TW200525819A - Modified printed dipole antennas for wireless multi-band communication systems - Google Patents

Description

200525819 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係有關於一種用於無線通訊裝置及▲ 么夏及糸統之天線， 且特別是有關用於無線多頻帶通訊系統之通訊的印刷雙極

天線。 Q 【先前技術】 無線通訊裝置及系統一般說來為手持式或為可攜式膝 上型電腦之一部分。因此，該天線必須具有非常小的尺寸， 藉此適合裝於適當裝置内。該系統係用於—般通訊，以及 用於無線區域網路（WLAN)系統。現已運用雙極天線於該 等系統内，因為該等係體積小且可調諧至適當頻率。該= 刷雙極的形狀概為一狹窄、矩形細條，寬度小於〇〇5λ°^， 而總長度小於0.5又0。該同位雙極的理論增益概為2·遍， 而對於-雙重雙㈣小於或等於備。_種常見的印刷雙 極天線係平面反置-F天線（piFA)。 【發明内容】 *本案係一用於一無線通訊裝置之雙極天線。其係包含 一第一導體元件’其疊置於一第二導體元件之一局部，且 藉由-第-介電層而與之相離。—第—導體通道；透過該 第一介電層而連接該第一及該第二導體元件。該第二導體 元件-般為U型。該第二導體元件包含複數個間隔置放的 導體細條’該等延展越過該U型物之支聊的相鄰末端。各 細條係被調整大小，以用於不同的中央頻率又0。該第一 導體元件可為L型’且該L型物之其中—支腳係疊°置於該 200525819 u型物的其中一支腳。該 導體通道連接該L型物的另 一支腳至該U型物的另一支腳。 1物的另 該第一及第二導體元件各為 〇.〇5久〇的寬产，且呈j ”、白、。各細條係具小於 ]見度且具小於〇.5又0的長度。 該天線可為全向性或單向式。 、 右其為卓向式，則：在 包含一接地平面導體，並孫晶 "" 等 其係豐置於該第二導體元件，且 一弟一介電層而與該第-¾种-μ 曰 弟一導體兀件隔離。一第三導體元件 係豐置於該第二導體元件細 ^ 1汆且糟由一第一介電層而隔 離。該第二導體通道可透過該等介電層將該第三導體元件 連接至該接地平面導體。該第一及第三導體元件可為共平 面。㈣三導體元件包含複數個經疊置於各細條橫緣之局 部的突指。 自後載之本揭示之實施方式，且當併同於各隨附圖式 時，本揭示之這些及其他各特點可為顯見。 【實施方式】 現雖將參照於例如約2.4GHz及5.2GHz之WLAN雙 頻帶以說明之本發明一系統的天線，然而本發明天線確可 經设計以運作於各種可攜式之無線通訊裝置的任何頻帶。 其係可包含GPS (1575MHz)、細胞式電話（824 - 970MHz 及 860 - 890MHz)、一些 PCS 裝置（1710 _ 1810MHz、175 0 -1870MHz 及 1850 - 1990MHz)、無接線電話（902 - 928MHz) 或者是藍芽規格2.4 - 2.5GHS頻率範圍。 圖1、2A及3的天線系統1 〇包含一具覆蓋層14、16 之介電基材12。經印刷於該基材1 2上者係一第一導體層 200525819 20此$政型細條線，且於另一側係一分割雙極導體層 3〇二該第—導體層2〇概為一具有支腳22、以之l型者。 該第二=體層30包含一概為u型細條寬脹線路部分32’ 覓P 3丨及—對分隔支腳3 3。複數個細條3 5、3 7、 34、36會延展越過且鄰近於各支腳33。該第—導體層 的支腳22疊置於該第二導體層3〇之各支腳^其卜者， 而另:支腳34則延展越過該對支腳33。—導體通道扣可 透過该介電基材12將切24末料接至各切33 I 一 Ϊ接：it第一導體層2〇之支腳22的另-端的終端26 可接收對该天線1 〇的驅動。 四個細條3 4、3 6、3 5q 7々土〆 u ,.、 及37各者係經獨一無二地被調 …以便能夠調諸成或接收不同頻率信號。該等各者 為使得該細條的寬度…卿，而總長度小 39 3圖广顯示一圖以修改結果’包含六個細條35、37、 9、34、36、38，各者自該第二導體層3〇之各支腳33一 郝接端延展。