CN101521309B - 双频天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双频天线，包括一接地组件、一辐射组件以及一联系组件，其中该辐射组件以一第一方向延伸，且平行于该接地组件，而该联系组件位于该辐射组件与该接地组件之间，并以一第二方向延伸，其一端与该辐射组件相连，另一端则与该接地组件相连，使得该联系组件与该辐射组件、该接地组件间成一似Z字形结构。应用本发明，使用者可依其应用需求，能更有弹性地调整信号馈入点的位置，以便于设定更宽广的天线频带，并在减少天线结构的复杂性与应用成本下，提升天线的多元应用性与产品竞争力。

Description

双频天线

技术领域

本发明是关于一种天线，特别是以平面倒F型天线(Planar Inverted FAntenna，PIFA)原理而产生多种频带运作的天线。

背景技术

近年受到无线通讯装置诸如手机、笔记型计算机等设备普及的影响，使得用来收发电子信号的天线也受到重视，尤其是结构简单的天线更受市场欢迎，其中又以倒F型天线原理运作的天线最受瞩目。

请参阅图1，显示出一种常用的天线的上视结构图，其中天线1’包含有：一辐射部2’、一接地部4’及一连接部3’。辐射部2’分为一第一辐射部21’与一第二辐射部22’。连接部3’用以连接第一辐射部21’、第二辐射部22’、接地部4’、以及一信号馈线5’。自信号馈线5’馈入的信号，经由连接部31’的输入点P’传入辐射部，将辐射部分为长度不同的第一辐射部21’、第二辐射部22’两部分，以形成两个倒F型天线进行高、低两频带的双频运作。

基于阻抗匹配(Impedance matching)来降低因不匹配现象所造成的反射损失(Return Loss)的考虑，以及为达到特定频带的共振目的，输入点P’所在的连接部3’的结构型态成为常用天线1’的主要特征。

此常用天线1’的连接部3’有相连的三个部件，包括连接并垂直于辐射部2’的一第一侧边31’、第一侧边31’的另一末端水平延伸出来的一第二侧边32’、第二侧边32’垂直延伸的一第三侧边33’。由于在第一侧边31’与第二侧边32’间有一垂直转折，且第二侧边32’与第三侧边33’间又有另一垂直转折，这种连接部3’上有两个垂直转折的结构，使得连接部3’的三个部件组成一阶梯状的复杂结构。

至于信号馈线5’则为一同轴缆线，分为一内蕊导线51’与一金属编织层52’。内蕊导线51’接续在连接部3’的第一侧边31’上，其接续位置(即输入点P’)虽然可以变动，有其自由调整的空间，但仍然以位于第一侧边31’上为其限定范围。

而信号馈线5’的金属编织层52’则焊接于接地部4’，焊接点与连接部3’的输入点P’之间的距离，取决于两不同频带间是否能达成阻抗匹配。

从上述常用天线的技术特征，可知天线1’的该连接部3’的结构与信号输入点P’的位置，为其天线效能的关键，但常用天线却采用了复杂的阶梯状连接部3’，不但限制住了该信号馈线接续的输入点P’的位置，更导致天线频带范围受到相当的限制。

因此，发明改良上述缺点的天线成为该领域亟待解决的课题，本案发明人有鉴于先前技术问题改善之所需，经悉心试验与研究，本着锲而不舍之精神，终于发明出具有特殊结构的「双频天线」来克服上述问题，以下为本案发明的简要说明。

发明内容

本发明的原始构想为发明出一种天线，具有简单的连接部结构，可以让使用者依其应用需求，能更有弹性地调整信号馈入点(feeding point，即上述常用天线的输入点P’)的位置，以便于设定更宽广的天线频带，并在减少天线结构的复杂性与应用成本下，提升天线的多元应用性与产品竞争力。

