TW201011978A - A planar multiband monopole slot antenna - Google Patents

Description

201011978 I ί 1 ' '' -九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種内藏式行動通訊天線，特別是一種 平面式可多頻操作的單極槽孔天線，適合應用於GSM 850/900/1800/1900/UMTS 多頻之操作。 【先前技術】 無線通訊技術的進步帶動了整體通訊產業的蓬勃發 ® 展，因此所衍生出的通訊產品越來越多樣化，相關的應 用也越來越廣泛，而在筆記型電腦上的應用除了 一般傳 統的無線區域網路（WLAN)之外，新一代的筆記型電腦 更加入了全球微波存取（WiMAX)、數位電視（DTV)以及 行動通訊等通訊應用。然而近年來由於行動通訊系統的 快速演進，使得目前新一代的行動通訊裝置不再只是傳 統的雙頻（GSM900/1800)頻段而已，而是朝向能包含五頻 _ (GSM850/900/1800/1900/UMTS)等多頻段的系統來作設計， 因此多頻段的天線便成為一項必要設計。台灣專利公告 號第1254,493號“一種雙頻倒F形天線”，所揭示一種利 用筆記型電腦液晶螢幕支撐背板來當作其系統接地面， 並於此系統接地面上設計一倒F形天線的例子，但是上 述的天線只能包含傳統的GSM900/1800頻段而已，並無法 涵蓋目前行動通訊的五頻操作頻段（GSM850/900/1800/ 1900/UMTS)。然而若是使用舊有的設計技術來達成多頻 操作以及增加其操作頻寬時，會發現天線的尺寸過大， 6 201011978 , f ，丨 . 而不易内藏於行動通訊產品中。為了解決此一問題，我 們提出了一種創新的平面式設計，可縮小天線尺寸並能 内藏於行動通訊產品中，特別是筆記型電腦裝置中，且 可涵蓋目前行動通訊系統GSM85〇 (824〜894 、 GSM900 (890-960 MHz) ^ GSM1800 (1710-1880 MHz) > GSM1900 (1850〜1990 MHz)及 UMTS (1920〜2170 MHz)之通訊 頻帶的需求。 ❹ 【發明内容】 如上所述，本發明的目的在於提供一種可内藏於行 動通訊設備中且多頻段操作的行動通訊裝置天線，其不 僅可以涵蓋GSM850/900/1800/1900/UMTS頻帶之多頻操作之 外，且結構簡單，易於印刷或蝕刻在介質基板上，同時 也達到天線體積縮小化之功效，相當適合應用於筆記型 電腦等行動裝置中。 °

