TWI242912B - Dual-band antenna for a wireless local area network device - Google Patents

Description

1242912 (1) 玖、發明說明 相關申請案之前後參照 本申請案是根據並請求由Erkocevic在2003 曰所申請，標題爲“無線LAN之雙頻帶印刷電足 美國臨時專利申請案號6 0/4 6 8,4 60之優先權， 本申請案共同讓渡且據此將該案納入參考。本申 關於由威爾斯瑪（Wielsm a)在2002年4月19 ，標題爲“低損耗印刷電路板天線結構及其製造 國專利申請案號10/126,600，該案是與本發明共 據此將該案納入參考。 【發明所屬之技術領域】 通常本發明是導向多頻帶天線且更尤其是’ 無線局部區域網路（WLAN )裝置之雙頻帶天線。 【先前技術】 根據普通已知爲“ W丨—F丨”之電機電子工程協1 )8 0 2.1 1 b標準，最後幾年來最快速成長技術中： 是WLAN裝置。802.11b標準使用電5灶頻譜2. 2.5GHz間之頻率（“2GHz頻帶”）並允許使用者t 百萬位元/秒之速率傳輸資料。 然而，現在正流行互補性之WLAN標驾 8 0 2 . 1 1 a標準將8 0 2 · 1】b標準延伸至5.2 G H z和5 之頻率（“ 5 G Η z頻帶”）並允許以甚至更快速半（ 年5月7 I天線”之 該案是與 請案亦有 曰所申請 ί法”之美 同讓渡且 導向種 3 ( ΪΕΕΕ 已經 4 G Η 2 和 又高達1 J [。IEEE .8 GHZ 間 咼達5 4 (2) 1242912 百萬位元/秒）交換資料，但比8 02.1 lb之操作範圍更短 〇 在地平線上之I E E E 8 0 2 . 1 1 g爲 8 0 2 . 1 1 b之延伸。 8 02· 1 1 g仍使用2GHz頻帶，但藉由利用OFDM (正交分 頻多工）技術使8 02.1 lb速率加寬至54Mbps。 假設兩通彳了之WLAN標準含兩個別頻帶，2GHz頻帶 和 5 GHz頻帶，其遵守之理由爲可以兩種頻帶操作之 WLAN裝置應具更多商業訴求。事實上，通常之提議爲， WLAN裝置在有關當中他們能操作之通訊標準和頻帶應儘 可能地具彈性。 雙頻帶接收發器和天線給予 WLAN裝置預期之頻帶 靈敏性。雙頻帶接收發器已吸收更多注意力；然而，雙頻 帶接收發器非本討論之主題。硏發適當之雙頻帶天線常吸 引較少注意力。適用於WLAN裝置之.雙頻帶天線應克服 四項重大設計挑戰。 首先，雙頻帶天線應精巧。雖然 WLAN適於許多應 用，但是如膝上型和筆記型電腦，個人數位助理（PDA ) 及 WLAN式行動電話之可攜式站可善用無線通訊之彈性 。然而，這種可攜式站對尺寸及重量敏感。第二，雙頻帶 天線應可容許其所對應8 02.1 ]標準所需之頻寬。第三， 雙頻帶天線應儘可能有效率地達成其預期範圍。如先前所 述，WLAN裝置最常是可攜式，意爲他們常以電池供電。 保存電池電力爲可攜式裝置之普遍目標。最後，雙頻帶天 線應儘可能不昂貴地達成頭三個設計挑戰。 (3) 1242912 因此，這技術中所需要的爲符合以上所陳述挑戰之雙 模天線。更明確地說，這技術中所需要的爲適用於IEEE 8 0 2.] la和8 02. l]b WLAN裝置之一種雙模天線。 【發明內容】

爲致力於以上所討論先前技術之缺失，本發明提供一 種雙頻帶天線及其製造方法和一結合天線之無線網路卡。 在一實施例中，天線包含：（1 ) 一基體，（2 ) —由基體 所支撐並加以調諧，在第一頻帶中產生共振之反相F天線 印刷電路以及（3 ) —由基體所支撐’連接至反相F天線 印刷電路加以調諧，在第二頻帶中產生共振之單極天線印 刷電路。

