TWI466379B - 雙頻天線及相關的通訊裝置 - Google Patents

Description

雙頻天線及相關的通訊裝置

本發明係有關一種天線，尤指一種用於無線通訊設備中的雙頻天線。

現代電子設備的體積精簡，並且能提供強大功能，已為使用者所廣泛接受。然而，隨著電子設備尺寸的縮小，許多內部和外部的元件也必須要重新的設計，才能符合需求。

時下許多的電子設備需要支援多頻段傳收的功能。例如，支援IEEE 802.11n標準的設備、支援IEEE 802.11a/b/g標準的設備、同時支援多種無線通訊標準(如GSM、3G、4G、藍牙、IEEE 802.11系列或802.16系列等)的設備、或者其他需要在多個頻段收發無線信號的設備等等。這些電子設備需要配備多個天線，才能在不同的頻段上傳收無線信號。

對於欲精簡體積的電子設備而言，多個天線所佔據的體積，顯然是造成體積難以進一步縮小的因素之一。

因此，如何在愈來愈有限的機構空間中，設計尺寸精簡、低成本、且能於多頻段收發信號的天線結構，一直是業界長期來所遭遇 到的難題。

本說明書提供了一種雙頻天線的實施例，其包含有：一輻射本體，包含有複數個輻射部，分別位於一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，且該短路接腳位於該第一平面；以及一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，且該饋入接腳位於該第一平面；其中位於該第一平面、該第二平面及該第三平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第一頻段的信號，位於該第一平面、該第二平面及該第四平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第二頻段的信號，且該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間各具有一個80度至100度的夾角。

本說明書另提供了一種無線通訊裝置的實施例，其包含有：一電路基板，包含有一第一連接部及一第二連接部；以及一雙頻天線，包含有：一輻射本體，包含有複數個輻射部，分別位於一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第一連接部相接合，且該短路接腳位於該第一平面；以及一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第二連接部相接合，且該饋入接腳位於該第一平面；其中位於該第一平面、該第二平面及該第三平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第一頻段的信號，位於該第一平面、該第二平面及該第四平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第二頻段的信號，且該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間各具有一個80度至100度的夾角。

前述實施例的優點之一是雙頻天線的結構製作簡單、尺寸精簡、並且成本低廉。

前述實施例的另一優點是雙頻天線與無線通訊裝置的電路基板的組裝容易，利於生產製造。

10、11‧‧‧天線

110‧‧‧饋入接腳

120‧‧‧短路接腳

130、140、150、160‧‧‧輻射部

170‧‧‧支撐部

180、190‧‧‧虛擬路徑

300、400、500、600‧‧‧無線通訊裝置

310‧‧‧電路基板

320‧‧‧接地部

330、340、350、360‧‧‧連接部

圖1為本發明的雙頻天線的一實施例簡化後的示意圖。

圖2為圖1的天線的製作方式的一實施例示意圖。

圖3為使用圖1的天線10的無線通訊裝置的一實施例簡化後的示意圖。

圖4為使用兩組天線10和11的無線通訊裝置的一實施例簡化後的示意圖。

圖5為使用兩組天線10和11的無線通訊裝置的另一實施例簡化後的示意圖。

圖6為使用圖1的天線10的無線通訊裝置的另一實施例簡化後的示意圖。

圖7為圖6的無線通訊裝置調整饋入接腳與短路接腳間的距離時的天線特性比較示意圖。

圖8為圖6的無線通訊裝置調整短路接腳與電路基板間的距離時的天線特性比較示意圖。

圖9為圖6的無線通訊裝置調整輻射部與電路基板間的距離時的天線特性比較示意圖。

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件。在說明書及後續的申請專利範圍當中使用某些詞彙來指稱特定的元件，所屬領域中具有通常知識者應可理解，可能會有不同的名詞用來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區分的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」為開放式的用語，應解釋成「包含但不限定於…」。另外，「耦接」一詞包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接連接(包含通過電性連接、有線/無線傳輸、或光學傳輸等訊號連接方式)於第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接的電性或訊號連接至該第二裝置。

