CN102340049A

CN102340049A - 宽带天线

Info

Publication number: CN102340049A
Application number: CN2010102377381A
Authority: CN
Inventors: 曾冠学
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN102340049B

Abstract

一种宽带天线。该宽带天线用于一无线收发装置，包含有一第一辐射体，用来收发一第一频段的无线信号；一第二辐射体，用来收发一第二频段的无线信号；一接地组件；一短路组件，其一端电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间，另一端电性连接于该接地组件；以及一馈入板，该馈入板包含有一第一馈入金属片，用来传送该第一频段及该第二频段的无线信号；一第二馈入金属片，电性连接于该第二辐射体；以及一金属条，电性连接于该第一馈入金属片与该第二馈入金属片之间；其中，该第一馈入金属片以耦合方式与该短路组件相接，且该第一馈入金属片投影于该短路组件所对应的一平面的投影结果与该短路组件部分重叠。本发明使耦合馈入和直接馈入良好匹配。

Description

宽带天线

技术领域

本发明涉及一种宽带天线，尤指一种使用耦合馈入及直接馈入的方式激发共振效应，以结合耦合馈入的宽带和直接馈入的良好匹配效果，同时改善天线高频带宽和提升低频匹配的宽带天线。

背景技术

具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理(Personal DigitalAssistant)等，通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合电子产品体积缩小的趋势。

平面倒F天线(PIFA，Planar Inverted-F Antenna)是一种常用于无线收发装置的天线(Antenna)，顾名思义，其形状类似于经过旋转及翻转后的“F”。平面倒F天线有着制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等优点，但其带宽较受限。因此，为了改善上述缺点，本案申请人于美国专利第7602341号，提出如图1A所示的一双频天线10，其相比较于传统双频天线增加了一辐射体12，用来提供一额外的高频共振模态，使得双频天线10的高频频段由两共振模态所构成，相关电压驻波比示意图如图1B所示。若双频天线10未增加辐射体12，即成为图2A所示的一双频天线20，其高频带宽会大幅降低，相关电压驻波比示意图如图2B所示。由此可知，双频天线10可藉由两共振模态，有效提升高频频段的带宽，然而此种架构不适用于某些应用，且当其一共振模态产生带宽不足或频偏等问题时，极有可能会影响天线特性。

因此，需要提供一种宽带天线以解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种宽带天线。

本发明公开一种宽带天线，该宽带天线用于一无线收发装置，该宽带天线包含有一第一辐射体，该第一辐射体用来收发一第一频段的无线信号；一第二辐射体，该第二辐射体用来收发一第二频段的无线信号；一接地组件；一短路组件，该短路组件一端电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间，另一端电性连接于该接地组件；以及一馈入板，该馈入板包含有一第一馈入金属片，该第一馈入金属片用来传送该第一频段及该第二频段的无线信号；一第二馈入金属片，该第二馈入金属片电性连接于该第二辐射体；以及一金属条，该金属条电性连接于该第一馈入金属片与该第二馈入金属片之间；其中，该第一馈入金属片以耦合方式与该短路组件相接，且该第一馈入金属片投影于该短路组件所对应的一平面的投影结果与该短路组件部分重叠。

本发明使用耦合馈入及直接馈入的方式激发共振效应，以结合耦合馈入的宽带和直接馈入的良好匹配效果，同时改善天线高频带宽和提升低频匹配。

附图说明

图1A为公知的一双频天线的示意图。

图1B为图1A的双频天线的电压驻波比示意图。

图2A为公知的一双频天线的示意图。

图2B为图2A的双频天线的电压驻波比示意图。

图3A为本发明实施例的一宽带天线的示意图。

图3B为图3A的宽带天线的正面示意图。

图3C为图3A的宽带天线的反面示意图。

图3D为图3A的宽带天线的电压驻波比示意图。

图3E为图3A的宽带天线的辐射效率示意图。

图4A、图4B为仅使用耦合馈入的一天线及其电压驻波比的示意图。

图5A、图5B为仅使用直接馈入的一天线及其电压驻波比的示意图。

图6A为本发明实施例的一宽带天线的示意图。

图6B为图6A的宽带天线的正面示意图。

图6C为图6A的宽带天线的反面示意图。

图6D为图6A的宽带天线的电压驻波比示意图。

图6E为图6A的宽带天线的辐射效率示意图。

图7A、图7B、图8A、图8B、图9A、图9B、图10A、图10B、图11A、图11B以及图12A、图12B为本发明不同实施例的天线及其电压驻波比的示意图。

主要组件符号说明：

10、20 双频天线

12 辐射体

30、40、50、60、70、80、90、100、110、120 宽带天线

300 基板

302 第一辐射体

304 第二辐射体

306 接地组件

308 短路组件

310 馈入板

TA1 第一支臂

TA2 第二支臂

TA3 第三支臂

FP1 第一馈入金属片

FP2 第二馈入金属片

ML 金属条

312 信号馈入端

314 导通孔

具体实施方式

请参考图3A至图3E，图3A为本发明实施例的一宽带天线30的示意图，图3B为宽带天线30的正面示意图，图3C为宽带天线30的反面示意图，图3D为宽带天线30的电压驻波比示意图，图3E为宽带天线30的辐射效率示意图。宽带天线30可用于一无线收发装置，用以收发两相异频段(824MHz～960MHz与1710MHz～2170MHz)的无线信号，其包含有一基板300、一第一辐射体302、一第二辐射体304、一接地组件306、一短路组件308以及一馈入板310。基板300为一双面电路板，其中一面设有第一辐射体302、第二辐射体304、短路组件308，另一面则设有馈入板310。另外，接地组件306由两相接的金属板所构成，此两金属板分别设于基板300的正、反两面。

