CN103545605A - 宽频单极天线与电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽频单级天线与电子装置，该电子装置包括传输电子信号的信号传输模块与宽频单极天线。宽频单极天线形成于电路基板的第一表面上，包括馈入部、第一辐射部以及第二辐射部。馈入部经信号馈线耦接信号传输模块，第一辐射部耦接馈入部，且第一辐射部、馈入部与信号接地部形成第一狭缝。第二辐射部耦接馈入部，且第二辐射部与信号接地部形成第二狭缝。第一狭缝中的第一辐射部的一侧边与信号接地部的一侧边的间隔不大于第一距离，且第二狭缝中的第二辐射部的一侧边与信号接地部的另一侧边的间隔不大于第二距离，而在一频率范围内的电压驻波比小于一门限值。

Description

宽频单极天线与电子装置

技术领域

本发明有关于一种宽频单极天线与电子装置，且特别是有关于一种平面地设置于电路基板上的宽频单极天线与电子装置。

背景技术

随着无线传输技术的发展，产业界已针对不同的系统分别设定了许多不同的传输规格。举例来说，在通用移动通讯系统(Universal MobileTelecommunications System，UMTS)中，主要的操作频带系在1920MHz到2170MHz的范围内。在依据IEEE802.11标准的WiFi系统中，802.11bg的版本主要操作频带在2.40GHz到2.50GHz的范围内，LTE的版本主要操作频带系在1.71GHz到2.70GHz的范围内，而802.11a的版本主要操作频带在5.15GHz到5.85GHz的范围内。此外，在依据IEEE802.15.3a标准的超宽频系统(Ultra-Wide Band，UWB)中，主要的操作频带在3.1GHz到4.8GHz的范围内。

现今各式电子装置于设计上趋向轻薄短小，为了有效缩减天线体积，目前业界会设计将天线整合在电子装置的内部，使得平面式、隐藏式的天线需求越来越大。然而，传统的平面式、隐藏式的天线操作频带较窄，无法同时被使用于多个系统中，使得电子装置的应用领域受到限制。举例来说，要能收到较低频的无线信号，传统上需使用外露式天线才会具有较佳的接收效果，但这样的天线设计显然不符合现今电子装置的设计概念。因此，如何能让天线能够操作于更广的频率范围之中，同时又可以将天线隐藏在电子装置，实为目前业界亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例在于提出一种宽频单极天线，可平面地设置于电路基板的表面上，且所述宽频单极天线可通过调整其中辐射部与信号接地部之间的狭缝宽度，而具有更广的频率范围。

本发明实施例提供一种宽频单极天线，形成于电路基板的第一表面上，且于第一表面上至少有一个信号接地部。所述宽频单极天线包括馈入部、第一辐射部以及第二辐射部。馈入部耦接信号馈线，且馈入部相对应的两侧具有第一侧边与第二侧边。第一辐射部耦接馈入部且至少具有第三侧边，第三侧边与馈入部的第一侧边相连，而第一侧边、第三侧边与信号接地部具有的第五侧边形成第一狭缝。第二辐射部耦接馈入部且至少具有第四侧边，第四侧边与馈入部的第二侧边相连，而部份第四侧边与信号接地部具有的第六侧边形成第二狭缝，其中第五侧边依第一方向延伸，第六侧边依第二方向延伸，第一方向与第二方向依不为平行的两个方向延伸。于第一狭缝中，第一辐射部的第三侧边与信号接地部的第五侧边对应设立，彼此的间隔不小于第一距离，且于第二狭缝中，第二辐射部的部分第四侧边与信号接地部的第六侧边对应设立，彼此的间隔不小于第二距离，使得宽频单极天线在一个频率范围内的电压驻波比小于第一门限值。

于本发明一实施例中，通过调整第一狭缝中，第一辐射部的第三侧边与信号接地部的第五侧边的间隔，使得第一辐射部在第一频率范围内的电压驻波比小于第一门限值，通过调整第二狭缝中，第二辐射部的第四侧边与信号接地部的第六侧边的间隔，使得第二辐射部在第二频率范围内的电压驻波比小于第一门限值，其中该第一频率范围与第二频率范围的部分操作频率重迭，使得宽频单极天线在第一频率范围与第二频率范围内的电压驻波比皆小于第一门限值。在此，第一频率范围的中心频率高于第二频率范围的中心频率。

