TW201301662A - 多頻天線及具有其之電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種多頻天線，其包含天線基板、天線接地面、天線單元與匹配導體。天線接地面、天線單元與匹配導體設置於天線基板上。天線接地面具有信號接地端與至少一彎折。天線單元鄰近天線接地面，並提供第一與第二操作頻帶。匹配導體電性連接天線接地面，並與天線接地面之間具有夾角。匹配導體的長度接近第一操作頻帶之頻率所對應之波長的四分之一。天線單元包括耦合導體、饋入導體、輻射導體與短路導體。饋入導體具有信號饋入端。輻射導體的其中一端面向天線接地面，且輻射導體與天線接地面之間具有間距。短路導體之兩端分別電性連接天線接地面與耦合導體。

Description

多頻天線及具有其之電子裝置

本發明有關於一種天線及使用其之電子裝置，且特別是有關於一種具有匹配導體的多頻天線及使用其之電子裝置。

一般而言，傳統的天線裝置，大多將系統接地面作為天線接地面，以獲得較好的阻抗匹配與頻寬操作。通常，電子產品製造商必須根據不同的產品規格，搭配電子產品之系統接地面來設計出電子產品所需的天線，從而使天線具有較佳的輻射效能。據此，電子產品製造商在開發不同電子產品時，往往得重新設計天線的結構，進而導致天線的設計成本提高。

本發明實施例提供一種多頻天線，此多頻天線包括天線基板、天線接地面、天線單元與第一匹配導體，其中天線接地面、天線單元與第一匹配導體設置於天線基板上。天線接地面具有一個以上的彎折與信號接地端。天線單元鄰近於天線接地面，並用以提供第一操作頻帶與第二操作頻帶。第一匹配導體的一端電性連接天線接地面，並與天線接地面具有一夾角。第一匹配導體的長度接近於第一操作頻帶之頻率所對應之波長的四分之一。天線單元包括耦合導體、饋入導體、輻射導體與短路導體。饋入導體設置於天線接地面與耦合導體之間，且沿著耦合導體延伸。饋入導體與耦合導體之間具有第一間距，且饋入導體具有相對於信號接地端的信號饋入端。輻射導體的一端電性連接耦合導體，而輻射導體的另一端則朝向天線接地面。輻射導體與天線接地面之間具有第二間距。短路導體的一端電性連接耦合導體，而短路導體的另一端電性連接天線接地面。

在本發明其中一個實施例中，上述天線接地面之寬度小於或等於天線接地面之長度的十分之一。

在本發明其中一個實施例中，上述多頻天線還包括第二匹配導體。第二匹配導體的一端電性連接天線接地面，且第二匹配導體的長度接近第二操作頻帶之頻率所對應之波長的四分之一，其中第二匹配導體與天線接地面具有第二夾角。

本發明實施例提供一種電子裝置，此電子裝置包括電子裝置本體與上述的多頻天線。電子裝置本體包括系統接地面、電纜線與一個或多個電子晶片，而電子晶片設置於系統接地面上。多頻天線透過電纜線電性連接電子裝置本體，其中饋入導體的信號饋入端電性連接電纜線的信號線，且天線接地面的信號接地端電性連接電纜線的接地線，從而使得天線單元可經由電纜線與電子裝置本體電性連接。

綜上所述，本發明實施例提供一種多頻天線，且此多頻天線可以應用於電子裝置中，此多頻天線不需與系統接地面整合，亦能具有良好的輻射效能與產生多頻帶操作的效果。換言之，此多頻天線為獨立天線，產品製造商不需要針對不同電子產品而重新設計天線，故能減少製造成本。此外，藉由調整匹配導體與天線接地面夾角，可進一步控制天線輻射場型，以符合實際產品應用上之需求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

[多頻天線之實施例]

請參照圖1，圖1是本發明實施例提供的多頻天線之平面圖。多頻天線10包含天線基板100、天線接地面102、天線單元104與匹配導體106。天線接地面102可以是獨立於電子裝置本體之外的接地面，因此，多頻天線10可以是一個獨立式天線，其設計方式可以降低多頻天線10與電子裝置本體之系統接地面之間的匹配與整合問題。

