CN202150550U - 回绕式宽频天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种回绕式宽频天线装置，为将至少一天线模组设于一基板上，天线模组包含多个几何图形的天线单元，此些天线单元彼此相连接，每一天线单元利用一导线由外回绕至内，再连续由内回绕至外而成，天线模组中的第一个天线单元连接一信号馈入端，可供一信号传输线电性连接。由每一天线单元的回绕式几何结构来增加耦合电容与电感的比值，如此累加多个天线单元即可达到大频宽的功效。

Description

回绕式宽频天线装置

技术领域

本实用新型有关一种回绕式宽频天线装置，特别是指一种可利用多个回绕式的几何图形结构以产生最大的耦合电容量，进而达到大频宽的功效。

背景技术

随着资信数位化时代的来临，各式电子产品都采取数位化的设计，就连传统类比式的电子设备也将改良设计为数位型态，以满足数位化需求。举例来说，过去类比信号电视，已逐渐发展为数位电视，一般在超高频(UHF)或特高频(VHF)的宽频天线设计中，会使用对数周期结构来设计一宽频天线。

以目前数位电视所采用的宽频天线结构为例，如图1所示，为一种对称周期天线结构，呈平面蝴蝶结型，包含二对称的第一金属线段10及第二金属线段12，其中第一金属线段10及第二金属线段12分别以连续S型弯折状朝一信号输入端14方向蜿蜒延伸，使末端连接至信号输入端14。其中，金属线段中每一弯折的角度及长度会形成一个可共振的频率区间，且需满足1/4波长，随着共振频率的不同，金属线段的长度需随的改变，长度越长，共振频率就越小；反的长度越短，共振频率就越大。因此，利用金属线段的最小长度决定最高频率的共振点，金属线段的最大长度决定最低频率的共振点，整支天线的共振频段即涵盖从最高频率到最低频率而构成一宽频天线。由于第一金属线段10及第二金属线段12为对称的对数周期设计，具有阻抗互补的作用，可决定共振频率范围，也称为非频变天线，可使阻抗变化较小，以得到最佳的信号接收品质。

然而，上述的天线设计虽可得到宽频天线，但是天线设计需具有较大的面积，使得整体尺寸会非常大，例如用介电系数约为4的电路板来设计470百万赫兹(MHz)-870百万赫兹(MHz)的超高频天线，最低频率470MHz，其1/4波长的天线设计宽度就要达到约8公分，对于电子产品的设计概念越来越强调轻薄短小的需求下，此种天线设计在实际应用上体积仍过大，故可携带性较差，不适用于行动式的电子产品。因此，如何设计出接收性能好，且更具小型化的天线来满足电子产品的需求是亟待解决的问题。

有鉴于此，本实用新型遂针对上述先前技术的缺失，提出一种回绕式宽频天线装置，以有效克服上述的该等问题。

发明内容

本实用新型的主要目的在提供一种回绕式宽频天线装置，由回绕方式形成不同几何图形的天线，可改变天线的工作频带、增加天线频宽效果、提升收信品质及可缩小天线制作尺寸等优势。

本实用新型的另一目的在提供一种回绕式宽频天线装置，为结构简单、制作容易、厚度小的微型化天线设计，可适用于任何电子产品中，极具市场竞争优势。

为达上述的目的，本实用新型提供一种回绕式宽频天线装置，包括至少一基板；一信号馈入端设于基板上；及至少一天线模组，设于基板上，天线模组包含多个几何图形的天线单元，每一天线单元利用一导线由外回绕至内，再连续由内回绕至外而成，天线模组利用第一个天线单元所回绕至外的导线，以上述相同方式连续回绕形成下一个天线单元，直至最后一个天线单元，使相邻的天线单元相连接；其中天线模组中的第一个天线单元连接信号馈入端，其与一射频电路连接来收发信号。

