TWI441388B - Multi - frequency antenna - Google Patents

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TWI441388B TW099133683A TW99133683A TWI441388B TW I441388 B TWI441388 B TW I441388B TW 099133683 A TW099133683 A TW 099133683A TW 99133683 A TW99133683 A TW 99133683A TW I441388 B TWI441388 B TW I441388B
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Description

多頻天線
本發明是有關於一種多頻天線，特別是指一種可應用於長期演進技術(LTE)的多頻天線。
長期演進(Long Term Evolution，簡稱LTE)技術是目前無線通訊領域中備受矚目的新一代行動無線寬頻技術。所謂的LTE是指可以在20MHz頻寬下，達到下行傳輸速率100Mbit/s，上行傳輸速率50Mbit/s，並且向下相容，支援現有的3G系統，它可以讓服務供應商透過較為經濟的方式提供無線寬頻服務，並超越現今3G無線網路的效能，帶來更優異的表現。有鑑於目前各國針對LTE所定義出來的工作頻段如下表一所示，需涵括698-960MHz、1710-2170MHz與2500-2700MHz，然現今常應用於筆記型電腦的一般PIFA天線所能操作的低頻頻寬並無法達到LTE的要求。
因此，如何構思一種能夠涵蓋上述LTE頻段及其它包含GSM850、EGSM900、PCS1800、DCS1900與WCDMA2100等頻段，並具有足夠操作頻寬的天線，即為本發明的重點。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以涵蓋多個操作頻段的多頻天線。
為達到上述目的，本發明的多頻天線，包括一絕緣基板、一主天線及一金屬片。主天線設於絕緣基板的一表面，並包含：一饋入部、一第一導體臂、一第二導體臂、一第三導體臂、一第四導體臂及一接地部。
饋入部供饋入一射頻訊號；第一導體臂與該饋入部連接，並沿該絕緣基板的一第一側邊向外延伸至該絕緣基板的一與該第一側邊相鄰的第二側邊；第二導體臂與該饋入部連接，並與該第一導體臂相鄰且短於該第一導體臂；第三導體臂與該饋入部連接，並朝接近該絕緣基板之與該第二側邊相反的第三側邊延伸，以傳遞該射頻訊號；第四導體臂與該第三導體臂相間隔地沿該第三導體臂的邊緣延伸以耦合該射頻訊號，並由該絕緣基板之第一側邊延伸至與該第一側邊相反的第四側邊；接地部設於該絕緣基板的第四側邊並鄰近該饋入部。
金屬片固定在絕緣基板的第一側邊並與第四導體臂連接，其與第一導體臂共振並耦合而共同形成一第一輻射段，並與該第四導體臂共同形成一第二輻射段。
較佳地，為適當調整第二輻射段的操作頻段，該主天線更包括一第五導體臂，其位於該第四導體臂之未與該第三導體臂相鄰的一側，並延伸至該絕緣基板的第一側邊且與該金屬片的一末端連接，而與該第四導體臂及該金屬片共同形成該第二輻射段。
較佳地，為適當調整第一輻射段的操作頻段，主天線更包括一設在該絕緣基板的第一側邊，並與該金屬片的另一末端連接的延伸段，其朝該第一導體臂凸伸，以與該第一導體臂耦合。
較佳地，主天線更包括一供該第一導體臂及第二導體臂一端連接的共用段及一連接該共用段與該饋入部的導線，以及一與該接地部及該第四導體連接的導電銅箔。
本發明的功效在於利用第一導體臂和金屬片共振並耦合，可產生多模態來達到工作在低頻且寬頻(698-960MHz)的要求，且藉由金屬片產生一高頻(1710-2170MHz)模態，並利用第三導體臂與第四導體臂耦合來調整高頻匹配，而第二導體臂則共振出另一更高頻(2500-2700MHz)模態，使得多頻天線可涵括包含LTE頻段在內的多個工作頻段，確實達到本發明的功效與目的。
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所示，是本發明多頻天線的一較佳實施例，本實施例多頻天線100包括一絕緣基板1、一主天線2及一金屬片(鐵件)3。
絕緣基板1為一長方形板體，其尺寸為73.7x14x3mm3 。
主天線2設於絕緣基板1的一表面10，並包含一饋入部21、一第一導體臂22、一第二導體臂23、一第三導體臂24、一第四導體臂25及一接地部26。
