TW200818604A - Wideband omnidirectional monopole antenna for a wireless USB dongle - Google Patents

Description

200818604 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種全向性超寬頻天線，尤指一種適用於一隨插 即用傳輸裝置之全向性超寬頻天線。 【先前技術】 隨著短距離無線傳輸需求的快速成長、通訊區域網路的無線 化以及個人行動通訊產品的多元化，無線通訊資料傳輸量以及傳 輸速率也隨之增加。有鑒於此，美國聯邦通訊委員會FCC於2002 年2月核定超寬頻通訊科技為一般商業用通訊系統，並規範超寬 頻通訊為尚傳輸速率（資料速率每秒大於100Mb)、低功率（功 率小於-41 dBm/MHz)以及短距離（通訊半徑小於10公尺）通訊 系統，非常適合於傳輸400Mb/sec的多媒體影音資料，允許如在 家庭環境内無線分享DVD品質的錄影節目。另外，美國電機電子 工程師協會IEEE亦制定個人區域網路IEEE 8〇2.丨5 3 wpAN (Wireless Personal Area Network )規範並包含高傳輸與低功率的 特性，來滿足具有高傳真的行動通訊消費產品。 習知的超寬頻天線結構係以平面金屬片天線最具有實際應用 價值’其外觀尺寸—般較大’並且放置在-大金屬接地面中央上 方，適合作為橋接點（Access_Point)超寬頻天線。美國專利公開 號第20〇5_267()號揭示了數鮮面域頻天線⑽咖観偏 Ant贿)結構，均可用於超寬頻通訊(3 M〇 6GHz)操作應用， 7 200818604 但實際應用時，由於天線尺寸過大，無法裝設在無線隨插即用傳 ’ 輸裝置上（如通用序列匯流排，USB)。此外，此種平面金屬片天 線結構設計的輻射場型穩定度較差，其全向性特性容易隨著操作 頻率的上升而快速變差。為了改善超寬頻天線全向性輻射場型特 性，美國專利公開號第20050243009號揭示了一種全向性寬頻單 極天線（Omnidirectional Broadband Monopole Antenna )，係將平面 金屬片之寬度彎折數次，來控制天線在兩個水平面方向上的輻射 %型特性，使其能夠滿足對全向性輻射場型的要求。但是此種天 線結構設計同樣是放置在—A金屬接地面中央上方，無法内藏於 隨插即用傳輸裝置内。 因此，如何設計一種能夠適用於無線隨插即用傳輸裝置，提 供超寬頻頻帶操作，滿足全向性輕射場型要求，同時能夠且備往 構簡單、製作容易以及體積小便於攜帶的天線結構，是未妙Γ 頻天線研發主要的方向。 冑疋未來起見 【發明内容】 隨插即用 因此，本發明之主要目的即在於提供一種適用於 傳輸裝置之全向性超寬頻天線。 本發明揭露一種適用於一隨插即 天線，包含-系統接地面、_輕射元m之全向性超寬頻 元件設置於該系統接地面之-邊緣的上方，其包含—τ= 8 200818604 元件’平行於該系統接地面；以 方式電氣連接於該第一子幸畐射元件之一邊緣=件子Γ可開合 於展開時大麵餘鄕—子赫元件 射元件 方延伸，於閉合時大致平行於該第一 ;;糸接地面之上 地面之水平方内征/由兮姓 田70牛且朝向該系統接 方向I伸。该饋入元件電氣連接於一 該訊號源所輸出之訊號饋入至該輻射元件。…¥、，用以將 【實施方式】 傳考f1圖’第1圖為本發明一實施例適用於一隨插即用 置之王向性超寬頻天線1之示意圖。全向性超寬頻天線1 ^有一錢接地面u、一輻射元件12及一饋入元件13。系統 f也面11大致為—矩獅狀，絲職全向性超寬頻天線1的接 地端。輻射元件12設置於系統接地面n之—邊緣lu的上方， 為2向性超寬頻天線丨的主要輻射體，时發射或接收訊號，其 包含有一第一子輻射元件121及一第二子輻射元件I22。