于本发明一实施例中，至少部分的第三侧边与第五侧边互相平行，且至少部分的第四侧边与第六侧边互相平行。

于本发明一实施例中，第一辐射部包含第一端与第二端，第一辐射部自与馈入部耦接的第一端向第二端延伸且逐渐放大，第二辐射部包含第三端与第四端，第二辐射部自与馈入部耦接的第三端通过至少一弯折向第四端延伸，使得第一辐射部与第二辐射部间具有第一间隙。其中，第一辐射部的第一端与第三侧边邻接，第二辐射部的第三端与第四侧边邻接。

于本发明一实施例中，信号接地部还具有阻抗匹配结构，所述阻抗匹配结构与第五侧边相连，且至少具有邻设于第一辐射部的第二端与第二辐射部的第四端的第七侧边，宽频单极天线位于第六侧边与第七侧边之间。

于本发明另一实施例中，信号馈线用以传输数据信号，宽频单极天线中至少具有第一电流路径与第二电流路径，第一电流路径经过馈入部与第一辐射部，第二电流路径经过馈入部与第二辐射部，使得数据信号至少通过第一电流路径或第二电流路径发射出宽频单极天线。在此，第一电流路径的长度可小于第二电流路径的长度。

除此之外，本发明实施例也提出一种电子装置，具有一种宽频单极天线可以平面地设置于电路基板的表面上，且所述宽频单极天线可通过调整其中辐射部与信号接地部之间的狭缝宽度，而具有更广的频率范围。

本发明实施例提供一种电子装置具有信号传输模块以及宽频单极天线，所述信号传输模块用以传输电子信号给宽频单极天线，而宽频单极天线形成于电路基板的第一表面上，且于第一表面上至少有一个信号接地部。所述宽频单极天线包括馈入部、第一辐射部以及第二辐射部。馈入部经信号馈线耦接信号传输模块，用以接收电子信号，且馈入部相对应的两侧具有第一侧边与第二侧边。第一辐射部耦接馈入部且至少具有第三侧边，第三侧边与馈入部的第一侧边相连，而第一侧边、第三侧边与信号接地部具有的第五侧边形成第一狭缝。第二辐射部耦接馈入部且至少具有第四侧边，第四侧边与馈入部的第二侧边相连，而部份第四侧边与信号接地部具有的第六侧边形成第二狭缝，其中第五侧边依第一方向延伸，第六侧边依第二方向延伸，第一方向与第二方向依不为平行的两个方向延伸。于第一狭缝中，第一辐射部的第三侧边与信号接地部的第五侧边对应设立，彼此的间隔不小于第一距离，且于第二狭缝中，第二辐射部的部分第四侧边与信号接地部的第六侧边为对应设立，彼此的间隔不小于第二距离，使得宽频单极天线在一个频率范围内的电压驻波比小于第一门限值。

综上所述，本发明的宽频单极天线与电子装置除了可平面地设置于电子装置内部的电路基板的表面上，避免天线突出、外露于电子装置之外，所述宽频单极天线更通过设计第一狭缝与第二狭缝的宽度，使得宽频单极天线在频率范围内的电压驻波比能够符合业界的规范与要求。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅系用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的俯视图。

图2A绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的立体视图。

图2B绘示电路基板另一侧的表面的立体视图。

图3绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的电压驻波比与频率的关系图。

其中，附图标记说明如下：

1：宽频单极天线

10：馈入部

12：第一辐射部

14：第二辐射部

2：电路基板

2a、2b：表面

20：信号接地部

22：阻抗匹配结构

24：信号馈线

S1~S7：侧边

d1、d2：长度

A1、A2：狭缝

具体实施方式

请一并参见图1与图2A，图1绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的俯视图，图2A绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的立体视图。如图所示，本实施例的宽频单极天线1与信号接地部20设置于电路基板2同一侧的表面2a上，宽频单极天线1包括馈入部10、第一辐射部12以及第二辐射部14，用以将信号馈线24上传输的数据信号发送出去。以实际的例子来说，宽频单极天线为一种电子装置(未绘示)的天线，以提供电子装置附带有无线传输数据的功能。所述电子装置中还具有一个信号传输模块(未绘示)以信号馈线24耦接宽频单极天线1的馈入部10。所述信号传输模块实务上可以产生电子信号给宽频单极天线，再由宽频单极天线将电子信号以无线的方式传递出去。或者，宽频单极天线可以将收到的电子信号，通过信号馈线24传递给电子装置中的信号传输模块。

