TWI227576B - Dual-band inverted-F antenna with a shorted parasitic element - Google Patents

Description

1227576 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種雙頻倒F形天線（Dual-band inverted-F antenna)，特別是應用在無線通訊產品上的 雙頻倒F形天線。 【先前技術】 隨著無線通訊的發展，無線區域網路（w i r e 1 e s s 1 o c a 1 a r e a n e t w o r k)的應用越來越廣泛，因此天線的性 能便成為影響產品價值的重要關鍵之一。目前習用於無線 通訊產品的雙頻倒F形天線（如第1圖）大都只能操作於部 分雙頻（如第2圖；滿足2. 4及5· 2 GHz頻帶或滿足2. 4及 5 · 8 G Η z頻帶），無法完全涵蓋目前無線區域網路所需之 2.4 GHz( 2.4-2.484 GHz)、及 5 GHz頻帶〔包含 5.2 GHz 頻帶（5·15-5·35 GHz)及 5·8 GHz頻帶（5.72 5U75 GHz)〕；台灣專利公告第563, 2 74號”雙頻天線”，其揭示 一種利用筆記型電腦液晶螢幕内建的接地面，在該接地面 上設計倒F形天線的例子，不過該天線雖適用於2 . 4 GHz、 5 GHz (包含5_ 2、5· 8 GHz)雙頻帶操作之無線區域網路 系統’但高頻頻寬僅勉強包含5· 2、5.8 GHz之頻帶，使得 天線量產時，其製作上之可允許誤差低。為解決此一問題 ，我們提出一種具有寄生短路金屬臂之雙頻倒？形天線的 創新設計，不僅可產生一低頻操作頻帶涵蓋無線區域網 2· 4 GHz頻帶，更可在高頻操作頻帶產生—額外之丘振^ 態，進而達到約2 GHz之操作頻寬，輕易地涵蓋無線區^

1227576 五、發明說明⑵ _____ 網路5 GH2 (包人 — 大幅提升量漆S 5 · 2及5 · 8 GΗ z頻帶）之頻帶操作需求， 屋日^本發明天線製作上的可容許誤差。 【發明内容】 如上所述，太 金屬臂之雙頻倒天之目的在於提供一種具有寄生短路 操作頻帶涵罢备。大綠的創新設計，不僅可產生一低頻 作頻帶產生Γ ^線區域網路2.4 GHz頻帶，更可在高頻操 頻寬，軔总外之共振模態，進而達到約2 GHZ之操作 ‘帶)易之地A蓋Λ線區域網路5 GHZ(包含5·2及U ，其形狀大乍升需求。 面具有一繁一 ”、矩形，而在該接地面之一邊緣，該接地 稱W射；屬Τ卜十短路點與一接地點；-不對 射金屬臂包含· 一^位於該接地面之一邊緣上方，該Τ形輻 之兮、真έ ^ 弟一輻射金屬臂，大致平行於該接地面 =达緣，一第二輻射金屬臂，大致平行於該接地面之該 ^柘且朝與忒第—輻射金屬臂之相反方向延伸，同時該第 射金屬臂之長度短於該第一輻射金屬臂之長度；及一 —輪，金屬臂，大致垂直於該接地面之該邊緣，並藉由 ^該第一輕射金屬臂與該第二輻射金屬臂形成該τ形輻 屬，屬臂’且该第三輻射金屬臂包含一饋入點；一短路金 #臂:其形狀大致為一倒[形，位於該τ形輻射金屬臂之該 =輻射金屬臂與該接地面之間，一端連接至該τ形輻射 二屬臂之該，二輻射金屬臂之該饋入點，另一端連接至該 地面之該第一短路點，用以將該Τ形輻射金屬臂電氣連

