TW201434206A - 天線 - Google Patents

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TW201434206A
TW201434206A TW102107051A TW102107051A TW201434206A TW 201434206 A TW201434206 A TW 201434206A TW 102107051 A TW102107051 A TW 102107051A TW 102107051 A TW102107051 A TW 102107051A TW 201434206 A TW201434206 A TW 201434206A
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Chung-Hung Chen
Chih-Sen Hsieh
Chih-Ming Wang
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
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    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way

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Abstract

一種天線，用來收發至少一第一頻段及一第二頻段之無線訊號，包含有一接地元件，用來提供接地；一連接元件，電性連接於該接地元件之一第一端；一饋入端，形成於該連接元件上，用來傳遞該第一頻段及該第二頻段之無線訊號；一第一輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第二端；以及一第二輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第三端。其中，由該饋入端經該第一輻射件及該第二輻射件至該接地元件的訊號路徑長度分別大致等於該第一頻段及該第二頻段之無線訊號波長的二分之一。

Description

天線
本發明係指一種天線，尤指一種具設計彈性而可有效調整場型或操作頻段之天線。
具有無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等可攜式電子裝置，係透過天線來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取無線網路。隨著消費者對於可攜式電子裝置外觀及功能的需求不斷增加，可攜式電子裝置中各元件的可用空間越來越壓縮，當然也限制了天線的可用空間。
除此之外，隨著無線通訊技術不斷演進，單一電子產品可能配置多組天線，以支援多輸入多輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)通訊技術或多個通訊系統的傳輸需求。當同一電子產品在有限空間下配置多組天線時，通訊上的基本需求之一是這些天線彼此不會相互影響，具有良好的隔離度，因此降低天線之間相互耦合現象就成為業界所努力的目標之一。然而，在有限空間下，要提高天線隔離度勢必增加許多設計難度。
另一方面，若可攜式電子裝置的殼體係以金屬材質包覆，則 更容易影響天線效率。在此情形下，若能更容易調整天線場型，則可適應不同應用環境而提高天線效率。
因此，如何設計符合傳輸需求的天線，同時兼顧尺寸及功能，並可有效調整場型或操作頻段，已成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種天線，其具設計彈性，可適應不同應用而提高或改善天線效率。
本發明揭露一種天線，用來收發至少一第一頻段及一第二頻段之無線訊號，該天線包含有一接地元件，用來提供接地；一連接元件，電性連接於該接地元件之一第一端；一饋入端，形成於該連接元件上，用來傳遞該第一頻段及該第二頻段之無線訊號；一第一輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第二端，且由該饋入端經該連接元件及該第一輻射件至該接地元件之該第二端的一訊號路徑長度大致等於該第一頻段之無線訊號波長的二分之一，以形成用來收發該第一頻段之無線訊號之一第一輻射體；以及一第二輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第三端，且由該饋入端經該連接元件及該第二輻射件至該接地元件之該第三端的一訊號路徑長度大致等於該第二頻段之無線訊號波長的二分之一，以形成用來收發該第二頻段之無線訊號之一第二輻射體。
