TW201508998A - 多頻天線 - Google Patents

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Abstract

一種多頻天線，用來收發複數個頻段之無線訊號，包含有一接地板，用來提供接地，並於一第一邊形成有一缺口；一第一微帶線，大致平行於該接地板之該第一邊；一連接元件，連接該接地板之該第一邊與該第一微帶線，以與該接地板之該第一邊及該第一微帶線形成一共振腔體；一第二微帶線，設置於該共振腔體內，與該第一微帶線大致平行；一第三微帶線，由該接地板之該缺口延伸至該第二微帶線；以及一饋入端，形成於該缺口內之該第三微帶線上，用來傳遞該複數個頻段之無線訊號。

Description

多頻天線
本發明係指一種多頻天線，尤指一種具多頻特性且多個可調因子之多頻天線。
天線係用來發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號。一般具無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等，通常透過內建之天線來存取無線網路。因此，為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路，理想天線的頻寬應在許可範圍內盡可能地增加，而尺寸則應盡量減小，以配合可攜式無線通訊器材體積縮小之趨勢，將天線整合入可攜式無線通訊器材中。除此之外，隨著無線通訊技術的演進，不同無線通訊系統的操作頻率可能不同，因此，理想的天線應能以單一天線涵蓋不同無線通訊網路所需的頻帶。
在習知技術中，針對多頻應用，常見的方式是利用多個天線或多個輻射體(如槽孔天線之槽孔、雙極天線之分支等)，分別收發不同頻段之無線訊號，造成設計複雜度增加，更嚴重的是，隨著所需頻段的增加，天線的整體尺寸也會跟著增加。若天線的可設置空間較為受限，甚至可能造成天線間干擾，因而影響天線的正常運作。因此，如何在有限面積下，提供適用於多頻應用之天線，也就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多頻天線，以在有限面積下，達成多頻操作。
本發明揭露一種多頻天線，用來收發複數個頻段之無線訊號，包 含有一接地板，用來提供接地，並於一第一邊形成有一缺口；一第一微帶線，大致平行於該接地板之該第一邊，該第一微帶線之長度大致等於該複數個頻段中一最低頻段所對應之無線訊號波長的二分之一；一連接元件，連接該接地板之該第一邊上的一端與該第一微帶線的一端，以與該接地板之該第一邊及該第一微帶線形成一共振腔體；一第二微帶線，設置於該共振腔體內，與該第一微帶線大致平行，並與該第一微帶線大致距離一第一間距；一第三微帶線，由該接地板之該缺口延伸至該第二微帶線之一端，該第三微帶線於該缺口與該接地板距離一第二間距；以及一饋入端，形成於該缺口內之該第三微帶線上，用來傳遞該複數個頻段之無線訊號。
10、40、50、60‧‧‧多頻天線
A、B、C‧‧‧區域
100‧‧‧接地板
102、402‧‧‧第一微帶線
104‧‧‧連接元件
106‧‧‧第二微帶線
108‧‧‧第三微帶線
110‧‧‧饋入端
112、114、412、414、612、614‧‧‧匹配區塊
L1~L4‧‧‧邊
CAV‧‧‧缺口
D1、D2‧‧‧長度
1020、1022、4020、4022、4024‧‧‧子微帶線
GP_a、GP_b1、GP_b2‧‧‧間距
1024、4026、4028‧‧‧間隔
12‧‧‧共振腔體
GP_1‧‧‧第一間距
GP_2‧‧‧第二間距
6120、6122、6140、6142‧‧‧子區塊
第1A圖為本發明實施例一多頻天線之示意圖。
第1B圖至第1D圖分別為第1A圖中不同區域之放大示意圖。
第2圖為第1A圖多頻天線之反射損失示意圖。
第3圖為第1A圖多頻天線之輻射效率示意。
第4圖為本發明實施例一多頻天線之示意圖。
第5圖為本發明實施例一多頻天線之示意圖。
第6圖為本發明實施例一多頻天線之示意圖。
