CN103545604A - 电子装置及其多频天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子装置，包含电路模块及电连接电路模块的多频天线。多频天线包括接地面及辐射元件。辐射元件包括呈L形的第一辐射臂、呈U形的第二辐射臂、馈入臂及耦合臂。第一及第二辐射臂与接地面电连接，且共同界定出具有开口的凹槽。第一及第二辐射臂的第一及第二自由端部与接地面间隔地重叠于第一方向。馈入臂位于凹槽内，并具有馈入段及延伸段。耦合臂电连接于延伸段，并与第一及第二自由端部相间隔地重叠于第一方向。多频天线的第一频带受馈入段与第一辐射臂控制，第二频带受馈入臂与耦合臂控制，第三频带受第二辐射臂控制。

Description

电子装置及其多频天线

技术领域

本发明涉及一种用于通讯的电子装置及其多频天线。

背景技术

现有的电子装置中通常需要设置多个分别对应不同系统频带的天线，例如：设置一个涵盖2.4~2.5GHz及5.15~5.875GH的双频倒F型天线以满足无线区域网络（WLAN）所需，及另设置一个涵盖3.3~3.8GHz的单频段的单极天线以满足全球互通微波存取（WiMAX）所需。此外，若要达到分集（diversity）的效果，上述的每一种天线都至少需要两个以上。

然而，随着无线通讯的快速发展，现有的双频倒F型天线已不符所需，而必须设计一种单体即能涵盖上述所有频带（2.4~2.5GHz,3.3~3.8GHz,5.15~5.875GHz）的多频天线，甚至是具有更宽的低频带（2.3~2.7GHz）的多频天线。

此外，若要达到较佳的分集效果，每两操作于相同频带的多频天线间的插入损耗还必须小于-20dB。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可解决先前技术的缺点的电子装置及其多频天线。

于是，本发明电子装置，包含一电路模块，及一电连接电路模块的多频天线。

多频天线包括一接地面及一辐射元件。辐射元件具有一第一辐射臂、一第二辐射臂、一馈入臂及一耦合臂。

第一辐射臂实质地呈L形，并具有一第一自由端部及一第一连接端部，第一连接端部电连接于接地面，第一自由端部与接地面彼此相对地重叠于一第一方向。第二辐射臂实质地呈U形，并具有一第二自由端部及一第二连接端部，第二连接端部电连接于接地面，第二自由端部与接地面彼此相对地重叠于第一方向，且第一辐射臂、接地面及第二辐射臂共同界定出一具有一开口的凹槽。馈入臂位于凹槽内，并具有一位于第一辐射臂与接地面之间的馈入段，及一与凹槽的开口重叠于第一方向的延伸段，且馈入段具有一信号馈入点，延伸段电连接于馈入段及接地面之间。耦合臂具有一主耦合段，主耦合段电连接于馈入臂的延伸段，并与第一自由端部及第二自由端部间隔重叠于第一方向。

藉此，馈入段与第一辐射臂用以控制多频天线的一第一频带，馈入臂与耦合臂用以控制多频天线的一第二频带，第二辐射臂用以控制多频天线的一第三频带。

本发明实施例的多频天线，可达到三频操作以满足WLAN（2.4~2.5GHz/5.15~5.875GHz）的双频及WiMax（3.3~3.8GHz）的单频需求；具有寄生臂的多频天线更具有较宽的低频带，且应用于空间分集时还能因寄生臂而具有低插入损耗的表现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1及图2各是一示意图，说明本发明电子装置的第一较佳实施例；

