TWI398038B - Multi - frequency antenna - Google Patents

Description

多頻天線

本發明是有關於一種多頻天線，特別是指一種應用於個人無線區域網路(WPAN)的多頻天線。

藍牙(Bluetooth)通訊技術是由瑞典電信公司索尼易利信(Sony Ericsson)在1998年所研發，取名藍牙是有典故的，相傳在十世紀的挪威，有個維京國王名叫『哈拉德藍牙』(Harald Bluetooth)，他因統一丹麥而名留青史，一千年後，索尼易利信的行銷人員認為他們在統一消費性電子商品，對世界所做的貢獻可以媲美哈拉德藍牙國王，因此將這個無線傳輸技術命名為藍牙。

然而羅貫中在其所著的三國演義裡開宗明義就講到「天下大勢，分久必合，合久必分」，索尼易利信想以藍牙技術來統一消費性電子商品，但是各種通訊技術卻是不斷地推陳出新，例如超寬頻(Ultra－Wideband,UWB)技術在2002年已由美國聯邦通信委員會(Federal Communication Commission,FCC)允許而使用在消費性電子產品上。

而應用於上述兩種通訊技術{即個人無線區域網路WPAN[2.402~2.480 GHz(Bluetooth)及3.168~4.752 GHz(UWB Band I)]}之筆記型電腦內置天線，目前皆以倒F型平板天線(PIFA,Planar Inverted－F Antennas)型式的天線架構來實現，部份設計會加上寄生或耦合元件，在空間上交疊產生較強的耦合量，以達到雙頻或寬頻之效果。在此，本發明亦提出一種應用於WPAN的多頻天線，以增益消費市場。

因此，本發明之目的，即在提供一種體積小、寬頻、設計的結構簡單且容易控制其頻率的多頻天線。

於是，本發明多頻天線是包含一迴路輻射部、一第一輻射臂及一第二輻射臂。

迴路輻射部係包括一轉折處、遠離該轉折處且彼此相鄰之一饋入端及一接地端。

第一輻射臂是由該饋入端向外延伸。

第二輻射臂是由該轉折處向外延伸，並與該第一輻射臂位於該迴路輻射部的同一側。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，本發明多頻天線1之較佳實施例是設置於筆記型電腦9內，設置的位置可為位置91或位置92，其主要結構包含一迴路輻射部2、一第一輻射臂3及一第二輻射臂4。

為了方便容置在筆記型電腦9中的特定空間，多頻天線1係設計為立體的型式而設置於筆記型電腦9內，然而其亦可以平面的型式存在，在此為了方便說明其結構，故先以平面的型式(參閱圖3與圖4，圖4為正面視圖，圖3為反面視圖)來作說明。

迴路輻射部2概呈一矩形開放迴路，包括一第一輻射段21、一第二輻射段22、一第三輻射段23、一轉折處24、遠離該轉折處24且彼此相鄰之一饋入端25及一接地端26。第一輻射段21的一端(開放端)即為接地端26，其另一端與第二輻射段22的一端相連，且第一、第二輻射段21、22兩者概呈垂直。第二輻射段22的另一端是與第三輻射段23的一端相連，且第二、第三輻射段22、23兩者概呈垂直，而第三輻射段23的另一端即為饋入端25。另外，轉折處24係為第三輻射段23與第二輻射段22相連的一端。值得一提的是，可用一條同軸傳輸線8的正端81連接至饋入端25，而同軸傳輸線8的負端82就連接至接地端26，以完成訊號的饋入。

第一輻射臂3是由饋入端25向外延伸，包括一端與迴路輻射部2的饋入端25相連的一第一段31，及一端連接於第一段31的另一端且與第一段31概呈垂直的一第二段32，而第一段31與第三輻射段23概呈垂直。

第二輻射臂4是由轉折處24向外延伸，並與第一輻射臂3位於迴路輻射部2的同一側，其包括一端與迴路輻射部2的轉折處24相連的一第三段43，及一端連接於第三段43的另一端且與第三段43概呈垂直的一第四段44，而第三段43與第三輻射段23概呈垂直。另外，第四段44與第二段32彼此相向，且間隔一間隙45。

參閱圖4與圖5，圖5為本較佳實施例的多頻天線1的尺寸大小標示圖，由圖中可看出，第四段44與第二段32相隔的間隙45為1.5mm，而第一輻射段21與第三輻射段23相隔的間隙為1mm，此1mm即為第二輻射段22的寬度，在此將各段的長度表示於下列表1中。

