TW202221977A - 無線通訊裝置及其印刷式雙頻天線 - Google Patents
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Abstract
一種印刷式雙頻天線,包含:主要輻射部以及寄生輻射部。主要輻射部配置以於第一共振頻率以及第二共振頻率進行訊號收發。寄生輻射部配置以鄰設於主要輻射部之一側,且與主要輻射部間隔一間距而互相電性隔離,並與主要輻射部耦合共振以於第二共振頻率進行訊號收發,其中寄生輻射部為接地之單極寄生天線。
Description
本發明是關於天線技術,尤其是關於一種無線通訊裝置及其印刷式雙頻天線。
目前業界寬頻天線設計中,大部分採用單極天線(monopole antenna)做為天線操作的類型,主要是因為其具有寬頻特性、結構簡單、容易製作以及近似全向性的輻射場型等優點,因此被廣泛的應用於無線網路設備中。
然而,對於日益強調輕薄短小的通訊裝置應用而言,天線可用區域相對受到侷限,這類型寬頻天線設計所需要的面積較大,儼然無法滿足限制。
鑑於先前技術的問題,本發明之一目的在於提供一種無線通訊裝置及其印刷式雙頻天線,以改善先前技術。
本發明包含一種印刷式雙頻天線,包含:主要輻射部以及寄生輻射部。主要輻射部配置以於第一共振頻率以及第二共振頻率進行訊號收發。寄生輻射部配置以鄰設於主要輻射部之一側,且與主要輻射部間隔一間距而互相電性隔離,並與主要輻射部耦合共振以於第二共振頻率進行訊號收發,其中寄生輻射部為接地之單極寄生天線。
本發明另包含一種無線通訊裝置,包含:電路基板、接地平面以及印刷式雙頻天線。接地平面設置於電路基板上。印刷式雙頻天線包含:主要輻射部以及寄生輻射部。主要輻射部設置於電路基板上,配置以於第一共振頻率以及第二共振頻率進行訊號收發。寄生輻射部設置於電路基板上,配置以鄰設於主要輻射部之一側,且與主要輻射部間隔間距而互相電性隔離,並與主要輻射部耦合共振以於第二共振頻率進行訊號收發,其中寄生輻射部為接地至接地平面之單極寄生天線。
有關本發明的特徵、實作與功效,茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明之一目的在於提供一種無線通訊裝置及其印刷式雙頻天線,在達到小面積的同時,仍能具有良好的天線輻射特性。
請同時參照圖1以及圖2。圖1顯示本發明之一實施例中,一種無線通訊裝置100的俯視圖。圖2顯示本發明之一實施例中,無線通訊裝置100的立體圖。無線通訊裝置100包含電路基板110、接地平面120以及印刷式雙頻天線130。
於一實施例中,電路基板110為印刷電路板(printed circuit board;PCB),並可具有例如,但不限於玻璃纖維的材質。接地平面120設置於電路基板110上。其中,接地平面120為例如,但不限於接地的金屬平板。
印刷式雙頻天線130包含:主要輻射部140以及寄生輻射部150。
主要輻射部140設置於電路基板110上,配置以於第一共振頻率以及第二共振頻率進行訊號收發。
於一實施例中,主要輻射部140為單極主要天線,例如但不限於圖1所示的L形天線,且L形天線包含配置以進行訊號傳輸的饋入端FP。其中,饋入端FP與接地平面120間具有一個間隙而電性隔離。
於另一實施例中,主要輻射部140亦可為倒F形主要天線(未繪示)。須注意的是,當主要輻射部140是以倒F形主要天線實現時,將同時包含與接地平面120電性隔離的饋入端以及與接地平面120電性連接的接地端。
於一實施例中,印刷式雙頻天線130更選擇性地包含匹配部160,設置於電路基板110上,並配置以與主要輻射部140連接,以提供調整輸入阻抗匹配的功效。
寄生輻射部150設置於電路基板110上,配置以鄰設於主要輻射部140之一側,且與主要輻射部140間隔間距S而互相電性隔離,並與主要輻射部140耦合共振以於第二共振頻率進行訊號收發。其中,寄生輻射部150為單極寄生天線,例如但不限於圖1所示的L形天線,且L形天線包含配置以接地至接地平面120的接地端GP。
請參照圖3。圖3顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130的頻率響應示意圖。其中,圖3的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失(return loss),且單位為分貝。
如圖3所示,包含三角形格點的線段S1表示僅有主要輻射部140存在時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示僅有寄生輻射部150存在時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示同時有主要輻射部140以及寄生輻射部150存在而共振時的頻率響應。
