CN101533947B

CN101533947B - 双馈入天线

Info

Publication number: CN101533947B
Application number: CN200910038776A
Authority: CN
Inventors: 周瑞宏; 苏绍文
Original assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Electronics Guangzhou Co Ltd
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: US20100265151A1; US8174458B2; CN101533947A

Abstract

一种双馈入天线，其包括：一基板，一第一天线体以及一第二天线体，该第二天线体包括一第二辐射单元及一第二接地单元，该第二辐射单元包括一第二辐射体，该第二辐射体为一第一凹槽形状，其具有一第一凹槽底部及一对第一凹槽开口端；该第二接地单元包括一第一子接地面及一第二子接地面，该第二子接地面为一第二凹槽形状，其具有一第二凹槽底部及一对第二凹槽开口端，该第一子接地面与该第二子接地面在该第二凹槽底部交叉连接，该对第二凹槽开口端对称地分布于该第一子接地面的两侧；该第一凹槽的开口方向与第二凹槽的开口方向相反，该第一凹槽开口端至该第二凹槽开口端的距离略等于一预定高频频段的二分之一波长。

Description

双馈入天线

技术领域

本发明涉及一种天线结构，尤指一种可涵盖两种无线局域网络频段的双频天线结构。

背景技术

天线为许多无线通讯设备产品中不可或缺的必备组件，也是通讯产品能否顺遂地接收空中电波主要构成要件。随着无线通讯设备与消费性电子产品的日趋多元，对天线设计的要求亦愈加严苛，一方面必须配合无线产品造型设计并兼顾接收/发射效能，一方面则要满足各种无线通讯技术的电磁波特性，让天线技术不断朝宽带化与微型化方向迈进。

无线通讯技术的蓬勃发展，市场对于天线的需求量亦急速提升，现阶段手机、笔记型计算机、全球卫星定位系统、数字电视、多重输入多重输出(MIMO)等应用，都须仰赖天线来发射与接收讯号。天线为无线通讯设备与外界沟通的必备组件，负责无线讯号的发送与接收，由于位处射频系统的第一线，因此天线对于讯号接收质量的好坏，对整体无线通讯系统的运作效能影响甚巨。而随着终端用户对于商品造型、省电，以及传输速度与范围的要求日益增加，且不同应用领域对于天线特性的要求亦不尽相同，相对使得天线的设计面临更严苛的技术挑战。

传统无线局域网络或802.11a/b/g/n桥接点天线大多为双频桥接点天线结构，特别是多输入多输出天线系统。这类型天线系统通常为单频2.4-GHz或双频2.4/5-GHz天线组成，此一双频偶极天线因只有单一馈入，应用于双频或同步双频路由器时，需额外在电路中增加一切换电路或双工器电路，用以将两个不同频段的讯号分离，由于增加此一电路，使得产品成本增加，更进而影响天线本身的特性，造成频宽降低、增益与效率降低等。

要解决上述双频桥接点天线系统使用不便、需额外增加电路的问题，如先前专利I255588及先前美国专利US6448932所示，提供一双馈入双频天线结构，设计有两个馈入系统，可轻松地应用于双频或同步双频的产品中，无须额外加增任何电路系统，进而节省产品成本，亦可发挥天线的最佳特性。上述相关技术天线结构在量产至实际应用上，都需一庞大的接地面，将两天线共享一接地面，或额外用一塑料基底支撑天线，提高天线的制造成本与复杂度，且因需要一大接地面，使得此一类型的天线，无法广泛应用于各种不同的无线通讯产品。

因此，本发明人有感上述缺失之可改善，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的本发明。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种体积小、结构简单且制造成本低的双馈入天线。

为了达成上述的目的，本发明提供一种双馈入天线，其包括：一基板，其包括一第一表面及与该第一表面相对的一第二表面；一第一天线体，其包括一第一辐射单元及一第一接地单元，该第一辐射单元及该第一接地单元分别成型于该基板的同一表面或相异表面上；该第一辐射单元包括一第一辐射体，该第一辐射体以蜿蜒曲折的方式设置在该基板的第一表面或第二表面，该第一辐射体靠近该第一接地单元的一端设置有一第一馈入点，该第一馈入点不落入该第一接地单元在基板上所覆盖或投影的范围；以及

