TW569492B - Multi-band antenna - Google Patents

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569492 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係關於一種天線裝置，特別是關於一種多頻天線 裝置。 發明背景 . 隨著無線通訊科技的不斷創新發展，手機的使用已成為 現代人不可或缺的通訊工具之一，而無線網路亦蓬勃發 展。作為無線網路裝置及手機之訊號接收與發射要件之天 線，目前已發展出各種不同種類及形式，但其最終目的不 外乎要涵蓋越廣的輻射電場，以達到最佳的收發效果。另 外，鑑於攜帶及置放空間的方便性，天線設計的趨勢是越 小越好。 ， ISM (Industrial，Scientific and Medical)頻道為一不需付 費申請的全球性公眾共用頻帶，其頻譜分佈範圍為 900MHz、2.4GHz 及 5GHz 〇 該 ISM頻道的 2_4GHz 之射 頻（Radio Frequency，RF )頻帶，因其頻帶較窄（2.4_ 2.8435GHz )’目前的使用已超出其負荷，而造成擁擠的現 象。 為求良好的通訊品質及較佳的穩定性，新制訂的無線網 路通訊協定 8 02.1 1 a 之 U-NII (47CFR15.401)另提出 5GHz 附近的頻帶以供使用，其中5 · 1 5 0 - 5 · 2 5 0 G Η z頻帶限於 5 0 M w以下的輻射功率使用，5 · 2 5 〇 _ 5 · 3 5 〇 〇 η ζ頻帶限於 250mW以下的輻射功率使用，5.725_5.825GHz頻帶限 於1 0 00mW以下的輻射功率使用。8〇2 Ua之ISM (47CFR15.247)通訊協定則規定於5·7 2 5 ·5·85〇(}Ηζ頻帶

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線 H:\Hu\tys\展联電通\81023 .doc -4- 569492 A7 B7 五、發明説明（2 ) 限於1 OOOmW以下的輻射功率使用。以上的無線電波波長 係位於5 1 · 3 0 - 5 8 · 2 5 m m的範圍内。另外，無線網路通訊 協定 802.11b/g ISM (47CFR15.247)規定 2.400-2.4835GHZ 頻帶限於1 0 0 0;nV以下的輻射功率使用，且其無線電波波 長係位於1 2 0.7- 1 2 5mm的範圍内。 由於目前廣泛使用的2.4GHz與上述5GHz不具有自然 二階倍頻諧振的關係，若一天線必須同時應用2 · 4 G Η z及 5GHz，其設計不像目前手機使用的9〇〇μΗζ及1800MHz 的雙頻天線那樣容易，而仍有相當的困難度及技術瓶頸有 待克服。 登i之簡要說明 1 . Ί 本發明之目的係提供一多頻天線裝置，特別是可應用於 典線網路裝置，其係利用最小之空間，且可使用於不同頻 帶，以達到多頻帶環境的應用。藉由本發明之多頻天線裝 置之應用，已存在的無線網路通訊裝置將不需變換接收及 發射之天線，即可使用於不同的頻帶，而可應用於不同的 無線網路裝置規範。 一第一金屬箔 本發明之多頻天線裝置包含一介電質片 及兩第二金屬箔。該第一金屬箔係附貼於該介電質片之一 平面’其包含一第一平板、一第二平板、兩第一長條及一 連接條，二平板包含一第_訊號饋入點。該兩第一長 條可電氣連接該第-訊號饋人點，其縱向為一第一方向， 且相對於1¾第二平板互相對稱。各第一長條與該第二平板 間隔-距離，且各第一長條的長度等於該多頻夭線裝置使 H:\Hu\tysW駿電通\81〇23 d〇c I紙張尺唐油甲《a现定埂里㈣ Δ a4B rv y 〇Qr；八签、 569492 A7 __ —_B7 五、發明説明 ^3 ) """"" " "" 用之第一頻率所對應之波長的四分之一。該連接條係連接 該第一平板及第二平板的相對側邊之中央，該第一平板、 連接條及第二平板所構成之結構的縱向為該第一方向，且 4第平板、第二平板及連接條之長度的總和等於該多頻 天線裝置使用之第二頻率所對應之波長的四分之一。該兩 第二金屬箔係附貼於該平面，其相對於該第一方向互相對 %，且與該第一金屬箔於一第二方向相隔一距離，該第二 方向係垂直於該第一方向。各第二金屬箔包含一第二長條 及一第三長條。該第二長條可電氣連接至一第二訊號饋入 點，其縱向為該第一方向，且其長度等於該多頻天線裝置 使用之第二頻率所對應之波長的四分之一。該第三長條可 電氣連接至一第二訊號饋入點，其縱向為該第一方向，且 其長度等於該多頻天線裝置使用之第一頻率所對應之波長 的四分之一。 上述第一頻率屬ISM 5GHz頻帶，第二頻率屬ISM 2 · 4 G Η z 頻帶。 本發明可達成之功效舉例來說，該多頻天線裝置可裝設 於一筆兒型電腦作為無線傳輸之收發裝置。假設原本一公 司的存取橋接器（access point )使用的頻帶為I s Μ 2.4GHz，而另一公司的存取橋接器使用的頻帶為ism 5 G Η z，本發明之多頻天線裝置即可銜接兩不同通訊協定 之要求，而進行兩公司間的無線網路資料的傳輸。 圖式之簡單說明 本發明將依照後附圖式加以說明，其中：