本实用新型可由回绕式天线的独特设计方式来达成频宽的效果。更进一步而言，本实用新型结构简单、制作容易、厚度小的微型化天线设计，不仅可节省天线制作面积与体积，也适用于任何高科技电子产品中，极具市场竞争优势。

底下由具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为先前技术的对称周期天线结构的示意图。

图2为本实用新型的第一实施例的示意图。

图3为本实用新型的第二实施例的示意图。

图4为本实用新型的第三实施例的示意图。

图5为本实用新型的第四实施例的示意图。

图6为本实用新型的第五实施例的示意图。

图7为本实用新型的第六实施例的示意图。

图8为本实用新型的第七实施例的示意图。

图9为本实用新型的反射损耗频率响应的量测示意图。

图10为本实用新型的第八实施例的示意图。

图11为本实用新型的第九实施例的示意图。

图12为本实用新型的第十实施例的示意图。

图13为本实用新型的第十一实施例的示意图。

图14为本实用新型的第十二实施例的示意图。

图15为本实用新型的第十三实施例的示意图。

附图标记说明

10第一金属线段；12第二金属线段；14信号输入端；15回绕式宽频天线装置；16基板；16a-16e基板；18信号馈入端；20天线模组；20a-20g天线模组；22天线单元；24三角形天线单元；26方形天线单元；27圆形天线单元；28S形天线单元；30第一天线模组；32第二天线模组；34第一天线单元；36第二天线单元；38第一子天线单元；40第二子天线单元；42旁枝天线单元；44第一基板；46第二基板；48贯穿孔；50第三基板；52电路板；54电路单元；56净空区。

具体实施方式

由于科技的进步，发展出各种高科技的电子产品以便利人们的生活，例如笔记型电脑(Notebook)、手机、个人数位助理(PDA)等行动装置。随着这些高科技电子产品的普及化以及人们需求的增加，除了于这些高科技产品内所配置的各项功能与应用大幅度增加外，特别是为了配合人们移动的需求而增加了无线通信的功能，因此高科技电子产品的设计概念越来越强调整合性及轻薄短小的功能的普及化。

以行动装置为例，其目前所配备的功能日益增多，例如通过行动装置来观看数位电视渐渐成为其附加的功能，以期带给使用者更多元且更便捷的生活，因此本实用新型设计出一种无线信号接收性能好且微型化的宽频天线装置，可隐藏于行动装置内，使得行动装置的应用真正地便利人们的生活。

如图2所示，为本实用新型的第一实施例的示意图。回绕式宽频天线装置15包括至少一基板16、一信号馈入端18及至少一天线模组20。其中，基板16为介电材料，介电材料可为塑胶材料、玻璃材料或陶瓷材料、磁性材料或是上述材料结合的复合材料。信号馈入端18及天线模组20为导电体，可使用粘着技术、厚膜(Thick Film)制程、薄膜(Thin Film)制程或电镀制程(Plating)等制作方法设于基板16上。天线模组20包含多个几何图形的天线单元22，每一天线单元22利用一导线由外回绕至内，再连续由内回绕至外而成，在此天线单元22以方形的几何图形为例。其中此些天线单元22彼此相连接的方式，利用导线由外回绕至内，再连续由内回绕至外，以形成第一个方形的几何图形，其作为天线模组20中的第一个天线单元22；再由第一个方形天线单元的几何图形中回绕至外的导线以相同回绕方式形成下一个方形天线单元的几何图形，其作为天线模组20中的第二个天线单元22，以此类推，如此利用这种连续的回绕方式，即可设计出以串联相接的多个方形的几何图形的天线单元22。

其中，天线模组20中的第一个天线单元22形成此宽频天线的最高频共振频率，天线模组20的所有天线单元22共同形成最低频共振频率，此回绕天线即为共振频段涵盖最高频共振频率到最低频共振频率的宽频天线。天线模组20中的第一个天线单元22连接信号馈入端18，供一信号传输线(例如同轴电缆)电性连接，故一电子装置可经由信号传输线和此宽频天线连结，并经由此宽频天线收发无线信号。