一第二天线体，其包括一第二辐射单元及一第二接地单元，该第二辐射单元与该第二接地单元分别成型于该基板的第一表面和第二表面上，该第二接地单元与该第一接地单元相靠近；

其中，该第二辐射单元包括一第二辐射体，该第二辐射体为一第一凹槽形状，其具有一第一凹槽底部及一对第一凹槽开口端；该第二接地单元包括一第一子接地面及一第二子接地面，该第二子接地面为一第二凹槽形状，其具有一第二凹槽底部及一对第二凹槽开口端，该第一子接地面与该第二子接地面在该第二凹槽底部交叉连接，该对第二凹槽开口端对称地分布于该第一子接地面的两侧；该第一凹槽的开口方向与第二凹槽的开口方向相反，该第一凹槽开口端至该第二凹槽开口端的距离略等于一预定高频频段的二分之一波长；该第二辐射单元还包括与该第二辐射体相连接的一微带传输线，该微带传输线远离该第二辐射体的一端设置有一第二馈入点；该第二接地单元的第一子接地面在对应该第二馈入点的一端设置有一第二接地点。

优选的，该第一凹槽底部至该第一凹槽开口端的垂直距离定义为该第二辐射体的长度，该第二凹槽底部至该第二凹槽开口端的垂直距离定义为该第二子接地面的长度，该第二辐射体的长度约等于该第二子接地面的长度。

优选的，该第一凹槽为U型凹槽、V型凹槽、矩型凹槽或弧形凹槽。

优选的，该第二凹槽为U型凹槽、V型凹槽、矩型凹槽或弧形凹槽。

优选的，该第一子接地面为一长方形、圆形或椭圆型，其长边、直径或长轴的尺寸大于或等于一预定高频频段的二分之一波长。

优选的，该第一辐射体长度略小于一预定低频频段的四分之一波长。

优选的，该第一辐射单元还包括一短路细片，其呈倒L型，连接该第一辐射体及该第一接地单元。

优选的，该第一接地单元包括一第一接地面及一第一接地点，该第一接地面为一长方形、正方形、多边形、圆形或椭圆形，其长边、直径或长轴的尺寸略等于一预定低频频段的四分之一波长，该第一接地点设置于该第一接地面靠近该第一辐射体的一端。

本发明具有以下有益的效果：该双馈入天线可同时产生一低频操作频带与一高频操作频带，更因为双馈入的特点，因而不需要在天线馈入端外接一切换电路，故可避免天线特性的降低，同时可满足双模块应用的需求，且实验证明，该双馈入天线具有良好的电学特性。尤其是，该双馈入天线只需要一小面积的金属做为天线的接地面，故整体体积具有微小化的特点，使本双馈入天线更可广泛的应用于无线产品的机壳内部。此外，该双馈入天线结构简单而具有模块化的特点，故可简化制程进而降低天线制作的成本。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明第一实施例双馈入天线的结构示意图；