本發明另一觀點提供一無線網路卡，包含：（])無 線網路電路，（2 ) —耦合至無線網路電路之雙頻帶接收 發器以及（3) —耦合至雙頻帶接收發器之雙頻帶天線並 包含：（3 a ) —基體，（3 b ) —由基體所支撐並加以調諧 ，在一第一頻帶中產生共振之反相F天線印刷電路及（3 c )一由基體所支撐，連接至反相F天線印刷電路並加以調 諧，在第二頻帶中產生共振之單極天線印刷電路。 本發明還另一觀點提供製造一雙頻帶天線之一種方法 ，包含：（1 )在一基體上形成一反相F天線印刷電路， 將反相F天線印刷電路加以調諧’在一第一頻帶中加以共 振以及（2 )在基體上形成一單極天線印刷電路’單極天 線是連接至反相F天線印刷電路並加以調諧’在一第二頻 -6 - (4) 1242912 帶中加以共振。 前面已略述本發明之較佳及另選特性，故那些嫻熟這 技術者可更佳了解隨後發明之詳細說明。此後將說明形成 本發明申請項目主題之本發明額外特性。爲實施本發明相 同目的那些嫻熟這技術者應認知他們能從容使用所發表之 觀念及特定實施例，作爲設計或修飾其它結構之基礎。那 些嫻熟技術者亦認知這種對等結構未偏離本發明之精神與 範圍。 【實施方式】 起初參考第1圖，圖解說明的是根據本發明原理所構 成之第一實施例雙頻帶天線之平面圖。 通常以10G表示之雙頻帶天線是由基體110所支撐。 基體1 1 0可爲任何適合材料。如成本較目標爲少則基體 I 1 0可由一低耗損材料組成（亦即，未重大衰減近鄰電磁 場之材料，包含那些由雙頻帶天線】〇 〇所產製者）。如成 本較目標爲高，則基體】1〇可從如FR_4 PCB之更習知之 較局損耗’或“闻損耗，，材料加以形成，該材料是由玻璃纖 維和壞氧基樹脂組成。然而，如威爾斯瑪之前之說明，使 ^ @種局損耗”材料藉吸收能量使天線範圍受損，該能量 反而是造就雙頻帶天線1 〇〇所產生之電磁場。威爾斯瑪傳 授爲f曰由在損耗基體中提供較低損耗區，甚至可以這種 ® ί貝耗”材料實質上加以保存天線範圍。在基體中，這些 ^低k區可就爲小孔可由陶瓷或普通稱爲鐵氟龍（ -7- (5) 1242912 丁efl on® )之聚四氟乙烯（PTFE )組成。本發明含使用具 或不具這種較低損耗區之低損耗或“高損耗，，材料。 第1圖中所說明之雙頻帶天線1 0 0實施例全長跨基體 ]]0之上和下（即“相對”）表面（不同平面）。常有之情 況爲作爲一無線網路卡使用之一基體下表面由一地平面 1 2 0所大量佔用。各種印刷電路之線跡（未示出）佔用基 體110之上表面（和內層，及不同平面，如使用這個的話 )。該線跡在構成無線網路電路（亦未示出）之各種組件 之間遞送電力及訊號。因本發明之雙頻帶天線i 〇 〇爲一印 刷電路天線，這線跡更定義構成雙頻帶天線丨〇 〇之印刷電 路。 雙頻帶天線1 0 0包含一反相F天線印刷電路1 3 0。反 相F天線通常具三部件··一發送器、一饋入線及一地平線 或地平面。地平面1 2 0作爲反相F天線印刷電路1 3 0之地 平面。 反相F天線印刷電路1 3 0說明爲除地平面1 2 0外，包 含一位在基體110之下表面上之發送器135。調諧發送器 135，在一第一頻帶中產生共振。在一另選（且更具電力 效率之）實施例中，發送器135位在基體110之上和下表 面。 在圖解實施例中，這第一頻帶是在約2.4GHz和約 2.5GHz之間（2GHz頻帶）。那些嫻熟技術者了解到反相 F天線可如何由印刷電路線跡所形成，可構成在一預期頻 帶中產生共振且進而可修飾本發明之反相F天線印刷電路 (6) 1242912 1 3 ◦，在任何合理之預期頻帶中產生共振。 一饋入線〗4 0是位在基體1 1 〇之上表面並以導電性相 互連結1 5 0 (例如，含導體之一穿孔）將發送器丨3 5耦合 至無線網路電路（第1圖中未示出）。地平線1 6 0從發送 器1 3 5延伸至地平面1 2 0。在圖解實施例中，饋入線1 4 〇 和地平線1 6 0之形式爲線跡。 那些嫻熟相關技術者了解到，緊鄰地平線或地平面之 線跡未如一天線般有效地加以發送。只當從地平線或地平 面分開線跡時，線跡才如一天線般加以發送。 雙頻帶天線1 〇 〇更包含一單極天線印刷電路1 7 0除（ “不含”）地平面1 2 0之表面區外單極天線印刷電路1 7 0位 在基體1 1 〇之上表面上，連接至饋入線1 4 0並加以調諧在 一第二頻帶中產生共振。