因此根据上述的构想，提出一种双频天线，包括一接地组件、一辐射组件、一联系组件。该辐射组件分为第一辐射区块与第二辐射区块，该第二辐射区块自该第一辐射区块以一第一方向延伸，且平行于该接地组件；该联系组件位于该辐射组件与该接地组件之间，并以一第二方向延伸，其一端与该第一辐射区块相连，而该联系组件的另一端则与该接地组件相连形成一夹角，该夹角可介于0度或90度之间的任何角度，但不包括0度与90度，且该联系组件与该辐射组件、该接地组件间成一似Z字形结构。

依据上述构想所提出一种双频天线，更包括在第一辐射区块与第二辐射区块边缘分别设置一突起，该些突起可随天线的特定操作频带做调整，使天线的操作特性达到较佳的情况，该些突起的形状可以是三角形、矩形或任何几何图形；该些突起亦可以只在第一辐射区块或第二辐射区块其中之一设置，亦或可以完全不需设置。

依据上述构想所提出一种双频天线，更包括一天线信号馈入点，该馈入点位在该联系组件靠近第一辐射区块端，该馈入点可以随天线阻抗匹配的需求调整位在该联系组件上的位置，大幅改善天线结构的阻抗匹配问题，能获得更宽广的频带。

依据上述构想所提出一种双频天线，该接地组件、辐射组件和联系组件可以位在同一平面上而形成一平面型天线，或者该辐射组件和联系组件所形成的第一平面与该接地组件所形成的第二平面呈一夹角结构而形成一立体型天线。

本案得借由下列图式及详细说明，以助深入了解本发明的优点：

附图说明

图1：常用的一种双频天线的上视结构图；

图2：本案所提出的双频天线的第一较佳实施例的上视结构图；

图3：本案所提出的双频天线的第一较佳实施例的详细尺寸图；

图4：本案所提出的双频天线的第二较佳实施例的侧视结构图；及

图5：本案所提出的双频天线一较佳实施例的电压驻波比(VSWR)测试图。

具体实施方式

请参阅图2，其为本案所提出的双频天线一较佳实施例的上视结构图，其中双频天线1包含有：一辐射组件2、一联系组件3、一接地组件4。这些组件都配置在同一平面上，且为一体成型的细片状导体。

在本实施例中，辐射组件2包括一第一辐射区块21与一第二辐射区块22，第一辐射区块21连接着联系组件3的一端，并以一第一方向延伸出第二辐射区块22。第一辐射区块21为一似梯形结构，该似梯形结构并在靠近接地组件的一例具有一突起211。第二辐射区块22为一长条形结构，并有一突起221。突起211与突起221的尺寸可随天线的特定操作频带做调整，其形状可以是三角形、矩形或任何几何图形，但突起211或突起221若是设计为不设置也是可允许的。

双频天线1的联系组件3位于接地组件4与辐射组件2之间，并以一第二方向延伸，连接辐射组件2与接地组件4两组件，使接地组件4与联系组件3之间形成一夹角θ。夹角θ也可以依天线的功能需求做变化；范围在0度～90度之间的任何角度，但不包括0度与90度，惟在本实施例中夹角θ设定为6度。

传输线5为一同轴电缆，其有一内核导体51，与包围着内核导体51的一外围导体52。内核导体51被焊接在联系组件3的一馈入点P上，馈入点P靠近辐射组件2的第一辐射区块21，如此一来，传输线5可在无线信号收发装置的电路(未显示)与双频天线间传输信号。至于外围导体52，则被焊接在接地组件4的接地点41上，使双频天线1能够接地。

本实施例的详细尺寸请参阅图3，尺寸以公厘为单位。该双频天线各组件的尺寸是以能在两特定频带间产生共振，并考虑到阻抗匹配而决定的。熟悉本发明技艺者当知，这些组件的设计尺寸可依特定需要而另做调整。此外，本实施例中的双频天线1为金属导体，其材质若为马口铁，厚度例如为0.2mm～0.4mm，其材质若为铜箔，厚度可以同为一般印刷电路板或薄膜软板上铜箔的厚度。

