TWI343672B - Antenna device and antenna system utilizing which - Google Patents

Description

1343672 _ 99年12月3日修正替換頁 ' 六、發明說明： -— 【發明所屬之技術領域】 ' - 本發明係有關於天線元件以及使用此天線元件的天 ~ 線系統，特別有關於可内藏於系統内的寬頻天線元件以及 使用此寬頻天線元件的寬頻天線系統。 【先前技術】 目月ϋ應用在無線寬頻路由器/集線器之橋接點天線， 最常見的形式為塑膠/橡膠套統外被之偶極天線，並主要放 置在裝置之一側邊，且天線外露在產品機殼上方。當使用 • 夕天線系統之通訊技術，特別是天線數量在兩個單位以 上，除天線易遭受外力破壞外，亦大幅佔據空間、影響視 覺效果。第1圖繪示了習知技術之寬頻路由器1〇〇的示意 圖。如第1圖所示，寬頻路由器100具有天線1〇1，1〇3以 及105 ’但天線101，103，105外露且尺寸龐大，且容易遭受 外力損毀。 & 為了解決這樣的問題，有相關業者開發出適合寬頻 (2.4〜5.8 GHz)操作之小型化橋接點天線。舉例來說，台产 專利第M253071號之專利揭露了一種“雙頻天線，，，& = 不一種雙頻偶極橋接點天線結構，該天線利用兩個輕射鋼 管’有別於習知技術中單頻偶極天線使用同軸傳輸線之^ 心導線，以達成2.4/5-GHZ雙頻操作。另外，台 第1227953號揭露了一種“超寬頻偶極天線，，，其揭厂、一 種超寬頻偶極橋接點天線結構，該天線包含兩個^屬= 與一幸昌射金屬線，主要藉由控制其中一金屬套筒相對於= 3/13 1343672 99年12月3曰修正替換頁 一金屬套筒與㈣金屬線的位置，在 產生多個良好匹配模態’獲得天線寬頻操作。然而上述的 天線都需-額外套筒錢於天❸卜圍，提高天線 的製造成本與複雜度。另外，這類型天線無法内藏在一般· 的無線寬頻路由器/集線器裝置内’即天線需外露在基殼外-部’大幅降低產品外觀的美感度。 因此，需要一種新穎的發明解決相關問題。 【發明内容】 ^發明的目的之-為提出—種天線元件，其利用導電 片折疊或組合而成’可降低天線元件的尺寸，並簡化製作 本發明的目的之-為提出—種天線系統，其具有多個 可内藏的天線元件，且天線元件呈現特定之排列方式，以 使天線糸統具有較好的通訊效能。 本發明之一實施例揭露了一種天線元件，包含：一第 -導電片；-第二導電片’電性連接至一特定電壓位準； -第三導電片’連接該第—導電片以及該第二導電片；一 饋入點，位於該第一導電片。 本發明之另-實施例揭露了 一種天線系統，其包含一 承載座以及複數個天線元件。承載座電性連接至二特定電 壓位準。天線元㈣置於承載座，包含：—第—導電片， ^有至$折處，—第二導電片，電性連接至該承載 主，-第三導電片，連接該第一導電片以及該第二導電 片；一饋人點’位於該第-導電片，用以接收—訊號。 4/13 1343672 99年12月3日修正替換頁 藉由上述之結構’可降低天線之最低操作頻率，縮小 天線的尺寸，使得天線得以内藏於系統内。上述之天線元 件可以單一金屬平板沖壓或切割製作的方式形成，可降低 製作天線元件之成本。 【實施方式】 第2圖緣示根據本發明之第一實施例的天線元件 200(亦可稱為幅射元件）之透視圖。如第2圖所示，根據本 發明之第一實施例的天線元件2〇〇包含一第一金屬片 201、苐一金屬片203以及一第三金屬片205以及一饋 入點207。第一金屬片2〇丨具有一彎折處2〇9。第二金屬 片203電性連接至一地電位（即一電壓位準）。第三金屬片 205短路第一金屬片2〇1以及第二金屬片2〇3。