TW201431185A - 無線通訊裝置的雙頻天線 - Google Patents

Abstract

本發明提出的用於無線通信裝置的雙頻天線之一，包含：第一輻射部，設置成傳收第一頻段的信號；第二輻射部，設置成與第一輻射部產生耦合效應，以傳收第二頻段的信號，其中第二頻段的中心頻率低於第一頻段的中心頻率，第二輻射部包含複數個輻射段，且該複數個輻射段的至少其一位於第一平面；饋入接腳，耦接於第一輻射部，且設置成用於耦接無線通信裝置的信號接收端；以及短路接腳，耦接於第二輻射部，且設置成用於耦接無線通信裝置的固定電位區。前述第一輻射部與第二輻射部間沒有實體接觸，且該第一輻射部至少有一部分不位於該第一平面上。

Description

無線通訊裝置的雙頻天線

本發明有關一種無線通訊裝置的天線，尤指一種具有高頻寬特性的小型化雙頻天線。

天線是無線通訊裝置中的重要元件之一，但也經常是所有電路模組中面積、尺寸最大的元件之一。隨著無線通訊產品愈來愈強調輕、薄、短、小的設計，天線的尺寸也必須不斷縮小才能符合產品發展的方向。

有些無線通訊裝置需要支援多頻段（例如2.4GHz頻段和5GHz頻段）傳收的功能。傳統的無線通訊裝置需要配備多個天線，才能在不同的頻段上傳收無線信號。對於欲精簡體積的無線通訊裝置而言，設置多個天線所需的空間，會導致裝置整體體積難以進一步縮小。

有鑑於此，如何設計具有良好天線輻射特性、尺寸精簡、能於多頻段收發信號、且具有足夠頻寬的天線結構，實為業界有待解決的問題。

本說明書提供一種用於一無線通信裝置的雙頻天線的實施例，其包含：一第一輻射部，設置成接收或傳送一第一頻段中的信號；一第二輻射部，設置成與該第一輻射部產生一耦合效應，以接收或傳送一第二頻段中的信號，其中，該第二頻段的中心頻率低於該第一頻段的中心頻率，第二輻射部包含複數個輻射段，且該複數個輻射段的至少其一位於第一平面；一饋入接腳，耦接於該第一輻射部，且設置成用於耦接該無線通信裝置的一信號接收端；以及一短路接腳，耦接於該第二輻射部，且設置成用於耦接該無線通信裝置的一固定電位區；其中該第一輻射部與該第二輻射部間沒有實體接觸，且該第一輻射部至少有一部分不位於該第一平面上。

上述實施例的優點之一是藉由第一輻射部與第二輻射部間的耦合效應能有效提升該第一頻段的有效頻寬。

上述實施例的另一優點是雙頻天線能於多頻段收發信號。

本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。

100、500．．．無線通訊裝置

102．．．雙頻天線

104．．．電路板

110．．．第一輻射部

120、620、720．．．第二輻射部

130．．．饋入接腳

140．．．短路接腳

152．．．信號接收端

154．．．固定電位區

156、158．．．連接部

160、660、760．．．支撐部

321、621、721．．．第一輻射段

322、622、722．．．第二輻射段

323、623、723．．．第三輻射段

324、624、724．．．第四輻射段

325、625、725．．．第五輻射段

G1．．．第一輻射部與第二輻射部的間距

G2．．．信號接收端與第二輻射部的間距

W1、W2、W3．．．第二輻射部的寬度

L1、L2、L3．．．第二輻射部的長度

圖1為本發明一實施例的無線通信裝置簡化後的示意圖。

圖2為圖1中的無線通信裝置簡化後的俯視圖。

圖3為圖1中的第二輻射部的製作方式的一實施例的示意圖。

圖4為圖1中的雙頻天線的操作特性示意圖。

圖5為本發明另一實施例的無線通信裝置簡化後的示意圖。

圖6～7為本發明不同實施例的第二輻射部簡化後的示意圖。

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或流程步驟。

請參考圖1與圖2。圖1為本發明一實施例的無線通訊裝置100簡化後的示意圖。圖2為圖1中的無線通訊裝置100簡化後的俯視圖。無線通訊裝置100包含有一雙頻天線(dual-band antenna)102以及一電路板104。雙頻天線102包含有一第一輻射部(radiation part)110、一第二輻射部120、一饋入接腳(feeding element)130、以及一短路接腳(shorting element)140。電路板104包含有一信號接收端152、一固定電位區154、以及連接部156和158。在本實施例中，饋入接腳130耦接於第一輻射部110，且設置成用於耦接電路板104上的信號接收端152。短路接腳140耦接於第二輻射部120，且設置成用於耦接電路板104上的固定電位區154。電路板104上的固定電位區154可以是一接地平面或一接地節點，而連接部156和158則可以用孔洞或焊接點來實現。實作上，可藉由調整饋入接腳130與短路接腳140的間隙，來改變雙頻天線102的輸入阻抗，以獲得較佳的阻抗匹配。