此可供調諧並接收六個不同頻帶。該兩個實 施例内的各細條概為相互平行。 χ * 貫 〃该介電基材12可為—印刷電路板、麵纖維或 _P°lyimide)所製造之彈性膜層基材。覆蓋心16可為 另外施予之介電層，或可為中為 2〇、3〇係經印刷於該介電基材匕上。冓讀各導體層 作為-如® i之㈣帶天線⑽ 5-5,5. ,25_5>35w ；T^-- 戈/4 〜5.825GHz 200525819 的範圍。對如圖4之有向性圖式，有向性增益在圖5内係 對於2.4GHz (圖A)及5.6GHz (圖B)兩個頻率所示。位於90 度的最高增益在2.4GHz為5.45dB，而在5.6GHz為6」9dB。 VSWR及振幅SI 1可如圖6所示。VSWR在2.4GHz及5.6GHz 頻帶為小於2。從5.15 - 5.827的各頻帶會合併在5.6GHz 頻率處。 該介電基材12的高度h可根據該薄層之電容值或介電 常數而改變。 具適^維度之狹窄、長方形細條3 4、3 6、3 5、3 7可藉 由減少導體層内的表面波及損失來提高總增益。導體細條 的數目也會影響頻率子頻帶。 5亥通道40的位置以及該u型子導體32各支腳33間 之溝槽S會影響到有關於在各頻帶内增益「分佈」的天線 效能。選定該溝槽維度S寬度及該通道4〇位置之方式， 係為在各細條34、36、35、37之所有頻帶内具有大約相 同的私益所獲得的最大理論增益為高於4dB，且在2 為 5.7dB，而在 5.4GHz 為 7.5dB。 圖7A係饋送點fp或通道4〇之許多不同位置以及對 VSWR及S11之影響的圖式。該中央饋送點如對應於圖 1的結果°改變饋送點fp雖對增益具微小影響，然在遍2 靶圍内之第二頻帶處對該Λ 0位移會有較大影響。 圖8顯示將溝槽寬度從linm改變到3匪到5麵的影 響。3·溝槽寬度對應於圖6。在Vswr内雖無較多改變， 然在SH處的增益確有顯著變化。例如，狀5腿細條， 200525819 SI 1 在 2.5GHz 為-21 dB，而在 5.3 GHz 為-16dB。對於 3.3mm 細條，SI 1 在 2.5GHz 為-14dB，而在 5.3GHz 為-25dB。對 於1 mm細條，SI 1在2.5GHz及在5.3GHz約相等於_13dB。 應注意改變支腳34、35、36、37的長度於5mm、1〇mm 及15mm之間改變對VSWR及在S11的增益影響極微。圖 6對應於一 15mm長度。同時，改變各支腳34、35、36、37 之間的距離於1mm、2mm及4mm也對VSWR及在SI 1的 增益影響極微。圖6所示者為2毫米的分隔。2mm及4mm 間隔之間的增益差異會約為2d]B。 圖10A及10B顯示改變雙極寬度而同時維持個別細條 寬度的影響。該雙極的寬度改變自6mm、8mm至i〇mm。 該6mm寬度對應於圖6者。對於6mm寬度，會有兩個不 同頻帶’在2.4GHz處具有]4dB & S11增益，而在5 3GHz 處具有-25dB的S11增益。對於8mm寬度會有一大的頻帶， 一從⑺延展到5.4GHz而低於2❸VSWR，且具有約2議 的su增益。同樣地，1Gmm寬度係—位於從i 65延展到 5.UGHZ而低於2的VSWR之大的頻帶’且在2 2他處 為-34dB而在4.9GHz處為_lldB的增益。 性雙極天線可如圖 天線相同的結構、 一結合本發明原理之有向性或全向 7到9所示。這些具有與如圖丨之全向性 功能及用途之元件會具有相同編號。 除位於該介電基材12第-表面上之第-導體層20以 及位於該介電基材12相對表面上之第二導體層3〇以外， 圖Π到13的天、線11包含-藉較低介電層16而與該第二 200525819 導體層30分離之接地導體層6〇。同時，_第三導體元件 5〇係設置在如該第—導體層2G之該介電基材12相同表面 亡：㈣三導體層50係、-方向性雙極。其係包含一具有 、 而局邛5 3之中央細條5 1。此係概為一舉重桿狀之 導體元件。此者會被疊置於該第二導體層30之細條34、36、 35、37。此係藉由一延展透過該介電基材12及介電層μ 之通道42而連接到該接地層6〇。 