1227576 五、發明說明（3) 接至該接地面；一寄生短路金屬臂，其形狀大致為一倒L 形，位於該T形輻射金屬臂之該第二輻射金屬臂與該接地 面之間，且該寄生短路金屬臂具有一起始端及一末端，該 起始端大致垂直連接至該接地面之該第二短路點且大致平 行於該T形輻射金屬臂之該第三輻射金屬臂，而該寄生短 路金屬臂之該末端大致平行於該T形輻射金屬臂之該第二 輻射金屬臂且朝與該T形輻射金屬臂之該第一輻射金屬臂 之相反方向延伸；及一饋入同軸傳輸線，用以傳輸訊號， 包含：一中心導線，連接至該不對稱T形輻射金屬臂之該 第三輻射金屬臂之該饋入點；及一外層接地導體，連接至 該接地面之該接地點。 在本項設計中，我們可以藉由調整該第一輻射金屬臂 之長度，得到適當的第一共振模態，而該第一共振模態形 成該天線之較低操作頻帶，且該第一輻射金屬臂之長度， 與該第三輻射金屬臂之長度之和，接近該天線之該第一共 振模態中心頻率之1 / 4波長；以及藉由調整該第二輻射金 屬臂之長度，得到適當的第二共振模態，而該第二輻射金 屬臂之長度，與該第三輻射金屬臂之長度之和，接近該天 線之該第二共振模態中心頻率之1 / 4波長；並藉由調整該 短路金屬臂之長度與該第一短路點之位置，得到良好的匹 配；另外藉由調整該寄生短路金屬臂之長度，同時調整該 接地面之該第二短路點與該接地面之該接地點之距離（一 般小於5 mm)，得到適當的第三共振模態，而該寄生短路 金屬臂之長度，接近該天線之該第三共振模態中心頻率之

第12頁 1227576 五、發明說明（4) 1 /4波長；因此，本發明天線於5 GHz之操作頻帶下，藉由 結合前述所產生一額外之共振模態（第三共振模態）與第 二共振模態，形成該天線之較高操作頻帶，可以產生一頻 寬達到約2 GHz之操作頻寬，使得一般倒F形天線較難於5 GHz頻帶得到較寬的操作頻寬的問題獲得改善，進而輕易 地涵蓋無線區域網路5 GHz (包含5. 2及5. 8 GHz頻帶）之 頻帶操作需求。 【實施方式】 參考第3圖，本發明之具有寄生短路金屬臂雙頻倒F形 天線一實施例3包括··一接地面或筆記型電腦液晶螢幕 (LCD)之支撐金屬背板33，其形狀大致為一矩形，而在該 接地面之一邊緣3 3 4，該接地面具有一第一短路點3 3 1、一 第二短路點3 3 2與一接地點3 3 3 ; —不對稱T形輻射金屬臂 3 4，位於該接地面之一邊緣3 3 4上方，該T形輻射金屬臂3 4 包含：一第一輻射金屬臂3 4 1，大致平行於該接地面之該 邊緣3 3 4 ; —第二輻射金屬臂3 4 2，大致平行於該接地面之 該邊緣3 3 4且朝與該第一輻射金屬臂3 4 1之相反方向延伸， 同時該第二輻射金屬臂3 4 2之長度短於該第一輻射金屬臂 3 4 1之長度；及一第三輻射金屬臂3 4 3，大致垂直於該接地 面之該邊緣3 3 4，並藉由連接該第一輻射金屬臂3 4 1與該第 二輻射金屬臂3 4 2形成該T形輻射金屬臂3 4，且該第三輻射 金屬臂3 4 3包含一饋入點3 4 4 ; —短路金屬臂3 5，其形狀大