于实务上，电路基板2可为印刷电路板，而宽频单极天线1与信号接地部20可为相同材质的金属导体。此外，为了使宽频单极天线1的发射效果更好，宽频单极天线1可以设置在电路基板2的边缘，或者电路基板2上其他适当的位置。此外，所述电子装置可以是手持式通讯装置、笔记型电脑、监视器、烟雾侦测器、瓦斯侦测器或者其他适当的电子器材，本发明在此不加以限制，于所属技术领域具有通常知识者可视需要自由设计应用宽频单极天线1的电子装置。以下分别就宽频单极天线1与信号接地部20的相对关系作详细的说明。

馈入部10耦接信号馈线24以接收信号馈线24上的数据信号，且馈入部10至少具有侧边S1与侧边S2。于实务上，由于本发明揭露的是一种单极式的天线，于所属技术领域具通常知识者应可明了，馈入部10并不直接连接到信号接地部20，信号馈线24可为一条耦接在馈入部10上的同轴电缆，所述同轴电缆可具有内层导体与外层导体，且约略具有50欧姆的等效电阻值。在此，所述内层导体的一端可电性连接至馈入部10，而内层导体的另一端耦接至处理器(未绘示)或其他适当的电路以接收数据信号。此外，所述外导体层可耦接至信号接地部20。当然，所述内层导体与外导体层更可具有绝缘层的设计，本发明在此并不加以限制。

虽然于图1的例子中，馈入部10类似一个长条的形状而信号馈线24耦接到馈入部10的一个端头，然而本发明并不以此为限。换句话说，只要宽频单极天线1上设计有可以连接信号馈线24的地方，所述信号馈线24连接处即为馈入部10。此外，在不影响宽频单极天线1的发射频率范围的情况下，馈入部10也可以设计成其他适当的形状，本发明在此不加以限制。

第一辐射部12耦接馈入部10，使得馈入部10所接收的数据信号可经过第一辐射部12发射出去。第一辐射部12至少具有侧边S3，侧边S3与馈入部10的侧边S1相连。于实务上，第一辐射部12的首端耦接于馈入部10，而第一辐射部12的尾端自馈入部10向外延伸。本发明并不限制第一辐射部12的形状，举例来说，第一辐射部12可以是一个梯形图案，即第一辐射部12的尾端会逐渐扩大。在本实施例中，第一辐射部12整体都是形成在电路基板2的表面2a上，并未具有立体的结构。

此外，馈入部10的侧边S1、第一辐射部12的侧边S3与信号接地部20上的侧边S5可形成出一个区域，所述区域即为狭缝(slot)A1。于本实施例中，至少一部分的第一辐射部12的侧边S3系与信号接地部20的侧边S5互相平行，而使得侧边S3与侧边S5之间具有一个大约固定的距离d1，所述距离d1亦可视为此狭缝A1的宽度。请注意，本实施例虽未限定信号接地部20的侧边S5的长度，但实际上第一辐射部12的长度应略小于信号接地部20的侧边S5的长度，使得信号接地部20可以大致涵盖(cover)住第一辐射部12。

第二辐射部14同样耦接到馈入部10，使得馈入部10所接收的数据信号也可经过第二辐射部14发射出去。在此，第二辐射部14至少具有侧边S4，侧边S4与馈入部10的侧边S2相连。由图1可以看出来，侧边S4并不一定要是一个笔直侧边，而可以有适当的弯曲。于实务上，第二辐射部14的首端也是耦接于馈入部10，而第二辐射部14的尾端通过一弯折延伸到电路基板2的边缘。虽然从图1来看，本实施例所揭露的第二辐射部14有一侧边恰好贴齐于电路基板2的边缘，但本发明并不以此为限。

换句话说，本发明并不限制第二辐射部14的形状，例如第二辐射部14可以包括多边形、梯形、长条形或带有弯曲的蛇形图案，且第二辐射部14整体可形成在电路基板2的表面2a上，而不具有立体的结构。

此外，第二辐射部14中的侧边S4可与信号接地部20形成出另一个区域，所述区域即为狭缝(slot)A2。于实务上，本实施例所述的狭缝A2大致上是一个矩形的空间，而狭缝A2的边界除了有第二辐射部14与信号接地部20之外，还包括电路基板2的边缘。也就是说，第二辐射部14贴近于电路基板2的边缘，而第一辐射部12设置电路基板2的内部而与边缘较远。

