TWI390796B - 立體雙頻天線裝置 - Google Patents

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TWI390796B
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Chih Yung Huang
Wen Szu Tao
Guo Chang Luo
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    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

立體雙頻天線裝置
本案係指一種立體天線，尤指一種雙頻立體天線。
在科技發展日新月異的現今時代中，手持式電子裝置(例如行動電話或是筆記型電腦)或無線傳輸裝置(例如AP)的尺寸日益輕巧，因應產品尺寸微小化的需求，多種尺寸輕巧之天線被開發出來。依產品的種類和需求選用適當的天線除了有助於提昇傳輸效能外，亦可進一步降低產品成本。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平面倒F形天線(Planar Inverse－F Antenna，PIFA)係已存在，並被廣泛地應用在多種手持式電子裝置或無線通訊裝置的無線傳輸中。其傳輸方式是將接地訊號與欲經由PIFA傳輸之訊號分別經由同軸纜線(Coaxial Cable)之外圍導體層與內層來進行傳輸。在傳統技術中，多半將同軸纜線之外圍導體層與內層導體層分別焊接於PIFA之訊號接地點與訊號饋入點，以將欲傳輸之訊號經由PIFA輸出。
然平面的天線所能提供的頻寬和頻段較為受限，職是之故，發明人鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究並一本鍥而不捨之精神，終發明出一新穎立體雙頻天線裝置及方法。相較於其他平面天線架 構，本發明之立體雙頻天線裝置能提供較大的天線輸出增益，且具有較大的頻寬和穩定的雙頻段。上述特點可提高本發明的天線整體效能及應用產品範圍。以下為本發明之簡要說明。
本案所提供之立體雙頻天線裝置可有效克服上述習知技術中存在的缺陷，其不但具有簡易的製程，且因其具有較大的頻寬，故其可應用於較多的無線技術領域，這是其他天線，尤其是平面式的天線，所難以達成的。
本案之目的之一為提供一種包含一天線結構的立體雙頻天線裝置，該天線結構包含一接地部，該接地部具有一第一側邊及與該第一側邊相對的一第二側邊；一延伸接地部，其以一第一夾角向上延設於該接地部的該第一側邊；一第一輻射部，其具有一第一長度、一第一端、一第二端、相鄰於該第二側邊的一第三側邊及相對於該第三側邊的一第四側邊，其中該第一端以一第二夾角連接於該接地部的該第二側邊上；一第二輻射部，其具有一第二長度、一第三端、一第四端、相鄰於該第四側邊的一第五側邊及相對於該第五側邊的一第六側邊，其中該第三端以一第三夾角連接於該第一輻射部的該第二端，使該接地部、該第一輻射部及該第二輻射部在一平面上呈S型及Z型其中之一；一第一槽孔，其設置於該第二輻射部的任意位 置；一延伸輻射部，其以一第四夾角向上延設於該第二輻射部的該第六側邊；以及一饋入部，其設置於該第二端與該第三端的連接處，其中該第一長度與該第二長度不同。
根據上述構想，其更包含一基板，使該天線結構設置於該基板上方，以增加該天線結構的強度。
根據上述構想，其中該基板係以一非金屬及非磁性材料製成。
根據上述構想，其更包含一支撐裝置，其設置於該平面、該延伸接地部及該延伸輻射部所形成的空間中。
根據上述構想，其中該支撐裝置係以一非金屬及非磁性材料製成。
根據上述構想，其中該第一夾角為90度。
根據上述構想，其中該第二夾角是決定該第一輻射部的一頻寬界於4.5GHz至6.0GHz之間的因子之一。
根據上述構想，其中該第一長度決定該第一輻射部的一頻率起始點。
根據上述構想，其中該第二長度決定該第二輻射部的一頻率起始點。
根據上述構想，其中該第二長度小於該第一長度。
根據上述構想，其中該第三夾角是決定該第二輻射部的一頻寬界於2.3GHz至3.OGHz之間的因子之一。
根據上述構想，其中該第二輻射部的該第一槽孔呈一矩形、一圓形、一多角形及一不規則形狀至少其 中之一。
根據上述構想，其中該第二輻射部的該第一槽孔設置於該第二輻射部的第五側邊。
根據上述構想，其中該第二輻射部的該第一槽孔延伸至該延伸輻射部。
根據上述構想，其中該第四夾角為90度。
根據上述構想，其中該延伸輻射部的長度相同於該第二長度。
根據上述構想，其中該延伸輻射部包含一第二槽孔，其設置於該延伸輻射部的任意位置。
根據上述構想，其中該延伸輻射部包含未與該第一槽孔相交的一第二槽孔，以將該延伸輻射部分隔成兩個部分。
根據上述構想，其中該兩個部分的高度不同。
根據上述構想，其中該接地部、該延伸接地部、該第一輻射部、該第二輻射部以及該延伸輻射部係為一體成型。