天線基板100可以是狹長矩形的基板，例如為FR4多層基板。天線基板100具有一表面(圖1中，天線基板100所顯示即為該表面)，其中天線接地面102與天線單元104皆設置於天線基板100的表面上。例如，透過平面印刷技術將天線接地面102與天線單元104印製於天線基板100的表面上。然而，需要說明的是，天線接地面102與天線單元104設置於該表面的方式並不以此為限。另外，上述天線基板100的形狀與材質也同樣地並非用以限定本發明。

天線接地面102有信號接地端與一個以上的彎折，例如圖1之天線接地面102為一個具有兩個彎折之狹長形的金屬線段。天線接地面102的寬度小於或等於天線接地面102之長度的十分之一，以藉此縮小多頻天線10的尺寸，從而使得多頻天線10能夠被置放於輕薄短小的電子裝置內。

天線單元104經設置而鄰近於天線接地面102，其中天線單元104的其中一端(端點E)與天線接地面102之間具有間距S2，且天線單元104的其中另一端(端點B)電性連接至天線接地面102。天線單元104用以提供第一操作頻帶與第二操作頻帶，例如第一操作頻帶包括全球行動通信系統(Global System for Mobile communication)850百萬赫茲/900百萬赫茲頻帶(GSM 850/900頻帶，824百萬赫茲～960百萬赫茲)，第二操作頻帶包括全球行動通信系統1800百萬赫茲/1900百萬赫茲頻帶(GSM 1800/1900頻帶，1710百萬赫茲～1990百萬赫茲)與通用行動通信系統(Universal Mobile Telecommunications System)頻帶(UMTS頻帶，1920百萬赫茲～2170百萬赫茲)。值得一提的是，上述第一操作頻帶與第二操作頻帶的範圍並非用以限定本發明。

匹配導體106的一端電性連接天線接地面102，且匹配導體106的長度可以是或接近第一操作頻帶之任一頻率(例如為中心頻率)所對應之波長的四分之一。匹配導體106可視為天線接地面102的延伸，天線設計者可以透過調整匹配導體106的長度來獲得多頻天線10之良好的阻抗頻寬與輻射特性，因此匹配導體106的長度相關於第一操作頻帶之任一頻率(例如為中心頻率)所對應的波長。在本發明實施例中，匹配導體106例如可以是匹配金屬線，但匹配導體106的實施方式卻不用以限定本發明。

另外，匹配導體106與天線接地面102具有夾角α，此夾角α可以依據所需的輻射場型而被調整，因此夾角α的範圍介於0到180度之間。換句話說，可以透過調整夾角α來改變多頻天線10的輻射場型。舉例來說，夾角α可以是90度。

值得一提的是，匹配導體106在天線接地面102的位置並非用以限定本發明。換言之，匹配導體106的一端可以任意地設置於天線接地面102的任何位置。另外，雖然多頻天線10僅有一個匹配導體106，但於其他實施例中，多頻天線10之匹配導體數目可以是一個以上。

天線單元104包括饋入導體1041、耦合導體1042、輻射導體1043與短路導體1044。於圖1的實施例中，耦合導體1042、輻射導體1043與短路導體1044形成一個T形單極天線(T-shaped monopole antenna)。然而，要說明的是，天線單元104的形狀與實現方式並非用以限定本發明。

饋入導體1041例如可以是由端點A至端點G之金屬線段形成的饋入金屬線，耦合導體1042例如可以是由端點C至端點F之金屬線段形成的耦合金屬線。饋入導體1041設置在天線接地面102與耦合導體1042之間，並沿著耦合導體1042延伸。饋入導體1041具有相對於天線接地面102之信號接地端的信號饋入端，且饋入導體1041與耦合導體1042之間具有間距S1。

在本發明實施例中，天線接地面102之信號接地端例如可以設置於端點B，而饋入導體1041之信號饋入端例如可以設置於端點A。饋入導體1041之信號饋入端所接收的信號能以耦合(coupling)饋入方式將電磁能量傳至耦合導體1042。