饋入部21概呈一矩形，其位於絕緣基板1中央偏右的位置，用以與一同軸纜線4的訊號線41連接以饋入一射頻訊號。
第一導體臂22與第二導體臂23的一端與一共用段201連接，且共用段201經由一導線202與饋入部21連接，以饋入射頻訊號至第一導體臂22及第二導體臂23，如圖2之箭頭方向所示。第一導體臂22與絕緣基板1的一第一側邊11相間隔且概呈平行地沿著絕緣基板1的第一側邊11延伸至絕緣基板1之與第一側邊11相鄰的一第二側邊12。且第一導體臂22的末段設計成90度彎折。
第二導體臂23與第一導體臂22相鄰(相間隔)且概呈平行地延伸，且第一導體臂22短於第二導體臂23。
第三導體臂24與饋入部21連接，兩者之間具有一凹槽20，且第三導體臂24由饋入部21朝絕緣基板1之與第二側邊12相反的一第三側邊13方向延伸，用以傳遞射頻訊號，如圖2之箭頭方向所示。
第四導體臂25由絕緣基板11之第一側邊11延伸至與第一側邊11相反的第四側邊14，並且部分緊鄰(貼近)第三導體臂24的邊緣以耦合該射頻訊號，如圖3之箭頭方向所示。
接地部26設於絕緣基板1的第四側邊14且鄰近饋入部21，用以與同軸纜線4的接地線42連接。
金屬片3概呈一長條狀，其與絕緣基板1概呈垂直地固定在絕緣基板1的第一側邊11，並與第四導體臂25的一端連接，藉此，如圖3之箭頭方向所示，射頻訊號可由第四導體臂25之與金屬片3連接處31往金屬片3的兩端傳遞，使金屬片3之由連接處31向左延伸的第一段32與相鄰的第一導體臂22產生共振並耦合，而共同形成一第一輻射段，並使金屬片3之由連接處32向右延伸的第二段33與第四導體臂25共同形成一第二輻射段。
且為調整第一輻射段的長度，使其操作在一特定頻段，本實施例之第一輻射段更包括一設在絕緣基板1的第一側邊11並與金屬片3的第一段32末端連接的延伸段27，其朝第一導體臂22的末端凸伸，以便與第一導體臂22耦合。而且為了調整第二輻射段的長度，使其操作在一特定頻段，本實施例的第二輻射段更包括一第五導體臂28，其設於第四導體臂25之未與第三導體臂24相鄰的一側，第五導體臂28與第四導體臂25概呈平行，且其一端與金屬片3的第二段33末端連接。
在本實施例中，第一輻射段的總長度大於第二輻射段26，且第二輻射段的總長度大於第二導體臂23，且第一輻射段的總長度設計，可使第一輻射段共振於第一頻段698-960MHz，而第二輻射段的總長度設計可使第二輻射段共振於一高於第一頻段的第二頻段1710-2170MHz，且第二導體臂23之長度設計，可使第二導體臂23共振於一高於第二頻段之第三頻段2500-2700MHz。本實施例多頻天線100的整體尺寸為73.7x14x3mm3 ，主天線2及金屬片3的詳細尺寸(單位：mm)參見圖4所示。
再者，為了增加天線的接地面積，本實施例可以再另外設置一導電銅箔29分別與接地部26及第四導體臂25連接。
如圖5所示，本實施例的多頻天線100通常被設置在一筆記型電腦5的蓋體51上，位於顯示器上方的側邊。
如圖6所示，是本實施例之多頻天線100的電壓駐波比(VSWR)實測結果，由圖6中可以看到多頻天線100在操作頻段698-960MHz、2170-2700MHz及2500-2700MHz內的電壓駐波比值(VSWR)皆小於3，符合業界對於天線輻射效率的要求。
參見下表2及表3，是本實施例之多頻天線100在各操作頻率下的總輻射功率(Tot.Rad.Pwr.)及輻射效率百分比(Efficiency%)。
參見圖7至圖12，是本實施例之多頻天線100在不同操作頻率下的輻射場型圖，由各圖顯示可知，多頻天線100的輻射場型具有良好的全向性。
綜上所述，本實施例之多頻天線100利用兩個低頻路徑，即第一導體臂22和金屬片3的第一段32共振並耦合，而產生多模態來達到工作在低頻且寬頻(698-960MHz)的要求，且藉由金屬片的第二段33產生一高頻(1710-2170MHz)模態，並利用第三導體臂24與第四導體臂25耦合來調整高頻匹配，而第二導體臂23則共振出另一更高頻(2500-2700MHz)模態，使得多頻天線100之工作頻段除了包含GSM850、EGSM900、PCS1800、DCS1900與WCDMA2100頻率範圍外，還涵括了LTE的工作頻段698-798MHz與2500-2700MHz，確實達到本發明的功效與目的。
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。
100．．．多頻天線
