CN1221059C - 平面式多频单极天线 - Google Patents

Abstract

一种用于移动通讯设备的单极天线，其由导体性物质所构成，并电连接于该移动通讯设备的无线通讯模块(RF module)。该单极天线包含有一馈入端(feedingterminal)连接于该无线通讯模块，以及一导体平板。该导体平板可与电磁波产生谐振而产生第一电磁波谐振带及第二电磁波谐振带，而该第一电磁波谐振带与该第二电磁波谐振带彼此不重叠。该导体平板则是用来发送及接收第一谐振频率、第二谐振频率及第三谐振频率的电磁波。其中该第一谐振频率包含于该第一电磁波谐振带内，而该导体平板的面积大于一预定值，而使得该第二电磁波谐振带的频宽大于该第二谐振频率与该第三谐振频率之间的频率差，且使得该第二谐振频率及该第三谐振频率包含于该第二电磁波谐振带内。

Description

平面式多频单极天线

技术领域

本发明提供一种多频天线，尤指一种平面式多频单极天线。

背景技术

在现代的信息生活中，每个人都希望能随时随地方便地取得有用的信息；而无线通讯器材在使用时不需光纤、电缆就能传输讯号，无疑是传递信息的极佳途径。随着技术的演进，各种可携式的无线通讯器材(像是移动电话)，其轻巧便利的特性，也已成为现代人重要的信息交流工具。

在无线通讯器材中，用来发射接收无线电波以传递交换无线电数据讯号的天线，无疑是最重要的元件之一。尤其是在现代的可携式无线通讯器材中，不仅天线要轻薄短小(以配合可携式无线通讯器材的特性)，最好还要能运作于多频，同时频宽也要更宽。如众所周知，为了要能发挥无线通讯的特性，可将无线电数据讯号以不同的频率予以调制，让调制后的无线电数据讯号能经由不同的频带(frequencyband)传输，增加无线电讯号传输的容量。像是现在移动电话通讯标准的泛欧移动电话系统(GSM，Global System for Mobile Communications)，就有主要频率为900MHz及1800MHz的两个无线传输的频带。为了要能发射/接收多频带的无线电数据讯号，无线通讯器材中的天线自然也要能运作于对应的多频带。另外，随着无线电数据讯号中资料集积的程度(有时以单位时间内传输的位元数来衡量)增加，天线运作时频带的频宽(bandwidth)也要随之增加。

请参考图1，图1为美国专利第6,008,762号所揭示的已知多频天线10的外视图。天线10为一种平板式反F型天线(planar inverted F antenna，PIFA)，其包含有导体板(conductor plate)14、一底板(ground plate)26、一介电层(dielectric substrate)30、一探针(probe)34以及一信号单元(signal unit)38，而导体板14有第一导体臂18以及第二导体臂22。天线10为一种双频天线，其运作方式主要是藉由导体板14产生的谐振电流来传送及接收无线电电波，而其中第一导体臂18可藉由电磁波谐振现像来接收与传送具第一频率的电磁波，同样地第二导体臂22亦可因电磁波谐振现像来接收与传送具第二频率的电磁波。

然而，天线10在应用上有其限制，举例来说，导体板14与底板26之间的距离t不能够太短，否则移动通讯设备内部的高频电路容易受到干扰，也因为已知天线10的厚度并非可任意地缩小，所以当利用天线10来设计薄型移动电话时会令其困难度提高不少。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种平面式多频单极天线(flat multifrequencymonopole antenna)，以解决上述的问题。

该单极天线用于一移动通讯设备，并由导体性物质所构成，且电连接于该移动通讯设备的一无线通讯模块(RF module)。该单极天线包含有一馈入端(feeding terminal)连接于该无线通讯模块，以及一导体平板。该导体平板可与电磁波产生谐振而产生第一电磁波谐振带及第二电磁波谐振带，而该第一电磁波谐振带与该第二电磁波谐振带彼此不重叠。该导体平板则是用来发送及接收第一谐振频率、第二谐振频率及第三谐振频率的电磁波。其中该第一谐振频率包含于该第一电磁波谐振带内，而该导体平板的面积大于一预定值，而使得该第二电磁波谐振带的频宽大于该第二谐振频率与该第三谐振频率之间的频率差，且使得该第二谐振频率及该第三谐振频率包含于该第二电磁波谐振带内。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1为已知多频天线的外视图。

