CN108306104A - 双频偶极天线与电子系统 - Google Patents
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Abstract
一种双频偶极天线与电子系统，双频偶极天线主体为一U形或L形的第一天线部，以及方形的第二天线部，第一天线部为具有至少一转折的印刷辐射体，设有第一电性连接部，第二天线部则设有第二电性连接部。当有一电流源经第一电性连接部与第二电性连接部馈入信号，分别在第一天线部与第二天线部形成相同方向的电流，使得第一天线部激发第一波段的电磁波，以及第二天线部邻近第一天线部的部位因耦合效应而致使第二天线部激发感应优化频率响应的第二波段电磁波。
Description
技术领域
本发明关于一种偶极天线与系统，特别涉及一种小型、双频而具有电流同向性辐射体的偶极天线以及应用此天线的电子系统。
背景技术
在科技发展日新月异的现今时代中，电子装置的运算能力增长，信号处理的能力也愈来愈好，特别是宽带网络与多媒体服务的演进，使得电子装置的传输速率成为最大的一个需求。
由于目前的电子产品均朝轻、薄、短、小的设计发展，因此，除了电子产品内各项电路组件有小型化的趋势外，配置在电子产品内的天线还需要支持多频的用途，其体积也需要考虑小型化的设计。
一个偶极天线包括具有两个电流方向的两个辐射体，两侧辐射体的总长约半波长，可参考图1与图2。图1显示分别在两侧的辐射体11,12，经电线13馈入信号后形成两个方向相对的电流方向，图中箭头方向表示电流方向；图2显示为具有对称辐射体21,22的天线，电流经电线23馈入辐射体21,22后形成方向相反的电流方向，如图中箭头指向。如此，偶极天线中两侧辐射体形成涵盖较广的辐射场型。
发明内容
本发明提出一种双频偶极天线，以及使用此双频偶极天线的电子系统。双频偶极天线主体包括有第一天线部，可以为具有一个转折的L形印刷辐射体，或是为具有两个转折的U形印刷辐射体；另有第二天线部，为一方形印刷辐射体，具有四个侧边，其中至少两个相邻的侧边与第一天线部之间产生一耦合效应。当有电流源经一导体电性连接第一天线部的第一电性连接部与第二天线部的第二电性连接部，可分别于第一天线部与第二天线部形成相同的信号方向，使得第一天线部与该第二天线部之间产生耦合效应。
进一步地，在一实施例中，第一电性连接部与第二电性连接部设于相邻的对应位置上，以利连接一电线在同一方向上的电流端与接地端。
进一步地，第一天线部用以激发第一波段的电磁波；第二天线部邻近第一天线部的部位因耦合效应致使第二天线部激发一感应优化频率响应的第二波段电磁波。
具体地，发明涉及一电子系统，如一无线网络设备，其中采用上述双频偶极天线。
附图说明
图1显示现有技术的偶极天线示意图；
图2显示现有技术的偶极天线示意图；
图3显示本发明双频偶极天线的实施例示意图之一；
图4显示本发明双频偶极天线的实施例示意图之二；
图5显示本发明双频偶极天线的实施例示意图之三；
图6显示本发明双频偶极天线的实施例示意图之四；
图7显示本发明双频偶极天线实施例的一个的天线电压驻波比；
图8显示为采用本发明双频偶极天线的电子系统中主要电路组件的实施例示意图。
具体实施方式
公开书描述本发明双频偶极天线与采用此双频偶极天线的电子系统，主要目的的一个是要提出一种容易调整频带设计的印刷式小型双频偶极天线，在天线的设计上，根据实施例之一，经小型化的天线主体比现有的偶极天线缩小了天线面积，例如比现有的偶极天线缩小了约50-70％以上的宽度，以能适用两个频段的应用，如2G与5G双频的小型天线，如此，可节省非常多的印刷式天线材料成本，产生更多的应用，适用特定电子系统，例如无线传输装置产品中。
双频偶极天线可依产品的需求调整与修正，以达到适合的应用。特别的是，双频偶极天线的设计使用独立地(independent ground)，不用有如一般天线需另外的下地端，所以尺寸可以比其他种类天线为小，使得天线可以置放在电子系统中任意位置，并不受限于必须接到系统接地端的限制。双频偶极天线的信号馈入方式可直接以电线连接到天线馈入点，例如直接以50Ω同轴电缆线焊接在天线馈入点，电线的另一端则可任意延伸至电子系统中射频(RF)信号模块端。更者，根据双频偶极天线的实施例之一，双频偶极天线以印刷方式形成于电路板上，可免除立体式天线所需负担的模具成本支出及组装成本及立体天线易变形的风险。