圖1為本發明一實施例的雙頻天線10簡化後的示意圖。天線10包含有一輻射本體、以及自該輻射本體向外延伸的饋入接腳110、短路接腳120和支撐部170。在本實施例中，天線10的輻射本體包含輻射部130、140、150和160。天線10可視為兩個倒F型天線的組合，圖1中所繪示的兩條虛擬路徑180和190，可分別代表天線10於第一頻段和第二頻段的等效電流路徑的示意圖。

在圖1中，饋入接腳110和短路接腳120兩者的寬度朝各自的末端方向逐漸減少。當欲將天線10固定在電路基板(圖中未示)時，可適當的調整饋入接腳110與短路接腳120的尺寸，或是適當的調整電路基板的孔洞尺寸，而使天線10和電路基板間隔於所需的距離。在另一些實施例中，饋入接腳110和短路接腳120也可以分別 設置為階梯狀、圓弧狀、或不規則形狀，以便於將天線10和電路基板間隔於所需的距離。在一些實施例中，也可以不變化饋入接腳110和短路接腳120的末端尺寸，而改以其他方式(例如，配合支撐部170或使用其他的支撐元件等)將天線10和電路基板間隔於所需的距離。

支撐部170設置於短路接腳120的一側。當組裝天線10和電路基板時，支撐部170可單獨或者配合饋入接腳110和短路接腳120，而將天線10和電路基板間隔於所需的距離。支撐部170也可以增加天線10組裝於電路基板後的結構穩定性。在另一些實施例中，支撐部170也可設置於短路接腳120的另一側，或是設置於饋入接腳110的一側。實作上，也可於饋入接腳110及/或短路接腳120的側邊設置多個支撐部，或者不設置任何支撐部於天線10上。

天線10藉由饋入接腳110和短路接腳120，由其他元件(圖中未示)接收信號，並且經由輻射部130、140、150和160傳送。天線10也可以藉由輻射部130、140、150和160接收無線電信號，並將所接收的無線電信號藉由饋入接腳110和短路接腳120傳送至其他元件(圖中未示)。

圖1的實施例中，輻射部130的寬度設置為由輻射部140往饋入接腳110的方向逐漸減少。在另一些實施例中，輻射部130的寬度設置為由輻射部140往饋入接腳110的方向逐漸增加。輻射部130的寬度變化方式可以是分多個區段呈階梯狀變化、以線性方式變化、以弧形方式變化、或者以其他合適的幾何圖形方式變化。在另一些實施例中，輻射部130也可設置為不改變寬度。

虛擬路徑180途經輻射部130、140和150，虛擬路徑180的長度代表天線10的輻射本體於第一頻段的等效電流路徑長度，且虛擬路徑180的長度實質上等於第一頻段的無線電信號波長的1/4。因此，可藉由調整輻射部130、140和150的尺寸，以調整天線10的輻射本體於第一頻段的等效電流路徑長度。

虛擬路徑190途經輻射部130、140和160，虛擬路徑190的長度代表天線10的輻射本體於第二頻段的等效電流路徑長度，且虛擬路徑190的長度實質上等於第二頻段的無線電信號波長的1/4。相仿地，可藉由調整輻射部130、140和160的尺寸以調整天線10的輻射本體於第二頻段的等效電流路徑長度。

在一些實施例中，可藉由僅調整輻射部150的尺寸以調整天線10的輻射本體於第一頻段的等效電流路徑長度，而藉由僅調整輻射部160的尺寸以調整天線10的輻射本體於第二頻段的等效電流路徑長度。換言之，可分別調整天線10的輻射本體於兩個頻段的等效電流路徑長度，而不會相互影響。

