CN101986461B - 整合式多频天线 - Google Patents

Abstract

一种整合式多频天线，包括：第一导体、第二导体、至少一电感单元、延伸导体及接地面；第二导体之第一侧端部与第一导体形成一第一耦合区；电感单元设置于邻近第二导体第一侧端部之处；延伸导体沿第二导体邻近第二侧端部之处延伸设置且形成一末端，该末端与第一导体形成一第二耦合区，其中第一耦合区及第二耦合区分别位于第一导体相对侧方向；第二导体第二侧端部连接于接地面。本发明利用导体电容性耦合及电感单元断路(Chock)设计概念，整合数字电视高、低频系统之标准频宽，使天线产品兼顾广域频宽及体积微型化之设计要求。

Description

整合式多频天线

【技术领域】

本发明为一种整合式多频天线，特别系指一种整合数字电视高、低频系统之标准频宽的天线设计。

【先前技术】

数字电视将成为携带式无线通讯设备不可或缺的配备，产官学界皆致力研发微型尺寸且接收效率高的天线产品，让使用者随时享受高质量的数字电视节目。天线如果要能有效接收电磁波能量，长度最少需电磁波波长的四分之一长度，现阶段传播数字电视讯号的电磁波波长大约介于30至75公分之间，然而依此物理原理制造的天线长度势必较手机本体长度还长。

为使天线符合设计所需的物理长度，同时兼顾整合于行动通讯装置内部，传统改良方法系将线型单极天线变换成曲折型天线或螺旋型天线。但曲折型天线设计成S型，相邻的部分电流方向相反，使电磁讯号互相干扰，造成天线无法有效接收电磁波的能量。而螺旋型天线就组件制程技术来说，一般制作电子组件多以二维印刷方式进行，然而螺旋天线为三维立体结构，必然导致制造成本提高。

请参阅图1A及图1B，为美国专利第7486237号专利“Miniaturizedplanar antenna of digital television”之上、下表面俯视图。主要是一种平板式微型数字电视天线，实施例之天线10包括：一绝缘板11、一金属辐射体12、一接地金属件13及一金属寄生组件14；绝缘板11第一表面设置一金属辐射体12，第二表面设置互相连接之接地金属件13和金属寄生组件14；金属辐射体12具有一蜿曲线部121；金属寄生组件14亦具有蜿曲线部141且对应于金属辐射体12之位置；藉由金属寄生组件14增加天线接收辐射电磁波讯号之频宽，提升数字电视讯号传输效率。

然而金属辐射体12及金属寄生组件14必须利用各别之蜿曲线部121及141互相进行电性耦合，藉以达成辐射讯号传递，另外增加线条较粗的第二端143用以提高辐射导体面积，但此配置将导致天线辐射体体积过大，无法有效将天线装置微型化，且其蜿曲线部121及141之蜿蜒路径极长，造成讯号传递路径过于复杂且传输质量不稳定，此外，虽然第二表面设置金属寄生组件24藉以提高传输频宽，但是实际增加之频宽范围容易受限。

【发明内容】

本发明之目的是提供一种整合式多频天线，利用辐射导体电容性耦合及电感单元断路(Chock)设计概念，组成循环式及单极天线架构，经此整合数字电视高、低频系统之标准频宽，使天线产品兼顾广域频宽及体积微型化之设计要求，同时具有特性更为优异之传输频宽。

本发明之另一目的是提供一种整合式多频天线，经由两耦合区产生之电容性电抗，使天线高、低频系统频宽皆具有良好阻抗匹配，搭配电感单元间距密集之蜿蜒路径设计，除有效缩短辐射导体延伸路径，同时亦可改变电感量，藉以调整天线阻抗匹配，使天线系统具有高传输频宽及传输质量稳定之特性。

为达成上述目的，本发明是为一种整合式多频天线，包括：第一导体、第二导体、至少一电感单元、延伸导体及接地面；第二导体之第一侧端部与第一导体形成一第一耦合区；电感单元设置于邻近第二导体第一侧端部之处；延伸导体沿第二导体邻近第二侧端部之处延伸设置且形成一末端，该末端与第一导体形成一第二耦合区，其中第一耦合区及第二耦合区分别位于第一导体相对侧方向；第二导体第二侧端部则连接于接地面。