如圖1與圖2所示，第一輻射部110與第二輻射部120之間並沒有實體接觸，而是存在些許間隔。在本實施例中，第一輻射部110設置成接收或傳送一第一頻段中的信號，第二輻射部120設置成與第一輻射部110產生一耦合效應，以接收或傳送一第二頻段中的信號。前述第二頻段的中心頻率低於第一頻段的中心頻率。例如，在一實施例中，該第一頻段為5GHz頻段，而該第二頻段為2.4GHz頻段。

實作上，前述第一輻射部110可用一金屬條或金屬片所形成的單極天線來實現，並可用黏貼、焊接、或印刷的方式設置在電路板104的任一層上。或者，第一輻射部110也可用對折成U字型的雙極天線來實現，並將對折後的兩個輻射段分別設置於電路板104的不同層上，例如電路板104的上表面和下表面，以提供與前述單極天線相同或類似的輻射場型。

前述第二輻射部120包含複數個輻射段(radiation section)。實作上，短路接腳140與第二輻射部120的多個輻射段可以用導電性的材質分別製成後再彼此拼接組合。或者，第二輻射部120和短路接腳140亦可直接用一體成形的金屬片來進行沖壓或切割製作，以降低製造的複雜度和成本，並提升製造的速度和良率。

將第二輻射部120與無線通訊裝置100的電路板104進行組裝前，可以先將第二輻射部120彎折成適當的形狀，以增加第二輻射部120的結構剛性。

圖3為第二輻射部120的製作方式的一實施例的示意圖。在圖3的實施例中，第二輻射部120和短路接腳140是用一體成形的單一金屬片來實現，且第二輻射部120包含一第一輻射段321、一第二輻射段322、一第三輻射段323、一第四輻射段324、一第五輻射段325、以及一支撐部160。在一實施例中，第二輻射部120的寬度W1介於2.8～5.2毫米(mm)，例如4.0毫米，而第二輻射部120的長度L1則介於6.9～12.8毫米，例如9.9毫米。

如圖3所示，第一輻射段321與第二輻射段322實質上垂直，且第四輻射段324與第三輻射段323及第五輻射段325實質上垂直。在本實施例中，第三輻射段323連接於第二輻射段322，且第五輻射段325位於第一輻射段321與第三輻射段323之間。

在將第二輻射部120與電路板104進行組裝前，可以先將短路接腳140和支撐部160朝一第一方向分別彎折成與第二輻射部120呈一預定夾角(例如80～100度之間的任一角度)或實質上垂直的形狀。

本實施例中的第二輻射部120的多個輻射段321～325在使用狀態下是位於一第一平面，且第一平面與電路板104的上表面間的夾角會介於65度～115度，例如90度。短路接腳140和支撐部160在使用狀態下可以是實質上平行，也可以不平行。另外，第二輻射部120中的輻射段321～325，在使用狀態下並不會與短路接腳140和支撐部160位於同一平面。例如，短路接腳140可位於與前述第一平面實質上垂直的一第二平面上。換言之，第二輻射部120以及短路接腳140在使用狀態時會形成立體狀的結構，以大幅增強第二輻射部120的結構剛性和穩定性，使得第二輻射部120在組裝及使用的過程中不易變形。

當第二輻射部120組裝到電路板104上時，支撐部160會與連接部158連接，以增加第二輻射部120組裝於電路板104後的結構剛性和穩固性。另外，支撐部160的末端也可做成階梯狀，用來輔助固定第二輻射部120，以提升第二輻射部120組裝於電路板104時的結構穩定性。

在連接部156是孔洞的實施例中，連接部156內側可鍍有導電性材料，例如銅，並與電路板104上的固定電位區154相耦接。因此，當短路接腳140與連接部156以插接或焊接方式接合後，短路接腳140便會與固定電位區154相耦接。