由此可知，本实用新型可因应天线装置的工作需求，设计足够的天线单元数量以获得所需的频宽范围，例如可涵盖全球各地区的超高频(UHF)频带地面广播数位电视(DVB)接收需求，DVB的频带范围为470MHz～870MHz；台湾地区的频带范围为为530MHz～602MHz，本宽频天线都可满足其需求。

其中，导线的材质可为金属、合金或其他导电材质，例如常用的金属铜，导线的线段可视为电感，相邻的导线间隔可视为电容，故每一个几何图形的天线单元22可视为由许多电容、电感所组成的等效电路。其中，几何图形的天线单元22可由导线的线长、线宽、间距、回绕形状、回绕圈数来调整天线装置的共振频率与频宽，即等于调整电容与电感的比值，利用这种设计的方式，可以使每一个天线单元22的耦合电容量极大化，以产生大频宽的功效，进而有效缩小天线装置的整体尺寸。

除上述天线单元22设计为相同方形的几何图形相串接之外，如图3所示，为本实用新型的第二实施例的示意图，天线模组20中的多个天线单元的几何图形更可设计为相同三角形天线单元24的几何图形相串接而成。

第二实施例中的连续导线的线宽与导线间的间距都可视需要而调整，以调整电容与电感的比值，若比值越大，所耦合出来的电容量相对增加，据以增大频宽的功效。

再如图4所示，为本实用新型的第三实施例的示意图，天线模组20中的多个天线单元也可为混合不同几何图形组合连接而成，以设计方形及折绕线段混合相串接的几何图形为例，将多个相同方形天线单元26相串接，且此些方形的几何图形相连之间更可增设至少一折绕线段，例如以S形连续折绕多个线段而形成一折绕天线单元28。其中，方形天线单元26或折绕天线单元28的几何图形中的相邻导线之间的间距可为不相同，且线宽也可不相同。因此，导线回绕数量、间距及线宽的设计可依照不同应用调整，以获得所需要的频率共振点，可达到良好的天线辐射场型及收信品质。

如图5所示，为本实用新型的第四实施例的示意图，天线模组20中的多个天线单元也可为混合不同几何图形组合连接而成，第四实施例与第三实施例不同在于：第四实施例以设计三角形天线单元24、方形天线单元26与圆形天线单元27混合相串接的几何图形为例，将多个相同三角形24的几何图形相串接，且此些三角形天线单元24的几何图形相连之间更可增设至少一方形天线单元26及至少一圆形天线单元27的几何图形，以连续相串接而成天线模组20。

当然，天线模组20除了上述实施例的型态外，也可采取其他不同几何图形的排列方式实施，例如天线单元的几何图形可为椭圆形回绕、多边形回绕或不规则回绕，不论是以相同几何图形相连接或混合不同几何图形组合连接而成，只要可以用来调整天线的共振频率，即属于本专利的范畴。

如图6所示，为本实用新型的第五实施例的示意图。信号馈入端18与至少一天线模组设于一基板16上，在此以天线模组数量为二为例说明，第一天线模组30包含多个几何图形的第一天线单元34，第二天线模组32包含多个几何图形的第二天线单元36。其中，此些第一天线单元34之间以串联方式相连接，再将第一天线模组30与第二天线模组32以并联方式相连接，据以完成先串联再并联的实施态样。可同时参考第一实施例中此些天线单元彼此相连接的方式，例如第一天线模组30中的第一个第一天线单元34的导线连接于信号馈入端18后，导线开始由外回绕至内，再连续由内回绕至外，以形成第一个几何图形；再由第一个几何图形中回绕至外的导线以相同回绕方式形成下一个几何图形，例如第一天线模组30中的第二个第一天线单元34，以此类推，即可将多个几何图形以串联方式相连接。同理，第二天线模组32也使用相同方式将多个第二天线单元36以串联方式相连接而成。值得注意的是：第一天线模组30中的第一个第一天线单元34，以及第二天线模组32中的第一个第二天线单元36以并联方式相连接，再连接于信号馈入端18；如此宽频天线装置的设计，可满足市场趋势所需的大频宽功效。

