TW201742308A

TW201742308A - 單頻天線

Info

Publication number: TW201742308A
Application number: TW105115227A
Authority: TW
Inventors: 黃智勇; 羅國彰
Original assignee: 智易科技股份有限公司
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2017-12-01
Also published as: TWI627792B; CN107394390B; CN107394390A

Abstract

一種單頻天線1，包括：一接地部，包括：一接地接腳31，在一第一平面以一第一方向D1延伸以接地；以及一支持部32，連接於該接地接腳31，在一第二平面以一第二方向D2延伸，用以支持該單頻天線1；一寬度漸變部33，位於該第一平面，包括：一寬端部33a，連接於該接地接腳31與該支持部32，且以一第一寬度w1在一第三方向D3延伸並漸變至一第二寬度w2，其中該第一寬度大於該第二寬度；以及一窄端部33b，自該寬端部33a以該第二寬度w2在第三方向D3延伸；一連接部20，位於一第三平面，連接於該窄端部33b，以一第四方向D2延伸後轉折成以一第五方向D5延伸，並再轉折成以該第二方向D2延伸形成一槽狀結構24；以及一輻射部，包括：一第一輻射延伸部11，位於該第三平面，自該連接部20轉折成在該第五方向D5延伸一第一距離d1；一輻射漸變部12，自該連接部20以一第三寬度w3在該第一方向D1延伸並漸變至一第四寬度w4，其中該第三寬度w3大於該第四寬度w4；一訊號餽入部14，自該輻射漸變部12以該第一方向D1延伸，以接受一射頻訊號；以及一第二輻射延伸部13，自該第一輻射延伸部11轉折成以該第一方向D1在該第一平面延伸一特定距離ds，並連接於該輻射漸變部12。

Description

單頻天線

本發明是關於一種天線，特別是關於一種具有單一頻帶的立體平面倒F形天線(PIFA；Planar Inverted F Antenna)。

近年來，無線通訊裝置諸如手機、筆記型電腦、平板電腦乃至無線接取器(AP)等設備普及的影響，使得用來收發電子訊號的天線也受到重視，為回應市場需求，開發符合無線通訊協定、小型化、結構簡單的天線，一直都是本領域人士的努力目標。

通常PIFA的運作是以同軸電纜(Coaxial Cable)的外導體與內導體來分別連接PIFA的接地端與訊號饋入端，但也因為使用同軸電纜，導致其結構與安裝上受限。換句話說，當天線無法以微帶線饋入訊號，容易使得天線高度較高，整體來說較佔空間，且組裝方式也會趨於複雜化。

此外，臺灣專利I315111提出了一種立體天線安裝方法，採用短路腳、支撐腳、饋入腳等三個接腳來支撐立體天線，但其天線接腳面積過小，不但容易傾倒且結構也容易變形。

本案申請人鑑於習知技術中的不足，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「單頻天線」，能夠克服先前技術的不足，以下為本案之簡要說明。

本發明為了克服先前技術中的缺陷，提出一種單頻天線，具備獨特的寬度漸變結構，可在所需頻帶範圍內調整匹配阻抗，減少反射損失，提高天線效率。本發明的單頻天線不但可對應不同需求皆具有符合通訊協定的有效使用頻帶，並減少天線所佔空間，更可有效節省開多套模具之成本支出以節省成本，並適合應用在各種環境之無線網路裝置中。

根據上述構想，本發明提供一種單頻天線，包括：一接地部，包括：一接地接腳，在一第一平面以一第一方向延伸以接地；以及一支持部，連接於該接地接腳，在一第二平面以一第二方向延伸成一平面狀，用以平行配置於該單頻天線之一配置平面，支持該單頻天線；一寬度漸變部，位於該第一平面，包括：一寬端部，連接於該接地接腳與該支持部，且以一第一寬度在一第三方向延伸並漸變至一第二寬度，其中該第一寬度大於該第二寬度；以及一窄端部，自該寬端部以該第二寬度在該第三方向延伸；一連接部，位於一第三平面，包括：一第一連接部，連接於該窄端部，以一第四方向延伸；一第二連接部，自該第一連接部轉折以一第五方向延伸；以及一第三連接部，自該第二連接部轉折成以該第二方向延伸，其中該第一連接部、該第二連接部以及該第三連接部形成一槽狀結構；以及一輻射部，包括：一第一輻射延伸部，位於該第三平面，自該第三連接部轉折成在該第五方向延伸一第一距離；一輻射漸變部，自該第三連接部以一第三寬度在該第一方向延伸並漸變至一第四寬度，其中該第三寬度大於該第四寬度；一訊號餽入部，自該輻射漸變部以該第一方向延伸，以接受一射頻訊號；以及一第二輻射延伸部，自該第一輻射延伸部轉折成以該第一方向在該第一平面延伸一特定距離，並連接於該輻射漸變部。

