TWI409992B - 非對稱雙頻天線 - Google Patents

Description

非對稱雙頻天線

本發明是有關於一種雙頻天線，且特別是有關於一種非對稱雙頻天線。

在資訊爆炸的現代化社會，隨身數位產品成為最炙手可熱且又不可或缺的商品，例如行動電話、數位隨身助理、筆記型電腦等等，消費者不止對於商品功能有所要求，產品外觀以及攜帶性更是日益注重。如何有效地減小天線體積使得行動電話之外觀具有較靈活變化的空間，且又能保持天線之特性以增加其應用範圍，成為新一代手機之關鍵技術。

現今各種通訊產品均力求輕巧化，以提升攜帶性以及使得產品具有更廣的應用範疇。因此，如何縮小天線體積並且又同時具有良好的輻射特性來使通訊產品達到輕巧化之目的，乃成為眾所追求之目標之一。

本發明係有關於非對稱雙頻天線，可達到縮小體積並具有全向性(omni-directional)之輻射特性之效果。

根據本發明，提出一種非對稱雙頻天線，包括一基板、一第一輻射單元、一第二輻射單元以及一阻抗匹配單元。基板具有相對之一第一表面以及一第二表面。第一輻射單元設置於基板之第一表面上並包括一第一輻射部以及一第二輻射部。第一輻射部具有一第一長度及操作於一第一頻帶，第二輻射部具有一第二長度及操作於一第二頻帶，而第二輻射部係與第一輻射部相連，又，第二長度係大於該第一長度，第一頻帶的頻率係大於第二頻帶的頻率。第二輻射單元設置於基板之第一表面上且相鄰於第一輻射單元並包括一第三輻射部以及一第四輻射部。第三輻射部具有與該第二長度實質上相同之一第三長度且相鄰於該第一輻射部，第三輻射部操作於一第三頻帶，第四輻射部具有與該第一長度實質上相同之一第四長度且相鄰於該第二輻射部，第四輻射部操作於一第四頻帶，而第四輻射部係與該第三輻射部相連，又，第一頻帶等於第三頻帶，第二頻帶等於第四頻帶。阻抗匹配單元，用以調整非對稱雙頻天線之阻抗匹配，阻抗匹配單元係設置於第二表面。阻抗匹配單元包括一第一至一第四補塊，係分別與第一至第四輻射部相對。第一至第四補塊並分別與第一至第四輻射部電性連接，第一及第四補塊係分別具有一第一狹縫及一第二狹縫，第一狹縫與第二狹縫分別的第一寬度及第二寬度係與非對稱雙頻天線之阻抗大小相關，第一及第二補塊係與一饋入點電性連接，第三及第四補塊係與一接地點電性連接。

為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖，其繪示係本發明一較佳實施例之非對稱雙頻天線之示意圖。非對稱雙頻天線10包括基板30、第一輻射單元50、第二輻射單元52、阻抗匹配單元70。其中，基板30具有相對之第一表面302、第二表面304。第一輻射單元50及第二輻射單元52皆設置於基板30之第一表面302上，阻抗匹配單元70係與第一輻射單元50及第二輻射單元52相對應設置於基板30之第二表面304。

請參照第2A圖，其繪示第1圖之非對稱雙頻天線之第一及第二輻射單元之結構圖。第一輻射單元50包括第一輻射部502與第二輻射部504，其中第一輻射部502係連接於第二輻射部504，並具有第一長度L1，第一輻射部502係操作於第一頻帶。第二輻射部504具有第二長度L2，第二輻射部504係操作於第二頻帶；且第二輻射單元52包括第三輻射部522與第四輻射部524。其中，第三輻射部522具有第三長度L3並操作在第一頻帶，第三長度L3實質上係相等於第二長度L2。第四輻射部524連接於第三輻射部522，並具有第四長度L4且操作在第二頻帶，第四長度L4實質上係相等於第一長度L1。第一輻射部502係相鄰於第三輻射部522，第二輻射部504係相鄰於第四輻射部524。第一頻帶的頻率係大於第二頻帶的頻率。

請參照第2B圖，其繪示第1圖之非對稱雙頻天線之阻抗匹配單元之結構圖。阻抗匹配單元70用以調整本實施例之非對稱雙頻天線10之阻抗匹配。阻抗匹配單元70包括第一補塊72、第二補塊74、第三補塊76及第四補塊78。

