CN101740859B

CN101740859B - 多频带天线

Info

Publication number: CN101740859B
Application number: CN200810178185XA
Authority: CN
Inventors: 黄金鼎
Original assignee: Pegatron Corp
Current assignee: Pegatron Corp
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: CN101740859A

Abstract

本发明公开一种多频带天线，包含回路微带线及寄生微带线。回路微带线包含信号馈入端及第一接地端，从信号馈入端至第一接地端的路径长为二分之一波长。寄生微带线包含第二接地端及第一开路端，从第一开路端至第二接地端的路径长为四分之一波长。信号由信号馈入端输入，使得回路微带线激发出第一共振模态频率。寄生微带线被回路微带线所包围，第一共振模态频率的电磁辐射耦合至寄生微带线，使得寄生微带线激发出第二共振模态频率，其中第二共振模态频率不同于第一共振模态频率。本发明的多频带天线利用回路微带线包围寄生微带线的设计，能满足多频通信功能，且能在局限的容纳空间内保持良好的通信质量。

Description

多频带天线

技术领域

本发明涉及一种多频带天线(multiband antenna)，尤其涉及一种在局限体积内能多频通信且保持良好通信质量的多频带天线。

背景技术

请参阅图1至图3，传统的天线有单极天线(Monopole antenna)1、回路天线(Loop antenna)2以及平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)3。单极天线1所激发的电磁波的共振模态频率由信号馈入端10至开路端12之间的路径长决定；回路天线2所激发的电磁波的共振模态频率由信号馈入端20至接地端22之间的路径长所决定；平面倒F型天线3类似于回路天线2及单极天线1的组合，可激发出两种不同共振模态频率的电磁波，其中之一共振模态频率由信号馈入端30至接地端32之间的路径长所决定，另一共振模态频率由信号馈入端30至开路端34之间的路径长所决定。

近年来，随着移动通信产业的发展，早期天线设计为外露螺旋天线(Helical antenna)，后期天线设计为了根据电子产品的轻薄趋势而发展出整合在产品内部的隐藏式天线，例如回路天线、单极天线或平面倒F型天线。目前而言，隐藏式天线已经成为移动通信装置的设计主流。然而，以手机为例，手机并非只有接听及播打电话的功能，还有照相、听音乐、无线上网、GPS定位甚至移动电视功能。为了整合多种功能，手机的内部电路模块也愈多且越复杂，致使天线的容纳空间越来越小。随着天线体积缩小，天线的发射及接收信号的效率(通信质量)也会变差。天线结构本身的尺寸仍存在其物理极限，如何把天线体积缩小但收信的质量依旧不变，是目前移动通信领域很重要的议题之一。

发明内容

因此，本发明提供一种多频带天线，能够在局限的容纳空间内，在不同频段下仍保持良好的通信质量。

本发明的一范畴在于提供一种多频带天线，能够在局限的容纳空间内，支持多频带的信号传递且能保持良好的通信质量。

为了达成上述范畴，在一实施例中，本发明的多频带天线包含回路微带线及寄生微带线。回路微带线包含信号馈入端及第一接地端，从信号馈入端至第一接地端的路径长为二分之一波长。寄生微带线包含第二接地端及第一开路端，从第一开路端至第二接地端的路径长为四分之一波长。

信号由回路微带线的信号馈入端输入，使得回路微带线激发出第一共振模态频率。寄生微带线被回路微带线所包围，第一共振模态频率的电磁辐射耦合至寄生微带线，使得寄生微带线激发出第二共振模态频率，其中第二共振模态频率不同于第一共振模态频率。

在另一实施例中，本发明的多频带天线还包含连接至回路微带线的开路微带线。开路微带线包含第二开路端，从信号馈入端至第二开路端的路径长为四分之一波长。信号由信号馈入端输入后，使得开路微带线激发出第三共振模态频率，其中第三共振模态频率不同于第二共振模态频率及第一共振模态频率。

