CN204375933U - 宽频天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种宽频天线。该宽频天线包括：一接地端，该接地端用来提供接地；一第一辐射体，该第一辐射体设置于一第一平面；一馈入端，该馈入端形成于该第一辐射体上，用来通过该第一辐射体收发射频信号；以及一第二辐射体，该第二辐射体设置于该第一平面，电性连接于该接地端，并具有一部分，该部分平行于该第一辐射体的一边，且该第二辐射体与该第一辐射体的一最小间距可使该第二辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。本实用新型的宽频天线可达到多频带或宽频操作，具有良好匹配及可调性，同时可有效缩小所需尺寸，而符合不同系统的需求。

Description

宽频天线

技术领域

本实用新型涉及一种宽频天线，尤指一种可达到多频带或宽频操作，具有良好匹配及可调性，同时可有效缩小所需尺寸的宽频天线。

背景技术

天线被用来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号。一般具有无线通信功能的电子产品通常通过内建的天线来访问无线网络。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合便携式无线通信器材体积缩小的趋势，将天线整合到便携式无线通信器材中。除此之外，随着无线通信技术的演进，无线通信系统的操作频带越来越宽，因此，理想的天线应能以单一天线涵盖无线通信网络所需的频带。

在公知技术中，常见的无线通信天线包含倒F式天线(Inverted-F Antenna)、环形(Loop)天线、耦合(Couple)天线等。倒F式天线，顾名思义，其形状类似于经过旋转及翻转后的“F”。然而，倒F式天线的带宽及带宽百分比皆不理想，特别是低频部分，因而通常需在垂直方向增加金属片以增加其带宽，但此做法会增加天线成本。而环形天线因其理论上需要二分之一波长的共振长度，且天线操作频段过窄，难以适用宽频应用。至于耦合天线则是利用组件之间相互耦合的效应，共振出所需的频带，但其仍有频带调整不易等缺点。

因此，如何有效提高天线带宽，使之适用于具有宽频需求的无线通信系统，如长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统，已成为业界所努力的目标之一。

从而，需要提供一种宽频天线来解决上述问题。

实用新型内容

因此，本实用新型的主要目的即在于提供一种宽频天线，其可达到多频带或宽频操作，具有良好匹配及可调性，同时可有效缩小所需尺寸，而符合不同系统的需求。

本实用新型公开一种宽频天线，该宽频天线包括：一接地端，该接地端用来提供接地；一第一辐射体，该第一辐射体设置于一第一平面；一馈入端，该馈入端形成于该第一辐射体上，用来通过该第一辐射体收发射频信号；以及一第二辐射体，该第二辐射体设置于该第一平面，电性连接于该接地端，并具有一部分，该部分平行于该第一辐射体的一边，且 该第二辐射体与该第一辐射体的一最小间距可使该第二辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第一辐射体包括：一第一金属段；以及一第二金属段，该第二金属段电性连接于该第一金属段与该馈入端之间；其中，该第二辐射体的该部分平行于该第一金属段，而平行于该第一辐射体的该边。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第一金属段包括一第一分段及一第二分段，该第一分段与该第二金属段的一总长相关于一第一频带所对应的射频信号波长，而该第二分段与该第二金属段的一总长相关于一第二频带所对应的射频信号波长。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第一频带介于1575MHz与1900MHz之间，而该第二频带介于1900MHz与2300MHz之间。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第二辐射体包括：一第三金属段；以及一第四金属段，该第四金属段电性连接于该第三金属段与该接地端之间；其中，该第三金属段平行于该第一辐射体的该边。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第三金属段与该第四金属段的一总长相关于一第三频带所对应的射频信号波长。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第三频带介于704MHz与960MHz之间。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该宽频天线还包括：一第三辐射体，该第三辐射体设置于一第二平面，该第二平面与该第一平面平行，且该第三辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第二辐射体重叠；以及至少一连通柱，该至少一连通柱设置于该第二辐射体与该第三辐射体之间，用来电性连接该第二辐射体与该第三辐射体。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该宽频天线还包括：一第四辐射体，该第四辐射体设置于一第三平面，该第三平面与该第一平面平行；其中，该第四辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第一辐射体部分重叠，使该第四辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该宽频天线还包括：一第三辐射体，该第三辐射体设置于一第二平面，该第二平面与该第一平面平行，且该第三辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第二辐射体重叠；至少一连通柱，该至少一连通柱设置于该第二辐射体与该第三辐射体之间，用来电性连接该第二辐射体与该第三辐射体；以及一第四辐射体，该第四辐射体设置于一第三平面，该第三平面与该第一平面平行；其中，该第四辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第一辐射体部分重叠，使该第四辐射体与该第一辐射体 产生耦合作用以传递射频信号。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第二平面与该第三平面为同一平面的不同区域，且该第三辐射体与该第四辐射体未电性连接。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该第二平面与该第三平面为不同平面。