第一補塊72、第二補塊74、第三補塊76及第四補塊78係分別與第一輻射部502、第二輻射部504、第三輻射部522及第四輻射部524相對並電性連接。第一補塊72及第四補塊78係分別具有一第一狹縫721及一第二狹縫781。第一補塊72係連接於第二補塊74並與一饋入點702電性連接，第三補塊76係連接於第四補塊78並與一接地點704電性連接。

更進一步來說，基板30更具有多個通孔，以使第一補塊72、第二補塊74、第三補塊76及第四補塊78透過這些通孔來分別與第一輻射部502、第二輻射部504、第三輻射部522及第四輻射部524電性連接。本實施例係以基板30更具有十個通孔為例做說明，然本發明並不限於此。此十個通孔分別為第一至第十通孔V1至V10。

上述之第一輻射部502之第一長度L1與第二輻射部504之第二長度L2將影響到非對稱雙頻天線10之輻射頻率。經由適當設計第一長度L1及第二長度L2，可使天線能收發無線通訊裝置所需之頻率的訊號。於本實施例中，第一輻射部502例如對應於高頻訊號，其頻率範圍係4.9GHz至5.875GHz，頻率範圍4.9GHz至5.875GHz例如係為第一頻帶，第二輻射部504例如對應於低頻訊號，其頻率範圍係2.4GHz至2.5GHz，頻率範圍2.4GHz至2.5GHz例如係為第二頻帶。藉由使第一長度L1與第二長度L2不同，可使本實施例之非對稱雙頻天線10具有雙頻操作的效果。非對稱雙頻天線10例如適用於電機暨電子工程師學會(The Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)所制定之無線網路通信的工業標準802.11a/b/g/n、無線區域網路(Wireless LAN,WLAN)等。在本實施例中，第一補塊72例如實質上係U型結構，連接於第二補塊74。第一補塊72更具有第一端722、第二端724、第一轉折端726、第二轉折端728、第一短邊723、第一長邊725、以及第五長度L5。如第2A圖所示，第一輻射部502經由基板30之第一至第三通孔V1~V3電性連接於如第2B圖所示之第一補塊72之第一端722、第二端724及第一轉折端726。第一狹縫721係沿著第一補塊72之第一長邊725延伸，第一狹縫721沿著第一短邊723具有第一寬度S1，第二寬度S1之寬度係與非對稱雙頻天線10之阻抗大小相關，改變第一寬度S1之寬度可調整非對稱雙頻天線10之阻抗大小。又，第一長邊725與第一短邊723之長度分別實質上相等於第一輻射部502之長邊506與短邊508之長度。

第二補塊例如實質上係L型結構，對應於第二輻射部504。第二補塊74具有第三端742、第四端744、第三轉折端746以及第六長度L6。第四端744與第一補塊72之第二轉折端728連接。又，上述之與第一補塊72與第二補塊74電性連接之饋入點702較佳地係位於第一補塊72與第二補塊74之交接處。如第2A圖所示，第二輻射部504經由基板30之第四通孔V4及第五通孔V5電性連接於如第2B圖所示之第二補塊74之第三端742及第三轉折端746。較佳地，第二補塊74具有與第二輻射部504實質上相同之形狀與大小。

第三補塊76例如實質上係L型結構，對應於第三輻射部522。第三補塊76具有第五端762、第六端764、第四轉折端766以及第七長度L7。如第2A圖所示，第三輻射部522經由基板30之第六通孔V6及第七通孔V7電性連接於如第2B圖所示之第三補塊76之第五端762及第四轉折端766。較佳地，第三補塊76具有與第三輻射部522實質上相同之形狀與大小。

第四補塊78例如實質上係U型結構，第四補塊78相鄰於第二補塊74。第四補塊78更具有第七端782、第八端784、第五轉折端786、第六轉折端788、第二短邊783、第二長邊785以及第八長度L8。第六轉折端788與第三補塊76之第六端764連接。又，與第三補塊76與第四補塊74電性連接之接地點702較佳地係位於第一補塊72與第二補塊74之交接處。

如第2A圖所示，第四輻射部524經由基板30之第八至第十通孔V8~V10電性連接至如第2B圖所示之第四補塊78之第七端782、第八端784及第五轉折端786。第二狹縫781係沿著第二長邊785延伸，第二狹縫721沿著第二短邊783具有第二寬度S2，第二寬度S2之寬度係與非對稱雙頻天線10之阻抗大小相關，改變其寬度之寬度可調整非對稱雙頻天線10之阻抗大小。第二短邊783、第二長邊785之長度分別實質上相等於第四輻射部524之長邊526與短邊528之長度。

