CN101431186A - 传输线负载的单极双频天线 - Google Patents

Abstract

一种传输线负载的单极双频天线，是用单一天线即可达到双频效果的设计。该单极双频天线包括有一单极天线与一传输线负载。单极天线具有一信号馈入端与一负载连接端，且负载连接端连接有传输线负载。传输线负载包括有一中心传输线、一外环导体与一短路段。中心传输线具有一天线连接端与一短路端，且以天线连接端连接于单极天线的负载连接端。外环导体为一以预定间距环覆在中心传输线的周环，且外环导体具有一开放端与一短路端。外环导体的开放端的开口朝向中心传输线的天线连接端，使外环导体为一形成一面向单极天线的开放结构。

Description

传输线负载的单极双频天线

技术领域

本发明是关于一种单极天线的设计，特别是关于一种传输线负载的单极双频天线。

背景技术

随着网际网络的普及，使得上网已成为生活中不可或缺的活动。对于不受空间限制且可随时随地上网的无线网络需求量也逐渐增加，再加上各种可携式电子产品如个人数字助理(PDA)、手机、笔记本电脑等的设计日渐轻薄且易于携带更扩大无线技术应用的领域。

为符合信息业者或机构所提出的各种无线数据传输技术的规格与标准例如无线局域网络(Wireless LAN，WLAN)、蓝牙通讯技术(Bluetooth)、HyperLAN及由IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)所提出的通讯协议等，所以各种天线的设计即相应而生。

天线种类众多可分为偶极天线、单极天线、平面天线、循环天线或碟型天线等，目前已有针对不同种类天线应用的技术被研发出来。在专利技术方面，例如中国台湾发明专利公告编号第M241815号，即揭露一种双频单极天线。于此一专利中，双频单极天线包含有一基板、一双频共振天线单元、一金属线与一接地金属线。基板定义有一垂直方向与一水平方向，而双频共振天线单元是由一低频辐射元与一高频辐射元所组成。

双频共振天线单元的两辐射元由长度不一的线路所构成，且形成于基板上并平行基板的垂直方向上。双频共振天线单元可分别接收高、低频信号的垂直极化分量，且低频辐射元线路较高频辐射元线路为长。低频辐射元线路与高频辐射元线路皆可为一连续弯折的金属线路。

金属线是一L型并形成于基板上，且金属线的长边平行于基板水平方向用以与双频共振天线单元中的两频辐射元的一端连接，可供同轴缆线的信号馈入线连接。金属线的短边则设置在平行于基板的垂直方向。

接地金属线是形成于基板上且平行于基板的水平方向，并与金属线的短端连接用以供同轴缆线的遮蔽金属层连接。

金属线与接地金属线以不对称的位置与同轴缆线的信号馈入线与遮蔽金属层连接，因此水平极化分量不会互相抵销。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题：

然而，于前案中的单极天线不管天线单元如何设计，如要达到双频共振需要有如双频共振天线单元的低频辐射元与高频辐射元的设计。且为使缩减单极天线的外观而将低频辐射元与高频辐射元以连续弯折的方式将低高度，不但增加辐射元的金属线路加工工艺上的步骤也提高成本。

缘此，本发明的主要目的即是提供一种具有负载传输线的单极天线，用以将原本需要两单极天线的双频共振功能简化为只需要一单一天线，并维持一单极天线的细长结构以有利于天线的组装。

本发明的另一目的是提供一种容易制作且加工过程简单的双频单极天线。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段是通过一串联于单极天线且长度小于操作频段的四分之一波长的传输线负载当作电感性负载，用以降低第二共振的频率以达到在单一个单极天线即可产生双频(dual band)的效果。

本发明的传输线负载与单极天线相关位置中，单极天线包含有一天线本体、一信号馈入端与一负载连接端。天线本体的一端为信号馈入端连接有馈入信号走线，而另一端为负载连接端连结有作为负载的传输线负载。

于本发明的较佳实施例中，传输线负载包括有一中心传输线、一外环导体、一介电质与一短路段。作为内部导体的中心传输线具有一天线连接端与一短路端，且天线连接端连接于单极天线的负载连接端。

外环导体为距离一预定间距且环覆于中心传输线的外部周环导体，可以为同轴电缆的披覆网所构成。该外环导体具有一开放端与一短路端。外环导体的开放端靠近于单极天线，使该外环导体形成一面向该单极天线的开放结构。

中心传输线与外环导体之间夹有一介电质，而连接于中心传输线的短路端与外环导体的短路端为一短路段。

本发明对照先前技术的功效：

借助本发明所采用的技术手段，可以使得外加有传输线负载的单极天线因具有传输线负载的传输线结构可作为电感性负载的特性，而达到具有控制高阶模共振频率的功能。故可提供一种包含有作为电感性负载的负载传输线的单极天线，将原本需要两不同线路长度的单极天线的双频共振功能简化至只需要一单个单极天线即可有双频共振的功能。

