CN103545610A - 宽频天线及无线通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽频天线及无线通讯装置，该宽频天线用于包含有一金属外框的一无线通讯装置，包含有一辐射体，用来收发一射频信号；一固定点，该辐射体经由该固定点耦接至一接地部；一馈入元件，电连接于该辐射体与该接地部之间，用来馈入该射频信号至该辐射体；以及一寄生辐射体，电连接于该接地部，该寄生辐射体与该辐射体间隔一第一距离，该寄生辐射体为该金属外框的一部分；其中，该第一距离使该寄生辐射体与该辐射体产生耦合作用，以形成一耦合天线，用来收发该射频信号。

Description

宽频天线及无线通讯装置

技术领域

本发明涉及一种宽频天线及无线通讯装置，尤其是涉及一种利用金属边框作为寄生辐射体，增加操作频宽，且可符合产品机构的宽频天线及无线通讯装置。

背景技术

天线用来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号。一般具无线通讯功能的电子产品，如笔记型电脑、个人数字助理（Personal DigitalAssistant）等，通常通过内置的天线来存取无线网络。而随着无线通讯技术的演进，不同无线通讯系统的操作频率可能不同，因此，理想的天线应能以单一天线涵盖不同无线通讯网络所需的频带。

现今大部分可携式无线通讯装置为兼顾美观、耐用性等，常使用金属壳体或外框，因此当天线整合入可携式无线通讯装置时，往往会遭遇天线增益降低或不稳定的问题。在此情形下，天线设计者除了需面对宽频需求的挑战外，尚需考虑与金属外框的整合性。举例来说，如何在金属外框环境下，设计一支援长期演进（Long Term Evolution，LTE）频带（704MHz至960MHz及1710MHz至2700MHz）的天线，就存在着一定的难度。

因此，如何将天线与金属外框环境结合，设计为具有宽频特性的宽频天线，同时满足无线通讯装置的空间限制，已成为业界所努力的目标之一。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种宽频天线，其具有宽频特性，且满足无线通讯装置的空间限制。

为达上述目的，本发明揭露一种宽频天线，用于包含有一金属外框的一无线通讯装置，包含有一辐射体，用来收发一射频信号；一固定点，该辐射体经由该固定点耦接至一接地部；一馈入元件，电连接于该辐射体与该接地部之间，用来馈入该射频信号至该辐射体；以及一寄生辐射体，电连接于该接地部，该寄生辐射体与该辐射体间隔一第一距离，该寄生辐射体为该金属外框的一部分；其中，该第一距离使该寄生辐射体与该辐射体产生耦合作用，以形成一耦合天线，用来收发该射频信号。

本发明另揭露一种无线通讯装置，包含有一金属外框；以及至少一天线，每一天线包含有：一辐射体，用来收发一射频信号；一固定点，该辐射体经由该固定点耦接至一接地部；一信号馈入端，电连接于该辐射体与该接地部之间，用来馈入该射频信号至该辐射体；以及一寄生辐射体，电连接于该接地部，该寄生辐射体与该辐射体间隔一第一距离，该寄生辐射体为该金属外框的一部分；其中，该第一距离使该寄生辐射体与该辐射体产生耦合作用，以形成一耦合天线，用来收发该射频信号。

附图说明

图1为本发明实施例一无线通讯装置的示意图；

图2为图1的宽频天线的结构示意图；

图3A及图3B分别为图1的宽频天线的电压驻波比以及辐射增益的示意图；

图4A及图4B分别为图1的宽频天线摆放于另一位置时的电压驻波比以及辐射增益的示意图；

图5A至图5C分别为一宽频天线应用在无线通讯装置的上视图、等角视图以及下视图。

主要元件符号说明

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一无线通讯装置MS的示意图。无线通讯装置MS外部包覆有壳体100，其内部包含有多个宽频天线ANT_1、ANT_2及ANT_3，分别用来收发无线信号，或是进行多输入多输出（Multi-inMulti-out，MIMO）等通讯技术，以增加无线传输的吞吐量（Throughput）。为便于说明，无线通讯装置MS为一笔记型电脑，然而不限于此，无线通讯装置MS也可以是平板电脑、手机、个人数字助理或是任何具有无线通讯功能的电子装置。如图1所示，宽频天线ANT_1、ANT_2设置于无线通讯装置MS的显示器上方，而宽频天线ANT_3设置于无线通讯装置MS的键盘侧边。