然，上述之第一至第四補塊之形狀並不受限於此，在本發明其他實施例中，第一狹縫與第二狹縫之形狀亦可為其他形狀。

本實施例之非對稱雙頻天線10之第一輻射部502相鄰於第三輻射部522，第二輻射部504相鄰於第四輻射部524，其非對稱結構之設計以及上述阻抗匹配單元70之設置，使得第一輻射部502與第二輻射部504之間的間距D1，以及第三輻射部522與第四輻射部524之間的間距D2可以比傳統的雙頻天線還小，而可讓本實施例之非對稱雙頻天線10具有縮小體積之優點。

本實施例之非對稱雙頻天線10中，各長度較佳地符合下述條件：

L1=L3=L6=L7=0.2~0.3λ；及

L2=L4=L5=L8=0.2~0.3λ。

λ為訊號之波長。

請參照第3圖，其繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之所量測到的駐波比圖(Standing Wave Ratio，SWR)。依據駐波比等於3之頻寬參考線T1，可分別獲得2.4GHz~2.5GHz以及4.9GHz~5.85GHz之頻寬。又，圖中以測量點1~5表示之頻率為2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz、4.9GHz及5.85GHz所對應之SWR數值分別係1.6907、1.1481、1.2831、1.4670及1.9723，可知本實施例之非對稱雙頻天線10確實可操作於雙頻之下，並具有足夠大的頻寬。

請參照第4A~4C圖，其繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之增益垂直極化場型圖。第4A~4C圖分別係對稱雙頻天線10操作於2.45GHz、5.25GHz以及5.75GHz之垂直極化場型圖。由第4A~4C圖可以看出，非對稱雙頻天線10在垂直極化上確實具有全向性天線之特點。茲將垂直極化之最大增益值與平均增益值整理於下表。

請參照第5A~5C圖，其繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之增益水平極化場型圖。第5A~5C圖分別係對稱雙頻天線操作於2.45GHz、5.25GHz以及5.75GHz之水平極化場型圖。如第5A圖所示，非對稱雙頻天線10在246°之方向上具有最大增益；如第5B圖所示，非對稱雙頻天線10在129°方向上具有最大增益；如第5C圖所示，非對稱雙頻天線10在297°方向上具有最大增益。茲將其水平極化之最大增益值與平均增益值整理於下表。

由上述之場型圖可知，本發明較佳實施例之非對稱雙頻天線可操作於雙頻，且具有全向性天線之特性。又，以第一與第二輻射單元之非對稱設計，以及將阻抗匹配單元設置於基板另一表面並電性連接於第一及第二輻射單元的作法，可使得非對稱雙頻天線得以小型化，並提高其市場價值與應用性。

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。

10．．．非對稱雙頻天線

30．．．基板

302．．．第一表面

304．．．第二表面

50．．．第一輻射單元

502．．．第一輻射部

504．．．第二輻射部

506、526．．．長邊

508、528．．．短邊

52．．．第二輻射單元

522．．．第三輻射部

524．．．第四輻射部

70．．．阻抗匹配單元

702．．．饋入點

704．．．接地點

72．．．第一補塊

721．．．第一狹縫

722．．．第一端

723．．．第一短邊

724．．．第二端

725．．．第一長邊

726．．．第一轉折端

728．．．第二轉折端

74．．．第二補塊

742．．．第三端

744．．．第四端

746．．．第三轉折端

76．．．第三補塊

762．．．第五端

764．．．第六端

766．．．第四轉折端

78．．．第四補塊

781．．．第二狹縫

782．．．第七端

783．．．第二短邊

784．．．第八端

785．．．第二長邊

786．．．第五轉折端

788．．．第六轉折端

S1、S2．．．第一寬度、第二寬度

D1、D2．．．間距

L1~L8．．．第一長度~第八長度

V1~V10．．．第一通孔~第十通孔

第1圖繪示本發明一較佳實施例之非對稱雙頻天線之示意圖。

第2A圖繪示第1圖之非對稱雙頻天線之第一及第二輻射單元之結構圖。

第2B圖繪示第1圖之非對稱雙頻天線之阻抗匹配單元之結構圖。

第3圖繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之所量測到的駐波比圖。

第4A~4C圖繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之增益垂直極化場型圖。

第5A~5C圖繪示乃第1圖之非對稱雙頻天線之增益水平極化場型圖。

10．．．非對稱雙頻天線

30．．．基板

302．．．第一表面

304．．．第二表面

50．．．第一輻射單元

52．．．第二輻射單元

70．．．阻抗匹配單元

702．．．饋入點

704．．．接地點

Claims (11)