10、300、302、80‧‧‧天線
100、800‧‧‧接地元件
102、802‧‧‧饋入端
12、82‧‧‧連接元件
14、84‧‧‧第一輻射件
16、86‧‧‧第二輻射件
A‧‧‧第一端
120、820‧‧‧第一區塊
122、822‧‧‧第二區塊
B‧‧‧第二端
C‧‧‧第三端
140、840‧‧‧第一分支
142、842‧‧‧第二分支
144、164、166、844、864、866‧‧‧寄生區塊
160、860‧‧‧第三分支
162、862‧‧‧第四分支
30‧‧‧天線系統
90、110‧‧‧天線裝置
900、1100‧‧‧連接件
902、1102‧‧‧系統接地件
第1A圖分別為本發明實施例一天線之正面示意圖。
第1B圖分別為第1A圖之天線之立體示意圖。
第2A圖為第1A圖之天線操作於高頻頻段之電流分佈示意圖。
第2B圖為第1A圖之天線操作於低頻頻段之電流分佈示意圖。
第2C圖為第1A圖之天線之返回損失示意圖。
第3A圖為本發明實施例一天線系統之正面示意圖。
第3B圖為第3A圖之天線系統之立體示意圖。
第4圖為第3A圖之天線系統之天線特性模擬示意圖。
第5A圖為第3A圖之天線系統中一天線之電壓駐波比量測結果示意圖。
第5B圖為第3A圖之天線系統中另一天線之電壓駐波比量測結果示意圖。
第5C圖為第3A圖之天線系統之隔離度量測結果示意圖。
第5D圖為第3A圖之天線效率量測結果示意圖。
第6A圖、第6B圖、第6C圖為第3A圖之天線系統應用於低頻頻段時之立體場型模擬示意圖。
第7A圖、第7B圖、第7C圖為第3A圖之天線系統應用於高頻頻段時之立體場型模擬示意圖。
第8圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第9A、9B、9C圖為本發明實施例一天線裝置之組合、側視及分解示意圖。
第9D圖為第9A圖之天線裝置之電壓駐波比示意圖。
第10A、10B、10C圖為本發明實施例一天線裝置之組合、側視及分解示意圖。
第10D圖為第10A圖之天線裝置之電壓駐波比示意圖。
請參考第1A、1B圖，第1A、1B圖分別為本發明實施例一天 線10之正面(X、Z座標)及立體(X、Y、Z座標)示意圖。天線10可收發多頻之無線訊號，並具良好輻射效率且易於調整場型。為求簡潔，以下以收發一第一頻段之無線訊號RF_1及一第二頻段之無線訊號RF_2為例進行說明，如5GHz及2.4GHz之無線訊號，本領域具通常知識者當可適當變化而應用於多頻或寬頻操作。詳細來說，天線10係以導電材質(如鐵、銅等金屬)製成，其包含有一接地元件100、一饋入端102、一連接元件12、一第一輻射件14及一第二輻射件16。接地元件100用來提供接地。連接元件12電性連接於接地元件100之一第一端(標示為A)，其可視為由一第一區塊120及一第二區塊122所組成，而饋入端102則形成於第一區塊120上，用來傳遞無線訊號。第一輻射件14電性連接於連接元件12的第二區塊122，並延伸至接地元件100之一第二端(標示為B)，且由饋入端102經連接元件12及第一輻射件14至接地元件100之第二端B的一訊號路徑長度大致等於第一頻段之無線訊號RF_1波長的二分之一，以形成用來收發第一頻段之無線訊號RF_1之一第一輻射體。同樣地，第二輻射件16電性連接於連接元件12的第二區塊122，並延伸至接地元件100之一第三端(標示為C)，且由饋入端102經連接元件12及第二輻射件16至接地元件100之第三端C的一訊號路徑長度大致等於第二頻段之無線訊號RF_2波長的二分之一，以形成用來收發第二頻段之無線訊號RF_2之一第二輻射體。
