TWI381579B

TWI381579B - 偶極天線

Info

Publication number: TWI381579B
Application number: TW098100862A
Authority: TW
Inventors: Chang Jung Lee; Jian Jhih Du
Original assignee: Arcadyan Technology Corp
Priority date: 2009-01-10
Filing date: 2009-01-10
Publication date: 2013-01-01
Also published as: US20100177002A1; TW201027838A

Description

偶極天線

本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種D型偶極天線。

在科技發展日新月異的現今時代中，多種尺寸輕巧之天線被開發出來，以應用在各種尺寸日益輕巧的手持式電子裝置(例如是行動電話或是筆記型電腦)或無線傳輸裝置(例如AP)中。舉例來說，結構輕巧、傳輸效能良好且可輕易地被設置在手持式電子裝置內壁之偶極天線已應用在多種手持式電子裝置的無線傳輸或無線通訊裝置中。

然而，習知的偶極天線因其設計樣式的關係，不容易改變其振盪頻率，其頻寬也不易增加。而且，習知的偶極天線的體積不易減小、低頻特性不佳，且其應用性受限。

本發明提出一種D型偶極天線，其具有寬頻帶及全向性之特點。此外，由於饋入點及接地點的配置位置，使得天線具有頻寬增加、體積減小、低頻特性佳以及高應用性之特性。

根據本發明提出一種D型偶極天線，包括：基板、輻射部與接地部。輻射部設置於基板上。輻射部具有頂邊、斜邊，輻射部的斜邊與頂邊相接，斜邊使得輻射部之外框為似D形，以增加天線的操作頻寬。輻射部內部形成至少第一槽孔。輻射部包括饋入點，用以傳輸與饋入訊號，饋入點設置於輻射部的頂邊。接地部與輻射部共面設置於基板上。接地部具有一頂邊。接地部的頂邊與輻射部的頂邊間有一間隙，彼此相對設置。接地部內部形成至少第二槽孔，第二槽孔具有一斜邊，第二槽孔的斜邊不與接地部的頂邊或底邊相鄰，斜邊使得第二槽孔之形狀為似D形，第一槽孔與第二槽孔的設置可以增加天線的操作頻寬及調整天線的阻抗匹配。接地部包括接地點，用以提供天線接地，接地點設置於接地部的頂邊，且接地點相鄰於饋入點，由於饋入點及接地點的配置具有彈性，可以依天線操作頻寬的需求設置在輻射部的頂邊及相對應之接地部的頂邊上，可以有效增加天線的操作頻寬。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，較佳者，輻射部的斜邊或第二槽孔的斜邊可以是直線、弧形或不規則形等，使得輻射部或第二槽孔的形狀為D形或類似於D形。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，第一槽孔的形狀可以是矩形、多邊形、弧形、D形等。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，較佳者，第一槽孔的形狀與輻射部相同，並與輻射部的外框彼此等距離設置於輻射部內部。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，較佳者，饋入點設置在輻射部頂邊的位置係最遠離於輻射部的斜邊。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，其中輻射部更包括一底邊，頂邊與底邊係相對設置，並由斜邊的兩端分別連接頂邊與底邊，藉由改變輻射部的頂邊與底邊間的距離可以調整天線的操作頻率。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，較佳者，輻射部的頂邊與底邊係相對平行設置。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，其中接地部更具有一底邊，頂邊與底邊係相對設置，藉由改變輻射部的頂邊與底邊間的距離可以調整天線的操作頻率。

根據本發明提出的一種D型偶極天線，較佳者，接地部的頂邊與底邊係相對平行設置。

本發明實施例係提出一種D形偶極(dipole)天線，包括基板、輻射部與接地部。D形偶極天線的內部槽孔使得天線具有寬頻帶及全向性之特點。饋入點及接地點不需設置於輻射部與接地部之頂邊的中央位置，使得天線具有頻寬增加、體積減小、低頻特性佳以及高應用性。下文係以幾個實施例配合圖示來詳細說明。

第一實施例

請參照第1圖，其繪示本發明第一實施例之天線結構圖。此天線1可應用於無線通訊裝置，其支援：電機暨電子工程師學會(The Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)所制定之通訊協定之802.11b/g，其通訊頻帶係2.4GHz至2.5GHz、全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX)，其通訊頻帶係2.3GHz至2.7GHz、數位增強無線電話通信系統(Digital Enhanced Cordless Telecommunications，DECT)，其通訊頻帶係1.8GHz至1.9GHz、通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)，其通訊頻帶係1.92GHz至2.17GHz。亦即，本發明第一實施例之天線1為寬頻天線，其可操作於1.8GHz~2.7GHz。