在這圖解實施例中，這第二頻帶 是在約5 · 2 G Η Z和約5 · 8 G Η Z之間（5 G Η z頻帶）。那些嫻 熟於技術者了解到單極天線可如何由印刷電路線跡所形成 ，可構成在一預期頻帶中產生共振且進而可修飾本發明之 單極天線印刷電路1 7 〇，在任何合理之預期頻帶中產生共 振，該電路含一高於第一頻帶之頻帶。 那些嫻熟於技術者了解到應結合反相F和單極天線印 刷電路1 3 0，1 7 0，使得當他們在其各別頻帶中操作時各 呈現一預期阻抗。在這圖解實施例中，該阻抗約5 0歐姆 。然而，阻抗可變化，而不致偏離本發明之廣義範圍。而 且，一阻抗匹配電路（未示出）可與反相F及單極天線印 刷電路]3 0，1 7 0使用，互補其中之任何不匹配。 (7) 1242912 明顯地上述及圖解雙頻帶天線1 〇 〇爲精巧型。它位在 相同基體上，作爲其相關之無線網路電路（未示出）。天 線1 00爲一種有效率電力設計，就其範圍而論，它既未受 損亦未浪費電池資源。他們善用印刷電路，故天線1 〇 〇相 當不昂貴。因此，雙頻帶天線1 〇 〇之第一實施例符合以上 發明章節背景中所說明之四項設計挑戰中至少三項。然而 ，如天線1 00之頻寬能力在5GHz頻帶中不適當則依序參 考第2和3圖，說明進一步之實施例。 現在轉向第2圖，圖解者爲一根據本發明原理所構成 之第二實施例雙頻帶天線之平面圖。除單極天線印刷電路 1 7 0已被分成針對第二頻帶中之不同共振加以調諧之第一 和第二線跡1 7 1，1 7 2外，這第二實施例在許多方式上像 第1圖之第一實施例。第一和第二線跡1 7 1，1 7 2協力使 單極天線印刷電路1 7 0達成較高頻寬。如第2圖中明顯看 到反相F天線印刷電路1 3 0之發送器1 3 5表面區處於單極 天線印刷電路1 7 0之第一和第二線跡1 7 1，1 7 2表面區之 間。當然，發送器1 3 5之表面區處於單極天線印刷電路 1 7 0之第一和第二線跡1 7 1，I 7 2表面區之外。事實上， 第3圖中說明這實施例之一實例。 現在轉向第3圖，圖解者爲一根據本發明原理所構成 之第三實施例雙頻帶天線之平面圖。如上述，雙頻帶天線 1 00之這第三竇施例要求反相F天線印刷電路1 3 0之發送 器1 3 5表面區處於單極天線印刷電路1 7 0之第一和第二線 跡]7】，]72表面區之外。單極天線印刷電路1 70已被進 -10- (8) 1242912 而修飾導入一根線跡】7 3，第—和第二線跡]7 1，1 7 2從 根線跡]7 3加以延伸。根線跡]7 3作用在降低要形成單極 天線印刷電路1 7 0所需之導電材料量。 那些嫻熟相關技術者將見到第1，2和3圖之第一， 第二和第三實施例只不過是落在本發明廣義範圍內之許多 變動中之少許。可改變，例如，天線之體積、材料、形狀 、頻率、數量及子基體層之線跡和數量，而不致偏離本發 明。 現在轉向第4圖，圖解者爲一根據本發明原理所構成 之一實施例無線網路卡之方塊圖。 通常指定爲400之無線網路卡包含無線網路電路410 。無線網路電路4 1 0可爲任何習知或稍後開發之型式。 無線網路卡400更包含一雙頻帶接收發器420。雙頻 帶接收發器42 0是耦合至無線網路電路4 1 0且可在任何頻 帶組合中操作。然而，第4圖中所說明實施例中之特定雙 頻帶接收發器 420 是依 IEEE 8 02.1 1 a、 802.1 1 b 和 8 02.1 lg標準（所謂的“ 8 02.1 la/b/g”）加以操作。 無線網路卡400更包含一第一雙頻帶天線100a及一 選項第二雙頻帶天線l〇〇b。爲天線之多樣化起見，一選 項開關43 0將其中一雙頻帶天線（例如，第一雙頻帶天線 100a)連接至雙頻帶接收發器420。開關430亦將未選定 之雙頻帶天線（例如，第二雙頻帶天線]〇〇b )連接至地 面（例如，第1，2或3圖之地平面12 0 )，降低選定和 未選定雙頻帶天線間之R F耦I合。在授予E r k 〇 c e v i c之藉 -11 - 1242912 Ο) 參考加以納入之美國專利案號5,42 0,5 9 9中可發現有關使 未選定天線接地之進一步資訊。 分別根據第1，2或3圖之第一，第二或第三實施例 ，或落在本發明廣泛範圍內之任何其它架構可建構第一雙 頻帶天線1 0 0 a和選項第二雙頻帶天線1 〇 〇 b。 現在轉向第5圖，圖解者爲一根據本發明原理所構成 之含多雙頻帶天線之一實例無線網路卡電路板之平面圖。