又依據上述構想，本發明提供一種單頻天線，包括：一接地部，包括：一接地接腳，在一第一平面以一第一方向延伸以接地；以及一支持部，連接於該接地接腳，在一第二平面以一第二方向延伸，用以支持該單頻天線；一寬度漸變部，位於該第一平面，包括：一寬端部，連接於該接地接腳與該支持部，且以一第一寬度在一第三方向延伸並漸變至一第二寬度，其中該第一寬度大於該第二寬度；以及一窄端部，自該寬端部以該第二寬度在第三方向延伸；一連接部，位於一第三平面，連接於該窄端部，以一第四方向延伸後轉折成以一第五方向延伸，並再轉折成以該第二方向延伸形成一槽狀結構；以及一輻射部，包括：一第一輻射延伸部，位於該第三平面，自該連接部轉折成在該第五方向延伸一第一距離；一輻射漸變部，自該連接部以一第三寬度在該第一方向延伸並漸變至一第四寬度，其中該第三寬度大於該第四寬度；一訊號餽入部，自該輻射漸變部以該第一方向延伸，以接受一射頻訊號；以及一第二輻射延伸部，自該第一輻射延伸部轉折成以該第一方向在該第一平面延伸一特定距離，並連接於該輻射漸變部。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該連接部包括：一第一連接部，連接於該窄端部，以該第四方向延伸；一第二連接部，自該第一連接部轉折以該第五方向延伸；以及一第三連接部，自該第二連接部轉折成以該第二方向延伸，其中該第一連接部、該第二連接部以及該第三連接部形成該槽狀結構。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該寬端部以及該窄寬部所延伸之該第三方向垂直於該第一寬度及該第二寬度之一寬度方向，該輻射漸變部所延伸之該第一方向垂直於該第三寬度及該第四寬度之該寬度方向。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該單頻天線之操作頻帶為4900~5850MHz；該第一寬度是該第二寬度的1.5~3倍；該訊號餽入部比該第二輻射延伸部更靠近該接地接腳，並連接於一微帶線，以傳輸該射頻訊號；以及該寬度漸變部、該槽狀結構以及該輻射漸變部用來調整該單頻天線之頻帶與匹配阻抗。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該支持部平行配置於該單頻天線所配置之一配置平面，該第二平面與該第三平面平行，該第一平面、該第二平面以及該第三平面不共平面，該單頻天線係一體成形。

復依據上述構想，本發明提供一種單頻天線，包括：一接地部，在一第一方向延伸以接地，並以一第一寬度在一第三方向延伸並漸變至小於該第一寬度之一第二寬度；一連接部，自該接地部延伸並轉折而與該接地部不共平面，且在一第五方向延伸形成一槽狀結構；以及一輻射部，自該連接部沿該第一方向延伸，與該連接部不共平面，以接受一射頻訊號。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該接地部更包括：一接地接腳，在一第一平面以該第一方向延伸以接地；一支持部，連接於該接地接腳，在一第二平面以該第二方向延伸，用以支持該單頻天線；一寬端部，連接於該接地接腳與該支持部，且在該第一平面以該第一寬度在該第三方向延伸並漸變至該第二寬度；以及一窄端部，自該寬端部在該第一平面以該第三方向延伸，且具有該第二寬度。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該連接部位於一第三平面，更包括：一第一連接部，連接於該窄端部，以一第四方向延伸；一第二連接部，自該第一連接部轉折以該第五方向延伸；以及一第三連接部，自該第二連接部轉折成以該第二方向延伸，其中該第一連接部、該第二連接部以及該第三連接部形成該槽狀結構。

如本發明的上述結構的單頻天線，其中該輻射部位於該第一平面，更包括：一第一輻射延伸部，自該第三連接部轉折成在該第五方向延伸一第一距離；一輻射漸變部，自該第三連接部以一第三寬度在該第一方向延伸並漸變至小於該第三寬度之一第四寬度；一訊號餽入部，自該輻射漸變部以該第一方向延伸，以接受該射頻訊號；以及一第二輻射延伸部，自該第一輻射延伸部轉折成以該第一方向在該第一平面延伸一特定距離，並連接於該輻射漸變部。