比较图3C及图2A可知，宽带天线30的辐射体形状与双频天线20相似，然而不同的是，宽带天线30较双频天线20增加了馈入板310，其通过耦合馈入方式，将信号馈入至短路组件308，并通过直接馈入方式，将信号馈入至第二辐射体304。换言之，宽带天线30不同于双频天线20将信号直接馈入至短路组件，而是使用双馈入(耦合馈入及直接馈入)的方式激发共振效应，以结合耦合馈入的宽带和直接馈入的良好匹配效果，同时改善天线高频带宽和提升低频匹配。

详细来说，如图3A及图3C所示，短路组件308包含有一第一支臂TA1、一第二支臂TA2以及一第三支臂TA3，其较佳地为一体成型结构。第一支臂TA1由第一辐射体302与第二辐射体304的衔接处向接地组件306延伸；第二支臂TA2的一端耦接于第一支臂TA1，另一端朝第一辐射体302的方向延伸；而第三支臂TA3则耦接于第二支臂TA2与接地组件306之间。另一方面，如图3A及图3B所示，馈入板310包含有一第一馈入金属片FP1、一第二馈入金属片FP2以及一金属条ML，其较佳地亦为一体成型结构。第一馈入金属片FP1包含有一信号馈入端312，用来连接信号线，以传送无线信号；第二馈入金属片FP2以一导通孔(Via)314，电性连接于第二辐射体304；而金属条ML则电性连接于第一馈入金属片FP1与第二馈入金属片FP2之间。此外，第一馈入金属片FP1与第一支臂TA1的投影结果部分重叠，也就是说，将第一馈入金属片FP1投影于第一支臂TA1所在的平面后其投影结果与第一支臂TA1部分重叠。

因此，当射频信号馈入至第一馈入金属片FP1上的信号馈入端312后，电流会由第一馈入金属片FP1，经金属条ML、第二馈入金属片FP2，最后通过导通孔314流至第二辐射体304及第一辐射体302，此即直接馈入的工作方式。除此之外，由于第一馈入金属片FP1与第一支臂TA1部分重叠，因此通过耦合效应，第一支臂TA1会感应第一馈入金属片FP1的电流，而产生相同方向的感应电流，此即耦合馈入的工作方式。结合耦合馈入与直接馈入后，如图3D所示，宽带天线30可同时改善带宽与匹配效果，同时，如图3E所示，其工作频段内(824MHz～960MHz及1710MHz～2170MHz)中辐射效率亦可维持50％左右。关于耦合馈入与直接馈入的优、缺点，详述于后。

请参考图4A、图4B以及图5A、图5B，图4A、图4B为一天线40及其电压驻波比的示意图，而图5A、图5B为一天线50及其电压驻波比的示意图。天线40为宽带天线30省略直接馈入部分后的结果，亦即将宽带天线30中第二馈入金属片FP2及金属条ML移除后所得的天线。反之，天线50宽带天线30省略耦合馈入部分后的结果，亦即将宽带天线30中第一馈入金属片FP1及金属条ML移除，并将信号馈入端312移至第二馈入金属片FP2后所得的天线。将图4B及图5B与图2B比较可知，当仅使用耦合馈入时，高频带宽较佳，但低频匹配略差，而仅使用直接馈入时，高频带宽略差，但低频匹配较佳。因此，当同时使用耦合馈入与直接馈入时，即可结合两者的优点，互补两者的缺点，达到同时改善带宽与匹配的目的。

需注意的是，本发明的主要概念为结合耦合馈入与直接馈入以改善带宽与匹配，凡依此所作的各种变化皆属本发明的范畴。举例来说，在图3A中，宽带天线30的各组件印刷于基板300，但不限于此，亦可以是以金属片制成第一辐射体302、第二辐射体304、接地组件306、短路组件308以及馈入板310，即不需基板300。不论以何种方式制成宽带天线30，需确保第一馈入金属片FP1与第一支臂TA1间的耦合馈入关系(两者间隔一定距离而不直接连接)，以及第二馈入金属片FP2与第二辐射体304的直接馈入关系(两者直接连接)。此外，第二馈入金属片FP2与第二辐射体304间除通过导通孔314相连外，其他形式的电性连接方式亦可行，不限于此。

