TW201218506A - Antenna having planar conducting elements, one of which has a slot - Google Patents

Description

201218506 六、發明說明： 【發明所屬气技術領域】 本發明是有關具有多個平面傳導元件而其中之一具有 一槽縫的天線。 【前4标;j 發明背景 一雙極天線是供用於接收或發送無線電頻率發射之一 有用的天線。但是，—雙極天線僅於—鮮巾操作，並且 有時是需要於複數個頻帶中操作之天線。例如，於複數個 頻π中操作之天線是微波接取全球互通(wiMAX) 、超寬頻 (UWB)、W卜Fi、ZigBee、以及長期演進技術(LTE)應用所通 常需求。

【^^明内J 發明概要 於一實施例中’一天線包含一介電材料層，該介電材 料層具有i)相對於一第二側之一第一側，以及⑴在其中之一 傳導通孔。一第一平面傳導元件是在該介電材料之該第一 側上，並且具有i)在其中之至少一封閉式槽縫、u)連至該傳 導通孔之一電氣連接、以及iH)複數個尺度，其導致大約在 一第一中央頻率為中央之一第一頻率範圍共振。一第二平 面傳導元件同時也是在該介電材料之該第一側上。該第一 以及該第二平面傳導元件各被置放而鄰接電氣地隔離該第 一平面傳導元件與該第二平面傳導元件之一隙縫。該第二 平面傳導元件具有複數個尺度，其導致大約在一第二中央 201218506 頻率為中央之一第二頻率範圍共振。一電氣微條馈送線是 在該介電材料層之該第二側上。該電氣微條饋送線電氣地 連接到該傳導通孔，並且具有一線路自該傳導通孔延伸越 過該隙縫，而至該第二平面傳導元件之下。該第二平面傳 導元件提供用於該電氣微條饋送線之一參考平面。 於另一實施例中，一天線包含一介電材料層，其具有 i)相對於一第二側之一第一側，以及ii)在其中之一傳導通 孔。一第一平面傳導元件，其是在該介電材料層之該第一 側上。該第一平面傳導元件具有i)在其中之至少一個封閉式 槽縫，以及ii)連至該傳導通孔之一電氣連接。一第二平面 傳導元件，其是在該介電材料層之該第一側上。該第一以 及第二平面傳導元件各被置放而鄰接電氣地隔離該第一平 面傳導元件與該第二平面傳導元件之一隙縫。一電氣微條 饋送線，其是在該介電材料層之該第二側上。該電氣微條 饋送線電氣地連接到該傳導通孔，並且具有一線路，該線 路自該傳導通孔延伸，越過該隙縫，至第二平面傳導元件 之下。該第二平面傳導元件提供用於該電氣微條饋送線之 一參考平面。 其他實施例同時也被揭示。 圖式簡單說明 本發明之展示實施例展示於圖形中，於圖形中： 第1-3圖展示天線之一第一實施範例，該天線具有第一 以及第二平面傳導元件，其中之一者包含一槽縫且電氣地 連接到一電氣微條饋送線； 201218506 第4圖展不同軸電缆範例的一部份，該同軸電繼可電氣 地連接到第1-3圖中所展示的天線； 第5-7圖展示第4圖中所展示之同軸電纜連接至第13圖， 中所展示之天線的範例；以及 β 第8及9圖展不一天線之第二實施範例，該天線具有第 以及第一平面傳導元件，其中之_者包含—槽縫並且電 氣地連接到一電氣微條饋送線。 —於圖形中，在不同圖形之相同的參考號碼被使用以指 示不同圖形中之相同（或相似）元件的存在。 I：實施方式】 詳細說明 第1-3圖展示天線100之第一實施範例。天線1〇〇包含介 電材料層1G2 ’介電材料層⑽具有第—側以及第二側 1〇6(參看第3 ·該第二觸6是相對該第—側1G4。