图2是本发明第二实施例双馈入天线的结构示意图；

图3是本发明第三实施例双馈入天线的结构示意图；

图4是本发明第四实施例双馈入天线的结构示意图；

图5是本发明第五实施例双馈入天线的结构示意图；

图6是本发明第六实施例双馈入天线的结构示意图；

图7是本发明第七实施例双馈入天线的结构示意图；

图8是本发明第八实施例双馈入天线的结构示意图；

图9是本发明第九实施例双馈入天线的结构示意图；

图10是本发明第十实施例双馈入天线的结构示意图；

图11是本发明第十一实施例双馈入天线的结构示意图；

图12是本发明第十二实施例双馈入天线的结构侧面示意图；

图13是本发明第十二实施例双馈入天线的正反两面结构示意图；

图14是本发明第一实施例双馈入天线反射系数及隔离度的量测结果图；

图15是本发明第一实施例双馈入天线在2442MHz的二维辐射图；

图16是本发明第一实施例双馈入天线在5490MHz的二维辐射图；以及

图17是本发明第一实施例双馈入天线的天线增益与辐射效率实验曲线图。

具体实施方式

请参阅图1，包括图1a和图1b，本发明第一较佳实施例提供的一种双馈入天线100，其包括一长条形的基板10，一第一天线体20以及一第二天线体30。其中该基板10具有一第一表面11以及一第二表面12，该第一天线体20以及第二天线体30分别形成于该基板10的第一表面11或第二表面12上。图1a表达的是第一天线体20以及第二天线体30的部分组件在基板10的第一表面11上的分布情况，图1b表达的是第二天线体30的部分组件在基板10的第二表面12上的分布情况。第一天线体20包括一第一辐射单元21以及一第一接地单元22，该第一辐射单元21和第一接地单元22均形成于该基板10的第一表面11上。该第二天线体30包括一第二辐射单元31以及一第二接地单元32，其中该第二辐射单元形成于该基板10的第二表面12上，该第二接地单元32形成于该基板10的第一表面11上，且该第二接地单元32靠近该第一接地单元22设置，该第二接地单元32、该第一接地单元22以及该第一辐射单元21依次沿基板10的长度方向顺序排列。

如图1a所示，该第一辐射单元21进一步包括一第一辐射体211，一短路细片212以及一第一馈入点213；该第一接地单元22进一步包括一第一接地面221以及一第一接地点222。该第一辐射体211以蜿蜒曲折的方式设置在该基板10的一端，该短路细片212呈L型，连接该第一辐射体211与该第一接地面221。该第一天线体20还包括一同轴传输线23，该同轴传输线23耦接该第一辐射单元21与该第一接地单元22，具体的，该同轴传输线23具有一中心导体231以及一外层接地导体232，其中该中心导体231电性连接于该第一馈入点213，而该外层接地导体232则电性连接于该第一接地点222。

结合图1a及图1b，该第二辐射单元31进一部包括一第二辐射体311、一微带传输线312以及一第二馈入点313；该第二接地单元32包括一第一子接地面321、一第二子接地面322以及一第二接地点323。该第二天线体30还包括一同轴传输线33，其耦接该第二辐射单元31与该第二接地单元32，具体的，该同轴传输线33具有一中心导体331以及一外层接地导体332，其中该中心导体331电性连接于该第二馈入点313，而该外层接地导体332则电性连接于该第二接地点323。

该第二辐射体311为一第一凹槽形状，该第一凹槽开口朝向该第一天线体20。该第一凹槽具有一第一凹槽底部311a及一对第一凹槽开口端311b，该第一凹槽底部311a至该第一凹槽开口端311b的垂直距离定义为该第二辐射体311的长度，用h1表示。该微带传输线312从该第一凹槽底部311a向远离该第一天线体20的方向延伸至该基板10的一端，该第二馈入点313设置在该微带传输线312远离该第一天线体20的一端上。

该第二子接地面322为一第二凹槽形状，该第二凹槽开口背离该第一天线体20。该第二凹槽具有一第二凹槽底部322a及一对第二凹槽开口端322b，第一子接地面321与第二子接地面322在该第二凹槽底部322a交叉连接，该第二凹槽底部322a至该第二凹槽开口端322b的垂直距离定义为第二子接地面322的长度，用h2表示。该第一子接地面321与该第二子接地面322在该第二凹槽底部322a交叉相连，该对第二凹槽开口端322b对称地分布于该第一子接地面321的两侧，该第二接地点323设置在该第一子接地面321远离该第一天线体20的一端上。

该第二辐射体311的长度h1与该第二子接地面322的长度h2大致相等。其中，在基板10的相异两表面12、11上分别形成该第二辐射体311和第二子接地面322的时候，优选该第一凹槽底部311a与该第二凹槽底部322a位于该基板10的同一位置上，即该第一凹槽底部311a与该第二凹槽底部322a重迭，中间夹隔一层基板10。当然该第一凹槽底部311a与该第二凹槽底部322a也可以不重迭，但该第二辐射体311与该第二子接地面322应以相互远离的方式设置，而不能交叉设置，只是该相互远离的方式设置时，应当以该第一凹槽底部311a与该第二凹槽底部322a尽量靠近为原则。因此，优选的，如图1中所示的该第一凹槽开口端311b至该第二凹槽开口端322b的距离h略等于该第二辐射体311的长度h1与该第二子接地面322的长度h2之和。此外，要求该第一子接地面321的长度不小于该第一凹槽开口端至该第二凹槽开口端的距离h，因此，该第一子接地面321的长度可以视为该第二天线体30的长度，其不小于该第二辐射体311的长度h1与该第二子接地面322的长度h2之和。