第13頁 1227576 五、發明說明（5) 致為一倒L形，位於該T形輻射金屬臂3 4之該第一輻射金屬 臂3 4 1與該接地面3 3之間，一端連接至該τ形輻射金屬臂3 4 之該第三輻射金屬臂343之該饋入點344，另一端連接至該 接地面3 3之該第一短路點3 3 1，用以將該τ形輻射金屬臂3 4 電氣連接至該接地面33; —寄生短路金屬臂36，其形狀大 致為一倒L形，位於該T形輻射金屬臂34之該第二輻射金屬 臂3 4 2與該接地面3 3之間，且該寄生短路金屬臂3 6具有一 起始端361及一末端362，該起始端361大致垂直連接至該 接地面33之該第二短路點3 32且大致平行於該τ形輻射金屬 臂3 4之該第三輻射金屬臂3 4 3，而該寄生短路金屬臂3 6之 該末端3 6 2大致平行於該Τ形輻射金屬臂3 4之該第二輻射金 屬臂3 4 2且朝與該Τ形輻射金屬臂3 4之該第一輻射金屬臂 3 4 1之相反方向延伸；及一饋入同轴傳輸線3 7，用以傳輸 吼號，包含·一中心導線3 7 1，連接至該不對稱了形輻射金 屬臂3 4之該第三輻射金屬臂3 4 3之該饋入點3 4 4 ;及一外層 接地導體3 7 2 ’連接至该接地面3 3之該接地點3 3 3。在本實 施例3中，該接地面33、該τ形輻射金屬臂以、該短路金屬 臂35與該寄生短路金屬臂36,是在單一金屬片上沖壓 (stamping)或切割（cutting)赞柞而忐。 .第f是本發明天線-ί二返回損失實驗量測結 果，在Λ轭例3中，為杈擬筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支 擇” ，我們選擇該接地面33其長度約為260顏 、覓度，力為2 0 0龍；該Τ形輻射金屬臂之該第一輻射全屬 臂341其長度約為27 mm、官庳黾,.分个 細对至屬 見度為1 mm，該τ形輻射金屬臂

1227576 ;、發明說明（6) 寬 度 該 損 之該第二輻射金屬臂342其長度約為；1〇 ϋ _ 一 ;該了形輕射金屬臂之該第三輕射金屬臂=^，為i _ 麗、寬度為！襲，·；該短路金屬臂35其長度約為3 度為1 mm ;該寄生短路金屬臂36其長度^為1’、、 _二 =1 mm，而該接地面之該第二短路點332愈节:而見 f地點333之距離為15 mm。由所得實驗結果接=之 失小於1 0 dB的定義下，其第一共振模態 =回 帶41足以涵蓋2.4 GHz( 2.4-2.484 GHz)無呆作頻 :捃：藉由結合前述所產生一額外之共振模態4“(、罔第路-頻 ，、振模態）與第二共振模態421，形成該天缘 =二 頻帶42,其具有一約2GHz之操作頻寬，可=車=操作 心 5.15 —5·35、5.725_5.8 75 GHz)之“=涵蓋 5 帶。 “、、、尿^域網路頻 第5圖為本發明天線一實施例3在χ —z平面（ 及x〜y平面（水平面；假設地面平行於χ 〇直面） ΜΗζ的天線輻射場型量測結果；第6圖為 t 2442 例3在X-z平面（垂直面）及X-y平面（巧水本\明天:線-實施 ^於X —y平面）☆ 55〇〇 MHz的天線輕射場型量面 特性，且在x-y平面（水平面）產生^\現入垂^極化（Εθ) 場型，滿足無線區域網路系統之操作需求、、、。王π性輻射之 第7圖為本發明天線一實施例於4 GHz)之增益實驗量測結果。由量測結果=頻帶（2· 4 頻帶（2· 4〜2.484 GHz)之天線増益口Ύ較低操作 、巧二· & ，滿足

1227576 五、發明說明（7) 無線區域網路系統之操作需求 第8圖為本發明天線一實施例於較高操作頻 、2及5· 8 GHz)之增益實驗量測結果。由量測結 匕' 較高操作頻帶（5· 15〜5· 8 7 5 GHz)之天線增益約為4·σ^ 5 · 6 1 ’滿足無線區域網路系統之操作需求。 · 第9圖為本發明天線之其他實施例結構圖。本實施例7 包括·一接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)< F = 背板7 3，其形狀大致為一矩形，而在該接地面之一邊緣蜀 734’該接地面具有一第一短路點？31、一第二短路點732 與一接地點733; —不對稱τ形輻射金屬臂74，位於該接地 面之一邊緣734上方，該Τ形輻射金屬臂74包含：一第一輻 射金屬臂7 4 1，大致平行於該接地面之該邊緣7 3 4 ; 一第二 韓射金屬臂742，大致平行於該接地面之該邊緣734且朝與 該第一幸δ射金屬臂7 4 1之相反方向延伸，同時該第二輻射 金屬臂742之長度短於該第一輻射金屬臂741之長度；及一 第三輪射金屬臂743，大致垂直於該接地面之該邊緣734， 並藉由連接該第一輻射金屬臂741與該第二輻射金屬臂742 形成該Τ形輻射金屬臂7 4，且該第三輻射金屬臂7 4 3包含一 饋入點7 4 4 ; —短路金屬臂7 5，其形狀大致為一倒L形，位 於該Τ形輻射金屬臂74之該第一輻射金屬臂74 1與該接地面 7 3之間’ _端連接至該τ形輻射金屬臂7 4之該第三輻射金 屬臂743之該饋入點744，另一端連接至該接地面73之該第 一短路點73 1，用以將該Τ形輻射金屬臂74電氣連接至該接 地面7 3 ;—寄生短路金屬臂7 6，其形狀大致為一倒L形，