图2为本发明平面式多频单极天线与一移动电话的方块图。

图3为图2平面式多频单极天线设置于壳体上时的示意图。

图4为图2平面式多频单极天线的俯视图。

图5为图2平面式多频单极天线的反射系数随频率变化的示意图。

图6为图2平面式多频单极天线设置于一个人资料助理内时的示意图。

具体实施方式

请参考图2及图3，图2为本发明平面式多频单极天线50与一移动电话40的方块图，图3为图2平面式多频单极天线50设置于壳体44上时的示意图。天线50设置于移动电话40之内，并电连接于移动电话40的无线通讯模块(RFmodule)42，而无线通讯模块42可藉由天线50来接收及发送电磁波。天线50由一可导电的物质所构成，并因其具有扁平的外型，故天线50可以以与壳体44的平面46贴合的方式设置于平面46之上，因此相较于已知天线10而言，当利用天线50来设计移动电话40时，可以使得移动电话40的总厚度更容易地缩小，并可使壳体44的可用空间得到有效地运用。此外，为了使天线50可以牢固地安置于平面46之上，天线50包含有五个用来供螺栓穿过的固定孔62，当螺栓穿过对应的固定孔62时，天线50即可固定在壳体44的平面46上。除此之外，天线50亦可先安置于平面46之上，而成为移动电话40的一种嵌入式零组件，以利于简化移动电话40的组装程序。

为解释天线50的运作原理，请参考图4，图4为图2平面式多频单极天线50的俯视图。平面式多频单极天线50包含有一导体52、一馈入端(feedingterminal)54连接于移动电话40的无线通讯模块42，以及一导体平板56。导体52为一倒L型金属片，其包含有第一端及58及第二端60，其中第一端58连接于馈入端54，而第二端60连接于导体平板56。天线50的馈入端56则连接于移动电话40的无线通讯模块42，以将讯号馈入及馈出无线通讯模块42。馈入端56可设计成一金属弹片，而直接与无线通讯模块42接触并与之一体成型，而藉由此一连接方式，即不须再藉由同轴电缆线来连接天线50及无线通讯模块42。导体平板56为一个长度为W(约为0.04米)而高度为H(约为0.02米)的长方形导体平板，其可与电磁波产生谐振，而移动电话40即是藉由天线50的电磁谐振现象以无线的方式传递信号。

请参考图5，图5为图2平面式多频单极天线50的反射系数随频率变化的示意图，其中横轴为频率，而纵轴为反射系数(之绝对值)。天线50的反射系数可用来衡量天线50运作频带的频宽，一般以反射系数小于-10分贝(dB，decibel)的频率范围做为天线50可运作的频带。如图5所示，天线50会因电磁谐振的现像而产生第一电磁波谐振带Ba及第二电磁波谐振带Bb，其中第一电磁波谐振带Ba与第二电磁波谐振带Bb彼此不重叠，而第一电磁波谐振带Ba的范围为880MHz～960MHz，第二电磁波谐振带Bb的范围则为1710MHz～1930MHz，故本实例中，天线50为一种可同时适用于GSM 900、GSM 1800及GSM1900系统的三频天线。