本發明天線包括：一 丧地囟

質基板、一 H 部及一饋入部。該介質基板連接於該接地面之該上方I 緣並朝外延伸，且具有一第一表面及一相對於該第一· 面，第二表面，且該第一表面為一金屬表面並電氣連i 至該接地面之該上方邊緣，其中該金屬表面可由 姓刻技術形成於該介質基板上；該輕射部位於 板之該第一表面上，其包含一較短之第— 这 較長之第二單極槽孔，其中該較短之第_單極^孔， 201011978 ' ' * ,., .=平行於該接地面之該上方邊緣，而該較長之第 捭㈣口 士 Γ 其開口方向與該第—單極 二反’分別位於該介質基板之兩侧邊： 段大致互相平行.仲入却弟早極槽孔之終端區 表面，4:第=，位於該介質基板之該第二 八匕3—第一金屬臂，跨過該較長之第二 屬Γ跨過該較短之第-單極槽二且： 參部大致為 ^電^接至該第一金屬臂，使該饋入 =致為-了形，又該第二金屬臂之另—端為天線之饋 在，項發明中，我們利用第—金屬臂來激發該較長 、、第-早極槽孔並有效地共振出一接近天線低頻頻帶中 二：之四分之一波長的第一共振模態以及該第一共振 ”之倍頻的第三共振模態’而利用第二金屬臂來激發 ❿=之第—單極槽孔可有效地共振出—接近天線高頻頻 ::心頻率之四分之一波長的第二共振模態，因此藉由 i田地5周整第一單極槽孔及第二單極槽孔的尺寸可以使 天線的低頻頻帶涵蓋GSM85G/_之操作，而天線的高頻 '員帶涵蓋GSM1800/1900/UMTS操作，達成之 頻操作。 8 201011978 * r ^ , _ •【實施方式】 >考弟1圖’為本發明天線實施例1之結構圖，包 括··一接地面或筆記型電腦液晶螢幕之支撐金屬背板1〇 接地面之上方邊緣101 ，一接地面之下方邊緣102 ，"貝基板11 ,連接於該接地面之上方邊緣101並朝 外延伸，並具有一第一表面U1及一相對於該第一表面 =第二表面112 ，且該第一表面為一金屬表面並經由電 器連接點113電氣連接至該接地面之上 一 ❹輕射和，位於該介質基板n之該第一表面1上 少包含-較狀第-單極槽孔13，其錢平行於該接地 面之上方邊緣101以及一較長之第二單極槽孔14，其大 致為一步階式形狀，且第二單極槽孔之開口 141方^盥 該第-單極槽孔之開Π 131方向相反，分別位於該介質 土板11之兩側邊，且s亥第一單極槽孔之終端區段142與 該第一單極槽孔之終端區段132大致互相平行；一饋二 藝部15，位於該介質基板丨】之該第二表面112，其包含一 第二金屬臂151，並跨過該較長之第：單極槽孔“以及 一第二金屬臂152，跨過該較短之第一單極槽孔13，且 該第二金屬臂152之-端電氣連接至該第—金屬臂⑸ ，使該饋入部15大致為一 τ形，又該第二金屬臂152之 另一端為天線之饋入點16。 參考第2圖為本發明天線實施例！的返回損失實驗 量測結果圖。在實施例1中，我們選擇介質基板U為一 201011978

I 1 ' I ' I •厚度為〇.8mm之玻纖介質基板；在接地面方面由於考慮 到實際筆記型電腦液晶螢幕之支撐金屬背板的系統接地 面環境，因此選擇該接地面1〇之長度約為26〇mm、寬度 約為200 mm，而該輻射部12，包含：一較短之第一單極 槽孔13其長度約為61 mm，寬度約為4 mm，一較長之第 二單極槽孔14其長度約為30 mm，寬度約為2 mm，且該 輻射部12係以印刷或蝕刻技術形成於一長度約為75 mm 、寬度約為10 mm及厚度約為〇 8 mm之介質基板11上； ®該第一金屬臂151長度約為31 mm ’寬度約為1 mm，該 第二金屬臂152長度約為5 mm，寬度約為！ mm ;其中第 一單極槽孔13在低頻頻帶激發一個四分之一波長的第一 共振模態21，並於高頻頻帶激發一個倍頻的第三共振模 態23，而該第二單極槽孔14可於高頻頻帶激發一個四分 之一波長的第二共振模態22。由實驗結果，在6dB返回 損失的定義下’該第一共振模態21足以涵蓋GSM850 ❹（824-894 MHz)及 GSM900 (890_960 MHz)頻帶，而該第二共 振模態22及第三共振模態23足以涵蓋GSM1800 (1710-1880 MHz)、GSM1900 (1850-1990 MHz)及 UMTS (1920-2170 MHz)所 需之頻帶需求。 參考第3圖為實施例1於天線之第一共振模態21之 增益與輻射效率圖。由所得之結果，在第一共振模態21 内其天線增益31大致介於2.3 dBi至3.8 dBi之間，而輻射 效率32則大致介於65%至80%之間。 10 201011978 參考第4圖為實施例1於天線之坌_ 结一 “ 心弟―·共振模態22及 第二，、振模態23之增益與輻射效率圖◊由所得之妗果， 在第二共振模態22與第三共振模態23内其天線增益41大 致介於2.6dBi至4_9dBi之間，而輻射效率犯則大致介於