本实用新型还公开一种宽频天线，其中该最小间距小于或等于3mm。

本实用新型的宽频天线可达到多频带或宽频操作，具有良好匹配及可调性，同时可有效缩小所需尺寸，而符合不同系统的需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一宽频天线的示意图。

图2A至图2C分别为图1的宽频天线操作于不同频带的电流分布示意图。

图2D为图1的宽频天线的电压驻波比示意图。

图3A、图3B分别为本实用新型实施例的一宽频天线的前后两面的示意图。

图4为图3A、图3B的宽频天线的电压驻波比示意图。

图5为本实用新型实施例的一宽频天线的背面示意图。

图6A为图5的宽频天线操作于高频时的电流分布示意图。

图6B为图5的宽频天线的电压驻波比示意图。

主要组件符号说明：

10、30、50                   宽频天线

100                          接地金属段

102                          第一辐射体

104                          馈入端

106                          第二辐射体

1020                         第一金属段

1022                         第二金属段

1024                         第一分段

1026                         第二分段

1060                         第三金属段

1062                         第四金属段

GP                           间距

304                          第三辐射体

A                            第一面

B                            第二面

500                          第四辐射体

502、504、506                区块

具体实施方式

请参考图1，图1为本实用新型实施例的一宽频天线10的示意图。宽频天线10包含有一接地金属段100、一第一辐射体102、一馈入端104及一第二辐射体106，其可达到宽频操作，以满足具有宽频需求的无线通信系统，如长期演进系统等。接地金属段100为长条状金属片，用以提供接地，但不限于此，接地金属段100亦可以由各种形式或形状的金属材质所制成，如接地端、接地铜箔等。第一辐射体102依其结构包含有电性连接的一第一金属段1020及一第二金属段1022，而第一金属段1020又可区分为一第一分段1024及一第二分段1026；然而，上述关于第一辐射体102的分段方式仅为便于说明，其可为一体成型，而不限于此。同理，第二辐射体106依其结构包含有电性连接的一第三金属段1060及一第四金属段1062，且第四金属段1062电性连接于接地金属段100，因此第二辐射体106与接地金属段100亦可为一体成型，而不限于此。馈入端104形成于第一辐射体102的第二金属段1022上，用来通过第一辐射体102收发射频信号。此外，如图1所示，第三金属段1060的一部分与第一金属段1020平行，即第二辐射体106的一部分平行于第一辐射体102的一边，且第二辐射体106与第一辐射体102的一最小间距GP可使第二辐射体106与第一辐射体102产生耦合作用以传递射频信号。

简言之，本实用新型的宽频天线10通过馈入端104直接馈入射频信号至第一辐射体102，而第一辐射体102与第二辐射体106间则通过耦合方式进行耦接以传递射频信号。在此情形下，藉由调整第一辐射体102与第二辐射体106的长度、间距GP等，本实用新型可达到多频带或宽频操作，并具有良好匹配。

举例来说，第一辐射体102为一直接馈入的单极天线，故可将馈入端104至第一金属段1020两端的距离(即大致为第二金属段1022与第一分段1024的总长及第二金属段1022与第二分段1026的总长)设计为欲收发射频信号所对应的波长的四分之一，藉以达到多频带或宽频操作。在一实施例中，第二金属段1022与第一分段1024的总长可大致等于一第一频带所对应的射频信号的四分之一波长，而第二金属段1022与第二分段1026的总长可大致等于一第二频带所对应的射频信号的四分之一波长；例如，针对长期演进系统，第一频带可大致介于1575MHz与1900MHz之间，而第二频带则可大致介于1900MHz与2300MHz之间，以符合长期演进系统的高频需求，而1575MHz的频段亦可用于全球卫星定位系统。进一步地，可调整第二辐射体106中第三金属段1060及第四金属段1062的总长，使之大致等于一第三频带所对应的射频信号的四分之一波长，以收发第三频带的射频信号；其中，针对长期演进系统，第三频带可大致介于704MHz与960MHz之间。

