TWI446626B - 寬頻行動通訊天線 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種行動通訊天線，特別是一種可以寬頻操作之行動通訊天線，適合應用於行動通訊產品上。
行動通訊技術日新月異，短短數十年內已從傳統類比式行動電話演化至目前五花八門的行動通訊產品，行動通訊裝置的應用隨處可見，傳統通訊系統的需求由早期第一代行動通訊系統(First Generation System)發展至目前的第三代行動通訊系統(Third Generation System)，未來無線通訊的應用將邁向第四代行動通訊系統(Forth Generation System)之高速資訊傳輸領域。目前第三代行動通訊系統所需應用的通訊頻帶應具備GSM/UMTS五頻系統(824~960MHz及1710~2170MHz)之操作頻寬，而近期發展之長期演進(LTE,Long Term Evolution)技術將成為第四代行動通訊系統之主要應用，其應用頻帶除了向下相容至第三代行動通訊之操作頻帶以外，並整合第四代行動通訊系統之應用頻帶，使得整體具有多於五頻之操作頻寬(698~960MHz及1710~2690MHz)，其應用頻帶由歐洲電信標準協會ETSI(European Telecommunication Standards Institute)及3GPP(3rd Generation Partnership Project)所定義，該操作頻帶之低頻操作頻帶具有約30%之頻寬，而高頻操作頻帶具有約45%之頻寬，使得天線設計難度大幅提升，一般先前技術無法輕易達成其頻寬需求。
台灣專利公告號I276248“一種內藏式寬頻行動通訊天線”揭露一種應用於第三代行動通訊之天線設計，利用寬化金屬片之倒F形天線設計，使得天線電流分部均勻以達成寬頻操作，該天線設計僅能達成基本五頻之頻寬需求；日本專利特許公報JP 2006-33798A“Antenna Device and Portable Radio Terminal”揭露一種利用寄生元件設計之雙頻天線，該天線利用單極天線本身共振的模態合成寄生元件上產生之另一共振模態而涵蓋多頻操作，然而此類天線設計皆無法在有限的空間內設計出達成第四代行動通訊系統之操作頻帶。
為了解決上述問題，本發明提出一種行動通訊天線，特別是一種可以寬頻操作之行動通訊天線的創新設計，有效利用天線之多重耦合饋入特點分別在低頻操作頻帶與高頻操作頻帶產生多個共振模態，達成雙寬頻之操作，該天線不僅可以涵蓋第三代行動通訊系統之五頻通訊頻帶，並且滿足第四代行動通訊系統之操作頻寬需求。
本發明之目的在於提出一種寬頻行動通訊天線的創新設計，在有效的設計空間中達成雙寬頻的阻抗頻寬，低頻頻寬涵蓋698~960MHz，高頻頻寬涵蓋1710~2690MHz，以涵蓋第四代行動通訊頻帶寬頻操作之需求。
本發明為一種寬頻行動通訊天線，包含：一接地部，具有一接地點與一短路點；一第一輻射部，位於該接地部之一側，包含：一第一子輻射部，該第一子輻射部具有一第一連接點，且於一第一特定頻率附近產生一第一共振頻帶；及一第二子輻射部，位於該第一子輻射部之一側，與該接地部及該第一子輻射部無實質連接，並與該第一子輻射部具有一第一特定間距，且具有一饋入點及一第二連接點，且於一第二特定頻率附近產生一第二共振頻帶；一第二輻射部，位於該接地部之一側，包含：一第三子輻射部，該第三子輻射部之一端連接至該第一子輻射部之第一連接點，其另一端連接至該接地部之短路點；及一第四子輻射部，介於該第二子輻射部與該第三子輻射部之間，與該接地部及該第三子輻射部無實質連接，並具有一第二特定間距，而該第四子輻射部之一端連接至該第二子輻射部之第二連接點，另一端為開路端；及一饋入裝置，用於傳輸訊號，分別連接至該接地部之接地點與該第二子輻射部之饋入點。
本發明天線採用雙重耦合之饋入方式設計，該第一輻射部保留傳統耦合式天線設計之特點，使得本發天線在該第一共振頻帶具有較低的實部阻抗，並且藉由調整該第一子輻射部與該第二子輻射部之間之該第一特定間距，得以有效增加天線之電容性以補償該第一共振頻帶之電感性；藉由適當調整該第一子輻射部之尺寸，可以調整該第一共振頻帶之該第一共振頻率，該第一共振頻率約為該第一子輻射部與該第三子輻射部總長之四分之一波長；適當調整該第二子輻射部之尺寸，可以調整該第二共振頻帶之該第二共振頻率，而該第二共振頻率約為該第二子輻射部長度之四分之一波長，因此可以涵蓋基本五頻之通訊頻帶。除此之外，為了使得本設計更進一步涵蓋第四代行動通訊系統之應用頻帶，該第二輻射部之設計用以趨緩該第一共振頻帶邊緣遞減過快之阻抗實部，藉由適當設計該第三子輻射部與該第四子輻射部之間之該第二特定間距，得以補償該第一共振頻帶邊緣過低之電容性，因此得以增加該第一共振頻帶之阻抗頻寬；藉由調整該第三子輻射部之尺寸，可以增加該第二共振頻帶之阻抗頻寬；藉由調整該第四子輻射部之尺寸，可進一步增加該第二共振頻帶之阻抗頻寬。結合上述之設計特點，本發明可以合成一涵蓋第四代行動通訊系統之雙寬頻阻抗頻寬。