双频偶极天线实施例可参考图3所示的实施例示意图，此例显示为一具有U形(或说倒U形)辐射体的天线，分为具有U形辐射体的第一天线部31以及接近方形的第二天线部32。
双频偶极天线的辐射体至少有一转折，此例显示第一天线部31为具有两个转折的印刷辐射体，形成第一天线部31的第一辐射部313、第二辐射部314与第三辐射部315。在其中一端(此例为图中左侧的第一辐射部313，对照图4实施例为第一辐射部413)设有第一电性连接部311，第二天线部32为一接近方形的印刷辐射体，以印刷方式形成在第一天线部31的U形结构围绕的区域中，在第二天线部32的辐射体的一端(此例为左上角)设有第二电性连接部321。
根据一实施例，设计第一天线部31的结构时，第一天线部31具有第一辐射部313、第二辐射部314与第三辐射部315形成U形天线结构的两个转折，尺度上，第二辐射部314结合第三辐射部315的长度需大于天线整体长度的二分之一。
此例显示为了在第一天线部31与第二天线部32上形成相同信号方向，可以将第一电性连接部311与第二电性连接部321设于相邻的对应位置上。在一实施例中，第一电性连接部311为第一天线部31的一信号馈入的区域(设于第一辐射部313上)，第二电性连接部321设于第二天线部32邻近第一天线部31的第一辐射部313，为一接地的区域，以利连接电线33同一方向上的一电流端与一接地端，如此例沿着电线33由左至右的水平方向。
根据实施例，电线33实现一种导体，可以为同轴电缆线，其中包括通过电流的中央轴芯(电流端)以及包覆在外的接地导体(接地端)，两者分别连接到第一电性连接部311与第二电性连接部321。当电流源经此电线33电性连接第一电性连接部311与第二电性连接部321，以分别于第一天线部31形成第一信号方向301，在第二天线部32形成第二信号方向302，两者较佳为相同的信号方向，或是接近平行的信号方向，第一天线部31与第二天线部32之间亦因此产生一耦合效应。
在一实施例中，第一天线部31用以激发第一波段的电磁波，如2GHz附近的波段；第二天线部32邻近第一天线部31的部位因耦合效应致使第二天线部32激发一感应优化频率响应的第二波段电磁波，如5GHz附近的波段。
在第一天线部31上可以在结构转折处设一导体结构34，作为阻抗匹配的用途，然而阻抗匹配的结构并不限于此实施例。
在此一提的是，连接一电流源的电线33连接到第一天线部31的第一电性连接部311与第二天线部32的第二电性连接部321的搭接方式包括有熔接(Welding)、硬焊(Brazing)、软焊(Soldering)、砧接(Swaging)、铆接(Riveting)以及螺丝连接等。
双频偶极天线的第一天线部除如上述U形辐射体的实施例以外，还可以为仅具有一个转折的L形印刷辐射体，如图4所示本发明双频偶极天线的实施例示意图。
此例显示有一L形的第一天线部41，可利用转折处区分为第一辐射部413与第二辐射部414，此例的第一电性连接部411设于第一辐射部413的一端上，第一辐射部413与第二辐射部414之间转折处可设有用以调整天线操作频率的导体结构415，此例导体结构415为一方形形式的导体。尺度上，在此L型天线结构中，第二辐射部414的长度需大于天线整体长度的二分之一。
此例双频偶极天线的第二天线部42仍为接近方形的印刷辐射体，在对应第一电性连接部411对面的位置上设有第二电性连接部421，可以方便电线43在同一方向上分别以电流端与接地端连接作为信号馈入区域的第一电性连接部411，以及作为接地区域的第二电性连接部421。
第一天线部41与第二天线部42之间产生耦合效应，当有电流源经第一电性连接部411与第二电性连接部421馈入天线后，在第一天线部41与第二天线部42上形成相同的信号方向，产生的耦合效应因此感应出天线的操作频率之一。
在图5所示的本发明双频偶极天线的实施例示意图中，天线主体仍包括第一天线部51，其中依据转折处分为第一辐射部513与第二辐射部514，第一辐射部513上设有第一电性连接部511；另有第二天线部52，设有第二电性连接部521。