本案之另一目的為提供一種包含一Z型天線結構的立體雙頻天線裝置，該Z型天線結構包含：一第一轉折，其具有一第一轉折角且其連接一接地部及一第一輻射部；以及一第二轉折，其具有一第二轉折角且其連接該第一輻射部及一第二輻射部。此外，該立體雙頻天線裝置更包含一饋入部，其設置於該第二轉折處，以饋入一訊號；一延伸接地部，其與該接地部非共面延設於該接地部的外側；以及一延伸輻射部，其 與該第二輻射部非共面延設於該第二輻射部的外側，其中該第二輻射部的任意位置具有一第一槽孔，且該第一及該第二輻射部的長度彼此不同。
根據上述構想，更包含一基板，使該Z型天線結構設置於該基板上方，以增加該Z型天線結構的強度。
根據上述構想，更包含一支撐裝置，其設置於該Z型天線結構、該延伸接地部及該延伸輻射部所形成的空間中。
根據上述構想，其中該第一轉折的寬度與該第一輻射部的寬度可以有效調整該第一輻射部的阻抗匹配。
根據上述構想，其中該第一轉折角是決定該第一輻射部的一頻寬界於4.5GHz至6.OGHz之間的因子之一。
根據上述構想，其中該第一輻射部的長度大於該第二輻射部的長度。
根據上述構想，其中該第二轉折角是決定該第二輻射部的一頻寬界於2.3GHz至3.0GHz之間的因子之一。
根據上述構想，其中該第二輻射部的該第一槽孔呈一矩形、一圓形、一多角形及一不規則形狀至少其中之一，該第一槽孔的形狀大小可以有效調整該第二輻射部的阻抗匹配。
根據上述構想，其中該第二輻射部的該第一槽孔延伸至該延伸輻射部。
根據上述構想，其中該延伸輻射部包含一第二槽孔，其設置於該延伸輻射部的任意位置。
根據上述構想，其中該延伸輻射部包含未與該第一槽孔相交的一第二槽孔，以將該延伸輻射部分隔成兩個部分。
根據上述構想，其中該兩個部分的高度不同。
根據上述構想，其中該第二槽孔的形狀大小可以有效調整該第二輻射部的阻抗匹配。
根據上述構想，其中該延伸輻射部的長度相同於該第二輻射部的長度，藉由該延伸輻射部可以有效提高第二輻射部的操作頻寬。
根據上述構想，其中該Z型天線結構、該延伸接地部、以及該延伸輻射部係為一體成型。
根據上述構想，其中藉由該延伸輻射部和該延伸接地部可以有效提高該立體雙頻天線的輸出增益。
本案得藉由下列詳細說明，俾得更深入之了解：
本發明將藉由下述之較佳實施例及其配合之圖示，做進一步之詳細說明。
請參閱第一圖，其為本發明所提立體雙頻天線裝置的第一實施例示意圖。如第一圖所示，本發明的立體雙頻天線裝置1主要包含金屬製成的三個部分：呈現L型立體結構的接地部11，對應一高頻頻率範圍的高頻 輻射部12，以及對應一低頻頻率範圍且呈現L型立體結構的低頻輻射部13，其中，位於高頻輻射部12與接地部11間的高頻夾角121可用以控制高頻頻帶之頻寬，而位於高頻輻射部12與低頻輻射部13間的低頻夾角121可用以控制低頻頻帶之頻寬。本實施例中高頻輻射部12及低頻輻射部13的長寬比例僅為一示例，其可依據欲應用產品之不同頻段及其特性稍作修改。例如，調整高頻輻射部12及低頻輻射部13的長度可分別改變高頻頻帶及低頻頻帶的頻率起始點，以達到適當之操作頻率。為製程上的方便，第一實施例的金屬結構部分可為一體成型。
天線的電壓駐波比(VSWR)為反射功率與輸入功率之間的比率，該比例偏高的原因常是無線射頻(RF)系統中兩個連接的裝置之間阻抗匹配不良所造成。因阻抗匹配不良易造成發射訊號變弱而低於期望值，故本發明之立體雙頻天線裝置中設置有多個技術特徵可改善阻抗匹配不良的問題。以高頻而言，調整高頻輻射部12的線寬W1、高頻輻射部12與接地部11間轉折處的寬度W2、或高頻輻射部12結構末端的彎曲結構14等，皆可改變高頻頻帶之阻抗匹配，以達到較佳的電壓駐波比輸出。以低頻而言，本發明在低頻輻射部13的區域設置有第一槽孔132及第二槽孔133，藉由調整上述槽孔的長度、寬度、形狀或延伸路徑，皆可改變低頻頻帶之阻抗匹配，以達到較佳的電壓駐波比輸出。藉由調整上述多個可變量，可改善天線中阻抗匹 配不良的問題，從而本發明的立體雙頻天線裝置可提供較佳的天線有效增益。
本發明的另一優勢是本發明具有較寬的頻寬，這項優勢對於產品的應用範圍有很大的影響。本發明得以具有較寬的天線頻寬，是因為本發明具有增加本發明頻寬的如下重要因子：高頻輻射部12結構末端的彎曲結構14、低頻輻射部13的彎曲結構13a、高頻夾角121、低頻夾角131以及第一槽孔132等技術特徵。其次，相較於平面式的天線結構，本發明的立體結構能提供較寬的頻寬。再者，如上所述，本發明可有效改善天線中阻抗匹配不良的問題，解決該問題除了能提供較佳的天線有效增益，亦能增加本發明所提立體雙頻天線裝置的頻寬。
請繼續參閱第一圖，本發明的RF饋入訊號端與RF饋入訊號接地端分別位於高/低頻輻射部12、13及接地部11。本發明的RF饋入訊號是由同軸纜線中心訊號線151進入，由同軸纜線接地端152接地，其中同軸纜線中心訊號線151與同軸纜線接地端152之間焊接一同軸纜線中間隔離層153以分隔兩者。最後，RF饋入訊號由同軸纜線出線方向154離開。
請參閱第二圖，其為本發明所提立體雙頻天線裝置的第二實施例示意圖。本實施例的示意圖為第一實施例的鏡像圖，其結構與第一實施例相同，惟其具有與第一實施例相反的出線方向，以符合應用產品不同天線出線方向的需求。
