CN103579762A - 多频天线 - Google Patents
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Abstract
一种多频天线应用于电子装置，该多频天线包含共振辐射体、接地端与展频部。其中，该共振辐射体接收位于第一频率(亦可称基本频率)的第一电磁波信号，又，该接地端与该电子装置连接，以及该展频部设置在该共振辐射体与该接地端之间，又，该展频部具有第一分流体与第二分流体，使得该展频部利用该第一分流体与该第二分流体在该共振辐射体与该接地端之间形成环形分流路径，让该第一频率位移一频带宽度，使得该电子装置可接收位于该频带宽度中任意一个频率的第二电磁波信号。故本发明通过该展频部增加该频带宽度，使得该电子装置除可接收该第一电磁波信号外，还可接收该第二电磁波信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种多频天线，尤其涉及可接收位于基本频率的电磁波信号与位于该基本频率位移一频带宽度中任意其中之一频率上的电磁波信号的多频天线。
背景技术
目前，由于具有无线通信的电子装置普遍地被人们所使用，使得人与人之间的距离不再遥不可及。其中，让该电子装置达到这个目的的主要关键技术是利用天线进行电磁波信号的传送与接收。
然而，在不同的无线通信协议中规范该电子装置操作在不同的频率或频带，例如以全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)的移动通信规范(即上述的无线通信协议)而言，该移动通信规范规范所使用的电磁波信号的频段为850兆赫、900兆赫、1800兆赫或1900兆赫，且该全球移动通信虽然皆为全球移动通信系统，但这些系统操作在不同的工作频率(即本发明所述的基本频率)。
假若在一个该电子产品中需要符合多种通讯规范时，则需要在该电子产品中同时建构多根天线，才能使得该电子产品可同时地在多频环境之下进行操作。此外，值得注意的是，虽然在该电子装置可同时地容纳这些天线，但这些天线之间会产生相互的电磁波干扰，而造成通讯质量的劣化。
因此，如何能在该电子装置同时地容纳可接收不同无线通信协议的多根天线，且亦能够避免该电子装置受到电磁波干扰，进而达到多频天线的应用，变成是很重要的课题。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种多频天线，可提供电子装置接收位于基本频率的电磁波信号及/或位于该基本频率位移一频带宽度中任一频率的电磁波信号。
本发明的另一目的是根据上述的该多频天线，通过在天线上增加环路表面电流(loop surface current)而使得原本接收单一该基本频率的该电子装置，能够额外地增加接收位于该频带宽度中的多个频率。
为达到上述目的至其它目的，本发明提供一种多频天线，应用于具有信号端与共地端的电子装置，该多频天线包含共振辐射体、接地端与展频部。其中，该共振辐射体供与该电子装置的信号端连接，该共振辐射体接收位于第一频率的第一电磁波信号；该接地端供与该电子装置的共地端连接；以及，该展频部连接该共振辐射体与该接地端，且该展频部具有第一分流体与第二分流体，该展频部通过该第一分流体与该第二分流体在该共振辐射体与该接地端之间形成开槽，又，在该共振辐射体与该接地端之间，该第一分流体与该第二分流体形成环形分流路径。
与现有技术相较，本发明的多频天线可通过包含多个分流体的展频部，用以扩展共振辐射体所能接收频率的范围，例如由单一频率扩展到多个频率。其中，该共振辐射体通过这些分流体提高该多频天线的整体的环路表面电流，使得原本利用该共振辐射体所能接收一个第一频率因该环路表面电流的提升而能够接收位于更多频率上的电磁波信号。
此外，由于多个频率是连续的，故这些频率组成一频带宽度，使得该多频天线除可接收该第一频率的第一电磁波信号外，还可接收自该第一频率以该频带宽度所延伸的任一频率上的第二电磁波信号。换言之，该第二电磁波信号定义为位于该频带宽度内的任一频率上的电磁波信号。
故本发明提供一个可应用于该电子装置的多频天线，且不需要增加额外的共振辐射体，即可达到提供该电子装置可接收位于多个频率的电磁波信号的目的。又，本发明可提升原有该共振辐射单元的辐射效率(radiationefficiency)。
附图说明
图1a-1b为本发明第一实施例的多频天线的结构示意图；
图2a-2b为本发明第二实施例的多频天线的结构示意图；
图3为本发明第三实施例的多频天线的结构示意图；以及
图4a-4b为说明图3中多频天线的实际测试的特性曲线图。
主要部件附图标记：
10、10’、10” 多频天线
12、22、24 共振辐射体
14 接地端
16 展频部
166 开槽
162 第一分流体
164 第二分流体
18 馈入部
182 高频同轴电缆
184 高频信号线
186 接地线
20 连接部
202 第一连接片
204 第二连接片
P1、P2 环形分流路径