Si%·%之間。以上說明該天線之㈣特性是適合於 行動通訊裝置之應用需求。 第5圖、第6 @及第7圖分別為本發明天 ❿它實施例5、第二其它實施例6及第三其它實施例7之 結構圖。實施例5之該第一單極槽孔幻，具有一彎折且 大致形成-步階式形狀，其他天線結構與實施例！相似 。而實施例6之介質基板61具有一彎折，使該介 61之部分區間大致垂直於該接地面’其它結構與實^例 1相同。而實施例7之第一金屬f 751具有一彎折且大 致形成-英文字母L形狀，其它結構與實施例1相同。 上述三個其它實施例5、6、7均可以達成與實施例ι 擊相似之多頻操作特性。 以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及 功效，而非限制本發明。因此，f於此技術之人士可在 不違背本發明之精神對上述實_進行修改及變化。本 發明之權利範圍如後述之申請專利範圍所列。 201011978 -【圖式簡單說明】 第1圖為本發明天線一實施例結構圖。 第2圖為本發明天線一實施例之返回損失實驗量測結果。 第3圖為本發明天線一實施例於天線低頻頻帶之增益與輻 射效率圖。 與輻 第4圖為本發明天線一實施例於天線高頻頻帶之増 射效率圖》 9 第5圖為本發明天線第一其它實施例結構圖。 第6圖為本發明天線第二其它實施例結構圖。 第7圖為本發明天線第三其它實施例結構圖。 【主要元件符號說明】 .本發明天線一實施例 5 6 7 10 101 102 11,61

112,612 113 12, 52 本發明天線第一其它實施例 本發明天線第二其它實施例 本發明天線第三其它實施例 接地面或筆記型電腦液晶螢幕之 接地面之上方_ Μ金屬背板 接地面之下方邊緣 介質基板 苐一表面 第二表面 電氣連接點 輻射部 12 201011978 i i • 13, 53 第一單極槽孔 131,531 第一單極槽孔之開口 132,532 第一單極槽孔之終端 14 第二單極槽孔 141 第二單極槽孔之開口 142 第二單極槽孔之終端 15,75 饋入部 151,751 第一金屬臂 ® 152 第二金屬臂 16 天線饋入點 21 第一共振模態 22 第二共振模態 23 第三共振模態 31,41 天線增益 32, 42 天線輻射效率 mk 6〇 彎折線 13

Claims (1)

1. 201011978 I J . 十、申請專利範圍·· 1. 一種平面式多頻單極槽孔天線，包含： 接地面，具有一上方邊緣及一下方邊緣； 一介質基板’連接於該接地面之該上料緣並朝外延 伸’並具有一第一表面及一相對於該第一表面之第 f表面，且該第一表面為一金屬表面並電氣連接至 該接地面之該上方邊緣； 輻射。卩，位於該介質基板之該第一表面上，至少包 -較短之第一單極槽孔，大致平行於該接地面之該 上方邊緣；及 一較長之第二單極槽孔’大致為-步階式形狀，其 開口方向與該第一單極槽孔開口方向相反，分別 位於該；1質基板之兩側邊，且該第二單極槽孔之 終端區段與該第一單極槽孔之終端區段大致 平行；以及 表面，其包含 一謂入邛，位於該介質基板之該第πw.穴e -第-金屬臂’跨過該較長之第二單：槽二 -第二金屬臂，跨過該較短之第一單極槽孔，且該 第二金屬臂之—端電氣連接至該第一金屬臂，使 該饋入部大致為一T形’又該第二金屬臂之另一 端為天線之饋入點。 'ntrr1項之天線，其中該第-單極槽孔長 又致為该天線之高頻頻帶中心頻率之四分之一波長。 201011978 > 4 . -3.如申請專利範圍第〗項之天線’其中該第二單極槽孔長 度大致為該天線之低頻頻帶中心頻率之四分之—波長 4.如申請專利範圍第i項之天線，其中該介f基板之該金 屬表面係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上。 5.如申請專㈣圍第〗項之天線，其中該饋人部係以印刷 或餘刻技術形成於該介質基板上。 6_如申請專利範圍第1項之天線，其中該接地面為一筆記 型電腦液晶螢幕之支撐金屬背板。 ❹ 7.如申請專利範圍第1項之天線，其中該第一單極槽孔具 有至少一次彎折。 Θ 八 8’如申請專利範圍第1項之天線，其中該介質基板經由彎 折使得該介質基板之部分區間大致垂直於該接地面。 9·如申请專利範圍第1項之天線，其中該饋入部之該第一 金屬臂具有至少一次彎折。

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