TW201528613A - 雙頻印刷式的單極天線 - Google Patents

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Kuo-Chang Lo
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    • H01Q5/371—Branching current paths

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Abstract

本發明提出一種雙頻印刷式的單極天線，其包括：一傳輸線，其沿一第一方向延伸且具有一第一端與一饋入端，該饋入端與一接地端相鄰設置；一第一輻射體，其與該第一端相連接並沿一第二方向延伸，且具有一漸變寬度，該第二方向垂直於該第一方向，該第一輻射體操作於一第一頻率範圍；以及一第二輻射體，其與該第一端相連接並沿一第三方向延伸，且更具有複數個轉折，該第三方向是遠離該接地端並與該傳輸線之間具有一第一夾角，該第二輻射體操作於一第二頻率範圍。

Description

雙頻印刷式的單極天線
本發明是有關一種雙頻單極天線，尤指使用於印刷電路版上之小型化設計之雙頻單極天線。
在科技發展日新月異的現今時代中，已開發出多種尺寸輕巧之天線，應用在各種尺寸日益輕巧的手持式電子裝置中，例如：行動電話、筆記型電腦或無線存取點(Access Point,AP)、無線網卡等無線傳輸裝置，並對應無線通訊系統常用規格之頻帶，如IEEE 802.11家族中的IEEE 802.11a、IEEE 802.11b與IEEE 802.11g，其中IEEE 802.11a對應於5千兆赫茲(GHz)的頻帶，而IEEE 802.11b與IEEE 802.11g對應於2.4千兆赫茲(GHz)的頻帶。
而單極天線(Monopole Antenna)與平面倒F型天線(Planar Inverse-F Antenna,PIFA)為廣泛應用於手持式電子裝置或筆記型電腦內壁的之天線。請參閱第一圖，其係為習知倒F型天線之示意圖。第一圖中之倒F型天線10係包括：下地端101、第一輻射體102、第二輻射體103與一長邊L1，其中第一輻射體102與第二輻射體103用以分別輻射不同頻率範圍之電磁波訊號，因倒F型天線10具有下地端101，故其匹配較易調整，且其結構輕巧、傳輸效能良好故可輕易地被設置在手持式電子裝置內壁。
但另人遺憾的是，以前的PIFA雙頻天線尺寸較大，較易佔空間；然單極天線雖不需有如倒F型天線的下地端，可具有比倒F型天線更小的尺寸，但單極天線因為僅有饋入信號而無用於接地之迴路，故可調整之變數較少，其匹配較不易調整，且習知天線以纜線(Cable)饋入訊號並使用鐵片天線，所負擔之模具及鐵件成本較高。
職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心 試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「雙頻印刷式的單極天線」，能夠克服上述缺點，以下為本案之簡要說明。
鑑於習知技術中存在的缺失，本發明設計單極雙頻天線之延伸導體結構以作為第一輻射體與第二輻射體，並設計其延伸結構以縮小其所佔面積，且調整出適當的匹配而增加高頻的頻寬，經由這樣設計的天線尺寸，其長邊與習知的平面倒F型天線之長邊相較，縮小了百分之三十的長度，其縮小部份除可供其他路線走線所使用外，亦可節省印刷電路板的面積成本。此外，因免除使用纜線(Cable)饋入以及鐵片天線，除縮小其所佔之空間尺寸以符合現今應用在各種尺寸日益輕巧的各式電子裝置中的需求之外，亦降低所需負擔的模具及鐵件成本。
根據本發明的第一構想，提供一種雙頻印刷式的單極天線，其包括：一傳輸線，其沿一第一方向延伸且具有一第一端與一饋入端，該饋入端與一接地端相鄰設置；一第一輻射體，其與該第一端相連接並沿一第二方向延伸，且具有一漸變寬度，該第二方向垂直於該第一方向；以及一第二輻射體，其與該第一端相連接並沿一第三方向延伸，且更具有複數個轉折，該第三方向是遠離該接地端並與該傳輸線之間具有一第一夾角；其中該第一輻射操作於一第一頻率範圍，該第二輻射操作於一第二頻率範圍。
較佳地，本發明所提供的單極天線，該第一頻率範圍的操作頻率大於該第二頻率範圍的操作頻率。
較佳地，本發明所提供的單極天線，更包含一匹配阻抗，其與該傳輸線間隔一縫隙。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該複數個彎折中每一轉折的方向至少平行於該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該複數個彎折中至少有一彎折的方向與該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一相同。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該第二輻射體更具有一連接端和一輻射端，該連接端與該第一端相連接，該輻射端為該第二 輻射體上遠離該連接端的一端，且該輻射端鄰近設置於該第一輻射體。
較佳地，本發明所提供的單極天線，更包含一接地面，其中該匹配阻抗與該接地面相連接，且該接地面與該傳輸線及該饋入端相鄰設置。
較佳地，本發明所提供的單極天線，該接地面包含與該第一方向平行的一第一側邊，以及與該第二方向平行的一第二側邊，其中該第一輻射體沿該第二方向延伸與該第二側邊平行，且該第一輻射體沿該第二方向延伸指向該第一側邊。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該第一夾角介於100度與150度之間。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該漸變寬度是在該第一輻射體的延伸過程中，以展開角度約45度至75度的方式逐漸加大其寬度。
較佳地，本發明所提供的單極天線，其中該第一輻射體與該第二輻射體的個別總延伸長度分別為其所對應之頻率範圍之共振波長的四分之一。
10‧‧‧平面倒F型天線
101‧‧‧下地端
102‧‧‧第一輻射體
103‧‧‧第二輻射體
1‧‧‧雙頻印刷式單極天線
11‧‧‧傳輸線
12‧‧‧饋入端
13‧‧‧介電質基板
14‧‧‧第一輻射體
15‧‧‧第二輻射體
16‧‧‧匹配阻抗
17‧‧‧縫隙
2‧‧‧印刷電路板
21‧‧‧介電質部份
22‧‧‧金屬塗層
L1‧‧‧倒F型天線之長邊
L2‧‧‧本發明天線之長邊
第1圖 先前技術示意圖；第2圖 雙頻印刷式單極天線印製於印刷電路板之示意圖；以及第3圖 第2圖之局部示意圖。