請參考第1A圖至第1D圖，第1A圖為本發明實施例一多頻天線10之示意圖，第1B圖至第1D圖分別為第1A圖中區域A、B、C之放大示意圖。多頻天線10可用來收發複數個頻段之無線訊號，其包含有一接地板100、一第一微帶線102、一連接元件104、一第二微帶線106、一第三微帶線108、一饋入端110及匹配區塊112、114。接地板100用來提供接地，其大致呈矩形，包含四邊L1~L4，並於第一邊L1形成有一缺口CAV。第一微帶線102大致平行於接地板100之第一邊L1，且其長度D1大致等於所收發 之無線訊號中最低頻段之無線訊號的波長的二分之一。此外，在此例中，第一微帶線102係由子微帶線1020、1022所組成，兩者相距一間距GP_a；換個角度來說，第一微帶線102形成有一間距為GP_a之間隔1024，而將第一微帶線102區分為子微帶線1020及1022。連接元件104連接接地板100之第一邊L1上的一端與第一微帶線102的一端，以與接地板100之第一邊L1及第一微帶線102形成一共振腔體12。第二微帶線106設置於共振腔體12內，與第一微帶線102大致平行，並與第一微帶線102大致距離一第一間距GP_1。第三微帶線108則由接地板100之缺口CAV延伸至第二微帶線106之一端，且第三微帶線108於缺口CAV與接地板100距離一第二間距GP_2。饋入端110則形成於缺口CAV內的第三微帶線108上，用來傳遞無線訊號。另一方面，匹配區塊112、114分別由接地板100之第一邊L1及第一微帶線102向共振腔體12延伸，用來調整多頻天線10之阻抗匹配或場型高低角度等特性。
由上述可知，第三微帶線108於缺口CAV處與接地板100形成一共平面波導(coplanar waveguide，CPW)架構，並直接連接(電性連接)第二微帶線106。換言之，第三微帶線108可視為一共平面波導饋入結構轉換為一微帶線結構之架構，用以將饋入端110之訊號傳輸至第二微帶線106。因此，缺口CAV相對於第一邊L1之位置、第三微帶線108於缺口CAV與接地板100之第二間距GP_2等將相關於多頻天線10之操作頻帶、輻射效率等特性。舉例來說，第二間距GP_2大小與第三微帶線108至接地板100的阻抗大小成反比，即距離越近，阻抗越大，在此情形下，可適當設定第二間距GP_2之大小，使第三微帶線108至接地板100的阻抗介於連接於饋入端110之傳輸線的阻抗(如50Ω)與第二微帶線106之天線輻射阻抗(如177Ω)之間，例如60Ω~100Ω。
進一步地，第三微帶線108將電流導通至第二微帶線106後，第二微帶線106可產生水平方向的電流，以激發一頻段。另外，第二微帶線106 可與第一微帶線102產生耦合作用，以產生由第二微帶線106至第一微帶線102之垂直方向的電流，使得第二微帶線106與第一微帶線102間的耦合作用可激發另一頻段。換言之，第二微帶線106之長度D2、第二微帶線106與第一微帶線102之第一間距GP_1、第二微帶線106於共振腔體12之位置(如相對於第一微帶線102之位置)等，皆相關於多頻天線10之操作頻帶、輻射效率等特性。
此外，由第二微帶線106耦合至第一微帶線102的電流會導通至接地板100，使得共振腔體12可產生共振而激發出另一頻段。因此，第一微帶線102之長度D1將影響多頻天線10之操作頻帶、輻射效率等特性。另一方面，由於第一微帶線102係被間隔1024區分為子微帶線1020、1022，而子微帶線1020、1022間再透過耦合作用導通電流，因此間隔1024的間距GP_a或位置亦相關於多頻天線10之操作頻帶、輻射效率等。此外，匹配區塊112、114係用以調整匹配情形或場型高低角度等，其位置、形狀等可適當調整，以符合系統所需。
由上述可知，第一微帶線102之長度D1、第二微帶線106之長度D2、第一微帶線102與第二微帶線106之第一間距GP_1、第二微帶線106於共振腔體12之位置(如相對於第一微帶線102之位置)、缺口CAV相對於第一邊L1之位置、第三微帶線108於缺口CAV與接地板100之第二間距GP_2、匹配區塊112、114之位置或形狀等可調因子，皆相關於多頻天線10之操作頻帶、輻射效率等參數，可藉此適度調整多頻天線10的特性。換言之，多頻天線10係在單一天線本體下，滿足多頻需求，藉此可避免習知技術需增加天線整體尺寸的缺點。