此外，在图2中，联系组件3上的馈入点P因传入传输线5的内核导体51的信号，而将辐射组件2分成第一辐射区块21与第二辐射区块22两个部分。使得第一辐射区块21与联系组件3，可发挥第一平面双频倒F型天线(PIFA)的功能，并以介于4.90～5.875GHz的较高频带(或称第一频带)产生共振。第二辐射区块22与联系组件3，可发挥第二PIFA的功能，并以介于2.40～2.50GHz的较低频带(或称第二频带)产生共振。尽管本发明可以设定较常用天线更宽广的频带，但基于无线通讯的规格限制，只得以符合标准规格频带的较佳实施例，来操作、测试本发明在限定状况下的表现结果。

请参阅图4，其为本案所提出的双频天线的第二较佳实施例的侧视结构图。该立体型天线1”拥有一个类似于图2的天线1的结构。立体型天线1”的辐射组件2由辐射平面2”、2

两部分构成，其中辐射平面2

为一矩形，与接地组件4互相平行。辐射平面2”具有一不规则形状，并与与辐射平面2

相连，该辐射平面2”的一端则与联系组件3相连，且辐射平面2”与联系组件3位于同一平面上。

至于天线1”的联系组件3的另一端则与接地组件4相连，该联系组件3并与该接地组件4间成一夹角θ。夹角θ的范围与前述天线1的状况一样，可随特定需要做调整，且天线1”的辐射组件2、联系组件3与接地组件4间仍维持一似Z字形结构。此外，天线1”的传输线、信号馈入点的设置位置，以及各组件尺寸形状的设计仍未脱离天线1的原理范围。

请参阅图5，其显示测试图2天线1的电压驻波比(VSWR)的结果。根据该图显示天线1的第一辐射区块21的频带(2.4～2.5GHz，符合IEEE所制订的无线标准规格802.11b的频带2.412～2.4835GHz)，在端点1(2.4GHz)、端点2(2.45GHz)、端点3(2.50GHz)的VSWR分别为1.2396、1.2351、1.2817。

至于天线1第二辐射区块22的频带(5.15～5.9GHz，符合IEEE所制订的无线标准规格802.11a的频带5.15～5.85GHz)，请参阅图5，在端点4(4.9GHz)、端点5(5.9GHz)的VSWR分别为1.2825、1.1706。VSWR数值代表天线的质量，比值越大则反射功率越大，造成的反射损失(Return Loss)也越多，典型的电压驻波比值大约是1.5。在少于2的情况是可接受的(例如运用在蓝芽)，少于1.5则该天线可运用的范围更广。由于测试结果显示本实施例天线的VSWR数值皆小于1.3，算是相当理想的状况。

AntennaGain	2.40	2.45	2.50	4.90	5.15	5.25	5.35	5.47	5.6475	5.725	5.825	5.875
													Peak	-0.41	0.32	-0.83	-0.72	0.98	1.51	0.98	2.49	1.00	1.36	1.53	1.35
AVG	-4.14	-3.98	-4.55	-3.93	-3.17	-3.48	-3.15	-1.09	-2.93	-2.34	-2.12	-2.49

天线的电压驻波比(VSWR)虽然重要，但需要与「增益」(Gain)一起配合来看，才更能显示出天线的效能。请参阅上表，为本实施例在符合无线标准规格频率下的天线增益状况，单位为dBi，包括有天线最大增益(Peak)与平均增益(AVG)。由表中可知，平均增益在2.40GHz的数值最大，但也仅为-4.14dBi，而最大增益在5.47GHz的数值最大，为2.49dBi，在高频带其余数据皆不超过2。因此我们可知，本发明的天线增益(Antenna Gain)与过去此类常用天线相比也毫不逊色。

由此可知，在本发明中采用这种似Z字型结构金属片，可使天线的信号馈入点P做更有弹性的调整，大幅改善天线结构的阻抗匹配问题，自然能获得更宽广的频带。此外，不需转折的联系组件更能有效简化天线的整体结构，使得本发明具备此类天线中较简单的结构与较广泛的效能。

以上所述的实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。因此，熟悉本技艺之人士可在不违背本发明之精神对上述实施例进行修改及变化，然皆不脱如附权利要求书所欲保护者。

Claims (11)