饋入點2〇7 位於第一金屬片201。第3圖繪示了根據本發明之第一實 施例的天線元件200之展開圖，請交互參著第2圖以及第 3圖以更為了解根據本發明之實施例的天線元件之結構。 々在此實施例中，彎折處2〇9係將第一金屬片2〇1區隔 成第一部份211和第二部份213，且第二金屬片2〇3實質 上與第一部份211平行且與第二部份2丨3實質上垂直。而 且第一金屬片201具有一第一側邊2】4以及一第二側邊 215’第-側邊214連接第三金屬片2〇5,而第二側邊215 朝向第二金屬片2G3但不與第二金屬片2Q3有電性連接， 饋入點207係位於第二側邊215上。而且，第一金屬片2〇ι 與第二金屬片203之間可具有一物質217,較佳的例子中， 物質217之介電常數係與空氣之介電常數相等。此外，第 5/13 1343672 99年12月3日修正替換頁 二金屬片205連接第—金屬片2〇1的一部份^以及第二金屬 片203的一部份’亦即第三金屬片205之長度L1會比第 一金屬片201的長度U以及第二金屬片2〇3的長度口來 得小。而且，第二金屬片2〇3與第三金屬片2〇5可由一單 一金屬平板沖壓或切割製作形成，可降低製作的成本。第 一側邊214以及第二側邊2丨5之距離（亦即天線元件的寬度 W與高度h之總和）係根據天線元件2〇〇的最低操作頻率 所決定。而且，第一金屬片2〇1的第一部份2n與第二金 屬片203之距離（亦即天線元件之高度h)大致決定天線元 件200在操作頻帶内之阻抗匹配（ίηιρ6(1_ 。 須注意的是，上述之說明僅用以舉例，並非用以限定 本發明。舉例來說，第4圖繪示了根據本發明之第二實施 例的天線元件之展開圖，且在第4圖中第一金屬片係 為- U形金屬片，而不是像第3圖所示般為一矩形。第'$ 圖繪示了根據本發明之第三實施例的天線元件之展開 圖，在第5圖中第-金屬片期係為一環狀金屬片。而且， 在上述第2圖至第5圖中，第一金屬片2〇1亦不限於具有 一彎折，其可具有多個彎折或不具擎折。而且，第三金屬 片2〇5與第一金屬片201和第二金屬片203㈣構關係亦 不限於第2圖和第3圖所示。舉例來說，其可如第3圖所 示般移至X之位置’而在第4圖和第5圖中亦可以有相同 的變化。而且’第一、第二以及第三金屬片當可利用其他 可導電之材質達成相同的效果。熟知此項技藝者當可根據 本發明之揭露内容任意更改天線元件之結構以達成相同 之功效，其亦應在本發明的範圍之内。 6/13 1343672 99年12月3日修正替換頁 第6圖繪示了根據本發明之實施例的天^線系統6〇0二 — 如第6圖所不，天線系統600包含一承載座6〇】以及多個 天線疋件603、605以及607 ’其中天線元件6〇3、605以 及607的結構係如第2圖至第5圖所示。在此實施例中， 乘載座601係為一圓形金屬片，其連接至一地電位（亦即一 特定電壓位準）。而且’天線元件603、605以及607係以 彼此間等距離之方式設置於承載座6〇〗上，且天線元件之 第二金屬片205係面對承載座601之幾何中心（在此例中為 圓心），這樣的配置可讓天線元件603、605以及607具有 較好的隔離度（port isolation)。而且天線元件之6〇3、605 以及607第二金屬片201係電性連接或耦合(c〇upnng)至承 載座601。須注意的是，根據本發明之實施例的天線系統 600之圖示及描述僅用以舉例，並非用以限定本發明。舉 例來5兒，天線元件不一定要搭配承載座使用，其亦可直接 放於電腦機殼等作為接地之用。而承載座6〇1不限定於圓 形金屬片，且天線元件的排列方式亦不限定於第6圖所示。