通常指定爲5 00之電路板包含由一“高損耗，，材料組成 並具一地平面1 2 0之基體1 1 〇。各種印刷電路線徑5丨〇在 構成無線網路電路（未示出，但會是安置在電路板5 0 0上 )之各種組件當中遞送電力和訊號。較低之損耗區（圖解 實施例中之小孔）是位在接近雙頻帶天線1 0 〇之電路板 5 00中。一較低損耗區以52〇爲例。以上說明較低損耗區 之功能。

電路板5 0 0包含彼此相互在適當位置之兩雙頻帶天線 1 0 0 a，1 0 0 b使天線達最適宜之多樣化。電路板5 0 0亦支 撐一將所選定其中一雙頻帶天線（例如，l〇〇a )連接至無 線網路電路之開關（未示出，但會是安置在電路板5 0 0上 )。如前述，這開關可亦將未選定雙頻帶天線（例如， 10 0b )連接至地平面120，降低選定及未選定雙頻帶天線 間之R F f禹合。 第一雙頻帶天線1 0 0 a包含一加以調諧在第一頻帶中 產生共振之第一反相F天線印刷電路]3 0 a，一單極天線 印刷電路1 7 0 a以及一將第一反相F和單極天線印刷電路 -12- (10)1242912 1 3 0 a，] 7 0 a 線 1 4 0 a。 第二雙 諧在第一頻 130b， 一單 單極天線印 示出）之第 天線l〇〇a ， 緣由，未予 現在轉 之一實施例 通常指 預期製造一 基體上形成 天線印刷電 )中產生共 單極天線印 路並加以調 共振。單極 第一和第二 二線徑從該 一和第二線 可或可不處 然後， 耦合至無線網路電路（未示出）之第一饋入 頻帶天線100b包含一爲多樣化起見，加以調 帶中產生共振之第二反相F天線印刷電路 極天線印刷電路i 7〇b以及一將第二反相f和 刷電路130b，170b耦合至無線網路電路（未 一饋入線1 4 0 b。雖有表示第一和第二雙頻帶 1 0 0 b之導電性相互連結及地平線，但爲簡化 參考。 向第6圖，圖解者爲一根據本發明原理所實施 雙頻帶天線製造方法之流程圖。 定爲600之方法以啓動步驟610開始，其中， 種雙頻帶天線。方法6 0 0進行至當中在一適當 一反相F天線印刷電路之步驟6 2 0。將反相F 路加以調諧在一第一頻帶（例如，2 G Η z頻帶 振。接著’在一步驟630中，在基體上形成一 刷電路。將單極天線連接至反相F天線印刷電 諧，在第二頻帶（例如，5GHz頻帶）中產生 天線印刷電路可包含針對不同共振加以調諧之 線徑且可進而包含一根線徑，其中，第一和第 根線徑加以延伸。如單極天線印刷電路包含第 徑之表面區，則反相F天線印刷電路之表面區 在他們之間。 在步驟64 0中，在基體上形成一饋入線並將它 -13- (11) 1242912 連接至反相F和單極天線印刷電路。要將饋入線連接至反 相F和單極天線印刷電路可需要一或更多之導電性相互連 結。接者’在步驟6 5 0中’在基體上形成一地平面。將地 平面耦合至並從反相F天線印刷電路和單極天線印刷電路 加以分開。方法6 0 0·在一結束步驟6 6 0中結束。 應了解的是，因地平面和印刷電路，線徑和根線徑皆 爲印刷電路導體，故可使他們同時形成。向來一次形成一 層導電性材料。因此，在形成具上下層之電路板中，將可 能在一特定層上同時形成所有印刷電路導體，使得在兩形 成步驟中實施方法600。 雖然已詳細說明本發明，那些嫻熟技術者應了解到他 們在此可作各種變更，替換和更改而以其最廣泛形式，不 致偏離本發明之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 爲更加完全了解本發明，現在參考配合隨圖之以下說 明，其中 第1圖說明根據本發明原理所構成之第一實施例雙頻 帶天線之平面圖； 第2圖說明根據本發明原理所構成之第二實施例雙頻 帶天線之平面圖； 第3圖說明根據本發明原理所構成之第三實施例雙頻 帶天線之平面圖， 第4圖說明根據本發明原理所構成之一實施例無線網 • 14 - (12) 1242912 路卡之方塊圖； 第5圖說明一無線網路卡之一實施例電路板之平面圖 ，該無線網路卡包含根據本發明原理所構成之多雙頻帶天 線；以及 第6圖說明根據本發明原理所實施之一雙頻帶天線一 實施例製法之流程圖。 主要元件對照表 1〇〇 :雙頻帶天線 1 10 :基體 1 2 0 :地平面 1 3 0 :反相F天線印刷電路 135 :發送器 140 :饋入線 1 5 0 :相互連結 160 :地平線 1 7 0 :單極天線印刷電路 1 7 1 :線跡 172 :線跡 1 7 3 :根線跡 4〇〇 :無線網路卡 4 1 〇 :無線網路電路 420 :雙頻帶接收發器 4 3 0 :開關 -15- (13)1242912 5 Ο Ο :電路板 5 1 Ο :印刷電路線徑 5 2 Ο :較低損耗區