其中，该第一天线体20与该第二天线体30用以产生一第一频段以及一第二频段，其中该第一频段与该第二频段可以为不同操作频段，亦可为相同频段。在本实施列中，该第一频段与该第二频段可分别涵盖室内无线局域网络的低频(如2400～2484MHz)以及无线局域网络的高频(如5150～5875MHz)所需的宽频频宽。为满足该条件，该第一天线体20的第一辐射体211的长度(指该第一辐射体211自然延伸的总长度)应设计为略小于该低频频段的四分之一波长，该第一接地面221的长度应略等于该低频频段的四分之一波长；该第二天线体30的该第二辐射体311开口端311b至该第二凹槽开口端322b的距离h略等于该高频频段的二分之一波长，该第二天线体30的第一子接地面321的长度不小于该高频频段的二分之一波长。

该双馈入天线并不需要大面积的接地面做为天线辐射的条件，藉此可缩小天线整体体积，且结构简单、制作容易、成本低廉。

当然，该双馈入天线100的具体结构还可作多种变化，结合图2至图13，分别介绍本发明其它实施例中双馈入天线100的具体结构。

如图2所示，本发明第二实施例提供的双馈入天线100，其第一天线体20的第一辐射体211以不同于第一实施例中的方式蜿蜒曲折地设置在该基板10的一端。同样，如图3所示，本发明第三实施例提供的双馈入天线100，其第一天线体20的第一辐射体211以另一种方式蜿蜒曲折地设置在该基板10的一端。该第一实施例至第三实施例中该第一辐射体211的自然延伸长度是一样的，且优选为略小于该低频频段的四分之一波长，但该第一辐射体211可以有不同的弯曲的设置方式，只要其设置于该基板10的一端，且尽量占用基板10一端较短的长度，以缩小该第一天线体20的总体长度，从而进一步减小该双馈入天线100的体积。

如图4至图6所示，本发明第四实施例至第六实施例提供的双馈入天线100，其第一天线体20的第一接地面221分别为圆形、椭圆型和正六边形，而其它部件结构与第一实施例相同。该第四至第六实施例说明，本发明提供的双馈入天线100，其第一天线体20的第一接地面221可以为多种形状，不局限实施例所提供的形状，只要满足其长度方向的尺寸略等于低频频段的四分之一波长即可。

如图7和图8所示，本发明第七和第八实施例提供的双馈入天线100，其第二天线体30的第二辐射体311与第二子接地面322与第一实施例中的方形凹槽形状不同，分别具有一弧形凹槽形状和V型凹槽形状，其它部件的结构则与第一实施例相同。只是，如图7所示，该第二辐射体311的凹槽开口方向与第一实施例不同，其开口朝下，而该第二子接地面322的凹槽开口方向朝上。该两个实施例说明，该第二天线体30的第二辐射体311与第二子接地面322的凹槽形状可以多种形式，不限于方形凹槽、弧形凹槽和V型凹槽形状，只要满足其开口方向相反，且第二辐射体311的凹槽开口端至第二子接地面322的凹槽开口端的距离略等于该高频频段的二分之一波长即可。

如图9所示，本发明第九实施例提供的双馈入天线100，其第二天线体30的第二子接地面322具有一U型凹槽形状，其它部件则与第一实施例完全相同。该第九实施例除了说明该第二天线体30的第二辐射体311与第二子接地面322的凹槽形状可以多种形式外，还说明该第二辐射体311与第二子接地面322的凹槽形状可以不相同，一个为U型，另一个为方形。