图3是第一较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图；

图4是一示意图，说明本发明电子装置的第二较佳实施例的多频天线；

图5是第二较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图；

图6及图7各是一示意图，说明本发明电子装置的第三较佳实施例；

图8是第三较佳实施例的一插入损耗图；

图9是一示意图，说明本发明电子装置的第四较佳实施例的多频天线及第二多频天线的结构及配置方式；

图10是第四较佳实施例的一插入损耗图；

图11是一示意图，说明本发明电子装置的第五较佳实施例的多频天线；

图12是第五较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图；

图13是一示意图，说明本发明电子装置的第六较佳实施例的多频天线；

图14是第六较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图；

图15是一示意图，说明本发明电子装置的第七较佳实施例的多频天线；

图16是第七较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图；

图17是一示意图，说明本发明电子装置的第八较佳实施例的多频天线；

图18是第八较佳实施例的多频天线的一电压驻波比图。

附图标号：

A1............多频天线

A2............第二多频天线

W1...........同轴电缆线

W2...........第二同轴电缆线

M.............电路模块

G..............接地面

R..............辐射元件

1...............第一辐射臂

11.............第一自由端部

12.............第一连接端部

2...............第二辐射臂

21.............第二自由端部

22.............第二连接端部

3...............馈入臂

31.............馈入段

311...........信号馈入点

32.............延伸段

4...............耦合臂

41.............主耦合段

42.............延伸耦合段

4’.............耦合臂

41’...........主耦合段

411’.........第一段部

412’.........第二段部

5...............寄生臂

51.............连接端部

52.............自由端部

6...............凹槽

61.............开口

62.............子凹槽

71.............第一耦合间隙

72.............第二耦合间隙

w1............宽度

w2............宽度

s...............短路点

D1............间隔

D2............间隔

D3............间隔

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的八个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1与图2，本发明电子装置的第一较佳实施例包含一电路模块M、一多频天线A1及一同轴电缆线W1。

多频天线A1包括一接地面G及一辐射元件R。接地面G具有一电连接同轴电缆W1的外导体的短路点s。

辐射元件R具有一第一辐射臂1、一第二辐射臂2、一馈入臂3及一耦合臂4。

第一辐射臂1实质地呈L形，并具有一第一自由端部11及一第一连接端部12。第一连接端部12电连接于接地面G，第一自由端部12与接地面G彼此间隔地重叠于一第一方向Z。

第二辐射臂2实质地呈U形，并具有一第二自由端部21及一第二连接端部22，第二连接端部22电连接于接地面G，第二自由端部21与接地面G彼此间隔地重叠于第一方向Z，且第一辐射臂1、接地面G及第二辐射臂2共同界定出一具有一开口61的凹槽6。第一自由端部11与第二自由端部21沿一垂直于第一方向Z的第二方向X彼此相对且界定出凹槽6的开口61。

馈入臂3位于凹槽6内，并具有一馈入段31及一延伸段32。馈入段31位于第一辐射臂1与接地面G之间，且具有一电连接同轴电缆W1的内导体的信号馈入点311，馈入点311用以通过同轴电缆线W1与电路模块M交换一射频信号。延伸段32与凹槽6的开口61间隔地重叠于第一方向Z，且延伸段32沿第二方向X横跨第一自由端部11、该开口61及第二自由端部21，而电连接于馈入段31与接地面G之间。馈入臂3、第二连接端部22与接地面G共同界定出一位于凹槽6内的子凹槽62。

在第一较佳实施例，馈入段31的电长度实质地等于延伸段32的电长度，且馈入段31在第一方向Z的宽度w1实质地为延伸段32在第一方向Z的宽度w2的两倍到三倍之间，而通过改变宽度w1和宽度w2的比值就可以改变馈入臂3上的场强分布，进而调整阻抗匹配。

耦合臂4位于凹槽6内，并具有一电连接延伸段32的主耦合段41。主耦合段41实质地呈一L形，并与第一自由端部11及第二自由端部21间隔重叠于第一方向Z，以界定出一第一耦合间隙71及一第二耦合间隙72。虽然主耦合段41与第一自由端部11及第二自由端部21间分别隔着第一及第二耦合间隙71、72，但仍具有以电容耦合的方式交换电磁能量的效果。

参阅图2与图3，图3是第一较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio,VSWR）图。从图3可知第一较佳实施例的多频天线A1共振时会产生三个模态其分别对应第一、第二及第三频带，且馈入段31与第一辐射臂1用以控制多频天线A1的第一频带（2.3~2.5GHz），耦合臂4与第二辐射臂2用以控制多频天线A1的第二频带（3.3~3.8GHz），馈入臂3与耦合臂4用以控制多频天线A1的第三频带（5.15~5.875GHz）。

参阅图4，本发明电子装置的第二较佳实施例与第一较佳实施例近似，差异在于第二较佳实施例的多频天线A1的辐射元件R还具有一与第一辐射臂1沿着第二方向X排列的寄生臂5。寄生臂5具有一电连接第一辐射臂1的连接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波长共振，以控制多频天线A1紧邻第一频带的一第四频带，并具阻抗匹配功能。

参阅图4与图5，图5是第二较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比图。图5显示第一及第四频带共同涵盖2.3~2.7GHz的较宽（相较于图3的2.3~2.5GHz）低频频带。

