TWI450445B - 適用於ｌｔｅ頻帶的小型化天線 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種小型化天線，特別係有關於可以操作於長期演進技術(Long Term Evolution，以下皆簡稱LTE)頻帶之小型化天線。
目前於筆記型電腦或平板電腦中最常使用的通訊系統為2G以及3G系統，近期各國的電信系統商更積極地導入LTE(Long Term Evolution)系統，為了因應此需求，通訊裝置中的天線必須於有限的空間中涵蓋LTE以及無線高涵蓋範圍網路(Wireless Wide Area Network，WWAN)的頻帶。在先前技術中，單以兩輻射支路之單極天線或平面倒F型天線(PIFA)天線僅能涵蓋WWAN五頻頻帶，但對於LTE系統的Band 12、13、14、17(698-798 MHz)以及Band 7、38、40(2300-2690 MHz)皆無法涵蓋。
為了解決以上問題，需要設計一種能夠涵蓋LTE頻帶的天線。
本發明提供一種小型化天線，適用於LTE頻帶，包括：一輻射元件，至少包括一第一輻射支路，其中上述第一輻射支路朝一第一方向延伸，且上述輻射元件之一連接端上具有一信號饋入點；一接地面；一連接件，電性連接到上述接地面；以及一接地延伸元件，包括：一金屬臂，經由上述連接件，電性連接到上述接地面；一第一接地支路，電性連接到上述金屬臂，並朝上述第一方向延伸；一第二接地支路，電性連接到上述金屬臂，並朝相反於上述第一方向的一第二方向延伸；以及一第三接地支路，電性連接到上述金屬臂，並和上述第二接地支路連接，且朝上述第一方向延伸。
另外，本發明提供一種小型化天線，包括：一輻射元件，位於一第一平面上，至少包括一第一輻射支路朝一第一方向延伸，且上述輻射元件之一連接端上具有一信號饋入點；一接地面；一連接件，電性連接到上述接地面；以及一接地延伸元件，位於垂直於上述第一平面的一第二平面上，並包括：一C字形件，經由上述連接件，電性連接到上述接地面；以及一接地支路，電性連接到上述C字形件，並朝上述第一方向延伸。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之小型化天線10之立體圖。如第1圖所示，小型化天線10，包括：接地面11、基板(未圖示)、輻射元件12、接地延伸元件13、附加接地支路14和連接件15。其中，接地面11可以是一個大面積的金屬片。基板可以是玻璃纖維基板，貼在接地面11的下方，但本發明並不侷限於此。於本實施例中，輻射元件12可以由金屬製成，位於空間座標系的xz平面上；接地延伸元件13可以由金屬製成，位於空間座標系的xy平面上；附加接地支路14可以由金屬製成，位於空間座標系的xz平面上，但此僅為範例說明，並非本發明之限制條件。附加接地支路14電性連接接地延伸元件13，形狀可以是L型。在本發明一些實施例中，附加接地支路14亦可以省略，或僅為接地延伸元件13的延長。連接件15可以由金屬製成，位於空間座標系的yz平面上，電性連接接地面11和接地延伸元件13。
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之輻射元件12之平面圖。如第2A圖所示，輻射元件12可以包括輻射支路121、122，互相電性連接在一起。輻射支路121、122兩者均朝空間座標系的+x軸方向延伸。在輻射支路121、122連接處，亦即輻射元件12的連接端125，佈有小型化天線10的一個信號饋入點120，能量或信號可由信號饋入點120饋入。對應低頻的輻射支路121比對應高頻的輻射支路122長度更長。再者，如第1、2A圖所示，輻射支路121和接地延伸元件13之間的距離須小於既定距離d1。在本發明一實施例中，既定距離d1約為2.3mm，而在中心頻率為2300 MHz，介電係數為2.5的條件下，既定距離d1約為0.05倍波長。必須注意的是，本發明實施例雖揭露以上元件尺寸，並非唯一做法，熟知本技術領域人士可視中心頻率和介電係數加以更動。
