TWI487200B - 立體天線、無線通訊裝置 - Google Patents

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TWI487200B
TWI487200B TW101104059A TW101104059A TWI487200B TW I487200 B TWI487200 B TW I487200B TW 101104059 A TW101104059 A TW 101104059A TW 101104059 A TW101104059 A TW 101104059A TW I487200 B TWI487200 B TW I487200B
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Chia Hong Lin
Jui Hsiang Chou
Chang Hsiu Huang
Shih Hong Chen
Yi Cheng Wu
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Description

立體天線、無線通訊裝置
本發明是有關於一種天線、無線通訊裝置,特別是指一種具低姿勢的立體天線、一種包含低姿勢的立體天線的無線通訊裝置。
參閱圖1,是美國公告第7,193,566號的平面單極天線(planar monopole antennas)。
平面單極天線包含一包括一第一表面S1的基板S、一接地部G、一輻射體R及一同軸線W。
接地部G設置於基板S的第一表面S1,並包括一邊緣G1,及一自邊緣G1內陷的凹槽G2。
輻射體R設置於基板S的第一表面S1,且與接地部G相間隔地自凹槽G2內延伸而出。
同軸線W包括一外導體W1及一內導體W2。外導體W1電連接於凹槽G2的一槽底G21,內導體W2電連接輻射體R相鄰於槽底G21的一端部R1。
平面單極天線操作於400~900 MHz時,輻射體R的長度L即長達14公分,且平面單極天線的整體長度還需加上接地部G的長度,故整體而言更超過14公分(大於中心頻率所對應的四分之一波長)。
參閱圖2,種平面形式的單極天線100雖然具有輕薄的優點,可是實際應用為了能有效輻射,就必須直立地設置於一裝置B的表面,所以於Z方向不具低姿勢(low profile )。
而本發明之第一目的,即在提供一種低姿勢的立體天線。
於是,本發明立體天線包含一接地元件、一輻射元件、一短路點及一饋入點。
接地元件包括一呈實質地L形的接地導體。
接地導體具有一第一接地段及一第二接地段。第一接地段具有一接地面。第二接地段自第一接地段彎折地延伸而出,並具有一末端部。
短路點設置於第二接地段之末端部。
輻射元件包括一呈實質地L形並與接地導體共同界定出一U形凹槽的輻射導體。
輻射導體具有一第一輻射段、一第二輻射段及一槽縫。第一輻射段具有一面對第一接地段的接地面的輻射面。第二輻射段自第一輻射段彎折地延伸而出,並具有一末端部,且第二輻射段的末端部相鄰於第二接地段的末端部。
饋入點設置於第二輻射段之末端部。
槽縫將輻射導體切割成分別用以產生一第一共振模態的一第一輻射臂,及一第二共振模態的一第二輻射臂。
饋電元件包括一電連接第二接地段的末端部的第一饋電部,及一電連接第二輻射段的末端部的第二饋電部。
而本發明之第二目的,即在提供一種無線通訊裝置。
於是,本發明無線通訊裝置包含一系統電路、一立體天線及一饋電元件。
立體天線包括一接地元件、一輻射元件、一短路點及一饋入點。
接地元件具有一呈實質地L形的接地導體,接地導體具有一第一接地段及一第二接地段。第一接地段具有一接地面。第二接地段自第一接地段彎折地延伸而出並具有一末端部。
短路點設置於第二接地段之末端部。輻射元件包括一呈實質地L形並與接地導體兩者共同界定出一U形凹槽的輻射導體。
輻射導體具有一第一輻射段、一第二輻射段及一槽縫。第一輻射段具有一面對第一接地段的接地面的輻射面。第二輻射段自第一輻射段彎折地延伸而出並具有一末端部,且第二輻射段的末端部相鄰於第二接地段的末端部。
饋入點設置於第二輻射段之末端部。
