CN101752657B - 多频天线 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多频天线，包含接地面、支撑基板及金属辐射元件。其中，支撑基板的一侧边邻近接地面的一侧边；金属辐射元件位于支撑基板的表面上。金属辐射元件并包含：辐射部，其具有槽缝；短路部，其一端电气连接至辐射部，另一端则电气连接至接地面；以及馈入部，其包括天线馈入点，天线馈入点用于电气连接至信号源，且馈入部与辐射部之间具有第一间距，馈入部与短路部之间具有第二间距。本发明的多频天线结构简单，同时天线尺寸较小，容易印刷或蚀刻于支撑基板上，使得制作成本低廉，故本发明天线相当符合现今移动通信装置的需求。

Description

多频天线

技术领域

本发明涉及一种多频天线，特别涉及一种具有耦合式馈入的多频短路单极天线。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的发展与进步，各式各样的无线通信产品也随之出现，而笔记本计算机结合无线通信网络即是相当普遍的应用。以往的笔记本计算机多以无线区域网络(Wireless Local Area Network，WLAN)为主，然而为了满足现今更多无线功能的应用，如无线广域网络(Wireless WideArea Network，WWAN)及全球互通微波存取(World Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)等无线应用，笔记本计算机的天线设计势必朝向多频化的趋势。传统的笔记本计算机的WLAN天线多以双频倒F形天线为主，然而此种形式的天线体积通常较大，倘若要在有限的笔记本计算机内部空间以传统天线来达成多频或WLAN/WiMAX双网操作，其具有相当高的挑战性。如中国台湾专利公告号第I293215号“一种双频倒F形天线”，其公开一种利用双路径的方式来达成双频操作，然而其天线体积较大，且天线结构也不适合未来多频化的应用。

因此，有必要提供一种多频天线，其适用于移动通信装置，以改善现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多频天线，其可同时涵盖WLAN及WiMAX的不同频段的操作。

为达成上述目的，本发明的多频天线，包含：接地面、支撑基板及金属辐射元件。其中，支撑基板的一侧边邻近接地面的一侧边；金属辐射元件，位于支撑基板的表面上。金属辐射元件包含：馈入部、辐射部及短路部。辐射部具有槽缝，用于激发一带拒频带，使得多频天线产生一操作频带；短路部的一端电气连接至辐射部，另一端电气连接至接地面；馈入部被辐射部、短路部及接地面所包围，馈入部包括天线馈入点，其用于电气连接至信号源，且馈入部与辐射部之间具有第一间距，馈入部与短路部之间具有第二间距。

本发明还提出了另一多频天线，包含：接地面；支撑基板，该支撑基板的一侧边邻近该接地面的一侧边；以及金属辐射元件，位于该支撑基板的一表面上，该金属辐射元件包含：天线接地面，电气连接至该接地面；辐射部，具有一槽缝，该槽缝激发一带拒频带，使得该天线产生一操作频带；短路部，其一端电气连接至该辐射部，另一端则电气连接至该天线接地面，该短路部与该辐射部的长度总和少于该天线最低操作频带中心频率的1/4波长；以及馈入部，其被该辐射部、该短路部及该天线接地面所包围，该馈入部包括一天线馈入点，其用于电气连接至一信号源，且该馈入部与该辐射部之间具有一第一间距，该馈入部与该短路部之间具有一第二间距。

根据本发明的其中的一实施方式，以耦合馈入方式将电磁能量由该馈入部通过该第一间距及该第二间距来激发该多频天线，进而能产生天线第一(最低)操作频带、第二操作频带及第三操作频带。其中，短路部与辐射部的长度总和少于多频天线的第一(最低)操作频带中心频率的1/4波长，而这个特性是由于本发明多频天线是以蚀刻或印刷方式形成于支撑基板上，因此天线共振长度会较一般1/4波长短。此外，本发明天线于辐射部置入槽缝(其长度接近4GHz的1/4波长)，因此槽缝能激发一位于4GHz左右的带拒频带，同时使得多频天线能于频率3.5GHz附近产生一个新的共振点(虚部阻抗零点)，成功产生新的共振模态来涵盖3.5GHz WiMAX的操作频带(多频天线的第二操作频带)，且该带拒频带对于该天线原有的2.5GHz频带(多频天线的第一(最低)操作频带)及5.5GHz频带(多频天线的第三操作频带)两个操作频带影响甚小。本天线经由适当调整第一间距与第二间距，可使天线三个操作频带均达成良好的阻抗匹配，进而能够满足2.4/5.2/5.8GHz WLAN(2400～2484/5150～5350/5725～5825MHz)以及2.5/3.5/5.5GHz WiMAX(2500～2690/3400～3700/5250～5850MHz)的多频操作，同时本天线具有相当小的尺寸(可仅约9x13mm2)，适合置放于笔记本计算机内部或移动通信装置内部为内藏式天线应用。