簡單來說，天線10係透過饋入端102雙邊下地(即B、C兩端)，產生雙頻作用。此外，透過第一輻射件14及第二輻射件16上的寄生區塊可易於控制場型或操作頻段，並可於多個天線10並列時有效控制隔離度。詳細來說，第一輻射件14包含有一第一分支140、一第二分支142及一寄生區塊144。第一分支140與第二分支142大致垂直，而寄生區塊144由第二分支142向連接元件12的方向延伸，並與第一分支140 及接地元件100的第二端B相連結。同樣地，第二輻射件16包含有一第三分支160、一第四分支162及寄生區塊164、166。第三分支160與第四分支162大致垂直，寄生區塊164由第三分支160向接地元件100的方向延伸，而寄生區塊166由第四分支162向連接元件12的方向延伸並與第三分支160及接地元件100的第三端C相連結。
寄生區塊144、164、166可調整或改變電流分佈情形，進而改變天線10之操作頻段或場型。請參考第2A、2B、2C圖，第2A、2B圖分別為天線10操作於高頻頻段(收發第一頻段之無線訊號RF_1)及低頻頻段(收發第二頻段之無線訊號RF_2)之電流分佈示意圖，而第2C圖為天線10應用於2.4GHz及5GHz時之返回損失示意圖。如前所述，饋入端102經連接元件12及第一輻射件14至接地元件100之第二端B的訊號路徑長度大致等於第一頻段之無線訊號RF_1波長的二分之一，因此當天線10透過第一輻射件14收發第一頻段之無線訊號RF_1時，會在距饋入端102四分之三(無線訊號RF_1之)波長處會產生激發點，以正確收發第一頻段之無線訊號RF_1。同理，第二輻射件16亦有類似之操作。在此情形下，經由適當調整第一輻射件14及第二輻射件16之長度及寄生區塊144、164、166之大小，可得第2C圖之返回損失圖，由此可知，天線10可達雙頻操作。
需注意的是，第1A、1B圖係為本發明實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，第一輻射件14及第二輻射件16所包含之寄生區塊144、164、166係用以調整電流分佈情形，因此寄生區塊的數量、型式等不限於第1A、1B圖所示之例，可視不同應用需由而適當調整。此外，第一輻射件14及第二輻射件16的長度與所收發之無線訊號的頻段有關，可根據前述條件(二分之一波 長)及所應用之系統而適當調整。
此外，由於寄生區塊144、164、166可有效調整天線10之操作頻段或場型，因此提供了設計及應用上的彈性。舉例來說，針對金屬外殼之電子裝置，可透過寄生區塊144、164、166改變天線10之場型，進而於金屬包覆的環境下達到最佳輻射效率的目的。再者，針對多輸入多輸出或多組天線的應用而言，亦可透過寄生區塊144、164、166增加不同天線間的隔離度。
舉例來說，請參考第3A、3B圖，第3A、3B圖分別為本發明實施例一天線系統30之正面(X、Z座標)及立體(X、Y、Z座標)示意圖。天線系統30係由天線300、302所組成，天線300、302與第1A、1B圖之天線10結構相同，並沿水平方向X對稱並列。在此情形下，可透過調整天線300、302之寄生區塊，提升隔離度。進一步地，請參考第4圖，第4圖為天線系統30應用於2.4GHz、5GHz頻段之天線特性模擬示意圖。其中，虛線曲線表示天線300之返回損失，點線曲線表示天線302之返回損失，而實線曲線則表示天線300、302之隔離度。根據第4圖之模擬結果可知，天線300、302除可達雙頻操作外，兩者間的隔離度至少可達20dB，可有效避免訊號間干擾，提升輻射效率。藉此，可進一步降低天線300、302間之水平距離，以適用於受限空間之應用，如超輕薄筆電(Ultrabook)、平板電腦等。
第4圖係透過天線模擬軟體獲得之模擬結果，而天線系統30之天線特性的實測結果可進一步參考第5A圖至第5C圖。第5A圖為天線300之電壓駐波比量測結果示意圖，第5B圖為天線302之電壓駐波比量測結果示意圖，以及第5C圖為天線300、302之隔離度量測結果示意 圖。由第5A圖至第5C圖可以得證，天線300、302確實可達雙頻操作，且維持良好隔離度。進一步地，請參考第5D圖，第5D圖為天線300、302之天線效率量測結果示意圖，其中，虛線曲線表示天線300之天線效率，而點線曲線表示天線302之天線效率。由第5D圖可知，天線300、302具良好輻射效率。