由線段S1可知,當僅有主要輻射部140存在時,其10dB頻寬為0.57吉赫(2.24-2.81吉赫)與1.41吉赫(6.28-7.69吉赫)。由線段S2可知,當僅有寄生輻射部150存在時,其10dB頻寬為1.66吉赫(3.83-5.49吉赫)。
而由線段S3可知,當同時有主要輻射部140以及寄生輻射部150存在而共振時,10dB頻寬在低頻為1.02吉赫(2.28-3.30吉赫),且在高頻為2.63吉赫(4.92-7.55吉赫)。因此,藉由設置主要輻射部140以及寄生輻射部150,印刷式雙頻天線130除可滿足原有WiFi 6的5吉赫頻帶(5.15-5.85吉赫) 操作外,更能進一步涵蓋WiFi 6E 6吉赫頻帶(5.925-7.125吉赫)的寬頻需求。
在不同實施例中,印刷式雙頻天線130可藉由主要輻射部140、寄生輻射部150以及匹配部160的尺寸決定輸入阻抗的大小,進而決定操作頻率的大小。
請參照圖4A。圖4A顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130在主要輻射部140的延伸長度L不同時的頻率響應示意圖。其中,圖4A的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
如圖4A所示,包含三角形格點的線段S1表示延伸長度L為18.7公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示延伸長度L為20.7公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示延伸長度L為22.7公厘時的頻率響應。
由圖4A可知,當延伸長度L越長時,可降低天線低頻與高頻操作頻率。當延伸長度L由18.7公厘增長為22.7公厘時,天線低頻操作頻率可由3.40吉赫降低至2.87吉赫,天線高頻操作頻率則可由6.86吉赫降低至5.88吉赫。
請參照圖4B。圖4B顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130在寄生輻射部150的延伸長度P不同時的頻率響應示意圖。其中,圖4B的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
如圖4B所示,包含三角形格點的線段S1表示延伸長度P為2公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示延伸長度P為4公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示延伸長度P為6公厘時的頻率響應。
由圖4B可知,當延伸長度P越大時,主要能降低天線高頻操作頻率。當延伸長度P由2.0公厘增長為6.0公厘時,天線操作頻率可由6.49吉赫降低至5.74吉赫。綜合第4A圖與第4B圖可知,本發明之印刷式雙頻天線130的主要輻射部140與寄生輻射部150可分別調整低頻與高頻共振頻率。因此,只要適當的調整主要輻射部140與寄生輻射部150的操作頻率落點,便能有效的達成雙頻且寬頻天線操作的目的。
請參照圖4C。圖4C顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130在匹配部160的寬度W不同時的頻率響應示意圖。其中,圖4C的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
如圖4C所示,包含三角形格點的線段S1表示寬度W為2.7公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示寬度W為3.7公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示寬度W為4.7公厘時的頻率響應。
由圖4C可知,改變匹配部160的寬度W可改變天線的輸入阻抗,當寬度W由2.7公厘增長為4.7公厘時,可得到較佳的阻抗匹配。當匹配部160寬度W越大時,能有效地提供更多電流路徑,使得天線輸入阻抗變化較為緩和,而得到寬頻的匹配。
請參照圖4D。圖4D顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130在匹配部160與接地平面120的間距G不同時的頻率響應示意圖。其中,圖4D的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