前述天線10的各部件可以用導電性的材質分別製成後再彼此拼接組合。天線10也可直接用一體成形的金屬片來進行沖壓或切割製作，以降低製造的複雜度和成本。

將天線10與無線通訊裝置的電路基板進行組裝前，可以先將天線10彎折成適當的形狀，以增加天線10的結構剛性。

圖2為天線10的製作方式一實施例的示意圖。如圖2所示，可以先將天線10的饋入接腳110、短路接腳120、輻射部130和輻射部150彎折成與輻射部140間呈一預定夾角(例如80~100度之間的任一 角度，本實施例中為90度)。接著，將輻射部160彎折成與輻射部140間呈一預定夾角(例如80~100度之間的任一角度，本實施例中為90度)，並將支撐部170彎折成與短路接腳120間呈一預定夾角(例如80~100度之間的任一角度，本實施例中為90度)。在另一些實施例中，天線10各個部分彎折的順序和彎折的方向也可以做適當的變化，例如支撐部170可以不需要彎折。或者，也可使用與圖2實施例呈鏡像的彎折方式，而如圖4和圖5中的天線11所示。

本實施例中，饋入接腳110、短路接腳120、輻射部130和150設置為位於同一平面。在另一些實施例中，輻射部150也可設置為與饋入接腳110、短路接腳120和輻射部130不位於同一平面。本實施例中，輻射部160設置為與饋入接腳110、短路接腳120和輻射部130呈現平行的狀態，而在另一些實施例中，輻射部160也可設置為與饋入接腳110、短路接腳120和輻射部130不呈現平行的狀態。

本實施例中，輻射部140設置為與輻射部130、150和160實質上垂直，亦即，天線10可彎折成立體狀的結構，這樣能增強其結構剛性和穩定性，使得天線10在組裝及使用的過程中不易變形。

圖3所繪示為使用天線10的一示例性的無線通訊裝置300簡化後的示意圖。無線通訊裝置300包含有天線10和電路基板310，電路基板310包含有接地部320以及連接部330和340。圖3中的接地部320僅為示意性的繪製，接地部320的尺寸、位置及形狀也可以依不同的設計考量而調整。為簡潔起見，圖3中並未繪示其他元件。

連接部330和340可以使用貫穿的孔洞來實現，用以將天線10固定在電路基板310上。在一實施例中，連接部330是貫穿孔，鍍有導電性材料，並與電路基板310上的接地部320相連接。當天線10的短路接腳120與連接部330以插接或焊接等方式接合後，短路接腳120會與接地部320相導通。而實施例中的連接部340也是貫穿孔。天線10的饋入接腳110可與連接部340以插接或焊接等方式相接合，而耦接至電路基板310上的其他元件，以便於饋入接腳110將天線10所收發的電磁波訊號耦接至適當的元件進行處理。在另一實施例中，連接部330及/或340也可採用未貫穿的凹孔來實現。

在圖3的實施例中，饋入接腳110與短路接腳120兩者的末端的寬度皆逐漸減小，可配合連接部330和340的尺寸，將天線10以所需要的距離固定在電路基板310。

在天線10結合至電路基板310時，支撐部170可正好抵碰至電路基板310的表面，或者與電路基板310的表面間隔一適當的距離(例如，小於4mm)，使支撐部170能夠提供穩定天線10結構的功能。在另一實施例中，支撐部170也可加以調整，例如，將支撐部170的一部份彎折成至與電路基板310的表面相平行，並於天線10結合至電路基板時，使支撐部170與電路基板310平行的部份抵碰至電路基板310的表面。在一些實施例中，可不設置支撐部170於天線10，而將支撐元件直接設置於電路基板310上，或者使用另外的支撐元件將天線10固定於電路基板310。在另一些實施例中，也可完全不使用支撐部或支撐元件。

在一實施例中，當天線10組裝至電路基板310時，天線10的輻射部130、150和160會與電路基板310的表面實質上垂直，而天線10 的輻射部140會與電路基板310的表面實質上平行。在另一些實施例中，天線10的輻射部130、140、150和160與電路基板310間的擺放角度、方向和相對位置等皆可適當的調整。

圖4和圖5分別為使用兩組天線10和11的示例性的無線通訊裝置400和500簡化後的示意圖。無線通訊裝置400和500皆包含有天線10和11以及電路基板310，電路基板310包含有接地部320以及連接部330、340、350和360。圖中的接地部320僅為示意性的繪製，接地部320的尺寸、位置及形狀也可以依不同的設計考量而調整。為簡潔起見，圖中並未繪示其他元件。