此外，請參考第6A至6C圖及第7A至7C圖，第6A圖為天線系統30應用於2.4GHz頻段時天線300之立體場型模擬示意圖，第6B圖為天線系統30應用於2.4GHz頻段時天線302之立體場型模擬示意圖，第6C圖為天線系統30應用於2.4GHz頻段時之平面場型模擬示意圖，第7A圖為天線系統30應用於5GHz頻段時天線300之立體場型模擬示意圖，第7B圖為天線系統30應用於5GHz頻段時天線302之立體場型模擬示意圖，以及第7C圖為天線系統30應用於5GHz頻段時之平面場型模擬示意圖。由第6A至6C圖及第7A至7C圖可知，天線300、302場型重疊區域小，因而可提升隔離度。
需注意的是，天線10或天線系統30係利用寄生區塊調整電流分佈情形，進而調整操作頻段、場型或隔離度等，因此本領域具通常知識者可據以調整寄生區塊的數量、型式等。除此之外，在天線10(或天線300、302)中，第一輻射件14及第二輻射件16係朝相反方向延伸(以第1A圖為例，第一輻射件14由連接元件12向左延伸，而及第二輻射件16則由連接元件12向右延伸)，然而，第一輻射件14及第二輻射件16亦可以其它形式實現。
舉例來說，請參考第8圖，第8圖為本發明實施例一天線80之示意圖。天線80之架構與第1A、1B圖之天線10類似，亦可收發第 一頻段之無線訊號RF_1及第二頻段之無線訊號RF_2，如5GHz及2.4GHz之無線訊號，並具良好輻射效率且易於調整場型。詳細來說，天線80係以導電材質(如鐵、銅等金屬)製成，其包含有一接地元件800、一饋入端802、一連接元件82、一第一輻射件84及一第二輻射件86。接地元件100用來提供接地。連接元件82電性連接於接地元件800之一第一端(標示為A)，其可視為由一第一區塊820及一第二區塊822所組成，而饋入端802則形成於第一區塊820上，用來傳遞無線訊號。第一輻射件84電性連接於連接元件82的第二區塊822，並延伸至接地元件800之一第二端(標示為B)，且由饋入端802經連接元件82及第一輻射件84至接地元件800之第二端B的一訊號路徑長度大致等於第一頻段之無線訊號RF_1波長的二分之一，以形成用來收發第一頻段之無線訊號RF_1之一第一輻射體。同樣地，第二輻射件86電性連接於連接元件82的第二區塊822，並延伸至接地元件800之一第三端(標示為C)，且由饋入端802經連接元件82及第二輻射件86至接地元件800之第三端C的一訊號路徑長度大致等於第二頻段之無線訊號RF_2波長的二分之一，以形成用來收發第二頻段之無線訊號RF_2之一第二輻射體。此外，第一輻射件84包含有一第一分支840、一第二分支842及一寄生區塊844。第一分支840與第二分支842大致垂直，而寄生區塊844由第二分支842向連接元件82的方向延伸，並與第一分支840及接地元件800的第二端B相連結。同樣地，第二輻射件86包含有一第三分支860、一第四分支862及寄生區塊864、866。第三分支860與第四分支862大致垂直，寄生區塊864由第三分支860向接地元件800的方向延伸，而寄生區塊866由第四分支862向連接元件82的方向延伸並與第三分支860及接地元件800的第三端C相連結。
比較第1A圖與第8圖可知，除了寄生區塊的形式不同外，天 線80之第一輻射件84及第二輻射件86皆由連接元件82朝第8圖左側延伸，其亦可符合本發明之概念。
另一方面，在前述實施例中，接地元件係用來提供訊號接地，當應用於無線通訊裝置時，接地元件可進一步與一系統接地件相連結，以加強輻射部之電流直接下地作用，從而降低所需的設置面積。
舉例來說，請參考第9A、9B、9C圖，第9A、9B、9C圖為本發明實施例一天線裝置90之組合、側視及分解(爆炸)示意圖。天線裝置90係用於一無線通訊裝置，其係將第1A、1B圖之天線10透過一連接件900電性連接無線通訊裝置之一系統接地件902。如此一來，可提升電流直接下地作用而有效降低天線10所需之設置面積，天線裝置90之電壓駐波比如第9D圖所示。
同理，亦可將第3A、3B圖之天線系統30透過一連接件電性連接無線通訊裝置之一系統接地件。舉例來說，請參考第10A、10B、10C圖，第10A、10B、10C圖為本發明實施例一天線裝置110之組合、側視及分解(爆炸)示意圖。天線裝置110係將第3A、3B圖之天線系統300透過一連接件1100電性連接無線通訊裝置之一系統接地件1102。如此一來，可提升電流直接下地作用而有效降低天線系統30所需之設置面積，相關電壓駐波比如第10D圖所示。
