CN101364664A - 立体式多频天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立体式的多频天线，包含有一基板；一短路板，垂直形成于该基板的一第一侧边；一辐射元件，包含有一第一辐射体，对应于一第一共振频带，以及一第二辐射体，对应于一第二共振频带，该第一辐射体及该第二辐射体往相反方向延伸，并可倍频产生一第三共振频带；以及一连接元件，用来连接该短路板及该辐射元件，该连接元件与该基板的一第二侧边间隔一间距；其中，该辐射元件的宽度与该间距符合一比例。

Description

立体式多频天线

技术领域

本发明涉及一种立体式多频天线，特别是涉及一种可用于多种无线通讯网络的立体式多频天线。

背景技术

一般具无线通讯功能的电子产品，如笔记型电脑，可通过内置的天线来存取以无线电波携载资讯的无线通讯网络。对应于不同的无线通讯系统，各种无线通讯网络的操作频率也会有所不同，例如：无线保真度网络<WirelessFidelity，Wi-Fi>的操作频带约在2.4GHz～2.4835GHz及4.9GHz～5.875GHz，蓝牙网络<Bluetooth>的操作频带约在2.402GHz～2.480 GHz，全球互通微波存取网络<Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX>的操作频带约在2.3GHz～2.69GHz、3.3GHz～3.8GHz及5.25GHz～5.85GHz，宽频分码多工存取系统<Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA>的操作频带约在1850MHz～2025MHz，全球移动通讯系统1900<GlobalSystemfor Mobile Communications 1900，GSM 1900>的操作频带约在1850MHz～1990MHz，以及第三代移动通信系统(International MobileTelecommunications-2000，IMT-2000)的操作频带约在1920MHz～2170MHz。因此，为了让使用者能更方便地存取不同的无线通讯网络，理想的天线应能以单一天线涵盖不同无线通讯网络所需的频带。另外，为了配合笔记型电脑等可携式电子装置体积缩小的趋势，天线尺寸设计上应尽可能地减小。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种多频天线。

本发明揭露一种立体式的多频天线，包含有一基板，形成于一第一平面；一短路板，形成于一第二平面，通过一侧边耦接于该基板的一第一侧边；一辐射元件，包含有一第一辐射体，对应于一第一共振频宽，具有一第一金属片形成于一第三平面及一第二金属片平行于该第一平面；以及一第二辐射体，对应于一第二共振频宽，具有一第三金属片形成于该第三平面及一第四金属片平行于该第一平面，该第一辐射体及该第二辐射体往相反方向延伸；以及一连接元件，具有一第一端耦接于该短路板的该侧边，及一第二端耦接于该辐射元件的该第一辐射体与该第二辐射体之间，该连接元件与该基板的一第二侧边间隔一间距；其中，该辐射元件的宽度与该间距符合一比例。