連接部158不會與固定電位區154導通，因此，支撐部160以插接或焊接方式接合於連接部158時，也不會與固定電位區154導通。

在一實施例中，饋入接腳130可直接與電路板104的信號接收端152相連，或是透過導孔等方式耦接於電路板104的信號接收端152。無線通信裝置100可對饋入接腳130所接收的信號進行濾波後，以同時分別處理第一頻段和第二頻段中的信號。

如圖2所示，第一輻射部110至少有40%以上的局部區段位於一第一線段上，且第一線段與輻射段321～325所在的前述第一平面之間的最短距離為G1。另外，信號接收端152與第一平面的間距為G2。第一輻射部110與第二輻射部120間的耦合量會因距離G1而有所不同，進而影響到第二輻射部120的匹配與操作頻率。實作上，可將前述的距離G1設置成介於0.35～0.65毫米，例如0.5毫米，並將前述的間距G2設置成介於2.8～5.2毫米，例如4.0毫米。在圖2的實施例中，第一線段與第一平面實質上平行。亦即，第一輻射部110至少有一部分不位於前述的第一平面。

圖4為圖1中的雙頻天線102的操作特性示意圖。如前所述，第二輻射部120與第一輻射部110間會產生耦合效應。第一輻射部110與第二輻射部120間的耦合效應，會使得第二輻射部120的三倍頻區段往較低頻方向移動，並和第一輻射部110的一原始有效頻段連結，以形成第一頻段。如此一來，便可使得第一頻段的頻寬超過第一輻射部110的原始有效頻段的頻寬。例如，在第二輻射部120操作在2.4GHz頻段且第一輻射部110操作在5GHz頻段的實施例中，前述的雙頻天線102的架構可同時支援2.4～2.48 GHz頻段和5.1～5.85 GHz頻段的雙頻操作。很明顯地，雙頻天線102在5G頻段中的有效頻寬，遠高於傳統的小型雙頻天線所能達到的水平。因此，前述的雙頻天線102的架構很適合應用在各種小型的無線通訊裝置中，例如USB網卡或手機中，以使無線通訊裝置在進行高頻操作時能有更大的操作頻寬。

圖5所繪示為本發明另一實施例之無線通訊裝置500簡化後的示意圖。無線通訊裝置500與前述圖1中的無線通訊裝置100很類似，兩者的差別之一在於無線通訊裝置500中的短路接腳140的彎折方向，以及第二輻射部120的支撐部160的彎折方向，與圖1中的實施例不同。在圖5的實施例中，短路接腳140和支撐部160是朝前述第一方向的反方向分別彎折成與第二輻射部120呈一預定夾角(例如80～100度之間的任一角度)或實質上垂直的形狀。

無線通訊裝置500與前述無線通訊裝置100的另一項差異在於，無線通訊裝置500中的第二輻射部120是由電路板104的下方往上與電路板104進行組裝。雖然短路接腳140以及支撐部160的彎折方向在圖5和圖1的實施例中有所不同，但有關前述圖1中的第一輻射部110和第二輻射部120的特性、操作機制、以及優點的說明，都同樣適用於圖5的實施例。

圖6是本發明另一實施例之第二輻射部620簡化後的示意圖。在圖6的實施例中，第二輻射部620包含一第一輻射段621、一第二輻射段622、一第三輻射段623、一第四輻射段624、一第五輻射段625、以及一支撐部660。在本實施例中，第二輻射部620的寬度W2介於2.8～5.2毫米(mm)，例如4.2毫米，第二輻射部620的長度L2介於6.9～12.8毫米，例如9.9毫米，而前述的短路接腳140同樣耦接於第二輻射部620。

如圖6所示，第一輻射段621與第二輻射段622實質上垂直，且第四輻射段624與第三輻射段623及第五輻射段625實質上垂直。在本實施例中，第三輻射段623連接於第二輻射段622，且第三輻射段623位於第一輻射段621與第五輻射段625之間。

在本實施例中，第二輻射部620的多個輻射段621～625在使用狀態下是位於一第一平面，但短路接腳140和支撐部660並不會位於第一平面。例如，短路接腳140可位於與前述第一平面實質上垂直的一第二平面上。另外，短路接腳140和支撐部660在使用狀態下可以是實質上平行，也可以不平行。換言之，第二輻射部620以及短路接腳140在使用狀態時會形成立體狀的結構，以大幅增強第二輻射部620的結構剛性和穩定性，使得第二輻射部620在組裝及使用的過程中不易變形。