第1圖為本發明天線之一實施例結構圖，包含：一接地部10，具有一接地點101與一短路點102；一第一輻射部11，位於該接地部10之一側，包含：一第一子輻射部12，該第一子輻射部12具有一第一連接點121，且於一第一特定頻率附近產生一第一共振頻帶21；及一第二子輻射部13，位於該第一子輻射部12之一側，與該接地部10及該第一子輻射部12無實質連接，並與該第一子輻射部12具有一第一特定間距131，且具有一饋入點132及一第二連接點133，且於一第二特定頻率附近產生一第二共振頻帶22；一第二輻射部14，位於該接地部10之一側，包含：一第三子輻射部15，該第三子輻射部15之一端連接至該第一子輻射部12之第一連接點121，其另一端連接至該接地部10之短路點102；及一第四子輻射部16，介於該第二子輻射部13與該第三子輻射部15之間，與該接地部10及該第三子輻射部15無實質連接，並具有一第二特定間距161，而該第四子輻射部16之一端連接至該第二子輻射部13之第二連接點133，另一端為開路端；及一饋入裝置17，用於傳輸訊號，分別連接至該接地部10之接地點101與該第二子輻射部13之饋入點132。由上述之配置方式得以使得本發明天線在有限的設計空間之下，於該第一共振頻帶21與該第二共振頻帶22產生寬頻之阻抗頻寬，進而涵蓋第四代行動通訊系統之應用頻帶。
第2圖為本發明天線一實施例之電壓駐波比(VSWR)量測結果。在實施例1中選擇下列尺寸來進行實驗：接地部10長度為260mm、寬度為200mm；第一子輻射部長度約為40mm、寬度約為4mm；第二子輻射部長度約為22mm、寬度約為3mm；第三子輻射部長度約為45mm、寬度約為2mm；第四子輻射部長度約為55mm、寬度約為2mm；第一特定間距約為3mm；第二特定間距約為2mm；而該饋入裝置17為一同軸傳輸線。由所得實驗結果得之，本發明具有良好的電壓駐波比與寬頻之阻抗頻寬，其第一共振頻帶21涵蓋698~960MHz，第二共振頻帶22涵蓋1710~2690MHz，輕易涵蓋原第三代行動通訊系統GSM/UMTS之操作頻帶，並進一步涵蓋第四代行動通訊系統之操作頻帶。
第3圖為本發明天線一實施例在x-y平面(水平面；假設地面平行於x-y平面)、x-z平面及y-z平面(垂直面)於850MHz之天線輻射場型量測結果；第4圖為本發明天線一實施例在x-y平面(水平面；假設地面平行於x-y平面)、x-z平面及y-z平面(垂直面)於2200MHz之天線輻射場型量測結果。由量測結果得知，本發明天線於x-y平面(水平面)之主要極化方向為垂直極化，且大致為一全向性之輻射場型，因此在水平面附近具有良好的接收效果，符合實際應用之需求，適合做為行動通訊之應用。
第5圖為本發明天線第一其他實施例結構圖。本實施例5與實施例1之最大的不同在於該接地部50、該第一輻射部51及該第二輻射部54具有一次以上之彎折，成為一立體架構，以此配置方式之設計，可減少天線佔據之體積，其操作原理與第一實施例1相同，符合實際應用之需求，適合做為行動通訊之應用。
第6圖為本發明天線第二其他實施例結構圖。本實施例6與實施例1之最大不同在於該接地部60、該第一輻射部61及該第二輻射部64係部份以印刷或蝕刻技術形成於一介質基板68上，而部分由金屬片沖壓或切割技術製作而成，以形成一複合式天線之設計，以此配置方式之設計，亦可減少天線佔據之體積，其操作原理與第一實施例1相同，符合實際應用之需求，適合做為行動通訊之應用。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功能，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵。惟需注意，上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明之範圍。任何熟於此項技藝之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神下，對實施例作修改或變化。本發明權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所述。