除了上述以先串联再并联的实施态样之外，如图7所示，为本实用新型的第六实施例的示意图，天线模组20包含多个几何图形的天线单元22，每一天线单元22包含二并联的第一子天线单元38及第二子天线单元40，再将此些天线单元22以串联方式相连接。举例来说，第一个天线单元22利用导线由外回绕至内，再连续由内回绕至外，以形成第一子天线单元38的几何图形，再将其回绕至外的导线以相同回绕方式形成下一个几何图形，其作为第二子天线单元40的几何图形，最后将第一子天线单元38及第二子天线单元40中回绕至外的导线以并联方式相连接，再连接于信号馈入端18。除了第一个天线单元22需要连接于信号馈入端18之外，其余多个天线单元22回绕形成并联的第一子天线单元38及第二子天线单元40的方式，都与第一个天线单元22实施方式相同，最后将每一天线单元22以串联方式相连接，据以完成先并联再串联的实施态样。

如图8所示，为本实用新型的第七实施例的示意图，其与第一实施例的结构相似，故雷同之处不再赘述，在此仅针对差异处提出说明，天线模组20包含多个天线单元22，此些天线单元22更可选择性连接一几何图形的旁枝天线单元42，以增加其共振频段的频宽。第七实施例的电压驻波比(Voltage StandingWave Ratio，VSWR)如图9所示，在470MHz时的VSWR值为1.78，在870MHz时的VSWR值为1.95。由实施例七宽频天线的VSWR曲线可知，依据本专利所开发的宽频天线可满足DVB产品在470-870MHz频段的收信需求。

由于每一天线单元22都有一个共振频率区间，其包含多共振点，然而有时会因信号馈入与阻抗匹配关系，而使某些共振点的反射损失频率较大，例如电压驻波比范围超过3，故信号收信效能就会较差。为改善此现象，即可在效能较差的天线单元22上增设旁枝天线单元42，使旁枝天线单元42产生更多的共振点，让某些共振点的电压驻波比低于3，例如图中所示，标号m1的频率为470MHz(X为0.47)时，电压驻波比小于2(Y为1.78)；标号m2的频率为870MHz(X为0.87)时，电压驻波比小于2(Y为1.95)。如此可得知，标号m1到m2的频段范围具有良好的信号收信品质，因此可改善效能差的频段，以获得良好的收信品质及宽频带的功效。当然，也可在每一天线单元22都增设一旁枝天线单元42，可使整体天线装置得到多频带与宽频带的功效。其中，旁枝天线单元42的几何图形可利用导线连接其中一天线单元22，并由外回绕至内而成。

如图10所示，为本实用新型的第八实施例的示意图，其与第七实施例差异在于：每一天线单元22的大小可不同，可依据实际收信效果来调整每一天线单元22的导线回绕数量、间距、线宽、几何图形及其尺寸大小，当然旁枝天线单元42也可依照天线单元22的共振点频率响应的好坏，对应调整导线回绕数量、间距、线宽、几何图形及其尺寸大小的设计。其中，旁枝天线单元42的几何图形可为圆形回绕、方形回绕、三角形回绕、多边形回绕或不规则回绕而成。

如图11所示，为本实用新型的第九实施例的示意图，其与第七实施例差异在于：基板可为多个，在此以基板数量为二说明，回绕式宽频天线装置15包含一第一基板44及一第二基板46，分别设有多个天线单元22，此些天线单元22更可选择性连接一几何图形的旁枝天线单元42。其中第一基板44上的天线单元22可利用多个贯穿孔48交替串接位于第二基板46上的天线单元22，以达成天线单元22位于不同平面的实施态样。除此之外，又如图12所示，为本实用新型的第十实施例的示意图，回绕式宽频天线装置15更包括一第三基板50，设于第一基板44上，由于多个天线单元22交替连接于第一基板44与第二基板46的上表面，因此第三基板50覆盖于第一基板44后，可使此些天线单元22位于第三基板50与第一基板44之间、第一基板44与第二基板46之间，呈现出此些天线单元22为位于三个基板的夹层中的实施态样。

