TWI415331B - Broadband antenna - Google Patents

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TWI415331B
TWI415331B TW098117029A TW98117029A TWI415331B TW I415331 B TWI415331 B TW I415331B TW 098117029 A TW098117029 A TW 098117029A TW 98117029 A TW98117029 A TW 98117029A TW I415331 B TWI415331 B TW I415331B
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Kuo Chan Fu
Tsung Wen Chiu
Wen His Lee
Fu Ren Hsiao
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Advanced Connectek Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

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Description

寬頻天線
本發明為一種寬頻天線，特別係指一種利用單一輻射導體即可產生寬頻天線操作頻帶之天線結構。
無線通訊設備輸出的射頻信號功率，通過饋入線輸送到天線，經由天線以電磁波形式輻射傳導出去。電磁波到達接收地點後天線接收，最後透過饋入線傳送到無線通訊產品。因此天線是發射和接收電磁波的一個重要的媒介。天線的操作頻率範圍(頻帶寬度)，不論是發射天線或接收天線通常都限定在一定頻率範圍內，天線頻帶寬度具有兩種定義，一種是指駐波比SWR1.5條件下，天線的操作頻帶寬度；另一種是指天線增益下降3分貝範圍內的頻帶寬度。
請參閱第1圖，為美國專利第7505004號專利“BROADBAND ANTENNA”之立體俯視圖。輻射元件11包含實質上為四邊形形狀之第一金屬平面111、第二金屬平面112以及第三金屬平面113；其中第一金屬平面111與第二金屬平面112相互連接，第二金屬面112亦與第三金屬平面113相互連接，經此組成U字型結構。第一金屬平面111以及第三金屬平面113與接地元件13及印刷電路板15所在的平面相互平行；第二金屬平面112則與接地元件13及印刷電路板15所在的平面相互垂直，使得輻射元件11之U 字型開口朝向平行於接地元件13及印刷電路板15的方向。此專利強調寬頻天線100除具有雙頻特性，同時具有更佳之頻寬。
然而上述專利除輻射元件11組成結構極為複雜之外，另外還需設置連接元件12及其延伸之連接元件第一端121及連接元件第二端122，經此設置作為輻射元件11及接地元件13訊號傳遞媒介，同時輻射元件11及連接元件12經多段彎折設計，容易造成訊號傳遞衰減，降低輻射能量傳導效率，另外蜿蜒設置還會增加製造難度及生產成本。
本發明之目的係提供一種寬頻天線，利用單一倒V形輻射導體即可產生天線系統之基頻共振模態及倍頻共振模態，縮短輻射訊號傳遞路徑，提高輻射能量及訊號傳導效率。
本發明之另一目的係提供一種寬頻天線，利用彎折部延伸之直線狀第一端部及第二端部設計，無須另外設置短路連接元件，簡化天線設計結構，避免輻射元件過度彎折及加工，縮短組裝時程且提高產品製造良率。
本發明之又一目的係提供一種寬頻天線，利用控制彎折部之夾角及中心導線連接於第二端部之饋入位置，經此調整基頻模態及倍頻模態之頻率比，再經由微調第二端部連接於接地面末端之尺寸粗細及長度方式，進而調整天線系統之阻抗匹配。
為達成上述目的，本發明為一種寬頻天線，包括：輻 射導體、接地面及饋入線；輻射導體形狀呈倒V形狀，具有一彎折部，將彎折部分別沿兩相對側方向延伸設置一第一端部及一第二端部，由於第一端部及第二端部為直線狀，因此彎折部會形成一夾角，第二端部末端則連接於接地面；饋入線具有一中心導線及一外層導線，將中心導線連接於第二端部之饋入部，外層導線則連接於接地面。
本發明實施例主要特徵係利用單一倒V形輻射導體即可產生天線系統之前兩個共振模態，分別為基頻共振模態及倍頻共振模態，經由兩種共振模態構成寬頻天線系統操作頻帶，同時縮短輻射訊號傳遞路徑，提高輻射能量及訊號傳導效率。由於彎折部延伸之第一端部及第二端部設計為直線狀，無須另外設置短路連接元件，有效簡化天線設計結構，避免輻射元件過度彎折及繁雜加工，縮短組裝時程且提高產品製造良率。此外，由於彎折部沿兩相對側方向延伸設置之第一端部及第二端部形成一夾角，經由控制彎折部之夾角度數及饋入線中心導線連接於第二端部之饋入部位置，適當調整即可使基頻模態及倍頻模態具有良好之頻率比，再利用微調第二端部連接於接地面末端之尺寸粗細及長度方式，經適當調整即可改變天線系統之虛部阻抗，經此控制基頻共振模態及倍頻共振模態之操作頻率位置至系統所需的操作頻帶，並使兩模態達成良好阻抗匹配，進而增加操作頻寬。