藉由範 例，介電材料層102可由下列材料所形成（或可包含fr4、 塑膠、玻璃、陶製品或合成材料，例如，包含二氧化矽或 碳氫化合物者。介電材料層102厚度可變化，但是於一些實 施例中是等於（或大約等於)0.060吋（1.524毫米）。 第一以及第二平面傳導元件1〇8、11〇(第丨圖）被配置在 介電材料層102之第一側1〇4上。第一平面傳導元件1〇8具有 在其中的一組槽縫112、114»第一槽縫114具有一矩形槽縫 周圍116。第二槽缝112具有多於四個邊緣之一槽縫周圍 118(並且可以被考慮作為藉由複數個重疊、矩形槽縫片段 被界定之槽縫）n及第三平面傳導元件1G8、110各被 201218506 置放而鄰接電氣地隔離第—平面傳導元件⑽與第二平面 傳導元件1U)之_120。藉由範H以及第二傳導元 件108 11G各可以;I：金屬並且由（或可包含)銅、紹、或金所 形成於-些情況中’第-以及第二傳導元件⑽ '削可 被印刷在介電材料層1〇2上或以不同方式被形成，例如，使 用印刷電路板構造技術；或，第―以及第二傳導元件⑽、 110可被附接至介電材料層102，例如，使用膠黏劑。 電氣微條饋送線122(第2圖）被配置在介電材料層1〇2之 第-側106上。藉由範例，電氣微條饋送線m可被印刷在 介電材料層1〇2上或以不同方式被形成，例如，使用印刷電 路板構造技術’或’電氣微條饋送線可被附接至介電材料 層102例如，使用膠黏劑。 介電材料層102具有在其中的複數個傳導通孔(例如，通 孔124、n6)，傳導通孔124、126各被置放而接近連接位置 128的其他傳導通孔。第—平面傳導元件⑽以及電氣微條 饋送線122各電氣地連接到複數個傳導通孔124、126,並且 因而彼此電氣地連接。藉由範例，第—平面傳導元件11〇電 氣地直接連接至複數個傳導通孔124、126，因而電氣微條 饋送線122藉由矩形傳導墊13〇電氣地連接到複數個傳導通 孔124、126，該矩形傳導墊13〇將微條饋送線122電氣連接 至複數個傳導通孔124、126。 如第2圖之最佳展示，電氣微條饋送線122具有一線 路，該線路自複數個傳導通孔124、126，越過隙縫12〇(亦 即，該線路與隙縫120相交又）’而延伸至第二平面傳導元 201218506 4牛 110 下。、， 。以這方式，第二平面傳導元件110提供用於該 電氣微條饋H22之-參考平面。 第平面傳導元件108具有複數個尺度，而導致大約在 第中央頻率為中央之一第一頻率範圍共振《第二平面 傳導元件11G具有複數個尺度，而導致大約在一第二中央頻 率為中央之—第二頻率範圍共振。第二頻率範圍中的至少 一些頻率不同於第一頻率範圍中之至少一些頻率。以這方 弋並且在操作期間，第一以及第二平面傳導元件108、110 疋可接收不同的頻率信號並且反應於所接收的信號（以接 收模式）而提供電力於電氣微條饋送線122。以相似方式， 連接到電氣微條饋送線122之無線電可取決於發送模式操 作之無線電頻率，而提供電力給第一平面傳導元件108、第 二平面傳導元件11〇、或其二者。 如於第1及2圖之展示’第二平面傳導元件ι10具有在其 中的洞孔132。介電材料層102具有在其中的洞孔134。藉由 範例’洞孔132、134被展示為同心並且是圓形。第二平面 傳導元件110中之洞孔132是較大於介電材料層1〇2中之洞 孔134 ’因而暴露鄰接介電材料層1〇2中洞孔134之區域中的 介電材料層102之第一側1〇4。 第4圖展示可被附接至天線1 〇〇之同軸電纜400範例的 —部份’如於第5-7圖之展示。