當將多頻天線1從圖4的平面型式彎折成圖1的立體型式時，第一輻射段21係位於一第一平面(圖未示)；第二輻射段22、第三輻射段23、第一段31及第三段43係位於與第一平面概呈垂直的一第二平面(圖未示)；第二段32及第四段44係位於與第二平面概呈垂直的一第三平面(圖未示)。藉由彎折成立體的方式，可以縮小天線的體積，增加產業上的利用率。

而本多頻天線1在本實施例中主要係應用於(但不限於)超寬頻頻段(UWB Band I，3168MHz~4752MHz)與藍芽頻段(Bluetooth，2402MHz~2480MHz)，其設計概念是利用迴路輻射部2工作在一第一頻段(大致為超寬頻頻段)，再利用第二輻射臂4與迴路輻射部2結合而使多頻天線1可以工作在頻率範圍低於超寬頻頻段的一第三頻段(即藍芽頻段，2402MHz~2480MHz)；而想要讓多頻天線1工作在上述的兩個頻段，可以針對迴路輻射部2與第二輻射臂4的各段進行長度或寬度的調整(如表1之尺寸)，以調整至所要的頻段。然而，參閱圖6，圖6的(a)曲線為天線僅有迴路輻射部2存在時所量測到的電壓駐波比(VSWR)，由圖中可以看出，在3168MHz~4752MHz的超寬頻頻段中，其阻抗匹配效果不佳、頻寬較窄，例如有一小段頻段的電壓駐波比(VSWR)是大於2.5的；有鑑於此，本發明加入了第一輻射臂3的設計，藉由第一輻射臂3與迴路輻射部2結合而使多頻天線1可以工作在一第二頻段(大致為超寬頻頻段)，而且第一頻段與第二頻段的合成使得多頻天線1可以在符合電壓駐波比(VSWR)的要求下，工作在所要的超寬頻頻段，如圖6的(b)曲線所示，為結合有迴路輻射部2與第一輻射臂3之天線被量測到的電壓駐波比(VSWR)，由圖中可以看出，在3168MHz~4752MHz的超寬頻頻段中，其電壓駐波比(VSWR)皆小於2.5，而且小於(a)曲線的值，所以工作頻寬可以包含整個超寬頻頻帶，解決了頻寬不足的問題。另外，圖6的(c)曲線則為結合有迴路輻射部2、第一輻射臂3及第二輻射臂4之多頻天線1被量測到的電壓駐波比，比較(c)曲線與(b)曲線可以看出，(c)曲線由於多了第二輻射臂4，所以可以工作在2402MHz~2480MHz的頻段中，且其電壓駐波比(VSWR)可小於2.5。

圖7為多頻天線1應用於筆記型電腦9(見圖2)之電壓駐波比(VSWR)圖，由圖中可以看出，頻率從2402MHz~2480MHz及3168MHz~4752MHz皆可小於2.5。而下頁表2為多頻天線1在應用頻段內的總輻射能量(Total Radiation Power)及效率(Efficiency)整理表，由表中可看出，總輻射能量>－5.5 dB，且效率>30%。最後，圖5~圖8為本較佳實施例分別在2440MHz、3168 MHz、3960 MHz及4752 MHz量測的輻射場型(Radiation Pattern)圖形，由圖中可看出，其輻射場型的全向性佳。

綜上所述，本實施例多頻天線1的體積小、並藉由第二輻射臂4的設計解決了頻寬不足的問題而達成寬頻的特點，且其設計結構簡單，容易控制頻率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．多頻天線

2．．．迴路輻射部

21．．．第一輻射段

22．．．第二輻射段

23．．．第三輻射段

24．．．轉折處

25．．．饋入端

26．．．接地端

3．．．第一輻射臂

31．．．第一段

32．．．第二段

4．．．第二輻射臂

43．．．第三段

44．．．第四段

45．．．間隙

8．．．同軸傳輸線

81．．．正端

82．．．負端

9．．．筆記型電腦

91．．．位置

92．．．位置

圖1是一立體圖，說明本發明多頻天線的較佳實施例的結構；圖2是一示意圖，說明該較佳實施例設置於筆記型電腦的位置；圖3是一平面圖(反面)，說明該較佳實施例的結構；圖4是一平面圖(正面)，說明該較佳實施例的結構；圖5是一平面圖，說明該較佳實施例的尺寸大小；圖6是該較佳實施例的電壓駐波比(VSWR)的量測結果圖，(a)曲線為僅迴路輻射部存在時所量測的結果，(b)曲線為迴路輻射部與第一輻射臂結合後所量測的結果，(c)曲線為本實施例之多頻天線之迴路輻射部、第一輻射臂及第二輻射臂結合後所量測的結果。