附图说明

图1为本发明一实施例立体式的多频天线的立体图；

图2为图1多频天线的上视图；

图3为图1多频天线的侧视图；

图4为图1多频天线的电压驻波比的示意图；

图5为图1多频天线的辐射场型的示意图；

图6为图1多频天线的平均增益测量结果的示意图；

图7～图11为本发明其他实施例的示意图；

图12为本发明另一实施例的电压驻波比示意图。

主要元件符号说明

10、20、30、40、50、60    多频天线

11、21    基              板

12    短                  路板

13、53、63                辐射元件

131、331、431             第一辐射体

132、332、432             第二辐射体

14                        连接元件

15                        馈入端

16                        子基板

17                        接地端

S1、S2                    侧边

M1～M8                    金属片

D1、D2、D3                间距

W1、W2、W3、W4            宽度

具体实施方式

请参考图1～图3，图1为本发明一实施例立体式的多频天线10的立体图，图2为图1多频天线10的上视图<即XZ平面视图>，而图3为图1多频天线10的侧视图<即XY平面视图>。多频天线10包含有一基板11、一短路板12、一辐射元件13、一连接元件14以及一馈入端15。基板11用来通过一接地端17耦接于一系统地端，其可沿一侧边S1弯折，形成一垂直的子基板16，以缩小多频天线10的尺寸，并增加天线的辐射效率<RadiationEfficiency>。短路板12垂直形成于基板11的侧边S1，用来将多频天线10短路<Shorting>。辐射元件13包含有一第一辐射体131及一第二辐射体132，用来发射与接收无线电信号。第一辐射体131及第二辐射体132往相反的方向延伸，分别由金属片M1及M2和金属片M3及M4所形成，其中金属片M1及M3平行于XZ平面，而金属片M2及M4平行于XY平面。连接元件14用来连接辐射元件13与短路板12，可通过弯折一长条状金属片M7形成。连接元件14的一端耦接于短路板12，与基板11的一侧边S2间隔一间距D1，用来避免与基板11相接触，而导致短路的情形发生，并且可以通过调整间距D1而获得所需频宽，较佳地是，D1的间距约介于0.5mm至5mm；连接元件14的另一端则耦接于第一辐射体131及第二辐射体132之间。馈入点15设置在连接元件14及辐射元件13之间，用来将信号输入或输出多频天线10。此外，辐射元件13的宽度<即金属片M1及M3的宽度W1与金属片M2及M4的宽度W2的和>与间距D1应符合一比例，较佳地是，该比例约介于1至15，使得多频天线10可满足各种无线通讯网络的需求。

请注意，图1所示的座标系统，用来清楚说明本发明多频天线的架构，而不为本发明的限制。举例来说，基板11所形成的平面并非一定与金属片M2及M4垂直，或金属片M1及M3与金属片M2及M4也不一定要垂直等，如此相对应的变化也属本发明的范畴。

因此，本发明多频天线10通过第一辐射体131及第二辐射体132，分别共振产生一第一共振频带及一第二共振频带的无线电信号，其中，第一辐射体131的长度加上连接元件14的长度的总和大致对应于第一共振频带的无线信号波长的四分之一，而第二辐射体132的长度加上连接元件14的长度的总和大致对应于第二共振频带的无线信号波长的四分之一。除此之外，通过第一辐射体131及第二辐射体132，本发明另可用来耦合产生一倍频的第三共振频带的无线信号。如此一来，通过适当地调整多频天线10各部分的尺寸，例如：辐射元件13的宽度与间距D1的比例，本发明便可获得足够的频宽，以实现一整合各种无线通讯网络天线的多频天线。

如本领域具通常知识者所知，为了要增加天线的频宽，一般会增加辐射元件的对应共振区域的尺寸，但增加共振区域的尺寸则会增加天线的总体面积及体积。因此，本发明除了可通过改变金属片M1及M3的宽度W1与金属片M2及M4的宽度W2来调整频宽之外，另可通过调整连接元件14与基板11的间距D1，以增加多频天线10的电容性阻抗，进而增加多频天线10的频宽。另一方面，本发明由金属片M1～M4形成的辐射元件13，由单一金属片弯折而成，除了可增加频宽之外，更可以缩小天线的尺寸，符合电子装置轻薄短小的要求。较佳地是，本发明多频天线10另可通过调整基板11及子基板16的面积，例如通过增加基板11的宽度W3及子基板16的宽度W4等手段，来增加多频天线10的辐射效率<Radiation Efficiency>。此外，多频天线10的子基板16间隔辐射元件13的金属片M2一间距D2，第一辐射体131的末端间隔短路板12一间距D3，而多频天线10可由一单一金属片冲压或切割制作形成。

