约为该第一高频共振模态中心频率的四分之一波长。而该第二导体及短路部则形成一寄生天线，提供天线之第二高频共振模态之电流路径，其路径长度约为第二高频共振模态中心频率之八分之一波长。此外，该主辐射体上之延伸导体亦提供一电流路径，可产生天线之第三高频共振模态，其路径长度亦约为其中心频率之八分之一波长。因此，本发明天线之延伸导体、以及副辐射体设置之第一导体及第二导体 所形成之第一、第二及第三高频共振模态可合成一极为宽带之操作模态，可涵盖多个系统频带之频宽需求。本天线利用简单之天线结构组成，且不须特殊弯折及复杂组装程序，即可达成良好天线特性，除了缩小天线尺寸外，同时拥有良好之辐射特性，并可提高产品组装精度，缩短量产时程 

为使贵审查人员进一步了解本发明之详细内容，兹列举下列较佳实施例说明如后。

附图说明

图1为习知多频天线之立体组合示意图。 

图2为本发明第一实施例之立体组合示意图。 

图3为本发明第一实施例之馈入耦合单元立体放大示意图。 

图4为本发明第一实施例之返回损失(Return loss)量测数据示意图。 

图5为本发明第二实施例之立体组合示意图。 

图6为本发明第三实施例之立体组合示意图。 

具体实施方式

请参阅图2，为本发明第一实施例之立体组合示意图，包含一主辐射体2、一副辐射体3及一接地面4。该主辐射体2包含一基板21、位于该基板21表面211之一馈入耦合单元22及一短路部23，而该馈入耦合单元22包含有一馈入部221、一馈入线222、一耦合部223及一延伸导体224；副辐射体3连接于主辐射体2之基板21，包含有一第一导体31以及一第二导体32。 

主辐射体2之基板21长度约为84mm，宽度约为9mm。馈入耦合单元22之馈入部221设置为蜿蜒状，总路径长度约为8mm，用于产生一电感效应；馈入线222连接于馈入部221一端部，利用馈入线222传递高频讯号； 耦合部223具有一第一耦合侧边223a及一第二耦合侧边223b，该第一耦合侧边223a连接于该馈入部221另一端部，第二耦合侧边223b则连接于第一导体31，，且两耦合部之间具有一间隙，间隙宽度小于3mm，并透过间隙产生电容耦合效应，将馈入线222传递之高频讯号经由耦合部223以电容耦合形式馈入副辐射体3。另外该第一耦合侧边223a延伸出延伸导体224，其长度约为17mm，利用延伸导体224产生天线第三高频共振模态，约为中心频率2200MHz之八分之一波长；短路部23位于馈入耦合单元22之相对侧，其两端部之一端连接于第一导体31及第二导体32连接接口33处，另一端与接地面4连接，透过短路部23将第一导体31及第二导体32之讯号传递至接地面4。 

副辐射体3之第二导体32系连接于该第一导体31，副辐射体3整体宽度约为5mm，其第一导体31长度约为42mm，用以产生该天线之低频共振模态及第一高频共振模态，约为低频模态中心频率890MHz的八分之一波长，以及第一高频模态中心频率1750MHz的四分之一波长。第二导体32长度约为19mm，用以产生该天线之第二高频共振模态，其长度约为第二高频共振模态中心频率2000MHz的八分之一波长，上述之第一、第二及第三高频共振模态合成一极为宽带之操作模态，其频宽可涵盖多个系统频带需求。 

本实施例改良之特点系于主辐射体2之基板21的表面211配置馈入耦合单元22，透过主辐射体2之延伸导体24提供第三高频共振模态主要电流路径，副辐射体3之第一导体31提供激发低频共振模态及第一高频共振模态主要电流路径，以及第二导体32提供激发第二高频共振模态主要电流路径，适当调整电流路径长度使其系统符合天线传输所需之操作频带，并 以馈入耦合单元22将天线讯号以电容耦合方式馈入延伸导体24、第一导体31以及第二导体32，藉以增加电容耦合量，降低天线共振频率，进而缩短共振模态之共振路径长度的中心频率波长。另一方面，经由馈入耦合单元22之馈入部221产生电感效应，搭配耦合部223产生之电容效应用以调整天线阻抗匹配，有效控制馈入部221配置形式及耦合部223间隙面积，使天线产生较平稳之阻抗变化，经此方式有效提高天线阻抗匹配及操作频宽，同时整体结构简化，不须额外弯折及繁复组装程序，提高产品组装精度，缩短量产时程。 

