TW202318716A - 雙頻天線及其電子裝置 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種雙頻天線及其電子裝置，雙頻天線包括饋入端；環形連接端具有開孔，環形連接端連接於饋入端；金屬螺絲的螺紋頭穿設於開孔，使得金屬螺絲與環形連接端電性導通連接；第一延伸路徑連接於饋入端；第二延伸路徑連接於第一延伸路徑；第三延伸路徑連接於第二延伸路徑；接地部連接於第三延伸路徑；其中本發明雙頻天線構成單極天線以及迴路天線的形式，讓雙頻天線形成寬頻的操作頻帶，使天線頻帶變寬，以及讓單極天線操作在3.6GHz和迴路天線操作在4.6GHz，可涵蓋Sub-6G所需要使用的頻帶。

Description

雙頻天線及其電子裝置

本發明涉及一種天線，特別是涉及一種雙頻天線及其電子裝置。

由於電子產品越做越小，電子產品內置放天線會有空間上的限制，所以在電子產品有限的空間內設計出符合頻段或規格需求的天線就有一定的難度。

一般常見的天線縮小的設計有晶片型天線、高介電系數材料作為載體等等，晶片型天線雖然有體積小的優勢，但是其天線操作頻寬通常較為窄頻，頻寬無法完全涵蓋現今通信系統的需求，而後者使用高介電系數材料作為載體的方案，立體型的設計搭配高介電系數材料，雖然能夠有效的利用空間，但是此方案製程較為困難，而且有成本較高的缺點。

有鑑於先前技術所提出的問題，本發明提供一種雙頻天線，予以解決天線如何有效改善頻寬以及如何適用在電子產品的有限空間內設計出符合規格需求的天線的問題。

根據本發明的一實施例，提出了一種雙頻天線，其包括：一饋入端；一環形連接端，該環形連接端具有一開孔，該環形連接端連接於該饋入端；一金屬螺絲，該金屬螺絲的螺紋頭穿設於該開孔，使得該金屬螺絲與該環形連接端電性導通連接；一第一延伸路徑，該第一延伸路徑連接於該饋入端；一第二延伸路徑，該第二延伸路徑連接於該第一延伸路徑； 一第三延伸路徑，該第三延伸路徑連接於該第二延伸路徑；一接地部，該接地部連接於該第三延伸路徑；其中該饋入端、該環形連接端以及該金屬螺絲構成一單極天線，該饋入端、該第一延伸路徑、該第二延伸路徑、該第三延伸路徑以及該接地部構成一迴路天線。

根據本發明的另一實施例，提出了一種使用雙頻天線的電子裝置，其中該金屬螺絲是原有該電子裝置上用來固定用而所使用的螺絲。

本發明的可能技術效果在於雙頻天線構成單極天線以及迴路天線的形式，讓雙頻天線形成寬頻的操作頻帶，使天線頻帶變寬，以及讓單極天線操作在3.6GHz和迴路天線操作在4.6GHz，可涵蓋Sub-6G所需要使用的頻帶。

此外透過金屬螺絲設計成天線的一部分，尤其是作為單極天線時，除了製造單極天線時極為方便和材料成本低以外，並且可使用金屬螺絲可直接固定的特性，可直接適用於電子產品上。

以及透過金屬螺絲設計成天線的一部分，取代了原本單極天線需要設置的金屬材料以及基板的材料，可以讓天線的設計成本大幅的降低，以及金屬螺絲的設計作為天線的一部分，簡化單極天線因為路徑的設計所占有的空間，因此也可以讓整體雙頻天線的尺寸縮小。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

以下是透過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“雙頻天線及其電子裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可透過其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

爲了更清楚的說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域通常知識及普通技能技術人員來說，在不付出過多努力的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