圖7是該較佳實施例設置於筆記型電腦的電壓駐波比(VSWR)的量測結果圖；圖8是該較佳實施例在2440MHz時的輻射場型(Radiation Pattern)圖形；圖9是該較佳實施例在3168MHz時的輻射場型(Radiation Pattern)圖形；圖10是該較佳實施例在3960MHz時的輻射場型(Radiation Pattern)圖形；及圖11是該較佳實施例在4752MHz時的輻射場型(Radiation Pattern)圖形。

1．．．多頻天線

2．．．迴路輻射部

21．．．第一輻射段

22．．．第二輻射段

23．．．第三輻射段

3．．．第一輻射臂

31．．．第一段

32．．．第二段

4．．．第二輻射臂

43．．．第三段

44．．．第四段

Claims (14)

1. 一種多頻天線，包含：一迴路輻射部，包括一轉折處、遠離該轉折處且彼此相鄰之一饋入端及一接地端，其中，該迴路輻射部概呈一矩形開放迴路，並包括一端為該接地端之一第一輻射段，一端連接於該第一輻射段另一端且與該第一輻射段概呈垂直的一第二輻射段，及一端連接於該第二輻射段另一端且與該第二輻射段概呈垂直的一第三輻射段，該第三輻射段的另一端為該饋入端，該第三輻射段與該第二輻射段相連的一端為該轉折處；一第一輻射臂，由該饋入端向外延伸；及一第二輻射臂，由該轉折處向外延伸，並與該第一輻射臂位於該迴路輻射部的同一側。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中，該第一輻射臂包括一端與該迴路輻射部的饋入端相連的一第一段，及一端連接於該第一段的另一端且與該第一段概呈垂直的一第二段，該第一段與該第三輻射段概呈垂直。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之多頻天線，其中，該第二輻射臂包括一端與該迴路輻射部的轉折處相連的一第三段，及一端連接於該第三段的另一端且與該第三段概呈垂直的一第四段，該第三段與該第三輻射段概呈垂直。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之多頻天線，其中，該第 二段與該第四段彼此相向，且間隔一間隙。
5. 依據申請專利範圍第1-4項其中任一項所述之多頻天線，其中，該迴路輻射部工作在一第一頻段，該第一輻射臂與該迴路輻射部結合而工作在一第二頻段，且該第一頻段與第二頻段可合成一超寬頻頻段。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之多頻天線，其中，該第二輻射臂與該迴路輻射部結合而工作在頻率範圍低於該超寬頻頻段的一第三頻段。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之多頻天線，其中，該超寬頻頻段為3168 MHz~4752MHz。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之多頻天線，其中，該第三頻段為2402 MHz~2480MHz。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之多頻天線，其中，該第一輻射段係位於一第一平面；該第二輻射段、該第三輻射段、該第一段及該第三段係位於與該第一平面概呈垂直的一第二平面；該第二段及該第四段係位於與該第二平面概呈垂直的一第三平面。
10. 依據申請專利範圍第4項所述之多頻天線，其中，該間隙實質上為1.5mm。
11. 依據申請專利範圍第9項所述之多頻天線，其中，該第一段的長度實質上為5mm，寬度實質上為4mm；該第二段的長度實質上為14mm，寬度實質上為5mm。
12. 依據申請專利範圍第11項所述之多頻天線，其中，該第三段的長度實質上為5mm，寬度實質上為5mm；該第四 段的長度實質上為14.5mm，寬度實質上為5mm。
13. 依據申請專利範圍第12項所述之多頻天線，其中，該第一輻射段的長度實質上為30mm，寬度實質上為5mm；該第二輻射段的長度實質上為7mm，寬度實質上為1mm；該第三輻射段的長度實質上為30mm，寬度實質上為3mm。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之多頻天線，其係設置於一筆記型電腦。