本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態。其中相同的標號始終代表相同的組件。
以下利用第2圖與第3圖來說明本發明的一較佳實施例。首先請參考第2圖，其中雙頻印刷式單極天線1印製於印刷電路板2上，而印刷電路板2具有介電質部份21與金屬塗層22，金屬塗層22佈於介電質部份21之上，雙頻印刷式單極天線1具有一長邊L2。
而第3圖是第2圖中的雙頻印刷式單極天線1之細部示意圖，用以方便說明其細部結構。如第3圖所示，雙頻印刷式單極天線1具有傳輸線11、饋入端12、印刷電路版(Printed Circuit Board,PCB)之介電質基板13、第一輻射體14、第二輻射體15、匹配阻抗16與縫隙17。
傳輸線11在介電質基板13上沿一第一方向延伸，而饋入端12連接至傳輸線11，且饋入端12與一接地端(未繪出)鄰近設置，其中饋入端12可依產品型式任意延伸而不限於第3圖所顯示的佈線方式，傳輸線11與饋入端12之阻抗特性較佳為50歐姆(ohm,Ω)以獲得較佳效率。
匹配阻抗16印製於傳輸線11旁，兩者間隔縫隙17，調整匹配阻抗16與縫隙17的大小可控制天線在操作頻率範圍上的匹配阻抗，以達到較佳的天線電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)輸出。
傳輸線11具有端點A與端點E，第一輻射體14與端點A相連接，且具有端點D,F,G與H。其中AD段沿一第二方向延伸而約略垂直於該第一方向，可用於天線頻帶的阻抗之匹配調整，故第3圖所標示AD段(A點至D點處)約略與AE段垂直。而F點至匹配阻抗16的垂直距離約為D點至匹配阻抗16的垂直距離的三分之二，FD段在寬度上的漸變可增加頻率範圍f1，於本實施例中該寬度在F點處朝遠離接地端12的方向進行寬度漸變，使FD段與FG段的夾角約呈45°~75°，且可於G點處再進行另一寬度漸變，而形成如FGHD四點所形成的多邊形漸變，以增加頻率範圍f1的頻寬，而A點延伸至D點的長度約等於所欲設計頻率範圍f1之共振波長λ 1的四分之一長度，如此該末端延伸漸變結構即可作為該頻段輻射之輻射體，以產生對應於頻率範圍f1的訊號。
而第二輻射體15與傳輸線11的端點A相連接，其結構末端以類似回字型方式延伸彎曲，以調整天線頻帶的阻抗之匹配並減小其所佔面積，且具有端點a,b,c,d,e與B。其中Aa段沿一第三方向延伸，該第三方向是遠離饋入端12，並使Aa段與AE段夾角約呈100°~150°，ab段約略切齊於匹配阻抗16，bc段的延伸方向大致平行於AD段，其延伸長度略等於或小於D點至匹配阻抗16間垂直距離的三分之二，以減少與第一輻射體14電流信號間的相互影響，而接下來所轉折之方向至少約略平行於該第 一方向、該第二方向及該第三方向其中之一，也就是與先前延伸路徑以及周圍佈線相平行的方向，如：cd段約略平行於與ab段，de段約略平行於bc段，eB段約略平行於Aa段，且第二輻射體15整體延伸彎曲之佈線不越過約略垂直於AD段的虛擬延伸線FI，以降低第二輻射體15與第一輻射體14彼此之間的干擾，而其延伸末端B點附近處呈一類似勾型，以獲得較佳效能。第3圖中由A點延伸至B點的長度約等於所欲設計頻率範圍f2之共振波長λ 2的四分之一長度，如此該延伸彎曲結構即可作為該頻段輻射之輻射體，以產生對應於頻率範圍f2的訊號。
自傳輸線11饋入的高頻電流訊號經第一輻射體14產生對應 於頻率範圍f1的電磁波訊號，而低頻電流訊號則經第二輻射體15產生對應於頻率範圍f2的電磁波訊號，藉此達到分別輻射出不同頻率的電磁波以達到天線雙頻之效果。
第4圖為本實施例的VSWR圖，可以看出在對應於頻率範 圍f2的2.00千兆赫茲(GHz)~2.60千兆赫茲(GHz)(頻寬400兆赫茲)與對應於頻率範圍f1的4.90千兆赫茲(GHz)~5.85千兆赫茲(GHz)(頻寬1800兆赫茲)兩頻段內，VSWR的值在符合需求的2以下，且兩頻段完全涵蓋802.11a/b/g的頻帶標準。
實施例
1.一種雙頻印刷式的單極天線，其包括：一傳輸線，其沿一第一方向延伸且具有一第一端與一饋入端，該饋入端與一接地端相鄰設置；一第一輻射體，其與該第一端相連接並沿一第二方向延伸，且具有一漸變寬度，該第二方向垂直於該第一方向，該第一輻射體操作於一第一頻率範圍；以及一第二輻射體，其與該第一端相連接並沿一第三方向延伸，且更具有複數個轉折，該第三方向是遠離該接地端並與該傳輸線之間具有一第一夾角，該第二輻射體操作於一第二頻率範圍。
2.如實施例1所述的單極天線，該第一頻率範圍的操作頻率大於該第二頻率範圍的操作頻率。
3.如實施例1或2所述的單極天線，更包含一匹配阻抗，其與該傳輸線間隔一縫隙。
4.如實施例1~3其中之一所述的單極天線，其中該複數個彎折中每一轉折的方向至少平行於該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一。
5.如實施例1~4其中之一所述的單極天線，其中該複數個彎折中至少一彎折的方向與該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一相同。
6.如實施例1~5其中之一所述的單極天線，其中該第二輻射體更具有一連接端和一輻射端，該連接端為該第二輻射體與該第一端相連接的一端，該輻射端為該第二輻射體上遠離該連接端的另一端，且該輻射端鄰近設置於該第一輻射體。
7.如實施例1~6其中之一所述的單極天線，更包含一接地面，該匹配阻抗與該接地面相連接，且該接地面與該傳輸線及該饋入端相鄰設置。
8.如實施例1~7其中之一所述的單極天線，該接地面更包含與該第一方向平行的一第一側邊，以及與該第二方向平行的一第二側邊，其中該第一輻射體與該第二側邊平行，且該第一輻射體指向該第一側邊。
9.如實施例1~8其中之一所述的單極天線，其中該第一夾角介於100度與150度之間。
10.如實施例1~9其中之一所述的單極天線，其中該漸變寬度是在該第一輻射體的延伸過程中，以展開角度約45度至75度的方式逐漸加大其寬度。
11.如實施例1~10其中之一所述的單極天線，其中該第一輻射體與該第二輻射體的個別總延伸長度分別為其所對應之頻率範圍之共振波長的四分之一。
總結而言，本案實為一難得一見，值得珍惜的難得發明，惟以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至 禱。
1‧‧‧雙頻印刷式單極天線
11‧‧‧傳輸線
12‧‧‧饋入端
13‧‧‧介電質基板
14‧‧‧第一輻射體
15‧‧‧第二輻射體
16‧‧‧匹配阻抗
17‧‧‧縫隙