本發明公開一種可適用於電子裝置的雙頻天線，電子裝置例如是手機、工業手機、平板電腦等智慧型或攜帶型的電子裝置，但本發明雙頻天線也不排除配合使用於任何種類的電子裝置。此外，本發明雙頻天線也不排除自行運作以進行與電子裝置的信號收發。本發明的雙頻天線除了以金屬螺絲作為天線的一部份以外，其它天線主體的構成可使用金屬鉑例如銅箔或是金屬構件例如鐵件或鋁合金件來製成。而且本案雙頻天線藉由金屬螺絲的設置，減少或避免天線設置於電子裝置內時訊號可能屏蔽的問題，讓天線置放於電子裝置內時其設計難度可以簡化，而且天線的設計尺寸也相對可以縮小，進而讓天線信號的傳輸效果也可以更好。

本發明雙頻天線也可以支援特定通信協定，以設置在行動電子裝置時例如支援多輸入多輸出（multi-input multi-output，MIMO）通信技術，行動電子裝置需設置兩個頻段的雙頻天線以實施MIMO技術。本發明不同頻段的雙頻天線減少或避免妨礙天線的傳輸，除了減少天線尺寸，且從而提升MIMO的效能。

本發明雙頻天線可針對不同產品應用進行搭配與設計，適合應用於工業用電子機台以及智慧型手錶等對於機台整體厚度較無要求的產品。

根據本發明的一實施例，請參閱圖1以及圖2，圖1呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線的結構示意圖。圖2呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線結合於電子裝置上使用的結構示意圖。

本發明提供一種雙頻天線1，其包括但不限於：一饋入端11、一環形連接端12、一金屬螺絲13、一第一延伸路徑14、一第二延伸路徑15、一第三延伸路徑16以及一接地部17，藉以構成雙頻天線1的輻射體結構。

在一實施例中， 饋入端11作為雙頻天線1共用的訊號饋入端，由其中一路徑包括饋入端11、環形連接端12以及金屬螺絲13而構成單極天線的形式，另外一路徑則包括饋入端11、第一至第三延伸路徑14、15、16以及接地部17構成迴路天線的形式。

其中，環形連接端12具有一開孔121，環形連接端12連接於饋入端11，金屬螺絲13的螺紋頭穿設於開孔121，使得金屬螺絲13與環形連接端12電性導通連接。在一實施例中，金屬螺絲13與環形連接端12的電性導通方式可以是當金屬螺絲13的螺紋頭穿設到開孔121後，使得金屬螺絲13的頭部(金屬螺絲13的頂部)壓抵在環形連接端12之上，當環形連接端12為使用銅箔膠帶時，銅箔部分與金屬螺絲13的頭部會以接觸的方式進行電性導通，同時連接至迴路天線的部分。

其中，第一延伸路徑14連接於饋入端11，而且第一至第三延伸路徑14、15、16彼此依序連接，即第二延伸路徑15連接於第一延伸路徑14，第三延伸路徑16連接於第二延伸路徑15。在一實施例中，饋入端11、第一至第三延伸路徑14、15、16以及接地部17可以每一個以彼此相互電性連接但依序分段的方式設置，也可以整個一體成形的方式設置，且不以此為限制。

因此，接地部17連接於第三延伸路徑16以調整天線阻抗匹配(Impedance Matching)特性。其中，可調整第一至第三延伸路徑14、15、16之寬度、長度及形狀或是調整接地部17的面積及形狀來達成良好的阻抗匹配特性，藉以調整迴路天線的信號收發效果或適用於特定的操作頻段。

在一實施例中，饋入端11、第一至第三延伸路徑14、15、16以及接地部17可以是長矩形依序連接，但不以此為限制。而且其各輻射體設置的角度也不以圖式為限制，而可依據電子產品的實際空間設計需求而定。

在一實施例中，饋入端11與第一延伸路徑14之間、第一延伸路徑14與第二延伸路徑15之間、第二延伸路徑15與第三延伸路徑16之間以及第三延伸路徑16以及接地部17之間可分別設有夾角，藉以明顯縮小整體雙頻天線1設置的面積及體積。