請參閱第三圖，其為本發明所提立體雙頻天線裝置的第三實施例示意圖。本實施例的結構與第一實施例大致相同，其中接地部11包含平面接地部11a，以及從平面接地部11a側邊向上延伸的延伸接地部11b。延伸接地部11b在平面接地部11a的相對側連接一接地鋁箔30，透過該接地鋁箔30可將本發明的天線接地部分連接至系統之接地結構。
請參閱第四圖，其為本發明所提立體雙頻天線裝置的第四實施例示意圖。為增加本發明所提立體雙頻天線裝置的強度並防止其變形，本實施例是將第一實施例的立體雙頻天線裝置設置於一基版40之上，另外亦在其中設置一支撐裝置41，其中基板40和支撐裝置41亦可獨立設置。基版40和支撐裝置41的材質一般是選用非金屬、非磁性材質，尤其以泡棉最為適合。支撐裝置41除了可以增強天線裝置的強度外，其亦可使本發明具有便於組裝的優點。例如當本發明應用於筆記型電腦時，其可提供天線裝置組裝於筆記型電腦的施力點。
請參閱第五圖，其顯示本發明第一實施例的電壓駐波比。如圖中所示，本發明的電壓駐波比低於數值2的頻率範圍包含2.3GHz~3.0GHz的低頻範圍及4.5GHz~6.0GHz的高頻範圍，這表示本發明可提供700MHz的低頻頻寬及1.5GHz的高頻頻寬。本發明是透過RF饋入訊號之路徑不同來達到適用於操作頻段在2.3GHz~3.0GHz及4.5GHz~6.0GHz之雙頻效果，因上述 頻寬已完全覆蓋IEEE 802.11a/b/g/n無線網路標準、全球互通微波存取(Wimax)以及藍芽技術等無線通訊技術所需要的頻寬範圍，故本發明能應用的範圍也相當的廣。
此外，上述實施例僅用以說明本發明之較佳實施方式，然而本發明之範圍當不受限於該上述之各項具體實施方式；且本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然不脫如附申請範圍所欲保護者。
1‧‧‧立體雙頻天線裝置
11‧‧‧接地部
11a‧‧‧平面接地部
11b‧‧‧延伸接地部
12‧‧‧高頻輻射部
13‧‧‧低頻輻射部
121‧‧‧高頻夾角
131‧‧‧低頻夾角
132‧‧‧第一槽孔
133‧‧‧第二槽孔
14‧‧‧高頻輻射部結構末端的彎曲結構
13a‧‧‧低頻輻射部的彎曲結構
151‧‧‧同軸纜線中心訊號線
152‧‧‧同軸纜線接地端
153‧‧‧同軸纜線中間隔離層
154‧‧‧同軸纜線出線方向
30‧‧‧接地鋁箔
40‧‧‧基版
41‧‧‧支撐裝置
第一圖：本發明所提立體雙頻天線裝置的第一實施例示意圖；第二圖：本發明所提立體雙頻天線裝置的第二實施例示意圖；第三圖：本發明所提立體雙頻天線裝置的第三實施例示意圖；第四圖：本發明所提立體雙頻天線裝置的第四實施例示意圖；以及第五圖：其顯示本發明第一實施例的電壓駐波比。
11‧‧‧接地部
12‧‧‧高頻輻射部
13‧‧‧低頻輻射部
121‧‧‧高頻夾角
131‧‧‧低頻夾角
132‧‧‧第一槽孔
133‧‧‧第二槽孔
14‧‧‧高頻輻射部結構末端的彎曲結構
13a‧‧‧低頻輻射部的彎曲結構
151‧‧‧同軸纜線中心訊號線
152‧‧‧同軸纜線接地端
153‧‧‧同軸纜線中間隔離層
154‧‧‧同軸纜線出線方向

Claims (30)

  1. 一種立體雙頻天線裝置，其包含：一天線結構，其包含：一接地部，其具有一第一側邊及與該第一側邊相對的一第二側邊；一延伸接地部，其以一第一夾角非共面延設於該接地部的該第一側邊；一第一輻射部，其具有一第一長度、一第一端、一第二端、相鄰於該第二側邊的一第三側邊及相對於該第三側邊的一第四側邊，其中該第一端以一第二夾角連接於該接地部的該第二側邊上；一第二輻射部，其具有一第二長度、一第三端、一第四端、相鄰於該第四側邊的一第五側邊及相對於該第五側邊的一第六側邊，其中該第三端以一第三夾角連接於該第一輻射部的該第二端，使該接地部、該第一輻射部及該第二輻射部在一平面上呈S型及Z型其中之一；一第一槽孔，其設置於該第二輻射部的任意位置；一延伸輻射部，其以一第四夾角非共面延設於該第二輻射部的該第六側邊；以及一饋入部，其設置於該第二端與該第三端的連接處，其中該第一長度與該第二長度不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其更包含一非金屬及非磁性材料製成的基板，使該天線 結構設置於該基板上方，以增加該天線結構的強度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其更包含一非金屬及非磁性材料製成的支撐裝置，其設置於該平面、該延伸接地部及該延伸輻射部所形成的空間中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第一夾角為90度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二夾角是決定該第一輻射部的一頻寬界於4.5GHz至6.0GHz之間的因子之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第一長度決定該第一輻射部的一頻率起始點。