CN102738561A - 天线及调整该天线的操作频宽的方法 - Google Patents
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Abstract
一种天线及调整该天线的操作频宽的方法，其中该天线包含一辐射元件和一接地元件，而该辐射元件包括一第一调整部和一第二调整部，且该接地元件包含一接地部和一第三调整部。该制造方法包含根据该天线的共振波长与该辐射元件的长度的关系，藉由设定该第一调整部的一第一宽度加上该第二调整部的一第二宽度的一总宽度来获得该天线的一操作频率；最后，根据该操作频率，固定该总宽度以调整该第二宽度来加宽该天线的一操作频宽。
Description
技术领域
本发明是有关于一种天线及调整该天线的操作频宽的方法，特别是指一种用以加宽该天线的频宽的天线设计。
背景技术
在科技发展日新月异的现今时代中，多种尺寸轻巧的天线被开发出来，以应用在各种尺寸日益轻巧的手持式电子装置(例如行动电话或是笔记型计算机)中或无线传输装置(例如AP)中。举例来说，结构轻巧、传输效能良好且可轻易地被设置在手持式电子装置内壁的平面倒F形天线(Planar Inverse-F Antenna，PIFA)系已存在，并被广泛地应用在多种手持式电子装置的无线传输或笔记型计算机或无线通讯装置中。
过去的平面倒F形天线(Planar Inverse-F Antenna，PIFA)频宽较窄，因为在不同的环境中会造成频率漂移，以致于处于不同环境时就需要做频段微调，使得在制造上影响甚大，尤其以模具成本支出耗费极大。
发明内容
针对上述天线的缺失，本发明的目的是提出一种天线及调整该天线的操作频宽(operating bandwidth)的方法，可轻易的调整该天线以达到适合的一操作频率，并且调整该天线的一操作频宽。本发明的该天线连接于一电子装置的一接口连接端口上，该天线包含一辐射元件和一接地元件，其中该辐射元件包括一第一调整部、一第二调整部及一馈入讯号端，且该接地元件包含一接地部和一第三调整部。该接地元件系延伸自该辐射元件，且该第一调整部与第二调整部具有一第一转角，且该第二调整部延伸自该第一调整部，而该第二调整部与该第三调整部具有一第二转角，且该第三调整部的一第一端延伸自该第二调整部，而该第三调整部与该接地部具有一第三转角，且该接地部延伸自该第三调整部的一第二端，且该第一调整部位于该第二调整部和该接地部之间。
该天线的制作过程中，该天线通常会根据该电子装置的用途需求而具有一预设尺寸，再根据该预设尺寸利用计算机仿真以获得一模具尺寸及其中宽度比例，同时也设定好多个天线参数，其中该多个天线参数包含一操作频率、一操作频宽和一阻抗匹配，透过该模具尺寸及其中宽度比例以获得所欲之天线。该天线的该辐射元件具有一总宽度，而该总宽度包含一第一宽度和一第二宽度，而该第一调整部具有可调的该第一宽度、该第二调整部具有可调的该第二宽度及该第三调整部具有可调的一第三宽度，其中该第一宽度系朝远离或接近该接地部的方向进行调整，而该第二宽度系朝远离或接近该第一调整部方向进行调整，且该第三宽度系朝远离或接近该第二调整部的方向进行调整。
在建立模具之前会利用计算机仿真方式调整天线参数，我们根据该辐射元件的一侧边长度为共振波长的四分之一的关系以设定该天线的该操作频率。该侧边长度包括该馈入讯号端至该第一调整区的边缘的一第一长度及该总宽度。为了符合该电子装置的尺寸，该第一长度通常为固定，因此仅调整该第一宽度以设定该总宽度来获得该天线的一操作频率，例如该操作频率为2.45GHz；而后根据该操作频率以调整该第三宽度至适合的宽度以获得该天线与该电子装置的一阻抗匹配，再根据所选择的该操作频率及良好的该阻抗匹配，固定该总宽度并调整该第二宽度以加宽该天线的该操作频宽，例如一操作频带坐落于2.245GHz～2.885GHz，而该天线的该操作频宽达640MHz。因此，我们在制作该天线的模具过程中仅透过微调上述的三个调整部的宽度，即可轻易的获得所需的该操作频率、良好的该阻抗匹配和宽广的该操作频宽。
