TWI407634B - 立體雙頻天線 - Google Patents

Description

立體雙頻天線

本發明是有關於一種立體雙頻天線，且特別是有關於一種具有寬頻特性的立體雙頻天線。

現今，在通訊技術發展快速。於通訊領域中，天線係為一種重要的元件。而且，天線通常係應用於各種外型輕薄短小的電子裝置中，例如是應用於筆記型電腦或可攜式電子裝置中。

天線可分為平面天線及立體天線，其皆具有接收或發射輻射電磁場的功能。一般而言，立體天線會具有較佳的效能。茲以接收輻射電磁場的立體天線為例，將其如何具有較佳效能之原因說明如下。

天線通常係設置於具有電路元件的電路板上。位於接收端的天線所接收的輻射電磁場，通常係由基地台的直立天線所發射。因此，相較於平面天線，立體天線受電路元件之遮蔽效應的影響係較小。

再者，立體天線的電流能分佈於水平方向及垂直方向的電流路徑。水平方向係為與電路板平行的方向，垂直方向則為與基地台的直立天線平行的方向。如此，相較於電流只能分佈於水平方向的電流路徑的平面天線，立體天線與基地台的直立天線具有較高的輻射電磁場穩合度。

還有，當平面天線接收輻射電磁場時，電流會分佈於水平方向的電流路徑上，並傳送至電路板的電路元件上。由於電路元件的電流方向通常為水平方向，故平面天線的電流將會產生電磁干擾，而影響電路元件。然而，當立體天線接收輻射電磁場時，電流除了會分佈於水平方向的電流路徑上之外，還能分佈於垂直方向的電流路徑上。如此，將能減少分佈於水平方向之電流路徑上的電流大小，而達到降低電磁干擾的效應的功效。

然而，傳統之立體天線的體積通常很大，而且，若要設計出一可支援兩個通訊頻寬的立體雙頻天線，則其體積將會更大。再者，傳統之立體天線可收送之通訊頻寬亦有一定的限制。因此，如何設計出具有小尺寸及寬頻特性的立體雙頻天線，乃業界所致力之課題之一。

本發明係有關於一種立體雙頻天線，可支援兩個通訊頻寬，且具有小尺寸的體積。本發明之立體雙頻天線可收送之通訊頻寬很寬，故於所支援之兩個通訊頻寬皆具有寬頻的特性。

根據本發明之第一方面，提出一種立體雙頻天線，包括一第一輻射部、一第二輻射部、一連接部、及一饋入部。第二輻射部位於第一輻射部下方，且實質上平行於第一輻射部。連接部係耦接於第一輻射部之一第一側邊，且實質上垂直向下延伸，以連接第一輻射部與第二輻射部。第一輻射部操作於一第一頻寬，第二輻射部操作一第二頻寬，第二頻寬的頻率大於第一頻寬的頻率。饋入部係耦接於第一輻射部之一第二側邊，且實質上垂直向下延伸。饋入部用以接收一饋入訊號。第一側邊與第二側邊係相對應之兩側邊。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，第一輻射部的形狀為一四邊形或矩形。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，第二輻射部的形狀為一長條形。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，第二輻射部的長度大於第一輻射部之第一側邊的長度。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，連接部可以作為立體雙頻天線的一第一支撐部。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，饋入部位於第一輻射部之第二側邊的中間處。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，饋入部可以作為立體雙頻天線的一第二支撐部。

本發明之一種立體雙頻天線，更包含一電路板，饋入部接收電路板所提供之饋入訊號。

本發明之一種立體雙頻天線，更包含一接地平面，接地平面係位置於電路板上，較佳地，接地平面不設置於立體雙頻天線的下方。

本發明之一種立體雙頻天線，更包含一阻抗匹配部，阻抗匹配部耦接於第一輻射部之第二側邊，且實質上垂直向下延伸，藉由改變阻抗匹配部的大小可調整立體雙頻天線的阻抗匹配。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，阻抗匹配部的形狀為一四邊形或矩形。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，阻抗匹配部可以作為立體雙頻天線的一第三支撐部。