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二長度決定該第二輻射部的一頻率起始點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二長度小於該第一長度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第三夾角是決定該第二輻射部的一頻寬界於2.3GHz至3.0GHz之間的因子之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二輻射部的該第一槽孔呈一矩形、一圓形、一多角形及一不規則形狀至少其中之一。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二輻射部的該第一槽孔延伸至該延伸輻射部。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其 中該第四夾角為90度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部的長度相同於該第二長度。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部包含一第二槽孔，其設置於該延伸輻射部的任意位置。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部包含未與該第一槽孔相交的一第二槽孔，以將該延伸輻射部分隔成兩個部分。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之立體雙頻天線裝置，其中該兩個部分的高度不同。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線裝置，其中該接地部、該延伸接地部、該第一輻射部、該第二輻射部以及該延伸輻射部係為一體成型。
  18. 一種立體雙頻天線裝置，其包含：一Z型天線結構，其包含：一第一轉折，其具有一第一轉折角且其連接一接地部及一第一輻射部；以及一第二轉折，其具有一第二轉折角且其連接該第一輻射部及一第二輻射部；一饋入部，其設置於該第二轉折處，以饋入一訊號；一延伸接地部，其非共面延設於該接地部的外側；以及一延伸輻射部，其非共面延設於該第二輻射部的外側，其中該第二輻射部的任意位置具有一第一槽孔， 且該第一輻射部及該第二輻射部的長度彼此不同。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，更包含一非金屬及非磁性材料製成的基板，使該Z型天線結構設置於該基板上方，以增加該Z型天線結構的強度。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，更包含一非金屬及非磁性材料製成的支撐裝置，其設置於該Z型天線結構、該延伸接地部及該延伸輻射部所形成的空間中。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第一轉折角是決定該第一輻射部的一頻寬界於4.5GHz至6.0GHz之間的因子之一。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第一輻射部的長度大於該第二輻射部的長度。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二轉折角是決定該第二輻射部的一頻寬界於2.3GHz至3.0GHz之間的因子之一。
  24. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二輻射部的該第一槽孔呈一矩形、一圓形、一多角形及一不規則形狀至少其中之一。
  25. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該第二輻射部的該第一槽孔延伸至該延伸輻射部。
  26. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部包含一第二槽孔，其設置於該延伸輻射部的任意位置。
  27. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部包含未與該第一槽孔相交的一第二槽孔，以將該延伸輻射部分隔成兩個部分。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之立體雙頻天線裝置，其中該兩個部分的高度不同。
  29. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該延伸輻射部的長度相同於該第二輻射部的長度。
  30. 如申請專利範圍第18項所述之立體雙頻天線裝置，其中該Z型天線結構、該延伸接地部、以及該延伸輻射部係為一體成型。
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