本发明的多频带天线通过回路微带线围绕寄生微带线的线路设计，且通过寄生微带线一端接地且另一端开路的方式，激发出两种不同的共振模态频率。回路微带线所激发的具有第一共振模态频率的电磁辐射可耦合至寄生微带线，致使寄生微带线激发出第二共振模态频率。本发明的多频带天线不但增加了支持(接收及发射信号)的频段，且不需额外占据体积(寄生微带线被回路微带线所包围)。再者，本发明的回路微带线及寄生微带线的路径长度可适当地调整，以拉近第一共振模态频率及第二共振模态频率，从而可增加操作频宽。总言之，本发明的多频带天线利用回路微带线包围寄生微带线的设计，能满足多频通信功能，且能在局限的容纳空间内保持良好的通信质量。

关于本发明的优点与精神可以利用以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为传统的单极天线的示意图。

图2所示为传统的回路天线的示意图。

图3所示为传统的平面倒F型天线的示意图。

图4A所示为根据本发明一具体实施例的多频带天线的示意图。

图4B所示为图4A中的多频带天线的另一视角。

图5所示为图4A中的多频带天线在不同频率下的反射损耗。

图6所示为图4A中的多频带天线在GSM900频段下的信号传递效率。

图7所示为图4A中的多频带天线在DCS/PCS/WCDMA频段下的信号传递效率。

图8所示为根据本发明另一具体实施例的多频带天线的示意图。

具体实施方式

本发明的多频带天线主要可应用于手机通信领域，以满足手机的多频通信功能。举例来说，手机的通信频段有全球通信系统900(Global System forMobile Communications 900，GSM 900)所规范的880～960MHz、分散控制系统(Distributed Control System，DCS)所规范的1710～1880MHz、个人通信服务(Personal Communiations Service，PCS)所规范的1850～1990MHz以及宽带分码多任务(Wide band Code Division Multiple Access，WCDMA)所规范的1920～2170MHz。

本发明的多频带天线主要通过特殊的微带线配置及电磁辐射耦合作用，在局限的体积内能激发出不同频率的电磁波，并且保持良好通信质量。本发明的多频带天线如何达成上述结果，请参阅下述实施例说明。

请参阅图4A及图4B。图4A所示为根据本发明一具体实施例的多频带天线4的示意图。图4B所示为图4A的多频带天线4的另一视角。如图4A及图4B所示，本发明的多频带天线4包含回路微带线40及寄生微带线42，回路微带线40及寄生微带线42都贴附于电性绝缘的支撑体49上。

回路微带线40包含延伸及贴附于支撑体49的第二平面490的信号馈入端400及第一接地端402。回路微带线40从信号馈入端400开始依序地沿着第二平面490、第三平面492以及第一平面494延伸，再依序沿着第一平面494、第三平面492以及第二平面490延伸至第一接地端402，第一接地端402连接于金属接地件48而接地。

寄生微带线42包含延伸以及贴附于第二平面490的第二接地端422，以及包含延伸且贴附于第一平面494的第一开路端420。寄生微带线从第二接地端422开始依序地沿着第二平面490及第三平面492延伸至第一开路端420，第二接地端422连接于金属接地件48而接地。

从信号馈入端400至第一接地端402的路径长为二分之一波长，从第一开路端420至第二接地端422的路径长为四分之一波长。信号由回路微带线40的信号馈入端400输入，使得回路微带线40激发出第一共振模态频率。寄生微带线42被回路微带线40所包围，并且寄生微带线42与回路微带线40之间有一间隙(gap)，而间隙的大小并不受限，寄生微带线42与回路微带线40之间不接触即可。回路微带线40所激发出的具有第一共振模频率态的电磁辐射可耦合至寄生微带线42，使得寄生微带线42不需信号输入就可激发出第二共振模态频率。其中，为了涵盖不同通信频段，第二共振模态频率不同于该第一共振模态频率。因此，寄生微带线42不需要信号输入，就可通过电磁辐射耦合作用及适当的微带线配置(被回路微带线40所包围)，而激发出另一频段的共振模态频率。并且，寄生微带线42设置在原本回路微带线40所包围的面积上，因而不占据额外线路面积(不增加天线所占据的整体体积)。

为了让天线可接收及发射其它通信频率的信号，本发明的多频带天线4还包含连接至回路微带线40的开路微带线44，如图4A及图4B所示。开路微带线44包含第二开路端440，从信号馈入端400至第二开路端440的路径长为四分之一波长。信号由信号馈入端400输入后，除了流经回路微带线40之外，也可流经开路微带线44，因此使得开路微带线44激发出第三共振模态频率。其中，为了涵盖不同通信频段，第三共振模态频率不同于第二共振模态频率及第一共振模态频率。