若适当地调整多频天线10各部分相对应的尺寸，例如第一辐射体131与第二辐射体132的长度各约为15mm及20mm、金属片M1及M2的宽度各约为3mm，以及连接元件14与基板11的间距D1约为0.7mm等，使得第一辐射体131所能共振产生的第一共振频带的中心频率约在2GHz左右，而第二辐射体132所能共振产生的第二共振频带的中心频率约在3GHz左右。在此情形下，本发明通过第一辐射体131与第二辐射体132耦合产生的第三共振频带的中心频率大致在5GHz左右。请参考图4，图4为本发明多频天线10的电压驻波比<Voltage Standing Wave Ratio，VSWR>的示意图。横轴表示频率(GHz)，范围介于1GHz至8GHz，纵轴表示电压驻波比VSWR。在电压驻波比VSWR小于2.5的情形下，多频天线10的第一共振频带及第二共振频带可形成一低频频带，约在1.8GHz～3.8GHz之间，而多频天线10的第三共振频带及其高频谐波部分可形成一高频频带，约在5GHz～7.8GHz。如此一来，本发明多频天线10所产生的低频频带及高频频带的频宽，可满足各种无线通讯网络的需求，例如：全球互通微波存取网络、无线保真度网络<Wireless Fidelity，Wi-Fi>、蓝牙网络<Bluetooth>、宽频分码多工存取系统<Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA>、全球移动通讯系统1900<Global System for Mobile Communications，GSM>以及第三代移动通信系统(International Mobile Telecommunication-2000，IMT-2000)等。

请继续参考图5及图6。图5为本发明多频天线10的辐射场型的示意图，而图6为本发明多频天线10的平均增益<Average Gain>测量结果的示意图。图5及图6为多频天线10在X-Y平面上<即θ=90°>的测量结果，其频率范围为2.3GHz～5.875GHz之间。如图5及图6所示，本发明多频天线10在X-Y平面<即水平面>，有一大致为全向性的辐射场型，而其平均增益<Average Gain>可满足各种无线通讯天线的操作需求。

另外，通过适当地调整第一辐射体131及第二辐射体132的尺寸，本发明可进一步增加多频天线10的频宽。请参考图12，图12为本发明另一实施例的电压驻波比示意图。横轴表示频率(GHz)，范围介于2GHz至8GHz，而纵轴表示电压驻波比VSWR。如图所示，在电压驻波比VSWR小于2的情形下，多频天线10所能共振形成的频带，约在2.3GHz～7.8GHz之间。如此一来，本发明多频天线10另可用来满足超宽带<Ultra-WideBand，UWB>无线网络通讯技术的需求。

因此，本发明多频天线10可用来收发多频率的无线电磁波，并能得到良好的频宽表现；此外，本发明可对基板11、短路板12及辐射元件13进行弯折，形成一立体式的天线，以有效缩减天线的尺寸，且不影响各项天线参数，使其仍能维持全方向的辐射场型。值得注意的是，上述的实施例仅用来说明，并不局限本发明的范畴，本领域具通常知识者当可根据实际需求作适当的变化。举例来说，请参考图7～图11，图7～图11为本发明其他实施例的示意图。在图7中，多频天线20大致与多频天线10类似，不同的地方在于基板21可为一金属平板，而不包含一垂直的子基板。此外，基板21也可直接与印刷电路板的接地面结合，也属本发明的范畴。请参考图8，多频天线30与多频天线10不同的地方在于，第一辐射体331与第二辐射体332另可分别连接金属片M5及M6。其中，第一辐射体331与第二辐射体332仍可共振产生与多频天线10的第一辐射体131与第二辐射体132相同的第一共振频带及第二共振频带。也就是说，电流流经第一辐射体331与第二辐射体332的共振区域的路径仍大致与第一辐射体131与第二辐射体132的共振区域的电流路径相同。如此一来，本发明在缩小天线尺寸的同时，仍能维持辐射元件相同共振区域的长度，以符合机构设计的需求。请参考图9，对于多频天线40来说，第一辐射体431与图8的第一辐射体331相同，在第二辐射体432的金属片M3可包含一截角，以符合特定电子装置，如笔记型电脑的需求。请参考图10，对于多频天线50来说，辐射元件53更可包含一蝶形领结(Bow Tie)结构，用来增加天线的频宽，此为本领域的通常知识，在此不赘述。最后，请参考图11，本发明多频天线60另可在辐射元件63的另一侧增加一垂直于金属片M1及M3的金属片M8。

综上所述，本发明多频天线的设计，可提供更宽的频宽，满足多种不同无线通讯网络的需求。除此之外，本发明可对基板、短路板及辐射元件进行弯折，形成一立体式的天线，以有效缩减天线的尺寸，但其仍能维持全方向的辐射场型。因此，本发明是一整合Wi-Fi天线、WiMax天线、Bluetooth天线、WCDMA天线、GSM1900天线及IMT2000天线的一多频天线。