槽縫將輻射導體切割成分別用以產生一第一共振模態的一第一輻射臂,及一第二共振模態的一第二輻射臂。
饋電元件電連接系統電路及立體天線以傳遞一射頻訊號,且包括一電連接立體天線之短路點的第一饋電部,及一電連接立體天線之饋入點的第二饋電部。
本發明之功效在於:藉由將接地導體及輻射導體設計成實質地L形並共同界定出U形凹槽,而使立體天線低姿勢化。
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三個較佳實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前,要注意的是,在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3,本發明立體天線的第一較佳實施例包含一接地元件GND、一輻射元件RAD、一短路點P1、一饋入點P2及一饋電元件W。
接地元件GND是由一金屬片體彎曲所形成,並包括一呈實質地L形的接地導體C1。
輻射元件RAD是由一金屬片體彎曲所形成,並包括一呈實質地L形的輻射導體C2,且接地導體C1與輻射導體C2共同界定出一具有一開口S1的U形凹槽S。
接地導體C1具有一第一接地邊緣1、一第二接地邊緣2、一第一接地段3及一第二接地段4。第一接地邊緣1及第二接地邊緣2實質地呈L形。第一接地段3具有一介於第一及第二接地邊緣1、2之間的接地面31。第二接地段4自第一接地段3彎折地延伸而出,且介於第一及第二接地邊緣1、2之間,並具有一具有一耦合邊緣411的末端部41,且短路點P1是設置於第二接地段4之末端部41。
在第一較佳實施例中,接地元件GND還具有一自第一接地邊緣1朝U形凹槽S內彎折延伸的第三接地段5,且第三接地段5具有一自U形凹槽S的一槽底朝開口S1延伸的第一邊緣51,及一與第一邊緣51間隔相對的第二邊緣52。第二邊緣52可以與第一接地段3相接觸而連接,或是不相連接。
輻射導體C2具有一第一輻射邊緣6、一第二輻射邊緣7、一第一輻射段8、一第二輻射段9及一槽縫10。輻射導體C2的第一及第二輻射邊緣6、7實質地呈L形,且接地導體C1的第一接地邊緣1及輻射導體C2的第一輻射邊緣6兩者共同界定出一位於U形凹槽S上的U形,接地導體C1的第二接地邊緣2及輻射導體C2的第二輻射邊緣7也共同界定出另一個位於U形凹槽S上的U形。
第一輻射段8具有一實質地沿-X方向(參看圖3)面對第一接地段3的接地面31的輻射面81,且輻射面81是介於輻射導體C2的第一及第二輻射邊緣6、7之間。
第二輻射段9自第一輻射段8彎折地延伸而出,並具有一末端部91,且第二輻射段9的末端部91具有的一耦合邊緣911與第二接地段4的末端部41的耦合邊緣411兩者形狀凹凸互補且彼此相鄰。在第一較佳實施例中,等耦合邊緣411、911彼此間隔約1~2mm,饋入點P2是設置於第二輻射段9之末端部91。
槽縫10呈實質地U形並具有一位於第一輻射段8的開口101,用以將輻射導體C2切割成用以產生一第一共振模態的一第一輻射臂R1,及用以產生一第二共振模態的一第二輻射臂R2,且槽縫10呈現的U形的一開口U1是位於第一輻射段8,槽縫10呈現的U形的一槽底U2是位於第二輻射段9。
在第一較佳實施例中,輻射元件RAD還具有一用以共振出一第三共振模態的第三輻射段R3。第三輻射段R3自輻射導體C2的第二輻射邊緣7朝U形凹槽S的開口S1的方向(圖3中的-Z方向)彎折延伸,並與第三接地段5間隔地上下重疊(上下方向定義為圖3所示的±Y方向)。第三輻射段R3具有一自U形凹槽S的槽底朝開口S1延伸,且與第三接地段5的第一邊緣51彼此上下切齊的第一邊緣R31,及一與第一邊緣R31於X方向間隔排列,並自耦合邊緣911延伸而出的第二邊緣R32。
饋電元件W包括一電連接短路點P1的第一饋電部W1,及一電連接饋入點P2的第二饋電部W2。
舉例來說,但不以此為限,饋電元件W可以是五十歐姆的同軸電纜線,第一饋電部W1是同軸電纜線的外導體,第二饋電部W2是同軸電纜線的內導體;或者,饋電元件W也可以是微帶線(micro-strip line)的型式,第一饋電部W1是作為參考地(ground)的導體,第二饋電部W2是與作為參考地的導體相間隔設置的條狀導體。