若本发明的多频带天线置入在手机内，支撑体49的第二表面490及第一表面494分别对应手机的正面及背面，因此厚度d(相当于手机的正面到背面之间的距离)的大小影响到手机的整体厚度。但是，厚度d太小，天线的线路之间(例如：天线与金属接地件48间)容易产生干扰，厚度d太大则让手机不易缩小整体体积。如图4A及图4B所示，寄生微带线42设置在回路天线40所包围的表面上。所以，寄生微带线42除了增加多频带天线4的可支持的通信频段之外，并不需额外的容纳空间，而达成了手机多频通信功能及满足轻薄性设计的目的。

此外，本发明的多频带天线于此设计下，仍保持良好的通信质量，请参阅图5。图5所示为图4A的多频带天线于不同频率下的反射损耗，如步骤S11。图5的量测频段涵盖0.5～3GHz(也就是500～3000MHz)，也就是涵盖了手机常用通信频段(GSM900、DCS、PCS、WCDMA)。在一般天线理论中，越低的反射损耗(越小的S11的值)代表天线发射信号时，大部分的输入的能量能够被传递出去，只有小部分的能量反弹回来，也就是代表较佳的通信质量。因而，利用图5的反射损耗曲线，可判断本发明的多频带天线应用于手机通信的通信质量。

一般而言，反射损耗(如步骤S11)以-4dB作为参考标准，反射损耗低于-4dB代表可接受的通信质量。请同时参阅下列表1，表1列举图5中反射损耗(如步骤S11)低于-4dB时，所涵盖的频率范围及频宽(涵盖频率范围的最大值减去最小值)。需补充说明的是，在此实施例中，图4A及图4B中的多频带天线4所激发的三种共振模态频率(第一共振模态频率、第二共振模态频率以及第三共振模态频率)位于图5中的三个凹陷处的频段。一般来说，第三共振模态频率对应GSM频段，第一共振模态频率及第二共振模态频率对应DCS/PCS/WCDMA频段。此外，可适当地调整回路微带线40及寄生微带线42的路径长度，让第一及第二共振模态的频率(图5中频率大于1.5GHz的两个频段(凹陷处))较为接近，进而可增大涵盖DCS/PCS/WCDMA频段的频率范围。

表1

厚度	涵盖GSM900的频率范围(MHz)	频宽(MHz)	涵盖DCS/PCS/WCDMA的频率范围(MHz)	频宽(MHz)
					8mm	869～1061	192	1663～2232	569
6mm	865～1030	165	1690～2210	520
					4mm	873～990	117	1700～2312	612

一般来说，传统天线所占据体积的厚度为8mm～10mm。但是，如图5所示，本发明的多频带天线4所占据体积的厚度d在4mm～8mm时，在GSM900(880～960MHz)、DCS(1710～1880MHz)、PCS(1850～1990MHz)以及WCDMA(1920～2170MHz)的规范频段的反射损耗都低于-4dB。甚至，由表1可知，本发明的多频带天线4在厚度d为4mm时，具有良好通信质量(S11<-4dB)的频率范围(873～990MHz及1700～2312MHz)都涵盖了GSM900、DCS、PTC以及WCDMA的规范频段。因此，由图5及表1可知，本发明的多频带天线4的通信频段涵盖了目前常见的无线通信频段，达成多频通信功能。并且，本发明的多频带天线在每一个通信频段的反射损耗都低于参考标准(-4dB)，因而保持了良好的通信质量。

此外，请参阅图6及图7。图6所示为图4A中的多频带天线4在GSM900频段下的信号传递效率(Efficiency)。图7所示为图4A的多频带天线4在DCS/PCS/WCDMA频段下的信号传递效率。意义上，图6及图7的信号传递效率与图5的反射损耗是相对的。若反射损耗大，代表大部分输入天线的能量都反弹回来并未传递出去，也就是信号传递效率差，也代表天线的增益较低。

一般来说，信号传递效率达到40％以上代表良好的通信质量。如图6及图7所示，厚度d从8mm缩小至4mm时，也就是天线的线路彼此之间越接近时，本发明的多频带天线4在不同频段内(GSM900、DCS、PCS以及WCDMA)的信号传递效率都能保持40％以上。因此，由图6及图7的信号传递效率曲线可知，本发明的多频带天线4在局限空间(厚度d＝8mm～4mm)内，仍能保持良好的通信质量。