如图10所示，本发明第十实施例提供的双馈入天线100，其第二天线体30的第一子接地面321的形状为椭圆形，而不再是前九个实施例中那种长条形，其它部件则与第七实施例完全相同。该实施例说明，该第二天线体30的第一子接地面321的形状可以作出多种形状的变化，不限于长条形、椭圆形等。

如图11所示，本发明第十一实施例提供的双馈入天线100，其第二天线体30的第一子接地面321的形状为圆形，其第二子接地面322为开口向下的圆弧型凹槽形状，其第二辐射体311为开口向上的圆弧形凹槽形状，其它部件与第一实施例相同。特别的是，该第二辐射体311的凹槽开口端至第二子接地面322的凹槽开口端的距离h等于该第一子接地面321的直径，而不同于其它实施例中该第一子接地面321长度方向上的尺寸总是大于该第二辐射体311的凹槽开口端至第二子接地面322的凹槽开口端的距离h。因此，该实施例除了说明该第一子接地面321的形状不限于长条形、椭圆形之外，还说明该第一子接地面321的长度尺寸可以等于该第二辐射体311的凹槽开口端至第二子接地面322的凹槽开口端的距离h，当该第一子接地面321的长度尺寸可以等于该第二辐射体311的凹槽开口端至第二子接地面322的凹槽开口端的距离h时，该第二天线体30的尺寸达到最小。

请结合参阅图12和图13，本发明第十二实施例提供的双馈入天线100，其各部件形状和结构与第一实施例基本相同，其特别之处在于，该第一天线体20的第一辐射单元21与第一接地单元22分别形成于该基板10的第一表面11和第二表面12上，即与其它实施例不同，该第一辐射单元21与第一接地单元22形成于该基板10的相异两表面上。此外，该第二天线体30的第二辐射单元31形成于该第一表面11上，与该第一辐射单元21形成于基板10的同一表面上；而该第二天线体30的第二接地单元32形成于该第二表面12上，与该第一接地单元形成于该基板10的同一表面上。为耦接该第一辐射单元21与该第一接地单元22，在该基板10上形成有一通孔15，该同轴传输线23的外层接地导体232则穿过该通孔15与该第一接地点222电性连接。该实施例说明，该第一天线体20的第一辐射单元21和第一接地单元22也可根据需要设置在基板10的相异表面，而不限于设置在基板10的同一表面。

以下以第一实施例的双馈入天线100为对象，结合图14至图17，介绍本发明提供的双馈入天线100在进行天线实验时所量测的特性表现：

请参考图14，本发明第一实施例双馈入天线100反射系数及隔离度的量测结果图。其中返回损失曲线C11代表该双馈入天线100在低频范围的表现，返回损失曲线C22则代表该双馈入天线在高频范围的表现，而隔离度曲线C21则为两频率的干扰情况。一般来说，天线阻抗频宽特性在-10dB以下则可以提供较佳的传输质量，由图14可看出，该双馈入天线100的C11曲线在小于-10dB的阻抗频宽定义下满足2400～2484MHz；同样地，曲线C22在5150～5875MHz时亦满足小于-10dB的条件；另一方面，曲线C21在高频段或低频段的部分均小于-20dB，说明两者之间具有相当良好的隔离度，使两频段在操作时不易发生干扰。

请参阅图15，为第一实施例提供的双馈入天线100的第一天线体20激发在2442MHz的二维辐射图，从X-Y平面、X-Z平面以及Y-Z平面上的辐射场型可看出，该双馈入天线100在2442MHz的辐射场型在X-Y平面为良好的全向性辐射场型，满足一般无线局域网络操作的应用需求。

请参阅图16，为第一实施例提供的双馈入天线100的第二天线体30激发在5490MHz的二维辐射图，从X-Y平面、X-Z平面以及Y-Z平面上的辐射场型可看出，该双馈入天线100在5490MHz的辐射场型在X-Y平面为良好的全向性辐射场型，满足一般无线局域网络操作的应用需求。