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H:\Hu\tys\展駿電通\81023 doc - 6 -

j〇9492 五、發明説明（ 圖1係本發明之多頻 八、、果裝置 < 側视圖； 圖2顯示本發明之多 俯視圖； ’’、天線裝置之第-及第二金屬落之 圖3係本發明之多頻 ’、、泉装置及其導線之組合示意圖； 圖4(a)及圖4(b)係本發 ^ Λ &月（多頻天線裝置於2 · 4 G Η ζ之 輻射電場場形圖； 圖5(a)及圖5(b)係本 ^ ^ 赞月之多頻天線裝置於2.5GHz之 輻射電場場形圖； 圖6 ( a )及圖6 (b )係本發明土客 、 臀月（多頻天線裝置於5.25GHz <輻射電場場形圖·，及 裝, 輻射電場場形圖。 -〜〜7頌大琛裝置於5.5GiHz之 元件符號說明 10 多頻天線裝置 12 第一金屬箔 h 14 第二金屬箔 16 介電質片 121 第一平板 122 第二平板 b 123 第一長條 124 第一連接片 125 連接條 141 第二長條 142 第三長條 -： 143 第二連接片 102 、104 固定孔 30 導線 較佳實施例說明 圖1係本發明之多頻天線裝置1 〇之側视圖，其係將一第 金屬箔1 2及兩個第二金屬箔1 4附貼於一介電質片i 6 H:\Hu\tysVS_駿電通\81023 doc 本紙張尺度適用中國理定捸mrriMs、U拥姝（0ΊΛΥ007八格、 569492 A7 —____B7 五、發明説明（5 ) 上’且孩第一金屬箔丨2及第二金屬箔丨4彼此間隔一距離。 茲介電質片16之厚度介於03_〇5mm，該第一金屬箔12 及第二金屬落14之厚度介於〇·〇25_〇〇3πιιη。 違第一金屬須i 2及第二金屬箔1 4的俯視圖如圖2所示❶ 忒第一金屬箔12包含一第一平板121、一第二平板122、 兩個第一長條123、兩個第一連接片124及一連接條125 ^ 該連接條125用於連接該第一平板121及第二平板122相鄰 之側邊。在此先將該第一平板121、連接條125及第二平 板1 2 2所構成結構的縱向設為一第一方向，以便於以下的 說明。該兩個第一長條123之縱向為該第一方向，分置於 ?亥第二平板丨2 2兩側，且其靠近第二金屬箔丨4之端部分別 利用茲第一連接片124而連接於該第二平板122之靠近第 二金屬箔14之端部兩側，而形成一對稱的結構。該第一長 條123、第一連接片124及第二平板122之間形成朝向該第 一平板1 2 1之開口。該開口的寬度，即該第一長條丨2 3及 第二平板122的距離小於2mm。 該第一金屬强12及第二金屬强14係保持一間隔距離，該 間隔距離小於2mm。該兩個第二金屬箔14於第一方向互相 對稱，各第二金屬络14包含一第二長條141、一第三長條 m及一第二連接片143。該第二長條U1及第三長條142 之縱向係為該第一方向，且其一端利用該第二連接片丄Μ 相連接忒第一長條丨4丨及該第三長條丨4 2之間隔小於 2 mm 〇

本發明之多頻天線之設計係利用半波長偶極（祕W ΗΛΗιΛ⑽展埏電通\81023.doc 〇 太故張哭詹诎用+团困玄後

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線 569492 A7 __ B7 五發明説明（6 )