如圖4D所示,包含三角形格點的線段S1表示間距G為1.0公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示間距G為1.5公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示間距G為2.0公厘時的頻率響應。
由圖4D可知,改變匹配部160與接地平面120的間距G,可改變天線高頻的輸入阻抗,當間距G由2.0公厘減少為1.0公厘時,可得到較佳的阻抗匹配。
請參照圖4E。圖4E顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線130在主輻射部140與寄生輻射部150的間距S不同時的頻率響應示意圖。其中,圖4E的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
如圖4E所示,包含三角形格點的線段S1表示間距S為0.3公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示間距S為0.5公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示間距S為0.7公厘時的頻率響應。
由圖4E可知,改變主輻射部140與寄生輻射部150的間距S,可改變主輻射部140與寄生輻射部150之間的耦合量,等效於改變天線的輸入阻抗。當間距S由0.3公厘增加為0.7公厘時,可得到較佳的阻抗匹配。於一實施例中,間距S較佳的範圍,是位於0.2公厘至0.8公厘。
於一數值範例中,電路基板110可具有厚度1.0公厘,且長寬為50公厘×30公厘。接地平面120的長寬為40公厘×30公厘。印刷式雙頻天線130的長寬僅為30公厘 × 10公厘。其中,主要輻射部140的延伸長度L為22.7公厘,匹配部160與接地平面120的間距G為1.0公厘,匹配部160寬度W為4.7公厘,寄生輻射部150的延伸長度P為4.2公厘,主輻射部140與寄生輻射部150的間距S為0.7公厘。然而本發明並不為此所限,而可隨實際應用需求對各尺寸的大小進行調整。
請參照圖5。圖5顯示本發明之一實施例中,一種無線通訊裝置500的俯視圖。類似於圖1的無線通訊裝置100,無線通訊裝置500包含電路基板110、接地平面120以及印刷式雙頻天線130,且印刷式雙頻天線130包含主要輻射部140以及寄生輻射部150。然而於本實施例中,寄生輻射部150包含彎折部510。其中,彎折部510具有長度H。
請同時參照圖6A及6B。圖6A顯示本發明之一實施例中,圖5的印刷式雙頻天線130的頻率響應示意圖。其中,圖6A的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。圖6B顯示本發明之一實施例中,圖5的印刷式雙頻天線130在彎折部510的長度H不同時的頻率響應示意圖。其中,圖6B的橫軸表示頻率,且單位為吉赫。縱軸表示折返損失,且單位為分貝。
由圖6A可知,藉由彎折部510的設置以適當改變寄生輻射部150長度,印刷式雙頻天線130可達到超寬頻天線的操作特性。其中,圖5印刷式雙頻天線130的10dB阻抗頻寬(fractional bandwidth;FBW)為108.8%(2.24-7.59吉赫)。
如圖6B所示,包含三角形格點的線段S1表示長度H為1.0公厘時的頻率響應,包含方形格點的線段S2表示長度H為2.0公厘時的頻率響應,而包含菱形格點的線段S3表示長度H為3.0公厘時的頻率響應。
由圖6B可知,透過適當的改變寄生輻射部150的長度H,可改變印刷式雙頻天線130的中頻操作頻率,得到超寬頻天線操作特性。當長度H介於2.0-3.0公厘之間,天線操作頻率均能涵蓋到WiFi 6E 6吉赫頻帶(5.925-7.125吉赫)的寬頻需求。
在部分技術中為了提高天線的頻寬,往往必須採用大面積的天線設計,無法適用於現在電子產品尺寸愈來愈小的需求。本發明的印刷式雙頻天線可藉由主輻射部雙頻操作的特性,進一步增加寄生輻射部的設計,透過相關尺寸的調適,即可達成寬頻天線的操作特性。印刷式雙頻天線可在維持小尺寸的情形下,同時具有良好的天線輻射特性。
需注意的是,上述的實施方式僅為一範例。於其他實施例中,本領域的通常知識者當可在不違背本發明的精神下進行更動。
舉例而言,於一實施例中,寄生輻射部的數目可為多個,且互相電性隔離。在一實施例中,以圖1的無線通訊裝置100為例,其他的寄生輻射部可設置於寄生輻射部150相對於主要輻射部140的另一側且彼此間隔一距離設置,以達到所需的共振結果。於另一實施例中,圖5所示寄生輻射部150包含的彎折部510的數目亦可為多個,以達到所需的共振結果。