请再参考图4，导体平板56为一个矩形的平板，而在理论上可将之视为一个反C字型而具有一细缝56B的导体56A(斜线部分)，而其中细缝56B的宽度趋近于零。故依据电磁学原理，天线50具有第一谐振长度L1及一谐振长度L2。第一谐振长度L1对应于第一电磁波谐振带Ba内的第一谐振频率F1，且等于第一谐振频率F1波长的四分之一；第二谐振长度L2则等于导体平板56的长度W并等于第二电磁波谐振带Bb内的第二谐振频率F2波长的四分之一，其中在本实施例中第一谐振频率F1包含于GSM 900系统所订定的频带之内，而第一谐振频率F2包含于GSM 1800系统所订定的频带之内。因此，移动电话40可藉由天线50的导体平板56来发送及接收第一谐振频率F1及第二谐振频率F2的电磁波，而使得天线50适用于GSM 900及GSM 1800的系统。然而，为了使天线50除了可适用于GSM 900及GSM 1800系统之外，亦可符合GSM 1900的系统，第二电磁波谐振带Bb必须足够大到可以同时涵盖GSM 1800及GSM 1900规格中所订定的频宽。未达此目的，较简单的方法即是让导体平板56有足够的面积，而其中的原理是因为第二电磁波谐振带Bb会随着导体平板56的面积增大而变宽的缘故。此外，因GSM 1800与GSM 1900规格中所订定的频宽两者相差不是太大(注：GSM 1800系统的频带为1710MHz~1880MHz，GSM 1900系统的频带为1870MHz~1930MHz)，故导体平板56的表面积不必太大，而只需大到使第二电磁波谐振带Bb的频宽可同时涵盖GSM 1800及GSM 1900系统所规定的频带(1710MHz～1930MHz)即可，亦即需得使第二电磁波谐振带Bb的频宽大于第二谐振频率F2与一位于GSM 1900系统频带内的第三谐振频率F3之间的频率差ΔF，才可使天线50可同时适用于GSM900、GSM 1800及GSM 1900的系统，而为一平面式多频单极天线。

平面式多频单极天线50除了可应用在移动电话的设计上之外，亦可应用于其他的移动通讯设备，例如：个人资料助理(personal data assistant，PDA)。请参考图6，图6为图2平面式多频单极天线50设置于一个人资料助理70内时的示意图。单极天线50设置在个人资料助理70内的一设置位置72上，用来提供个人资料助理70传输无线电讯号之用，而使个人资料助理70可藉由单极天线50发出及接收三种不同频带的无线讯号，以将资料传输至其他装置，或从其他装置处接收资料。

需说明的是本实施例中虽然导体平板56为一矩形的平板，然而本发明的实施并不以导体平板56须为矩形为限。由以上的说明可知，本发明的主要技术特征在于让单一导体平板同时具有一第一电磁波谐振带及一第二电磁波谐振带，且使第二电磁波谐振带的频宽因导体平板的面积大于一预定值，而大于两不同电磁波频率之间的频率差，而凡符合上述技术特征者，皆应属本发明所欲涵盖的范畴。

相较于已知的天线，本发明的单极天线不但因其外型为平扁状而易于薄型移动电话的设计之外，且可同时适用于三种不同频带的移动电话系统，故极具设计便利性及实用性。而除了运用于移动电话之外，本发明的单极天线尚可应用于其他的移动通讯设备，例如：个人资料助理(PDA)，也因为本发明单极天线的扁平特性，故运用本发明单极天线的移动通讯设备，在缩减其厚度上可获得较大的设计空间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求范围所作了等效变化与修饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平面式多频单极天线，电连接于一无线通讯模块，该单极天线是由导体性物质所构成，其包含有：

一馈入端，连接于该无线通讯模块；以及

一矩形平板，其可与电磁波产生谐振而产生第一电磁波谐振带及第二电磁波谐振带，而该第一电磁波谐振带与该第二电磁波谐振带彼此不重叠，该矩形平板系用来发送及接收第一谐振频率、第二谐振频率及第三谐振频率的电磁波；

其中该第一谐振频率包含于该第一电磁波谐振带内，而该矩形平板的面积大于一预定值，而使得该第二电磁波谐振带的频宽大于该第二谐振频率与该第三谐振频率之间的频率差，且使得该第二谐振频率及该第三谐振频率包含于该第二电磁波谐振带内。

2如权利要求1所述的平面式多频单极天线，其特征在于，另包含一导体，该导体包含有第一端及第二端，该第一端连接于该馈入端，而该第二端连接于该矩形平板。

3.如权利要求2所述的平面式多频单极天线，其特征在于，该导体为一倒L型导体片。

4.如权利要求1所述的平面式多频单极天线，其特征在于，该矩形平板为一长方形导体平板，且其长度等于该第二谐振频率的电磁波波长的四分之一。

5.如权利要求1所述的平面式多频单极天线，其特征在于，该第二谐振频率为该第一谐振频率的两倍。

6.如权利要求1所述的平面式多频单极天线，其特征在于，该移动电话包含有一壳体，而该单极天线平贴于该壳体的内部平面上。

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