Dipole )天線的原理，即將該第一金屬箔i 2及第二金屬箔 1 4之有效使用部分的長度製成使用頻率之相對應波長的四 分之一。首先將圖2中各元件之左右尺寸定義為長度，.上 下尺寸定義為$度，以便於以下之說明。由於該連接條 1 2 5於訊號傳輸時會產生一等效電感，因為該等效電感的 感抗（inductive reactance) 2讲（/為頻率，丄為電感值）會 隨著頻率增加而加大。假設該多頻天線裝置1 〇係設計應用 於I SM頻帶2 · 4GHz及5 GHz，當頻率為5 GHz時，該等效 電感的感抗因頻率的增加而增大，造成該第一平板121及 第二平板1 2 2間形成譜振開路（斷路）。因此該多頻天線 裝置10之該第一平板121等於備而不用，其天線接收與發 射輕射能量之部位出現於圖2中之A03、A04及B03、B04 位置，即實際僅使用該第一長條1 2 3及該第三長條1 4 2。 該連接條1 2 5的寬度相較於該第一平板1 2 1及第二平板1 2 2 的寬度不可太大，以避免造成過小的等效電感，而減低諧 振開路的效果。該連接條1 2 5之寬度以小於該第二平板 1 2 2的寬度的十分之一^為佳’本實施例以小於1 m m為宜。 當該多頻天線裝置1 0應用於I S Μ頻帶2.4 G Η z時，由於 頻率較低導致較低的感抗，此時該連接條1 2 5之位置將形 成諧振短路（通路），故此時其有效長度等於該第一平板 121、連接條125及第二平板122之長度相加（即第一金屬 箔1 2的總長度），其約等於該第二長條1 4 1的長度。此 時，天線接收與發射輻射能量之部位出現於圖2中之 Α01、Α02及Β01、Β02位置。至於該第一金屬箔12及該 H:\Hu\tys\展駿電通\81023.doc - 9 - 本紙張尺度適財8 S家料iCNS) A4規格(21DX 297公砮) ' 569492 A7 _B7_ 五、發明説明（7 ) " 第二長條1 4 1的實際長度可由下列公式（1)取得： 又=~^= · · ·⑴ 其中；I為波長； • C為光速，其約等於3Xl〇Hmm; /為頻率； &為介電質片1 6之介電係數。 若頻率/為2.4GHz，而該介電質片16之介電係數^為 1.69，將其代入（1)式，可得在2.4GHz頻率下之相對應波 長；I的四分之一為24mm，此即該第一平板121、連接條 1 2 5及第二平板1 2 2之總長及該第二長條1 4 1的長度。實際 上，由於該第一平板1 2 1、連接條1 2 5及第二平板1 2 2組成 之幾何形狀不同於該第二長條1 4 1，故其介電係數f之計 算會略有差異，可能造成兩者尺寸之些微差異。 若將頻率/以5.25GHz，而該介電質片16之介電係數& 為1.69代入（1)式，可得在5_25GHz頻率下相對應波長；1 之四分之一約為11mm，其即為該第一長條123及第三長 條142之長度。 該第二平板14包含一第一訊號饋入點A05，作為該第一 金屬箔1 2之訊號傳輸之用。另一第二訊號饋入點b 〇 5則介 於兩第二長條1 4 1之間，作為該第二金屬箔1 4之訊號傳輸 之用。 參照圖3，該多頻天線裝置1 〇可於該第一及第二訊號饋 11\1111如3\展驳電通\81023.doc - 10 - 太紙後於涪抽由® ®含掩播Λ >1对丛nr\nr八政、 ---------- 569492 A7 ___ —_Β7__, _ 五、發明説明（8 ) 入點A Ο 5、B Ο 5電氣連接一導線3 Ο，該兩個第二金屬箔1 4 中間所留的空隙即用於容納該導線3 〇。另外，該多頻天線 裝置10之第一平板121及第二平板丨22亦可分別包含兩固 疋孔102、104以作為固定之用。 該第一金屬箔12及第二金屬箔14可由銅、金或其它金屬 組成。該介電質片丨6的介電係數係介於1至4.5 5之間，其 可由玻璃纖維組成，例如F R - 4 0 圖4(a)、圖5(a)、圖6(a)及圖7(a)分別表示該多頻天 線裝置 10 於 2.4GHz、2.5GHz、5.25GHz 及 5.5GHz 之 輕射電場場形圖，其中該多頻天線裝置丨〇之方向係平放於 %面’其電場單位為dBi。 圖4(b)、圖5(b)、圖6(b)及圖7(b)分別表示該多頻天 線裝置 10 於 2.4GHz、2.5GHz、5.25GHz 及 5.5GHz 之 輻射電場場形圖，其中該多頻天線裝置丨〇之方向係垂直該 紙面，其電場單位為dBi。 由上述於不同頻率之場形圖可知，該多頻天線裝置1〇為 一全向場型（Omni)天線，且於各種不同的頻率下均具有 相當優良的電波輻射效果。 本發明之上述實施例係以簡單的矩形或長條形構件組 成，然實際上亦可製成其他形狀，例如將該第一長條、第 三長條製成波浪狀。只要天線長度符合使用頻率之相對應 H:\Hu\tys\展黢電通\81023 doc "11- 569492 A7 B7 五、發明説明（9 波長的四分之一，仍應為本發明所涵蓋。 因為本發明之多頻天線裝置10可應用於ISM 5GHz之頻 帶’猶如發明背景中所述，該ISM 5GHz實際上依其協定 又可細分為三個·頻帶，故本發明可符合多頻通訊的需求， 故稱為多頻天線裝置。 本發明之技術内容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範園所涵蓋。 12- H:\Hu\tys\展駿電通\81023 doc 木紙張尺唐谪用Φ因困変进δ]昶故的八卷、