同軸電纜400(第4圖）具有一 中心導線402、導線護套404、以及隔離中心導線402與導線 護套404之介電質406。同軸電纜400同時也可包含一外部介 電質外罩408。中心導線402之一部份410自導線護套404以 201218506 及”電為406延伸。同孝由電鐵4〇〇藉由置放同軸電繼獅鄰接 天線〇之帛側1G4並且經由洞孔132、134嵌人其中心導 線2之晶410而電氣地連接到天線100(參看第5及7圖）。 中導線4〇2接著電氣地連接到電氣微條饋送線122，例 士藉由焊接銅鋅合金焊接或傳導性地接合中心導線402 之抽彻至電氣微條饋送線122(參看第6及7圖）。同軸電境 400之導線4套4 G 4電氣地連接到第二平面傳導元件丨】〇 (例 如’也疋藉由銲接、銅鋅合金焊接或傳導性地接合導線護 套404至第一平面傳導元件11〇 ;參看第5及7圖）。鄰接介電 材料層102中洞孔134之介電材料層1〇2的曝露環部可以是 有用於防止同軸電繼400之中心導線402短路至同軸電纜 400之導線護套404。於一些實施例中，同軸電纜4〇〇可以是 50歐姆(Ω)之同軸電纟覽。 天線1〇〇具有自第一平面傳導元件112延伸至第二平面 傳導元件114之長度l。長度l與隙縫12〇交又。天線100具有 寬度W，其是垂直於長度。同軸電纜4〇〇跟隨平行於天線1〇〇 寬度的一線路。同軸電纜400藉由電氣連接其之導線護套 404至第二平面傳導元件110、或藉由電氣連接其之中心導 線402至電氣微條饋送線122而沿著線路被推進。 於第1-3及5-7圖展示之天線中，電氣微條饋送線122之 線路在第二平面傳導元件1M之下改變方向。更明確地說， 電氣微條饋送線122之線路與平行於天線1 〇〇長度之隙縫 120交叉，接著改變方向並且平行於天線1〇〇之寬度而延 伸。電氣微條饋送線122大體上可自複數個傳導通孔124、 201218506 126延伸至鄰接介電材料層102中之洞孔134的端點136。 如先前所敘述，第一平面傳導元件108具有複數個尺 度，其導致大約在一第一中央頻率為中央之一第一頻率範 圍共振。第一頻率範圍之中心頻率以及帶寬可藉由調整第 一平面傳導元件108之周圍140或（以及）槽縫112、114之周圍 116、118之任一者（或兩者）的尺度以及形狀而被組態。雖然 第一平面傳導元件108以及其之槽縫112、114的周圍140、 116、118被展示具有複數個平直邊緣，一些或所有的邊緣 可另外地被彎曲，或一個或多個周圍140、116、118可具有 連續曲線的形狀。第一頻率範圍之中心頻率以及帶寬同時 也可藉由調整槽縫112、114或有關第一平面傳導元件108之 彼此相關的位置以及關係而被組態。 同時也如先前之敘述，第二平面傳導元件110具有複數 個尺度，其導致大約在一第二中央頻率為中央之一第二頻 率範圍共振。第二頻率範圍之中心頻率以及帶寬可藉由調 整第二平面傳導元件110之周圍142之尺度以及形狀而被組 態。雖然第二平面傳導元件110之周圍142被展示而具有複 數個平直邊緣，一些或所有的邊緣可另外地被彎曲，或第 二平面傳導元件110周圍142可具有連續曲線的形狀。如於 第1及5圖之展示，第二平面傳導元件110之部份144可具有 號角形狀。 第1-3及5-7圖中所展示之天線100之優點是天線100以 複數個頻帶操作，並且具有全方向之方位角、小尺度以及 高增益。藉由範例，第1-3及5-7圖所展示之天線100以具有 201218506 大約7毫米（7mm)寬度以及大約38毫米（mm)長度之形式要 素被構成。