由于本发明构造新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请发明专利。

附图说明

图1为本发明天线第一实施例的结构图。

图2为本发明天线第一实施例的实测返回损失图。

图3为本发明天线第一实施例的输入阻抗图。

图4为本发明天线第二实施例结构图。

图5为本发明天线第三实施例结构图。

图6为本发明天线第四实施例结构图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1、4、5、6多频天线

11、61支撑基板

111、611表面

12接地面

121侧边

122短路点

13、43、53、63金属辐射元件

14、44馈入部

141、441天线馈入点

143、443、543第一间距

142、442、542第二间距

15、55辐射部

151、551连接点

16、56短路部

17、57槽缝

18信号源

21天线第一操作频带

22天线第二操作频带

23带拒频带

24天线第三操作频带

31输入阻抗的实部阻抗曲线

32输入阻抗的虚部阻抗曲线

33输入阻抗的高阻抗值

34未有槽缝的实部输入阻抗曲线

35未有槽缝的虚部输入阻抗曲线

36带拒频带附近的一共振点

69天线接地面

691贯孔

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1为本发明多频天线的第一实施例的结构图。多频天线1包含支撑基板11、接地面12及金属辐射元件13。举例来说，接地面12可为笔记本计算机的支撑金属背板或为移动通信装置的系统接地面，本发明并非以此为限。

金属辐射元件13可以蚀刻或印刷技术形成于支撑基板11的表面111上。于本实施例中，支撑基板11为介质基板，且支撑基板11的一侧边位于接地面12的侧边121的实质上中央位置。本发明的支撑基板与接地面的连接位置并不限于此。

金属辐射元件13包含馈入部14、辐射部15及短路部16。其中，馈入部14的一端为天线馈入点141，用于电气连接至信号源18。于本实施例中，馈入部14的外形略呈长方形，馈入点141呈凸出状，且馈入点141位于馈入部14的其中一端。本发明的馈入部与其馈入点的形状与位置并不限于此。

馈入部14与辐射部15之间具有第一间距143，馈入部14与短路部16之间具有第二间距142。第一间距143与第二间距142的数值会影响天线阻抗配的特性，两者皆需有适当的数值，才能获得较佳的天线特性。于本实施例中，第一间距143与第二间距142均需小于3mm以得到足够的电容耦合量来达成本发明多频天线多频操作的良好匹配。

辐射部15略呈U形，本发明的辐射部的形状并不限于此。

辐射部15更具有槽缝17，其功用在于能够额外产生具高阻抗特性的共振，激发一带拒频带，使得多频天线1增加一操作频带。其中，槽缝17的长度主要是控制带拒频带的中心频率位置，而槽缝17的宽度则可调整带拒频带的频宽。于本实施例中，槽缝17呈长矩形，本发明的槽缝的形状并不限于此。于本实施例中(如图3所示)，槽缝17能于频率3.5GHz附近产生一虚部阻抗零点，额外增加一共振模态，即能产生满足3.5GHz WiMAX所需的频带。

短路部16的一端电气连接至辐射部15的连接点151，另一端电气连接至接地面12的短路点122。辐射部15通过短路部16与接地面12电气连接，可改善彼此间耦合所产生的阻抗不匹配的情形。

