CN1617386A

CN1617386A - 多重频率天线结构

Info

Publication number: CN1617386A
Application number: CNA2004100904958A
Authority: CN
Inventors: 钟世忠; 王雅莹; 吴敏铨; 颜光裕
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: US20050275592A1; CN100585943C; US20050099335A1; TW200516805A; TWI236781B; US7233289B2

Abstract

一种多重频率天线，包括有由介电材料构成的一电路板，该电路板具有一第一表面和一第二表面，两者分离且本质上互相平行。由导电材料构成的一接地平面层覆盖于该电路板的第一表面的一部分之上，由导电材料构成的一馈送线设置于该电路板的第二表面上，且延伸到一接地平面层上。由导电材料构成的一第一辐射元件设置于该电路板上，电连接于该馈送线。由导电材料构成的一第二辐射元件设置于该电路板上，且邻近于该第一辐射元件，以建立起两者间的耦合关系，两者间的耦合关系则可提供电磁能馈入该第二辐射元件。

Description

多重频率天线结构

技术领域

本发明提供一种天线结构，尤指一种多重频率天线结构。

背景技术

个人计算机随着使用者对个人计算机间数据传输的需求而快速发展，造成局域网络(LAN)的快速扩张。现今的局域网络在许多地方有很广泛的应用，包括在家中、公共区域、公司等等的地方通常都架设有局域网络。然而，局域网络的的应用还是受到了一些技术上的限制。举个例子，在有线局域网络中，各台计算机需要通过缆线(cable)相连。一个简单的解决方式，是在个人计算机中加装无线网络适配卡(wireless network interface card)以建立无线数据通讯联机。在个人计算机(例如笔记型计算机)上加装了无线网络适配卡之后，无线网络适配卡即可提供个人计算机与其它个人计算机或是其它运算主机(例如连接至传统有线网络的服务器)间的无线数据通讯网络。

特别是无线网络适配卡的成长，使得个人计算机具有与其它操作数件间交换数据的能力成为一种需求，且带给个人计算机使用者莫大的便利。在无线网络适配卡中，天线是一个关键的组成元件，不论在功能、尺寸上都不断在进步当中。图1为笔记型计算机的PCMCIA无线网络适配卡8的示意图(PCMCIA是个人计算机存储卡国际协会的简写)，可以使用在笔记型计算机内建的PCMCIA插槽中。如图所示，无线网络适配卡8包括有一主体部23以及一延伸部12。主体部23则包括有驱动电路、连接器等等。至于延伸部12，其包括有一印刷天线10，用来发射与接收无线信号。现今在无线网络适配卡中常使用的天线包括有印刷单极天线(printed monopole antenna)，芯片天线(chip antenna)，倒F型天线(inverted-F antenna)，螺旋天线(helicalantenna)等等。在这几种天线中，印刷单极天线是较简单且成本较低的天线。请参阅图2，图2为现有技术一印刷单极天线20的示意图。印刷单极天线20包括有一馈送线(feed line)21、一主辐射元件22、一接地平面24、以及一介电材料(dielectric material)25。在印刷单极天线上流通的电流与在印刷偶极天线上流通的电流是类似的，故两者所建立的电场也大致相似，不同点则在于，印刷单极天线20上的接地平面24会产生镜电流(mirror current)，故印刷单极天线20的总长度只会是λg/4，是印刷偶极天线总长度的一半。对于无线网络适配卡而言，天线的长度是越小越好。至于前文提到的波长λg，其具有如下的定义：