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Claims (1)

12429 胁 2 (1) 拾、申請專利範圍

墳請委員明示，本案修11棺是否1:艾原賃質内容 第931Π120號專利申請案 中文申請專利範圍無劃線替換本 民國94年5月10日修正 1 · 一種雙頻帶天線，包含： 一基體； 一反相F天線印刷電路，該電路由該基體所支撐，且 加以調諧以在一第一頻帶中產生共振；以及 一單極天線印刷電路，該電路由該基體所支撐，連接 至該反相F天線印刷電路，且加以調諧以在一第二頻帶中 產生共振。 2 ·如申請專利範圍第1項之天線，其中饋入線位在與 該反相F天線印刷電路之發送器之該基體的不同平面上’ 且將該單極天線印刷電路耦合至該饋入線。 3 .如申請專利範圍第1項之天線，其中饋入線位在該 基體的一表面上，該天線更包含一導電性相互連結’該相 互連結將該饋入線耦合至位在該基體的相對表面上之該反 相F天線印刷電路之發送器。 4.如申請專利範圍第1項之天線，其中將該反相F天 線印刷電路之地平面耦合至該反相F天線印刷電路之發送 器及該單極天線印刷電路而與其分開。 5 .如申請專利範圍第1項之天線，其中該反相F天線 印刷電路之地平面是位在與該單極天線印刷電路不同的平 1242912 (2) ' 一一一一— 糾年5月ί〇日修(更)正替換頁 Π^Ι 卜-〇 -- ...-......... '___» 丨_ 6 ·如申請專利範圍第1項之天線，其中該單極天線印 刷電路包含一根線跡’第一及第二線跡是從該根線跡加以 延伸，調諧該第一及第二線跡以在該第二頻帶中產生共振 〇 7 ·如申請專利範圍第1項之天線，其中該基體由一較 高損耗材料組成，且具有多數較低損耗區，該較低損耗區 位在該反相F天線印刷電路之發送器及該單極天線印刷電 路附近。 8 · —種無線網路卡，包含： 無線網路電路； 一雙頻帶接收發器，該接收發器耦合至該無線網路電 路；以及 一雙頻帶天線，該天線耦合至該雙頻帶接收發器並包 含： 一基體， 一反相F天線印刷電路，該電路由該基體所支撐，且 加以調諧以在一第一頻帶中產生共振；以及 一單極天線印刷電路，該電路由該基體所支撐，連接 至該反相F天線印刷電路，且加以調諧以在一第二頻帶中 產生共振。 9.如申請專利範圍第8項之無線網路卡，更包含一開 關，該開關將該第一雙頻帶天線及該第二雙頻帶天線的其 中之一選擇性地連接至該雙頻帶接收發器，且將該第一雙 1242912 月ί〇日修(更)正替換頁 —~~丨丨丨丨 丨丨丨丨1 . —〜| 雙頻帶天線的另一個連接至地面。 (3) 頻帶天線及該第 1 0 . —種雙頻帶天線之製造方法，包含： 在一基體上形成一反相F天線印刷電路，將該反相F 天線印刷電路加以調諧以在一第一頻帶中產生共振；以及 在該基體上形成一單極天線印刷電路，將該單極天線 連接至該反相F天線印刷電路，且加以調諧以在一第二頻 帶中產生共振。

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