1．．．絕緣基板
2．．．主天線
3．．．金屬片
4．．．同軸纜線
5．．．筆記型電腦
10．．．表面
11．．．第一側邊
12．．．第二側邊
13．．．第三側邊
14．．．第四側邊
20．．．凹槽
21．．．饋入部
22．．．第一導體臂
23．．．第二導體臂
24．．．第三導體臂
25．．．第四導體臂
26．．．接地部
27．．．延伸段
28．．．第五導體臂
29．．．導電銅箔
31．．．連接處
32．．．第一段
33．．．第二段
41．．．訊號線
42．．．接地線
51．．．蓋體
201．．．共用段
202．．．導線
圖1是本發明多頻天線的一較佳實施例的構造立體示意圖；
圖2是射頻訊號在本實施例多頻天線的第一導體臂、第二導體臂及第三導體臂上的傳遞方向示意圖；
圖3是射頻訊號在本實施例多頻天線的第四導體臂、金屬片及第五導體臂上的傳遞方向示意圖；
圖4是本實施例之多頻天線的尺寸圖；
圖5是本實施例多頻天線設置在筆記型電腦上的位置示意圖；
圖6是本實施例多頻天線的電壓駐波比(VSWR)實測結果；及
圖7至圖12是本實施例多頻天線在不同操作頻率下的輻射場型圖。
100．．．多頻天線
1．．．絕緣基板
2．．．主天線
3．．．金屬片
4．．．同軸纜線
10．．．表面
11．．．第一側邊
12．．．第二側邊
13．．．第三側邊
14．．．第四側邊
20．．．凹槽
21．．．饋入部
22．．．第一導體臂
23．．．第二導體臂
24．．．第三導體臂
25．．．第四導體臂
26．．．接地部
27．．．延伸段
28．．．第五導體臂
29．．．導電銅箔
31．．．連接處
32．．．第一段
33．．．第二段
41．．．訊號線
42．．．接地線
201．．．共用段
202．．．導線

Claims (8)

  1. 一種多頻天線，包括：一絕緣基板；一主天線，設於該絕緣基板的一表面，並包含：一饋入部，供饋入一射頻訊號；一第一導體臂，與該饋入部連接，並沿該絕緣基板的一第一側邊向外延伸至該絕緣基板的一與該第一側邊相鄰的第二側邊；一第二導體臂，與該饋入部連接，並與該第一導體臂相鄰且短於該第一導體臂；一第三導體臂，與該饋入部連接，並朝接近該絕緣基板之與該第二側邊相反的第三側邊延伸，以傳遞該射頻訊號；一第四導體臂，與該第三導體臂相間隔地沿該第三導體臂的邊緣延伸以耦合該射頻訊號，並由該絕緣基板之第一側邊延伸至與該第一側邊相反的第四側邊；及一接地部，設於該絕緣基板的第四側邊並鄰近該饋入部；以及一金屬片，固定在該絕緣基板的第一側邊並與該第四導體臂連接，其與該第一導體臂共振並耦合而共同形成一第一輻射段，並與該第四導體臂共同形成一第二輻射段。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該主天線更包括一第五導體臂，其位於該第四導體臂之未與該第三導體臂相鄰的一側，並延伸至該絕緣基板的第一側邊且與該金屬片的一末端連接，而與該第四導體臂及該金屬片共同形成該第二輻射段。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該主天線更包括一設在該絕緣基板的第一側邊，並與該金屬片的另一末端連接的延伸段，其朝該第一導體臂凸伸，以與該第一導體臂耦合。
  4. 依據申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之多頻天線，其中該主天線更包括一供該第一導體臂及第二導體臂一端連接的共用段及一連接該共用段與該饋入部的導線。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之多頻天線，其中該主天線更包括一與該接地部及該第四導體連接的導電銅箔。
  6. 依據申請專利範圍第4項所述之多頻天線，更包括一同軸纜線，該同軸纜線的訊號線與該饋入部連接，且該同軸纜線的接地線與該接地部連接。
  7. 依據申請專利範圍第4項所述之多頻天線，其中該第一輻射段可共振於一第一頻段，該第二輻射段可共振於一高於該第一頻段之第二頻段，且該第二導體臂可共振於一高於該第二頻段之第三頻段。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之多頻天線，其中該第一頻段包含698-960MHz、該第二頻段包含1710-2170MHz，該第三頻段包含2500-2700MHz。
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