参阅图6及图7，本发明电子装置的第三较佳实施例相较第二较佳实施例还包含一第二天线A2及一第二同轴电缆线W2。第二多频天线A2与多频天线A1沿着第二方向X间隔排列且互为镜像设置，例如：第一及第二天线A1、A2可彼此邻近地设置在电子装置的一边框区，且第一及第二天线A1、A2是偏向＋X或－X方向的同侧，或是彼此远离地分别设置在偏向±X两方向的两侧；此外，第一及第二天线A1、A2也可以设置在电子装置的一转轴区或是其它位置，且彼此的间隔距离是可以对应电子装置的设计做调整。第二多频天线A2位于多频天线A1具有寄生臂5的一侧，并操作于相同的频带（2.3~2.7GHz,3.3~3.8GHz,5.15~5.875GHz），且两者的形状实质地相同。

参阅图8，是第三较佳实施例（见图7）的多频天线A1与第二多频天线A2的插入损耗对频率的关系图，且图8是基于D1＝21毫米、D2=57毫米且D3=43毫米的间隔所量得。从本图中可知多频天线A1与第二多频天线A2间具有高隔离度（插入损耗参数S21<－20dB）。

参阅图6及图9，是本发明电子装置的第四较佳实施例。第四较佳实施例与第三较佳实施例近似，差异在于第四较佳实施例的多频天线A1与第二多频天线A2彼此互为平移设置。

参阅图10，是第四较佳实施例（见图9）的多频天线A1与第二多频天线A2的插入损耗对频率的关系图，且图10是基于D1＝21毫米、D2=66毫米且D3=40毫米的间隔所量得。从图10中可知多频天线A1与第二多频天线A2间同样具有S21<－20dB之高隔离度的表现。

参阅图1及图11，是本发明电子装置的第五较佳实施例。第五较佳实施例的多频天线A1与第一较佳实施例（见图2）的近似，差异在于两个耦合臂4、4’的形状不同。第五较佳实施例的耦合臂4’包含一主耦合段41’及一延伸耦合段42。主耦合段41’电连接于馈入臂3的延伸段32，并与第一自由端部11及第二自由端部21相重叠于第一方向Z，且主耦合段41’的形状实质地呈两个相连接的L形，并位于凹槽6内。延伸耦合段42电连接主耦合段41’，并被第二辐射臂2所环绕，且耦合臂4’通过延伸耦合段42加强与第二辐射臂2间的能量耦合。

参阅图11与图12，图12是第五较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio,VSWR）图。从图12中可知第五较佳实施例确实可涵盖第一至第三频带（2.4~2.5GHz,3.3~3.8GHz,5.15~5.875GHz）。

参阅图1及图13，本发明电子装置的第六较佳实施例与第五较佳实施例近似，差异在于第六较佳实施例的多频天线A1的辐射元件R还具有一寄生臂5。寄生臂5具有一电连接第一辐射臂1的连接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波长共振，以控制多频天线A1紧邻第一频带的一第四频带，并具阻抗匹配功能。

参阅图13与图14，图14是第六较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比图。图14显示第一及第四频带共同涵盖2.3~2.7GHz的较宽（相较于图12的2.4~2.5GHz）低频频带。

参阅图1及图15，是本发明电子装置的第七较佳实施例。第七较佳实施例的多频天线A1与第一较佳实施例（见图2）的近似，差异在于两个耦合臂4、4’的形状不同。第七较佳实施例的耦合臂4’的主耦合段41’电连接于馈入臂3的延伸段32，并与第一自由端部11及第二自由端部21相间隔重叠于第一方向Z，且主耦合段41’具有一位于凹槽6内，并呈L形且与第一自由端部11相间隔重叠于第一方向Z的第一段部411’，及一穿越凹槽6的开61，也呈L形且与第二自由端部21相间隔重叠于第一方向Z的第二段部412’。

参阅图15与图16，图16是第七较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio,VSWR）图。图16显示第七较佳实施例的多频天线A1可涵盖第一至第三频带（2.3~2.5GHz,3.3~3.8GHz,5.15~5.875GHz）。

参阅图1及图17，本发明电子装置的第八较佳实施例与第七较佳实施例近似，差异在于第八较佳实施例的多频天线A1的辐射元件R还具有一寄生臂5。寄生臂5具有一电连接第一辐射臂1的连接端部51，及一自由端部52。寄生臂5以四分之一波长共振，以控制多频天线A1紧邻第一频带的一第四频带，并具阻抗匹配功能。

参阅图17与图18，图18是第八较佳实施例的多频天线A1实际量测的电压驻波比图。图18显示第一及第四频带共同涵盖2.3~2.7GHz的较宽（相较于图16的2.3~2.5GHz）低频频带。