另外，为考虑天线的物理特性，短路部16的长度与辐射部15的长度总和少于多频天线1最低操作频带中心频率的1/4波长。

图2为本发明多频天线第一实施例的实测返回损失图。其中横轴代表操作频率，纵轴代表返回损失。考虑笔记本计算机的液晶屏幕支撑金属背板，且于本实施例中，接地面12长度约为260mm、宽度约为200mm。而金属辐射元件13的长度约为13mm、宽度约为9mm，并蚀刻或印刷于厚度为0.8mm的玻纤介质基板11上。金属辐射元件13的辐射部15的长度约为13mm、宽度约为4mm，且槽缝17的长度约为12mm、宽度约为1mm。短路部16的长度约为5mm、宽度约为0.5mm。馈入部14的长度约为7mm、宽度约为3mm。如图2所示，在多频天线1的第二操作频带22附近，多频天线1具有一带拒频带23位于约4GHz左右，即为槽缝17所激发。

馈入部14与辐射部15之间的第一间距143约为1.0mm，馈入部14与短路部16之间的第二间距142约为1.0mm。由实验测量结果可知，在10dB返回损失定义下，本发明多频天线于第一操作频带21(此为多频天线1的最低操作频带)可涵盖2.4GHz WLAN/2.5GHz WiMAX的两个频带、天线第二操作频带22可涵盖3.5GHz WiMAX的频带、天线第三操作频带24涵盖5.2/5.8GHz WLAN及5.5GHz WiMAX的三个频带，共可涵盖六个频带。

图3为本发明多频天线第一实施例的输入阻抗图，分别为多频天线1的输入阻抗的实部阻抗曲线31与虚部阻抗曲线32，其中高阻抗值33位置对应于图2中的带拒频带23。另外，为了对照本发明，图3同时显示天线未具有槽缝的输入阻抗的实部阻抗曲线34与虚部阻抗曲线35。在无槽缝的情形下，在4GHz附近则无该高阻抗值33。

由图3可知，高阻抗值33所对应的带拒频带23的中心频率约于4GHz，且能于3.5GHz附近产生新的共振点(虚部阻抗零点)36，同时对于多频天线1原有的2.5GHz及5.5GHz两个操作频带的输入阻抗影响甚小，因此本发明天线可达成2.4/5.2/5.8GHz WLAN及2.5/3.5/5.5GHz WiMAX的多频操作。由图2及图3可知，本发明的多频天线1不但能够包含多频操作且尺寸小，同时具有良好的天线特性。

接着请参考图4，为本发明多频天线的第二实施例的结构图。多频天线4包含支撑基板11、接地面12及金属辐射元件43。其中，金属辐射元件43包含馈入部44、辐射部15及短路部16。

本实施例与上述第一实施例不同之处在于，多频天线4的馈入部44为一对称的结构。多频天线4可达成在天线所激发的多频操作频带的良好阻抗匹配，获得与多频天线1近似的效果。

接着请参考图5，为本发明多频天线的第三实施例的结构图。多频天线5包含支撑基板11、接地面12及金属辐射元件53。其中，金属辐射元件53包含馈入部14、辐射部55及短路部56。

本实施例与上述第一实施例不同之处在于，多频天线5的馈入部14，与辐射部55及短路部56位于支撑基板11的不同表面上。多频天线5也能获得与多频天线1近似的效果。

接着请参考图6，为本发明天线的第四实施例的结构图。天线6包含：支撑基板61、接地面12及金属辐射元件63。金属辐射元件63包含天线接地面69、馈入部14、辐射部15及短路部16。

本实施例与上述第一实施例不同之处在于，支撑基板61位于接地面12的侧边121附近(即稍微内缩于侧边121)。金属辐射元件63可通过天线接地面69，直接固定于接地面12上，并且天线接地面69经由贯孔691电气连接至接地面12。短路部16的一端电气连接至辐射部15的连接点151，另一端电气连接至天线接地面69。因此，馈入部14被辐射部15、短路部16及天线接地面69所包围。多频天线6也能获得与多频天线1近似的效果。