以此一形式要素，以及由於第一以及第二平面 傳導元件108、110如第1-3及5-7圖之展示被組態，第一平面 傳導元件108被組態以在自大約3.3千兆赫（GHz)延伸至3.8 千兆赫之第一頻率範圍中共振，並且第二平面傳導元件110 被組態以在自大約2.3千兆赫延伸至2.7千兆赫之第二頻率 範圍中共振。此一天線因此可操作如一WiMAX或LTE天 線，大約在通常被使用之2.3千兆赫、2.5千兆赫以及3.5千 兆赫的中心頻率處共振。 第1-3及5-7圖展示之天線100可以對於各種目的而以各 種方式被修改。例如，第一以及第二平面傳導元件108、110 之周圍140、142可採用不同的形式，例如，具有下列形式： 比第1、2、5、及6圖展示的具有更多或較少之邊緣；平直 或彎曲邊緣；或連續曲線周圍。第一平面傳導元件108之槽 縫112、114的周圍116、118同時也可採用不同形式，例如， 具有下列形式：比第1、2、5及6圖所展示的具有更多或較 少之邊緣；平直或彎曲邊緣；或連續曲線周圍。於一些實 施例中，多個平面傳導元件108、110之任一者或兩者的形 狀，多個平面傳導元件108、110之部份形狀，或所包含的 槽縫112、114之形狀，可藉由一個或多個互連矩形傳導片 段或槽縫片段被界定。於一些實施例中，第一平面傳導元 件108可被修改以具有更多或較少之槽縫。於其他（或相同） 實施例中，第二平面傳導元件110可被修改以包含一個或多 個槽縫。 10 201218506 對於第1-6圖所展示之天線1〇〇,第一以及第二平面傳導 元件108、110具有複數個尺度，而導致第一以及第二傳導 元件108、110在非重疊頻率範圍共振。但是，於一些實施 例中，第一以及第二傳導元件可具有尺度以及形狀，因而 它們在重疊頻率範圍共振。 於一些實施例中，第二平面傳導元件110以及介電材料 層102之洞孔132、134可具有尺度、被放置並且被對齊，如 於第1、2、5及6圖之展示。於其他實施例中，洞孔132、134 可以不同方式具有尺度、被置放或被對齊。如此處所界定 的，“對齊”的洞孔是至少部份重疊之洞孔，因而一物件可 經過對齊的洞孔被塞入。雖然第1圖展示之洞孔132、134具 有尺度並且被對齊，以至於介電材料層102之第一側1〇4鄰 接介電材料層102中之洞孔134而被曝露，但介電材料層1〇2 之第一側104不一定需要鄰接洞孔134被曝露。 於一些實施例中’第1 ' 2、5及6圖展示之複數個傳導 通孔124、126可包含更多或較少通孔；並且於一些情況中， 複數個傳導通孔124、126可僅包含一傳導通孔。不論在連 接位置128所提供的傳導通孔124、1：26數目是多少，矩形傳 導墊130可由具有另一形狀之傳導墊所取代；或，一個或多 個傳導通孔124、126可電氣地直接連接至電氣微條饋送線 122(亦即，不必使用墊片130)。 於第1、2、5及6圖中，以及藉由範例，在第一以及第 二平面傳導元件108、110之間的隙縫120被展示為矩形且具 有一致之寬度。 201218506 在此處說明之所構成的天線之操作頻帶可以是連續的 或非連續的。於一些情況中，各操作頻帶可涵蓋一標準操 作頻帶的部份或全部，或複數個標準操作頻帶。但是，應 注意，於一些情況中，增加操作頻帶之範圍可能縮小操作 頻帶的增益。 第8及9圖展示第1-3及5-7圖所展示之天線100的變化 800，其中第二平面傳導元件802與介電材料層804中之洞 孔，以及同軸電纜通過之洞孔，已被消除。