Claims (11)

  1. 一種雙頻印刷式的單極天線，其包括：一傳輸線，其沿一第一方向延伸且具有一第一端與一饋入端，該饋入端與一接地端相鄰設置；一第一輻射體，其與該第一端相連接並沿一第二方向延伸，且具有一漸變寬度，該第二方向垂直於該第一方向，該第一輻射體操作於一第一頻率範圍；以及一第二輻射體，其與該第一端相連接並沿一第三方向延伸，且更具有複數個轉折，該第三方向是遠離該接地端並與該傳輸線之間具有一第一夾角，該第二輻射體操作於一第二頻率範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，該第一頻率範圍的操作頻率大於該第二頻率範圍的操作頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，更包含一匹配阻抗，其與該傳輸線間隔一縫隙。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該複數個彎折中每一轉折的方向至少平行於該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該複數個彎折中至少一彎折的方向與該第一方向、該第二方向及該第三方向其中之一相同。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該第二輻射體更具有一連接端和一輻射端，該連接端為該第二輻射體與該第一端相連接的一端，該輻射端為該第二輻射體上遠離該連接端的另一端，且該輻射端鄰近設置於該第一輻射體。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的單極天線，更包含一接地面，該匹配阻抗與該接地面相連接，且該接地面與該傳輸線及該饋入端相鄰設置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的單極天線，該接地面更包含與該第一方向平行的一第一側邊，以及與該第二方向平行的一第二 側邊，其中該第一輻射體與該第二側邊平行，且該第一輻射體指向該第一側邊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該第一夾角介於100度與150度之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該漸變寬度是在該第一輻射體的延伸過程中，以展開角度約45度至75度的方式逐漸加大其寬度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的單極天線，其中該第一輻射體與該第二輻射體的個別總延伸長度分別為其所對應之頻率範圍之共振波長的四分之一。
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