為使貴審查人員進一步了解本發明之詳細內容，茲列舉下列較佳實施例說明如後。
請參閱第2圖，為本發明實施例之立體俯視圖。包括：輻射導體21、接地面22及饋入線23；輻射導體21設置有一彎折部211，將彎折部211分別沿兩相對側方向延伸設置一第一端部211a及一第二端部211b；饋入線23具有一中心導線231及一外層導線232。
將輻射導體21設置於基板24上，本實施例之輻射導體21設計為V字形，並呈倒V傾斜配置狀態，同時將彎折部211分別沿兩相對側方向延伸設置一第一端部211a及一第二端部211b，由於第一端部211a及第二端部211b為直線狀，因此彎折部內側會形成一夾角，夾角範圍控制介於15度至90度之間，經由控制夾角度數方式可使基頻模態及倍頻模態具有特性優異之頻率比，第二端部211b末端連接於接地面22；饋入線23之中心導線231連接於第二端部211b之饋入部231a位置，外層導線232則連接於接地面22，利用中心導線231傳遞饋入線23之高頻傳輸訊號至第二端部211b，同時透過控制中心導線231連接於第二端部211b之饋入部231a位置，亦可使基頻模態及倍頻模態具有特性優異之頻率比，再利用微調第二端部211b連接於接地面22末端之尺寸粗細及長度方式，進而改變天線系統之虛部阻抗，將基頻共振模態及倍頻共振模態之操作頻率位置控制至系統所需的操作頻帶。
本實施例之輻射導體21呈倒V傾斜狀，彎折部為多角狀，因此可將輻射導體21劃分為第一端部211a之上方三 角形及及第二端部211b之下方三角形，其中第一端部211a之三角形頂部最長側邊長度約為25mm，相對側長度約為23mm，底部長度約為3.5mm，第二端部211b之三角形下方側邊長度約為14mm，相對側長度約為10.5mm，底部短邊長度約為3mm，基板24為矩形狀，長度約為38mm，寬度約為7mm。
請參閱第3圖，為本發明實施例之輻射導體變化實施態樣立體俯視圖。本變化實施態樣差異處在於輻射導體21之彎折部211及延伸設置之第一端部211a沿基板24上方垂直方向延伸設置，藉以擴大輻射導體21傳輸面積，增加天線系統整體輻射傳導效率，由於本發明之輻射導體21呈倒V傾斜狀設置，因此可依相同配置原理增加輻射導體21之傳輸面積。
請參閱第4圖，為本發明實施例之輻射導體另一變化實施態樣立體俯視圖。本變化實施態樣差異處在於輻射導體21之彎折部211設置為曲面狀，使輻射導體21整體面積由外而內縮減，而中心導線231連接於第二端部211b處之饋入部231a位置則直接連接於第二端部211b表面，經上述兩輻射導體21變化實施態樣得知，本發明設計之倒V傾斜狀輻射導體21，除可利用單一輻射導體21產生兩種共振模態之外，同時還能隨時因應產品體積變化作靈活配置。
請參閱第5圖，為本發明實施例之電壓駐波比(VSWR)量測數據示意圖。在電壓駐波比定義為2之情況下，頻寬S1操作頻率範圍涵蓋2.2GHz至2.8GHz，此頻帶頻寬範圍 涵蓋WLAN(2.4~2.5GHz)以及WiMAX(2.3~2.7GHz)之系統頻寬。而頻寬S2操作頻率範圍涵蓋4.6GHz至7GHz，此頻帶頻寬範圍涵蓋WLAN(4.9~5.9GHz)之系統頻寬。經上述電壓駐波比量測數據結果顯示，本發明之設計確實已具備特性更優異之操作頻寬及阻抗匹配。
請參閱第6圖，為本發明實施例應用於筆記型電腦之局部放大立體俯視圖。將輻射導體21下方之基板24貼附於筆記型電腦6側板61表面，接地面22採用金屬錫箔片，將錫箔片底面完整貼覆於筆記型電腦6之底板62表面，利用底板62作為整個天線系統接地面，由於本發明之輻射導體21設計為倒V傾斜狀，使輻射導體21整體面積能隨時因應產品體積作配置變化，增加組裝便利性。
本發明已符合專利要件，實際具有新穎性、進步性與產業應用價值之特點，然其實施例並非用以侷限本發明之範圍，任何熟悉此項技藝者所作之各種更動與潤飾，在不脫離本發明之精神和定義下，均在本發明權利範圍內。
100‧‧‧寬頻天線
11‧‧‧輻射元件
111‧‧‧第一金屬平面
112‧‧‧第二金屬平面
113‧‧‧第三金屬平面
12‧‧‧連接元件
121‧‧‧連接元件之第一端
122‧‧‧連接元件之第二端
13‧‧‧接地元件
14‧‧‧饋入線
15‧‧‧印刷電路板
21‧‧‧輻射導體
211‧‧‧彎折部
211a‧‧‧第一端部
211b‧‧‧第二端部
22‧‧‧接地面
23‧‧‧饋入線
231‧‧‧中心導線
231a‧‧‧饋入部
232‧‧‧外層導線
24‧‧‧基板
6‧‧‧筆記型電腦
61‧‧‧側板
62‧‧‧底板
第1圖為美國專利第7505004號寬頻天線之立體俯視圖。
第2圖為本發明實施例之立體俯視圖。
第3圖為本發明實施例之輻射導體變化實施態樣立體俯視圖。
第4圖為本發明實施例之輻射導體另一變化實施態樣立體俯視圖。
第5圖為本發明實施例之電壓駐波比(VSWR)量測數據示意 圖。
第6圖為本發明實施例應用於筆記型電腦之局部放大立體俯視圖。
21‧‧‧輻射導體
211‧‧‧彎折部
211a‧‧‧第一端部
211b‧‧‧第二端部
22‧‧‧接地面
23‧‧‧饋入線
231‧‧‧中心導線
232‧‧‧外層導線
24‧‧‧基板