本发明提出一种天线及调整该天线的操作频宽的方法。该天线适用于各种无线传输装置产品中，可依产品的需求做轻易的调整与修正可达到适合的频带应用。因为本发明的天线的频宽较其它平面倒F型天线来的宽，故即使在不同的环境下，本发明的天线频带皆有效的落在操作频带，而可有效节省开发多套模具的成本支出，十分符合现今电子产业低毛利的成本节省并可应用在各种环境的无线网路装置中，例如笔记型计算机、行动电话等。
本发明的第一构想是提出一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线连接于一电子装置并包含一辐射元件和一接地元件，该辐射元件包括一第一调整部和一第二调整部，该接地元件包含一接地部和一第三调整部，该第一调整部与该第二调整部具有一第一转角并延伸自该第二调整部，该第二调整部与该第三调整区具有一第二转角并延伸自该第三调整部的一第一端，该第三调整部与该接地部具有一第三转角且该第三调整部的一第二端延伸自该接地部，而该第一调整部位于该接地部与该第二调整部间，该方法包含下列步骤：根据该天线的共振波长与该辐射元件的长度的关系，藉由设定该第一调整部的一第一宽度加上该第二调整部的一第二宽度的一总宽度来获得该天线的一操作频率；而后根据该操作频率，藉由微调该第三调整部的一第三宽度来调整该天线与该电子装置间的一阻抗匹配；及最后根据该操作频率及该阻抗匹配，固定该总宽度以微调该第二宽度来调整该天线的一操作频宽。
本发明的第二构想是提出一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线包含一辐射元件，该辐射元件包括分别具一第一宽度与一第二宽度的一第一调整部和一第二调整部，该方法包含下列步骤：寻找该天线的一操作频率；及根据该操作频率来调整该第二宽度以调整该天线的一操作频宽。
本发明的第三构想是提出一种天线，包含一辐射元件，其中该辐射元件包括一第一调整部以及一第二调整部，该第一调整部及该第二调整部分别具一第一宽度一第二宽度，其中该天线具一操作频率及一调整的操作频宽，其中该操作频率系由该第一宽度及该第二宽度之和所决定，而该调整的操作频宽系藉由特定该第二宽度而获得。
本发明的第四构想是提出一种天线，包含一辐射元件，其中该辐射元件包括一第一调整部以及一第二调整部，该第一调整部及该第二调整部分别具一第一宽度及具一第二宽度。一操作频率，系由该第一宽度及该第二宽度的一总和所决定，以及一调整的操作频宽，系藉由特定该第二宽度而获得。
附图说明
图1(a)至图1(c)为本发明一实施例所提一天线的各个视景示意图；
图2(a)和图2(b)为本发明的该天线的前视示意图和该天线40的调整天线参数的方法；
图3为本发明的一实施例中该天线的调整该第一宽度的回收损失-频率的坐标图；
图4为本发明的一实施例中该天线的调整该第三宽度的回收损失-频率的坐标图；
图5为本发明的一实施例中该天线的调整该第二宽度的回收损失-频率的坐标图；
图6为本发明的一实施例中该天线的电压驻波比-频带的坐标图；及
图7(a)至图7(c)为本发明的一实施例中该天线的辐射场形图。
主要元件符号说明
10、40：天线
20：接口连接端口
11、41：辐射元件
12、42：接地元件
111、411：第一调整部
112、412：第二调整部
121、421：第三调整部
421A：第一端
421B：第二端
122、422：接地部
113、413：馈入讯号端
122R、122L、422R、422L：接地端
131、431：第一转角
132、432：第二转角
133、433：第三转角
134、434：第四转角
135、435：第五转角
41W：总宽度
41L：长度
411W：第一宽度
411D：第一方向
412W：第二宽度
412D：第二方向
421W：第三宽度
421D：第三方向
L41、L42、L43、L44、L51、L52、L53、L54、L61、L62、L63、L64、L71、L72、L73：响应曲线
50、60：样本天线
具体实施方式