此外，以传输线负载如同轴电缆作为传输线结构附加于单极天线中，可使用现有的同轴电缆进行简单的加工而完成。使本发明传输线负载的单极双频天线于实际应用上具有容易制作并且可维持单极天线细长外观的优点。且可通过单次弯折而再缩小本发明的单极天线其外观长度，更能符合现下可携式电子产品轻薄短小的设计方向以增加应用性。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例作进一步的说明，其中：

图1是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第一实施例立体图；

图2是显示图1实施例中的2-2剖面图；

图3是显示调整传输负载长度参数的电压驻波比曲线图；

图4是显示调整传输线负载与单极天线整体的总长度度参数的电压驻波比曲线图；

图5是显示调整单极天线长度参数的电压驻波比曲线图；

图6是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第二实施例立体图；

图7是显示图6实施例中的7-7剖面图；

图8是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第三实施例立体图；

图9是显示图8实施例中的9-9剖面图；

图10是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第四实施例侧视图；

图11是显示图10实施例中的11-11剖面图；

图12是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第五实施例立体图；

图13是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第六实施例立体图；

图14是显示图13实施例中的14-14剖面图；

图15是显示以外环管体为外导体的剖面图；

图16是显示以外螺旋体为外导体的剖面图；

图17是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第七实施例立体图。

具体实施方式

参阅图1所示，其是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第一实施例立体图。于本发明中，传输线负载的单极双频天线为一具有双频且由单极天线(monopole antenna)加上以传输线(transmission line)作为负载的传输线负载天线(transmission line loaded antenna，TLLA)。作为负载的传输线可为同轴电缆(coaxial cable)、双导线、金属软管或为螺旋管体等传输线，且可放置于靠近天线尾端或是放置于靠近信号馈入点(feed)的地方。

本发明的传输线负载与天线相关位置如图1中所示，并同时参阅图2所示图1实施例的2-2剖面图。单极天线1包含有一天线本体11、一信号馈入端12与一负载连接端13。

天线本体11的一端为信号馈入端12，而另一端为负载连接端13并连结有作为负载的一传输线负载2。本发明的传输线负载2为设置于信号馈入点的远程。

如图2中所示，传输线负载2包括一中心传输线21、一外环导体22、一介电质23与一短路段24。作为内部导体的中心传输线22可由纯铜、铝镀铜、钢镀铜等材质所构成，并具有一天线连接端211与一短路端212。该天线连接端211连接于单极天线1的负载连接端13。

外环导体22为距离一预定间距并环覆于中心传输线21的外部周环导体，可以由同轴电缆的披覆网所构成。外环导体22具有一开放端221与一短路端222，且外环导体22的开放端221靠近于单极天线1使外环导体形成一面向单极天线1的开放结构。

中心传输线21与外环导体22之间夹有一介电质23，且介电质23可为单纯的空气介质或如发泡聚乙烯等不导电的绝缘介质材料所构成。而连接于中心传输线21的短路端212与外环导体22的短路端222为一短路段24。

于天线外加一电容或电感性负载具有控制高阶模的第二共振频率的功能，故本发明所设计的单极双频天线是通过传输线负载2的传输线结构作为负载达到类似的效果。

而传输线负载2本身可作为一短路传输线(short circuit/short circuited)，且当传输线负载2的长度大约等于第二共振的四分之一波长(quarter wave length)则可成为串联于单极天线1中的电感性负载。

对单极天线而言，电感性负载可以影响第二共振的高频频率，故可通过适当调整传输线负载2的长度去控制第二共振的频率，进而达到于单极天线1中产生双频的效果。

为证明外加的传输线负载2可以控制调整共振的频率，以不同的参数去观察频率的响应。首先，将单极天线1其天线本体11的长度设为单极天线长度L_R，传输线负载2的中心传输线21的短路端212至外环导体22的开放端221为短路传输线长度L_T，而传输线负载2的的短路段24长度为延伸区段长度L_E。本发明传输线负载的单极双频天线的总长度L_A即为单极天线长度L_R加上短路传输线长度L_T与延伸区段长度L_E的总合。

如果传输线负载2的短路传输线长度LT设计为所希望第二共振频率的等效四分之一波长，而单极天线长度LR亦设计为所希望的第二共振频率的等效四分之一波长。则第二共振频率则会因为短路传输线的再第二共振频率形成一个高频扼流圈(RF choke)，而使共振频率取决于单极天线长度L_R。所以单极天线长度L_R可以决定第二共振于一预定的频率，而低频的第一共振频率(低频)则会由总长度L_A决定且可利用延伸区段长度L_E作为调整。