Claims (10)

  1. 一種寬頻天線，包括：一輻射導體，形狀呈倒V形，並具有一彎折部，由該彎折部延伸一第一端部及一第二端部；一接地面，該第二端部末端連接於該接地面；以及一饋入線，具有一中心導線及一外層導線，將該中心導線連接於該第二端部，該外層導線則連接於該接地面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該第一端部及第二端部分別沿相對側方向延伸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該彎折部形成一夾角。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之寬頻天線，其中該夾角介於15度至90度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該彎折部為多角狀。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該彎折部為曲面狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該第一端部及第二端部為直線狀。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻天線，其中該中心導線連接於第二端部處形成一饋入部。
  9. 一種寬頻天線，包括：一輻射導體，形狀呈倒V形，並具有一彎折部，由該彎折部延伸一第一端部及一第二端部；一接地面，該第二端部末端連接於該接地面；以及一饋入線，具有一中心導線及一外層導線，將該中心導線連接於該第二端部，該外層導線則連接於該接地面，其中微調該第二端部連接於該接地面末端之尺寸粗細及長度，進而改變該寬頻天線之虛部阻抗。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之寬頻天線，其中微調該第二端部連接於該接地面末端之尺寸粗細及長度，進而將基頻共振模態及倍頻共振模態之操作頻率位置控制至系統所需的操作頻帶。
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