連接部330至360可以使用貫穿的孔洞來實現，用以將天線10固定在電路基板310上。在一實施例中，連接部330和350是貫穿孔，鍍有導電性材料，並與電路基板310上的接地部320相連接。當天線10和11的短路接腳與連接部330和350以插接或焊接等方式接合後，該等短路接腳會與接地部320相導通。而本實施例中的連接部340和360也是貫穿孔。天線10和11的饋入接腳可與連接部340和360以插接或焊接等方式相接合，而耦接至電路基板310上的其他元件，以便於由饋入接腳將天線10和11所傳收的電磁波訊號耦接至適當的元件進行處理。在一實施例中，連接部330、340、350及/或360也可採用未貫穿的凹孔來實現。其他如短路接腳與饋入接腳的末端尺寸設計、支撐部、支撐元件、天線與電路基板的擺放角度、方向和相對位置等，皆可參考上述或本說明書中其他的實施例而加以結合。

在圖4和圖5的實施例中，由於所設置的天線10和11皆能於第一頻段和第二頻段收發信號，故能支援多輸入多輸出的功能( multiple-input-multiple-output，MIMO)。實作上，也可將天線10設計成能於第一頻段和第二頻段收發信號，而將天線11設計成能於第三頻段和第四頻段收發信號，使無線通訊裝置400和500能在所需要的不同頻段上收發信號。

在另一些實施例中，天線10各部份的尺寸、形狀和相對位置，或者天線10與電路基板310組裝的相對位置等，都可以適當的調整以獲得所需的天線傳收特性。例如，在圖6的實施例中，天線10的第一頻段約為2.4GHz，而第二頻段約為5GHz，天線10的尺寸約為20mm×8mm×3mm。

圖7至圖9中，顯示了圖6中的天線10的其他部位的尺寸調整後對天線的反射損失(return loss)所造成的影響。

如圖7所示，調整饋入接腳110與短路接腳120間的距離g，對天線的反射損失以及所需頻段的頻寬會產生變化。藉由調整距離g，來改變天線的輸入阻抗，以獲得所需的阻抗匹配，而能調整在第一頻段和第二頻段附近的頻寬以及反射損失，因而能夠獲得所需的天線特性。距離g的數值增加時，會使第一頻段附近的反射損失增加，並使第二頻段附近的頻寬增加。例如，在圖6的實施例中，可將距離g設置為0.5mm至6mm之間。在一些較佳實施例中，可將距離g設置為4mm至6mm之間。

如圖8所示，調整短路接腳120與電路基板間的距離d，對天線的反射損失以及所需頻段的頻寬會產生變化。藉由調整距離d，來改變天線的輸入阻抗，以獲得所需的阻抗匹配，而能調整在第一頻段和第二頻段附近的頻寬以及反射損失，因而能夠獲得所需的 天線特性。距離d的數值增加時，會使第一頻段附近的反射損失增加，並使第二頻段附近的頻寬增加。例如，在圖6的實施例中，可將距離d設置為1.5mm至4.5mm之間。。

如圖9所示，調整輻射部130與電路基板間的距離s，對天線的反射損失以及所需頻段的頻寬會產生變化。藉由調整距離s，來改變天線的輸入阻抗，以獲得所需的阻抗匹配，而能調整在第一頻段和第二頻段附近的頻寬以及反射損失，因而能夠獲得所需的天線特性。距離s的數值減少時，會使第一頻段附近的反射損失增加、第二頻段附近的頻寬增加、並且使第一頻段和第二頻段調整為較高頻率。距離s較小時，即輻射部130的面積較大，等效上能收發更多頻率的信號，因此在第二頻段能夠有較佳的頻寬特性。例如，在圖6的實施例中，可將距離s設置為0.8mm至4.5mm之間。在一些較佳實施例中，可將距離s設置為0.8mm至1.5mm之間。

前述的天線皆可用一體成形的結構，因此只需使用一金屬導體，經過適當的凹折即可製作完成。而且本說明書提出的天線可直接與電子設備的電路基板插接或焊接在一起，故其具有製作簡單、成本低廉與組裝容易的優點。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