1‧‧‧單頻天線

10‧‧‧輻射部

11‧‧‧第一輻射延伸部

12‧‧‧輻射漸變部

13‧‧‧第二輻射延伸部

14‧‧‧訊號餽入部

20‧‧‧連接部

21‧‧‧第一連接部

22‧‧‧第二連接部

23‧‧‧第三連接部

24‧‧‧槽狀結構

30‧‧‧接地部

31‧‧‧接地接腳

32‧‧‧支持部

33‧‧‧寬度漸變部

33a‧‧‧寬端部

33b‧‧‧窄端部

d1‧‧‧第一距離

d2‧‧‧第二距離

ds‧‧‧特定距離

w1‧‧‧第一寬度

w2‧‧‧第二寬度

w3‧‧‧第三寬度

w4‧‧‧第四寬度

α、β‧‧‧平面夾角

第一(A)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜視圖。

第一(B)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的後視圖。

第一(C)圖是第一(B)圖所示的寬度漸變部33的放大圖。

第二(A)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜視圖。

第二(B)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜後視圖。

第二(C)圖是第一(B)圖的輻射部10的放大圖。

第三圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的側視圖。

第四圖為本發明之一實施形態之單頻天線1在形成槽狀結構與不形成槽狀結構的情況下的反射耗損的比較圖。

第五圖為本發明之一實施形態之單頻天線1在具備寬度漸變部與不具備寬度漸變部的情況下的反射耗損的比較圖。

本案所提出之「單頻天線」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，然而本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態，熟習本技藝之人士仍可依據除既揭露之實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明之範圍。

第一(A)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜視圖。單頻天線1為一體成形之結構，為了便於說明，使各元件劃分較為明確，在第一(A)圖中，第一方向D1~第六方向D6如圖所示，並以虛線框大致指出單頻天線1的支持部32、連接部20以及輻射部10。請再配合第一(B)圖。第一(B)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的後視圖。從第一(A)及一(B)圖可看到，單頻天線1包括：輻射部10、連接部20以及接地部30，其中輻射部10連接於連接部20，連接部20連接於接地部30。接地部30可以更包括：接地接腳31、支持部32以及寬度漸變部33。雖然為了方便說明，在此將寬度漸變部33定義成屬於接地部30的一部份，但為凸顯寬度漸變部33的特殊性，也可以將寬度漸變部33視為不屬於接地部30的部件來限定，在本說明書及請求項中皆有此描述。

在第一(A)圖中，接地接腳31是平面狀導體部件，在第一平面以第一方向D1延伸來接地。支持部32是相鄰並連接於接地接腳31的平面狀導體部件，在一第二平面以第二方向D2延伸成一平面狀，用以平行配置於該單頻天線1之一配置平面(圖未顯示，例如印刷電路基板)，來支持單頻天線1。

請參閱第一(C)圖，其為第一(B)圖所示的寬度漸變部33的放大圖。在第一(C)圖中，寬度漸變部33位於該第一平面，與接地接腳31共平面。寬度漸變部33包括：寬端部33a以及窄端部33b。寬端部33a，連接於接地接腳31與支持部32，且以第一寬度w1在第三方向D3延伸並漸變至第二寬度w2，其中第一寬度w1大於第二寬度w2。窄端部33b自寬端部33a以第二寬度W2在第三方向D3延伸。在本實施形態中，寬端部33a與窄寬部33b所延伸之第三方向D3是垂直於第一寬度w1及第二寬度w2之寬度方向(第五方向D5及第六方向D6)。單頻天線1的操作頻帶設定在4900~5850MHz(IEEE 802.11a)的情況下，第一寬度w1是第二寬度w2的1.2~3倍為較佳，1.5~2.4倍為更佳，當寬度在這些範圍內，相較於沒有寬度漸變設計的天線，反射損失會較少且頻帶會較寬。

此外，在第一(C)圖中，第一寬度w1在寬度方向的兩端，並非總是左右對稱地同時變窄，因此第一寬度w1起算點是以開始變窄的轉折點起算，如第一(C)圖中w1兩端的兩虛線所示。

請參閱第二圖。第二(A)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜視圖。在第二(A)圖中，單頻天線1的連接部20位於一第三平面，包括：第一連接部21、第二連接部22以及第三連接部23。第一連接部21連接於窄端部33，以第四方向D4延伸。第二連接部22連接於第一連接部21，自第一連接部21轉折，以第五方向D5延伸。第三連接部23連接於第二連接部22，自第二連接部22轉折成以第二方向D2延伸，其中第一連接部 21、第二連接部22以及第三連接部23形成槽狀結構24。