1．．．本發明之寬頻行動通訊天線一實施例
10,50,60．．．接地部
101,501,601．．．接地點
102,502,602．．．短路點
11,51,61．．．第一輻射部
12,52,62．．．第一子輻射部
121,521,621．．．第一連接點
13,53,63．．．第二子輻射部
131,531,631．．．第一特定間距
132,532,632．．．饋入點
133,533,633．．．第二連接點
14,54,64．．．第二輻射部
15,55,65．．．第三子輻射部
16,56,66．．．第四子輻射部
161,561,661．．．第二特定間距
17．．．饋入裝置
21．．．第一共振頻帶
22．．．第二共振頻帶
68．．．介質基板
第1圖為本發明天線一實施例結構圖。
第2圖為本發明天線一實施例電壓駐波比(VSWR)量測結果。
第3圖為本創作天線一實施例於操作頻率850MHz之輻射場型量測結果。
第4圖為本創作天線一實施例於操作頻率2200MHz之輻射場型量測結果。
第5圖為本發明天線第一其他實施例結構圖。
第6圖為本發明天線第二其他實施例結構圖。
1．．．本發明之寬頻行動通訊天線一實施例
10．．．接地部
101．．．接地點
102．．．短路點
11．．．第一輻射部
12．．．第一子輻射部
121．．．第一連接點
13．．．第二子輻射部
131．．．第一特定間距
132．．．饋入點
133．．．第二連接點
14．．．第二輻射部
15．．．第三子輻射部
16．．．第四子輻射部
161．．．第二特定間距
17．．．饋入裝置
Claims (9)
- 一種寬頻行動通訊天線，包含：一接地部，具有一接地點與一短路點；一第一輻射部，位於該接地部之一側，包含：一第一子輻射部，該第一子輻射部具有一第一連接點，且於一第一特定頻率附近產生一第一共振頻帶；及一第二子輻射部，位於該第一子輻射部之一側，與該接地部及該第一子輻射部無實質連接，並與該第一子輻射部具有一第一特定間距，且具有一饋入點及一第二連接點，且於一第二特定頻率附近產生一第二共振頻帶；一第二輻射部，位於該接地部之一側，包含：一第三子輻射部，該第三子輻射部之一端連接至該第一子輻射部之第一連接點，其另一端連接至該接地部之短路點；及一第四子輻射部，介於該第二子輻射部與該第三子輻射部之間，與該接地部及該第三子輻射部無實質連接，並具有一第二特定間距，而該第四子輻射部之一端連接至該第二子輻射部之第二連接點，另一端為開路端；及一饋入裝置，用於傳輸訊號，分別連接至該接地部之接地點與該第二子輻射部之饋入點。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部係為一天線元件之接地貼片。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部係為一無線通訊裝置之系統接地面。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部、第一輻射部及該第二輻射部具有一次以上之彎折，成為一立體架構。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該第一特定間距與該第二特定間距皆分別小於5mm。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該天線之第一共振頻帶係為698~960MHz，而該天線之第二共振頻帶係為1710~2690MHz。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部、該第一輻射部及該第二輻射部係由金屬片沖壓或切割技術製作而成。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部、該第一輻射部及該第二輻射部係以印刷或蝕刻技術形成於一介質基板上。
- 如申請專利範圍第1項所述之寬頻行動通訊天線，其中該接地部、該第一輻射部及該第二輻射部係部份以印刷或蝕刻技術形成於一介質基板上，而部分由金屬片沖壓或切割技術製作而成。
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