天線1包括基板3、輻射部5與接地部7。基板3之材質可採用可撓式軟性基板、印刷電路板、高介電係數之電路板等。輻射部5設置於基板3之表面。輻射部5之外框係包括第一邊E1、底邊S1、頂邊S2及斜邊D1，其中頂邊S2與底邊S1係相對設置，較佳地，輻射部5的頂邊S2與底邊S1係相對平行設置。輻射部5之外框的頂邊S2與底邊S1與斜邊D1相接。輻射部5包括第一槽孔51與饋入點53，饋入點53設置於輻射部5之頂邊S2。

輻射部5之斜邊D1之兩端分別連接頂邊S2與底邊S1，藉由改變輻射部5的頂邊S2與底邊S1間之距離L1，可調整天線的操作頻率。斜邊D1可以是直線、弧形或不規則形狀等，斜邊D1使得輻射部之外框之形狀係D型或似D型，且亦可係具弧形之似D型形狀、具不規則邊之似D型形狀等。

第一槽孔51可為D型、似D型、矩形、弧形、梯形、四邊形、多邊形、及大於四邊形之任意形狀。此外，雖然在第1圖中，輻射部5具有單一槽孔51，然，在本發明其他實施例中，輻射部5可具有複數個槽孔，用以增加頻帶寬度。

在第1圖中，饋入點53之位置位於輻射部5之頂邊S2，然，饋入點53之位置並不受限於此。比如，在本發明其他實施例中，饋入點53之設置範圍實質上於底邊S1之長度L2之1/3長度內，較佳地，饋入點53設置在輻射部5頂邊S2的位置係最遠離於輻射部5的斜邊D1。

接地部7設置於基板3之表面，例如是，接地部7與輻射部5皆設置於相同平面上。接地部7之外框包括第二邊E2、底邊S3以及頂邊S4。接地部7之外框的頂邊S4與底邊S3係相對設置，較佳地，接地部7之外框的頂邊S4與底邊S3係相對平行設置。藉由改變接地部7之外框的頂邊S4與底邊S3間之距離L3可以調整天線的操作頻率。

接地部7之外框之頂邊S4與輻射部5之頂邊S2之間形成間隙，且接地部7之頂邊S4與輻射部5之頂邊S2彼此相對設置。

接地部7包括第二槽孔71與接地點73，第二槽孔71具有一斜邊D2，第二槽孔71之斜邊D2不與接地部7之外框的頂邊S4或底邊S3相鄰。較佳地，接地部7之第二槽孔71之斜邊D2可以是直線、弧形或不規則形等。第二槽孔71之斜邊D2使得第二槽孔之形狀係D型或似D型，且亦可係具弧形之似D型形狀、具不規則邊之似D型形狀等。然，第一槽孔51與第二槽孔71之設置可以增加天線的操作頻寬以及調整天線的阻抗匹配。此外，輻射部5與接地部7之外形可相同或不同。

接地部7之第二槽孔71可為D型形狀、弧形、矩形、梯形、四邊形及大於四邊形之任意形狀。此外，雖然在第1圖中，接地部7具有單一槽孔71，然，在本發明其他實施例中，接地部7可具有複數個槽孔，用以增加頻帶寬度。

接地點73之位置如第1圖所示，接地點73設置於接地部7之外框的頂邊S4，且相鄰於輻射部5之饋入點53，然，接地點73與饋入點53之位置並不受限於此，饋入點53與接地點73可依據天線操作頻寬之需求，饋入點53設置於輻射部5之外框的頂邊S2，接地點73設置於接地部7之外框的頂邊S4，使得天線1可有效的增加操作頻寬。較佳地，饋入點53設置在輻射部5之頂邊S2的位置，係最遠離於輻射部5之斜邊D1。

在本發明其他實施例中，接地點73之位置設置範圍係小於或等於輻射部5之底邊S1之長度L2之1/3長度內。

輻射部5之外框的底邊S1與其頂邊S2間之距離L1實質上係相等於接地部7之底邊S3與頂邊S4之距離L3，且，比如，L1≒L3≒0.1λ~0.3λ，其中λ代表波長。

輻射部5之外框之底邊S1與其內框之底邊S5相隔間距W1，其中W1≒0.05λ~0.1λ。較佳地，第一槽孔51與輻射部5之外框彼此等距離設置於輻射部5內部，亦即，請參考第1圖，W2=W3=W4=W1，其中，W2~W4分別代表輻射部5與第一槽孔51間的相隔間距。第一槽孔51之形狀與輻射部5之外框之形狀實質上係相同。