本發明之一種立體雙頻天線，更包含一開槽，開槽設置於第一輻射部之一第三側邊，可增加第一輻射部之操作的頻寬。其中第三側邊的兩端係與第一側邊及第二側邊連接。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，開槽的形狀為槽徑自第三側邊向第一輻射部內部漸窄之梯形或三角形。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，開槽設置於第一輻射部之第三側邊，且鄰近第一側邊。

本發明之一種立體雙頻天線，較佳者，第二輻射部的寬度小於第一輻射部之第三側邊的寬度

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照第1A圖，其繪示依照本發明一實施例之立體雙頻天線之結構圖。立體雙頻天線100包括一第一輻射部110、一第二輻射部120、一連接部130、一阻抗配匹部140、及一饋入部150。

第一輻射部110之形狀例如為一四邊形或矩形。第一輻射部110例如具有一開槽(slot)112。開槽例如係設置於第一輻射部110之一側邊S3，可增加第一輻射部110之操作的頻寬。此側邊S3的兩端係與一側邊S1及一側邊S2連接。開槽112之形狀例如為槽徑槽徑自側邊S3向第一輻射部110內部漸窄之梯形或三角形。較佳地，開槽可設置於第一輻射部110之側邊S3且鄰近側邊S1之處。如此，將能實質上增加第一輻射部110之可操作的頻寬。然本發明亦不限於此。只要能在第一輻射部110上設置一開槽，藉以增加第一輻射部100可操作頻寬，皆在本發明之保護範圍內。

第二輻射部120係位於第一輻射部110下方，且實質上平行於第一輻射部110。第二輻射部120之形狀例如為長條形。如第1A圖所示，第二輻射部120之長度L2係大於第一輻射部110之長度L1，而第二輻射部120之寬度W2係小於第一輻射部110之寬度W1。

連接部130係耦接於第一輻射部110之側邊S1，且實質上垂直向下延伸，以連接第一輻射部110與第二輻射部120。連接部可以作為立體雙頻天線的一第一支撐部。

阻抗匹配部140係耦接於第一輻射部110之側邊S2，其中，側邊S1與側邊S2相對。阻抗匹配部140係實質上垂直向下延伸。阻抗匹配部140係用以使第二輻射部120達到阻抗匹配。換言之，藉由改變阻抗匹配部140的大小可調整立體雙頻天線的阻抗匹配。阻抗匹配部140係位於饋入部150之一側，且連接部130係與阻抗匹配部140相對。較佳地，阻抗匹配部140的形狀例如為一四邊形或矩形。阻抗匹配部140可以作為立體雙頻天線的一第三支撐部。

饋入部150係耦接於第一輻射部110之側邊S2，且實質上垂直向下延伸。饋入部150例如係位於靠近側邊S2的中間，如第1A圖所示。饋入部150可以作為立體雙頻天線的一第二支撐部。饋入部150之末端形狀例如為h形。饋入部150用以接收一饋入訊號。此饋入訊號例如係由一電路板所提供。

請參照第2圖，其繪示為第1A圖之立體雙頻天線及其所耦接之一電路板的結構圖。饋入部150例如係經由h形之末端耦接至電路板160，而第二輻射部120係實質上貼附於電路板160上。此電路板160用以提供一饋入訊號。饋入部150用以接收此饋入訊號。

舉例來說，電路板160具有一接地平面(ground plane)162。此接地平面162係位置於電路板160上，如第2圖之虛線範圍所示。於一範性性實施例中，較佳地，接地平面162例如係不設置於立體雙頻天線100的下方。如此，立體雙頻天線100相對於接地平面162係可成為一單極(monopole)天線。

請參照前述之第1A圖。於實作中，第一輻射部110用以提供一第一共振頻率，而第二輻射部120用以提供一第二共振頻率。第二共振頻率大於第一共振頻率。此兩共振頻率例如係包含於兩通訊頻寬中，而此兩通訊頻寬為經由電機暨電子工程師學會(The Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)制訂之通訊協定802.11 a/b/g/n中所定義之通訊頻寬。