θ1 第一夹角
θ2 第二夹角
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及技术效果，这里通过下述具体的实施例，并结合附图，对本发明做详细说明，说明如下：
一并参考图1a-1b，为本发明第一实施例的多频天线的结构示意图。其中，图1a为该多频天线的正面视图，以及图1b为该多频天线的反面视图。在图1a-1b中，该多频天线10应用于电子装置(图未示)，使得该电子装置可通过该多频天线10在2G、2.5G、3G、3.5G、4G或WiFi等无线通信协议之下进行操作。一般而言，该多频天线10与该电子装置的通讯模块(图未示)连接。又，该通讯模块包含信号端与共地端，该信号端用于接收或传送电磁波信号，以及该共地端与该信号端形成电性回路而供该电磁波信号在该电子装置与该多频天线10之间流动。
再者，该多频天线10让该电子装置可同时地接收位于第一频率(firstfrequency)的第一电磁波信号，以及位于该第一频率延伸一频带宽度之中任意一个频率的第二电磁波信号。举例而言，该第一频率可为850兆赫(MHz)、900MHz、1800MHz、1900MHz与2100MHz；以及，该第一频率延伸该频带宽度之中任意一个频率以下述实施例进行说明。
当该第一频率为900MHz且该频带宽度为50MHz时，则该多频天线10所接收的频率范围由单一该第一频率(即900MHz)延伸该频带宽度，且该频带宽度的任一频率领先或落后该第一频率。其中，该频带宽度的范围介于850MHz至950MHz之间。换言之，该多频天线10由一个频率(即900MHz)扩展至位于100MHz(即850MHz至950MHz)的该频带宽度中的任一频率。
因此，该多频天线10提供该电子装置除可接收位于900MHz的该第一频率的该第一电磁波信号外，亦可接收位于850MHz-950MHz的频带范围中任一频率的该第二电磁波信号。
其中，该多频天线10包含共振辐射体12、接地端14与展频部16。
请参照图1a，该共振辐射体12供让该电子装置接收位于该第一频率的该第一电磁波信号。其中，该共振辐射体12的尺寸与形状决定接收该第一频率的频率高低。在本实施例中，该共振辐射体12的形状以片体状为例说明。
举例而言，该共振辐射体12接收该第一电磁波信号的做法，让该第一电磁波信号可有效地驻留在该共振辐射体12上，故在本实施例中，该共振辐射体12的长度以1/4波长(quarter-wavelength)的方式进行设计，例如该第一频率为850MHz，则1/4波长约为0.088米，即该共振辐射体12的长度至少为0.088米；该第一频率为900MHz，则1/4波长约为0.0833米，即该共振辐射体12的长度至少为0.0833米；该第一频率为1800MHz，则1/4波长约为0.042米，即该共振辐射体12的长度至少为0.042米；该第一频率为1900MHz，则1/4波长约为0.039米，即该共振辐射体12的长度至少为0.039米；以及，该第一频率为2100MHz，则1/4波长约为0.036米，即该共振辐射体12的长度至少为0.036米。
该接地端14供连接至该电子装置的该共地端(图未示)。在该接地端14与该共地端连接之后，该接地端14的该电位等于该共地端的电位。
请一并参照图1b，该展频部16设置在该共振辐射体12与该接地端14之间，且该展频部16的作用将该第一频率位移一频带宽度，使得该电子装置可通过该展频部16接收位于该频带宽度之中任意一个频率的第二电磁波信号。其中，该展频部16通过第一分流体162与第二分流体164在该共振辐射体12与该接地端14之间形成该开槽166。其中，该第一分流体162与该第二分流体164在该共振辐射体12与该接地端14之间形成环形分流路径P1、P2，又，该展频部16根据该环形分流路径P1、P2以基于该第一频率进行展频。在本实施例中，该环形分流路径P1、P2使得本发明的该共振辐射体12相较于传统天线技术中无该展频部16的天线能获得更多的导通电流。
故该展频部16使得该共振辐射体14可从原本该第一频率延伸扩展至以该第一频率位移一频带宽度中的任一频率。
再者，该展频部16的该第一分流体162与该第二分流体164在该共振辐射体12与该接地端14之间以倒V型结构进行配置。在本实施例中，该第一分流体162的一端与该第二分流体164的一端在该共振辐射体12的侧边(例如较长的一边)的任一处形成交集。其中，第一分流体162的一端与该第二分流体164的一端之间形成第一夹角θ1。
又，该第一分流体162的另一端与该第二分流体164的另一端直接地连接至该接地端的侧边。在本实施例中，该第一分流体162的另一端与该第二分流体164的另一端垂直地连接至该接地端14为例说明。
其中，该第一分流体162的一端与该第二分流体164的一端自该交集处以该第一夹角θ1延伸并再以第二夹角θ2弯折该第一分流体162与该第二分流体164，用以供该第一分流体162的另一端与该第二分流体164的另一端分别地延伸至该接地端14。
