CN103985955A - 无线通信装置的双频天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于无线通信装置的双频天线，包含：第一辐射部，设置成传收第一频段的信号；第二辐射部，设置成与第一辐射部产生耦合效应，以传收第二频段的信号，其中第二频段的中心频率低于第一频段的中心频率，第二辐射部包含多个辐射段，且该多个辐射段的至少其一位于第一平面；馈入接脚，耦接于第一辐射部，且设置成用于耦接无线通信装置的信号接收端；以及短路接脚，耦接于第二辐射部，且设置成用于耦接无线通信装置的固定电位区。前述第一辐射部与第二辐射部间没有实体接触，且该第一辐射部至少有一部分不位于该第一平面上。

Description

无线通信装置的双频天线

技术领域

本发明涉及一种无线通信装置的天线，尤指一种具有高频宽特性的小型化双频天线。

背景技术

天线是无线通信装置中的重要元件之一，但也经常是所有电路模块中面积、尺寸最大的元件之一。随着无线通信产品愈来愈强调轻、薄、短、小的设计，天线的尺寸也必须不断缩小才能符合产品发展的方向。

有些无线通信装置需要支持多频段（例如2.4GHz频段和5GHz频段）传收的功能。传统的无线通信装置需要配备多个天线，才能在不同的频段上传收无线信号。对于欲精简体积的无线通信装置而言，设置多个天线所需的空间，会导致装置整体体积难以进一步缩小。

发明内容

有鉴于此，如何设计具有良好天线辐射特性、尺寸精简、能于多频段收发信号、且具有足够频宽的天线结构，实为业界有待解决的问题。

本说明书提供一种用于一无线通信装置的双频天线的实施例，其包含：一第一辐射部，设置成接收或传送一第一频段中的信号；一第二辐射部，设置成与该第一辐射部产生一耦合效应，以接收或传送一第二频段中的信号，其中，该第二频段的中心频率低于该第一频段的中心频率，第二辐射部包含多个辐射段，且该多个辐射段的至少其一位于第一平面；一馈入接脚，耦接于该第一辐射部，且设置成用于耦接该无线通信装置的一信号接收端；以及一短路接脚，耦接于该第二辐射部，且设置成用于耦接该无线通信装置的一固定电位区；其中该第一辐射部与该第二辐射部之间没有实体接触，且该第一辐射部至少有一部分不位于该第一平面上。

上述实施例的优点之一是通过第一辐射部与第二辐射部之间的耦合效应能有效提升该第一频段的有效频宽。

上述实施例的另一优点是双频天线能于多频段收发信号。

本发明的其他优点将通过以下的说明和图式进行更详细的解说。

附图说明

图1为本发明一实施例的无线通信装置简化后的示意图。

图2为图1中的无线通信装置简化后的俯视图。

图3为图1中的第二辐射部的制作方式的一实施例的示意图。

图4为图1中的双频天线的操作特性示意图。

图5为本发明另一实施例的无线通信装置简化后的示意图。

图6～7为本发明不同实施例的第二辐射部简化后的示意图。

符号说明

100、500无线通信装置

102双频天线

104电路板

110第一辐射部

120、620、720第二辐射部

130馈入接脚

140短路接脚

152信号接收端

154固定电位区

156、158连接部

160、660、760支撑部

321、621、721第一辐射段

322、622、722第二辐射段

323、623、723第三辐射段

324、624、724第四辐射段

325、625、725第五辐射段

G1第一辐射部与第二辐射部的间距

G2信号接收端与第二辐射部的间距

W1、W2、W3第二辐射部的宽度

L1、L2、L3第二辐射部的长度

具体实施方式

以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或流程步骤。

请参考图1与图2。图1为本发明一实施例的无线通信装置100简化后的示意图。图2为图1中的无线通信装置100简化后的俯视图。无线通信装置100包含有一双频天线（dual-band antenna）102以及一电路板104。双频天线102包含有一第一辐射部（radiation part）110、一第二辐射部120、一馈入接脚（feeding element）130、以及一短路接脚（shorting element）140。电路板104包含有一信号接收端152、一固定电位区154、以及连接部156和158。在本实施例中，馈入接脚130耦接于第一辐射部110，且设置成用于耦接电路板104上的信号接收端152。短路接脚140耦接于第二辐射部120，且设置成用于耦接电路板104上的固定电位区154。电路板104上的固定电位区154可以是一接地平面或一接地节点，而连接部156和158则可以用孔洞或焊接点来实现。实作上，可通过调整馈入接脚130与短路接脚140的间隙，来改变双频天线102的输入阻抗，以获得较佳的阻抗匹配。