关于宽频天线10的操作方式，可进一步参考图2A至图2D，图2A至图2C分别为宽频天线10操作于第一频带(1575MHz～1900MHz)、第二频带(1900MHz～2300MHz) 及第三频带(704MHz～960MHz)的电流分布示意图，而图2D为宽频天线10的电压驻波比示意图。由图2A至图2C可知，宽频天线10通过直接馈入而经由第一辐射体102收发第一频带及第二频带的射频信号，并通过耦合馈入方式而经由第二辐射体106收发第三频带的射频信号，因而可达到如图2D所示的多频带及宽频操作。同时，由于第一辐射体102与第二辐射体106部分相互耦合，可将第二辐射体106所共振的频率偏往低频，也可贡献部分低频带宽，故可大幅度缩短第二辐射体106所需的长度，达到缩小天线尺寸的目的。

因此，通过调整第一辐射体102及第二辐射体106的长度，宽频天线10可达到多频带及宽频操作，并缩小天线尺寸。另一方面，间距GP小于或等于3mm，其相关于第一辐射体102与第二辐射体106的耦合情形，故可通过调整间距GP而调整第一辐射体102与第二辐射体106的阻抗匹配，进而提升辐射效率。除了第一辐射体102及第二辐射体106的长度、间距GP外，其他如第一辐射体102及第二辐射体106的宽度、弯折方式、分支数等皆可根据系统所需而适当调整，此应为本领域熟知的技术。再者，在图1中，宽频天线10大致设置于同一平面，故可进一步布局于一基板上或以蚀刻方式形成于一电路板上，以简化生产流程，但不限于此。

更进一步地，为了增加低频可辐射区域，进而使辐射体长度可大幅缩短，本实用新型可在宽频天线10的基础上，提供额外的低频电流路径。请参考图3A、图3B，图3A、图3B分别为本实用新型实施例的一宽频天线30的前后两面的示意图。宽频天线30由宽频天线10所衍生，故相同组件采用相同符号表示。比较图1及图3A、图3B可知，宽频天线30将宽频天线10的接地金属段100、第一辐射体102、馈入端104及第二辐射体106设置于一基板300的一第一面A，并在基板300的一第二面B(其平行于第一面A)增加一第三辐射体304，而第二辐射体106与第三辐射体304间再通过连通柱302电性连接。

简言之，宽频天线30为一双面(或多层)结构，其一平面(即第一面A)设置有宽频天线10，另一平面(即第二面B)设置有第三辐射体304，且第三辐射体304与第二辐射体106通过连通柱302进行连结。此外，如图3A、图3B所示，第三辐射体304与第二辐射体106的形状、位置大致对应，亦即将第三辐射体304投影于第一面A的一投影结果将与第二辐射体106大致重叠。在此情形下，第三辐射体304亦可收发与第二辐射体106相同操作频带(如704MHz～960MHz)的信号，藉此可增加低频可辐射区域，以提升低频带宽及效率，相关电压驻波比示意图可参考图4。

需注意的是，在宽频天线30中，第三辐射体304与第二辐射体106具有大致相同的形状，但不限于此，本领域的普通技术人员亦可适度调整第三辐射体304的长度或形状等，使之收发特定频带的射频信号或改变匹配情形等，此亦属本实用新型的范畴。另一方面，由于宽频天线30具有宽频天线10的相同结构，故其亦具有相同操作方式及优点，可参考前述说明，在此不赘述。

除了增加低频可辐射区域，若要增加高频带宽，可进一步增加高频耦合寄生组件。请参考图5，图5为本实用新型实施例的一宽频天线50的背面示意图。宽频天线50由宽频天线30所衍生，其正面(即第一面A)结构相同，可参考图3A，故省略未绘示，而背面(即第二面B)中相同组件采用相同符号表示，以求简洁。比较图5及图3B可知，宽频天线50在宽频天线30的第二面B中额外增加一第四辐射体500。在此例中，第四辐射体500大致由三区块502、504、506所组成，且其设置位置需可与第一辐射体102产生耦合作用。换句话说，将第四辐射体500投影于第一面A的一投影结果将与第一辐射体102部分重叠，以确保第四辐射体500可与第一辐射体102产生耦合作用以传递射频信号。在此情形下，第一辐射体102以直接馈入方式与馈入端104电性连接，而第四辐射体500再通过耦合方式与第一辐射体102耦接。如此一来，宽频天线50相比于宽频天线10、30可增加高频电流路径，以在高频频段共振出更多模态，增加高频带宽。其中，区块502、504、506大致相关于高频模态，可藉此调整其形状或位置，以符合系统所需。例如，在一实施例中，区块502、504用来激发出1400MHz至1575MHz的模态，而区块506则用来激发出2700MHz至3200MHz的模态。然而，需注意的是，第四辐射体500所包含的区块数、区块形状等皆可适当调整，而不限于此。