第7圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之反射 係數與隔離度量測結果’其中S1丨代表反射係數，S21代 表隔離度。頻帶1、頻帶2以及頻帶3分別代表了 WLAN 且/或 WiMΑΧ 的頻帶 2400 — 2690、3400 — 3800、以及 5150 —585〇 ΜΗΖ。由第7圖可看出，以—1〇dB定義的頻帶可 包含2400 — 5850MHz之所有頻帶，亦即可滿足wlaN且/ 或WiMAX所有的操作頻帶。而且，隔離係數S2丨在所有 操作頻帶下皆可維持在良好—20dB以下。

第8圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之3D 7/13 1343672 99年12 .月3日修正替換頁 幅射場型測量結果。由此圖可看出，根據本發日系---- 統之幅射場都相當接近’無訊號死角’具有全向性。其中 的ABC…NO分別代表不同的場強度’而第8圖亦簡示了 場強度的區域分配關係。 · 第9圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之天線-增益與幅射效率測量結果，其中X】表示天線增益，而χ2 表不幅射效率。由圖中可看出，天線增益χι在頻帶丨，2 3 中可分別達到2.4,2.5和3_6。而反射效率在WLAN且/或

WiMAX的頻帶中都可超過73〇/〇。 第7圖至第9圖描述的各項特性之意義以及量測方法 皆為熟知此項技藝者所知悉，故在此不再贅述。而藉由這 些圖示的描述，當可證明根據本發明之天線元件以及天線 系統具有突出之優點，當為新穎之發明。 藉由上述之結構，可降低天線之最低操作頻率，縮小 冰的尺寸使仔天線得以内藏於系統内。上述之天線元 =可以單一金屬平板沖壓或切割製作的方式形成，可降低 製作天線70件之成本。並具有良好的隔離度， 帶、以及龍的阻心配。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範^所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 【圖式簡單說明】 第1圖緣示了習知技術之寬頻路由器的示意圖。 弟2圖繪讀據本發明之第-實施㈣透視圖。 U43672 99年12月3日修正替換頁 第3圖繪不了根據本發明之第一實施例的天線元件之展開 圖。 第4圖繪示了根據本發明之第二實施例的天線元件之展開 圖。 第5圖緣示了根據本發明之第三實施例的天線元件之展開 圖。 第6圖繪示了根據本發明之實施例的天線系統。 第7圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之反射係數 與隔離度量測結果。 第8圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之3D幅射 場型測量結果。 第9圖繪示了根據本發明之實施例的天線元件之天線增益 與幅射效率測量結果。 【主要元件符號說明】 1Q〇 ·..寬頻路由器 101、103、1〇5 · ·.天線 200 . 201 · 203 · 205 · 207 · 209 · 211 · 213 · 天線元件 第一金屬片 第二金屬片 第三金屬片 饋入點 彎折處 第一部份 第二部份 9/13 -1343672 _ 99年12月3曰修正替換頁 214 ...第一側邊 215 ...第二側邊 21 7 · ·.物質 600 · · ·天線系統 601 ...承載座 603、605、607 . · ·天線元件 10/13

Claims (1)