本发明不限于如图4A及图4B所示的多频带天线4的设计。请参阅图8，图8所示为本发明另一具体实施例的多频带天线的示意图。

相较于图4B中的多频带天线4，图8中的多频带天线7的回路微带线70、寄生微带线72以及开路微带线74都在两个不平行(夹一角度)且互相连接的平面(第一平面794及第二平面790)上延伸。此外，寄生微带线72的第一开路端720及开路微带线74的第二开路端740都在第一平面794上延伸。回路微带线70的信号馈入端700、第一接地端702以及寄生微带线72的第二接地端722都在第二平面790上延伸。虽然图8中的多频带天线7的设计不同于图4A及图4B中的多频带天线4的设计，但是激发的电磁辐射的共振模态频率(或波长)取决于微带线的路径长度，因此本发明的多频带天线可多元化设计线路配置，并不局限于图4A、图4B以及图8所示的设计。

本发明的多频带天线的线路设计中寄生微带线需被回路微带线所包围，且回路微带线及寄生微带线的路径长需分别为二分之一波长及四分之一波长即可支持两个通信频段。线路的形状设计、弯曲角度或设置位置都不受限。当然，要支持其它通信频段，只需加天线以及调整新天线的路径长即可，同样也不需受限于特定形状、设置位置或弯曲角度。

相较于现有技术，本发明的多频带天线通过回路微带线围绕寄生微带线的线路设计，且通过寄生微带线一端接地且另一端开路的方式，激发出两种不同共振模态频率。回路微带线所激发的具有第一共振模态频率的电磁辐射可耦合至寄生微带线，致使寄生微带线激发出第二共振模态频率。本发明的多频带天线不但加了支持(接收及发射信号)的频段，且不需额外占据体积(寄生微带线被回路微带线所包围)。再者，回路微带线及寄生微带线的路径长度可适当地调整，以拉近第一共振模态频率及第二共振模态频率，从而可加操作频宽。总言之，本发明的多频带天线利用回路微带线包围寄生微带线的设计，能满足多频通信功能，且能于局限的容纳空间内保持良好的通信质量。

利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变以及具有相等性的安排在本发明所要申请的权利要求书的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求书的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具有相等性的安排。

Claims

1.一种多频带天线，其特征是，包含：

回路微带线，包含信号馈入端及第一接地端，从上述信号馈入端至上述第一接地端的路径长为二分之一波长，信号由上述信号馈入端输入，使得上述回路微带线激发出第一共振模态频率；以及

寄生微带线，包含第二接地端及第一开路端，从上述第一开路端至上述第二接地端的路径长为四分之一波长，上述寄生微带线被上述回路微带线所包围，具有上述第一共振模态频率的电磁辐射耦合至上述寄生微带线，使得上述寄生微带线激发出第二共振模态频率，上述第二共振模态频率不同于上述第一共振模态频率。

其中，上述第一开路端沿着第一平面延伸，上述信号馈入端、上述第一接地端以及上述第二接地端沿着连接于上述第一平面的第二平面延伸。

2.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征是，上述第一平面与上述第二平面之间夹一个角度。

3.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征是，上述回路微带线和上述寄生微带线贴附在电性绝缘的支撑体。

4.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征是，上述回路微带线与上述寄生微带线之间有间隙。

5.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征是，上述多频带天线还包含连接至上述回路微带线的开路微带线，上述开路微带线包含第二开路端，从上述信号馈入端至上述第二开路端的路径长为四分之一波长，上述信号由上述信号馈入端输入后，使得上述开路微带线激发出第三共振模态频率，上述第三共振模态频率不同于上述第二共振模态频率和上述第一共振模态频率。

6.根据权利要求5所述的多频带天线，其特征是，上述第一开路端和上述第二开路端沿着第一平面延伸，上述信号馈入端、上述第一接地端以及上述第二接地端沿着第二平面延伸，上述第一平面平行于上述第二平面。

7.根据权利要求6所述的多频带天线，其特征是，上述第一平面与上述第二平面之间的距离在4厘米至8厘米的范围内。