第9A至9C圖之天線裝置90及第10A至10C圖之天線裝置110係將本發明之天線10及天線系統300進一步透過連接件900、1100與系統接地件902、1102電性連接，以透過電流直接下地作用而降低所需之設置面積。其中，連接件900、1100可以是導電緩衝材(如導電泡 棉、導電海綿、導電布)或導電金屬(如銅箔、鋁箔)，而系統接地件902、1102則視不同應用可以是筆記型電腦或平板電腦中液晶螢幕的接地結構(或接地板)或是主機板的接地部等，凡可提供系統接地效果，皆可實現系統接地件902、1102，不限於此。
需注意的是，前述實施例皆是以雙頻操作為例，然而，由於本發明之天線可透過寄生區塊調整或改變電流分佈情形，因而可輕易達成多頻或寬頻操作之目的，而不限於雙頻應用。例如，透過調整寄生區塊的大小、位置、與連接元件或其他元件的距離等，可改變耦合量，進而收發第一頻段及第二頻段以外頻段之無線訊號，此皆屬本發明之範疇。
綜上所述，本發明之天線可透過寄生區塊調整或改變電流分佈情形，以控制場型或操作頻段，或者可於多個天線並列時控制隔離度。因此，本發明之天線具設計彈性，可有效調整場型或操作頻段，進而適應不同應用而提高或改善天線效率。
10‧‧‧天線
100‧‧‧接地元件
102‧‧‧饋入端
12‧‧‧連接元件
14‧‧‧第一輻射件
16‧‧‧第二輻射件
A‧‧‧第一端
120‧‧‧第一區塊
122‧‧‧第二區塊
B‧‧‧第二端
C‧‧‧第三端
140‧‧‧第一分支
142‧‧‧第二分支
144、164、166‧‧‧寄生區塊
160‧‧‧第三分支
162‧‧‧第四分支

Claims (13)

  1. 一種天線，用來收發至少一第一頻段及一第二頻段之無線訊號，該天線包含有：一接地元件，用來提供接地；一連接元件，電性連接於該接地元件之一第一端；一饋入端，形成於該連接元件上，用來傳遞該第一頻段及該第二頻段之無線訊號；一第一輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第二端，且由該饋入端經該連接元件及該第一輻射件至該接地元件之該第二端的一訊號路徑長度大致等於該第一頻段之無線訊號波長的二分之一，以形成用來收發該第一頻段之無線訊號之一第一輻射體；以及一第二輻射件，電性連接於該連接元件與該接地元件之一第三端，且由該饋入端經該連接元件及該第二輻射件至該接地元件之該第三端的一訊號路徑長度大致等於該第二頻段之無線訊號波長的二分之一，以形成用來收發該第二頻段之無線訊號之一第二輻射體。
  2. 如請求項1所述之天線，其中該第一輻射件包含有：一第一分支，電性連接於該連接元件；以及一第二分支，電性連接於該第一分支與該接地元件之該第二端；其中，該第一分支與該第二分支大致垂直。
  3. 如請求項2所述之天線，其中該第一輻射件另包含有至少一寄生區塊，形成於該第一分支或該第二分支上，該至少一寄生區塊用來調整該第一輻射體之一收發頻段。
  4. 如請求項3所述之天線，其中該第一輻射件之該至少一寄生區塊調整該 第一輻射體之該收發頻段，以收發該第一頻段及該第二頻段以外頻段之無線訊號。
  5. 如請求項1所述之天線，其中該第二輻射件包含有：一第三分支，電性連接於該連接元件；以及一第四分支，電性連接於該第三分支與該接地元件之該第三端；其中，該第三分支與該第四分支大致垂直。
  6. 如請求項5所述之天線，其中該第二輻射件另包含有至少一寄生區塊，形成於該第三分支或該第四分支上，該至少一寄生區塊用來調整該第二輻射體之一收發頻段。
  7. 如請求項6所述之天線，其中該第二輻射件之該至少一寄生區塊調整該第二輻射體之該收發頻段，以收發該第一頻段及該第二頻段以外頻段之無線訊號。
  8. 如請求項1所述之天線，其中該第一輻射件大致由該連接元件朝一第一方向延伸，該第二輻射件大致由該連接元件朝一第二方向延伸。
  9. 如請求項8所述之天線，其中該第一方向與該第二方向大致相反。
  10. 如請求項8所述之天線，其中該第一方向與該第二方向大致平行。
  11. 如請求項1所述之天線，其中該連接元件包含有：一第一區塊，電性連接於該接地元件之該第一端；一第二區塊，電性連接於該第一區塊與該第一輻射件及該第二輻射件；其中，該第一區塊之面積小於該第二區塊，該饋入端形成於該第一區塊 上。
  12. 如請求項1所述之天線，其中該接地元件包至少一寄生區塊。
  13. 如請求項1所述之天線，其係以導電材質製成。
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