在一實施例中，雙頻天線1的單極天線以及迴路天線在天線空間的設計上可以呈現為相互垂直，尤其是金屬螺絲13與迴路天線整體之間呈現相互垂直的設置，藉以將本發明雙頻天線1設置於電子裝置200的內部時，可以依電子裝置200有限的空間配置雙頻天線1具體的位置，而且單極天線和迴路天線於電子裝置200內配置時，兩者的空間置放相對關係不受限制，且本發明也不以此為限。

在一實施例中，迴路天線設置於電子裝置200內時包括使用軟性印刷電路板(Flexible Print Circuit，FPC)形式的一基板，讓迴路天線放置於電子裝置200內時可以藉撓性的方式或貼覆方式設置，但也不排除以硬式的印刷電路板來設置。

在一實施例中，本發明雙頻天線1的訊號傳輸方式可透過一天線訊號饋線(feed line)100進行連接，將具有的訊號饋入端(feed)101連接於雙頻天線1的饋入端11，另外天線訊號饋線100的訊號接地端(ground)102連接於接地部17，讓雙頻天線1可以進行信號傳輸。此外本發明雙頻天線1的信號傳輸也可透過雙頻天線1設置於電子裝置200後，由電子裝置200的信號處理電路提供，但本發明不以此為限制。

在一實施例中，雙頻天線1的環形連接端12與饋入端11兩者之間的連接可具有角度配置，此外，環形連接端12可包含完整的環形以及饋入端11可包含完整的矩形而彼此以邊緣接觸連接或彼此部分融合連接，以調整電流路徑，但本發明不以此為限。

在一實施例中，配合參閱圖3，圖3呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線的金屬螺絲與電子裝置的機殼呈現垂直式設計，以及迴路天線與電子裝置的機殼呈現水平式設計的結構示意圖。

其中，雙頻天線1設置於電子裝置200中的時候，金屬螺絲13可以是原有電子裝置200上用來固定用而所使用的螺絲。由圖2、圖3的圖例來看，單極天線的金屬螺絲13的頭部與環形連接端12電性接觸後，讓金屬螺絲13鎖固於電子裝置200的電路基板201上(或是鎖固於電子裝置200的殼體上)，就可以透過金屬螺絲13當成天線輻射體的一部分來節省天線設置所占用的面積和體積。

在一實施例中，可使用多組的雙頻天線1設置於電子裝置200的多個周圍處，例如是電子裝置200內的多個角落，以適用於MIMO通信技術。而且金屬螺絲13可直接固定於電子裝置200上的一位置例如電子裝置200的電路基板201或機殼上，或是金屬螺絲13先透過電子裝置200的機殼再固定於電子裝置200上的位置，當然金屬螺絲13固定的位置僅是說明用，所以根據電子裝置200的設計形式，也可以讓金屬螺絲13整個穿透電子裝置200的機殼而鎖固固定電子裝置200，但本發明均不以此為限制。

在一實施例中，藉由金屬螺絲13作為的單極天線相對於電子裝置200機殼的一側面202為垂直式設計，而迴路天線相對於電子裝置200機殼的另一側面203則為水平式設計，使得二者天線的電流方向互相正交(orthogonal)，可使整體天線場型覆蓋較為均勻，天線場型不具指向性。

在一實施例中， 金屬螺絲13的選用除了可藉由電子裝置200原有的固定螺絲來直接使用並作為天線(的一部分)，而且也可以額外選用特定規格的螺絲來作為單極天線的輻射體的一部份。其中，金屬螺絲13的長度和寬度分別為8mm和4mm，藉由與環形連接端12的銅箔膠帶電性導通連接，並與電子裝置200機殼側壁的迴路天線進行電性連接，而且金屬螺絲13的長度可選用為6mm或7mm。

在一實施例中，由金屬螺絲13作為的單極天線一部分，金屬螺絲13長度為8mm時，其電流路徑長度約為10mm(包含環形連接端12構成的部分銅箔路徑)，此外迴路天線電流路徑長度約為20mm。且當金屬螺絲13的長度為6mm時，使單極天線電流路徑長度約為7.5mm (包含環形連接端12構成的部分銅箔路徑)，而迴路天線電流路徑長度可設置為約25mm，但均不以上述為限制。當金屬螺絲13長度設置較短時，較適合應用於輕薄的消費性電子產品。