综上所述，本发明的多频天线适用于移动通信装置的耦合式馈入多频短路单极天线，其操作频带范围可同时满足2.4/5.2/5.8GHz WLAN及2.5/3.5/5.5GHz WiMAX的六频操作。本天线设计使用耦合式馈入，可分别于2.5GHz与5.5GHz产生两个宽频操作频带，其频宽可涵盖2.4/5.2/5.8GHz WLAN及2.5/5.5GHz WiMAX的操作频带。此外，本天线于辐射部置入一槽缝，选择该槽缝的长度接近4GHz的1/4波长，因此该槽缝能激发一位于4GHz左右的带拒频带，同时使得该天线能于3.5GHz附近产生一个新的共振点(虚部阻抗零点)，而成功产生一新的共振模态来涵盖3.5GHz WiMAX的操作频带，且该带拒频带对于该天线原有的2.5GHz及5.5GHz两个宽频操作频带影响甚小，因此本天线能达成2.4/5.2/5.8GHz WLAN及2.5/3.5/5.5GHz WiMAX的多频操作。本发明的多频天线结构简单，同时天线尺寸较小(于实施例中为9x13mm2)，容易印刷或蚀刻于支撑基板上，使得制作成本低廉，故本发明天线相当符合现今移动通信装置的需求。

以上说明中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，本领域普通技术人员可在不违背本发明的精神对上述实施例进行修改及变化。本发明的权利范围应如所附的权利要求范围所列。

Claims (18)

1.一种多频天线，包含：

一接地面；

一支撑基板，该支撑基板的一侧边邻近该接地面的一侧边；以及

一金属辐射元件，位于该支撑基板的一表面上，该金属辐射元件包含：

一辐射部，具有一槽缝，该槽缝激发一带拒频带，使得该多频天线产生一操作频带；

一短路部，其一端电气连接至该辐射部，另一端则电气连接至该接地面，该短路部与该辐射部的长度总和少于该天线最低操作频带中心频率的1/4波长；以及

一馈入部，其被该辐射部、该短路部及该接地面所包围，该馈入部包括一天线馈入点，其用于电气连接至一信号源，且该馈入部与该辐射部之间具有一第一间距，该馈入部与该短路部之间具有一第二间距。

2.如权利要求1所述的多频天线，其中该接地面为一笔记本计算机的支撑金属背板。

3.如权利要求1所述的多频天线，其中该接地面为一移动通信装置的系统接地面。

4.如权利要求1所述的多频天线，其中该支撑基板为一介质基板。

5.如权利要求1所述的多频天线，其中该金属辐射元件是以蚀刻或印刷技术形成于该支撑基板上。

6.如权利要求1所述的多频天线，其中该第一间距小于3mm。

7.如权利要求1所述的多频天线，其中该第二间距小于3mm。

8.如权利要求1所述的多频天线，其中该多频天线为一耦合式馈入多频短路单极天线。

9.如权利要求1项所述的多频天线，其中该辐射部呈U形。

10.一种多频天线，包含：

一接地面；

一支撑基板，该支撑基板的一侧边邻近该接地面的一侧边；以及

一金属辐射元件，位于该支撑基板的一表面上，该金属辐射元件包含：

一天线接地面，电气连接至该接地面；

一辐射部，具有一槽缝，该槽缝激发一带拒频带，使得该天线产生一操作频带；

一短路部，其一端电气连接至该辐射部，另一端则电气连接至该天线接地面，该短路部与该辐射部的长度总和少于该天线最低操作频带中心频率的1/4波长；以及

一馈入部，其被该辐射部、该短路部及该天线接地面所包围，该馈入部包括一天线馈入点，其用于电气连接至一信号源，且该馈入部与该辐射部之间具有一第一间距，该馈入部与该短路部之间具有一第二间距。

11.如权利要求10所述的多频天线，其中该接地面为一笔记本计算机的支撑金属背板。

12.如权利要求10所述的多频天线，其中该接地面为一移动通信装置的系统接地面。

13.如权利要求10所述的多频天线，其中该支撑基板为一介质基板。

14.如权利要求10所述的多频天线，其中该金属辐射元件是以蚀刻或印刷技术形成于该支撑基板上。

15.如权利要求10所述的多频天线，其中该第一间距小于3mm。

16.如权利要求10项所述的多频天线，其中该第二间距小于3mm。

17.如权利要求10项所述的多频天线，其中该多频天线为一耦合式馈入多频短路单极天线。

18.如权利要求10项所述的多频天线，其中该辐射部呈U形。

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