CN101436712A

CN101436712A - 偶极天线元件和偶极天线系统

Info

Publication number: CN101436712A
Application number: CNA2007100314795A
Authority: CN
Inventors: 苏绍文; 周瑞宏
Original assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Current assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-05-20

Abstract

一种偶极天线元件，包含：一第一金属片，包含至少一第一弯折处，以及一第一馈入点；一第二金属片，包含至少一第二弯折处，以及一第二馈入点；以及一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；其中该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

Description

偶极天线元件和偶极天线系统

技术领域

本发明有关于天线元件和天线系统，特别有关于偶极天线元件和偶极天线系统。

背景技术

在传统2.4-GHz无线局域网络或802.11b/g/n偶极天线的系统中，大都为外露式塑料/橡胶套筒外置的天线结构，这类的天线其高度通常约为8～10cm，且安装在产品机壳外一侧边。如此的结构使得天线容易遭受外力损毁、破坏美观。另外，传统内藏式偶极天线大都为印刷式天线结构，并利用小型同轴线来将讯号馈入天线，但因为偶极天线的两辐射金属片各自独立，无法利用单一金属片切割制作完成，且印刷式天线成本亦较高。在相关美国专利第US 6621464B1，US 6624793 B1，US 20060284780 A1号中揭露了“双频偶极天线”，其揭示一种双频偶极天线结构，分别利用植入狭缝、槽孔以及改变辐射金属片的长度，获得天线双频操作。然而，上述相关技术天线结构，其天线辐射金属片都为各自独立，因此其制造过程都需利用印刷电路板制程，增加了天线制作成本。

发明内容

因此，本发明提出一种偶极天线元件及天线系统，其可利用单一金属片制作而成，藉以降低制作天线的成本。

本发明的实施例揭露了一种偶极天线元件，包含：一第一金属片，其包含至少一第一弯折处，以及一第一馈入点；一第二金属片，其包含至少一第二弯折处，以及一第二馈入点；以及一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；其中该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

本发明的另一实施例亦揭露了一种偶极天线系统，其使用了上述偶极天线元件。此天线系统包含：一第一金属片，其包含至少一第一弯折处，以及一第一馈入点；一第二金属片，其包含至少一第二弯折处，以及一第二馈入点；一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；以及至少一传输线，包含一中心导线以及一外层接地导体，分别电性连接于该第一馈入点以及该第二馈入点；其中该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

本发明的另一实施例揭露了一种偶极天线元件，包含：一第一金属片，其包含至少一第一狭缝，以及一第一馈入点；一第二金属片，其包含至少一第二狭缝，以及一第二馈入点；以及一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；其中该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

本发明的另一实施例也揭露了一种偶极天线系统，其使用了上述偶极天线元件。此天线系统包含：一第一金属片，其包含至少一第一狭缝，以及一第一馈入点；一第二金属片，其包含至少一第二狭缝，以及一第二馈入点；一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；以及至少一传输线，包含一中心导线以及一外层接地导体，分别电性连接于该第一馈入点以及该第二馈入点；其中该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

附图说明

图1绘示了根据本发明第一实施例的偶极天线元件以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统。

图2绘示了根据本发明第二实施例的偶极天线元件以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统。

图3绘示了根据本发明第三实施例的偶极天线元件以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统。

图4绘示了根据本发明第四实施例的偶极天线元件以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统。

图5绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的仿真以及量测而出的返回损失示意图。

图6绘示了一返回损失比较示意图，其比较了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统以及现有技术的偶极天线元件和系统。

图7绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的场型图。

图8绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的天线增益曲线和辐射效率曲线。

具体实施方式

图1绘示了根据本发明第一实施例的偶极天线元件101以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统100。如图1所示，偶极天线系统100包含一偶极天线元件101以及一传输线103。偶极天线元件101包含一第一金属片(亦即一辐射金属片)105、一第二金属片(亦即一辐射金属片)107以及一第三金属片(亦即一短路金属片)109。第一金属片105包含至少一第一弯折处115、117以及一第一馈入点111。第二金属片107包含至少一第二弯折处119、121，以及一第二馈入点113。第三金属片109连接第一金属片105的一第一连接点123以及第二金属片107的一第二连接点125。其中第一金属片105和第二金属片107除了第一连接点123和第二连接点125之外不互相电性连接。传输线103包含一中心导线127以及一外层接地导体129，分别电性连接至不同的馈入点，在此实施例中，中心导线127电性连接至第一馈入点111，外层接地导体129电性连接至第二馈入点113，但并非用以限定本发明。

上述的结构由于在第一金属片105和第二金属片107之间置入一第三金属片109，故可以使用单一金属片冲压或切割制作形成，因此可降低制作成本。而天线系统100或天线元件101的阻抗匹配或操作频宽可由第一金属片105和第二金属片107之间的距离A、馈入点111、113和第三金属片109之间的距离B、和第三金属片长度129的长度C其中至少其一而决定。