雖然第二輻射部620的形狀與前述的第二輻射部120有所不同，但有關前述第一輻射部110和第二輻射部120所組成的雙頻天線102的特性、操作機制、以及優點的說明，都同樣適用於第一輻射部110和第二輻射部620所組成的雙頻天線。

圖7為本發明另一實施例的第二輻射部720簡化後的示意圖。在圖7的實施例中，第二輻射部720包含一第一輻射段721、一第二輻射段722、一第三輻射段723、一第四輻射段724、一第五輻射段725、以及一支撐部760。在本實施例中，第二輻射部720的寬度W3介於2.8～5.2毫米(mm)，例如3.5毫米，第二輻射部720的長度L3介於6.9～12.8毫米，例如9.9毫米，而前述的短路接腳140同樣耦接於第二輻射部720。

如圖7所示，第一輻射段721與第二輻射段722實質上垂直，且第四輻射段724與第三輻射段723及第五輻射段725實質上垂直。在本實施例中，第三輻射段723連接於第二輻射段722，且第五輻射段725位於第一輻射段721與第三輻射段723之間。

在本實施例中，第二輻射段722、第三輻射段723、第四輻射段724、以及第五輻射段725在使用狀態下是位於一第一平面，第一輻射段721是位於與第一平面實質上垂直的一第二平面，但短路接腳140和支撐部760並不會位於前述的第一平面或第二平面。例如，短路接腳140可位於與前述第一平面和第二平面都實質上垂直的一第三平面上。另外，短路接腳140和支撐部760在使用狀態下可以是實質上平行，也可以不平行。換言之，第二輻射部720以及短路接腳140在使用狀態時會形成立體狀的結構，以大幅增強第二輻射部720的結構剛性和穩定性，使得第二輻射部720在組裝及使用的過程中不易變形。

雖然第二輻射部720的形狀與前述的第二輻射部120有所不同，但有關前述第一輻射部110和第二輻射部120所組成的雙頻天線102的特性、操作機制、以及優點的說明，都同樣適用於第一輻射部110和第二輻射部720所組成的雙頻天線。

實作上，亦可將前述各實施例中的支撐部160、660和760省略，以進一步節省第二輻射部所需的材料。

如前所述，由於第一輻射部110與前述第二輻射部120、620、或720之間產生的耦合效應，會使第二輻射部120、620、或720的三倍頻區段往較低頻方向移動，並和第一輻射部110的原始有效頻段連結以形成頻寬較大的第一頻段。如此一來，便可實現具有良好天線輻射特性、尺寸精簡、能於多頻段收發信號、且具有足夠頻寬的雙頻天線結構。

由於前述的各種第二輻射部皆可採用一體成形的結構，因此只需要使用一金屬導體，並經過適當的凹折即可製作完成。而且本說明書所提出的雙頻天線可直接與電子設備的電路板焊接在一起，或是插件到電路板上固定，故其具有製作簡單、成本低廉與組裝容易的優點。

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。

在說明書及申請專利範圍當中所提及的「元件」(element)一詞，包含了構件(component)、層構造(layer)、或區域(region)的概念。

圖式的某些元件的尺寸及相對大小會被加以放大，或者某些元件的形狀會被簡化，以便能更清楚地表達實施例的內容。因此，除非申請人有特別指明，圖式中各元件的形狀、尺寸、相對大小及相對位置等僅是便於說明，而不應被用來限縮本發明的專利範圍。此外，本發明可用許多不同的形式來體現，在解釋本發明時，不應僅侷限於本說明書所提出的實施例態樣。

為了說明上的方便，說明書中可能會使用一些與空間中的相對位置有關的敘述，對圖式中某元件的功能或是該元件與其他元件間的相對空間關係進行描述。例如，「於…上」、「在…上方」、「於…下」、「在…下方」、「高於…」、「低於…」、「向上」、「向下」等等。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，這些與空間中的相對位置有關的敘述，不僅包含所描述的元件在圖式中的指向關係(orientation)，也包含所描述的元件在使用、運作、或組裝時的各種不同指向關係。例如，若將圖式上下顛倒過來，則原先用「於…上」來描述的元件，就會變成「於…下」。因此，在說明書中所使用的「於…上」的描述方式，解釋上包含了「於…下」以及「於…上」兩種不同的指向關係。同理，在此所使用的「向上」一詞，解釋上包含了「向上」以及「向下」兩種不同的指向關係。