如图1与图2所示，第一辐射部110与第二辐射部120之间并没有实体接触，而是存在些许间隔。在本实施例中，第一辐射部110设置成接收或传送一第一频段中的信号，第二辐射部120设置成与第一辐射部110产生一耦合效应，以接收或传送一第二频段中的信号。前述第二频段的中心频率低于第一频段的中心频率。例如，在一实施例中，该第一频段为5GHz频段，而该第二频段为2.4GHz频段。

实作上，前述第一辐射部110可用一金属条或金属片所形成的单极天线来实现，并可用黏贴、焊接、或印刷的方式设置在电路板104的任一层上。或者，第一辐射部110也可用对折成U字型的双极天线来实现，并将对折后的两个辐射段分别设置于电路板104的不同层上，例如电路板104的上表面和下表面，以提供与前述单极天线相同或类似的辐射场型。

前述第二辐射部120包含多个辐射段（radiation section）。实作上，短路接脚140与第二辐射部120的多个辐射段可以用导电性的材质分别制成后再彼此拼接组合。或者，第二辐射部120和短路接脚140也可直接用一体成形的金属片来进行冲压或切割制作，以降低制造的复杂度和成本，并提升制造的速度和良率。

将第二辐射部120与无线通信装置100的电路板104进行组装前，可以先将第二辐射部120弯折成适当的形状，以增加第二辐射部120的结构刚性。

图3为第二辐射部120的制作方式的一实施例的示意图。在图3的实施例中，第二辐射部120和短路接脚140是用一体成形的单一金属片来实现，且第二辐射部120包含一第一辐射段321、一第二辐射段322、一第三辐射段323、一第四辐射段324、一第五辐射段325、以及一支撑部160。在一实施例中，第二辐射部120的宽度W1介于2.8～5.2毫米（mm），例如4.0毫米，而第二辐射部120的长度L1则介于6.9～12.8毫米，例如9.9毫米。

如图3所示，第一辐射段321与第二辐射段322实质上垂直，且第四辐射段324与第三辐射段323及第五辐射段325实质上垂直。在本实施例中，第三辐射段323连接于第二辐射段322，且第五辐射段325位于第一辐射段321与第三辐射段323之间。

在将第二辐射部120与电路板104进行组装前，可以先将短路接脚140和支撑部160朝一第一方向分别弯折成与第二辐射部120呈一预定夹角（例如80～100度之间的任一角度）或实质上垂直的形状。

本实施例中的第二辐射部120的多个辐射段321～325在使用状态下是位于一第一平面，且第一平面与电路板104的上表面间的夹角会介于65度～115度，例如90度。短路接脚140和支撑部160在使用状态下可以是实质上平行，也可以不平行。另外，第二辐射部120中的辐射段321～325，在使用状态下并不会与短路接脚140和支撑部160位于同一平面。例如，短路接脚140可位于与前述第一平面实质上垂直的一第二平面上。换言之，第二辐射部120以及短路接脚140在使用状态时会形成立体状的结构，以大幅增强第二辐射部120的结构刚性和稳定性，使得第二辐射部120在组装及使用的过程中不易变形。

当第二辐射部120组装到电路板104上时，支撑部160会与连接部158连接，以增加第二辐射部120组装于电路板104后的结构刚性和稳固性。另外，支撑部160的末端也可做成阶梯状，用来辅助固定第二辐射部120，以提升第二辐射部120组装于电路板104时的结构稳定性。

在连接部156是孔洞的实施例中，连接部156内侧可镀有导电性材料，例如铜，并与电路板104上的固定电位区154相耦接。因此，当短路接脚140与连接部156以插接或焊接方式接合后，短路接脚140便会与固定电位区154相耦接。