1.一种双频天线，包含有：

一接地组件；

一辐射组件，分为一第一辐射区块与一第二辐射区块，该第二辐射区块自该第一辐射区块以一第一方向延伸，且平行于该接地组件；及

一联系组件，位于该辐射组件与该接地组件之间，并以一第二方向延伸，其一端与该第一辐射区块相连，而该联系组件的另一端则与该接地组件相连，其中该联系组件以该第二方向与该接地组件相连形成一夹角，该夹角为介于0度或90度之间的任何角度，但不包括0度与90度，且该联系组件与该辐射组件、该接地组件间成一似Z字形结构。

2.如权利要求1所述的双频天线，其中该辐射组件的该第一辐射区块与该联系组件共同以平面倒F型天线的原理产生第一频带运作。

3.如权利要求1所述的双频天线，其中该辐射组件的该第二辐射区块与该联系组件共同以平面倒F型天线的原理产生第二频带运作。

4.如权利要求1所述的双频天线，其中该接地组件与该联系组件皆连接一传输线，该传输线为一同轴电缆，具有一内核导体与一外围导体，该内核导体由一绝缘材质包覆，并连接该联系组件，该外围导体则包围该绝缘材质，并连接该接地组件。

5.如权利要求1所述的双频天线，其申该辐射组件更具有多个突起，该些突起分别设置在第一辐射区块与第二辐射区块边缘，该些突起可随天线的特定操作频带做调整，使天线的操作特性达到较佳的情况，其中：

该些突起只在第一辐射区块或第二辐射区块其中之一设置，亦或完全不需设置；及/或

该些突起的形状是三角形或矩形。

6.如权利要求1所述的双频天线，其中该辐射组件、该接地组件与该联系组件全都配置在同一平面上。

7.如权利要求1所述的双频天线，其中该辐射组件和该联系组件所形成的第一平面与该接地组件所形成的第二平面呈一夹角结构。

8.一种双频天线，包含有：

一接地组件；

一辐射组件，分为一第一辐射区块与一第二辐射区块，该第二辐射区块自该第一辐射区块以一第一方向延伸，且平行于该接地组件；

一联系组件，位于该辐射组件与该接地组件之间，并以一第二方向延伸，其一端与该第一辐射区块相连，而该联系组件的另一端则与该接地组件相连；及

一信号馈入点，该信号馈入点位在该联系组件靠近该第一辐射区块端，该信号馈入点可以随天线阻抗匹配的需求调整位在该联系组件上的位置，其中该联系组件以该第二方向与该接地组件相连形成一夹角，该夹角为介于0度或90度之间的任何角度，但不包括0度与90度，且该联系组件与该辐射组件、该接地组件间成一似Z字形结构。

9.如权利要求8所述的双频天线，其中该辐射组件更具有多个突起，该些突起分别设置在第一辐射区块与第二辐射区块边缘，该些突起可随天线的特定操作频带做调整，使天线的操作特性达到较佳的情况，其中：

该些突起只在第一辐射区块或第二辐射区块其中之一设置，亦或完全不需设置；及/或

该些突起的形状是三角形或矩形。

10.一种双频天线，包含有：

一接地组件；

一辐射组件，分为一第一辐射区块与一第二辐射区块，该第二辐射区块自该第一辐射区块以一第一方向延伸，且平行于该接地组件；及

一联系组件，位于该辐射组件与该接地组件之间，并以一第二方向延伸，其一端与该第一辐射区块相连，而该联系组件的另一端则与该接地组件相连形成一夹角，该夹角为介于0度或90度之间的任何角度，但不包括0度与90度，且该联系组件与该辐射组件、该接地组件间成一似Z字形结构。

11.如权利要求10所述的双频天线，其中该辐射组件更具有多个突起，该些突起分别设置在第一辐射区块与第二辐射区块边缘，该些突起可随天线的特定操作频带做调整，使天线的操作特性达到较佳的情况，其中：

该些突起只在第一辐射区块或第二辐射区块其中之一设置，亦或完全不需设置；及/或

该些突起的形状是三角形或矩形。

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