該有向性雙極50包含複數個疊置於各細條Μ」、”、 3 7之邊緣局部的突指。 — 田 M圖不，末立而細條52、58係經 豐置且橫向延展躍過細條34、 檢向邊緣。内 部犬指54、56鄰接於細停34 彳朱34 36、35、37的内部邊緣且 未杈向延展超過於此。 最好，該介電基材12的電容值或介電常數大於該介電 層16的電容值或介電常 兮八+甘 同％§亥介電基材12的厚度 hi會顯者小於該介電層16 "予度h2為且。最好，該介電 土材12厚度為該介電層16的至少一半厚度。 該有向性雙極50之末端月邱q从夕& , 不而局口P 53的多角形週邊具有一 類似於PEAN03部份形狀有向性錐 汪又極的形狀。亦應注意到 该天線1 2的輪廓給定一雙重 # 。 $十面反置_F天線（PIFA)的外 圖14係一天線12之方向性 u r王〜盈圖式，而圖1 5顯示對 於VSWR及增益sil的圖式。圖 固1 〇内繪示有五個頻率。最 大增益係高於7dB且在2.5GHz A s 士 马8.29dB，而在5 7GH為 l〇」dB。圖15内的VSWR係 馮 ’、T於至少兩個低於2的頻帶。 10 200525819 圖1 6A及1 6B顯示饋送點fp或通道4〇的影響。饋送 點零類似於如圖15所示者。圖j顯示對於lmm、3麵及 5mm溝槽覓度S之影響。3mm寬度概對應於圖15者。圖 18A及18B顯示對於6mm、8mm及1〇mm寬度之雙極細條 寬度SW的影響。6mm寬度概對應於圖15者。圖19八及 19B顯示該有向性雙極5G局部51之長度皿對於5GHz 犯圍内之第二頻率上的影響。8mm寬度概對應於圖15者。 雖未以圖示，然確可提供許多個經該絕緣層12而繞於 該雙極之通道孔洞。該等通道孔洞可提供虛擬光晶（pseud〇_ photonic crystals)。這可藉由降低介電材料内的表面波及 輻射而提高總增益。這對該兩個天線皆成立。 本案雖既已詳細敘述及說明，然應顯知此僅係說明及 示範性質，而不應被視為限制者。本案之範圍應僅受限於 後載之申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 圖1係一個結合本發明原理之全向性四頻帶雙極天線 的立體示意圖。 圖2A係圖1之雙極導體層的平面圖。 圖2B係圖2A之雙極導體層之六頻帶修改方式。 圖3係圖1之天線的平面圖。 圖4係圖1之天線的方向圖。 圖5係兩個經調諧頻率之方向性增益的圖式。 圖6係一頻率相對於電壓駐波比（vs s丨丨之增益 的圖式。 曰皿 200525819 圖 即:圖 7Α係一圖式，此圖顯示改變如圖丨雙極 7Β所示者，之饋送點或通道的影響。 天線特徵， 圖8係一圖式 寬度之影響。 此圖顯示改變如圖I雙極之槽溝s的 圖9係一圖式，此圖顯示對如圖丨之一個、3 細條雙極的影響。 4 圖1〇A係一圖式’此圖顯示改變如圖1雙極之寬度 影響，即如圖10B所示者。 又、 -圖11係—結合本發明原理之有向性雙極天線的外立體 不意圖。 圖1 2係圖π之天線的俯視圖。 圖1 3係圖1 1之天線的仰視圖。 圖14係圖11之天線對於五種頻率的有向性增益圖式。 圖1 5係一頻率相對於如圖11之天線的VSWR及S 1 1 圖式。 圖1 6 A係一圖式，此圖顯示對於如圖n雙極天線， 改义如圖1 6B所示之饋送位置的饋送點或通道4〇的影響。 圖17係一圖式，此圖顯示對於如圖11雙極天線，改 、交溝槽S之寬度的影響。 圖18 A係一圖式，此圖顯示對於改變如圖1 1天線之 又極的I度之影_，即如圖1 8B所示。 圖1 9 A係一第二頻率圖式，此圖顯示改變如圖π天 線之有向性雙極的長度之影響，即如圖丨9B所示。 12 200525819 【主要元件符號說明】 10 天線系統 12 介電基材 14 覆蓋層 16 覆蓋層 20 第一導體層 22 支腳 24 支腳 26 終端 30 第二導體層 31 寬部 32 U型細條寬脹線路局部 33 一對分隔支腳 34 細條 35 細條 36 細條 37 細條 38 細條 39 細條 40 導體通道 42 通道 50 有向性雙極 51 中央細條 52 末端細條