连接部158不会与固定电位区154导通，因此，支撑部160以插接或焊接方式接合于连接部158时，也不会与固定电位区154导通。

在一实施例中，馈入接脚130可直接与电路板104的信号接收端152相连，或是通过导孔等方式耦接于电路板104的信号接收端152。无线通信装置100可对馈入接脚130所接收的信号进行滤波后，以同时分别处理第一频段和第二频段中的信号。

如图2所示，第一辐射部110至少有40%以上的局部区段位于一第一线段上，且第一线段与辐射段321～325所在的前述第一平面之间的最短距离为G1。另外，信号接收端152与第一平面的间距为G2。第一辐射部110与第二辐射部120间的耦合量会因距离G1而有所不同，进而影响到第二辐射部120的匹配与操作频率。实作上，可将前述的距离G1设置成介于0.35～0.65毫米，例如0.5毫米，并将前述的间距G2设置成介于2.8～5.2毫米，例如4.0毫米。在图2的实施例中，第一线段与第一平面实质上平行。也即，第一辐射部110至少有一部分不位于前述的第一平面。

图4为图1中的双频天线102的操作特性示意图。如前所述，第二辐射部120与第一辐射部110间会产生耦合效应。第一辐射部110与第二辐射部120间的耦合效应，会使得第二辐射部120的三倍频区段往较低频方向移动，并和第一辐射部110的一原始有效频段连接，以形成第一频段。如此一来，便可使得第一频段的频宽超过第一辐射部110的原始有效频段的频宽。例如，在第二辐射部120操作在2.4GHz频段且第一辐射部110操作在5GHz频段的实施例中，前述的双频天线102的架构可同时支持2.4～2.48GHz频段和5.1～5.85GHz频段的双频操作。很明显地，双频天线102在5G频段中的有效频宽，远高于传统的小型双频天线所能达到的水平。因此，前述的双频天线102的架构很适合应用在各种小型的无线通信装置中，例如USB网卡或手机中，以使无线通信装置在进行高频操作时能有更大的操作频宽。

图5所示为本发明另一实施例的无线通信装置500简化后的示意图。无线通信装置500与前述图1中的无线通信装置100很类似，两者的差别之一在于无线通信装置500中的短路接脚140的弯折方向，以及第二辐射部120的支撑部160的弯折方向，与图1中的实施例不同。在图5的实施例中，短路接脚140和支撑部160是朝前述第一方向的反方向分别弯折成与第二辐射部120呈一预定夹角（例如80～100度之间的任一角度）或实质上垂直的形状。

无线通信装置500与前述无线通信装置100的另一项差异在于，无线通信装置500中的第二辐射部120是由电路板104的下方往上与电路板104进行组装。虽然短路接脚140以及支撑部160的弯折方向在图5和图1的实施例中有所不同，但有关前述图1中的第一辐射部110和第二辐射部120的特性、操作机制、以及优点的说明，都同样适用于图5的实施例。

图6是本发明另一实施例的第二辐射部620简化后的示意图。在图6的实施例中，第二辐射部620包含一第一辐射段621、一第二辐射段622、一第三辐射段623、一第四辐射段624、一第五辐射段625、以及一支撑部660。在本实施例中，第二辐射部620的宽度W2介于2.8～5.2毫米（mm），例如4.2毫米，第二辐射部620的长度L2介于6.9～12.8毫米，例如9.9毫米，而前述的短路接脚140同样耦接于第二辐射部620。

如图6所示，第一辐射段621与第二辐射段622实质上垂直，且第四辐射段624与第三辐射段623及第五辐射段625实质上垂直。在本实施例中，第三辐射段623连接于第二辐射段622，且第三辐射段623位于第一辐射段621与第五辐射段625之间。

在本实施例中，第二辐射部620的多个辐射段621～625在使用状态下是位于一第一平面，但短路接脚140和支撑部660并不会位于第一平面。例如，短路接脚140可位于与前述第一平面实质上垂直的一第二平面上。另外，短路接脚140和支撑部660在使用状态下可以是实质上平行，也可以不平行。换言之，第二辐射部620以及短路接脚140在使用状态时会形成立体状的结构，以大幅增强第二辐射部620的结构刚性和稳定性，使得第二辐射部620在组装及使用的过程中不易变形。