详细来说，请参考图2，图2为图1的宽频天线ANT_1及ANT_2的结构示意图。宽频天线ANT_1包含有一固定点P、一接地部200、一辐射体20、一信号馈入端210以及一寄生辐射体212。接地部200用来提供接地。信号馈入端210电连接于辐射体20与接地部200之间，用来馈入射频信号RF_1至辐射体20。辐射体20电连接于信号馈入端210并通过固定点P耦接至接地部200，用来收发一射频信号RF_1。寄生辐射体212电连接于接地部200，寄生辐射体212与辐射体20间隔一距离D1，使得寄生辐射体212与辐射体20间产生耦合作用，因此宽频天线ANT_1形成一耦合天线（CoupledAntenna）的架构，可用来收发射频信号RF_1，达到无线通讯的功效。

具体来说，当射频信号RF_1馈入辐射体20时，在辐射体20上产生一电流路径，通过寄生辐射体212与辐射体20间的耦合作用，从而在寄生辐射体212上形成一耦合电流路径回流至接地部200。由寄生辐射体212延伸至接地部200的耦合电流路径长度较长，因此可激发出低频带的共振模态，用来收发在低频带的射频信号RF_1。并且，通过调整距离D1的大小，可改变辐射体20与寄生辐射体212间的等效电感或等效电容值，用来调整宽频天线ANT_1的辐射频带及频宽，以设计出欲得的匹配与共振模态。

值得注意的是，宽频天线ANT_1搭配无线通讯装置MS的外观造型而设计，其中无线通讯装置MS的壳体100包含有一金属外框23，寄生辐射体212为金属外框23的一部分，因此可将宽频天线ANT_1巧妙地整合入无线通讯装置的外观造型。换句话说，耦合形式的宽频天线ANT_1不仅是单纯地设计辐射体20，而是涵盖到整体接地部200相关结构的一种天线形式，接地部200、寄生辐射体212以及金属外框23的结构与设计都是影响天线特性的因素。

如图2所示，金属外框23包含有一间距（gap）231，间距231的位置取决于寄生辐射体212的长度L1大小，其中长度L1由寄生辐射体212对应于固定点P处延伸至间距231的长度。较佳地，长度L大致等于在低频带的射频信号RF_1的四分之一波长，以使宽频天线ANT_1在低频带具有较佳的匹配。

请注意，本发明主要是利用金属外框23作为宽频天线ANT_1的寄生辐射体212，再通过辐射体20与寄生辐射体212间的耦合作用，激发出不同的共振模态，以使宽频天线ANT_1可操作于相异的频带F1、F2、F3，因此具有良好的频宽。除此之外，宽频天线ANT_1搭配无线通讯装置MS的外观造型而设计，将金属外框23的一部分，即寄生辐射体212，作为宽频天线ANT_1的辐射体之一，因此可将宽频天线ANT_1巧妙地整合入无线通讯装置的外观造型。

另一方面，无线通讯装置MS包含有宽频天线ANT_2，用来收发射频信号RF_2。在此架构下，金属外框23相应地包含了间距232，其中宽频天线ANT_1、ANT_2不同之处在于，两者与间距231、232的相对位置不同，即间距231位于宽频天线ANT_1往-X方向的位置，而间距232位于宽频天线ANT_2往+X方向的位置。如此一来，设计者可依照实际需求，调整宽频天线ANT_1、ANT_2与间距231、232的相对位置，以增加宽频天线的设计弹性。

请参考图3A及图3B，图3A及图3B分别为宽频天线ANT_1的电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）以及辐射增益的示意图。如图3A所示，宽频天线ANT_1在低频频带F1（704MHz～960MHz）的电压驻波比皆小于3.5，在高频频带F2（1710MHz～2170MHz）的电压驻波比皆小于2，在高频频带F3（2300MHz～2700MHz）的电压驻波比大致小于2。如图3B所示，宽频天线ANT_1在低频频带F1的辐射增益约大于-4dB，在高频频带F2的辐射增益大致大于-4dB，在高频频带F3的辐射增益大致大于-4.5dB。

由此可见，宽频天线ANT_1可操作于相异的频带F1、F2、F3，因此具有良好的频宽，以适用于不同讯技术所需的通讯频带，如长期演进（LongTerm Evolution，LTE）、无线广域（Wireless Wide Area Network，WWAN）、无线区域网络（Wireless Local Area Network，WLAN）及全球互通微波存取（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX）等操作频带。