本发明主要利用第一导体两相对侧边分别设置第一耦合区及第二耦合区，经此配置产生两路高频馈入讯号传导路径，此两路径即为数字电视系统标准之高、低频系统标准频宽，首先，关于低频系统标准频宽部分，利用第一导体与第二导体之第一侧端部形成一具有电容性的第一耦合区，并于邻近第二导体第一侧端部之处设置至少一电感单元，当馈入线高频讯号藉由第一耦合区将能量经由第一导体耦合至第二导体，搭配第二导体路径上设置之电感单元，组成循环式天线架构，经此产生数字电视系统标准之低频系统标准频宽，藉由第二导体路径上增加设置之电感单元，由于电感单元结构为间距密集之蜿蜒路径，透过微调蜿蜒路径之间隙、宽度及总长度，即可改变电感量，经此调整天线阻抗匹配，搭配第一耦合区产生之电容性电抗，使天线具有良好阻抗匹配，进而使天线系统具有高传输频宽及传输质量稳定之特性。

另外，关于高频系统标准频宽部分，利用延伸导体末端与第一导体形成第二耦合区，适当调整第二耦合区之电容量，除同样达成缩短天线尺寸及调整天线输入阻抗之功效，同时第一导体、延伸导体与第二导体形成一耦合式馈入之单极天线架构，可产生数字电视系统标准之高频系统标准频宽，透过微调延伸导体与第二导体之尺寸、长度及体积，使天线系统频宽具有较佳之阻抗匹配。

此外，由于第二导体上设置有电感单元，当高频系统频宽之馈入讯号经由第一导体、延伸导体至第二导体后，恰可利用电感单元作为讯号断路(Chock)之接口，使断路接口处形成开路(Open)，避免高频系统频宽之传输讯号继续延伸，藉以隔离高、低频系统频宽相互干扰之噪声，并经由两耦合区及电感单元之蜿蜒路径设置，有效缩短辐射导体延伸路径，减少天线配置空间，使天线产品兼顾广域频宽及体积微型化之设计要求。

为使贵审查人员进一步了解本发明之详细内容，兹列举下列较佳实施例说明如后。

【图式简单说明】

图1A为美国专利第7486237号专利“Miniaturized planar antenna ofdigital television”之上表面俯视图。

图1B为美国专利第7486237号专利“Miniaturized planar antenna ofdigital television”之下表面俯视图。

图2为本发明第一实施例之俯视图。

图3为本发明第二实施例之俯视图。

图4为本发明第二实施例之返回损失(Return loss)量测数据示意图。

图5为本发明第三实施例整合于数字电视基板之俯视图。

【实施方式】

请参阅图2，为本发明第一实施例之俯视图。整合式多频天线结构包括：第一导体21、第二导体22、至少一电感单元23、延伸导体24及接地面25。

其中第二导体22之第一侧端部221与第一导体21第一侧边211形成一第一耦合区；本实施例设置一电感单元23，该电感单元23位于邻近第二导体22第一侧端部221之方向；延伸导体24则为直线状，其位置设置于沿第二导体22邻近第二侧端部222之处延伸设置且形成一末端241，该末端241与第一导体21第二侧边212形成一第二耦合区，其中第一耦合区及第二耦合区分别位于第一导体21相对侧方向；第二导体22第二侧端部222则连接于接地面25。

当馈入线26高频讯号藉由连接于第一导体21之中心导线261将能量经由第一导体21耦合至第二导体22，讯号经过第二导体22设置之电感单元23，最后利用第二导体22之第二侧端部222将讯号传递至接地面25，而外层导线262则直接连接至接地面25，经此路径构成循环式天线架构，并产生数字电视系统之低频系统标准频宽，由于电感单元23为电感性被动组件，透过蜿蜒路径设计加以调整电感量，使天线系统具有良好阻抗匹配。

在数字电视系统之高频系统标准频宽部分，当馈入线26高频讯号藉由连接于第一导体21之中心导线261将能量经由延伸导体24末端241耦合至第二导体22，讯号经过第二导体22设置之电感单元23后形成讯号断路(Chock)接口，避免高频系统频宽之传输讯号继续延伸，避免产生高、低频系统频宽相互干扰之因素。

本实施例之第一导体21为L形，中心导线261连接之馈入段长度约为10mm，宽度约为2mm，耦合段长度约为17mm，宽度约为2mm，第二导体22共分为四段，第一段为与第一导体21耦合段长度约为21mm，宽度约为2mm，第二段长度约为37mm，宽度约为2mm，第三段为设置电感单元23部分，经扣除电感单元23长度后，长度约为42mm，宽度约为2mm，第四段为连接于接地面25部分，长度约为40mm，宽度约为2mm，电感单元23路径总长度约为24mm，延伸导体24为直线状，长度约为22mm，宽度约为2mm，接地面25为矩形，长度约为10mm，宽度约为8mm，本实施例之第一导体21、第二导体22、电感单元23、延伸导体24及接地面25皆设置于同一基板表面，然而亦可因应两耦合区之电性耦合设计将第一导体21与第二导体22设置于基板不同表面。