第16頁 1227576 五、發明說明（8) 位於該T形輻射金屬臂74之該第二輻射金屬臂742與該接地 面7 3之間，且該寄生短路金屬臂7 6具有一起始端7 6 1及一 末端762，該起始端761大致垂直連接至該接地面73之該第 二短路點7 3 2且大致平行於該T形輻射金屬臂7 4之該第三幸畐 射金屬臂7 4 3，而該寄生短路金屬臂7 6之該末端7 6 2大致平 行於該T形輻射金屬臂7 4之該第二輻射金屬臂7 4 2且朝與該 T形輻射金屬臂74之該第一輻射金屬臂74 1之相反方向延伸 •’及一饋入同軸傳輸線7 7，用以傳輸訊號，包含：一中心 導線771，連接至該不對稱τ形輻射金屬臂74之該第三輻射 金屬臂7 4 3之該饋入點744;及一外層接地導體772，連接 至$亥接地面7 3之该接地點7 3 3。在本實施例7中，該接地面 73、該T形輻射金屬臂74、該短路金屬臂75與該寄生短路 金屬臂76，由印刷或蝕刻技術形成於一微波基板78上。 第1 〇圖為本發明天線之其他實施例結構圖。本實施例 8包括：一接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支撐金屬 背板8 3 ’其形狀大致為一矩形，而在該接地面之一邊緣 8 3 4，違接地面具有一第一短路點8 3 1、一第二短路點8 3 2 與，接地點8 3 3 ; —不對稱T形輻射金屬臂8 4，位於該接地 面之〆邊緣8 3 4上方，該不對稱τ形輻射金屬臂8 4包含：一 第〆輕射金屬臂8 4 1，大致平行於該接地面之該邊緣8 3 4 ; 一第〆輻射金屬臂8 4 2，大致平行於該接地面之該邊緣8 3 4 且朝與該第一輻射金屬臂841之相反方向延伸，同時該第 二輻射，屬臂8 4 2之長度短於該第一輻射金屬臂8 4 1之長度 ;及/第二輻射金屬臂8 4 3，大致垂直於該接地面之該邊

第17頁 1227576 五、發明說明（9) 緣8 3 4，並藉由連接該第一輻射金屬臂8 4 1與該第二輻射金 屬臂8 4 2形成該不對稱T形輻射金屬臂8 4，且該第三輻射金 屬臂843包含一饋入點844; —短路金屬臂85，其形狀大致 為一倒L形，位於該不對稱τ形輻射金屬臂8 4之該第一輻射 金屬臂841與該接地面83之間，一端連接至該不對稱Τ形輻 射金屬臂84之該第三輻射金屬臂843之該饋入點844，另一 端連接至該接地面8 3之該第一短路點8 3 1，用以將該不對 稱Τ形輻射金屬臂8 4電氣連接至該接地面8 3 ; —寄生短路 金屬臂8 6，其形狀大致為一倒l形，位於該不對稱Τ形輻射 金屬臂8 4之該第二輻射金屬臂8 4 2與該接地面8 3之間，且 該寄生短路金屬臂8 6具有一起始端861及一末端862，該起 始端8 6 1大致垂直連接至該接地面8 3之該第二短路點8 3 2且 大致平行於該不對稱Τ形輻射金屬臂8 4之該第三輻射金屬 臂843’而该寄生短路金屬臂8 6之該末端8 6 2大致平行於該 不對稱Τ形輻射金屬臂8 4之該第二輻射金屬臂8 4 2且朝與該 不對稱Τ形輻射金屬臂8 4之該第一輻射金屬臂8 4 1之相反方 向延伸；及一饋入同軸傳輸線8 7，用以傳輸訊號，包含： 一中心導線87 1，連接至該不對稱τ形輻射金屬臂84之該第 三輻射金屬臂8 4 3之該饋入點8 4 4 ;及一外層接地導體8 7 2 ，連接至該接地面8 3之該接地點8 3 3。在本實施例8中，該 不對稱Τ形輪射金屬臂之該第一輻射金屬臂8 4 1與該第二輻 射金屬臂842連接至該第三輻射金屬臂843上的位置不同。 以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及其 功效’而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不

