TWI481120B - 具多共振模態之天線 - Google Patents

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Description

具多共振模態之天線
本發明係指一種具多共振模態之天線,尤指一種利用一至多個接地之模態產生元件共振出多個模態,以達成寬頻操作目的的天線。
天線係用來發射或接收無線電波,以傳遞或交換無線電訊號。一般具無線通訊功能的電子產品,如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等,通常透過內建之天線來存取無線網路。因此,為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路,理想天線的頻寬應在許可範圍內盡可能地增加,而尺寸則應盡量減小,以配合可攜式無線通訊器材體積縮小之趨勢,將天線整合入可攜式無線通訊器材中。
在習知技術中,常見的無線通訊天線之一為平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA),顧名思義,其形狀類似於經過旋轉及翻轉後之「F」。請參考第1A圖及第1B圖,第1A圖為習知一平面倒F型天線10之示意圖,第1B圖為平面倒F型天線10之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)示意圖。如第1A圖所示,平面倒F型天線10主要由一接地元件100、一輻射元件102、一連接元件104及一饋入元件106所組成。其中,連接元件104將接地元件100與輻射元件102連接在一起,使得共振路徑由單極天線的二分之一波長,縮小為四分之一波長,因而可有效縮小天線尺寸。
此外,由第1B圖可知,平面倒F型天線10僅有一共振模態。然而,隨著無線通訊技術的演進,不同無線通訊系統的操作頻率可能不同,因此,理想的天線應能以單一天線涵蓋不同無線通訊網路所需的頻帶。在此情形下,習知技術另由平面倒F型天線10衍生出具有雙共振模態之雙頻天線。
請參考第2A圖及第2B圖,第2A圖為習知一雙頻天線20之示意圖,第2B圖為雙頻天線20之電壓駐波比示意圖。雙頻天線20包含有一接地元件200、一輻射元件202、一連接元件204及一饋入元件206。輻射元件202係由一第一輻射部2020及一第二輻射部2022所組成,分別對應於高、低頻頻段。連接元件204係由兩相連之分支2040、2042所組成,且分支2040、2042分別連接輻射元件202與饋入元件206及連接饋入元件206與接地元件202。由第2A圖可知,雙頻天線20具有低姿勢(即天線高度較低)、小尺寸以及容易製作等特點。同時,由第2B圖可知,雙頻天線20具有雙共振模態,適用於雙頻應用,並可達到天線特性的最佳化。
雙頻天線20雖然可達到雙共振模態的效果,但對於具寬頻需求之無線通訊系統,如長期演進(Long Term Evolution,LTE)系統,其頻寬仍不理想,因而限制其應用範圍。因此,如何有效提高天線頻寬,已成為業界所努力的目標之一。
因此,本發明主要提供一種具多共振模態之天線。
本發明揭露一種具多共振模態之天線,包含一接地元件,電性連接於一地端;一輻射元件;一連接元件,電性連接於該接地元件與該輻射元件之間;一饋入元件,電性連接於該連接元件與該接地元件之間,用來接收饋入訊號;以及一模態產生元件,電性連接於該接地元件,並由該接地元件向該輻射元件延伸。
本發明另揭露一種具多共振模態之天線,包含一接地元件,電性連接於一地端;一輻射元件;一連接元件,電性連接於該接地元件與該輻射元件之間;一饋入元件,電性連接於該連接元件與該接地元件之間,用來接收饋入訊號;以及複數個模態產生元件,分別電性連接於該接地元件,並由該接地元件向該輻射元件延伸。
請參考第3圖,第3圖為本發明實施例一天線30之示意圖。天線30具多共振模態,其包含有一接地元件300、一輻射元件302、一連接元件304、一饋入元件306及一模態產生元件308。接地元件300電性連接地端,用來提供接地。輻射元件302由一第一輻射部3020及一第二輻射部3022所組成,兩者分別朝不同方向延伸且長度相異,以提供兩個相異的輻射頻帶。連接元件304係由一第一分支3040及一第二分支3042所組成,兩者分別連接輻射元件302與饋入元件306及連接饋入元件306與接地元件302。因此,比較第3圖及第2圖可知,天線30之架構與雙頻天線20之架構相似,不同的是,天線30增加了模態產生元件308。如第3圖所示,模態產生元件308係由接地元件300向輻射元件302延伸,且其形狀大致符合連接元件304之形狀。因此,模態產生元件308與輻射元件302或連接元件304間可藉由耦合效應,產生一額外的電流路徑,藉此可共振出另一模態。