在一實施例中，請參閱圖4，圖4呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線操作於3.125~5.5135GHz頻段之反射係數(Reflection Coefficient)。其中圖例的頻段只是顯示測量天線的特性時實際的數據，並非用以限制天線的特性及操作頻段。由圖4的圖例可知，以反射係數S11模擬之圖例說明，其阻抗匹配特性佳，藉以改善天線收發效果，即在操作頻寬為3.13GHz-5.51GHz時，可以呈現-10dB以下的效果，此頻寬可完全涵蓋sub-6GHz通信系統的使用頻帶(3.3GHz~5GHz)，其中反射係數S11也可以稱為反射損失(Return Loss)。

請配合參閱圖5至圖8，圖5呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線操作在3.6GHz並以X-Y-Z軸為正面視角的輻射場型圖。圖6呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線操作在3.6GHz並以X-Y-Z軸為反面視角的輻射場型圖。圖7呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之迴路天線操作在4.6GHz並以X-Y-Z軸為正面視角的輻射場型圖。圖8呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之迴路天線操作在4.6GHz並以X-Y-Z軸為反面視角的輻射場型圖。

在一實施例中，本發明雙頻天線1支援第一共振模態和第二共振模態，即第一共振模態對應於3.6GHz頻段(圖5和圖6)，並且第二共振模態對應於4.6GHz頻段(圖7和圖8)。亦即第一共振模態是單極天線產生約為3.6GHz的四分之一波長，藉此在3.6GHz共振出一模態，此外第二共振模態是迴路天線產生約為4.6GHz的二分之一波長，藉此在4.6GHz共振出一模態。其中共振模態對應的頻段，本發明不以此為限。而且為了使本發明雙頻天線1同時支援兩個共振模態，雙頻天線1的整體共振路徑的長度需要被設計，藉此透過共振路徑的長度決定，致使雙頻天線1的共振路徑可經配置而使得雙頻天線1可同時支援對應於單極天線的第一共振模態和對應於迴路天線的第二共振模態，當滿足共振條件從而改善天線的輻射增益，例如本發明可提供在3.6GHz和4.6GHz操作頻段的天線增益分別為0.3dBi和0.6dBi。

〔本發明的可能技術效果〕

本發明的可能技術效果在於使用金屬螺絲來做為單極天線並結合迴路天線形成天線寬頻的操作，而單極天線操作的頻率3.6GHz約為四分之一波長，迴路天線操作的頻率4.6GHz約為二分之一波長，結合這兩種頻寬，可涵蓋sub-6GHz通信系統使用的頻帶(3.3GHz~5GHz)。

可適用於體積越做越小的電子產品，可以在電子產品的有限空間內設計出寬頻的天線。使用金屬螺絲做為單極天線支路，並再結合一個迴路天線，使其操作頻寬可以達到很寬，在反射損失可為-10dB以下，可涵蓋3.12GHz~5.5GHz的操作頻帶。

可在電子產品有限的空間結合(現有)螺絲，可使天線尺寸變小(相對節省天線所使用的空間和天線製作成本)，且可設計出操作頻帶很寬的天線，可完全涵蓋sub-6GHz所需要的頻帶。而且天線增益在3.6GHz和4.6GHz分別為0.3dBi和0.6dBi，天線效率約為40%~50%，不具指向性，輻射場型在四面八方呈現較均勻，因此適用在電子產品時也比較不會有天線信號屏蔽的問題。

此外，使用包含FPC材質的迴路天線置放於電子產品例如手機的側邊上，以及金屬螺絲做為天線時，利用金屬螺絲做為單極天線，此金屬螺絲的長度和寬度可分別為8mm和4mm，使用銅箔膠帶來做為天線和金屬螺絲的接觸部分，當金屬螺絲固定於電子產品時(例如固定於機殼)，會和金屬銅箔形成接觸，此天線設計方式可減少天線所需要的金屬材料，使單極天線的操作頻率為四分之一波長操作在3.6GHz，而雙頻天線另外一段路徑的迴路天線則貼於電子產品的側邊上，使其操作頻率為二分之一波長操作在4.6GHz，並使兩個操作模態結合在一起，形成一寬頻的應用，其操作頻寬可含蓋3.3GHz~5.5GHz。

