TWI404264B - 多頻天線裝置 - Google Patents

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Description

多頻天線裝置
本發明有關於一種天線，特別是有關於一種適用於多頻的天線。
因應手機功能日益多元化，能接收無線通訊網路的各項功能，如基本的雙頻、五頻的全球行動通訊系統(Global System for Mobile communications，簡稱GSM)系統、全球衛星定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)、藍牙(Bluetooth)、無線網路通信技術WiFi、中國移動多媒體廣播(China Mobile Multimedia Broadcasting，簡稱CMMB)，以及調頻(Frequency Modulation，簡稱FM)廣播等多樣系統需求，逐一成為手機的基本功能要求。
手機晶片的縮小化與整合成為重要課題，而各功能的天線同樣也需走向小型化及多頻設計來因應趨勢。因此，需要一種能節省天線和饋入點使用面積的天線設計，來實現一個天線饋入點可同時供給多種系統訊號使用，以達成節省空間、成本之目的。
本發明揭露一種多頻天線裝置，包括電路板、具有一饋入點之平面印刷天線以及拉伸式天線，平面印刷天線設置於電路板上，而拉伸式天線經由饋入點連接於該電路板，平面印刷天線接收第一射頻訊號以經由饋入點傳遞第一射頻訊號至電路板，拉伸式天線接收第二射頻訊號以傳遞第二射頻訊號至電路板。
第一圖顯示天線裝置100，包含平面印刷天線110以及電路板140，平面印刷天線110印製於電路板140上，其上設置有一饋入點120，平面印刷天線110接收之訊號經由饋入點120傳送至電路板140，雙頻或多頻天線設計利用兩種或以上不同長度之共振體，使電流在不同電氣路徑下形成所需之共振點，使得同樣使用工業科學醫用頻段(Industry,Science and Medicine band，簡稱ISM頻段)的藍牙(Bluetooth，BT)和無線區域網路(Wireless Local Area Network，簡稱WLAN)之天線可共用一平面印刷天線(planar printed antenna)，ISM頻段位於2.4GHz～2.5GHz。
第二圖顯示根據本發明具體實施例之多頻天線裝置200示意圖，包含具有一饋入點220之一平面印刷天線210與一拉伸式天線(telescopic antenna)230之電路板240，其拉伸式天線230為縮合之狀態，而拉伸式天線230可伸展為不同的長度。第三圖為第二圖之拉伸式天線230為完全拉出之狀態。較佳地，平面印刷天線210可為單極天線(monopole antenna)、倒L型天線(Inverted L Antenna，簡稱ILA)、倒F型天線(Inverted F Antenna，簡稱IFA)、環型天線(loop antenna)或片天線(chip antenna)等，可於2.4GHz～2.5GHz間形成一高效率共振體，並於平面印刷天線210本體設置一饋八點作為甚高頻/特高頻拉伸式天線的接觸點。如第二圖所示，本實施例可運作於不同頻率及不同頻段的系統，於饋入點220上施加一拉伸式天線230。拉伸式天線230與電路板240連接，以使感應電流流通，拉伸式天線230可接收使用甚高頻/特高頻(very high frequency/ultra high frequency，簡稱VHF/UHF)頻段之中國移動多媒體廣播(China Mobile Multimedia Broadcasting，簡稱CMMB)訊號，工作頻率範圍約為300MHz至800MHz。
第四圖為第二圖之拉伸式天線230所量測的電壓駐波比(voltage standing wave ratio，簡稱VSWR)圖形，其完全抽拉出總長度約為230mm。電壓駐波比是用來衡量電磁波傳遞中遇到不同介質時阻抗匹配的指標。電壓駐波比的值越接近1，表示阻抗越匹配，接收的效能越好。電壓駐波比之數學式可以表示為：
其中，V max 為入射波V f 和反射V r 波呈建設性干涉時的振幅總和，V max =V f ＋V r =V f ＋ρV f ；V min 為入射波V f 和反射V r 波呈破壞性干涉時抵銷後的振幅，V max =V f -V r =V f -ρV f ，而ρ為反射係數之絕對值。
第五圖係實際量測一獨立平面天線與一獨立拉伸式天線接收訊號之電壓駐波比圖。第五圖中的曲線510為規格書對天線的電壓駐波比規格要求，曲線520顯示第一圖之未加入VHF/UHF拉伸式天線之平面印刷天線110量測到的電壓駐波比圖。從第五圖可看出，獨立的平面印刷天線110於ISM頻附近形成一寬頻共振，且電壓駐波比均小於2。
請再參考第五圖，曲線530為獨立之VHF/UHF拉伸式天線進行電壓駐波比的量測結果，可觀察到於800MHz以上之高頻頻段產生的電壓駐波比小於2的多次共振點，均未落於ISM頻段2.4GHz～2.5GHz內。
第六圖顯示將第二圖及第三圖之多頻天線裝置200進行量測天線接收訊號之駐波比圖。曲線610顯示規格書對接收ISM頻段之天線的電壓駐波比規格要求。曲線620、630顯示分別為VHF/UHF拉伸式天線230為完全拉伸及完全縮合之電壓駐波比量測結果，例如完全拉伸為230mm。從量測結果可得知，無論此VHF/UHF拉伸式天線230是完全縮合或完全拉伸，由於平面印刷天線210設計於ISM頻段之共振點仍存在，VHF/UHF拉伸式天線230於ISM頻段附近之多次諧振會與平面天線之共振結合，故電壓駐波比在ISM頻段內仍可維持小於2之規格要求。