特别的是，此例用于阻抗匹配的结构除了设于第一天线51转折处的第一导体结构515，还包括第一辐射部513延伸形成的第二导体结构516，此例显示第二导体结构516为自第一电性连接部511向下延伸的导体结构。在此实施例中，第一电性连接部511与第二电性连接部521仍维持在相对的位置，以方便电流可以在相同方向上馈入第一天线部51与第二天线部52。
在此一提的是，此处阻抗匹配的实施例并不排除应用在具有两个转折的双频偶极天线上。
图6接着显示本发明双频偶极天线中第一天线部61与第二天线部62在设计上尺寸的考虑，图中以具有一个转折的双频偶极天线为例。
双频偶极天线设计时，第一天线部61上的第一电性连接部611与第二天线部62的第二电性连接部621维持在一电线连接时同一方向的对应位置上，第一天线部61的辐射体主要感应第一波段的信号，第二天线部62的辐射体感应第二波段的信号，而第一天线部61与第二天线部62之间的相同电流方向耦合效应还激发优化频率响应的第二波段电磁波。
根据实施例示意图，显示有第一天线部辐射体长度L与第二天线部辐射体长度A，设计上，两者可具有一比例关系。
例如第一天线部长度L’(最长至L)与第二天线部长度a(最长至A)，第二天线部长度a变化包括a+第一长度△a1、a+第二长度△a2与a+第三长度△a3。
第一天线部长度L’为了感应得到第一波段电磁波，应具有与电磁波长一定比例关系的长度；同理，第二天线部长度a为了感应得到第二波段电磁波的目的也应有一定的长度，并应考虑第二天线部长度a，以及第一天线部61与第二天线部62之间的耦合效应(考虑第一耦合间距d1、第二耦合间距d2)感应得到的第二波段电磁波。
第一天线部长度L’与第二天线部长度a具有一比例(L’/a)。而此比例(L’/a)随着第二天线部62的长度变化而改变，比例(L’/a)具有一最大值(max)，而此最大值还规范于一特定范围内，使得双频偶极天线可以依照电子系统的需求运作在特定电磁波下。
图7接着显示本发明双频偶极天线实施例的一个的天线电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)。
图中横轴表示频率(GHz)，纵轴表示反射损失(dB，return loss)，从实验数据来看，双频偶极天线在各频段的反射损失值可得到适合的操作频段，如此例显示曲线的第一标记1标示在2.4GHz的反射损失值为1.8716；第二标记2标示在2.45GHz的反射损失值为1.6695；第三标记3标示在2.5GHz的反射损失值为1.7719，因此双频偶极天线可应用操作频段在2400MHz～2500MHz，适用IEEE802.11b/g无线通信版本。并且，第四标记4标示在4.9GHz的反射损失值为1.6173；第五标记5标示在5.85GHz的反射损失值为1.3467，使得双频偶极天线可应用操作频率在4900MHz～5850MHz，适用IEEE802.11ac无线通信版本。如此，本发明双频偶极天线实现双频应用的目的。
本发明亦涉及一电子系统，如一无线网络设备，其中采用上述双频偶极天线，实施例如图8所示为电子系统中主要电路组件。无线网络设备中电路板80上设有双频偶极天线81，相关电路组件包括有一接地面84，电路板80上主要组件包括有一射频模块(RadioFrequency module)83、基频模块(Bass-band module)85与记忆单元87。
射频模块83与双频偶极天线81电性连接，用以转换接收的天线信号，或是转换为传送出去的电磁波信号。双频偶极天线81的信号将经射频模块83接收并以基频模块85处理，存储在记忆单元87中，并可提供电子系统内部的电路；或者电子系统产生的信号经基频模块85处理，由射频模块83转换为电磁波，经双频偶极天线81传输出去。
是以，公开书描述为一种印刷式双频偶极天线，其中根据信号馈入位置的设计，使得两个天线辐射体中的电流方向为同向，不同于现有偶极天线中两支部中反向的电流方向，且天线具独立地设计，不用一般天线的下地端，并实现小型化与广泛应用的好处。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，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 (16)