虽然第二辐射部620的形状与前述的第二辐射部120有所不同，但有关前述第一辐射部110和第二辐射部120所组成的双频天线102的特性、操作机制、以及优点的说明，都同样适用于第一辐射部110和第二辐射部620所组成的双频天线。

图7为本发明另一实施例的第二辐射部720简化后的示意图。在图7的实施例中，第二辐射部720包含一第一辐射段721、一第二辐射段722、一第三辐射段723、一第四辐射段724、一第五辐射段725、以及一支撑部760。在本实施例中，第二辐射部720的宽度W3介于2.8～5.2毫米（mm），例如3.5毫米，第二辐射部720的长度L3介于6.9～12.8毫米，例如9.9毫米，而前述的短路接脚140同样耦接于第二辐射部720。

如图7所示，第一辐射段721与第二辐射段722实质上垂直，且第四辐射段724与第三辐射段723及第五辐射段725实质上垂直。在本实施例中，第三辐射段723连接于第二辐射段722，且第五辐射段725位于第一辐射段721与第三辐射段723之间。

在本实施例中，第二辐射段722、第三辐射段723、第四辐射段724、以及第五辐射段725在使用状态下是位于一第一平面，第一辐射段721是位于与第一平面实质上垂直的一第二平面，但短路接脚140和支撑部760并不会位于前述的第一平面或第二平面。例如，短路接脚140可位于与前述第一平面和第二平面都实质上垂直的一第三平面上。另外，短路接脚140和支撑部760在使用状态下可以是实质上平行，也可以不平行。换言之，第二辐射部720以及短路接脚140在使用状态时会形成立体状的结构，以大幅增强第二辐射部720的结构刚性和稳定性，使得第二辐射部720在组装及使用的过程中不易变形。

虽然第二辐射部720的形状与前述的第二辐射部120有所不同，但有关前述第一辐射部110和第二辐射部120所组成的双频天线102的特性、操作机制、以及优点的说明，都同样适用于第一辐射部110和第二辐射部720所组成的双频天线。

实作上，也可将前述各实施例中的支撑部160、660和760省略，以进一步节省第二辐射部所需的材料。

如前所述，由于第一辐射部110与前述第二辐射部120、620、或720之间产生的耦合效应，会使第二辐射部120、620、或720的三倍频区段往较低频方向移动，并和第一辐射部110的原始有效频段连接以形成频宽较大的第一频段。如此一来，便可实现具有良好天线辐射特性、尺寸精简、能于多频段收发信号、且具有足够频宽的双频天线结构。

由于前述的各种第二辐射部皆可采用一体成形的结构，因此只需要使用一金属导体，并经过适当的凹折即可制作完成。而且本说明书所提出的双频天线可直接与电子设备的电路板焊接在一起，或是插件到电路板上固定，故其具有制作简单、成本低廉与组装容易的优点。

在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中的普通技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专利范围所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

在此所使用的“及/或”的描述方式，包含所列举的其中之一或多个项目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。

在说明书及申请专利范围当中所提及的“元件”（element）一词，包含了构件（component）、层构造（layer）、或区域（region）的概念。

图式的某些元件的尺寸及相对大小会被加以放大，或者某些元件的形状会被简化，以便能更清楚地表达实施例的内容。因此，除非申请人有特别指明，图式中各元件的形状、尺寸、相对大小及相对位置等仅是便于说明，而不应被用来限缩本发明的专利范围。此外，本发明可用许多不同的形式来体现，在解释本发明时，不应仅局限于本说明书所提出的实施例态样。