請參閱第二(B)圖。第二(B)圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的立體斜後視圖。第二(B)圖特別以虛線標出槽狀結構24及接地接腳31，以便更明確地界定單頻天線1之元件。在此需要說明，雖然本發明的單頻天線1也可以不形成槽狀結構24，做為替代方案，可將連接部20設計成不多次轉折，僅以第五方向D5延伸來連接輻射部10。但是，本實施形態的槽狀結構24是用來減少單頻天線1的高度，以減少單頻天線所佔空間，並可優化匹配阻抗，調整出更合乎通訊協定所需頻寬，提高天線傳輸訊號效率，所以本發明的單頻天線1以連接部20來形成槽狀結構24為較佳。在單頻天線1不形成槽狀結構24的情況下，接地接腳31在第一方向D1延伸的長度會變長，且輻射部10(關於輻射部10的詳細結構將於後述)在第一方向1及第五方向D5延伸的長度也會變長，且連接部20在第五方向D5延伸的長度也會變長，如此一來將會導致單頻天線1整體增加更多所佔空間。

又，在第二(A)圖中，本實施例的輻射部10位於該第一平面，包括：第一輻射延伸部11、輻射漸變部12、第二輻射延伸部13以及訊號餽入部14。第一輻射延伸部11位於該第三平面，連接於第三連接部23，自第三連接部23轉折成在第五方向D5延伸第一距離d1。第一輻射延伸部11連接於輻射漸變部12以及第二輻射延伸部13。

關於輻射部10的其他元件，以第二(C)圖來說明。第二(C)圖是第一(B)圖的輻射部10的放大圖。需要注意的是第二(C)圖的虛線，雖然是為了說明輻射部10，但為了便於理解，仍包含了一部份的連接部(即第二連接部22的一部份及第三連接部23)。在第二(C)圖中，輻射漸變部 12位於該第一平面，連接於第三連接部23，自第三連接部23以第三寬度w3在第一方向D1延伸並漸變至第四寬度w4。第三寬度w3大於該第四寬度w4。訊號餽入部14位於該第一平面，連接於輻射漸變部12，自輻射漸變部12以第一方向D1延伸，以接受一射頻訊號。第二輻射延伸部13連接於第一輻射延伸部11與輻射漸變部12，自第一輻射延伸部11轉折成以第一方向D1在該第一平面延伸特定距離ds。輻射漸變部12與訊號餽入部14比第二輻射延伸部13更靠近接地接腳31。訊號餽入部14更連接於一微帶線(圖未顯示，例如50Ω)，以傳輸該射頻訊號。雖然本發明的實施形態連接以微帶線來傳輸射頻訊號，但也不限於此，只要能傳輸訊號的元件皆屬於本發明範圍。

此外，訊號餽入部14也可以與接地接腳31及支持部32一起維持單頻天線1的站立，使單頻天線1更穩固。又，輻射漸變部12是由第三連接部23往第一方向D1延伸一第二距離d2後才開始進行寬度漸變。無論是特定距離ds、第一距離d1或第二距離d2，都是可依需要進行適當調整，所以極端地來說，即使是特定距離ds等於零(即第二輻射延伸部13不存在)、第一距離d1等於零(即第一輻射延伸部11)或第二距離d2等於零(即寬度直接漸變，不經延伸第二距離d2後才進行寬度漸變)的情況，也屬於本發明的範圍。

請參閱第三圖。第三圖是本發明的一實施形態的單頻天線1的側視圖。第三圖是從靠近輻射元件10的一側往第六方向D6來看單頻天線1。從第三圖中可以看到單頻天線大致上由三個平面構成，即包含輻射部10與接地接腳31的第一平面、包含支持部32的第二平面以及包含連接部20的第三平面，其中第一平面與第二平面有一平面夾角α，第一平面與第三平面有一平面夾角β。在本實施例中，第一平面分別垂直於第二平面及第三平面，即α與β皆為90°，但此僅為一例示，α與β並不限於90°。在支持部20可配合配置平面，並與接地接腳31及支持部32一起維持單頻天線1穩固站立的前提下，α可以是0°~180°的角度但不包括0°與180°。再者，雖然β大於90°會使得單頻天線1在D3方向的高度變長，但所屬領域中具有通常知識者仍可隨需要進行任意調整。