须注意的是，根据本发明的天线元件不限于图1所示的实施例，其可具有不同数目的弯折处，而第一金属片和第二金属片也可弯折至不同的方向。图2绘示了根据本发明第二实施例的偶极天线元件201以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统200。如图2所示，偶极天线系统200所具有的元件和结构跟图1所示的偶极天线系统100类似，其也具有一偶极天线元件201和一传输线203。偶极天线元件201亦包含一第一金属片205、一第二金属片207以及一第三金属片209。第一金属片205和第二金属片207也分别具有第一馈入点211点和第二馈入点213。同样的，在此实施例中，中心导线227电性连接至第一馈入点211，外层接地导体229电性连接至第二馈入点213。而第三金属片209连接至第一连接点223和第二连接点225。

偶极天线系统100和偶极天线系统200的不同之处在于，在偶极天线系统100中，第一金属片105具有两弯折处115和117，第二金属片107具有两弯折处119和121。且第一金属片105和第二金属片107弯折向不同之方向P和Q。但在偶极天线系统200中，第一金属片205仅具有一弯折处215，第二金属片207仅具有一弯折处209，且第一金属片205和第二金属片207是弯折至同一方向X方向。

由上列描述可知，根据本发明之偶极天线元件和系统不限于具有多少弯折处和弯折向那一个方向。图3绘示了根据本发明第三实施例的偶极天线元件301以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统300。如图3所示，偶极天线系统300具有和偶极天线系统100和200类似的元件：偶极天线元件301、传输线303、第一金属片305、第二金属片307、第三金属片309、第一馈入点311、第二馈入点313、第一弯折处315、317、第二弯折处319、321、第一连接点323、第二连接点325、中心导线327、外层接地导体329。偶极天线系统300的第一金属片305和第二金属片307跟偶极天线系统100一样都具有两弯折处，但却弯折向不同的方向M方向和N方向。

由上列描述可知，本发明的内容可简述如下，以一第三金属片连接一第一金属片和第二金属片，而第一金属片和第二金属片各具有至少一弯折处，且可弯折向相同方向或不同方向。利用这样的概念，可减少天线的尺寸以及制造成本，并可自由搭配设计出符合需求的天线系统。

请再参阅图1，如上所述，偶极天线系统100中的第一金属片105是由第一弯折处115、117而弯向P方向，而第二金属片107是由第二弯折处119、121而弯向Q方向，但也可视为第一金属片105和第二金属片107分别具有狭缝131和133。因此本发明所提供的天线系统也可简述为：具有第一金属片和第二金属片，一第三金属片连接第一金属片和第二金属片，且第一金属片和第二金属片各具有至少一狭缝。而且，位于第一金属片和第二金属片的狭缝，其数量和形状并不受限于图1所示的偶极天线系统100。

图4绘示了根据本发明第四实施例的偶极天线元件以及使用此偶极天线元件的偶极天线系统。如图4所示，偶极天线系统400具有和偶极天线系统100类似的元件：偶极天线元件401、传输线403、第一金属片405、第二金属片407、第三金属片409、第一馈入点411、第二馈入点413、第一连接点423、第二连接点425、中心导线427、外层接地导体429、狭缝431、433。偶极天线系统400和偶极天线系统100不同的地方在于偶极天线系统400更具有狭缝435、437。如熟知此项技艺者所知悉，每多一个狭缝，便是多一个讯号共振路径，而狭缝的长短和形状亦会影响到讯号的作用。因此，根据本发明所提供的概念，可利用不同的狭缝位置，形状以及长短，以得到所须的讯号结果。

图5绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的仿真以及量测而出的返回损失示意图。如图5所示，在2320-2570的频率之间，皆有10dB的返回损失频宽。若将中心频定为2442MHZ，则其天线频宽与中心频率的比值约在10％的范围内皆有满足10dB的返回损失，因此可符合2.4-GHz无线局域网络的频带需求。

图6绘示了一返回损失比较示意图，其比较了根据本发明实施例的偶极天线系统以及现有技术的偶极天线系统。现有技术的偶极天线元件也具有第一金属片和第二金属片，但第一金属片和第二金属片之间无第三金属片连接并分别接至传输线。从图6可看出，现有技术的偶极天系统的操作频带落于2500MHZ左右，而且其在10dB的范围介于2343MHZ至2378MHZ之间。如熟知此项技艺者所知悉，偶极天线元件的操作频带可通过辐射金属片(即第一和第二金属片来调整)，因此现有的偶极天线系统若欲达成和根据本发明的偶极天线系统相同的功效，必须加长金属臂的长度，但尺寸却会因此而增大。故利用本发明的天线系统，可有效减少尺寸大小。