综上所述，上述较佳实施例的多频天线A1相较现有技术具有以下优点：

1.均可达到三频操作以满足WLAN（2.4~2.5GHz/5.15~5.875GHz）的双频及WiMax（3.3~3.8GHz）的单频需求。

2.具有寄生臂5的多频天线A1更具有较宽的低频带，而满足WiMax的双频带（2.3~2.7GHz/3.3~3.8GHz）及WLAN（2.4~2.5GHz/5.15~5.85GHz）的双频带。

3.具有寄生臂5的多频天线A1应用于空间分集时还能因寄生臂5而具有低插入损耗（意同：高隔离度）的表现。

故上述较佳实施例确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (14)

1.一种多频天线，其特征在于，包含：

一接地面；及

一辐射元件，具有：

一第一辐射臂，呈L形，并具有一第一自由端部及一第一连接端部，所述第一连接端部电连接于所述接地面，所述第一自由端部与所述接地面彼此间隔地重叠于一第一方向；

一第二辐射臂，呈U形，并具有一第二自由端部及一第二连接端部，所述第二连接端部电连接于所述接地面，所述第二自由端部与所述接地面彼此间隔地重叠于所述第一方向，且所述第二辐射臂、所述接地面及所述第一辐射臂共同界定出一具有一开口的凹槽；

一馈入臂，位于所述凹槽内，并具有一位于所述第一辐射臂与所述接地面之间的馈入段，及一与所述凹槽的所述开口重叠于所述第一方向的延伸段，且所述馈入段具有一信号馈入点，所述延伸段电连接于所述馈入段及所述接地面之间；及

一耦合臂，具有一主耦合段，所述主耦合段电连接于所述馈入臂的延伸段，并与所述第一自由端部及所述第二自由端部间隔重叠于所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述辐射元件还具有一寄生臂，所述寄生臂具有一电连接所述第一辐射臂的连接端部，及一自由端部。

3.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述馈入段的一电长度等于所述延伸段的一电长度，且所述馈入段于所述第一方向的一宽度为所述延伸段在所述第一方向的一宽度的两倍到三倍之间。

4.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述耦合臂还具有一电连接所述主耦合段，且被所述第二辐射臂所环绕的延伸耦合段。

5.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述主耦合段的形状呈两个相连接的L形，并位于所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述主耦合段具有一位于所述凹槽内，并呈L形且与第一自由端部相间隔重叠于第一方向的第一段部，及一穿越所述凹槽的开口，也呈L形且与所述第二自由端部相间隔重叠于第一方向的第二段部。

7.一种电子装置，其特征在于，包含：

一电路模块；及

一多频天线，电连接所述电路模块，并包括：

一接地面；及

一辐射元件，具有：

一第一辐射臂，呈L形，并具有一第一自由端部及一第一连接端部，所述第一连接端部电连接于所述接地面，所述第一自由端部与所述接地面彼此间隔地重叠于一第一方向；

一第二辐射臂，呈U形，并具有一第二自由端部及一第二连接端部，所述第二连接端部电连接于所述接地面，所述第二自由端部与所述接地面彼此间隔地重叠于所述第一方向，且所述第二辐射臂、所述接地面及所述第一辐射臂共同界定出一具有一开口的凹槽；

一馈入臂，位于所述凹槽内，且具有一位于所述第一辐射臂与所述接地面之间的馈入段，及一与所述凹槽的所述开口重叠于所述第一方向的延伸段，且所述馈入段具有一信号馈入点，所述延伸段电连接于所述馈入段及所述接地面之间；及

一耦合臂，具有一主耦合段，所述主耦合段电连接于所述馈入臂的延伸段，并与所述第一自由端部及所述第二自由端部间隔重叠于所述第一方向。

8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述多频天线的辐射元件还具有一寄生臂，所述寄生臂具有一电连接所述第一辐射臂的连接端部，及一自由端部。

9.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述多频天线的馈入段的一电长度等于所述延伸段的一电长度，且所述馈入段在所述第一方向的一宽度为所述延伸段于所述第一方向的一宽度的两倍到三倍之间。

10.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述多频天线的耦合臂还具有一电连接所述主耦合段，且被所述第二辐射臂所环绕的延伸耦合段。

11.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述主耦合段的形状呈两个相连接的L形，并位于所述凹槽内。

12.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述主耦合段具有一位于所述凹槽内，并呈L形且与所述第一自由端部相间隔重叠于第一方向的第一段部，及一穿越所述凹槽的开口，也呈L形且与所述第二自由端部相间隔重叠于第一方向的第二段部。

13.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，还具有一第二多频天线，所述第二多频天线设置在相邻于所述多频天线具有所述寄生臂的一侧，且与所述多频天线操作于相同的频带。

14.根据权利要求13所述的电子装置，其特征在于，所述第二多频天线与所述多频天线的形状相同。

Images