由第九及第十实施例的内容可得知，本实用新型可实现将多个天线单元22交替连接于堆叠而成的多个基板上，例如将天线单元22由最上层的第一个基板通过贯穿孔48交替串接于最下层的第N个基板上；也或者将多个天线单元22交替电性连接于堆叠而成的多个基板夹层中，如此一来，即可设计出不同平面(多层)的宽频天线装置。由调整各个基板上的天线单元22的面积、形状、间距、尺寸，可以制作具不同特性的天线单元22，有效增加天线频宽效果。因此本实用新型仅举其中多个基板与多个天线单元搭配应用的基本型态作为实施说明，当不可以限定本实用新型实施。

更进一步，本实用新型可将回绕式宽频天线装置15整合于一电路板，如图13所示，为本实用新型的第十一实施例的示意图，电路板52上包含一电路单元54及一净空区56，电路单元54利用铜、锡、银、金等金属层电镀或蚀刻得到的电子线路，或是利用厚膜制程或薄膜制程制作的具导电性的电子线路，并依电子装置的需求于该电子线路上焊接或粘着必要的电子元件以产生所需的电子功能。为避免杂信干扰信号状态，因此在电路板52上预留出无电路布线的净空区56，并将回绕式宽频天线装置15可使用粘着技术、厚膜制程、薄膜制程或电镀制程等制作方法设于净空区56内，使得回绕式宽频天线装置15的信号接收可靠度能符合品质要求。回绕式宽频天线装置15上的信号馈入端18可连接至电路单元54中的无线收发模组，以收发无线信号。

除了上述可以直接将回绕式宽频天线装置15设于电路板上的实施态样之外，如图14所示，为本实用新型的第十二实施例的示意图，回绕式宽频天线装置15直接以电路板16作为此宽频天线装置的基板使用，可同时配合图2，为第一实施例的延伸应用。其中，基板16可为业界公知的印刷电路板(PCB或PWB)或软性印刷电路板(FPCB)，或者以陶瓷为基材的厚膜或薄膜电路板，当然其他结构类似，可用于连结并承载电子元件的电路板也都属于本专利的范围。基板16上包含具导电性的电子线路，其对应设有多电子元件以形成一具有功能性的电子单元54，基板16上更包括一净空区56作为减少电磁波干扰的区域，并将天线模组20设于净空区56内，以强化信号接收品质。

除第十二实施例所述使用基板上表面以建置天线模组之外，再举一多层基板为例说明，本宽频天线模组的天线单元可分别建置于多层基板中各个基板层之间或表面。如图15所示，回绕式宽频天线装置使用具有多个基板层的电路板做为天线模组的基板，如堆叠而成的基板16a-16e，回绕式宽频天线装置更包含多个天线模组20a-20g，建构于不同基板上的净空区56中，可视需求将此些基板与此些天线模组搭配配置形成一宽频天线。举例来说，天线模组20a设于基板16b上表面的净空区56，并利用贯穿基板16b、16c、16d、16e的贯穿孔48连接于天线模组20b，天线模组20b设于基板16e下表面的净空区56；天线模组20c、20d、20e分别设于基板16c、16d、16e上表面的净空区56其中，天线模组20c、20d、20e利用贯穿孔48电性相连接；再如天线模组20f设于基板16c上表面的净空区56，并利用贯穿孔48连接于天线模组20g，天线模组20g设于基板16e下表面的净空区56。值得注意的是，天线模组20a-20g虽不完全位于同一基板上，但却形成有电容效应的重叠区域，如此可增加天线频宽效果、提升收信品质及可缩小最终电子产品的制作尺寸等优点。当然，本实用新型不限制天线模组在多层板的建置区域，举凡天线模组设置于单层基板的表面或是介于多层基板的内层，即属于本专利的范畴。