以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

100．．．無線通訊裝置

102．．．雙頻天線

104．．．電路板

110．．．第一輻射部

120．．．第二輻射部

130．．．饋入接腳

140．．．短路接腳

152．．．信號接收端

154．．．固定電位區

156、158．．．連接部

160．．．支撐部

Claims (20)

1. 一種用於一無線通信裝置的雙頻天線，包含有：
   一第一輻射部，設置成接收或傳送一第一頻段中的信號；
   一第二輻射部，設置成與該第一輻射部產生一耦合效應，以接收或傳送一第二頻段中的信號，其中，該第二頻段的中心頻率低於該第一頻段的中心頻率，該第二輻射部包含複數個輻射段，且該複數個輻射段的至少其一位於一第一平面；
   一饋入接腳，耦接於該第一輻射部，且設置成用於耦接該無線通信裝置的一信號接收端；以及
   一短路接腳，耦接於該第二輻射部，且設置成用於耦接該無線通信裝置的一固定電位區；
   其中該第一輻射部與該第二輻射部間沒有實體接觸，且該第一輻射部至少有一部分不位於該第一平面上。
2. 如請求項1的雙頻天線，其中該第一輻射部為一單極天線或是一雙極天線。
3. 如請求項1的雙頻天線，其中該第一輻射部與該第二輻射部間的耦合效應，會使得該第二輻射部的三倍頻區段往較低頻方向移動，並和該第一輻射部的一原始有效頻段連結以形成該第一頻段。
4. 如請求項1的雙頻天線，其中該第二輻射部包含位於該第一平面的一第一輻射段、一第二輻射段、一第三輻射段、一第四輻射段、以及一第五輻射段。
5. 如請求項4的雙頻天線，其中該第二平面與該第一平面實質上垂直。
6. 如請求項5的雙頻天線，其中該第一輻射段與該第二輻射段實質上垂直，且該第四輻射段與該第三輻射段及該第五輻射段實質上垂直。
7. 如請求項6的雙頻天線，其中該第三輻射段連接於該第二輻射段，且該第五輻射段位於該第一輻射段與該第三輻射段之間。
8. 如請求項6的雙頻天線，其中該第三輻射段連接於該第二輻射段，且該第三輻射段位於該第一輻射段與該第五輻射段之間。
9. 如請求項1的雙頻天線，其中該第二輻射部包含一第一輻射段、一第二輻射段、一第三輻射段、一第四輻射段、以及一第五輻射段，且該第二輻射段、該第三輻射段、該第四輻射段、以及該第五輻射段位於該第一平面，該第一輻射段位於一第二平面，其中該第一平面與該第二平面為不平行的兩平面。
10. 如請求項9的雙頻天線，其中該第一平面實質上垂直於該第二平面。
11. 如請求項10的雙頻天線，其中該短路接腳位於一第三平面，該第三平面與該第一平面實質上垂直，也與該第二平面實質上垂直。
12. 如請求項9的雙頻天線，其中該第一輻射段與該第二輻射段實質上垂直，且該第四輻射段與該第三輻射段及該第五輻射段實質上垂直。
13. 如請求項12的雙頻天線，其中該第三輻射段連接於該第二輻射段，且該第五輻射段位於該第一輻射段與該第三輻射段之間。
14. 如請求項1的雙頻天線，其中該第一輻射部的局部區段位於一第一線段上，且該第一線段與該第一平面之間的一最短距離介於0.35～0.65毫米。
15. 如請求項14的雙頻天線，其中該第一線段與該第一平面平行。
16. 如請求項14的雙頻天線，其中該第一輻射部的至少40%以上的區段位於該第一線段。
17. 如請求項1的雙頻天線，其中該電路板的一上表面與該第一平面間的夾角介於65度～115度。
18. 如請求項1的雙頻天線，其中該信號接收端與該第一平面的間距介於2.8～5.2毫米。
19. 如請求項1的雙頻天線，其中該第二輻射部的寬度介於2.8～5.2毫米。
20. 如請求項1的雙頻天線，其中該第二輻射部的長度介於6.9～12.8毫米。