第-子轄 射元件121平行於系統接地面n，其上設有一饋入點123，電氣 連接於饋人元件13，絲接收饋人元件13的訊號。第二子輻射元 件122則以可（沿—箭頭125 )開合之方式電氣連接於第一子轄射 一件121之邊緣。當全向性超寬頻天線1接收或發射訊號時， 可將第二子鋪元件122沿箭頭125展開，使之大致垂直於第— 子輻射元件121且朝向系統接地面u之上方延伸；而當全向性超 見頻天線1非處於使用狀態時，則可將第二子輻射元件122閉合 於第一子輻射元件121，使之大致平行於第一子輻射元件121且朝 200818604 向系統接地面11之水平方向 、彳甲饋入兀件13另電氣連接於一 汛唬源，用以接收訊號源所輪出 件⑵。 之峨’並鑛入至第—子輻射元 舉例來說’請參考第2圖’第2圖為第i圖巾輳射树U的展開 平面圖。由第2圖可知，航件12係以單—矩形金屬片或軟性 電路板所形成’並沿-折線124分別形成第—子輕射元件121與 第二子輻射元件122。 /' 因此’當隨插即用傳輸健不制全向性超寬頻天線 或發射訊號時，可將第二作射树122閉合，以減小全向性超 寬頻天線1的垂直高度，增加可用空間；而當隨插即用傳輸裝置 使用全向性超該天線1接收或魏訊_，第二子输元件⑵ 會被展開，使得韓射元件12的形狀為「L」狀。較佳地，第一子 輻射元件121與第二子触元件122係由—單—金屬片受沖壓或 切剎製作形成’或以印刷或働j技術形成於單—軟性電路板上^ 簡言之，本發明魏過可開合之輻射元件12，減少全向性超 寬頻天線1在非使用狀態時所側的空間’因而翻於無線隨插 即用傳輸裝置。舉例來說，請參考第3圖及第4圖，第3圖及 圖分別顯示使用全向性超I頻天線1之一隨播即用傳輸裝置如於 天線使用狀態及非使用狀態之立體示意圖。隨插即用傳輸裝置20 包含有一殼體21、一通用序列匯流排連接器22及其它相關處理電 路（如放大器、無線訊號處理模組、記憶體等）。全向性超寬頻天 200818604 '線1係安裝於殼體21内，當使用天線時， •展開（如第3圖所示），而當非使用J= 輻射凡件122閉合（如第4圖所示）。 】了弟一子 T，本領域具通常知識者可根據所需接收 Γ雜糾性錢鼓線1的尺寸。舉例來說，當翻於^ 見頻應叫’可設定全向性超寬頻天線丨之各元件尺寸為 ，面η之長、寬為65mm*20_，第一子輻射元件⑵之、二 寬為9麵及4mm ’第二子輕射元件122之長、寬為12及9咖， 以及饋入讀13之兩為3mm。在此情形下，全向性超寬頻天線1 的相關測試結果即如第5圖至第8圖所示。第5圖為全向性超寬 頻天線1之返回損失（RetumL〇ss)實驗量測結果，第6圖為全 向性超寬頻天線！操作於5_應2之輕射場型圖，第7圖為全向 1*生超兔頻天線1操作於7000 ]V1HZ之輕射場型圖，以及第8圖為全 向性超寬頻天線1之天線增益触射效糊。由第$圖可知，全 向性超寬頻天線1可在2:1之輕駐波比（v〇ltageStandingWave Ratio ’ VSWR)的條件下，達到可達到6851MHz( 3446〜ι〇297廳） 的操作頻寬。在第6圖及第7圖中’各輻射場型係以峰值天線增 ϋ (Peak Antenna Gain)進行正規化（Normalized)。由第 6 圖及 苐7圖叮知王向性超丸頻天線1形成極佳的全向性輕射場型。 在第8圖中，上方的曲線表示輻射效率，下方的曲線表示天線增 ϋ ’可知在操作頻率的範圍内，天線增益約在為4 〇〜4 7(dBi)之 間，天線輻射效率亦大於86%，可滿足超寬頻天線的增益與輻射 11 200818604 效率需求。 傳統的超寬頻平面金屬>{天線結構—般較大，並且放置在— 大金屬接地面中央上方，無法裝設在無線隨插即用傳輸裝置上。 在本發明中，我們將超寬頻天線的寬度大幅縮小至〗咖以下、高 度、、、勺1.5 cm (使用狀恶）’並裝設在一小金屬接地面之邊緣上方。 