電氣微條饋送 線122被延伸，或另一饋送線(例如，另一微條饋送線)被連 結至它，以電氣地連接電氣微條饋送線122至無線電806。 第二平面傳導元件804可連接到接地電位，例如，與無線電 806共用之一系統或區域性接地。 於一些情況中，無線電806可裝設在相同介電材料層 804上，如天線800。為避免使用另外的傳導通孔或其他電 氣連接元件，無線電806可裝設在介電材料層804之第二側 808上（亦即，在介電材料層804之如電氣微條饋送線122之 相同側上）。無線電設備806可包含一積體電路。 【圖式簡單說明】 第1-3圖展示天線之一第一實施範例，該天線具有第一 以及第二平面傳導元件，其中之一者包含一槽縫以及電氣 地連接到一電氣微條饋送線； 第4圖展示同軸電纜範例的一部份，該同軸電纜可電氣 地連接到第1-3圖中所展示的天線； 第5-7圖展示第4圖中所展示之同軸電纜連接至第1-3圖 12 201218506 中所展示之天線的範例；以及 第8及9圖展示一天線之第二實施範例，該天線具有第 一以及第二平面傳導元件，其中之一者包含一槽縫並且電 氣地連接到一電氣微條饋送線。 【主要元件符號說明】 100…天線 132、134···'洞孑L 102···介電材料層 136…介電材料層端點 104.··介電材料第一側 140···第一平面傳導元件周圍 106.··介電材料第二側 142…第二平面傳導元件周圍 108···第一平面傳導元件 144…第二平面傳導元件部份 110···第二平面傳導元件 400…同軸電纜 112···第一槽縫 402…中心導線 114…第二槽縫 404…導線護套 116···第一槽縫周圍 406…介電質 118···第二槽縫周圍 408…外部介電質外罩 120···第一、第二平面傳導元 410…中心導線部份 件隔離隙縫 800…天線 122…電氣微條饋送線 802…第二平面傳導元件 124、126···傳導通孔 804…介電材料層 128···連接位置 806…無線電 130···傳導墊 808…第二側 13

Claims (1)

1. 201218506 七、申請專利範圍： 1 · 一種天線，其包含： 一介電材料層，其具有⑽對於-第二側之一第一 側’以及i i)在其中之一傳導通孔· 一第一平面料元件’其是在該介電㈣層之該第 -側上，該第-平面傳^件具有〇在其中之至少_個 封閉式槽縫’H)連至該料軌之_魏連接，以 複數個尺度，其導致大約在_第—中央解為中央之一 第一頻率範圍共振； 第-平面傳導兀件，其是在該介電材料層之該第 -側上’該第-以及該第二平面傳導科各被置放而鄰 接電氣地隔離該第-平面傳導元件與該第二平面傳導 元件之-隙縫’並且該第二平面料元件具有複數個尺 度，其導致大約在-第二中央解為中央之—第二頻率 範圍共振；以及 -電氣微條饋猶，其是在料電材制之該第二 側上，該電n微條饋祕電氣地連接賴料通孔，並 且具有-線路’該線路自該傳導通孔延伸，越過該隙 縫’至第三平面傳導元狀下，該第二平面傳導元件提 供用於該電氣微條饋送線之一參考平面。 2·如申請專利範圍第！項之天線，其中該介電材料層包含 FR4。 3·如申請專利範圍第！項之天線，其中該第二平面傳導元 件中具有-洞孔，並且該介電材料層中具有一洞孔，在 該第二平面傳導元件中之該洞孔以及在該介電材料層 201218506 中之該洞孔被對齊。 4·如申請專利範圍第3項之天線，其中在該第二平面傳導 元件中之該洞孔是較大於在該介電材料層中之該洞 孔’因而暴露鄰接該介電材料層中之該職的該介電材 料層之第一側。 