请参阅图3，为本发明第二实施例之俯视图。本实施例与第一实施例大致雷同，其不同处在于第二导体22邻近于延伸后之接地面25处增加设置一寄生导体27，利用寄生导体27与接地面25产生电容性耦合效应，经由产生之电容性电抗，使低频系统标准频宽具有良好阻抗匹配。另设置两组电感单元23，该电感单元23皆位于邻近第二导体22第一侧端部221之方向，增加后之电感单元23蜿蜒路径间距更为密集且辐射导体长度亦同时加长，藉由调整蜿蜒路径之间隙、宽度及总长度，即可改变电感量，经此调整天线阻抗匹配。

请参阅图4，为本发明第二实施例之返回损失(Return loss)量测数据示意图。其中横轴表示频率，纵轴表示dB值，经由图形曲线显示天线系统操作频宽定义为Return loss大于5dB之情况时，频宽S1操作频率范围涵盖100MHz至220MHz，此频带频宽范围涵盖VHF之系统频宽，频宽S2操作频率范围涵盖400MHz至880MHz，此频带频宽范围涵盖UHF之系统频宽，经此量测数据得知本发明之天线系统操作频宽均已达设计所需之操作频宽通讯标准。

请参阅图5，为本发明第三实施例整合于数字电视基板之俯视图。本实施例与第一实施例大致雷同，其不同处在于第一导体21(图中虚线处)设置于基板2背面，而第二导体22、电感单元23、延伸导体24、接地面25及寄生导体27皆设置于基板2正面，由于本发明具有两耦合区电性耦合设计，因此馈入讯号利用耦合方式经由第一导体21传递至第二导体22与延伸导体24，而接地讯号透过贯孔28同样能由基板2背面传递至基板2正面处之接地面25，经此更加缩减天线配置空间。

本发明已符合专利要件，实际具有新颖性、进步性与产业应用价值之特点，然其实施例并非用以局限本发明之范围，任何熟悉此项技艺者所作之各种更动与润饰，在不脱离本发明之精神和定义下，均在本发明权利范围内。

【主要组件符号说明】

10  天线        11  绝缘板        12  金属辐射体

121 蜿曲线部    13  接地金属件    14  金属寄生组件

141 蜿曲线部    143 第二端        2   基板

21  第一导体    211 第一侧边      212 第二侧边

22  第二导体    221 第一侧端部    222 第二侧端部

23  电感单元    24  延伸导体      241 末端

25  接地面      26  馈入线        261 中心导线

262 外层导线    27  寄生导体      28  贯孔

Claims (7)

1.一种整合式多频天线，包括：第一导体、第二导体、电感单元、延伸导体和接地面，以及馈入线，其特征在于，该第二导体第一侧端部与该第一导体形成第一耦合区，该电感单元设置于邻近该第二导体第一侧端部之处，该延伸导体沿该第二导体邻近第二侧端部之处延伸设置且形成一末端，该末端与该第一导体形成第二耦合区，其中该第一耦合区及该第二耦合区分别位于该第一导体相对侧方向，该第一侧端部以及该末端系为自由端，该第二侧端部连接于该接地面，且该第二导体系将该第一耦合区及该第二耦合区围绕于该第二导体之内部以及该馈入线包含中心导线及外层导线，该中心导线连接于该第一导体，该外层导线连接于该接地面。

2.如权利要求1所述之整合式多频天线，其特征在于：该电感单元为蜿蜒状。

3.如权利要求1所述之整合式多频天线，其特征在于：该第一导体为L形组件与ㄇ形组件的其中之一。

4.如权利要求1所述之整合式多频天线，其特征在于：该第二导体系延伸设置一寄生导体。

5.如权利要求4所述之整合式多频天线，其特征在于：该寄生导体邻近于接地面。

6.如权利要求1所述之整合式多频天线，其特征在于：该第一导体、第二导体、电感单元、延伸导体及接地面系平面印刷设置于一基板。

7.如权利要求6所述之整合式多频天线，其特征在于：该第一导体与该第二导体位于该基板同一表面。

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