TWI492452B - 耦合饋入式迴圈天線 - Google Patents

Description

耦合饋入式迴圈天線

　　本發明係有關於一種耦合饋入式迴圈天線，尤其是指一種可於不增加天線尺寸下，將頻帶適用於ＬＴＥ７００（６９８～７８７ＭＨｚ）、ＧＳＭ８５０∕９００(８２４～９６０ＭＨｚ)、ＰＣＳ(１８８０～１９９０ＭＨｚ)、ＤＣＳ(１７１０～１８８０ＭＨｚ)、ＵＭＴＳ(１９２０～２１７０ＭＨｚ)、ＬＴＥ２３００(２３０５～２４００ＭＨｚ)以及ＬＴＥ２５００(２５００～２６９０ＭＨｚ)，且製程簡單，具製造成本優勢之耦合饋入式迴圈天線。

　　按，隨著通訊技術的快速發展以及電子產品的日益普及，使得無線訊號傳輸已發展出多種通訊協定與技術，而人們對於無線通訊的需求更是與日俱增，無不希望所使用的手持式電子產品（例如：手機、ＰＤＡ等）能夠收發處於不同頻帶的訊號，以具備更強大的通訊功能。

　　一般而言，在手持式電子產品內通常設置有雙頻或三頻天線，以實現收發不同頻帶訊號之功能，而天線的形式千變萬化，可大致區分為四類：（ａ）線狀天線（ｗｉｒｅ　ａｎｔｅｎｎａｓ）：常見的有單極天線(ｍｏｎｏｐｏｌｅ)、偶極天線(ｄｉｐｏｌｅ)和迴路天線(ｌｏｏｐ)等；（ｂ）槽孔天線（ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｎｔｅｎｎａｓ）：有號角天線（ｈｏｒｎ）和開槽天線（ｓｌｏｔ）等；（ｃ）印刷電路板天線（ｐｒｉｎｔｅｄ　ａｎｔｅｎｎａｓ）：例如微帶天線（ｍｉｃｒｏ-ｓｔｒｉｐ）以及印刷偶極天線（ｐｒｉｎｔｅｄ　ｄｉｐｏｌｅ）等；和（ｄ）反射面天線（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ）；另一方面，現今於手持式電子產品使用之通訊頻帶常見有低頻的ＬＴＥ７００ＭＨｚ、ＧＳＭ８５０∕９００ＭＨｚ，以及高頻的ＤＣＳ１８００ＭＨｚ、ＰＣＳ１９００ＭＨｚ和ＬＴＥ２３００∕２５００ＭＨｚ等；惟，上述習知的天線皆僅可於兩個或三個頻帶內實現訊號之收發，無法涵蓋其它的常用頻帶，例如：美國專利第６７２７８５４號揭露一種『平面倒Ｆ形天線』（ｐｌａｎａｒ　ｉｎｖｅｒｔｅｄ-Ｆ　ａｎｔｅｎｎａ），該天線僅能於涵蓋ＧＳＭ８５０∕９００ＭＨｚ之頻帶下操作。

　　再者，請參閱中華民國發明專利公告號第Ｉ２５４４９３號揭露之『一種雙頻倒Ｆ形天線』，係利用雙共振路徑調整天線之頻寬、阻抗匹配及其增益來實現雙頻或多頻之操作；然，現今使用之頻帶較傳統更低，利用此種方式增加天線之頻帶不僅導致天線的尺寸增加，無法滿足現有手持式電子產品趨向輕薄短小的需求，且使用多重路徑共振的方法亦使得天線結構較為複雜，造成製程繁瑣，製造成本過高。

　　今，發明人即是鑑於上述現有之天線在實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

　　本發明主要目的為提供一種可於不增加天線尺寸下，將頻帶適用於ＬＴＥ７００（６９８～７８７ＭＨｚ）、ＧＳＭ８５０∕９００(８２４～９６０ＭＨｚ)、ＰＣＳ(１８８０～１９９０ＭＨｚ)、ＤＣＳ(１７１０～１８８０ＭＨｚ)、ＵＭＴＳ(１９２０～２１７０ＭＨｚ)、ＬＴＥ２３００(２３０５～２４００ＭＨｚ)以及ＬＴＥ２５００(２５００～２６９０ＭＨｚ)，且製程簡單，具製造成本優勢之耦合饋入式迴圈天線。

　　為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，係主要包括一介質基板、一接地面、一金屬迴圈輻射部、至少一晶片電感、一饋入微帶傳輸線以及一平面金屬片；介質基板係具有第一表面以及與其對應之第二表面，並將接地面設置於第一表面上，以作為信號接地之用，再將金屬迴圈輻射部以印刷或蝕刻之方式形成於第一表面，且連接於接地面之一側邊緣，其中金屬迴圈輻射部係具有複數個彎折；接著，將二晶片電感分別設置於金屬迴圈輻射部之彎折處，並將饋入微帶傳輸線對應金屬迴圈輻射部平置於第二表面上，其一端為天線之訊號饋入端，另一端係一耦合端；其中耦合端係由一矩形主體部以及五個與矩形主體部連接之矩形延伸部所組成；而矩形延伸部係分別為位於矩形主體部右上端之第一延伸部、位於第一延伸部下方並與其連接之第二延伸部、位於第二延伸部下方之第三延伸部、相對於第一延伸部之第四延伸部，以及位於第四延伸部下方並與其連接之第五延伸部；最後，將平面金屬片焊接於介質基板與接地面，並與其呈正交狀態。