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1227576 圖式簡單說明 第1圖為傳統倒F形天線一實施例結構圖。 第2圖為傳統倒F形天線一實施例之返回損失實驗量測結果 〇 第3圖為本發明天線一實施例結構圖。 第4圖為本發明天線一實施例之返回損失實驗量測結果。 第5圖為本發明天線一實施例之輻射場型於頻率2 442 MHz 之量測結果。 第6圖為本發明天線一實施例之輻射場型於頻率5 5 0 0 MHz 之量測結果。 第7圖為本發明天線一實施例之增益實驗量測結果（較低操 作頻帶）。 第8圖為本發明天線一實施例之增益實驗量測結果（較高操 作頻帶）。 第9圖為本發明天線之其他實施例結構圖。 第1 0圖為本發明天線之其他實施例結構圖。 元件符號說明： 1 :傳統倒F形天線一實施例 1 3 :接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支撐金屬背板 131 : 短路點 132 : 接地點 133 : 接地面之一邊緣 1 4 :不對稱T形輻射金屬臂

1227576 圖式簡單說明 1 4 1 :第一輻射金屬臂 142 :第二輻射金屬臂 143 :第三輻射金屬臂 1 4 4 :饋入點 1 5 :短路金屬臂 1 6 :饋入同轴傳輸線 1 6 1 :饋入同軸傳輸線之中心導線 1 6 2 :饋入同轴傳輸線之外層接地導體

2 1 :較低操作頻帶 2 2 :較高操作頻帶 3 :本發明天線一實施例 33 :接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支撐金屬背板 331 ： 第一短路點 3 32 : 第二短路點 3 3 3 : 接地點 334 ： 接地面之一邊緣

3 4 ·不對稱T形輕射金屬臂 341 :第一輻射金屬臂 342:第二輻射金屬臂 343:第三輻射金屬臂 3 4 4 ··饋入點 3 5 :短路金屬臂

第21頁 1227576 圖式簡單說明 36:寄生短路金屬臂 3 6 1 ··寄生短路金屬臂之起始端 362:寄生短路金屬臂之末端 3 7 :饋入同軸傳輸線 3 7 1 :饋入同轴傳輸線之中心導線 3 7 2 :饋入同軸傳輸線之外層接地導體

4 1 :第一共振模態或較低操作頻帶 4 2 :較高操作頻帶 4 2 1 :第二共振模態 422:第三共振模態 7 :本發明天線之其他實施例 73 :接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支撐金屬背板 731 ： 第一短路點 7 3 2 : 第二短路點 73 3 ： 接地點 7 34 ： 接地面之一邊緣

74:不對稱T形輻射金屬臂 741 :第一輻射金屬臂 742:第二輻射金屬臂 743:第三輻射金屬臂 7 4 4 :饋入點 7 5 :短路金屬臂

1227576 圖式簡單說明 76:寄生短路金屬臂 761:寄生短路金屬臂之起始端 762:寄生短路金屬臂之末端 7 7 :饋入同轴傳輸線 7 7 1 :饋入同軸傳輸線之中心導線 7 7 2 :饋入同軸傳輸線之外層接地導體 7 8 :微波基板 8 :本發明天線之其他實施例 83 :接地面或筆記型電腦液晶螢幕（LCD)之支撐金屬背板 8 3 1 :第一短路點 8 3 2 :第二短路點 8 3 3 :接地點 834:接地面之一邊緣 8 4 :不對稱T形輻射金屬臂 841 :第一輻射金屬臂 842 :第二輻射金屬臂 843 :第三輻射金屬臂 844 :饋入點 8 5 ·· 短路金屬臂 86 ： 寄生短路金屬臂 861 :寄生短路金屬臂之起始端 862 :寄生短路金屬臂之末端 8 7 :饋入同轴傳輸線