為了考量使用者不同使用狀態及驗證本發明理論，接著對拉伸式天線230抽出長度變化於電壓駐波比影響進行實驗。第七圖係將第二圖中多頻天線裝置200之VHF/UHF拉伸式天線230拉伸不同長度時之實際量測天線接收訊號之駐波比圖。於此實施例中，VHF/UHF拉伸式天線230可抽出0～230mm作長度變化。曲線710為規格書對接收ISM頻段之天線的電壓駐波比規格要求。曲線720、730、740為拉伸式天線230抽出長度分別為50mm、107mm、165mm所對應之電壓駐波比變化。如第七圖所示，對不同長度之拉伸式天線230而言，多次諧振點也不同，但於ISM頻段內仍皆可保持駐波比小於2之共振點。參考第六圖及第七圖，可知第二圖之多頻天線裝置200，無論VHF/UHF拉伸式天線230使用狀態為何，用於藍牙/無線區域網路之平面印刷天線210以及拉伸式天線230均可確保正常發射和接收之運作。
表一顯示根據本發明具體實施例之天線效率量測結果。天線效率η表示天線可輻射出去的有效功率P rad ，和輸入到天線的功率P in 的比值，數學式表示如下：
其中，U (θ,Φ)為天線輻射強度，其為角度θ,Φ的函數。
表一顯示根據本發明具體實施例所設計的接收藍牙/無線區域網路天線與VHF/UHF拉伸式天線之整合設計，仍可確保良好的天線效率，其已超過一般手持式系統對於藍牙/無線區域網路天線效率須大於30%的要求。且天線共振點及效能不會因VHF/UHF拉伸式天線拉伸長度改變而隨著劇烈變化，代表可確保使用者可正常連結藍牙裝置或無線網路存取點，並同時接收數位電視訊號，對於手機設計者或製造商亦可節省晶片腳位數量以及天線擺置所需的空間。
綜上所述，本發明揭露一種多頻天線裝置，包括電路板、具有一饋入點之平面印刷天線以及拉伸式天線，平面印刷天線設置於電路板上，而拉伸式天線經由饋入點連接於該電路板，平面印刷天線接收第一射頻訊號，以經由饋入點傳遞第一射頻訊號至電路板，拉伸式天線接收第二射頻訊號，以傳遞第二射頻訊號至電路板。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，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。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
100、200．．．天線裝置
110、210．．．平面印刷天線
120、220．．．饋入點
230．．．拉伸式天線
140、240．．．電路板
400、510、520、530、610、620、630、710、720、730、740．．．曲線
本案得藉由下列圖式及說明，俾得更深入之了解：
第一圖顯示具有一平面天線之天線裝置示意圖。
第二圖顯示根據本發明具體實施例之多頻天線裝置示意圖。
第三圖顯示根據本發明具體實施例之多頻天線裝置示意圖。
第四圖顯示獨立之拉伸天線之駐波比圖。
第五圖顯示獨立平面天線與獨立拉伸式天線接收訊號之駐波比圖。
第六圖顯示實際量測根據本發明具體實施例之多頻天線裝置接收訊號之駐波比圖。
第七圖顯示根據本發明具體實施例之多頻天線裝置接收訊號之駐波比圖。
200．．．天線裝置
210．．．平面印刷天線
220．．．饋入點
230．．．拉伸式天線
240．．．電路板

Claims (13)

  1. 一種多頻天線裝置，包括：一電路板；一平面印刷天線，設置於該電路板上，該平面印刷天線具有一饋入點，且該平面印刷天線於一特定頻段形上成一共振點；以及一拉伸式天線，經由該饋入點連接於該電路板；其中，該拉伸式天線在縮合與拉伸的過程中，係使得一電壓駐波比在該特定頻段內小於一規格要求，保持該平面印刷天線於該特定頻段的該共振點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線可接收一第一射頻訊號以經由該饋入點傳遞該第一射頻訊號至該電路板。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的天線裝置，其中該拉伸式天線可接收一第二射頻訊號以傳遞該第二射頻訊號至該電路板。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線於該特定頻段接收之射頻信號係為一工業科學醫用頻段之射頻訊號，且該規格要求係為2。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線係可接收一藍牙訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線係可接收一無線區域網路訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該拉伸式 天線係可接收一甚高頻/特高頻(very high frequency/ultra high frequency，VHF/UHF)頻段之訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該拉伸式天線係可接收一中國移動多媒體廣播(China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB)訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線為一單極天線。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線為一倒L型天線。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線為一倒F型天線。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線為一環型天線。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的天線裝置，其中該平面印刷天線為一片天線。
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