理想上來說,饋電元件W所用以傳輸的一射頻訊號的能量是沿著饋電元件W傳遞,而非經由饋電元件W輻射而出,但實際應用時,饋電元件W仍會將射頻訊號的一部分的能量輻射而出,使得饋電元件W與第一輻射臂R1兩者的電長度和反比於第一共振模態的共振頻率;同理,饋電元件W與第二輻射臂R2兩者的電長度和是反比於第二共振模態的共振頻率,饋電元件W與第三輻射段R3兩者的電長度和也反比於第三共振模態的共振頻率。
參考圖4及圖5,另一較佳實施例的立體天線還包括一電連接於接地元件GND的導體貼布12,用以將饋電元件W如圖4所示地黏附於接地元件GND的第三接地段5,且導體貼布12與第一饋電部W1之間是被一非導電體隔開。非導電體可以例如是同軸電纜線之用以包覆外導體的一塑膠絕緣層。導電貼布12可經由影響饋電元件W上的能量分佈,進而調整立體天線的阻抗匹配,以及抑制上述非理想狀況下饋電元件W所產生的輻射能量。
更進一步地,饋電元件W還包括一也用以調整阻抗匹配而繞成環形的饋線段W3,且饋線段W3的一段部W31是夾設於導電貼布12及接地元件GND的第三接地段5之間。
參閱圖3及圖6,本發明無線通訊裝置的較佳實施例包含一殼體20、一系統電路30及第一較佳實施例的立體天線40。
殼體20包括相連接的一第一殼體部201及一第二殼體部202,且第一殼體部201固定時,第二殼體部202可繞著第一殼體部201轉動。
系統電路30是設置於第一殼體部201中,立體天線40是設置於第二殼體部202中。
饋電元件W是穿設於第一及第二殼體部201、202,且電連接系統電路30及短路與饋路點P1、P2以傳遞一射頻訊號。
而值得注意的是,立體天線40可以是先由金屬片或導電軟板製成再裝設於殼體20中,或是直接形成於殼體202的一表面上,總結的來說,立體天線40的組件只要能維持實質相同的形狀且可導電即可,而無需限制只能為板、片、薄膜或是形成於殼體的導電層等的其中一者,而是可以視產品的需求選擇不同的形成方式。
參閱圖3及圖7,當上述較佳實施例的立體天線共振時,第一輻射臂R1用以產生涵蓋一第一頻帶(824~896 MHz,CDMA BC0-CELL)的第一共振模態,第二輻射臂R2用以產生涵蓋一第二頻帶(1575.42±1.024 MHz,GPS)的第二共振模態,且第三輻射段R3用以產生涵蓋一第三頻帶(1850~1990 MHz,CDMA BC1-PCS)的第三共振模態。
並且,由第一頻帶、第二頻帶及第三頻帶範圍內的電壓駐波比均低於3的結果還可得證:上述較佳實施例的立體天線不但可達到低姿勢的功效,還能避免因立體結構彼此輻射能量相互干擾而產生阻抗不匹配的問題。
參閱圖8,第一、第二及第三頻帶不但具有良好(電壓駐波比均低於3)的阻抗匹配,更具有良好的輻射效率(高於-4 dB)。
綜上所述,接地導體C1及輻射導體C2是設計成實質地L形以降低Z方向的高度(見圖3及圖7),並將第一及第二輻射導體C1、C2配置成界定出U形凹槽S的立體結構,且不額外增加Z方向的高度地將第三輻射段R3及第三接地段5朝U形凹槽S內彎折,故確實能達成本發明之目的。
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...單極天線
S...基板
S1...第一表面
G...接地部
G1...第一邊緣
G2...凹槽
G21...槽底
R...輻射體
W...同軸線
W1...外導體
W2...內導體
B...裝置
GND...接地元件
RAD...輻射元件
C1...接地導體
C2...輻射導體
S...U形凹槽
S1...開口
1...第一接地邊緣
2...第二接地邊緣
3...第一接地段
31...接地面
4...第二接地段
41...末端部
411...耦合邊緣
5...第三接地段
51...第一邊緣
52...第二邊緣
6...第一輻射邊緣
7...第二輻射邊緣
8...第一輻射段
81...輻射面
9...第二輻射段
91...末端部
911...耦合邊緣
10...槽縫
101...開口
U1...開口
U2...槽底