详细来说，至少一部分的侧边S4与信号接地部20的侧边S6互相平行，而使得互相平行的部分侧边S4与侧边S6之间具有一个大约固定的距离d2，所述距离d2亦可视为此狭缝A2的宽度。请注意，本实施例虽未限定信号接地部20的侧边S6的长度，但实际上信号接地部20的侧边S6的长度应略等于或大于第二辐射部14邻近侧边S6的一个轴向上的长度，而可以大致涵盖(cover)住第二辐射部14。

在此，宽频单极天线1实际上可以是一体成型的结构，因此本实施例在此仅界定出宽频单极天线1的外围轮廓，而不限定宽频单极天线1内部的馈入部10、第一辐射部12以及第二辐射部14之间的边界。

从传输数据信号的角度来看，宽频单极天线1中至少具有第一电流路径与第二电流路径，使得宽频单极天线1可以辐射出数据信号。在此，所述第一电流路径所指的是经过馈入部10而传导至第一辐射部12尾端的一种电流分布方式，而第二电流路径所指的是经过馈入部10而传导至第二辐射部14尾端的另一种电流分布方式，使得数据信号至少通过所述第一电流路径或所述第二电流路径发射出宽频单极天线1。

于实务上，所述第一电流路径的长度应小于所述第二电流路径的长度，使得第一电流路径可以用来发射高频的数据信号，而第二电流路径可以用来发射低频的数据信号。于所属技术领域具有通常知识者可知，第一电流路径的长度系与第一辐射部12的形状有关，而第二电流路径的长度与第二辐射部14的形状有关。若要使宽频单极天线1能够广泛地被UMTS系统、WiFi系统、UWB系统、WiMAX系统所使用，宽频单极天线1必须于1920MHz到2170MHz、2.40GHz到2.50GHz、1.71GHz到2.70GHz、3.1GHz到4.8GHz、5.15GHz到5.85GHz的范围内维持良好的通信品质。

当然，本实施例的宽频单极天线1也可以应用在执照频段(LicensedBand)，如美国WCS(Wireless Communication Services)频段(2.305-2.320GHz、2.345-2.360GHz)、MMDS(Multi-point Microwave Distribution System或Multi-channel Multi-point Distribution System)频段(2.50-2.69GHz)，或国际FWA(Fixed Wireless Access)频段(3.4-3.7GHz)；免执照频段(UnlicensedBand)，如工科医(ISM)频段(2.4000-2.4835GHz)、U-NII(Unlicensed NationalInformation Infrastructure)频段(5.15-5.35GHz、5.470-5.725GHz、5.725-5.825GHz)或国际FWA(Fixed Wireless Access)频段(3.4-3.7GHz)。

换句话说，本发明在此并不限制可使用的频率范围，只要第一辐射部12与第二辐射部14可以用来发射频率范围的下限是在1.7GHz到2GHz的区间中，且频率范围的上限是在5.8GHz到6GHz的区间中的数据信号，于所属技术领域具通常知识者可自由设计第一辐射部12与第二辐射部14的形状。

请继续参见图1，信号接地部20还具有一个阻抗匹配结构22，用来改善宽频单极天线位1发射数据信号的场形。由图1可知，阻抗匹配结构22与侧边S5相连，且至少具有平行于侧边S6的侧边S7，且宽频单极天线位1系位于侧边S6与侧边S7之间，藉此可形成出宽频单极天线位1的所在位置。

若从电路基板2的另一侧面来看时，请一并参见图2A与图2B，图2B绘示电路基板另一侧的表面的立体视图。如图所示，信号接地部20与电路基板2的边缘于表面2a中包围出了一个天线设置区域，而宽频单极天线1便是形成在所述天线设置区域中。然而，为了使宽频单极天线1发射数据信号的辐射场形更佳，于电路基板2的另一侧表面2b中更可做适当的设计。举例来说，图2B示范了电路基板2的表面2b设置有一个净空区域，而所述净空区域恰好位于天线设置区域的正背面。

从实际应用的角度来说，请参见图3，图3绘示依据本发明一实施例的宽频单极天线的电压驻波比与频率的关系图。如图3所示，当本实施例的宽频单极天线1狭缝A1与狭缝A2的宽度分别作如下设计时，例如为3mm，宽频单极天线1大约在1.8GHz到5.8GHz频率范围内的电压驻波比(VSWR)可小于一个业界所规范的门限值。举例来说，业界所规范的门限值可例如为2，本发明并不以此为限，所述电压驻波比的门限值更可以随着业界要求而改变。