第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之接地延伸元件13之平面圖。如第2B圖所示，接地延伸元件13可以包括接地支路131、132、133、金屬臂134、匹配元件136。接地支路131、132和金屬臂134共同構成C字形件139。其中，金屬臂134電性連接到連接件15。接地支路131、133皆電性連接到金屬臂134，並朝空間座標系的+x軸方向延伸。接地支路132電性連接到金屬臂134，並朝空間座標系的-x軸方向延伸。另外，接地支路133亦和接地支路132相連接。匹配元件136電性連接到金屬臂134，改變匹配元件136的長度可以調整小型化天線10的阻抗匹配。如第1圖所示，接地支路131、132之間有一個間隙，間隙長度須小於既定距離d2。在本發明一實施例中，既定距離d2約為6.1mm，而在中心頻率為2300 MHz，介電係數為2.5的條件下，既定距離d2約為0.2倍波長。另外，附加接地支路14可以電性連接到接地支路133的一個自由端。必須注意的是，本發明實施例雖揭露以上元件尺寸，並非唯一做法，熟知本技術領域人士可視中心頻率和介電係數加以更動。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之折返損失圖300，說明信號或能量由小型化天線10的信號饋入點120饋入時，量測到的折返損失(單位：dB)對頻率(單位：MHz)的示意圖。如第3圖所示，當以6dB為標準時，小型化天線10具有操作頻帶31、32。在本發明一實施例中，操作頻帶31的範圍可以介於698MHz到960MHz之間，涵蓋範圍包括LTE 700/GSM850/900頻段；而操作頻帶32範圍可以介於1710MHz到2690MHz之間，涵蓋範圍包括GSM1800/PCS1900/WCDMA Band1/LTE 2700頻段。因此，小型化天線10可以滿足2G/3G/LTE通訊系統的頻帶需求。另外，除了LTE頻帶的「band 11」和「band 21」無法涵蓋以外，小型化天線10可以涵蓋LTE頻帶的所有其他部分。
在天線原理方面，輻射元件12的輻射支路121可以共振產生位於操作頻帶31內的頻率點311。連接件15、接地延伸元件13的接地支路132和金屬臂134可以共振產生位於操作頻帶32內的頻率點322。連接件15、接地延伸元件13的接地支路131，和接地延伸元件13的金屬臂134的一部分，可以共振產生位於操作頻帶32內的頻率點323。輻射元件12的輻射支路122可以共振產生位於操作頻帶32內的頻率點324。附加接地支路14、連接件15、接地延伸元件13的接地支路133和金屬臂134可以共振產生位於操作頻帶31內的頻率點315。若將以上頻率點依頻率低到高排序，依序是：頻率點315、頻率點311、頻率點324、頻率點322、頻率點323。
在本發明的一些實施例中，小型化天線10的各元件尺寸如下：接地面11的長度約為246mm，寬度約為150mm；基板的厚度約為1mm；輻射元件12的輻射支路121長度約為53mm，寬度約為2mm；輻射元件12的輻射支路122長度約為33mm，寬度約為2mm；附加接地支路14、連接件15、接地延伸元件13的接地支路133和金屬臂134連接在一起的總長度約為91.9mm；連接件15、接地延伸元件13的接地支路132和金屬臂134連接在一起的總長度約為70.6mm；以及連接件15、接地延伸元件13的接地支路131，和接地延伸元件13的金屬臂134的一部分連接在一起的總長度約為17.4mm。必須注意的是，本發明實施例雖揭露以上元件尺寸，並非唯一做法，熟知本技術領域人士可視中心頻率和介電係數加以更動。
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之小型化天線40之立體圖。第4圖的小型化天線40和第1圖的小型化天線10相似，而不同之處如下：(1)小型化天線40的輻射元件42僅包括輻射支路121，輻射元件42的連接端425處佈有一個信號饋入點420；(2)小型化天線40的接地延伸元件43不包括匹配元件136；(3)小型化天線40不包括附加接地支路14。
第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之小型化天線50之立體圖。第5圖的小型化天線50和第1圖的小型化天線10相似，而不同之處如下：(1)小型化天線50的接地延伸元件43不包括匹配元件136；(2)小型化天線50不包括附加接地支路14。
第6圖係顯示根據本發明又一實施例所述之小型化天線60之立體圖。第6圖的小型化天線60和第1圖的小型化天線10相似，而不同之處如下：小型化天線60的接地延伸元件43不包括匹配元件136。
第7圖係顯示根據本發明再一實施例所述之小型化天線70之立體圖。第7圖的小型化天線70和第1圖的小型化天線10相似，而不同之處如下：小型化天線70的輻射元件72與接地延伸元件43均係位於空間座標系的同一平面上(亦即，xy平面上)。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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、40、50、60、70．．．小型化天線
11．．．接地面