輻射導體1043例如可以是由端點D至端點E之金屬線段形成的輻射金屬線。輻射導體1043的一端(端點D)電性連接耦合導體1042，而輻射導體1043的另一端(端點E)則面向天線接地面102，且輻射導體1043朝向天線接地面102的一端(端點E)與天線接地面102之間具有間距S2。

短路導體1044例如可以是由端點B至端點C之金屬線段形成的短路金屬線。短路導體1044的一端(端點C)電性連接耦合導體1042，而短路導體1044的另一端(端點B)則電性連接天線接地面102。

在本發明實施例中，間距S1例如可以是0.5釐米，天線基板100的厚度例如可以是1釐米，天線接地面102的長度與寬度例如分別是55釐米與2釐米，而匹配導體106的長度例如約為80釐米。然而，值得說明的是，上述各元件尺寸並非用以限定本發明。

接著，請參考圖2與圖3，圖2是本發明實施例提供的多頻天線操作於925百萬赫茲頻帶時的輻射場型圖，而圖3是本發明實施例提供的多頻天線操作於1920百萬赫茲頻帶時的輻射場型圖。圖2左邊繪示了對應夾角α為90度之多頻天線10的輻射場型，圖2右邊繪示了對應夾角α為180度之多頻天線10的輻射場型。圖3左邊繪示了對應夾角α為90度之多頻天線10的輻射場型，圖3右邊繪示了對應夾角α為180度之多頻天線10的輻射場型。由圖2與圖3可以得知，多頻天線10的輻射場型相關於匹配導體106與天線接地面102之間的夾角α。

接著，請參照圖4，圖4是本發明實施例提供之多頻天線的頻率與返回損失(return loss)之曲線圖。於圖4的曲線圖中，多頻天線10的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)為3：1。當多頻天線10操作於GSM 850/900頻帶與GSM 1800/1900頻帶(或UMTS頻帶)時，多頻天線10的阻抗頻寬能符合6dB之返回損失的需求。據此，多頻天線10可以具有良好的輻射效能，且可以滿足目前一般手機產品之通訊規範所使用的頻帶。

請參照圖5，圖5是本發明實施例提供之多頻天線之天線接地面與匹配導體之夾角不同時之頻率與返回損失的曲線圖。曲線C50、C52與C54分別表示夾角α為90度、135度與180度時的返回損失曲線。由圖5可知，即使改變夾角α來調整輻射場型，但本發明實施例所提供的多頻天線10操作於GSM 850/900頻帶、GSM 1800/1900頻帶與UMTS頻帶時，多頻天線10的阻抗頻寬依然能符合6dB之返回損失的需求。

[多頻天線之另一實施例]

請參考圖6，圖6為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。圖6之多頻天線12與圖1之多頻天線10之間的差異在於，圖1之多頻天線10的天線接地面102與匹配導體106之間的夾角α為90度，然而，圖6之多頻天線12的天線接地面122與匹配導體126之間的夾角α為180度。如同前面所述，天線接地面與匹配導體之間的夾角α可介於0至180度，並且，藉由調整夾角α，可控制多頻天線10的輻射場型。

[多頻天線之另一實施例]

請參考圖7，圖7為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。圖7之多頻天線14與圖1之多頻天線10之間的差異在於，圖1之多頻天線10的匹配導體106之一端連接於天線接地面102的左邊，然而，圖7之多頻天線14的匹配導體146之一端連接於天線接地面142的中間。如同前面所述，匹配導體與天線接地面之間的連接位置並非用以限定本發明。

[多頻天線之另一實施例]

請參考圖8，圖8為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。圖8之多頻天線16與圖1之多頻天線10之間的差異在於，圖1之多頻天線10的匹配導體106設置於天線接地面102的左邊，且與天線接地面102之間的夾角α為90度，然而，圖8之多頻天線16的匹配導體166設置於天線接地面162的右邊，且與天線接地面162之間的夾角α為180度。如同前面所述，匹配導體與天線接地面之間的連接位置與夾角α並非用以限定本發明。

[多頻天線之另一實施例]