雖然本發明之實施例如上所述,然而該些實施例並非用來限定本發明,本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化,凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇,換言之,本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:無線通訊裝置
110:電路基板
120:接地平面
130:印刷式雙頻天線
140:主要輻射部
150:寄生輻射部
160:匹配部
500:無線通訊裝置
510:彎折部
FP:饋入端
G:間距
GP:接地端
H:長度
L:延伸長度
P:延伸長度
S:間距
S1~S3:線段
W:寬度
[圖1]顯示本發明之一實施例中,一種無線通訊裝置的俯視圖;
[圖2]顯示本發明之一實施例中,無線通訊裝置的立體圖;
[圖3]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線的頻率響應示意圖;
[圖4A]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線在主要輻射部的延伸長度不同時的頻率響應示意圖;
[圖4B]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線在寄生輻射部的延伸長度不同時的頻率響應示意圖;
[圖4C]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線在匹配部的寬度不同時的頻率響應示意圖;
[圖4D]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線在匹配部與接地平面的間距不同時的頻率響應示意圖;
[圖4E]顯示本發明之一實施例中,印刷式雙頻天線在主輻射部與寄生輻射部的間距不同時的頻率響應示意圖;
[圖5]顯示本發明之一實施例中,一種無線通訊裝置的俯視圖;
[圖6A]顯示本發明之一實施例中,圖5的印刷式雙頻天線的頻率響應示意圖;以及
[圖6B]顯示本發明之一實施例中,圖5的印刷式雙頻天線在彎折部的長度不同時的頻率響應示意圖。
100:無線通訊裝置
110:電路基板
120:接地平面
130:印刷式雙頻天線
140:主要輻射部
150:寄生輻射部
160:匹配部
FP:饋入端
G:間距
GP:接地端
L:延伸長度
P:延伸長度
S:間距
W:寬度
Claims (10)
- 一種印刷式雙頻天線,包含: 一主要輻射部,配置以於一第一共振頻率以及一第二共振頻率進行訊號收發;以及 一寄生輻射部,配置以鄰設於該主要輻射部之一側,且與該主要輻射部間隔一間距而互相電性隔離,並與該主要輻射部耦合共振以於該第二共振頻率進行訊號收發,其中該寄生輻射部為接地之一單極寄生天線。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,其中該主要輻射部為一單極主要天線或一倒F主要天線。
- 如請求項2所述之印刷式雙頻天線,其中該單極主要天線為一L形天線。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,更包含一匹配部,設置於該電路基板上,配置以與該主要輻射部連接。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,其中該主要輻射部以及該寄生輻射部之一尺寸決定一輸入阻抗的大小,進而決定一操作頻率的大小。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,其中該間距配置以決定該主要輻射部以及該寄生輻射部間的一耦合量。
- 如請求項6所述之印刷式雙頻天線,其中該間距是位於0.2公厘至0.8公厘之範圍內。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,其中該寄生輻射部的數目為多個,且互相電性隔離。
- 如請求項1所述之印刷式雙頻天線,其中該單極寄生天線包含一彎折部。
- 一種無線通訊裝置,包含: 一電路基板; 一接地平面,設置於該電路基板上;以及 一印刷式雙頻天線,包含: 一主要輻射部,設置於該電路基板上,配置以於一第一共振頻率以及一第二共振頻率進行訊號收發;以及 一寄生輻射部,設置於該電路基板上,配置以鄰設於該主要輻射部之一側,且與該主要輻射部間隔一間距而互相電性隔離,並與該主要輻射部耦合共振以於該第二共振頻率進行訊號收發,其中該寄生輻射部為接地至該接地平面之一單極寄生天線。
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---|---|---|---|
GD4A | Issue of patent certificate for granted invention patent |