请参阅图3，为本发明第一实施例之馈入耦合单元22立体放大示意图，馈入耦合单元22之馈入部221设置为蜿蜒状，藉由路径之增加提高电感效应接触面积，提高电感效应之效率，馈入线222连接于馈入部221一端部，利用馈入线222传递高频讯号，第一耦合侧边223a连接于馈入部221另一端部，并与该第二耦合侧边223b具有一间隙而成为耦合部223，第一与第二耦合侧边223a、223b均具有一开路状端面，两开路状端面系以相对形式配置，并于相对面方向具有一间隙，将间隙设置为阶梯状，藉以增加第一耦合侧边223a及第二耦合侧边223b之间所产生的电容耦合效应接触面积，提高电容耦合效率，间隙宽度控制于3mm以内，避免间隙过大导致耦合效率降低。 

本实施例经由馈入部221蜿蜒形式配置增加电感效应，并将耦合部223设置为阶梯状用以增加电容效应，有效调整天线阻抗匹配，使天线阻抗变化较为平稳，进而提高天线阻抗匹配及操作频宽。 

请参阅图4，为本发明第一实施例之返回损失(Return loss)量测数据示意图，当天线以第一导体31产生天线低频共振模态操作时，其低频带频 宽范围S1系涵盖于AMPS(824～894MHz)及GSM(880～960MHz)之系统频宽，而第一导体31产生之天线第一高频共振模态，第二导体32产生之天线第二高频共振模态及延伸导体224产生之第三高频共振模态系合成为一宽带模态，其高频带频宽范围S2涵盖于GPS(1575MHz)、DCS(1710～1880MHz)、PCS(1850～1990MHz)及UMTS(1920～2170MHz)之系统频宽，显示本发明之辐射导体配置具备低反射损失之特性，同时达成提高天线阻抗匹配及操作频宽之目的。 

请参阅图5，为本发明第二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，其差异处在于副辐射体3设置为平面矩形状，并以垂直于主辐射体2之方向固定于基板21侧边(图中未示)，将副辐射体3侧面34经由焊接方式固定于基板21侧边，使第二耦合侧边223b及短路部23一端部连接于副辐射体3，经由馈入耦合单元22提供副辐射体低频共振模态及第一高频共振模态主要电流路径及第二高频共振模态主要电流路径，透过适当电流路径长度调整程序，使天线传输系统符合各通讯标准所需之操作频带。 

请参阅图6，为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，其差异处在于副辐射体3设置为平面矩形状，并以平行于主辐射体2之方向固定于基板21表面211，将副辐射体3经由焊接方式固定于基板21表面211边缘处，第二耦合侧边223b及短路部23一端部则连接于副辐射体3侧边35，经由馈入耦合单元22提供副辐射体3低频共振模态及第一高频共振模态主要电流路径及第二高频共振模态主要电流路径，适当调整电流路径长度，使其符合系统要求之操作频带，同时将馈入耦合单元22之耦合部223间隙设置为波浪状，藉以增加第一耦合侧 边223a及第二耦合侧边223b之间所产生的电容耦合效应接触面积，提高电容耦合效率。 

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，任何熟悉此项技艺者所作之各种更动与润饰，在不脱离本发明之精神和定义下，均在本发明权利范围内。 

主要组件符号说明 

100 天线            GPN 接地平面        G   接地点 

ST  短路组件        REG 短路调节器      110 辐射臂 

150 辐射臂          170 辐射臂          2   主辐射体 

21  基板            211 表面            22  馈入耦合单元 

221 馈入部          222 馈入线          223 耦合部 

223a第一耦合侧边    223b第二耦合侧边    224 延伸导体 

23  短路部          3   副辐射体        31  第一导体 

32  第二导体        33  连接接口        34  侧面 

35  侧边            4   接地面          S1  低频带频宽范围 

S2  高频带频宽范围 

Claims (5)

1.一种耦合天线，其特征在于该耦合天线包含：

一主辐射体，所述主辐射体包含：

一基板；

一馈入耦合单元，位于所述基板之表面，并包含：

一馈入部；

一馈入线，连接至所述馈入部一端部；

一耦合部，包含一连接至所述馈入部另一端部的第一耦合侧边及与所述第一耦合侧边具有一间隙之第二耦合侧边；

一延伸导体，位于所述第一耦合侧边延伸位置处；

一短路部，位于所述馈入耦合单元相对侧的方向；

一副辐射体，连接至所述主辐射体的基板，包含：

一第一导体，与所述第二耦合侧边相连接；

一第二导体，与所述第一导体相连接，且两者连接的接口处与所述短路部一端部连接；以及

一接地面，连接于该短路部的另一端部。

2.如权利要求1所述的耦合天线，其特征在于所述馈入部为蜿蜒状。

3.如权利要求1所述的耦合天线，其特征在于所述间隙形状为阶梯状。

4.如权利要求1所述的耦合天线，其特征在于所述间隙形状为波浪状。

5.如权利要求1所述的耦合天线，其特征在于所述延伸导体、第一导体及第二导体用以调整天线共振模态。

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