請參考圖9，圖9為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。圖9之多頻天線18與圖1之多頻天線10之間的差異在於，圖1之多頻天線10僅有一個匹配導體106設置於天線接地面102的左邊，然而，圖9之多頻天線18具有兩個匹配導體186與188分別設置於天線接地面182的左邊與右邊，其中匹配導體188與天線接地面182之間具有夾角β。在本實施例中，夾角α與夾角β均為90度，且匹配導體188的長度接近第二頻帶之任一頻率(例如為中頻率)所對應之波長的四分之一。如同前面所述，多頻天線之匹配導體數目並非用以限定本發明。

[具有多頻天線之電子裝置的實施例]

請參照圖10，圖10為本發明實施例提供的具多頻天線的電子裝置之立體圖。此電子裝置包含多頻天線10’與電子裝置本體20，圖10中的多頻天線10’可以是前述各實施例的多頻天線。於本實施例中，多頻天線10’設置於電子裝置內，且可透過使用固定手段將多頻天線10’設置於電子裝置本體20上，其中固定手段例如為使用銅柱、海綿或連接器等方式將多頻天線10’設置於電子裝置本體20上。值得注意的是，上述的各種固定手段並非用以限定本發明。

電子裝置本體20包括系統接地面200、電纜線202與一個以上的電子晶片204，其中電子晶片204設置於系統接地面200上，用以發送射頻信號至多頻天線10’，或接收來自多頻天線10’的射頻信號。電子裝置本體20可以是電路板、手機裝置、電腦裝置等。多頻天線10’的信號饋入端與信號接地端分別電性連接電纜線202之信號線與接地線，換言之，電纜線202用以電性連接多頻天線10’與電子裝置本體20中的電子晶片204。電子裝置之天線接地面並不需與系統接地面200整合，而可以減少設計天線的設計成本。

綜上所述，本發明實施例提供一種多頻天線與具有此多頻天線的電子裝置。此多頻天線不需與系統接地面整合，亦能具有良好的輻射效能與產生多頻帶操作的效果。換言之，此多頻天線為獨立天線，產品製造商不需要針對不同電子產品而重新設計天線，故能減少製造成本。另外，此多頻天線之輻射場型還可以透過調整匹配導體與天線接地面之間的夾角而改變。除此之外，此多頻天線還可以應用於多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系統。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

10、10’、12、14、16、18．．．多頻天線

100．．．天線基板

102、122、142、162、182．．．天線接地面

104．．．天線單元

1041．．．饋入導體

1042．．．耦合導體

1043．．．輻射導體

1044．．．短路導體

106、126、146、166、186、188．．．匹配導體

20．．．電子裝置本體

200．．．系統接地面

202．．．電纜線

204．．．電子晶片

C50、C52、C54．．．曲線

S1、S2．．．間距

α、β．．．夾角

A～G．．．端點

圖1是本發明實施例提供的多頻天線之平面圖。

圖2是本發明實施例提供的多頻天線操作於925百萬赫茲頻帶時的輻射場型圖。

圖3是本發明實施例提供的多頻天線操作於1920百萬赫茲頻帶時的輻射場型圖。

圖4是本發明實施例提供之多頻天線的頻率與返回損失之曲線圖。

圖5是本發明實施例提供之多頻天線之天線接地面與匹配導體之夾角不同時之頻率與反射損失的曲線圖。

圖6為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。

圖7為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。

圖8為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。

圖9為本發明另一實施例所提供之多頻天線的平面圖。

圖10為本發明實施例提供的具多頻天線的電子裝置之立體圖。

10．．．多頻天線

100．．．天線基板

102．．．天線接地面

104．．．天線單元

1041．．．饋入導體

1042．．．耦合導體

1043．．．輻射導體

1044．．．短路導體

106．．．匹配導體

S1、S2．．．間距

α．．．夾角

A～G．．．端點

Claims (20)