5.如申請專利範圍第3項之天線，其進—步地包含一同抽 電繞’該同軸電·有-中心導線、—導線護套、以及 分離該中心導線與該導線護套之—介電f，其中該中心 導線延伸經過該第二平面傳導元件中之該洞孔以及該 介電材料層巾之該·，其巾該巾心導線钱地連接到 該電氣微條饋送線，並且其中該導線護套電氣地連接到 s亥第二平面傳導元件。 6·如申請專利範圍第5項之天線，其中： 該天線具有自該第-平面傳導元件延伸至該第二 平面傳導元件之-長度，該長度越過該隙縫； s亥天線具有垂直於該長度之一寬度；以及 該同軸電觀隨-祕，該線路是平行於該天線之 寬度’該同軸魏沿著該線路藉由該導線護套之該電氣 連接被推進至該第二平面傳導元件。 7·如申請專利範圍第1之天線，其中該電氣微條饋送線 之線路在第二平面傳導元件之下改變方向。 8.如申請專利範圍第丨項之天線，其中： s玄天線具有自該第一平面傳導元件延伸至該第二 平面傳導元件之-長度，該長度越過該隙縫； 该天線具有垂直於該長度之一寬度；以及 15 201218506 遠電氣微條饋送線之線路平行於該長度而越過該 隙縫，接著平行於該寬度改變方向並且延伸。 9.如申請專利範圍第1項之天線，其中該第一平面傳導元 件以及該第二平面傳導元件是金屬。 10_如申请專利範圍第1項之天線，其中該至少一個封閉式 槽縫包含至少二個封閉式槽縫。 11.如申s青專利範圍第1項之天線，其中該至少一個封閉式 槽縫包含具有一槽縫周圍之一封閉式槽縫，該槽縫周圍 具有多於四個之邊緣。 12.如申清專利範圍第1項之天線，其中該第二平面傳導元 件具有多於四個之邊緣的一周圍。 13 ·如申清專利範圍第1項之天線，其中該第二平面傳導元 件之一部份具有一號角形狀。 14. 如申請專利範圍第1項之天線，其中： S亥介電材料層中具有複數個傳導通孔，該傳導通子丨 其中之一者，並且其中該等複數個傳導通孔之各者在一 接位置被置放而接近該等傳導通孔之其他通孔；並且 該電氣微條饋送線以及該第一平面傳導元件之 者電氣地連接_等複數個料軌之各者。 15. Ϊ=Γ範圍第1項之天線，其進—步地包含在該 -地遠接以一無線電元件，其中該電氣微條饋送線 乳地連接到該無線電元件。 16. =f利範㈣15奴天線，其中該無線電元件是. 该介電材料層之該第二側上。 17_如申料利範㈣15項之天線，其中該鱗電元件心 16 201218506 —積體電路。 18·如申請專利範圍第1項之天線，其中該第-頻率範圍以 及§亥第二頻率範圍不重疊。 19.如申請專利範圍第旧之天線，其十該第1率範圍以 及έ玄第二頻率範圍重疊。 2〇·—種天線，其包含： 一介電材料層，其具有i)相對於-第二側之一第— 側，以及ii)在其中之一傳導通孔； 第平面傳導兀件，其是在該介電材料層之該第 -側上，該第-平面傳導元件具有i)在其中之至少—個 封閉式槽縫，以及ii}連至該料通狀_ —-第二平面料元件’其是在該介電材料層之該第 -側上’該第-以及第二平面傳導元件各被置放而鄰接 電氣地隔離該第-平面傳導元件與該第二平面傳導元 件之一隙縫；以及 電氣微條饋送線，其是在該介電材料層之該第二 側上’該電氣微條饋送線電氣地連接_傳導通孔，並 且具有-線路，該線路自該傳導通孔延伸，越過該隙 縫至第一平面傳導元件之下，該第二平面傳導元件提 供用於該電氣微條饋送線之一參考平面。 21.如申請專利範圍第2G項之天線，其進—步地包含在該介 妹料層上之-無線電元件，其中該電氣微條饋送線電 氣地連接到該無線電元件。 17