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Claims (1)

1227576 六、申請專利範圍 1. 一種雙頻倒F形天線，具有一較低操作頻帶及一較高操 作頻帶，包含： 一接地面，包含一第一短路點、一第二短路點與一接地 點； 一不對稱T形輻射金屬臂，位於該接地面之一邊緣上方 ，用於產生該天線之一第一共振模態及一第二共振模 態，該第一共振模態形成該天線之該較低操作頻帶， 該T形輻射金屬臂並包含： 一第一輻射金屬臂，大致平行於該接地面之該邊緣； 一第二輻射金屬臂，大致平行於該接地面之該邊緣且 朝與該第一輻射金屬臂之相反方向延伸，同時該第 二輻射金屬臂之長度短於該第一輻射金屬臂之長度 ;及 一第三輻射金屬臂，大致垂直於該接地面之該邊緣， 並藉由連接該第一輻射金屬臂與該第二輻射金屬臂 形成該T开）輻射金屬臂，且該第三輻射金屬臂包含 一饋入點； 一短路金屬臂，其形狀大致為一倒L形，位於該T形輻射 金屬臂之該第一輻射金屬臂與該接地面之間，一端連 接至該T形輻射金屬臂之該第三輻射金屬臂之該饋入 點，另一端連接至該接地面之該第一短路點，用以將 該T形輻射金屬臂電氣連接至該接地面； 一寄生短路金屬臂，其形狀大致為一倒L形，位於該T形 輻射金屬臂之該第二輻射金屬臂與該接地面之間，且

第25頁 1227576 六、申請專利範圍 該寄生短路金屬臂具有一起始端及一末端，該起始端 大致垂直連接至該接地面之該第二短路點且大致平行 於該T形輻射金屬臂之該第三輻射金屬臂，而該寄生 短路金屬臂之該末端大致平行於該T形輻射金屬臂之 該第二輻射金屬臂且朝與該τ形輻射金屬臂之該第一 輻射金屬臂之相反方向延伸，而該寄生短路金屬臂用 於產生該天線之一第三共振模態，該第三共振模態與 該第二共振模態形成該天線之該較高操作頻帶；及 一饋入同軸傳輸線，用以傳輸訊號，包含： 一中心導線，連接至該不對稱T形輻射金屬臂之該第 三輻射金屬臂之該饋入點；及 一外層接地導體，連接至該接地面之該接地點。 2. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該T形輻射金 屬臂之該第一輻射金屬臂之長度，與該T形輻射金屬臂 之該第三輻射金屬臂之長度之和，接近該天線之該第一 共振模態中心頻率之1 /4波長。 3. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該T形輻射金 屬臂之該第二輻射金屬臂之長度，與該T形輻射金屬臂 之該第三輻射金屬臂之長度之和，接近該天線之該第二 共振模態中心頻率之1 /4波長。 4. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該寄生短路金 屬臂之長度，接近該天線之該第三共振模態中心頻率之 1 / 4波長。 5 .如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該接地面之該

1227576 六、申請專利範圍 第二短路點與該接地面之該接地點之距離小於5mm。 6. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該接地面、該 T形輻射金屬臂、該短路金屬臂與該寄生短路金屬臂由 一單一金屬片沖壓或切割製作而成。 7. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該T形輻射金 屬臂、該短路金屬臂與該寄生短路金屬臂由印刷或蝕刻 技術形成於一微波基板上。 8. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該T形輻射金 屬臂之該第一輻射金屬臂與該第二輻射金屬臂連接至該 第三輻射金屬臂上的位置相同。 9. 如申請專利範圍第1項之倒F形天線，其中該T形輻射金 屬臂之該第一輻射金屬臂與該第二輻射金屬臂連接至該 第三輻射金屬臂上的位置不同。

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