为了说明上的方便，说明书中可能会使用一些与空间中的相对位置有关的叙述，对图式中某元件的功能或是该元件与其他元件之间的相对空间关系进行描述。例如，“于…上”、“在…上方”、“于…下”、“在…下方”、“高于…”、“低于…”、“向上”、“向下”等等。所属技术领域中的普通技术人员应可理解，这些与空间中的相对位置有关的叙述，不仅包含所描述的元件在图式中的指向关系（orientation），也包含所描述的元件在使用、运作、或组装时的各种不同指向关系。例如，若将图式上下颠倒过来，则原先用“于…上”来描述的元件，就会变成“于…下”。因此，在说明书中所使用的“于…上”的描述方式，解释上包含了“于…下”以及“于…上”两种不同的指向关系。同理，在此所使用的“向上”一词，解释上包含了“向上”以及“向下”两种不同的指向关系。

以上仅为本发明的优选实施例，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 (20)

1.一种用于一无线通信装置的双频天线，包含有：

一第一辐射部，设置成接收或传送一第一频段中的信号；

一第二辐射部，设置成与所述第一辐射部产生一耦合效应，以接收或传送一第二频段中的信号，其中，所述第二频段的中心频率低于所述第一频段的中心频率，所述第二辐射部包含多个辐射段，且所述多个辐射段的至少其中之一位于一第一平面；

一馈入接脚，耦接于所述第一辐射部，且设置成用于耦接所述无线通信装置的一信号接收端；以及

一短路接脚，耦接于所述第二辐射部，且设置成用于耦接所述无线通信装置的一固定电位区；

其中所述第一辐射部与所述第二辐射部之间未实体接触，且所述第一辐射部的至少一部分不位于所述第一平面上。

2.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第一辐射部为一单极天线或是一双极天线。

3.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第一辐射部与所述第二辐射部之间的耦合效应能够使得所述第二辐射部的三倍频区段往较低频方向移动，并与所述第一辐射部的一原始有效频段连接以形成所述第一频段。

4.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第二辐射部包含位于所述第一平面的一第一辐射段、一第二辐射段、一第三辐射段、一第四辐射段、以及一第五辐射段。

5.根据权利要求4所述的双频天线，其中，第二平面与所述第一平面垂直。

6.根据权利要求5所述的双频天线，其中，所述第一辐射段与所述第二辐射段垂直，且所述第四辐射段与所述第三辐射段及所述第五辐射段垂直。

7.根据权利要求6所述的双频天线，其中，所述第三辐射段连接于所述第二辐射段，且所述第五辐射段位于所述第一辐射段与所述第三辐射段之间。

8.根据权利要求6所述的双频天线，其中，所述第三辐射段连接于所述第二辐射段，且所述第三辐射段位于所述第一辐射段与所述第五辐射段之间。

9.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第二辐射部包含一第一辐射段、一第二辐射段、一第三辐射段、一第四辐射段、以及一第五辐射段，且所述第二辐射段、所述第三辐射段、所述第四辐射段、以及所述第五辐射段位于所述第一平面，所述第一辐射段位于一第二平面，其中所述第一平面与所述第二平面为不平行的两个平面。

10.根据权利要求9所述的双频天线，其中，所述第一平面垂直于所述第二平面。

11.根据权利要求10所述的双频天线，其中，所述短路接脚位于一第三平面，所述第三平面与所述第一平面垂直，也与所述第二平面垂直。

12.根据权利要求9所述的双频天线，其中，所述第一辐射段与所述第二辐射段垂直，且所述第四辐射段垂直于所述第三辐射段及所述第五辐射段。

13.根据权利要求12所述的双频天线，其中，所述第三辐射段连接于所述第二辐射段，且所述第五辐射段位于所述第一辐射段与所述第三辐射段之间。

14.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第一辐射部的局部区段位于一第一线段上，且所述第一线段与所述第一平面之间的一最短距离介于0.35～0.65毫米。

15.根据权利要求14所述的双频天线，其中，所述第一线段与所述第一平面平行。

16.根据权利要求14所述的双频天线，其中，所述第一辐射部的至少40%以上的区段位于所述第一线段。

17.根据权利要求1所述的双频天线，其中，电路板的一上表面与所述第一平面之间的夹角介于65度～115度。

18.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述信号接收端与所述第一平面的间距介于2.8～5.2毫米。

19.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第二辐射部的宽度介于2.8～5.2毫米。

20.根据权利要求1所述的双频天线，其中，所述第二辐射部的长度介于6.9～12.8毫米。