图7绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的场型图。由图7可得知，根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的场型图与现有技术的偶极天线元件和系统一样具有全方向性，而且在x-y平面上的场型具有对称性。

图8绘示了根据本发明实施例的偶极天线元件和系统的天线增益曲线和辐射效率曲线。如图8所示，峰值增益(peak gain)可达到3.9dBi，大于在2.4GHz频带的平均增益约1.5dBi。而辐射效率(radiation efficiency)在操作频带区间可达86％以上。

综上所述，本发明所提供的天线系统可利用单一金属片制作而成，藉以降低制作天线的成本。且可在不增加尺寸的情况下调整操作频率及阻抗，使天线系统可具有良好的特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种偶极天线元件，包含：

一第一金属片，其包含至少一第一弯折处，以及一第一馈入点；

一第二金属片，其包含至少一第二弯折处，以及一第二馈入点；以及

一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；

其特征在于，该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

2.如权利要求1所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片、该第二金属片以及该第三金属片是由一单一金属片冲压或切割制作形成。

3.如权利要求1所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向相同方向延伸。

4.如权利要求1所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向不同方向延伸。

5.如权利要求1所述的偶极天线元件，其特征在于该第三金属片不与该第一馈入点和该第二馈入点接触，且该偶极天线元件的阻抗匹配或操作频宽与该第三金属片与该第一馈入点以及该第二馈入点的距离有关。

6.如权利要求1所述的偶极天线元件，其特征在于该第三金属片以一长度连接于该第一连接点和该第二连接点之间，且该偶极天线元件的阻抗匹配或操作频宽与该第一金属片和该第二金属片的距离或该长度有关。

7.一种偶极天线系统，包含：

一第二金属片，其包含至少一第二弯折处，以及一第二馈入点；

一第三金属片，连接该第一金属片的一第一连接点以及该第二金属片的一第二连接点；以及

至少一传输线，包含一中心导线以及一外层接地导体，分别电性连接于该第一馈入点以及该第二馈入点；

其特征在于该第一金属片和该第二金属片除了该第一连接点和该第二连接点之外不互相电性连接。

8.如权利要求7所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片、该第二金属片以及该第三金属片是由一单一金属片冲压或切割制作形成。

9.如权利要求7所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向相同方向延伸。

10.如权利要求7所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向不同方向延伸。

11.如权利要求7所述的偶极天线系统，其特征在于该第三金属片不与该第一馈入点和该第二馈入点接触，且该偶极天线系统的阻抗匹配或操作频宽与该第三金属片与该第一馈入点以及该该第二馈入点的距离有关。

12.如权利要求7所述的偶极天线系统，其特征在于该第三金属片以一长度连接于该第一连接点和该第二连接点之间，且该偶极天线系统的阻抗匹配或操作频宽与该第一金属片和该第二金属片的距离或该长度有关。

13.一种偶极天线元件，包含：

一第一金属片，其包含至少一第一狭缝，以及一第一馈入点；

一第二金属片，其包含至少一第二狭缝，以及一第二馈入点；以及

14.如权利要求13所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片、该第二金属片以及该第三金属片由一单一金属片冲压或切割制作形成。

15.如权利要求13所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向相同方向延伸。

16.如权利要求13所述的偶极天线元件，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向不同方向延伸。

17.如权利要求13所述的偶极天线元件，其特征在于该第三金属片不与该第一馈入点和该第二馈入点接触，且该偶极天线元件的阻抗匹配或操作频宽由该第三金属片与该第一馈入点以及该第二馈入点的距离有关。

18.如权利要求13的所述的偶极天线元件，其特征在于该第三金属片以一长度连接于该第一连接点和该第二连接点之间，其中该偶极天线元件的阻抗匹配或操作频宽与该第一金属片和该第二金属片的距离或该长度有关。

19.一种偶极天线系统，包含：

一第一金属片，包含至少一第一狭缝，以及一第一馈入点；

一第二金属片，包含至少一第二狭缝，以及一第二馈入点；

20.如权利要求19所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片、该第二金属片以及该第三金属片是由一单一金属片冲压或切割制作形成。

21.如权利要求19所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向相同方向延伸。

22.如权利要求19所述的偶极天线系统，其特征在于该第一金属片和该第二金属片的末端朝向不同方向延伸。

23.如权利要求19所述的偶极天线系统，其特征在于该第三金属片不与该第一馈入点和该第二馈入点接触，且该偶极天线系统的阻抗匹配或操作频宽与该第三金属片与该第一馈入点以及该第二馈入点的距离有关。

24.如权利要求19所述的偶极天线系统，其特征在于该第三金属片以一长度连接于该第一连接点和该第二连接点之间，其中该偶极天线系统的阻抗匹配或操作频宽与该第一金属片和该第二金属片的距离或该长度有关。