综上所述，本发明的宽频单极天线除了可平面地设置于电子装置内部的电路基板的表面上，避免天线突出、外露于电子装置之外，所述宽频单极天线更通过分别设计两个辐射部与信号接地部之间的狭缝宽度，使得宽频单极天线在频率范围内的电压驻波比能够符合业界的规范与要求。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (12)

1.一种宽频单极天线，其特征在于，形成于一电路基板的一第一表面上，且于该第一表面上至少有一信号接地部，该宽频单极天线包括：

一馈入部，耦接一信号馈线，且该馈入部至少具有一第一侧边与一第二侧边；

一第一辐射部，耦接该馈入部，该第一辐射部至少具有一第三侧边，该第三侧边与该馈入部的该第一侧边相连，且该第一侧边、该第三侧边与该信号接地部形成一第一狭缝；以及

一第二辐射部，耦接该馈入部，该第二辐射部至少具有一第四侧边，且该第四侧边与该信号接地部形成一第二狭缝；

其中于该第一狭缝中，该第一辐射部的该第三侧边与该信号接地部的一第五侧边的间隔不小于一第一距离，且于该第二狭缝中，该第二辐射部的该第四侧边与该信号接地部的一第六侧边的间隔不小于一第二距离，使得该宽频单极天线在一频率范围内的电压驻波比小于一第一门限值。

2.如权利要求1所述的宽频单极天线，其特征在于，至少部分的该第三侧边与该第五侧边互相平行，且至少部分的该第四侧边与该第六侧边互相平行。

3.如权利要求1所述的宽频单极天线，其特征在于，该第一辐射部自该馈入部向外延伸且逐渐放大。

4.如权利要求1所述的宽频单极天线，其特征在于，该信号接地部还具有一阻抗匹配结构，该阻抗匹配结构与该第五侧边相连，且至少具有平行于该第六侧边的一第七侧边，该宽频单极天线位于该第六侧边与该第七侧边之间。

5.如权利要求1所述的宽频单极天线，其特征在于，该信号馈线用以传输一数据信号，该宽频单极天线中至少具有一第一电流路径与一第二电流路径，该第一电流路径经过该馈入部与该第一辐射部，该第二电流路径经过该馈入部与该第二辐射部，使得该数据信号至少通过该第一电流路径或该第二电流路径发射出该宽频单极天线。

6.如权利要求4所述的宽频单极天线，其特征在于，该第一电流路径的长度小于该第二电流路径的长度。

7.一种电子装置，其特征在于，包括：

一信号传输模块，用以传输一电子信号；以及

一宽频单极天线，形成于一电路基板的一第一表面上，且于该第一表面上至少有一信号接地部，该宽频单极天线包括：

一馈入部，经一信号馈线耦接该信号传输模块，用以接收该电子信号，且该馈入部至少具有一第一侧边与一第二侧边；

一第一辐射部，耦接该馈入部，该第一辐射部至少具有一第三侧边，该第三侧边与该馈入部的该第一侧边相连，且该第一侧边、该第三侧边与该信号接地部形成一第一狭缝；以及

一第二辐射部，耦接该馈入部，该第二辐射部至少具有一第四侧边，且该第四侧边与该信号接地部形成一第二狭缝；

其中于该第一狭缝中，该第一辐射部的该第三侧边与该信号接地部的一第五侧边的间隔不小于一第一距离，且于该第二狭缝中，该第二辐射部的该第四侧边与该信号接地部的一第六侧边的间隔不小于一第二距离，使得该宽频单极天线在一频率范围内的电压驻波比小于一第一门限值。

8.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，至少部分的该第三侧边与该第五侧边互相平行，且至少部分的该第四侧边与该第六侧边互相平行。

9.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该第一辐射部自该馈入部向外延伸且逐渐放大。

10.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该信号接地部还具有一阻抗匹配结构，该阻抗匹配结构与该第五侧边相连，且至少具有平行于该第六侧边的一第七侧边，该宽频单极天线位于该第六侧边与该第七侧边之间。

11.如权利要求7所述的电子装置，其特征在于，该信号馈线用以传输一数据信号，该宽频单极天线中至少具有一第一电流路径与一第二电流路径，该第一电流路径经过该馈入部与该第一辐射部，该第二电流路径经过该馈入部与该第二辐射部，使得该数据信号至少通过该第一电流路径或该第二电流路径发射出该宽频单极天线。

12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，该第一电流路径的长度小于该第二电流路径的长度。

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