13 200525819 53 末端局部 54 内部突指 56 内部突指 58 末端細條 60 接地導體層 fpO 饋送點 fpl 饋送點 fp2 饋送點

14

Claims (1)

1. 200525819 十、申請專利範圍： 1 · 一種用於無線通訊裝置之雙極天線，其係包含： 一第一導體元件，其係疊置於一第二導體元件之一局 部，且藉由一第一介電層而與該第二導體元件分離； 第‘體通道’其係透過該第一介電層而連接該第 一及該第二導體元件； 忒第一導體元件一般係為U型； 該第二導體元件包含複數個間隔置放的導體細條，其 係延展越過該U型物之支腳的相鄰末端；以及 各細條係被調整大小，以用於不同的中央頻率又0。 2·如申請專利範圍第丨項之天線，其中該第一導體元 件為L型物。 3·如申請專利範圍第2項之天線，其中該l型物之其 中一支腳係疊置於該X；型物的其中一支腳。 、4·如申请專利範圍第3項之天線，其中該第一導體通 道係連接该L型物的另一支腳至該u型物的其他支腳。 、/ 5.如申請專利範圍第2項之天線，其中該第一導體通 道係連接該L型物的另一支腳至該u型物的其他支腳。 6·如申請專利範圍第i項之天線，其中該第一及 導體元件係各為平面。 一 7·如申請專利範圍帛"員之天線，其中各細條係具有 小方；〇·〇5 λ 0的寬度，且具有小於〇·5又〇的長度。 8.如申請專利範圍帛】項之天線，其中該天線係為全 向性’且增益超過4dB。 15 200525819 如申請專利範圍帛1項之天線，其係包含-接地平 面導體，該接地孚而惜 也十 導體係疊置於該第二導體元件上， 猎由一弟二介電層盥 且 从 y /…亥第二導體元件分離；一第三導髀一 件，此係疊置於嗲筮# 矛等體7L k 亥弟二導體元件細條上，且藉由該第一八 電層而與該第二慕興- ;1 體兀件分離；以及一第二導體通道，复 係透過该些介電声脾 具 θ 、〜第三導體元件連接至該接地平面導 W•如申請專利範圍筮 三導體元件可為共平：“項之天線，其中，該第1

   元件入申請專利範圍第9項之天線，其中，該第三導 3钹數個疊置於各細條橫緣之局部上的突指。 12.如申凊專利範 ^ . w 型物各支腳上之第—及：：”天線，其中經登置於該 乐及最後細條的第一及最後突指係橫 延展越過個別細條之橫向邊緣。 ” 13·如申請專利範圍第9項之天線，其中該第一介電 的甩谷值係實質上大於該第二介電層之電容值。

   "·如申請專利範圍第13項之天線，其中該 層的厚度係實質上小於該第二介電層之厚度。 B 1 5·如申請專利範圍第9項之天線，其中該第一介電 的厚度係為至少該第二介電層之厚度的一半。 1 6·如申明專利範圍第9項之天線，其中該天線係有向 ^生’且具有一超過7dB的增益。 ,丨7·如申請專利範圍第1項之天線，其中該第一介電層 係基材，且該第一及第二導體元件係該基材上的印刷元件。 16 200525819 1 8.如申請專利範圍第1項之天線，其中該複數個細條 係彼此互為平行。 Η—、圖式： 如次頁。

   17