藉由控制天線輻射元件平行於系統接地面之距離與面積，良好的 超寬頻阻抗絲（小敎祕返_失）可輕鬆麟。另外，由 於天線的寬度接近阻抗頻寬最高操作鮮的1/4倾長，在其可操 作頻帶之所有頻率中，可提供全向性水平娜場型。 ^ 特別注意的是，上述各元件之形狀僅為本發明之較佳實施 例’本領域騎常知識者#可根據不同需求改變各元件之形狀。 舉例來5兄’第9圖至第η圖分卿示不卿狀之第二子輕射元件 2b 122e^L ’而第12 ®及第13 ®職示輕射元 中12之不同彎折角度71、72的示意圖。 性電’本㈣全向性錢較線賴由—金屬平板或軟 板，折形成-L形_树，裝設在無線隨插即用傳輸裝 頻帶=:Γ=方’其水平方向輻射場型在其可操作 W 僻巾“夠提供全向性㈣場型。由於本發明全 可内藏 態時線具有相當輕巧_片狀外型，使其不但在使用狀 曰石壞產品的外觀，在非使用狀態時亦容易收藏 12 200818604 於掀蓋式做錢_。因此，本㈣全向性超寬駐線相當容 '易配合商業的目的完成各種造型輯，以達賴觀之效果。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明之全向性超寬頻天線之結構圖。 第2圖為第1圖之全向性超寬頻天線之_元件的平面展開 第3圖為第1圖之全向性超寬頻天線應用於一隨插即用傳輸 裝置於天線使用狀態之立體示意圖。 第4圖為第1圖之全向性超寬頻天線應用於—隨插即用傳輸 裝置於天線非使用狀態之立體示意圖。 第5圖為第1圖之全向性超_天線之返回損失實驗量測結 果0 第6圖為第1圖之全向性超寬頻天線操作於麵MHz之幸5 射場型圖。 田 第7圖為第1圖之全向性超寬頻天線操作於7000 MHz之幸5 射場型圖。 田 第8圖為第1圖之全向性超寬頻天線之天線增益與輕射效率 圖。 第9圖至第11圖為第1圖之全向性超寬頻天線之輕射元件其 13 200818604 他實施例之平面展開圖。 第12圖及第13圖為第1圖之全向性超寬頻天線之輻射元件 之不同彎折角度的示意圖。 【主要元件符號說明】 1 11 12 13 121 122、122a、122b、122c 111 125 124 20 21 22 71 > 72 全向性超寬頻天線 系統接地面 輻射元件 饋入元件 第一子輻射元件 第二子輻射元件 邊緣 箭頭 折線 隨插即用傳輸裝置 殼體 通用序列匯流排連接器 彎折角度 14

Claims (1)

1. 200818604 、申請專利範圍 寬頻天線，包含： •種適用於—隨插即⑽置之全向性超 糸統接地面； 一輕一射^設置於該系統接地面之一邊緣的上方，其包含. —弟一子轄射元件’平行於該系統接地面；以及 —第二伟射树，以可開合方式電氣連接於該第-子 輻射元件之一邊緣，該第二子轄射元件於展開時大 致垂直於該第一子輻射元件且朝向該系統接地面之 上方延伸’於閉合時大致平行於該第—子輻射元件 且朝向該系統接地面之水平方向延伸；以及 貝二元件電氣連接於一訊號源，用以將該訊號源所輸出 之訊號饋入至該輻射元件。 如申明專利關第丨項所述之全向性超寬頻天線，其中該系 統接地面大致為一矩形形狀。 3 如申明專她圍第丨項所述之全向性超寬頻天線，其中該第 子輻射7L件包含一饋入點，電氣連接於該饋入元件。 如申睛專利範圍第i項所述之全向性超寬頻天線 ，其中該輻 射疋件係由—單—金屬片受沖壓或切割製作形成。 15 200818604 5· 6· 如申凊專利制第1項所述之全向性超寬頻天線，其中該 射疋件係以印刷或_技術形成於單—軟性電路板上。… 如=專纖圍第丨項所述之全向性超寬頻天線， 狀、梯形平一平 如^請^範圍第丨項所叙全向性超寬頻天線 —子輻射元件包含至少一彎折。 y。亥弟 全向性超寬頻天線，該隨 置係付合通用序列匯流排之傳輸規範。