接地部7之外框之頂邊S4與其內框之頂邊S6相隔間距W5，其中W5≒0.05λ~0.2λ。

輻射部5之底邊S1之長度L3介於0.2λ~0.5λ之間。

輻射部5之底邊S1與頂邊S2之距離L1決定天線1之振盪頻率，經由適當設計輻射部5之底邊S1與頂邊S2之距離L1，可使天線能支援無線傳輸產品之所需頻率。此外，在輻射部5中，調整輻射部5之斜邊D1之水平角度A1，可微調天線頻寬或增加頻寬。

由於饋入點53設置於天線1之輻射部5的頂邊S2的位置係最遠離於斜邊D1，而非設置於輻射部5之頂邊S2之中心處。藉此，可提升天線之頻寬、提高低頻效能表現、降低天線體積以及提高天線之應用性。

請參照第2圖，其繪示乃本發明第一實施例之天線之駐波比圖(Standing Wave Ratio，SWR)。根據駐波比等於二之頻寬參考線T1，本發明第一實施例之天線之第一段通訊頻帶介於1.61GHz至2.17GHz之間；第二段通訊頻帶介於2.22GHz至3.23GHz以及第三段通訊頻帶介於3.52GHz至4.09GHz。故而，本發明第一實施例之天線具有寬頻的效果。

第一段頻帶包含DECT以及UMTS所定義之通訊頻帶，第二段頻帶包含通訊協定802.11b/g以及WiMAX所定義之通訊頻帶。在頻率等於1.61GHz、3.23GHz、3.52GHz、4.09GHz及2.17GHz之實際SWR數值(在第二圖分別以測量點1~5表示)分別係1.9265、1.9338、2.0016、1.9740及1.9304。本發明第一實施例之天線具有寬頻之功效，可有效地支援通訊協定802.11b/g、UMTS、DECT及WiMAX。

請參照第3A~3J圖，其繪示為本發明第一實施例之天線之增益垂直極化場型圖。其中第3A~3E圖分別係天線操作於1.8GHz、1.88GHz、1.9GHz、1.92GHz、2.17GHz之垂直極化場型圖，而第3F~3J圖分別係天線操作於2.3GHz、2.45GHz、2.5GHz、2.6GHz及2.7GHz之垂直極化場型圖，天線1在垂直極化上皆具有全向性(omni-directional)天線之特點，垂直極化之最大增益與平均增益整理於下表所示。

請參照第4A~4J圖，其繪示為本發明第一實施例之天線之增益水平極化場型圖。其中第5A~5E圖係天線操作於1.8GHz、1.88GHz、1.9GHz、1.92GHz、2.17GHz之水平極化場型圖，而第5F~5J圖係天線操作於2.3GHz、2.45GHz、2.5GHz、2.6GHz及2.7GHz之水平極化場型圖。天線1之水平極化之最大增益與平均增益整理於下表所示。

請參照第5圖，其繪示為第二實施例之天線結構圖。相較於本發明第一實施例，在第二實施例中，天線1A之第一槽孔51A係弧形狀。此外，第二實施例之輻射部5A與接地部7A相同或相似於第一實施例之輻射部5與接地部7。饋入點53A與接地點73A之設置範圍基本上相同或相似於第一實施例之饋入點53與接地點73。第二槽孔71A基本上相同或相似於第一實施例之第二槽孔71。

請參照第6圖，其繪示為第三實施例之天線結構圖。相較於本發明第一實施例，在第三實施例中，天線1B之第一槽孔51B係五邊形。此外，第三實施例之輻射部5B與接地部7B相同或相似於第一實施例之輻射部5與接地部7。饋入點53B與接地點73B之設置範圍基本上相同或相似於第一實施例之饋入點53與接地點73。第二槽孔71B基本上相同或相似於第一實施例之第二槽孔71。