12...導電貼布
R1...第一輻射臂
R2...第二輻射臂
R3...第三輻射段
R31...第一邊緣
R32...第二邊緣
P1...短路點
P2...饋入點
W...饋電元件
W1...第一饋電部
W2...第二饋電部
W3...饋線段
W31...段部
20...殼體
201...第一殼體部
202...第二殼體部
30...系統電路
40...立體天線
圖1是一種習知平面單極天線的示意圖;
圖2是習知平面單極天線設置於一裝置的示意圖;
圖3是一立體圖,說明本發明立體天線之第一較佳實施例;
圖4是第一較佳實施例的一頂視圖,說明一第三輻射段及一第三接地段的兩第一邊緣彼此切齊;
圖5是第一較佳實施例的一底視圖,說明一饋電元件設置於第三接地段的方式;
圖6是本發明無線通訊裝置之較佳實施例的示意圖,說明一第二殼體部是可以繞著一第一殼體部轉動;
圖7是本發明無線通訊裝置之較佳實施例的一立體天線的電壓駐波比圖;及
圖8是本發明無線通訊裝置之較佳實施例的一立體天線的輻射效率圖。
GND...接地元件
RAD...輻射元件
C1...接地導體
C2...輻射導體
S...U形凹槽
S1...開口
1...第一接地邊緣
2...第二接地邊緣
3...第一接地段
31...接地面
4...第二接地段
41...末端部
411...耦合邊緣
5...第三接地段
51...第一邊緣
52...第二邊緣
6...第一輻射邊緣
7...第二輻射邊緣
8...第一輻射段
81...輻射面
9...第二輻射段
91...末端部
911...耦合邊緣
10...槽縫
101...開口
U1...開口
U2...槽底
R1...第一輻射臂
R2...第二輻射臂
R3...第三輻射段
R31...第一邊緣
R32...第二邊緣
P1...短路點
P2...饋入點
W...饋電元件
W1...第一饋電部
W2...第二饋電部

Claims (18)

  1. 一種立體天線,包含:一接地元件,包括一呈實質地L形的接地導體,該接地導體具有:一第一接地段,具有一接地面,一第二接地段,自該第一接地段彎折地延伸而出,並具有一末端部,及一短路點,設置於該第二接地段之該末端部;及一輻射元件,包括一呈實質地L形並與該接地導體共同界定出一U形凹槽的輻射導體,該輻射導體具有:一第一輻射段,具有一面對該第一接地段的該接地面的輻射面,一第二輻射段,自該第一輻射段彎折地延伸而出,並具有一末端部,且該第二輻射段的該末端部相鄰於該第二接地段的該末端部,一饋入點,設置於該第二輻射段之該末端部,及一槽縫,將該輻射導體切割成分別用以產生一第一共振模態的一第一輻射臂,及一第二共振模態的一第二輻射臂。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之立體天線,其中,該接地導體還具有實質地呈L形的一第一接地邊緣及一第二接地邊緣,該輻射導體還具有實質地呈L形的一第一輻射邊緣及一第二輻射邊緣,且該第一接地邊緣及該第一輻射邊緣共同呈一U形,該第二接地邊緣及該第二輻射邊緣也共同呈另一U形,該接地面介於該第一及第二接地邊緣之間,該輻射面介於該第一及第二輻射邊緣之間,該接地元件還包括一自接地導體該第一接地邊緣朝該U形凹槽內彎折延伸的第三接地段。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之立體天線,其中,該輻射元件還包括一自該輻射導體的該第二輻射邊緣朝該U形凹槽的一開口的方向彎折延伸,並與該第三接地段間隔地上下重疊的一第三輻射段。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之立體天線,其中,該第三接地段及該第三輻射段各自具有一自該U形凹槽的一槽底朝該U形凹槽的該開口延伸的第一邊緣,且該第三接地段及該第三輻射段的該等第一邊緣彼此上下切齊。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之立體天線,其中,該槽縫具有一位於該第一輻射段的開口。