再者，如业界所熟知，天线的辐射频率、带宽、效率等与天线形状、材质等相关，因此，设计者应当可适当调整宽带天线30，以符合系统所需。例如，在图3A中，短路组件308朝向宽带天线30中高频辐射部分(即第一辐射体302)延伸，因此电流可较为均匀地分布于第二辐射体304上，以获得较佳的辐射全方向性。当然，针对不同应用，亦可将短路组件设计为朝向低频辐射部分延伸。举例来说，请参考图6A至图6E，图6A为本发明实施例的一宽带天线60的示意图，图6B为宽带天线60的正面示意图，图6C为宽带天线60的反面示意图，图6D为宽带天线60的电压驻波比示意图，图6E为宽带天线60的辐射效率示意图。由图6A至图6E可知，宽带天线60与图3A的宽带天线30的差异在于短路组件的延伸方向不同，其余工作方式，特别是结合耦合馈入及直接馈入的部分皆相同，因此宽带天线60亦可改善带宽与匹配。

除此之外，在图3A中，馈入板310的形状、导通孔314的位置等亦会影响辐射结果，因此，设计者可据以进一步调整，以符合系统所需。举例来说，请参考图7A、图7B、图8A、图8B以及图9A、图9B，图7A、图7B为一天线70及其电压驻波比的示意图，图8A、图8B为一天线80及其电压驻波比的示意图、图9A、图9B为一天线90及其电压驻波比的示意图。比较图7A、图8A、图9A可知，天线70、80、90仅有馈入板的形状不同，更详细来说，是连接第一馈入金属片及第二馈入金属片的金属条(等同于图3A中的金属条ML)分别位于低、中、高三个不同位置。进一步由图7B、图8B、图9B可知，金属条的设置位置主要影响低频部分，对高频部分的影响不大。另外，请参考图10A、图10B，图10A、图10B为一天线100及其电压驻波比的示意图。相比较于图7A、图8A、图9A的天线70、80、90，天线100的金属条部分较宽，而由图10B亦可知，如此变化同样主要影响低频部分，对高频部分的影响不大。

进一步地，请参考图11A、图11B及图12A、图12B，图11A、图11B为一天线110及其电压驻波比的示意图，图12A、图12B为一天线120及其电压驻波比的示意图。由图11A、图11B可知，当导通孔(直接馈入端)设于高频部分亦可行，同样可改善带宽与匹配。而由图12A、图12B可知，当连接第一馈入金属片及第二馈入金属片的金属条(等同于图3A中的金属条ML)较长时，即直接馈入端距短路组件较远时，高频与低频的带宽均会缩减。

需注意的是，上述关于宽带天线30的各种变化旨在说明本发明同时使用了耦合馈入及直接馈入，其他如材质、制作方式、各组件的形状、位置等皆可因应不同需求而作适当的变化，不限于此。而通过结合耦合馈入和直接馈入，本发明可同时改善天线高频带宽和提升低频匹配，以改善公知技术的缺点。

综上所述，本发明使用耦合馈入及直接馈入的方式激发共振效应，以结合耦合馈入的宽带和直接馈入的良好匹配效果，同时改善天线高频带宽和提升低频匹配。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种宽带天线，用于一无线收发装置，该宽带天线包括：

一第一辐射体，该第一辐射体用来收发一第一频段的无线信号；

一第二辐射体，该第二辐射体用来收发一第二频段的无线信号；

一接地组件；

一短路组件，该短路组件一端电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间，另一端电性连接于该接地组件；以及

一馈入板，该馈入板包括：

一第一馈入金属片，该第一馈入金属片用来传送该第一频段及该第二频段的无线信号；

一第二馈入金属片，该第二馈入金属片电性连接于该第二辐射体；以及

一金属条，该金属条电性连接于该第一馈入金属片与该第二馈入金属片之间；

其中，该第一馈入金属片以耦合方式与该短路组件相接，且该第一馈入金属片投影于该短路组件所对应的一平面的投影结果与该短路组件部分重叠。

2.如权利要求1所述的宽带天线，其中该短路组件包括：

一第一支臂，该第一支臂电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间，并向该接地组件延伸；

一第二支臂，该第二支臂电性连接于该第一支臂；以及

一第三支臂，该第三支臂电性连接于该第二支臂与该接地组件之间。

3.如权利要求2所述的宽带天线，其中该第一馈入金属片以耦合方式与该第一支臂及该第二支臂的衔接处相接。

4.如权利要求2所述的宽带天线，其中该第一馈入金属片投影于该短路组件所对应的该平面的投影结果与该第一支臂部分重叠。

5.如权利要求2所述的宽带天线，其中该第二支臂朝该第一辐射体的方向延伸。

6.如权利要求2所述的宽带天线，其中该第二支臂朝该第二辐射体的方向延伸。

7.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线还包括一基板，该第一辐射体、该第二辐射体以及该短路组件形成于该基板的一面，而该馈入板形成于该基板的另一面。

8.如权利要求7所述的宽带天线，其中该第二馈入金属片以导通孔连接方式，电性连接于该第二辐射体。