1. 99年12月3日修正替換頁 七、申請專利範圍： 1、一種天線元件，包含： 一第一導電片； 矛一 第 電性連接至—料電壓位準 導電片’連接該第-導電片以及該第二導電 —饋入點，位於該第一導電片； 其中，該第一導電片且右—贷 ^ ^冲 /、有第一側邊以及一第二側 邊，邊弟一側邊與該第三導電片 ^f & 年电乃連接，泫第二側邊朝 p亥第二¥電片且不跟該第二導電片電性連接。 請專利範圍第1項所述之天線元件，其中該第-導電片具有至少一彎折處。 3、 =申請專利範㈣2項所述之天線元件，其中該彎折 處將該第-導電片分成一第一部份與一第二部份，以 一 4第一導電片實負上與該第一部份平行且盥該第 二部份實質上垂直。 ^ 4、 如申請專利範圍第i項所述之天線元件，其中該饋入 點位於該第二侧邊。 5、 如申請專利範圍第4項所述之天線元件，其中該第一 側邊與該第二側邊的距離係根據該天線元件的最低 操作頻率所決定。 6、 如申請專利範圍第1項所述之天線元件，其中該第三 導電片連接該第一導電片的一部份以及該第二導電 片的一部份。 7、 如申請專利範圍第1項所述之天線元件，其中該第二 1I/.I3 、 99年12月3曰修正替換頁 + ¾片與》亥第二導電片係由一單一金^平板沖壓或 切割製作形成。 't申請專利範圍第1項所述之天線元件，其中該第-¥電片與該第二導電片之間具有一物質，以及該物質 之"電常數貫質上與空氣之介電常數相等。 、^申請專利範圍第1項所述之天線元件，其中該第一 ‘電片為一矩形導電片、一環狀導電片或一u形導電·. 片0 - 、一種天線系統，包含： 承載座，電性連接至一特定電壓位準；以及 至少一天線元件，設置於該承載座，包含： 一第一導電片； —第二導電片，電性連接至該承載座； 一第三導電片，連接該第一導電片以及該第二導電 片；以及 —饋入點，位於該第一導電片； 其中，該第一導電片具有一第一侧邊以及一第二側 邊，該第一側邊與該第三導電片連接，該第二侧 邊朝向該第二導電片且不與該第二導電片電性 連接。 1、 如申請專利範圍第10項所述之天線系統，其中該 天線元件的該第三導電片面對該承載座的幾何中心。 2、 如申請專利範圍第Γ 〇項所述之天線系統，其中該 天線系統包含複數個天線元件，且該些天線元件以彼 此間等距離之方式設置於該承載座上。 12/13 1343672 99年12月3日修正替換頁 1 3 _如申清專利範圍第1 〇項所述之天線系統，莫'不-- 第一導電片具有至少一彎折處。 1 4 ^如申睛專利範圍第1 3項所述之天線系統，其中該 彎折處將該第一導電片分成一第一部份與一第二部 伤i以及該第二導電片實質上與該第一部份平行且與 5亥第二部份實質上垂直。 1 5如申請專利範圍第1 0項所述之天線系統，其中該 饋入點位於該第二侧邊。 1 6奸如申請專利範圍第1 5項所述之天線系統，其中該 側邊與該第二側邊的距離係根據該天線元件的 取低操作頻率所決定。 1 7第如t請專利範圍第1 〇項所述之天線系統，其中該 $電片連接該第一導電片的一部份以及該第二 導電片的一部份。 18第如申請專利範圍第1〇項所述之天線系統，其中該 導電片與該第三導電片係由一單一金屬平板沖 壓或切割製作形成。 —申明專利範圍第1 〇項所述之天線系統，其中該 物哲導電片與該第二導電片之間具有一物質，以及該 9 π、4 電常數實質上與空氣之介電常數相等。 第二：請專利範圍第1〇項所述之天線系統，其中該 道_ =電片為一矩形導電片、一環狀導電片或一ϋ形 八、圖式: 13/13 ^343672

   i 0 0 1343672 _ 99年12月3日修正替換頁 四、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第2圖 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 200 · · •天線元件 201 · · .第一金屬片 203 · · •第二金屬片 ζυ5 · · .第三金屬片 207 · · •饋入點 209 · · •彎折處 211 ·. •第一部份 213 ·. •第二部份 214 · · •第一側邊 215 .. •第二側邊 217 · · •物質 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式: 2/13