请参阅图1(a)至图1(c)，其为本发明一实施例所提一天线10的各个视景示意图。图1(a)和图1(b)分别显示该天线10的前视示意图和立体示意图，而图1(c)为该天线10连接于笔记型计算机或行动电话等类型的一电子装置的一接口连接端口20的立体示意图。在图1(a)中，该天线10包括一辐射元件11、一接地元件12、第一转角131、第二转角132、第三转角133、第四转角134与第五转角135，例如，该天线10是一板金件。该接地元件12系延伸自该辐射元件11。该辐射元件11包含一第一调整部111、一第二调整部112和一馈入讯号端113，而该接地元件12包含一第三调整部121和一接地部122，其中该接地元件12更包含二个接地端122R和122L。
该第一调整部111与第二调整部112之间具有该第一转角131，且该第二调整部112延伸自该第一调整部111，而该第二调整部112与该第三调整部121之间具有该第二转角132，且该第三调整部121的一第一端121A延伸自该第二调整部112，而该第三调整部121与该接地部122之间具有该第三转角133，且该接地部122延伸自该第三调整部121的一第二端121B，而该第三调整部121位于该接地部122与该第二调整部112之间。例如，在一最佳实施例中，该第一转角131、该第二转角132和该第三转角133的角度均为90度。
该馈入讯号端113延伸自该第二调整部112的下缘且位在该第一调整部111和该接地部122之间。该接地端122R及122L分别和该第三调整部121及该接地部122之间具有该第四转角134和该第五转角135，且该接地端122R和122L分别延伸自该第三调整部121的第二端121B和该接地部122，例如，在一最佳实施例中的该第四转角134和该第五转角135的角度为90度。
在图1(c)中，利用该天线10的二个该接地端122R和122L镶嵌于该接口连接端口20上以固定于该电子装置上。
请参阅图2(a)和图2(b)，图2(a)和图2(b)分别显示该天线40的前视示意图和该天线40的调整天线参数的方法。本发明的该天线40用以连接于一电子装置，在图2(a)中，该天线40包括一辐射元件41、一接地元件42、第一转角431、第二转角432、第三转角433、第四转角434与第五转角435，例如，该天线40是一板金件。该接地元件42系延伸自该辐射元件41。该辐射元件41包含一第一调整部411、一第二调整部412和一馈入讯号端413，而该接地元件42包含一第三调整部421和一接地部422，其中该接地元件42更包含二个接地端422R和422L。
该第一调整部411与第二调整部412之间具有该第一转角431，且该第二调整部412延伸自该第一调整部411，而该第二调整部412与该第三调整部421之间具有该第二转角432，且该第三调整部421的一第一端421A延伸自该第二调整部412，而该第三调整部421与该接地部422之间具有该第三转角433，且该接地部422延伸自该第三调整部421的一第二端421B，而该第三调整部421位于该接地部422与该第二调整部412之间。例如，在一最佳实施例中，该第一转角431、该第二转角432和该第三转角433的角度均为90度。
该馈入讯号端413延伸自该第二调整部412的下缘且位在该第一调整部411和该接地部422之间。该接地端422R及422L分别和该第三调整部421及该接地部422之间具有该第四转角434和该第五转角435，且该接地端422R和422L分别延伸自该第三调整部421的第二端421B和该接地部422，例如，在一最佳实施例中的该第四转角434、该第五转角435的角度为90度。
在图2(b)中，于该天线的制作过程中，该天线通常会根据该电子装置的用途需求而具有一预设尺寸，再根据该预设尺寸利用计算机仿真以获得一模具尺寸及其中宽度比例，同时也设定好多个天线参数，其中该多个天线参数包含一操作频率、一操作频宽和一阻抗匹配，透过该模具尺寸及其中宽度比例以获得所欲之天线。该辐射元件41具有一总宽度41W，而该总宽度41W包含一第一宽度411W和一第二宽度412W，而该第一调整部411具有可调的该第一宽度411W、该第二调整部412具有可调的该第二宽度412W及该第三调整部421具有可调的一第三宽度421W，其中该第一宽度411W可朝远离或接近该接地部422的方向进行调整，例如本实施例中的一第一方向411D；而该第二宽度412W可朝远离或接近该第一调整部411的方向进行调整，例如本实施例的一第二方向412D；且该第三宽度421W可朝远离或接近该第二调整部412的方向进行调整，例如本实施例的一第三方向421D。