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之立體天線,其中,該槽縫呈實質地U形。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之立體天線,其中,該槽縫呈現的U形的一開口是位於該第一輻射段,該槽縫呈現的U形的一槽底是位於該第二輻射段。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之立體天線,其中,該第二輻射段的該末端部與該第二接地段的該末端部各自具有一耦合邊緣,且該兩個耦合邊緣彼此間隔相鄰且凹凸互補。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之立體天線,其中,該立體天線還包含一饋電元件,且該饋電元件包括一電連接該短路點的第一饋電部,及一電連接該饋入點的第二饋電部。
  10. 一種無線通訊裝置,包含:一系統電路;一立體天線,包括:一接地元件,具有一呈實質地L形的接地導體,該接地導體具有:一第一接地段,具有一接地面,一第二接地段,自該第一接地段彎折地延伸而出並具有一末端部,及一短路點,設置於該第二接地段之該末端部;一輻射元件,包括一呈實質地L形並與該接地導體共同界定出一U形凹槽的輻射導體,該輻射導體具有:一第一輻射段,具有一面對該第一接地段的該接地面的輻射面,一第二輻射段,自該第一輻射段彎折地延伸而出並具有一末端部,且該第二輻射段的該末端部相鄰於該第二接地段的該末端部,一饋入點,設置於該第二輻射段之該末端部,及一槽縫,將該輻射導體切割成分別用以產生一第一共振模態的一第一輻射臂,及一第二共振模態的一第二輻射臂;及一饋電元件,電連接該系統電路及該立體天線以傳遞一射頻訊號,且包括一電連接該立體天線之該短路點的第一饋電部,及一電連接該立體天線之該饋入點的第二饋電部。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置,其中,該接地導體還具有實質地呈L形的一第一接地邊緣及一第二接地邊緣,該輻射導體還具有實質地呈L形的一第一輻射邊緣及一第二輻射邊緣,且該第一接地邊緣及該第一輻射邊緣共同呈一U形,該第二接地邊緣及該第二輻射邊緣也共同呈另一U形,該接地面介於該第一及該第二接地邊緣之間,該輻射面介於該第一及該第二輻射邊緣之間,該接地元件還包括一自該第一接地邊緣朝該U形凹槽內彎折延伸的第三接地段。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該輻射元件還包括一自該第二輻射邊緣朝該U形凹槽的一開口的方向彎折延伸,並與該第三接地段間隔地上下重疊的一第三輻射段。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該第三接地段及該第三輻射段各自具有一自該U形凹槽的一槽底朝該開口延伸的第一邊緣,且該第三接地段及該第三輻射段的該等第一邊緣彼此上下切齊。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該槽縫具有一位於該第一輻射段的開口。
  15. 根據申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該槽縫呈實質地U形。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該槽縫呈現的U形的一開口是位於該第一輻射段,該槽縫呈現的U形的一槽底是位於該第二輻射段。
  17. 根據申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該第二輻射段的該末端部與該第二接地段的該末端部各自具有一耦合邊緣,且該兩個耦合邊緣彼此間隔相鄰且凹凸互補。
  18. 根據申請專利範圍第10項所述之無線通訊裝置,其中,該立體天線的該饋電元件與該第一輻射臂兩者的電長度和反比於該第一共振模態的共振頻率。
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