于图3中，其是显示调整传输负载长度参数的电压驻波比曲线图。观察于固定总长度L_A与单极天线长度L_R的情况下，只改变短路传输线长度L_T的参数如24、27、30毫米(mm)观察对于频率响应的影响。

为了固定总长度L_A与单极天线长度L_R，延伸区段长度L_E会随着短路传输线长度L_T一起改变。于图中可以看到高频的共振频率可以单独被短路传输线长度L_T来控制，而低频的共振频率则不受其影响。

于图4中，其是显示调整传输线负载与单极天线整体总长度参数的电压驻波比曲线图。观察于固定短路传输线长度L_T与单极天线长度L_R的情况下，只改变总长度L_A对于频率响应的影响。

在不改变短路传输线长度L_T与单极天线长度L_R的前提下，为了改变总长度L_A，所以延伸区段长度L_E即为影响总长度L_A所必要改变的参数，可设计为0、2.5、5毫米(mm)。于图中可以看到低频的共振频率可以单独被延伸区段长度LE或是或是总长度LA来控制，而高频的共振频率则不受其影响。

于图5中，其是显示调整单极天线长度参数的电压驻波比曲线图。观察于固定短路传输线长度L_T的情况下，只改变单极天线长度L_R对于频率响应的影响。

改变单极天线长度LR的参数如40、44、48毫米(mm)，使总长度L_A会一起改变。于图中可以看到低频与高频的共振频率会一起移动，可用以调整本发明传输线负载的单极双频天线的整体频率位移。

由以上实验数据可以得知，本发明所设计的具有传输线负载的单极天线其双频频率具有可单独调整高低频的频率与同时平移高低频的共振频率的准确控制的特点。

如图6中所示是本发明传输线负载的单极双频天线的第二实施例立体图，并同时参阅图7所示的图6实施例的7-7剖面图。

天线本体11的一端为信号馈入端12，而另一端为负载连接端13并连结有双导线传输线以取代第一实施例中的同轴电缆传输线。

双导线传输线包括有一中心传输线31、一套环32、一承置环33与一对平行的导线341、342。内部导体的中心传输线31具有一天线连接端311与一短路端312。该天线连接端311连接于单极天线1的负载连接端13。

套环32与承置环33为距离一预定间距套置于中心传输线31的上下两端。套环32则装置于中心传输线31的延伸区段连接端311处并包含有一开放端321，而承置环33设置于靠近中心传输线31的信号馈入端312。套环32与承置环33相互以一对平行的导线341、342所连接，且两导线341、342与中心传输线31之间可以单纯的空气介质或如发泡聚乙烯等不导电的绝缘介质材料予以隔离一预定距离。中心传输线31另于承置环332顶处往外延伸有一短路段35。

于第一实施例中的传输线负载2其外环导体22是由第二实施例中的二根相对应的导线341、342所取代。

如图8中所示是本发明传输线负载的单极双频天线的第三实施例立体图，并同时参阅图9所示的图8实施例的9-9剖面图。

单极天线1其天线本体11的一端为信号馈入端12，而另一端为连结有传输线负载4的负载连接端13。

传输线负载4包括一中心传输线41、一外环导体42、一介电质43与一短路段44。中心传输线41具有一连接于负载连接端13的天线连接端411与一短路端412。

外环导体42为距离一预定间距并环覆于中心传输线41的外部周环导体，可以由具挠性的金属软管所构成。外环导体42具有一开放端421与一短路端422，且外环导体42的开放端421靠近于单极天线1使外环导体形成一面向单极天线1的开放结构。

中心传输线41与外环导体42之间夹有一介电质43，且连接于中心传输线41的短路端412与外环导体42的短路端422为一短路段44。

如图10中所示是本发明传输线负载的单极双频天线的第四实施例立体图，并同时参阅图9所示的图8实施例的9-9剖面图。

单极天线1其天线本体11的一端为信号馈入端12，而另一端为连结有传输线负载5的负载连接端13。

传输线负载5包括一中心传输线51、一外环导体52、一介电质53与一短路段54。中心传输线51具有一连接于负载连接端13的天线连接端511与一短路端512。

外环导体52为距离一预定间距并环覆于中心传输线51的外部周环导体，并可由一承置环521与一以零间距紧密缠绕的螺旋管体522所构成。螺旋管体522的一端连接于密闭的承置环521，且于靠近单极天线1的负载连接端13处具有一开放结构。

中心传输线51与外环导体52之间夹有一介电质53，且连接于中心传输线51的短路端512与外环导体52的承置环521为一短路段54。

于图12中，其是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第五实施例立体图。传输线负载2可以通过折叠方式以缩短传输线的外观长度，但不影响传输线路径的长度。于图12中的以同轴电缆为传输线的传输线负载2可通过弯曲折叠以降低传输线的外观长度。