在建立模具之前会利用计算机仿真方式调整天线参数，我们根据该辐射元件41的一侧边长度为共振波长的四分之一的关系以设定该天线的该操作频率。该侧边长度是该馈入讯号端413至该第一调整部411的边缘的一第一长度41L及该总宽度41W之和。为了符合该电子装置的尺寸，该辐射元件41的该第一长度41L通常为固定，因此仅调整该第一宽度411W以设定该总宽度41W来获得该天线的该操作频率；而后根据该操作频率以调整该第三宽度421W至适合的宽度以获得该天线40与该电子装置的该阻抗匹配；再根据所选择的该操作频率及良好的该阻抗匹配，并固定该总宽度41W且调整该第二宽度412W以调整该天线40的该操作频宽，例如设定该总宽度41W以获得2.45GHz的该操作频率，并利用该第二宽度412W和该总宽度41W的一第一比值为0.5～1，其中最佳实施例为该第一比值为0.972且该第二宽度412W和该第一宽度411W的一第二比值为35时，该天线40的一操作频带坐落于2.245GHz～2.885GHz，而可加宽该操作频宽达640MHz。由于一旦确定该中心操作频率则该总宽度41W为固定，因此该第一宽度411W的调整通常与该第二宽度412W的调整会彼此呈反向，例如调整该天线40的该操作频宽时，若增加该第二宽度412W，则该第一宽度411W需要减少以避免该天线40的该中心操作频率降低。
另外，例如该天线40的模具完成后，若有必要，也可透过该第二宽度412W和该总宽度41W的该第一比值以增加或减少该操作频宽。
例如，请参阅图3，其为该天线40的调整该第一宽度411W的返回损失(return loss)-频率的坐标图。该坐标图上包含多个响应曲线L41、L42、L43和L44，我们固定该第二宽度412W和该第三宽度421W并朝远离该接地部422的该第一方向411D微调而产生不同的该第一宽度411W，以形成不同的响应曲线L41、L42、L43和L44。我们取得接近一中心操作频率的该总宽度41W为D1，其中该总宽度41W包括该第一宽度411W和该第二宽度412W。该响应曲线L41、L42、L43和L44分别相对应于该总宽度41W为D1-0.1、D1-0.5、D1-0.9和D1-1.1(mm)，由图3可知，当该总宽度41W为D1-0.1时，该响应曲线L41的波顶所对应的一频率为2.45GHz，该频率即为我们所选择的该操作频率。
请参阅图4，其为本发明的一实施例中该天线40的调整该第三宽度421W的返回损失-频率的坐标图。该坐标图上包含多个响应曲线L51、L52、L53和L54，我们依据上述方法设定该总宽度41W而使该操作频率设定于2.45GHz，且朝远离该第二调整部412的该第三方向421D调整以产生不同的该第三宽度421W，以形成不同的响应曲线L51、L52、L53和L54。我们取得接近最佳的一阻抗匹配的该第三宽度421为D2，该响应曲线L51、L52、L53和L54分别相对应于调整后的该第三宽度421W为D2+0.1、D2+1.1、D2+2.1和D2+3.1(mm)，由图4可知，当该第三宽度411W为D2+0.1时，该响应曲线L51比起其它响应曲线L52、L53和L54所产生的返回损失皆来的低，表示该天线和该电子装置的阻抗匹配为最佳。
请参阅图5，其为本发明的一实施例中该天线40的调整该第二宽度412W的返回损失-频率的坐标图。该坐标图上包含多个响应曲线L61、L62、L63和L64，我们依据上述方法设定该总宽度41W及该第三宽度421W，而使该中心操作频率设定于2.45GHz且取得较佳的该阻抗匹配。基于上述的情况下朝远离该第一调整部411的该第二方向412D调整以产生不同的该第二宽度412W，以形成不同的该响应曲线L61、L62、L63和L64。该响应曲线L61、L62、L63和L64分别相对应于该第二宽度412W为1.1、2.1、3.1和4.1(mm)，由图5可知，当该第二宽度412W为4.1(mm)时，该响应曲线L64在相同返回损失下所形成的该操作频宽比起其它响应曲线L61、L62和L63来的大，例如该天线的操作频带落在为2.06GHz～2.70GHz，而该操作频宽达640MHz，可知具有极大的该操作频宽。