本發明也可依據不同電子產品需求，針對雙頻天線的二支天線進行搭配與設計，能夠有效的降低因產品空間不足所造成的設計限制。

最後需要說明的是，於前述說明中，儘管已將本發明技術的概念以多個示例性實施例具體地示出與闡述，然而在此項技術之領域中具有通常知識者將理解，在不背離由以下申請專利範圍所界定的本發明技術的概念之範圍的條件下，可對其作出形式及細節上的各種變化。

1:雙頻天線 11:饋入端 12:環形連接端 121:開孔 13:金屬螺絲 14:第一延伸路徑 15:第二延伸路徑 16:第三延伸路徑 17:接地部 100:天線訊號饋線 101:訊號饋入端 102:訊號接地端 200:電子裝置 201:電路基板 202:側面 203:側面

圖1呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線的結構示意圖。

圖2呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線結合於電子裝置上使用的結構示意圖。

圖3呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線的金屬螺絲與電子裝置的機殼呈現垂直式設計，以及迴路天線與電子裝置的機殼呈現水平式設計的結構示意圖。

圖4呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線操作於3.125~5.5135GHz頻段之反射係數(Reflection Coefficient)。

圖5呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線操作在3.6GHz並以X-Y-Z軸為正面視角的輻射場型圖。

圖6呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之單極天線操作在3.6GHz並以X-Y-Z軸為反面視角的輻射場型圖。

圖7呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之迴路天線操作在4.6GHz並以X-Y-Z軸為正面視角的輻射場型圖。

圖8呈現本發明一實施例所繪示雙頻天線之迴路天線操作在4.6GHz並以X-Y-Z軸為反面視角的輻射場型圖。

1:雙頻天線

11:饋入端

12:環形連接端

121:開孔

13:金屬螺絲

14:第一延伸路徑

15:第二延伸路徑

16:第三延伸路徑

17:接地部

Claims (10)

1. 一種雙頻天線，其包括： 一饋入端； 一環形連接端，該環形連接端具有一開孔，該環形連接端連接於該饋入端； 一金屬螺絲，該金屬螺絲的螺紋頭穿設於該開孔，使得該金屬螺絲與該環形連接端電性導通連接； 一第一延伸路徑，該第一延伸路徑連接於該饋入端； 一第二延伸路徑，該第二延伸路徑連接於該第一延伸路徑； 一第三延伸路徑，該第三延伸路徑連接於該第二延伸路徑；以及 一接地部，該接地部連接於該第三延伸路徑； 其中該饋入端、該環形連接端以及該金屬螺絲構成一單極天線，該饋入端、該第一延伸路徑、該第二延伸路徑、該第三延伸路徑以及該接地部構成一迴路天線。
2. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該金屬螺絲的長度選用為6mm~8mm，該金屬螺絲的寬度選用為4mm。
3. 如請求項2所述的雙頻天線，其中該金屬螺絲的長度選用為6mm。
4. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該迴路天線包括使用軟性印刷電路板形式的一基板。
5. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該單極天線的操作頻率約為四分之一波長的共振頻率，該迴路天線的操作頻率約為二分之一波長的共振頻率。
6. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該環形連接端為使用銅箔膠帶。
7. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該單極天線與該迴路天線兩者的電流路徑方向形成相互正交。
8. 一種使用如請求項1至7任一項所述的雙頻天線的電子裝置，其中該金屬螺絲是原有該電子裝置上用來固定用而所使用的螺絲。
9. 如請求項8所述的電子裝置，其中使用多組的該雙頻天線設置於該電子裝置的多個周圍處。
10. 如請求項8所述的電子裝置，其中該金屬螺絲是直接固定於該電子裝置上的一位置或是該金屬螺絲透過該電子裝置的一機殼固定於該電子裝置上的該位置。

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