更細詳地說，第一輻射部110操作於一第一頻寬，第一頻寬係實質上為2.1GHz至3.1GHz。第二輻射部120操作一第二頻寬，第二頻寬係實質上為4.9GHz至5.85GHz。如此，立體雙頻天線10將能支援通訊頻寬2.4至2.5十億赫茲(Giga Herz，GHz)及通訊頻寬4.9GHz至5.85GHz之資料傳輸。茲以多個測試波形圖說明之。

請參照第3圖，其繪示乃本發明之立體雙頻天線的駐波比波形圖。根據駐波比(Standing Wave Ratio，SWR)約等於2之參考線L可知，第一頻寬係實質上介於2.1GHz至3.1GHz；第二頻寬係實質上介於4.9GHz至5.85GHz。第一頻寬實質上包含通訊協定802.11 a/b/g/n中所定義之低頻通訊頻寬2.4GHz至2.5GHz，第二頻寬實質上包含通訊協定802.11 a/b/g/n中所定義之高頻通訊頻寬4.9GHz至5.85GHz。

如第3圖所示，在頻率等於2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、4.9GHz、及5.85GHz的實際SWR數值(在第3圖中分別以測量點1~5表示)分別為1.4720、1.4775、1.5575、1.3436及2.4756。由此可知，本實施例之立體雙頻天線100可有效地支援通運協定802.11 a/b/g/n之資料傳輸。

再者，本發明之立體雙頻天線100具有寬頻特性，而能稱之為寬頻天線，茲說明如下。由於寬頻天線之中心頻率頻寬比值(頻寬與中心頻率之比值)通常係大於15%，而於本發明之立體雙頻天線100中，第一頻寬之頻寬約為1GHz(3.1GHz-2.1GHz=1GHz)，假設中心頻率為2.5G，故可推知，第一頻寬之中心頻率頻寬比值為40%(1G/2.5G=40%)。此數值40%係大於15%，故立體雙頻天線100於第一頻寬會具有寬頻的特性。相仿地，第二頻寬之頻寬亦接近於1GHz(5.85GHz-4.9GHz=0.95GHz)，且第二頻寬之中心頻率頻寬比值亦大於15%，故立體雙頻天線100於第二頻寬亦具有寬頻的特性。

茲提供立體雙頻天線100之增益垂直場型圖如下。第4A~4C圖分別繪示乃第2圖之立體雙頻天線100操作於通訊頻寬2.40GHz、2.45GHz、及2.50GHz時的垂直場型圖。第5A~5D圖分別繪示乃第2圖之立體雙頻天線100操作於通訊頻寬5.15GHz、5.35GHz、5.75GHz、及5.85GHz時的垂直場型圖。由第4A~4C及5A~5D圖可知，於通訊協定802.11 a/b/g/n中所定義之低頻通訊頻寬2.4GHz至2.5GHz與高頻通訊頻寬4.9GHz至5.85GHz中，本發明之立體雙頻天線100皆具有良好的輻射能力。

請參照第1B圖，其繪示為第1A圖之立體雙頻天線100之多視圖。於此實施例中，此立體雙頻天線100具有小尺寸的體積，其長度約為19毫米，寬度約為9毫米，而深度約為4.5毫米。再者，具有三角形之開槽112之底端的長度約為2.6毫米，而阻抗匹配部140之形狀例如為矩形，其長度約為5.0毫米，寬度約為2.0毫米。立體雙頻天線100之材質例如包括金屬，故本發明之立體雙頻天線100係可作為一立體之金屬雙頻天線100。本發明之立體雙頻天線100可適用於一手持(handheld)裝置或一通用串列匯流排(Universal Serial Bus,USB)之中。

本發明上述實施例所揭露之立體雙頻天線，可支援兩個通訊頻寬，且具有小尺寸的體積。本發明之立體雙頻天線可收送之通訊頻寬很寬，故於所支援之兩個通訊頻寬皆具有寬頻的特性。

綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，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。