λ_{g} = \frac{1}{\sqrt{ϵ_{re}}} * \frac{c}{f_{0}}

其中c代表光速、f₀代表电磁波的中心频率、ε_re则代表等效介电常数(equivalent dielectric constant)。ε_re的值是介于电路板的标称介电常数(nominal dielectric constant，约为4.4)与空气的介电常数(约为1)之间。举例来说，若电磁波的中心频率是2.45GHz，介电常数ε_re是4.4，则印刷单极天线的长度就会是2.32公分。由于在无线网络适配卡中仅能为天线保留有限的空间，所以天线的尺寸不会恰好等于无线网络适配卡中为天线所保留的空间，因此必须对天线进行一些的修改。在美国第6,008,774的专利案件“用于无线数据传输的印刷天线结构”(Printed Antenna Structure for Wireless DataCommunications)中，即揭露了一种对天线进行修改的方式。请参阅图3，印刷单极天线30为了缩小其尺寸而改变其形状。美国第6,008,774的专利案件主要的概念，是将图2中的主辐射元件22弯曲成图3所示的V型主辐射元件32。虽然主辐射元件32的总长度依然是λg/4，然而，用来装设此修改过的主辐射元件32所需的空间却减少了。在图3中，天线30还包括有一馈送线31、主辐射元件32、一接地平面34，以及一介电材料。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一多重频率天线以解决上述问题。

根据本发明所提出的实施例，该多重频率天线包括有由介电材料构成的一电路板，该电路板具有一第一表面和一第二表面，两者互相平行。由导电材料构成的一接地平面层覆盖于该电路板的第一表面的一部分之上，由导电材料构成的一馈送线设置于该电路板的第二表面上，且延伸到一接地平面层上。由导电材料构成的一第一辐射元件设置于该电路板上，电连接于该馈送线。由导电材料构成的一第二辐射元件设置于该电路板上，且邻近于该第一辐射元件，以建立起两者间的耦合关系，两者间的耦合关系则可提供电磁能馈入该第二辐射元件。

本发明的该第二辐射元件耦合于该第一辐射元件，使得该多重频率天线可以有很多种不同的配置方式，且在设计上可以有更大的弹性。另外，由于上述的耦合关系可以提供电磁能馈入该第二辐射元件，故该第一与该第二辐射元件可以分别用来产生多重频率天线的第一与第二操作频率。

附图说明

图1为现有技术一无线网络适配卡的示意图；

图2为现有技术一印刷单极天线的示意图；

图3为美国第6,008,774号专利揭露的印刷单极天线的示意图；

图4为本发明多重频率天线第一实施例的俯视图；

图5为本发明多重频率天线第一实施例的天线各层配置的透视图；

图6为图4天线A点到A’点间的剖视图；

图7为本发明多重频率天线第二实施例的俯视图；

图8为本发明天线的频率与测量得出的回波损失间的关系图。

具体实施方式

请参阅图4、图5、图6。图4是本发明多重频率天线100第一实施例的俯视图。图5是多重频率天线100的透视图，显示了天线100各层的配置。图6则是图4中天线100 A点到A’点间的剖视图。图示中的馈送线104是用来接收与发射无线信号。在本实施例中，天线100设置在一介电层108上(举例来说，介电层108可以是由介电材料所构成的电路板)。如图6所示，介电层108包括有一第一表面111和一第二表面112。第一表面111和第二表面112间大致上是相互分离且互相平行的。接地平面层102覆盖了一部分的第一表面111。馈送线104设置于第二表面112上，且延伸到接地平面层102上，馈送线104的一端电连接于驱动电路(未显示于图中)。

天线100包括有一第一辐射元件120，电连接于馈送线104，用来产生天线100的第一操作频率。此处一个较佳的作法是以单极天线作为第一辐射元件120。至于第一辐射元件120的长度则约为天线100的第一操作频率对应的波长的四分之一。