12、42、72．．．輻射元件
120、420．．．信號饋入點
121、122．．．輻射支路
125、425．．．連接端
13、43．．．接地延伸元件
131、132、133．．．接地支路
134．．．金屬臂
136．．．匹配元件
139．．．C字形件
14．．．附加接地支路
15．．．連接件
300．．．折返損失圖
31、32．．．操作頻帶
d1、d2．．．既定距離
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之小型化天線之立體圖；
第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之輻射元件之平面圖；
第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之接地延伸元件之平面圖；
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之折返損失圖；
第4圖係顯示根據本發明另一實施例所述之小型化天線之立體圖；
第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之小型化天線之立體圖；
第6圖係顯示根據本發明又一實施例所述之小型化天線之立體圖；
第7圖係顯示根據本發明再一實施例所述之小型化天線之立體圖。
10．．．小型化天線
11．．．接地面
12．．．輻射元件
13．．．接地延伸元件
14．．．附加接地支路
15．．．連接件
d1、d2．．．既定距離
Claims (9)
- 一種小型化天線，適用於LTE頻帶，包括：一輻射元件，至少包括一第一輻射支路，其中上述第一輻射支路朝一第一方向延伸，且上述輻射元件之一連接端上具有一信號饋入點；一接地面；一連接件，電性連接到上述接地面；以及一接地延伸元件，包括：一金屬臂，經由上述連接件，電性連接到上述接地面；一第一接地支路，電性連接到上述金屬臂，並朝上述第一方向延伸；一第二接地支路，電性連接到上述金屬臂，並朝相反於上述第一方向的一第二方向延伸；以及一第三接地支路，電性連接到上述金屬臂，並和上述第二接地支路連接，且朝上述第一方向延伸；其中：上述第一輻射支路共振產生位於一第一操作頻帶內的一第一頻率點；上述連接件、上述金屬臂和上述第二接地支路共振產生位於一第二操作頻帶內的一第二頻率點；以及上述連接件、上述金屬臂的一部分和上述第一接地支路共振產生位於上述第二操作頻帶內的一第三頻率點。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上 述輻射元件更包括：一第二輻射支路，電性連接到上述第一輻射支路之上述連接端，朝上述第一方向延伸，並共振產生位於上述第二操作頻帶內的一第四頻率點。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上述第一操作頻帶係介於698MHz和960MHz之間；以及上述第二操作頻帶係介於1710MHz和2690MHz之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，更包括：一附加接地支路，電性連接到上述第三接地支路的一自由端，其中上述附加接地支路、上述第三接地支路、上述金屬臂和上述連接件共振產生位於上述第一操作頻帶內的一第五頻率點。
- 如申請專利範圍第4項所述的小型化天線，其中上述輻射元件係位於一第一平面上，上述接地延伸元件以及上述附加接地支路係位於垂直於上述第一平面之一第二平面上，且上述附加接地支路的形狀為L型。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上述輻射元件係位於一第一平面上，上述接地延伸元件係位於垂直於上述第一平面之一第二平面上，上述連接件係位於一第三平面上，且上述第三平面垂直於上述第一平面和上述第二平面。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上述接地延伸元件更包括： 一匹配元件，電性連接到上述金屬臂，用以調整阻抗匹配。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上述第一輻射支路和上述接地延伸元件的距離小於一第一既定距離，上述第一既定距離約為2.3mm。
- 如申請專利範圍第1項所述的小型化天線，其中上述第一接地支路和上述第二接地支路之間有一間隙，長度小於一第二既定距離，上述第二既定距離約為6.1mm。
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