1. 一種非對稱雙頻天線，包括：一基板，具有相對之一第一表面以及一第二表面；一第一輻射單元，設置於該基板之該第一表面上，該第一輻射單元包括：一第一輻射部，具有一第一長度並操作於一第一頻帶；及一第二輻射部，具有一第二長度並操作於一第二頻帶，該第二輻射部係與該第一輻射部相連，該第二長度係大於該第一長度，且該第一頻帶的頻率係大於該第二頻帶的頻率；一第二輻射單元，設置於該基板之該第一表面上且相鄰於該第一輻射單元，該第二輻射單元包括：一第三輻射部，具有與該第二長度實質上相同之一第三長度並操作於該第一頻帶，且相鄰於該第一輻射部；及一第四輻射部，具有與該第一長度實質上相同之一第四長度並操作於該第二頻帶，且相鄰於該第二輻射部，該第四輻射部係與該第三輻射部相連；以及一阻抗匹配單元，用以調整該非對稱雙頻天線之阻抗匹配，該阻抗匹配單元係設置於該第二表面，該阻抗匹配單元包括一第一補塊、一第二補塊、一第三補塊及一第四補塊，係分別與該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部及該第四輻射部相對且電性連接，該第一補塊及該第四補塊係分別具有一第一狹縫及一第二狹縫，該第一補塊 及該第二補塊係與一饋入點電性連接，該第三補塊及該第四補塊係與一接地點電性連接；其中該基板具有複數個通孔(via)，該第一補塊、該第二補塊、該第三補塊及該第四補塊各自至少藉由一個通孔分別與該第一輻射部、該第二輻射部、該第三輻射部及該第四輻射部電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第一補塊具有一第一長邊及一第一短邊，該第一狹縫係沿著該第一長邊延伸，且該第一狹縫沿著該第一短邊具有一第一寬度，該第一寬度之寬度係與該非對稱雙頻天線之阻抗大小相關。
3. 如申請專利範圍第2項所述之非對稱雙頻天線，其中該第一輻射部之一長邊與一短邊之長度分別實質上相等於該第一補塊之該第一長邊與該第一短邊之長度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第四補塊具有一第二長邊及一第二短邊，該第二狹縫係沿著該第二長邊延伸，且該第二狹縫沿著該第二短邊具有一第二寬度，該第二寬度之寬度係與該非對稱雙頻天線之阻抗大小相關。
5. 如申請專利範圍第4項所述之非對稱雙頻天線，其中該第四輻射部之一長邊與一短邊之長度分別實質上相等於該第四補塊之該第二長邊與該第二短邊之長度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第一補塊實質上係U型結構，具有U型結構之該第一補塊具有一第一、一第二端及一第一、一第二轉折端， 該第二補塊實質上係L型結構，具有L型結構之該第二補塊具有一第三、一第四端及一第三轉折端，該第四端係連接於該第一補塊之該第二轉折端，該基板具有一第一至一第五通孔，該第一輻射部經由該第一至第三通孔電性連接於該第一補塊之該第一端、該第二端與該第一轉折端，該第二輻射部經由該第四、該第五通孔電性連接於該第二補塊之該第三端及該第二轉折端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第三補塊實質上係L型結構，具有L型結構之該第三補塊具有一第五、一第六端及一第四轉折端，該第四補塊實質上係U型結構，具有U型結構之該第四補塊具有一第七、一第八端及一第五、一第六轉折端，該第四補塊之該第六轉折端係連接於該第三補塊之該第六端，該基板具有一第六至一第十通孔，該第三輻射部經由該第六及第七通孔電性連接於該第一補塊之該第六端及第四轉折端，該第四輻射部經由該第八至該第十通孔電性連接於該第二補塊之該第七、該第八端與該第五轉折端。
8. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第一輻射部及該第四輻射部實質上係矩形，該第二輻射部及該第三輻射部實質上係L型。
9. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該饋入點電性連接於該第一補塊及第二補塊之交接處。
10. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該接地點電性連接於該第三補塊及第四補塊之交接 處。
11. 如申請專利範圍第1項所述之非對稱雙頻天線，其中該第二補塊及該第三補塊之形狀與大小分別實質上相同於該第二輻射部與該第三輻射部。