一并参照图2a-2b，为本发明第二实施例的多频天线的结构示意图，图2a为该多频天线的正面视图，以及图2b为该多频天线的反面视图。在图2a-2b中，该多频天线10’同样地应用于电子装置(图未示)。再者，该多频天线10’除具有与第一实施例中所提及的该共振辐射体12、接地端14与该展频部16之外，还包含馈入部18与连接部20。其中，馈入部18与连接部20设置在该共振辐射体12与该电子装置之间。
该馈入部18的一端连接该电子装置的该通讯模块，而使得该多频天线10’通过该馈入部18与该电子装置之间接收与传送电信号ES(electronicsignal)。在本实施例中，该馈入部18以高频同轴电缆182为例说明。其中，该高频同轴电缆182的中心轴部设置有高频信号线184，以及该高频信号线184的外部包覆有接地线186。
该连接部20连接该馈入部18与该共振辐射体12。在本实施例中，该连接部20由第一连接片202与第二连接片204所组成的片状体。
该连接部20通过该第一连接片202与该馈入部18连接，以及该连接部20通过该第二连接片204与该共振辐射体12连接。再者，该连接部20以L型结构为例说明，又该连接部20的长度为该第一频率波长的1/8。其中，该频率与波长的数学表示式如下所示：
λ=C/f
其中，λ定义为波长，单位为米；λ为光速(即3×108)，单位为米/秒；以及，f为该第一频率，单位为赫兹。
举例而言，若该第一频率为850MHz，则1/8波长约为0.441米，若该电子装置操作在850MHz的第一频率之下，该连接部20的长度选用约为0.441米；该第一频率为900MHz，则1/8波长约为0.417米，即若该电子装置操作在900MHz的第一频率之下，该连接部20的长度选用约为0.417米；该第一频率为1800MHz，则1/8波长约为0.208米，即若该电子装置操作在1800MHz的第一频率之下，该连接部20的长度选用约为0.208米；该第一频率为1900MHz，则1/8波长约为0.197米，即若该电子装置操作在1900MHz的第一频率之下，该连接部20的长度选用约为0.197米；以及，该第一频率为2100MHz，则1/8波长约为0.179米，即若该电子装置操作在2100MHz的第一频率之下，该连接部20的长度选用约为0.179米。
参照图3，为本发明第三实施例的多频天线的结构示意图。在图3中，该多频天线10”同样应用至该电子装置，且在本实施例中，通过多个共振辐射体22、24而使得该电子装置可接收多个第一频率(例如900MHz与1900MHz)的电磁波信号，并且通过共同的展频部16，用以分别地使得该电子装置可接收这些第一频率的第一电磁波信号以及分别自这些第一频率位移一频带宽度的任一频率的第二电磁波信号。举例而言，该电子装置可通过该多频天线10”而能同时地接收例如符合行动通讯规范中所规范850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz与2100MHz频率上的电磁波信号。
其中，该多频天线10”除包含与第一实施例相同的该接地端14、该展频部16、该馈入部18与该连接部20之外，还包含这些共振辐射体22、24。
其中，这些共振辐射体22、24同时地与该连接部20的该第二连接片204，且这些共振辐射体22、24根据这些第一频率而设计成与这些第一频率相关的多个辐射片体。在本实施例中，这些共振辐射体22、24根据1/4波长的设计原则，又进一步定义为低频的共振辐射体22(例如900MHz)与高频共振辐射体24(例如1900MHz)。
此外，该低频共振辐射体22与该高频共振辐射体24可同时地通过该连接部20与该展频部16而具有不同的频带宽度，例如该低频共振辐射体22根据该连接部20与该展频部16有50MHz的频带，使得该多频天线10”由原本该低频共振辐射体22单一的900MHz的第一频率展频至包含范围从850MHz至950MHz的频带宽度；以及，该高频共振辐射体24有300MHz的频带，使得该多频天线10”由原本该高频共振辐射单元24单一的1900MHz的第一频率展频至包含范围从1800MHz与2100MHz的频带宽度。
参照图4a-4b，为说明图3中多频天线的实际测试的特性曲线图。
在图4a中，显示该多频天线10’’的电压驻波比(voltage standing waveratio；VSWR)。其中，该电压驻波比的定义为电磁波在第一电路与第二电路之间进行传递时，由于该第一电路与该第二电路具有不同的阻抗特性故会造成阻抗不匹配的现象，使得当电磁波由该第一电路传递至该第二电路时，部分的电磁波因为无法有效地传递至该第二电路而导致该电磁波反射回该第一电路。该电压驻波比的数学关系式为电压峰值与电压谷值的比。其中，理想的电压驻波比为1:1，即在电磁波传递的过程中不会反射该电磁波。