在本發明上述實施例中，雖僅以輻射部之第一槽孔係D型形狀及接地部之第二槽孔係D型形狀為例說明，然，第一槽孔及第二槽孔之形狀並不侷限於D型或似D型，而其比如可為矩形、弧形、四邊形或以上之多邊形。又，輻射部及接地部之外框形狀可為長方形、正方形、弧形、矩形、D形等形狀。輻射部之斜邊形狀結構並不受限於直線，其可為弧形、不規則形等，如此將使得輻射部之外框形狀為D形或類似於D形。此外，接地部之外框形狀也可為D形或類似於D形。請參照第7A圖，其繪示為第四實施例之天線結構圖，天線1C之輻射部5C和接地部7C為有不規則邊緣的似D形。第7B及7C圖繪示為第五與第六實施例之天線結構圖，天線1D及1E之輻射部5D及5E和接地部7D及7E為有弧形的似D形。第7D及7E圖繪示為第七與第八實施例之天線結構圖，天線1F及1G之輻射部5F及5G和接地部7F及7G為有複數個洞的似D形，用以增加天線的頻寬。

本發明上述實施例所揭露之天線具有寬頻、低頻效能佳、減小裝置大小及應用性佳之特點，又，由輻射場型圖得知，本發明上述實施例所揭露之天線具有全向性之特點，更能有效的應用於無線傳輸產品上。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、1A、1B‧‧‧天線

3‧‧‧基板

5、5A、5B‧‧‧輻射部

51、51A、51B‧‧‧第一槽孔

53、53A、53B‧‧‧饋入點

7、7A、7B‧‧‧接地部

71、71A、71B‧‧‧第二槽孔

73、73A、73B‧‧‧接地點

L1、L3‧‧‧距離

L2‧‧‧長度

W1、W2‧‧‧間距

S1、S3、S5‧‧‧底邊

S2、S4、S6‧‧‧頂邊

A1‧‧‧傾角

D1、D2‧‧‧斜邊

E1、E2‧‧‧邊

第1圖繪示本發明第一實施例之天線結構圖。

第2圖繪示乃本發明第一實施例之線之駐波比圖。

第3A~3J圖繪示乃本發明第一實施例之天線之增益垂直極化場型圖。

第4A~4J圖繪示乃本發明第二實施例之天線之增益水平極化場型圖。

第5圖繪示乃本發明第二實施例之天線結構圖。

第6圖繪示乃本發明第三實施例之天線結構圖。

第7A~7E圖繪示乃本發明第四至第八實施例之天線結構圖。

1．．．天線

3．．．基板

5．．．輻射部

51．．．第一槽孔

53．．．饋入點

7．．．接地部

71．．．第二槽孔

73．．．接地點

L1、L3．．．距離

L2．．．長度

S1、S3、S5．．．底邊

S2、S4、S6．．．頂邊

W1~W5．．．間距

A1．．．傾角

D1、D2．．．斜邊

E1、E2．．．邊

Claims

一種天線，包括；一基板；一輻射部，設置於該基板上，該輻射部具有一頂邊與一斜邊，該斜邊與該頂邊相接，使得該輻射部之一外框為一似D形，該輻射部內部形成至少一第一槽孔，一饋入點設置於該輻射部的該頂邊，用以傳輸與饋入訊號；以及一接地部，與該輻射部共面設置於該基板上，該接地部具有一頂邊，該接地部的該頂邊與該輻射部的該頂邊相對設置，該接地部內部形成至少一第二槽孔，該第二槽孔具有一斜邊，該斜邊使得第二槽孔之形狀為一似D形，一接地點設置於該接地部的該頂邊，用以提供該天線接地，且該接地端相鄰於該饋入端。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該輻射部之外框係為D型、具弧形之似D型形狀以及具不規則邊之似D型形狀。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該輻射部之該第一槽孔係為D型、似D型、弧形、梯形、四邊形及大於四邊形之任意形狀。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該第一槽孔的形狀與輻射部的該外框的形狀相同，該第一槽孔並與該輻射部的該外框彼此等距離設置於該輻射部內部。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該接地部之該第二槽孔係為D型、似D型、弧形、梯形、四邊形及大於四邊形之任意形狀。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該輻射部更具有一底邊，該接地部之該接地點設置範圍係小於或等於該輻射部之該底邊之一長度之1/3。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該輻射部與該接地部分別具有複數個槽孔，用以增加頻帶寬度。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該第二槽孔的該斜邊具有一水平角度，用以微調或增加天線頻寬。
如申請專利範圍第1項所述之天線，其中該饋入點設置在該輻射部的該頂邊的位置係最遠離於該輻射部的該斜邊。