舉例來說，針對北美智能電表，其通訊需求需符合CDMA2000、WCDMA、GSM之通訊標準，故需涵蓋的頻段多達八個。其中，低頻段介於824MHz與960MHz之間，依照通訊系統細分應用有CDMA BC0-CELL(824MHz~849MHz用於傳輸，869MHz至894MHz用於接收)、WCDMA B5-CELL(824MHz~849MHz用於上鏈路，869MHz~894MHz用於下鏈路)、GSM 850(824MHz~849MHz用於上鏈路，869MHz~894MHz用於下鏈路)、GSM 900(880MHz~915MHz用於上鏈路，925-960MHz用於下鏈路)；高頻段介於1710MHz~2170MHz，其頻率依照通訊系統共涵蓋CDMA BC1-PCS(1850MHz~1990MHz)、CDMA BC1-PCS(1850MHz~1910MHz用於傳輸，1930MHz~1990MHz用於接收)、WCDMA B1-IMT(1920MHz~1980MHz用於上鏈路，2110MHz~2170MHz用於下鏈路)、WCDMA B2-PCS(1850MHz~1910MHz用於上鏈路，1930MHz~1990MHz用於下鏈路)、GSM DCS(1710MHz~1785MHz用於上鏈路，1805MHz~1875MHz用於下鏈路)，GSM PCS(1850MHz~1910MHz用於上鏈路，1930MHz~1990MHz用於下鏈路)。針對如此大範圍的應用，習知技術需利用多個天線或多個輻射體(如槽孔天線之槽孔、雙極天線之分支等)以達成此需求，因而造成天線整體尺寸跟著增加。相較之下，本發明之僅需調整長度D1、長度D2、第一間距GP_1、第二微帶線106於共振腔體12之位置(如相對於第一微帶線102之位置)、缺口CAV相對於第一邊L1之位置、第二間距GP_2、匹配區塊112、114之位置或形狀等，即可達成如第2圖所示之反射損失(Return Loss)示意圖及第3圖所示之輻射效率示意。由第2圖及第3圖可知，藉由調整多個可調因子後，多頻天線10可滿足多頻段及抗雜訊干擾之需求，因而適用於北美智能電表之通訊需求，且不需額外增加輻射體，可避免整體面積的增加。此外，第2圖包含多個曲線，其係代表藉由調整可調因子後多頻天線10可達成之反射損失，以顯示本發明之設計彈性。
需注意的是，第1A圖之多頻天線10係為本發明之實施例，除前述之可調因子外，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，在多頻天線10中，第一微帶線102僅包含單一間隔1024，其可控制零點的產生；然而，不限於此，第一微帶線102所包含之間隔數、間隔位置、間隔寬度等皆可適度調整。例如，第4圖為本發明實施例一多頻天線 40之示意圖。多頻天線40與第1A圖之多頻天線10之架構相同，故相同元件沿用相同符號表示。多頻天線40與多頻天線10之不同處在於，多頻天線40之一第一微帶線402係由子微帶線4020、4022、4024所組成，彼此相距間距GP_b1、GP_b2；換個角度來說，第一微帶線402形成有間距為GP_b1、GP_b2之間隔4026、4028，而將第一微帶線402區分為子微帶線4020、4022、4024。
另外，匹配區塊112、114係用以調整匹配情形，其位置、形狀等可適當調整。例如，第5圖及第6圖分別為本發明實施例多頻天線50、60之示意圖。多頻天線50、60與第1A圖之多頻天線10之架構相同，故相同元件沿用相同符號表示。多頻天線50、60與多頻天線10之不同處在於，多頻天線50之匹配區塊412、414係呈階梯狀，而多頻天線60之匹配區塊612、614則分別包含子區塊6120、6122、6140、6142，其皆符合本發明之範疇。