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，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种立体式的多频天线，包含有：

基板；

短路板，耦接于该基板的第一侧边；

辐射元件，包含有：

第一辐射体，具有第一金属片及第二金属片；以及

第二辐射体，具有第三金属片及第四金属片，该第一辐射体及该第二辐射体往相反方向延伸；以及

连接元件，具有第一端耦接于该短路板，及第二端耦接于该辐射元件的该第一辐射体与该第二辐射体之间，该连接元件与该基板的第二侧边间隔一间距；

其中，该辐射元件的宽度与该间距符合一比例。

2.如权利要求1所述的多频天线，其中该连接元件是长条状金属片。

3.如权利要求1所述的多频天线，其另包含馈入端耦接于该辐射元件及该连接元件之间。

4.如权利要求1所述的多频天线，其中该基板包含子基板。

5.如权利要求1所述的多频天线，其中该基板、该短路板及该第一辐射体的第一金属片彼此互相垂直，该基板、该短路版及该第二辐射体的第三金属片彼此互相垂直。

6.如权利要求1所述的多频天线，其中该第二金属片与该第四金属片呈现一蝶形领结(Bow Tie)结构。

7.如权利要求1所述的多频天线，其中该第一辐射体另包含一第五金属片，连接于该第一金属片，该第二辐射体另包含第六金属片，连接于该第三金属片。

8.如权利要求1所述的多频天线，其中该第一辐射体的长度加上该连接元件的长度的总和对应于该第一共振频带的无线信号波长的四分之一。

9.如权利要求1所述的多频天线，其中该第二辐射体的长度加上该连接元件的长度的总和对应于该第二共振频带的无线信号波长的四分之一。

10.如权利要求1所述的多频天线，其中该第一辐射体及该第二辐射体另用来倍频产生第三共振频带的无线信号。

11.如权利要求1所述的多频天线，其中该间距大致介于0.5mm至5mm。

12.如权利要求1所述的多频天线，其中该比例大致介于1至15。

13.一种立体式的多频天线，包含有：

基板，形成于第一平面；

短路板，形成于第二平面，通过一侧边耦接于该基板的第一侧边；

辐射元件，包含有：

第一辐射体，对应于第一共振频宽，具有第一金属片形成于第三平面及第二金属片平行于该第一平面；以及

第二辐射体，对应于第二共振频宽，具有第三金属片形成于该第三平面及第四金属片平行于该第一平面；以及

连接元件，具有第一端耦接于该短路板的该侧边，及第二端耦接于该辐射元件。

14.如权利要求13所述的多频天线，其另包含馈入端耦接于该辐射元件及该连接元件之间。

15.如权利要求13所述的多频天线，其中该连接元件与该基板的第二侧边间隔一间距，该间距大致介于0.5mm至5mm。

16.如权利要求15所述的多频天线，其中该辐射元件的宽度与该间距符合一比例，该比例大致介于1至15。

17.如权利要求13所述的多频天线，其中该第一平面、该第二平面及该第三平面彼此互相垂直。

18.一种立体式的多频天线，包含有：

基板；

短路板，耦接于该基板的第一侧边；

辐射元件，包含有：

第一辐射体，包含至少一弯折；以及

第二辐射体，包含至少一弯折，该第一辐射体及该第二辐射体往相反方向延伸；以及

连接元件，具有第一端耦接于该短路板，及第二端耦接于该辐射元件的该第一辐射体与该第二辐射体之间，该连接元件与该基板的第二侧边间隔一间距。

19.如权利要求18所述的多频天线，其另包含馈入端耦接于该辐射元件及该连接元件之间。

20.如权利要求18所述的多频天线，其中该间距大致介于0.5mm至5mm。

21.如权利要求18所述的多频天线，其中该第一辐射体的宽度与该间距符合一比例，该比例大致介于1至15。

22.如权利要求18所述的多频天线，其中该第二辐射体的宽度与该间距符合一比例，该比例大致介于1至15。

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