1.一种双频偶极天线，其特征在于所述的天线包括：
一第一天线部，为具有至少一转折的印刷辐射体，设有一第一电性连接部；
一第二天线部，为一方形印刷辐射体，设有一第二电性连接部；
其中，一电流源经一导体电性连接该第一电性连接部与该第二电性连接部，以分别于该第一天线部与该第二天线部形成相同的信号方向，使得该第一天线部与该第二天线部的至少两个相邻的侧边间产生一耦合效应。
2.如权利要求1所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一天线部仅包括一个转折，形成一L形辐射体。
3.如权利要求2所述的双频偶极天线，其特征在于所述的L形辐射体包括一第一辐射体与一第二辐射体，形成该第一天线部的一个转折。
4.如权利要求3所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第二辐射部的长度需大于该双频偶极天线整体长度的二分之一。
5.如权利要求1所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一天线部包括两个转折，形成一U形辐射体。
6.如权利要求5所述的双频偶极天线，其特征在于所述的U形辐射体包括一第一辐射体、一第二辐射体与一第三辐射体，形成该第一天线部的两个转折。
7.如权利要求6所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第二辐射部结合该第三辐射部的长度需大于该双频偶极天线整体长度的二分之一。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一电性连接部设于该第一天线部的该第一辐射部上，为一信号馈入的区域；该第二电性连接部设于该第二天线部邻近该第一天线部的该第一辐射部的一侧，为一接地的区域。
9.如权利要求8所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一天线部用以激发一第一波段的电磁波；该第二天线部邻近该第一天线部的部位因该耦合效应致使该第二天线部激发一感应优化频率响应的第二波段电磁波。
10.如权利要求9所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一电性连接部与该第二电性连接部设于相邻的对应位置上，以利连接一电线同一方向上的一电流端与一接地端。
11.如权利要求10所述的双频偶极天线，其特征在于所述的第一天线部设有用以调整天线阻抗匹配的导体结构。
12.如权利要求11所述的双频偶极天线，其特征在于所述的导体结构包括该第一辐射部延伸的结构。
13.如权利要求11所述的双频偶极天线，其特征在于所述的导体结构包括该第一辐射部与该第一天线部的该第二辐射部之间转折处的结构。
14.一种电子系统，其特征在于所述的系统包括：
一双频偶极天线，包括：
一第一天线部，为具有至少一转折的印刷辐射体，设有一第一电性连接部；
一第二天线部，为一方形印刷辐射体，设有一第二电性连接部；
其中，一电流源经一导体电性连接该第一电性连接部与该第二电性连接部，以分别于该第一天线部与该第二天线部形成相同的信号方向，使得该第一天线部与该第二天线部的至少两个相邻的侧边间产生一耦合效应。
15.如权利要求14所述的电子系统，其特征在于所述的双频偶极天线的该第一天线部包括形成一L形辐射体的一第一辐射体与一第二辐射体，并形成一个转折；该第二辐射部的长度需大于该双频偶极天线整体长度的二分之一。
16.如权利要求14所述的电子系统，其特征在于所述的双频偶极天线的该第一天线部包括形成一U形辐射体的一第一辐射体、一第二辐射体与一第三辐射体，并形成两个转折；该第二辐射部结合该第三辐射部的长度需大于该双频偶极天线整体长度的二分之一。
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