请参阅图6，其为本发明的一实施例中该天线40的电压驻波比-频带的坐标图。该坐标图上包含多个响应曲线L71、L72和L73，该响应曲线L71、L72和L73分别相对应于该天线40、样本天线50(申请号：98139644)和样本天线60(申请号：99101954)，由图6可知，在电压驻波比下降至一期望最大值2的情况下，该响应曲线L71比起该响应曲线L72和L73具有较宽广的该操作频宽，该天线40的频带位于2.245GHz～2.885GH，而该操作频宽达640MHz。
请参阅图7(a)至图7(c)，其为本发明的一实施例中该天线40的辐射场形图。图7(a)至图7(c)系该中心操作频率为2.45GHz的该天线40分别根据X-Y平面、Y-Z平面和X-Z平面的辐射场形图。该天线40分别在X-Y平面、Y-Z平面和X-Z平面上以环绕360度方式去测量该天线40的辐射增益，由图7(a)至图7(c)可看出，该天线40在各平面及各方位中的辐射增益相当大且分布相当平均。
以下是本发明的该天线40、一样本天线50(申请号：98139644)和一样本天线60(申请号：99101954)在最大增益(peak gain)和平均增益(average gain)上的比较表格，由表格可看出本发明的该天线40的辐射增益较其它天线来的大。
由上述表格可知，本发明的天线不仅相较于其它的PIFA具有较大的操作频宽，而且其辐射增益也相较于其它的PIFA来的大。制作该天线的过程中，透过简易的调整该天线的各个调整部的宽度以获得所需的天线参数，更特别的是，本发明的天线具有宽广的操作频宽，可减少天线在不同环境下所造成的频率漂移，因此可置于各种不同的装置环境上而不需要进一步做频段微调。即使在不同的装置环境下，天线的操作频带皆有效的落在操作频率上，可以不用调整频率而达到多系统共享，因此可有效节省模具成本支出。因此本发明符合现今电子产业低毛利的成本节省并且可应用在各种环境的无线网络装置中。
根据本发明的一个实施例，涉及一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线连接于一电子装置并包含一辐射元件和一接地元件，该辐射元件包括一第一调整部和一第二调整部，该接地元件包含一接地部和一第三调整部，该第一调整部与该第二调整部具有一第一转角并延伸自该第二调整部，该第二调整部与该第三调整区具有一第二转角并延伸自该第三调整部的一第一端，该第三调整部与该接地部具有一第三转角且该第三调整部的一第二端延伸自该接地部，而该第一调整部位于该接地部与该第二调整部间，该方法包含下列步骤：
根据该天线的共振波长与该辐射元件的长度的关系，藉由设定该第一调整部的一第一宽度加上该第二调整部的一第二宽度的一总宽度来获得该天线的一操作频率；
根据该操作频率，藉由微调该第三调整部的一第三宽度来调整该天线与该电子装置间的一阻抗匹配；及
根据该操作频率及该阻抗匹配，固定该总宽度以微调该第二宽度来调整该天线的一操作频宽。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的方法，其中该辐射元件更包括一馈入讯号端，而该辐射元件的长度包括该馈入讯号端至该第一调整区的边缘的一第一长度及该总宽度。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的方法，其中该天线所接收或发送的无线讯号的该操作频率为2.45GHz。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的方法，更包含设定该天线的该第二宽度与该第一宽度的比值为35以使所加宽的该操作频宽为640MHz。