如图13中，其是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第六实施例立体图，而于第14、15与16图为13图中外导体的不同实施例的剖面图。

同时参阅第13与图14中所示，传输线负载2的中心传输线21具有连接于单极天线1a的负载连接端13的天线连接端211与一短路端212。

中心传输线21环覆有外环导体22，且外环导体22的开放端221为开口朝单极天线1a的开放结构，而另一端为封闭的短路端222。

中心传输线21与外环导体22之间夹有一介电质23，而连接于中心传输线21的短路端212与外环导体22的短路端222为短路结构的短路段24。

如图14中所示，于接近单极天线1a的天线馈入端12处外覆有如同轴电缆的外导体14，但外导体14的两端皆为闭合的封闭端141、142与包含有开放端221的开放结构的外环导体22不同。且于单极天线1a的天线本体11与外导体14之间夹置有一介电质143。

单极天线1a所包含的外导体14可使天线本体11具有一较粗直径的区段而得到较大的频宽。

如图15中所示，于接近单极天线1a的天线馈入端12处外覆有一具有可挠性的外环管体15，且外环管体15的两端皆为密闭的封闭端151、152。且于单极天线1a的天线本体11与外环管体15之间夹置有一介电质153。

单极天线1a本身所包含的外环管体15可使获得一较粗直径区段而具有较大的频宽。

如图16中所示，于接近单极天线1a的天线馈入端12处外覆有一外螺旋体16，且外螺旋体16的两端皆为闭合的承置环161、162。且于单极天线1a的天线本体11与外螺旋体16之间夹置有一介电质163。

单极天线1a通过所包含的外螺旋体16可使天线本体11具有一较粗直径的区段以获得较大的频宽。

参阅图17所示，其是显示本发明传输线负载的单极双频天线的第七实施例立体图。于电子设备的机壳6表面适当处开设有一天线承置孔61，且单极天线1a的信号馈入端12可通过机壳6表面的天线承置孔61安装于机壳6表面。

单极天线1a的信号馈入端12经机壳6表面的天线承置孔61连接于一可与单极天线1a匹配的电路板62上，且电路板62设置于机壳6的一端。利用一馈入信号走线63一端的火线631与单极天线1a的信号馈入端12相接连，而另一端作为地线与机壳6相连接而使机壳6成为单极天线1a的一部份。

由以上的实施例可知，本发明所提供的传输线负载的单极双频天线确具产业上的利用价值，故本发明业已符合于专利的要件。但以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技术者当可依据上述的说明而作其它种种等同的改良，而这些改变仍属于本发明的发明精神及以下所界定的专利范围中。

Claims (16)

1.一种传输线负载的单极双频天线，包括：

一单极天线，具有一信号馈入端与一负载连接端；

一传输线负载，包括有：

一中心传输线，具有一天线连接端与一短路端，其中该天线连接端是连接于该单极天线的负载连接端；

一外环导体，以一间距环覆在该中心传输线的周环，该外环导体具有一开放端与一短路端，使该外环导体形成一面向该单极天线的开放结构；

一短路段，连接于该中心传输线的短路端与该外环导体的短路端，使该中心传输线的短路端形成有一短路结构。

2.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该中心传输线与该外环导体之间还包括有一介电质。

3.根据权利要求2所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该介电质是空气、发泡聚乙烯等绝缘介质。

4.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载是由一同轴电缆构成的传输线，该外环导体是该同轴电缆的披覆网所构成。

5.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载的外环导体是由至少二根相对应的导线所构成。

6.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载的外环导体是由螺旋管体所构成。

7.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载的外环导体是由所金属软管构成。

8.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载是作为串联于该单极天线的电感性负载。的的的的

9.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该中心传输线的短路端至该外环导体的开放端的长度为一短路传输线长度，且该短路传输线长度为预定的第二共振频率的等效四分之一波长，而该单极天线与该传输线负载的长度总和设计为预定的第一共振频率的等效四分之一波长。

10.根据权利要求9所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该第一共振的频率是由连接于该中心传输线的该短路段所设计的长度予以调整。

11.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该单极天线接近天线馈入端的区段具有一较粗直径的外导体，用以提高频宽。

12.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该单极天线接近天线馈入端的区段具有一较粗直径的外环管体，用以提高频宽。

13.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该单极天线接近天线馈入端的区段具有一较粗直径的外螺旋体，用以提高频宽。

14.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该单极天线的信号馈入端通过一馈入信号走线连接于一可匹配的电路板，且安装于机壳的一端。

15.根据权利要求14所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该馈入信号走线与该单极天线相接的一端为火线，而接至该机壳的一端为一地线。

16.根据权利要求1所述的传输线负载的单极双频天线，其特征在于该传输线负载是进一步向侧向折叠，用以缩短该传输线负载的长度。

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