100．．．立體雙頻天線

110．．．第一輻射部

112．．．開槽

120．．．第二輻射部

130．．．連接部

140．．．阻抗匹配部

150．．．饋入部

160．．．電路板

162．．．接地平面

L1、L2．．．長度

W1、W2．．．寬度

S1~S3．．．側邊

第1A圖繪示依照本發明一實施例之立體雙頻天線之結構圖。

第1B圖繪示為第1A圖之立體雙頻天線之多視圖。

第2圖繪示為第1A圖之立體雙頻天線及其所耦接之一電路板的結構圖。

第3圖繪示乃第2圖之立體雙頻天線的駐波比波形圖。

第4A~4C圖分別繪示乃第2圖之立體雙頻天線操作於通訊頻寬2.40GHz、2.45GHz、及2.50GHz時的垂直場型圖。

第5A~5D圖分別繪示乃第2圖之立體雙頻天線操作於通訊頻寬5.15GHz、5.35GHz、5.75GHz、及5.85GHz時的垂直場型圖。

100．．．立體雙頻天線

110．．．第一輻射部

120．．．第二輻射部

130．．．連接部

140．．．阻抗匹配部

150．．．饋入部

S1~S3．．．側邊

Claims (21)

1. 一種立體雙頻天線，包括：一第一輻射部；一第二輻射部，係位於該第一輻射部下方，且實質上平行於該第一輻射部，第一輻射部操作於一第一頻寬，第二輻射部操作一第二頻寬，第二頻寬的頻率大於第一頻寬的頻率；一連接部，係耦接於該第一輻射部之一第一側邊，且實質上垂直向下延伸，以連接該第一輻射部與該第二輻射部；一阻抗匹配部，係耦接於該第一輻射部之一第二側邊，且實質上垂直向下延伸，其中該第一側邊與該第二側邊係相對應之兩側邊；以及一饋入部，係耦接於該第一輻射部之該第二側邊，且實質上垂直向下延伸，該饋入部用以接收一饋入訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該連接部與可以作為該立體雙頻天線的一第一支撐部。
3. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，該第一頻寬實質上為2.1GHz至3.1GHz，該第二頻寬實質上為4.9GHz至5.85GHz。
4. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該第一輻射部具有一開槽(slot)。
5. 如申請專利範圍第4項所述之立體雙頻天線，其中該第一輻射部之該開槽係設置於該第一輻射部之一第三側邊之上，且靠近該第一側邊；其中，該第三側邊的兩端係與該第一側邊及該第二側邊連接。
6. 如申請專利範圍第4項所述之立體雙頻天線，其中該第一輻射部之該開槽之形狀為槽徑自該第三側邊向該第一輻射部內部漸窄之梯形或三角形。
7. 如申請專利範圍第6項所述之立體雙頻天線，其中該開槽之底端的長度約為2.6毫米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該第一輻射部之形狀係為四邊形或矩形。
9. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該第二輻射部之形狀係為長條形。
10. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該第二輻射部之長度係大於該第一輻射部之長度，該第二輻射部之寬度係小於該第一輻射部之寬度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該阻抗匹配部係用以使該第二輻射部達到阻抗匹配。
12. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該阻抗匹配部係實質上為四邊形或矩形，其長度約為5.0毫米，寬度約為2.0毫米。
13. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該饋入部係位於靠近該第二側邊的中間，該阻抗匹配部係位於該饋入部之一側，且該連接部係與該阻抗匹配部相對。
14. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該饋入部可以作為該立體雙頻天線的一第二支撐部。
15. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中阻抗匹配部可以作為該立體雙頻天線的一第三支撐部。
16. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該饋入部係耦接至提供該饋入訊號之一電路板。
17. 如申請專利範圍第15項所述之立體雙頻天線，其中該電路板具有一接地平面(ground plane)，接地平面不設置於立體雙頻天線的下方，以使該雙頻天線相對於該接地平面係成為一單極(monopole)天線。
18. 如申請專利範圍第15項所述之立體雙頻天線，其中該第二輻射部係實質上貼附於該電路板上。
19. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該雙頻天線之材質包括金屬。
20. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，係適用於一手持(handheld)裝置或一通用串列匯流排(Universal Serial Bus,USB)之中。
21. 如申請專利範圍第1項所述之立體雙頻天線，其中該第一輻射部提供一第一共振頻率，該第二輻射部提供一第二共振頻率，該第二共振頻率大於該第一共振頻率。