请参阅图17，本发明第一实施例提供的双馈入天线100的天线增益与辐射效率实验曲线图，其中，C44为天线增益曲线，表示天线的增益值，C55为辐射效率曲线，表示天线的辐射效率。而从实验曲线中可发现，该双馈入天线100在低频和高频频段其增益值均大于2dBi，且其辐射效率均大于80％，因此，该双馈入天线100在低频频段和高频频段均可满足讯号传输的要求。

综上所述，本发明具有下列几项优点：

1.本发明提出的双馈入天线100，可同时产生一低频操作频带与一高频操作频带，更因为双馈入的特点，因而不需要在天线馈入端外接一切换电路，故可避免天线特性的降低，同时可满足双模块应用的需求。

2.另一方面，本发明提出的双馈入天线100只需要一小面积的金属做为天线的接地面，故整体体积具有微小化的特点，使本双馈入天线100更可广泛的应用于无线产品的机壳内部。

3.本发明提出的双馈入天线100的结构简单而具有模块化的特点，故可简化制程进而降低天线制作的成本。

惟以上所述仅为本发明的较佳实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。

Claims

1.一种双馈入天线，其包括：

一基板，其包括一第一表面及与该第一表面相对的一第二表面；

一第一天线体，其包括一第一辐射单元及一第一接地单元，该第一辐射单元及该第一接地单元分别成型于该基板的同一表面或相异表面上；该第一辐射单元包括一第一辐射体，该第一辐射体以蜿蜒曲折的方式设置在该基板的第一表面或第二表面，该第一辐射体靠近该第一接地单元的一端设置有一第一馈入点，该第一馈入点不落入该第一接地单元在基板上所覆盖或投影的范围；以及

其中，该第二辐射单元包括一第二辐射体，该第二辐射体为一第一凹槽形状，其具有一第一凹槽底部及一对第一凹槽开口端；该第二接地单元包括一第一子接地面及一第二子接地面，该第二子接地面为一第二凹槽形状，其具有一第二凹槽底部及一对第二凹槽开口端，该第一子接地面与该第二子接地面在该第二凹槽底部交叉连接，该对第二凹槽开口端对称地分布于该第一子接地面的两侧；该第一凹槽的开口方向与第二凹槽的开口方向相反；该第二辐射单元还包括与该第二辐射体相连接的一微带传输线，该微带传输线远离该第二辐射体的一端设置有一第二馈入点；该第二接地单元的第一子接地面在对应该第二馈入点的一端设置有一第二接地点。

2.如权利要求1所述的双馈入天线，其特征在于，该第一凹槽开口端至该第二凹槽开口端的距离略等于一预定高频频段的二分之一波长。

3.如权利要求2所述的双馈入天线，其特征在于，该第一凹槽底部至该第一凹槽开口端的垂直距离定义为该第二辐射体的长度，该第二凹槽底部至该第二凹槽开口端的垂直距离定义为该第二子接地面的长度，该第二辐射体的长度约等于该第二子接地面的长度。

4.如权利要求1～3中任一项所述的双馈入天线，其特征在于，该第一凹槽为U型凹槽、V型凹槽、矩型凹槽或弧形凹槽。

5.如权利要求1～3中任一项所述的双馈入天线，其特征在于，该第二凹槽为U型凹槽、V型凹槽、矩型凹槽或弧形凹槽。

6.如权利要求1～3中任一项所述的双馈入天线，其特征在于，该第一子接地面为一长方形、圆形或椭圆型，其长边、直径或长轴的尺寸大于或等于一预定高频频段的二分之一波长。

7.如权利要求1～3中任一项所述的双馈入天线，其特征在于，该第一辐射体长度略小于一预定低频频段的四分之一波长。

8.如权利要求7所述的双馈入天线，其特征在于，该第一辐射单元还包括一短路细片，其呈L型，连接该第一辐射体及该第一接地单元。

9.如权利要求1～3中任一项所述的双馈入天线，其特征在于，该第一接地单元包括一第一接地面及一第一接地点，该第一接地面为一长方形、正方形、多边形、圆形或椭圆形，其长边、直径或长轴的尺寸略等于一预定低频频段的四分之一波长，该第一接地点设置于该第一接地面靠近该第一辐射体的一端。