再者，宽频天线ANT_1除了具有良好的天线效能，对于环境的变化也有相当程度的耐受力。在图1中，宽频天线ANT_3与宽频天线ANT_1具有相同的天线图样（Pattern），两者的差别在于摆放的位置不同，即宽频天线ANT_1设置于无线通讯装置MS的显示器上方，而宽频天线ANT_3设置于无线通讯装置MS的键盘侧边。请参考图4A及图4B，图4A及图4B分别为宽频天线ANT_3的电压驻波比以及辐射增益的示意图。如图4A所示，宽频天线ANT_3在低频频带F1（704MHz～960MHz）的电压驻波比皆小于4，在高频频带F2（1710MHz～2170MHz）的电压驻波比皆小于4.5，在高频频带F3（2300MHz～2700MHz）的电压驻波比大致小于4。如图4B所示，宽频天线ANT_3在824MHz～960MHz的辐射增益约大于-4dB，在1850MHz～1990MHz的辐射增益约大于-4dB。因此，即使摆放位置不同，宽频天线ANT_3仍可具有相当程度的天线效能。

另外，请参考图5A至图5C，图5A至图5C分别为宽频天线ANT_5应用在无线通讯装置MS的上视图、等角视图以及下视图。图5A绘示了宽频天线ANT_5的细部结构的一实施例，宽频天线ANT_5的辐射体50包含有辐射部51、52，辐射体50通过辐射部52电连接至固定点P，从而电连接至接地部500，其中连接的方式可利用螺丝、导电泡棉等固定元件使辐射部52与接地部500电性导通。辐射部51与辐射部52间隔一距离D2，距离D2使辐射部51与辐射部52产生耦合作用。辐射部52与寄生辐射体512间隔距离D1，距离D1使辐射部52与寄生辐射体512产生耦合作用。当射频信号RF_1馈入辐射体50时，在辐射部51上产生一电流路径，通过辐射部51与辐射部52间的耦合作用，从而在辐射部52上形成一耦合电流路径回流至接地部500，并且寄生辐射体512上也会产生一耦合电流路径回流至接地部500。辐射部52具有一长度L2，其中长度L2由辐射部52对应于固定点P处延伸至辐射部52的末端。较佳地，长度L2大致等于在频带F1的射频信号RF_1的四分之一波长，因此辐射部52也可用来接收频带F1的射频信号RF_1。

详细来说，辐射部51包含有支臂RAD_1、RAD_2，支臂RAD_1由信号馈入端210朝+X方向延伸，用来收发在频带F2的射频信号RF_1，支臂RAD_2由信号馈入端210朝-X方向延伸，用来收发在频带F3的射频信号RF_1。如此一来，宽频天线ANT_1可操作于相异的频带F1、F2、F3，因此具有良好的频宽。另外，支臂RAD_1、RAD_2在+X方向及-X方向的长度可依照实际应用相应地调整，以改变支臂RAD_1、RAD_2的操作频带F2、F3。

除此之外，制作宽频天线ANT_5的辐射体50的方式无所限制，例如将辐射部51、52印刷于一FR-4玻璃纤维基板之上，或者通过模具注塑成型（Molding）一塑胶件，再利用冲压（Stamping）等技术将辐射部51、52固定于该塑胶件上，另外也可通过激光直接成形（Laser Direct Structuring，LDS）等技术将辐射部51、52形成于塑胶件上。

总而言之，本发明主要是利用金属外框作为宽频天线的寄生辐射体，再通过辐射体与寄生辐射体或是多个辐射体彼此间的耦合作用，激发出不同的共振模态，以使宽频天线可操作于相异的频带，因此具有良好的频宽。除此之外，宽频天线搭配无线通讯装置的外观造型而设计，将金属外框的一部分作为宽频天线的辐射体之一，因此可将宽频天线巧妙地整合入无线通讯装置的外观造型，进而达到宽频效果且可符合产品机构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (24)