上述第4圖至第6圖之多頻天線40、50、60皆由多頻天線10所衍生，用以除前述可調因子(長度D1、D2、間距GP_1、GP_2、第二微帶線106於共振腔體12之位置、缺口CAV之位置)外，其他尚可用來調整天線特性之可調因子。除此之外，其他如接地板100的面積或形狀、連接元件104的形狀、長度、寬度等皆可進一步應用以調整天線特性。此外，在前述實施例中，缺口CAV係用以形成共平面波導架構，其半圓形之形狀可配合貫穿孔(Via)的應用，使第三微帶線108與接地板100維持等距離，並具有方便製作之優點；然而，不限於此，缺口CAV之形狀亦可以是常見之四邊形或其他形狀，而第三微帶線108位於缺口CAV之部分之形狀可對應缺口CAV之形狀調整，仍符合本發明之範疇。
另外，關於多頻天線10、40、50、60之實現方式，其材質可使用軟式印刷電路板或是薄型印刷電路板製成並組裝於天線載具上，再與所應用之裝置(如智能電表)做結合；另外，亦可利用導電塗料材料進行塗佈或使用印刷、雷射雕刻技術設置於載具上，其天線載具材質可為丙烯腈-苯乙烯- 丁二烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS)，也可利用玻璃纖維強化環氧樹脂(Fiberglass reinforced epoxy resin，FR4)製成之印刷電路板，或聚醯亞胺(Polyimide)製成之可撓性薄片基板(Flexible Film Substrate)，甚至可整合於電路的一部份，以減少所佔據的空間。
在習知技術中，針對多頻應用，常見的方式是利用多個天線或多個輻射體(如槽孔天線之槽孔、雙極天線之分支等)，分別收發不同頻段之無線訊號，除了造成設計複雜度增加，更嚴重的是，隨著所需頻段的增加，天線的整體尺寸也會跟著增加。而且，若天線的可設置空間較為受限，甚至可能造成天線間干擾，因而影響天線的正常運作。相較之下，本發明所提供的多頻天線，利用了獨特的饋入及耦合結構，而可利用單一天線本體達成多頻特性，並可藉由多個可調因子，調整天線特性，以滿足不同需求。
10‧‧‧多頻天線
A、B、C‧‧‧區域
100‧‧‧接地板
102‧‧‧第一微帶線
104‧‧‧連接元件
106‧‧‧第二微帶線
108‧‧‧第三微帶線
110‧‧‧饋入端
112、114‧‧‧匹配區塊
L1~L4‧‧‧邊
CAV‧‧‧缺口
D1、D2‧‧‧長度
1020、1022‧‧‧子微帶線
1024‧‧‧間隔
12‧‧‧共振腔體

Claims (8)

  1. 一種多頻天線，用來收發複數個頻段之無線訊號，包含有：一接地板，用來提供接地，並於一第一邊形成有一缺口；一第一微帶線，大致平行於該接地板之該第一邊，該第一微帶線之長度大致等於該複數個頻段中一最低頻段所對應之無線訊號波長的二分之一；一連接元件，連接該接地板之該第一邊上的一端與該第一微帶線的一端，以與該接地板之該第一邊及該第一微帶線形成一共振腔體；一第二微帶線，設置於該共振腔體內，與該第一微帶線大致平行，並與該第一微帶線大致距離一第一間距；一第三微帶線，由該接地板之該缺口延伸至該第二微帶線之一端，該第三微帶線於該缺口與該接地板距離一第二間距；以及一饋入端，形成於該缺口內之該第三微帶線上，用來傳遞該複數個頻段之無線訊號。
  2. 如請求項1所述之多頻天線，其另包含有至少一匹配區塊，由該接地板之該第一邊或該第一微帶線向該共振腔體延伸，用來調整該多頻天線之訊號匹配情形。
  3. 如請求項1所述之多頻天線，其中該第三微帶線大致垂直於該第二微帶線。
  4. 如請求項1所述之多頻天線，其中位於該缺口內之一部分之該第三微帶線的形狀係對應於該缺口之形狀。
  5. 如請求項1所述之多頻天線，其中該缺口大致呈半圓形。
  6. 如請求項1所述之多頻天線，其中該第一微帶線形成有至少一間隔，該至少一間隔將該第一微帶線區分為複數個線段。
  7. 如請求項6所述之多頻天線，其中該至少一間隔之數量、每一間隔之寬 度或形成於該第一微帶線之位置相關於該多頻天線之至少一輻射參數。
  8. 如請求項1所述之多頻天線，其中該缺口於該第一邊之位置、該第一微帶線之長度、該第一間距、該第二微帶線之長度、該第二微帶線於該共振腔體之位置及該第二間距相關於該多頻天線之至少一輻射參數。
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