簡單來說,天線30除透過輻射元件302共振出雙模態外,另透過接地之模態產生元件308共振出另一模態,藉此可達到多模態或寬頻的效果。需注意的是,本發明之主要精神在於透過模態產生元件308,提供對地間之額外的電流路徑,藉此增加共振模態,凡依此所做之各種變化皆屬本發明之範疇。舉例來說,在第3圖中,模態產生元件308僅連接於接地元件300,而未連接於輻射元件302。實際上,模態產生元件308亦可連接於輻射元件302。請參考第4圖,第4圖為本發明實施例一天線40之示意圖。天線40之架構與第3圖之天線30相似,故相同元件沿用相同符號。天線40與天線30不同之處在於天線40之一模態產生元件408係連接於接地元件300與輻射元件302之間,藉此仍屬本發明之雙接地架構,同樣可達成多模態或寬頻的效果。
此外,在天線30及40中,模態產生元件308及408之形狀皆大致符合連接元件304之曲折狀。然而,不限於此,在本發明中,模態產生元件可以是各種形狀或由多個分支所組成,端視系統需求而定。舉例來說,請參考第5A圖,第5A圖為本發明實施例一天線50之示意圖。天線50之架構與第4圖之天線40相似,故相同元件沿用相同符號。天線50與天線40不同之處在於天線50之一模態產生元件408除連接於接地元件300與輻射元件302之間外,係由兩分支5080、5082所組成,藉此仍屬本發明之雙接地架構,同樣可達成多模態或寬頻的效果。
請繼續參考第5B圖,第5B圖為天線50之電壓駐波比示意圖。由第5B圖可知,天線50可在高頻處另產生一共振模態,因而可達成多模態的目的。
由前述實施例可知,本發明主要透過接地之模態產生元件,共振出額外的模態,藉此可達成多模態或寬頻的目的。然而,需注意的是,如第3圖至第5圖所示,模態產生元件之形狀、位置、分支數或是否接於輻射元件等皆未有所限,本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾,使模態產生元件所產生之共振模態符合系統需求,進而達成多模態或寬頻的效果。除此之外,模態產生元件之數量也未有所限,例如可於天線30中重複設置模態產生元件308,於天線40中重複設置模態產生元件408等,或者共用模態產生元件308及模態產生元件408。
舉例來說,請參考第6A圖,第6A圖為本發明實施例一天線60之示意圖。天線60之架構與第4圖之天線40相似,故相同元件沿用相同符號。天線60與天線40不同之處在於天線60除模態產生元件408外,另增加一模態產生元件610,而模態產生元件610係與模態產生元件308類似,僅連接於接地元件300,而未與輻射元件302相連接。在此情形下,請繼續參考第6B圖,第6B圖為天線60之電壓駐波比示意圖。由第6B圖可知,天線60共可產生5個共振模態,因而可有效增加模態數。
由上述可知,藉由增加模態產生元件,本發明可有效增加共振模態,以提升天線頻寬。更重要的是,如第3、4、5A、6A圖所示,模態產生元件308、408、508、608、610皆是由接地元件300向輻射元件302延伸,換句話說,本發明不會改變天線外觀,而可有效降低天線高度並縮小天線尺寸。
需注意的是,前述實施例係用以說明本發明之概念,本領域具通常知識者當可據以做不同修飾,而不限於此。例如,天線30、40、50、60之材質可以是鐵、銅等金屬材質,且可另設置於一基板(如PCB板)上。再者,在第3、4、5A、6A圖中,各元件間係以直接連接方式做結合,但不限於此,例如,接地元件300可設於一基板上,而其他元件設於另一基板上,兩者間並透過一可撓曲介面相連,如此亦屬本發明之範疇。此外,前述說明未著墨於天線之輻射原理,係因天線理論係為本領域具通常知識者所熟知,故略而未述,以求簡潔。實際上,本領域具通常知識者根據本發明設計一具多共振模態之天線時,應根據系統需求,調整各元件之尺寸、材質、位置等特性,使之符合需求。
綜上所述,本發明藉由增加一至多個接地之模態產生元件,使天線共振出多個模態,以達成寬頻操作的目的。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10...平面倒F型天線