1.一种宽频天线，用于包含有金属外框的无线通讯装置，该宽频天线包含有：

辐射体，用来收发一射频信号；

固定点，该辐射体经由该固定点耦接至一接地部；

信号馈入端，电连接于该辐射体与该接地部之间，用来馈入该射频信号至该辐射体；以及

寄生辐射体，电连接于该接地部，该寄生辐射体与该辐射体间隔一第一距离，该寄生辐射体为该金属外框的一部分；

其中，该第一距离使该寄生辐射体与该辐射体产生耦合作用，以形成一耦合天线，用来收发该射频信号。

2.如权利要求1所述的宽频天线，其中该无线通讯装置包含有一壳体，该金属外框为该壳体的一部分。

3.如权利要求2所述的宽频天线，其中该接地部为该壳体的一部分，用来提供接地。

4.如权利要求1所述的宽频天线，其中该金属外框包含有一间距。

5.如权利要求4所述的宽频天线，其中该寄生辐射体具有第一长度，该第一长度是由该寄生辐射体对应于该固定点处延伸至该间距的长度。

6.如权利要求5所述的宽频天线，其中该寄生辐射体用来收发一第一频带的射频信号。

7.如权利要求6所述的宽频天线，其中该第一长度大致等于该第一频带的射频信号的一四分之一波长。

8.如权利要求1所述的宽频天线，其中该辐射体包含有第一辐射部，该辐射体通过该第一辐射部电连接至该信号馈入端。

9.如权利要求8所述的宽频天线，其中该辐射体包含有第二辐射部，该辐射体通过该第二辐射部电连接至该固定点，从而电连接至该接地部，该第一辐射部与该第二辐射部间隔一第二距离，该第二距离使该第一辐射部与该第二辐射部产生耦合作用。

10.如权利要求9所述的宽频天线，其中该第二辐射部具有第二长度，该第二长度是由该第二辐射部对应于该固定点处延伸至该第二辐射部的末端。

11.如权利要求10所述的宽频天线，其中该第二辐射部用来接收一第一频带的射频信号，该第二长度大致等于该第一频带的射频信号的一四分之一波长。

12.如权利要求8所述的宽频天线，其中该第一辐射部包含有：

第一支臂，由该信号馈入端朝一第一方向延伸，用来收发一第二频带的射频信号；以及

第二支臂，由该信号馈入端朝一第二方向延伸，用来收发一第三频带的射频信号；

其中该第一方向与该第二方向相反。

13.一种无线通讯装置，包含有：

金属外框；以及

至少一天线，每一天线包含有：

辐射体，用来收发一射频信号；

固定点，该辐射体经由该固定点耦接至一接地部；

信号馈入端，电连接于该辐射体与该接地部之间，用来馈入该射频信号至该辐射体；以及

寄生辐射体，电连接于该接地部，该寄生辐射体与该辐射体间隔一第一距离，该寄生辐射体为该金属外框的一部分；

其中，该第一距离使该寄生辐射体与该辐射体产生耦合作用，以形成一耦合天线，用来收发该射频信号。

14.如权利要求13所述的无线通讯装置，其另包含有一壳体，该金属外框为该壳体的一部分。

15.如权利要求14所述的无线通讯装置，其中该接地部是该壳体的一部分，用来提供接地。

16.如权利要求13所述的无线通讯装置，其中该金属外框包含有一间距。

17.如权利要求16所述的无线通讯装置，其中该寄生辐射体具有第一长度，该第一长度是由该寄生辐射体对应于该固定点处延伸至该间距的长度。

18.如权利要求17所述的无线通讯装置，其中该寄生辐射体用来收发一第一频带的射频信号。

19.如权利要求18所述的无线通讯装置，其中该第一长度大致等于该第一频带的射频信号的一四分之一波长。

20.如权利要求13所述的无线通讯装置，其中该辐射体包含有第一辐射部，该辐射体通过该第一辐射部电连接至该信号馈入端。

21.如权利要求20所述的无线通讯装置，其中该辐射体包含有第二辐射部，该辐射体通过该第二辐射部电连接至该固定点，从而电连接至该接地部，该第一辐射部与该第二辐射部间隔一第二距离，该第二距离使该第一辐射部与该第二辐射部产生耦合作用。

22.如权利要求21所述的无线通讯装置，其中该第二辐射部具有第二长度，该第二长度是由该第二辐射部对应于该固定点处延伸至该第二辐射部的末端。

23.如权利要求22所述的无线通讯装置，其中该第二辐射部用来接收一第一频带的射频信号，该第二长度大致等于该第一频带的射频信号的一四分之一波长。

24.如权利要求20所述的无线通讯装置，其中该第一辐射部包含有：

第一支臂，由该信号馈入端朝一第一方向延伸，用来收发一第二频带的射频信号；以及

第二支臂，由该信号馈入端朝一第二方向延伸，用来收发一第三频带的射频信号；

其中该第一方向与该第二方向相反。

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