根据本发明的又一个实施例，涉及一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线包含一辐射元件，该辐射元件包括分别具一第一宽度与一第二宽度的一第一调整部和一第二调整部，该方法包含下列步骤：
寻找该天线的一操作频率；及
根据该操作频率来调整该第二宽度以调整该天线的一操作频宽。
根据本发明的又一个实施例，涉及一种天线，包含一辐射元件，其中该辐射元件包括：
一第一调整部，具一第一宽度；以及
一第二调整部，具一第二宽度，其中该天线具一操作频率及一调整的操作频宽，其中该操作频率系由该第一宽度及该第二宽度之和所决定，而该调整的操作频宽系藉由特定该第二宽度而获得。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的天线，该第二宽度与第一宽度的比值为35。
根据本发明的又一个实施例，涉及一种天线，包含：
一辐射元件，其中该辐射元件包括：
一第一调整部，具一第一宽度；以及
一第二调整部，具一第二宽度；
一操作频率，系由该第一宽度及该第二宽度的一总和所决定；以及
一调整的操作频宽，系藉由特定该第二宽度而获得。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的天线，该第二宽度和该总和的一比值为大于0.5且小于1。
根据上述实施例中任意一个实施例所述的天线，该比值为0.972。
Claims (10)
1.一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线连接于一电子装置并包含一辐射元件和一接地元件，该辐射元件包括一第一调整部和一第二调整部，该接地元件包含一接地部和一第三调整部，该第一调整部与该第二调整部具有一第一转角并延伸自该第二调整部，该第二调整部与该第三调整区具有一第二转角并延伸自该第三调整部的一第一端，该第三调整部与该接地部具有一第三转角且该第三调整部的一第二端延伸自该接地部，而该第一调整部位于该接地部与该第二调整部间，该方法包含下列步骤：
据该天线的共振波长与该辐射元件的长度的关系，藉由设定该第一调整部的一第一宽度加上该第二调整部的一第二宽度的一总宽度来获得该天线的一操作频率；
根据该操作频率，藉由微调该第三调整部的一第三宽度来调整该天线与该电子装置间的一阻抗匹配；及
根据该操作频率及该阻抗匹配，固定该总宽度以微调该第二宽度来调整该天线的一操作频宽。
2.如权利要求1所述的方法，其中该辐射元件更包括一馈入讯号端，而该辐射元件的长度包括该馈入讯号端至该第一调整区的边缘的一第一长度及该总宽度。
3.如权利要求1所述的方法，其中该天线所接收或发送的无线讯号的该操作频率为2.45GHz。
4.如权利要求1所述的方法，更包含设定该天线的该第二宽度与该第一宽度的比值为35以使所加宽的该操作频宽为640MHz。
5.一种调整一天线的操作频宽的方法，其中该天线包含一辐射元件，该辐射元件包括分别具一第一宽度与一第二宽度的一第一调整部和一第二调整部，该方法包含下列步骤：
寻找该天线的一操作频率；及
根据该操作频率来调整该第二宽度以调整该天线的一操作频宽。
6.一种天线，包含一辐射元件，其中该辐射元件包括：
一第一调整部，具一第一宽度；以及
一第二调整部，具一第二宽度，其中该天线具一操作频率及一调整的操作频宽，其中该操作频率系由该第一宽度及该第二宽度之和所决定，而该调整的操作频宽系藉由特定该第二宽度而获得。
7.如权利要求6所述的天线，该第二宽度与第一宽度的比值为35。
8.一种天线，包含：
一辐射元件，其中该辐射元件包括：
一第一调整部，具一第一宽度；以及
一第二调整部，具一第二宽度；
一操作频率，系由该第一宽度及该第二宽度的一总和所决定；以及
一调整的操作频宽，系藉由特定该第二宽度而获得。
9.如权利要求8所述的天线，该第二宽度和该总和的一比值为大于0.5且小于1。
10.如权利要求9所述的天线，该比值为0.972。
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