Claims (1)

1. 569492 A8 B8 C8 D8

   、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1. 一種多頻天線裝置， 至V、具有頻率較高之第一頻率和頻 率較低之第二頻率，包含： " (a ) —介電質片；(b) $金屬泊，設於該介電質片之表面，包含： 一第一平板； 第一平板，包含一第一訊號饋入點； 兩個第一長條，其長度等於該第一頻率所對應 之波長的四分之_ ; 兩個第一連接片，用於連接該兩個第一長條和 該第二平板；及 一連接條’用於連接該第一平板及第二平板， 且該第一平板、連接條及第二平板之長度總和等 於該第二頻率所對應之波長的四分之一；以及 (c) 兩第一金屬箔，設於該介電質片之表面，且與該 第一金屬箔保持一間隔，該第二金屬箔包含·· 一第二長條，其長度等於該第二頻率所對應之 波長的四分之一； 一第三長條，其長度等於該第一頻率所對應之 波長的四分之一；及 一第二連接片，用於連接該第二長條和該第三 長條。 2 .如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第一連 接片用於連接該第二平板的一側邊及該第一長條的一端 部，使該第一長條、第一連接片及弟一平板之叉接處形 H:\Hu\tysV^_酸電通\81023 doc -13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事 1·!裝 項再填 寫本頁) 訂-· 六、申請專利範圍 成一朝向該第一平板之開口。 3 ·如申請專利範圍第i項之多頻天線裝置，其中該第二連 接片之一端電氣連接至一第二訊號饋入點。 4·如申請專利範圍第丨項之多頻天線裝置，其中該第一頻 率屬ISM 5GHz頻帶，該第二頻率屬ISM 2.4GHz頻 帶。 5 ·如申請專利範圍第丨項之多頻天線裝置，其中該第一頻 率及第二頻率所對應波長的四分之一係利用以下公式推 得： /*Vi 其中；L為波長； c為光速； /為頻率； 心為該介電質片之介電係數。 6 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該連接條 之寬度小於1 m m。 7 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該連接條 之寬度小於該第二平板寬度的十分之一。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第一長 條及該第二平板之間隔小於2 mm。 9 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第二長 條及該第三長條之間隔小於2 m m。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第一金 屬箔與第二金屬箔之距離小於2 m m。 H:\Hu\tys\展駿電通\81023 doc -14- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ^ 569492

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 1 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第一金 屬羯與第二金屬箔係由銅箔組成。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該第一金 屬$與第二金屬箔之厚度介於0.025-0.03mm。 1 3 ·如申請專利範圍第i項之多頻天線裝置，其中該介電質 片的厚度介於0.3-0.5mm。 1 4 .如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該介電質 片係由玻璃纖維組成。 1 5 ·如申請專利範圍第1項之多頻天線裝置，其中該介電質 片之介電係數係介於1至4 · 5 5之間。 16. —種多頻天線裝置，至少具有頻率較高之第一頻率和 頻率較低之第二頻率，包含： 一介電質片； 一第一金屬箔，設於該介電質片之表面，包含一第 一平板及兩個第一長條，其中該兩個第一長條之長度 等於該第一頻率所對應之波長的四分之一，該第一平 板至該兩個第一長條之端部之長度等於該第二頻率所 對應之波長的四分之一，且在第一頻率時該第一平板 和該兩個第一長條係處於電開路狀態，而在第二頻率 時該第一平板和該兩個第一長條係處於電連通狀態； 以及 一第二金屬箔，設於該介電質片之表面，且與該第 一金屬箔保持一間隔，該第二金屬强至少包含一第二 長條及一連接至該第二長條之第三長條，其中該二 -(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 I. H:\Hu\tys\展駿電通如 023 doc -15- 569492 8888 ABCD 六、申請專利範圍 長條之長度等於該第二頻率所對應之波長的四分之 一’該第三長條之長度等於該第一頻率所對應之波長 的四分之一。 1 7 ·如申請專利範圍第丨5項之多頻天線裝置，其中該介電 質片的厚度介於0.3-0.5mm。 1 8 ·如申請專利範圍第！ 5項之多頻天線裝置，其中該第一 頻率屬ISM 5GHz頻帶，該第二頻率屬ISM 2.4GHz 頻帶。 1 9 ·如申請專利範圍第丨5項之多頻天線裝置，其中該第一 平板係藉由一寬度小於1 m m之連接條連接至該兩個第 一長條，其中該連接條在該第一頻率時處於電開路狀 態。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _H:\Hu\tys\展骏電通\81023 doc _ 16 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）