160‧‧‧陰極端

10‧‧‧天線

110‧‧‧饋入接腳

120‧‧‧短路接腳

130、140、150、160‧‧‧輻射部

170‧‧‧支撐部

180、190‧‧‧虛擬路徑

Claims (16)

1. 一種雙頻天線，包含有：一輻射本體，包含有複數個輻射部，分別位於一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，且該短路接腳位於該第一平面；以及一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，且該饋入接腳位於該第一平面；其中位於該第一平面、該第二平面及該第三平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第一頻段的信號，並且位於該第三平面的輻射部可用於調整該第一頻段的等效電流路徑長度；位於該第一平面、該第二平面及該第四平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第二頻段的信號，並且位於該第三平面的輻射部可用於調整該第一頻段的等效電流路徑長度；該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間各具有一個80度至100度的夾角；該第三平面及該第四平面分別設置於該第二平面的相對的兩側；以及該第三平面被設置為不重疊於該第一平面及該第四平面。
2. 如請求項1所述的雙頻天線，另包含有一個或多個支撐部，自該輻射本體、該短路接腳、及該饋入接腳的至少其中之一向外延伸。
3. 如請求項2所述的雙頻天線，其中該支撐部與輻射本體、該短路 接腳、及饋入接腳的至少其中之一具有一個80度至100度的夾角。
4. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間的夾角均為90度。
5. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該第一平面與該第三平面實質上位於同一平面。
6. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該短路接腳與該饋入接腳間距離為0.5mm至6mm之間。
7. 如請求項1所述的雙頻天線，其中該複數個輻射部包含位於該第一平面的一第一輻射部、位於該第二平面的一第二輻射部、位於該第三平面的一第三輻射部、以及位於該第四平面的一第四輻射部。
8. 一種無線通訊裝置，包含有：一電路基板，包含有一第一連接部及一第二連接部；以及一雙頻天線，包含有：一輻射本體，包含有複數個輻射部，分別位於一第一平面、一第二平面、一第三平面及一第四平面；一短路接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第一連接部相接合，且該短路接腳位於該第一平面；以及一饋入接腳，自該輻射本體向外延伸，並與該第二連接部相接合，且該饋入接腳位於該第一平面；其中位於該第一平面、該第二平面及該第三平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第一頻段的信號，並且位於該第三平面的輻射部可用於調整該第一頻段的等效電流路徑長度；位於該第一平 面、該第二平面及該第四平面的複數個輻射部可用於傳送和接收一第二頻段的信號，並且位於該第三平面的輻射部可用於調整該第一頻段的等效電流路徑長度；該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間各具有一個80度至100度的夾角；該第三平面及該第四平面分別設置於該第二平面的相對的兩側；以及該第三平面被設置為不重疊於該第一平面及該第四平面。
9. 如請求項8所述的無線通訊裝置，另包含有一個或多個支撐部，自該輻射本體、該短路接腳、及該饋入接腳的至少其中之一向外延伸，可用以接觸該電路基板並支撐該雙頻天線。
10. 如請求項9所述的無線通訊裝置，其中該支撐部與輻射本體、該短路接腳、及饋入接腳的至少其中之一具有一個80度至100度的夾角。
11. 如請求項8所述的無線通訊裝置，其中該第一平面與該第二平面間、該第二平面與該第三平面間、以及該第二平面與該第四平面間的夾角均為90度。
12. 如請求項8所述的無線通訊裝置，其中該第一平面與該第三平面實質上位於同一平面。
13. 如請求項8所述的無線通訊裝置，其中該短路接腳與該饋入接腳間距離為0.5mm至6mm之間。
14. 如請求項8所述的無線通訊裝置，其中該短路接腳與該電路基板間距離為1.5mm至4.5mm之間。
15. 如請求項8所述的無線通訊裝置，其中該複數個輻射部包含位於該第一平面的一第一輻射部、位於該第二平面的一第二輻射部、位於該第三平面的一第三輻射部、以及位於該第四平面的一第四 輻射部。
16. 如請求項15所述的無線通訊裝置，其中該第一輻射部與該電路基板間距離為0.8mm至4.5mm之間。