本发明的该多频天线10”提供该电子装置在第一频率在824MHz的电压驻波比为3.4121比1，第一频率在880MHz的电压驻波比为1.4983比1，第一频率在960MHz的电压驻波比为2.0719比1，第一频率在1710MHz的电压驻波比为1.7227比1，第一频率在1990MHz的电压驻波比为1.8016比1，第一频率在2170MHz的电压驻波比为1.8134比1。因此，从上述的测试数据中可以了解到该电压驻波比为接近1:1的理想天线。
在图4b中，显示该多频天线10”的天线回波损耗(Return loss)，例如该多频天线10”操作在第一频率为824MHz的天线回波损耗为-5.025dB、该多频天线10”操作在第一频率为880MHz的天线回波损耗为-13.043dB、该多频天线10”操作在第一频率为960MHz的天线回波损耗为-10.155dB、该多频天线10”操作在第一频率为1710MHz的天线回波损耗为-11.535dB、该多频天线10”操作在第一频率为1990MHz的天线回波损耗为-10.654dB、该多频天线10”操作在第一频率为2170MHz的天线回波损耗为-11.089dB，而本领域技术人员可了解到当该回波损耗小于-5dB时，可视为理想的天线装置
此外，可一并参考下表1所示，关于该多频天线10’的天线增益(Gain)。
表1
该表中显示例如第一频率在914.8MHz的X-Y平面(plane)的最大增益(Peak Gain)为-1.05dBi，平均增益(Average Gain)为-4.25，在Y-Z平面最大增益为1.20dBi，平均增益为-2.78，在X-Z平面最大增益为1.56dBi，平均增益为-2.06；第一频率在1850.2MHz的X-Y平面的最大增益为-0.93dBi，平均增益为-3.76，在Y-Z平面最大增益为0.73dBi，平均增益为-2.70，在X-Z平面最大增益为-1.25dBi，平均增益为-5.56。整体而言，本发明的该天线增益相当良好。
本发明的多频天线可通过包含多个分流体的展频部，用以扩展共振辐射体所能接收频率的范围，例如由单一频率扩展到多个频率。其中，该共振辐射体通过这些分流体提高该多频天线的整体的环路表面电流，使得原本利用该共振辐射体所能接收单一第一频率因该环路表面电流的提升而能够接收位于更多频率上的电磁波信号。
即，本发明提供一个可应用于该电子装置的多频天线，且在不需要增加额外的共振辐射体，即可达到提供该电子装置操作在多种频率的目的。又，本发明使得原有该共振辐射单元的辐射效率(radiation efficiency)可获得提升。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所限定的内容为准。
Claims (9)
1.一种多频天线，其特征在于，应用于具有信号端与共地端的电子装置，该多频天线包含：
共振辐射体，供与该电子装置的信号端连接，该共振辐射体接收位于第一频率的第一电磁波信号；
接地端，供与该电子装置的共地端连接；以及
展频部，连接该共振辐射体与该接地端，且该展频部具有第一分流体与第二分流体，该展频部通过该第一分流体与该第二分流体在该共振辐射体与该接地端之间形成开槽，又，在该共振辐射体与该接地端之间，该第一分流体与该第二分流体形成环形分流路径。
2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，还包含馈入部与连接部，设置在该共振辐射体与该电子装置之间，该馈入部的一端供与该信号端连接，该连接部的两端分别地连接该馈入部的另一端与该共振辐射体。
3.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，该连接部为L型结构，以及该连接部的长度等于该第一频率相对应波长的1/8。
4.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，该共振辐射体的长度等于该第一频率相对应波长的1/4。
5.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该第一分流体与该第二分流体在该共振辐射体与该接地端之间以倒V型结构配置。
6.如权利要求5所述的多频天线，其特征在于，该第一分流体的一端与该第二分流体的一端在该共振辐射体的侧边形成交集处，且该第一分流体的一端与该第二分流体的一端之间形成第一夹角。
7.如权利要求6所述的多频天线，其特征在于，该第一分流体的另一端与该第二分流体的另一端分别地连接至该接地端的侧边。
8.如权利要求7所述的多频天线，其特征在于，该第一分流体与该第二分流体在该共振辐射体与该接地端之间分别地形成第二夹角。
9.如权利要求7所述的多频天线，其特征在于，该第一分流体的一端与该第二分流体的一端自该交集处以该第一夹角延伸并再以该第二角度弯折该第一分流体与该第二分流体，用以改变该第一分流体的另一端与该第二分流体的另一端分别地延伸至该接地端。
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