又，根據上述概念，在單頻天線1不形成槽狀結構24，且將寬度漸變部33做為接地部30的一部份，並在輻射部10不具備漸變寬度之輻射漸變部12的情況下，本發明的第二實施形態的單頻天線1，可包括：接地部30，在第一方向D1延伸以接地，並以第一寬度w1在第三方向D3延伸並漸變至小於第一寬度W1的第二寬度w2；連接部20，自接地部30延伸並轉折而與接地部30不共平面，且在第五方向D5延伸；以及輻射部10，自連接部20沿第一方向D1延伸，以接受一射頻訊號。在第二實施形態中，因為連接部20不在經由多次轉折形成槽狀結構24，故也不會形成第一~第三連接部21~23。但接地部30可以更包括：接地接腳31，在第一平面以第一方向D1延伸以接地；支持部32，連接於接地接腳31，在第二平面以第二方向D2延伸，用以支持單頻天線1；寬端部33a，連接於接地接腳31與支持部32，且在第一平面以第一寬度w1在第三方向D3延伸並漸變至第二寬度w2；以及窄端部33b，具有第二寬度w2，自寬端部33a在第一平面以第三方向D3延伸。

再根據上述概念，在單頻天線1不形成槽狀結構24，且不具備寬度漸變部33，並在輻射部10具備漸變寬度之輻射漸變部12的情況下，本發明的第三實施形態的單頻天線1，可包括：接地部30，在第一方向D1 延伸以接地，並在第三方向D3延伸；連接部20，連接於接地部30，與接地部30不共平面，經轉折後在第二方向D2延伸；以及輻射部10，自連接部20以第三寬度w在第一方向D1延伸並漸變至小於第三寬度w3之第四寬度w4，以接受一射頻訊號。在第三實施形態中，因為連接部20不在經由多次轉折形成槽狀結構24，故也不會形成第一~第三連接部21~23。又，單頻天線1因為不具備寬度漸變部33而僅具備輻射漸變部12，所以輻射部21可以更包括：第一輻射延伸部11，自連接部20轉折成在第五方向D5延伸第一距離d1；輻射漸變部12，自連接部20以第三寬度w3在第一方向D1延伸並漸變至小於第三寬度w3之第四寬度w4；訊號餽入部14，自輻射漸變部12以第一方向D1延伸，以接受該射頻訊號；以及第二輻射延伸部13，自第一輻射延伸部11轉折成以第一方向D1在第一平面延伸特定距離ds，並連接於輻射漸變部12。

此外，第二輻射延伸部13雖然形成為一平面狀，但也可以依據匹配阻抗的需要，在第二輻射延伸部13的第五方向D5的邊緣往第二方向或第四方向折彎延伸，甚至可以進一步在第二方向D2或第四方向D4延伸後再折彎成往第五方向D5或第六方向D6延伸。

第四圖為本發明之一實施形態之單頻天線1，在形成槽狀結構與不形成槽狀結構的情況下的反射耗損的比較圖。第四圖的橫軸是單頻天線的操作頻率(GHz)，縱軸是單頻天線的反射耗損(dB)。從第四圖可知，形成槽狀結構的天線會使其匹配阻抗變好，反射耗損降低，且會造成天線頻寬變窄，但由於頻寬變窄區域並非802.11a實際應用的頻帶，且反射耗損遠低於-10dB(約-28dB)，故整體來說形成槽狀結構對單頻天線是有利的。

第五圖為本發明之一實施形態之單頻天線1，在具備寬度漸變部與不具備寬度漸變部的情況下的反射耗損的比較圖。第五圖的橫軸是單頻天線的操作頻率(GHz)，縱軸是單頻天線的反射耗損(dB)。在本實施例中，寬度漸變部的第一寬度w1約為第二寬度w2的2.4倍。從第五圖可知，具備寬度漸變部天線會使其匹配阻抗變好，反射耗損降低，且會造成天線頻寬變寬。當與槽狀結構搭配後，可以隨需要調整出既符合實際應用頻帶且反射耗損低的優質天線。此外，本實施形態之寬度漸變部也能使反射耗損遠低於-10dB(約-28dB)，故整體來說具備寬度漸變部對單頻天線也是有利的。

本發明的單頻天線，具備獨特的寬度漸變結構，可在所需頻帶範圍內調整匹配阻抗，減少反射損失，提高天線效率。不但可對應不同需求皆具有符合通訊協定的有效使用頻帶，並減少天線所佔空間，更可有效節省開多套模具之成本支出以節省成本，並適合應用在各種環境之無線網路裝置中。本發明可應用於無線通訊裝置中，例如筆記型電腦、平板電腦、行動電話、無線接取器、以及包含Wi-Fi之顯示器或影音播放器等。

本發明實屬難能的創新發明，深具產業價值，援依法提出申請。此外，本發明可以由本領域技術人員做任何修改，但不脫離如所附申請專利範圍所要保護的範圍。