综上所述，本实用新型将多个几何图形的天线单元组合起来，由第一个天线单元开始产生的最高共振频率，依序增加天线单元的数量，并累加至所需的最低频率为止，最低共振频率由所有天线单元共同形成，整支天线的共振频段即涵盖从最高频率到最低频率而构成一宽频天线，共振频宽范围因而增加，可达到一宽频天线的结果。由此，本实用新型的回绕方式形成不同几何图形的天线设计，可改变天线的工作频带、增加天线频宽效果、提升收信品质及可缩小天线制作尺寸等优势。

再者，根据本实用新型所提出的实施例来看，470MHz-870MHz宽频天线，依上述各种不同几何图形的天线单元的实施态样，于整体天线装置设计尺寸仅需2.2*0.4*0.6公分即可达成。先前技术的天线结构，介电系数约为4的电路板来设计频率470MHz的天线，设计宽度要约8公分，相较于本实用新型的天线装置，可证明本实用新型的确具有突显的进步。当然，本实用新型提出可利用回绕式天线单元制作宽频天线，并以470-870MHz频段作为一实施范例说明，其频段范围的天线设计仅作为较佳的实施态样之一，当不可以限定本实用新型实施局限于此频段范围，应着重于本实用新型可由回绕式天线的独特设计方式来达成频宽的效果。更进一步而言，本实用新型结构简单、制作容易、厚度小的微型化天线设计，不仅可节省天线制作面积与体积，也适用于任何高科技电子产品中，极具市场竞争优势。

以移动式装置为目前市场趋势而言，可使得移动式装置的信号收发效果更好，也可更进一步缩小移动式装置的整体体积，从而大幅度的增加了电子产品使用的灵活性与便利性。

以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围的内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (13)

1.一种回绕式宽频天线装置，其特征在于，包括：

至少一基板；

一信号馈入端，设于该基板上；及

至少一天线模组，设于该基板上，该天线模组包含多个几何图形的天线单元，每一该天线单元利用一导线由外回绕至内，再由内回绕至外而成，该天线模组利用第一个该天线单元所回绕至外的该导线，以上述相同方式连续回绕形成下一个该天线单元，直至最后一个该天线单元，使相邻的该天线单元相连接，该天线模组中的第一个该天线单元连接该信号馈入端。

2.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该天线模组中的第一个该天线单元形成此宽频天线的最高共振频率，该天线模组的所有该天线单元共同形成最低共振频率，该天线模组即为共振频段涵盖该最高共振频率到该最低共振频率的宽频天线。

3.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该些天线单元的几何图形为圆形回绕、方形回绕、三角形回绕、多边形回绕或不规则回绕。

4.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该些天线单元设于该基板上以相同几何图形相连接或混合不同几何图形组合连接而成。

5.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该些天线单元更可选择性连接一几何图形的旁枝天线单元，以增加共振频段。

6.如权利要求5所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该旁枝天线单元的几何图形为圆形回绕、方形回绕、三角形回绕、多边形回绕或不规则图形回绕。

7.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该些天线单元为不同大小串联而成。

8.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该些天线单元相连之间更可增设至少一折绕线段。

9.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该基板数量为多个时，该些天线单元分别设置于该基板之间或其表面，并利用该些基板上的多个贯穿孔以交替串接，以形成电性连接并产生所需的共振频段与频宽。

10.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该天线模组数量为两个或两个以上时，该两个或两个以上的天线模组以并联方式相连接。

11.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，每一该天线单元包含并联的至少两个子天线单元，且该些天线单元以串联方式相连接。

12.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该基板为介电材料，该介电材料为塑胶材料、玻璃材料或陶瓷材料、磁性材料或是上述材料结合的复合材料。

13.如权利要求1所述的回绕式宽频天线装置，其特征在于，该信号馈入端供一信号传输线电性连接，以馈送天线信号。

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