1. 一種多頻天線，包括：一天線基板；一天線接地面，設置於該天線基板上，並具有一個以上的彎折與一信號接地端；一天線單元，設置於該天線基板上，鄰近該天線接地面，並用以提供一第一操作頻帶與一第二操作頻帶，其中該天線單元包括：一耦合導體；一饋入導體，設置於該天線接地面與該耦合導體之間，沿著該耦合導體延伸，並具有相對於該信號接地端的一信號饋入端，其中該饋入導體與該耦合導體之間具有一第一間距；一輻射導體，其一端電性連接該耦合導體，其另一端則面向該天線接地面，其中該輻射導體與該天線接地面之間具有一第二間距；以及一短路導體，其一端電性連接該耦合導體，其另一端則電性連接該天線接地面；一第一匹配導體，其一端電性連接該天線接地面，且其長度接近該第一操作頻帶之一頻率所對應之波長的四分之一，其中該第一匹配導體與該天線接地面具有一第一夾角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該天線接地面之寬度小於或等於該天線接地面之長度的十分之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該第一操作頻帶之該頻率為該第一操作頻帶之中心頻率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該第一夾角的範圍介於0到180度之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，更包括：一第二匹配導體，其一端電性連接該天線接地面，且其長度接近該第二操作頻帶之一頻率所對應之波長的四分之一，其中該第二匹配導體與該天線接地面具有一第二夾角。
6. 如申請專利範圍第5項所述之多頻天線，其中該第一操作頻帶之該頻率為該第一操作頻帶之中心頻率，且該第二操作頻帶之該頻率為該第二操作頻帶之中心頻率。
7. 如申請專利範圍第5項所述之多頻天線，其中該第一夾角與第二夾角的範圍均介於0到180度之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該匹配導體為一匹配金屬線，該耦合導體為一耦合金屬線，該饋入導體為一饋入金屬線，該輻射導體為一輻射金屬線，且該短路導體為一短路金屬線。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該天線基板為一狹長矩形基板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該天線接地面為一狹長形金屬線段。
11. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該第一操作頻帶包括GSM 850/900頻帶，且該第二操作頻帶包括GSM 1800/1900/UMTS頻帶。
12. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該第一間距為0.5釐米。
13. 一種電子裝置，包括：一電子裝置本體，具有一系統接地面、一電纜線與至少一電子晶片，該電子晶片設置於該系統接地面上；以及一多頻天線，透過該電纜線電性連接該電子裝置本體之該電子晶片，包括：一天線基板；一天線接地面，設置於該天線基板上，並具有一個以上的彎折與一信號接地端，其中該信號接地端電性連接該電纜線的一接地線；一天線單元，設置於該天線基板上，鄰近該天線接地面，並用以提供一第一操作頻帶與一第二操作頻帶，其中該天線單元包括：一耦合導體；一饋入導體，設置於該天線接地面與該耦合導體之間，沿著該耦合導體延伸，並具有相對於該信號接地端的一信號饋入端，其中該饋入導體與該耦合導體之間具有一第一間距，且該信號饋入端電性連接該電纜線的一信號線；一輻射導體，其一端電性連接該耦合導體，其另一端則面向該天線接地面，其中該輻射導體與該天線接地面之間具有一第二間距；以及一短路導體，其一端電性連接該耦合導體，其另一端則電性連接該天線接地面；一第一匹配導體，其一端電性連接該天線接地面，且其長度接近該第一操作頻帶之一頻率所對應之波長的四分之一，其中該第一匹配導體與該天線接地面具有一第一夾角。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該天線接地面之寬度小於或等於該天線接地面之長度的十分之一。
15. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該第一夾角的範圍介於0到180度之間。
16. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該多頻天線更包括：一第二匹配導體，其一端電性連接該天線接地面，且其長度接近該第二操作頻帶之一頻率所對應波長的四分之一，其中該第二匹配導體與該天線接地面具有一第二夾角。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，其中該第一操作頻帶之該頻率為該第一操作頻帶之中心頻率，且該第二操作頻帶之該頻率為該第二操作頻帶之中心頻率。
18. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，其中該第一夾角與第二夾角的範圍均介於0到180度之間。
19. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該匹配導體為一匹配金屬線，該耦合導體為一耦合金屬線，該饋入導體為一饋入金屬線，該輻射導體為一輻射金屬線，且該短路導體為一短路金屬線。
20. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該第一操作頻帶包括GSM 850/900頻帶，且該第二操作頻帶包括GSM 1800/1900/UMTS頻帶。