100、200、300...接地元件
102、202、302...輻射元件
104、204、304...連接元件
106、206、306...饋入元件
20...雙頻天線
2020、3020...第一輻射部
2022、3022...第二輻射部
2040、2042、3040、3042...分支
30、40、50、60...天線
308、408、508、608、610...模態產生元件
第1A圖為習知一平面倒F型天線之示意圖。
第1B圖為第1A圖之平面倒F型天線之電壓駐波比示意圖。
第2A圖為習知一雙頻天線之示意圖。
第2B圖為第2A圖之雙頻天線之電壓駐波比示意圖。
第3圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第4圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第5A圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第5B圖為第5A圖之天線之電壓駐波比示意圖。
第6A圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第6B圖為第6A圖之天線之電壓駐波比示意圖。
300...接地元件
302...輻射元件
304...連接元件
306...饋入元件
3020...第一輻射部
3022...第二輻射部
3040、3042...分支
30...天線
308...模態產生元件

Claims (14)

  1. 一種具多共振模態之天線,包含:一接地元件,電性連接於一地端;一輻射元件;一連接元件,電性連接於該接地元件與該輻射元件之間;一饋入元件,電性連接於該連接元件與該接地元件之間,用來接收饋入訊號;以及一模態產生元件,電性連接於該接地元件,並由該接地元件向該輻射元件延伸;其中該連接元件電性連接於該接地元件的一端設置於該饋入元件與該模態產生元件電性連接於該接地元件的一端之間。
  2. 如請求項1所述之天線,其中該輻射元件包含有:一第一輻射部,沿一第一方向延伸;以及一第二輻射部,電性連接於該第一輻射部,且沿該第一方向之相反方向延伸;其中,該連接元件電性連接於該第一輻射部與該第二輻射部之間。
  3. 如請求項1所述之天線,其中該連接元件包含有:一第一分支,電性連接於該輻射元件與該饋入元件之間;以及一第二分支,其一端電性連接於該第一分支與該饋入元件之間,另一端電性連接於該接地元件。
  4. 如請求項1所述之天線,其中該模態產生元件之一形狀係對應於該連接元件之一形狀。
  5. 如請求項1所述之天線,其中該模態產生元件係靠近該連接元件,由該接地元件向該輻射元件延伸。
  6. 如請求項1所述之天線,其中該模態產生元件另電性連接於該輻射元件。
  7. 如請求項1所述之天線,其中該模態產生元件包含複數個分支,由該接地元件向該輻射元件延伸。
  8. 一種具多共振模態之天線,包含:一接地元件,電性連接於一地端;一輻射元件;一連接元件,電性連接於該接地元件與該輻射元件之間;一饋入元件,電性連接於該連接元件與該接地元件之間,用來接收饋入訊號;以及複數個模態產生元件,分別電性連接於該接地元件,並由該接地元件向該輻射元件延伸;其中該複數個模態產生元件彼此相鄰設置。
  9. 如請求項8所述之天線,其中該輻射元件包含有:一第一輻射部,沿一第一方向延伸;以及一第二輻射部,電性連接於該第一輻射部,且沿該第一方向之相反方向延伸;其中,該連接元件電性連接於該第一輻射部與該第二輻射部之間。
  10. 如請求項8所述之天線,其中該連接元件包含有:一第一分支,電性連接於該輻射元件與該饋入元件之間;以及一第二分支,其一端電性連接於該第一分支與該饋入元件之間,另一端電性連接於該接地元件。
  11. 如請求項8所述之天線,其中複數個模態產生元件中一模態產生元件之一形狀係對應於該連接元件之一形狀。
  12. 如請求項8所述之天線,其中複數個模態產生元件中一模態產生元件係靠近該連接元件,由該接地元件向該輻射元件延伸。
  13. 如請求項8所述之天線,其中複數個模態產生元件中一模態產生元件另電性連接於該輻射元件。
  14. 如請求項8所述之天線,其中複數個模態產生元件中一模態產生元件包含複數個分支,由該接地元件向該輻射元件延伸。
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