此外，如同第一辐射体102，第四辐射体500亦可与第二辐射体106或第三辐射体304部分相互耦合，可将第二辐射体106或第三辐射体304所共振的频率偏往低频，也可贡献部分低频带宽，故可大幅度缩短第二辐射体106或第三辐射体304所需长度，达到缩小天线尺寸的目的。关于宽频天线50的操作方式，可进一步参考图6A、图6B，图6A为宽频天线50操作于高频时的电流分布示意图，其中省略了大部分组件符号以求简洁，而图6B为宽频天线50的电压驻波比示意图。由图6A可知，第四辐射体500可与第一辐射体102产生耦合作用，因而可增加高频带宽及辐射效率，即如图6B所示。

需注意的是，宽频天线50由宽频天线30所衍生，并将第四辐射体500设置于第三辐射体304的同一面(即第二面B)的不同区域而未电性连接于第三辐射体304。然而，不限于此，第四辐射体500与第三辐射体304可独立设置，亦可设置于不同层。也就是说，在一实施例中，本实用新型亦可在宽频天线10的基础上，仅设置第四辐射体500而不设置第三辐射体304；在另一实施例中，本实用新型可使用一多层基板，并将宽频天线10、第三辐射体304及第四辐射体500分别设置于不同层，此皆属本实用新型的范畴。

综上所述，本实用新型的宽频天线可达到多频带或宽频操作，具有良好匹配及可调性，同时可有效缩小所需尺寸，而符合不同系统的需求。

Claims (13)

1.一种宽频天线，其特征在于，该宽频天线包括：

一接地端，该接地端用来提供接地；

一第一辐射体，该第一辐射体设置于一第一平面；

一馈入端，该馈入端形成于该第一辐射体上，用来通过该第一辐射体收发射频信号；以及

一第二辐射体，该第二辐射体设置于该第一平面，电性连接于该接地端，并具有一部分，该部分平行于该第一辐射体的一边，且该第二辐射体与该第一辐射体的一最小间距可使该第二辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。

2.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该第一辐射体包括：

一第一金属段；以及

一第二金属段，该第二金属段电性连接于该第一金属段与该馈入端之间；

其中，该第二辐射体的该部分平行于该第一金属段，而平行于该第一辐射体的该边。

3.如权利要求2所述的宽频天线，其特征在于，该第一金属段包括一第一分段及一第二分段，该第一分段与该第二金属段的一总长相关于一第一频带所对应的射频信号波长，而该第二分段与该第二金属段的一总长相关于一第二频带所对应的射频信号波长。

4.如权利要求3所述的宽频天线，其特征在于，该第一频带介于1575MHz与1900MHz之间，而该第二频带介于1900MHz与2300MHz之间。

5.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该第二辐射体包括：

一第三金属段；以及

一第四金属段，该第四金属段电性连接于该第三金属段与该接地端之间；

其中，该第三金属段平行于该第一辐射体的该边。

6.如权利要求5所述的宽频天线，其特征在于，该第三金属段与该第四金属段的一总长相关于一第三频带所对应的射频信号波长。

7.如权利要求6所述的宽频天线，其特征在于，该第三频带介于704MHz与960MHz之间。

8.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该宽频天线还包括：

一第三辐射体，该第三辐射体设置于一第二平面，该第二平面与该第一平面平行，且该第三辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第二辐射体重叠；以及

至少一连通柱，该至少一连通柱设置于该第二辐射体与该第三辐射体之间，用来电性连接该第二辐射体与该第三辐射体。

9.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该宽频天线还包括：

一第四辐射体，该第四辐射体设置于一第三平面，该第三平面与该第一平面平行；

其中，该第四辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第一辐射体部分重叠，使该第四辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。

10.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该宽频天线还包括：

一第三辐射体，该第三辐射体设置于一第二平面，该第二平面与该第一平面平行，且该第三辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第二辐射体重叠；

至少一连通柱，该至少一连通柱设置于该第二辐射体与该第三辐射体之间，用来电性连接该第二辐射体与该第三辐射体；以及

一第四辐射体，该第四辐射体设置于一第三平面，该第三平面与该第一平面平行；

其中，该第四辐射体投影于该第一平面的一投影结果与该第一辐射体部分重叠，使该第四辐射体与该第一辐射体产生耦合作用以传递射频信号。

11.如权利要求10所述的宽频天线，其特征在于，该第二平面与该第三平面为同一平面的不同区域，且该第三辐射体与该第四辐射体未电性连接。

12.如权利要求10所述的宽频天线，其特征在于，该第二平面与该第三平面为不同平面。

13.如权利要求1所述的宽频天线，其特征在于，该最小间距小于或等于3mm。