另外，天线100还包括有一第二辐射元件130，用来产生天线100的一第二操作频率。如图4至图6所示，第一辐射元件120设置于第二表面112上，第二辐射元件130则设至于第一表面111上。在本实施例中，第二辐射元件130并没有直接连接至馈送线104，相反的，第二辐射元件130至少有一部分是设置于邻近第一辐射元件120的一部分之处，以建立起第一辐射元件120与第二辐射元件130之间的耦合(coupling)关系。上述的耦合关系提供了馈入第二辐射元件130的电磁能(electromagnetic energy)，故第二辐射元件130可产生天线100的第二操作频率。此处一个较佳的作法是，以一个开回路共振器天线(open-loop resonator antenna)作为第二辐射元件130，至于第二辐射元件130的长度约为天线100的第二操作频率对应的波长的一半。如图6所示，第二辐射元件130设置于介电层108的第一表面111上，且第二辐射元件130有一部分与设置于第二表面112上的第一辐射元件120重叠。请注意，在本发明中，第一辐射元件120与第二辐射元件130也可以有其它的设置方式，举例来说，第一辐射元件120与第二辐射元件130可以设置于介电层108上相同的(或不同的)表面上，只要第一辐射元件120与第二辐射元件130间的距离够近，可以建立起电磁能的耦合关系即可。在本实施例中，馈送线104、第一辐射元件120及第二辐射元件130都由导电材料构成。

请参阅图7。图7是本发明多重频率天线200第二实施例的俯视图。在天线200中，第一辐射元件120及第二辐射元件130都设置于介电层108的第二表面112上。相同的，此处也可有不同于图7的配置方式，只要第二辐射元件130有一部分邻近于第一辐射元件120的一部分、两者间可以建立起电磁能的耦合关系即可。

请参阅图8，图8是天线100的频率与测量得出的回波损失(return loss)间的关系图。在图8中，由第一辐射元件120所产生的第一操作频率具有约为5.5GHz的中心频率。所对应的频带(从5.05到6.02GHz)的回波损失大约是-10dB。由第二辐射元件130所产生的第二操作频率具有约为2.45GHz的中心频率，所对应的频带(从2.35到2.6GHz)的回波损失大约也是-10dB。

本发明实施例所揭露的天线包括有两个辐射元件，分别用来产生第一操作频率及第二操作频率。其中，第一辐射元件与第二辐射元件间的耦合关系是用来提供馈入第二辐射元件的电磁能。由于两者间的关系包括了“耦合”，故第二辐射元件并不需直接连接至馈送线，故在设计天线时可以有较大的弹性。

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，都应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一天线，包括有：

一介电层，具有一第一表面和一第二表面，其中该第二表面实质上平行于该第一表面；

一接地层，由导电材料构成，设置于该介电层的第一表面的部分之上；

一馈送线，由导电材料构成，设置于该介电层的第二表面上；

一第一辐射元件，由导电材料构成，设置于该介电层上，电连接于该馈送线，其中该第一辐射元件用来产生该天线的一第一操作频率；以及

一第二辐射元件，由导电材料构成，设置于该介电层上，邻近于该第一辐射元件，使得一电磁能可以自该第一辐射元件能量耦合至该第二辐射元件，其中该第二辐射元件用来产生该天线的一第二操作频率。

2.如权利要求1所述的天线，其中该介电层为一电路板，该第一与该第二辐射元件都设置于该电路板的同一表面上。

3.如权利要求1所述的天线，其中该介电层为一电路板，该第一与该第二辐射元件都设置于该电路板的不同表面上。

4.如权利要求1所述的天线，其中该第一辐射元件为一单极天线，

5.如权利要求4所述助天线，其中该第二辐射元件为一半波长共振器。

6.一天线，包括有：

一第一辐射元件，由导电材料构成，设置于一电路板上，耦合于一馈送线，其中该第一辐射元件用来产生该天线的一第一操作频率；以及

一第二辐射元件，由导电材料构成，设置于该电路板上，邻近于该第一辐射元件，使得一电磁能可以自该第一辐射元件能量耦合至该第二辐射元件，其中该第二辐射元件用来产生该天线的一第二操作频率。

7.如权利要求6所述的天线，其中该第一与该第二辐射元件都设置于该电路板的同一表面上。

8.如权利要求6所述的天线，其中该第一与该第二辐射元件设置于该电路板的不同表面上。

9.如权利要求6所述的天线，其中该第一辐射元件为一单极天线。

10.如权利要求9所述的天线，其中该第二辐射元件为一半波长共振器。