　　藉此，可透過金屬迴圈輻射部的單一共振路徑形成寬頻之功效，使其於不增加天線體積下，達到同時於ＬＴＥ７００、ＧＳＭ８５０∕９００、ＰＣＳ、ＤＣＳ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ２３００以及ＬＴＥ２５００頻帶下操作，且製程簡單，具有製造成本上的優勢；此外，位於金屬迴圈輻射部二側彎折處之晶片電感可用以調整金屬迴圈輻射部之單一路徑所共振出的１λ及１.５λ共振模態，使得由單一路徑所共振出０.５λ、１λ以及１.５λ可於低頻段形成寬頻，有別於傳統利用晶片電感作為基頻模態之降頻作用；再者，平面金屬片亦可提供降頻及阻抗匹配之功效，使得天線於低頻段有最佳的阻抗操作頻寬。

　　本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

　　首先，請參閱第一～五圖所示，為本發明耦合饋入式迴圈天線之較佳實施例，係主要包括：

　　一介質基板（１），係具有一第一表面（１１）以及一對應第一表面（１１）之第二表面（１２）；其中，介質基板（１）係為ＦＲ４環氧玻璃纖維板；

　　一接地面（２），係設置於第一表面（１１）上，以作為信號接地之用；

　　一金屬迴圈輻射部（３），係以印刷或蝕刻之方式形成於第一表面（１１）並連接於接地面（２）之一側邊緣，且金屬迴圈輻射部（３）係具有複數個彎折；

　　至少一晶片電感（４），係設置於金屬迴圈輻射部（３）之彎折處，於本實施例中，係置放二個晶片電感（４）於金屬迴圈輻射部（３）之彎折處；

　　一饋入微帶傳輸線（５），係對應金屬迴圈輻射部（３）並平置於第二表面（１２）上，其一端為天線之訊號饋入端（５１），另一端係一耦合端（５２），耦合端（５２）係由一矩形主體部（６）以及五個與矩形主體部（６）連接之矩形延伸部（７）所組成；而矩形延伸部（７）係分別為位於矩形主體部（６）右上端之第一延伸部（７１）、位於第一延伸部（７１）下方並與其連接之第二延伸部（７２）、位於第二延伸部（７２）下方之第三延伸部（７３）、相對於第一延伸部（７１）之第四延伸部（７４），以及位於第四延伸部（７４）下方並與其連接之第五延伸部（７５）；以及

　　一平面金屬片（８），係焊接於介質基板（１）與接地面（２），使得平面金屬片（８）同時與介質基板（１）和接地面（２）同時呈現正交狀態；於本實施例中，平面金屬片（８）之橫、縱向長度分別為５０ｍｍ和５ｍｍ。

　　此外，請再參閱第一～三圖所示，於本實施例中之金屬迴圈輻射部（３）於鄰近平面金屬片（８）處具有一連接段（３１），於連接段（３１）兩端分別再以一第一彎折段（３２）連接相對稱之第一輻射段（３３）與第二輻射段（３４），且連接段（３１）與第一、二輻射段（３３）、（３４）之間距係為２ｍｍ，將電感值為１５ｎＨ的晶片電感（４）分別置放於第一彎折段（３２）；再者，第一、二輻射段（３３）、（３４）於第二彎折段（３５）前後所形成之間距係為２ｍｍ，且第一、二輻射段（３３）、（３４）於第二彎折段（３５）之後彎折所形成之間距係為１ｍｍ；值得注意的，於第四延伸部（７４）一側之金屬迴圈輻射部（３），其與接地面（２）連接處之饋入間距係為２ｍｍ（請一併參閱第五圖所示）。

　　請參閱第六圖所示，係為本發明較佳實施例之返回損失∕頻率響應圖；於本實施例中，係進一步設置一穿設接地面（２）與介質基板（１）之接頭（９），並與饋入微帶傳輸線（５）之訊號饋入端（５１）連接，以供信號饋入；請一併參閱第一圖所示，其中接頭（９）可為５０歐姆的ＳＭＡ接頭（９）；而接地面（２）之橫向與縱向長度分別為５０ｍｍ和１００ｍｍ，金屬迴圈輻射部（３）之橫、縱向長度分別為５０ｍｍ和１４ｍｍ，且金屬迴圈輻射部（３）之路徑總長為２６２ｍｍ，使其路徑可產生約為５７０ＭＨｚ之半波長共振；再者，請一併參閱第五圖所示，矩形主體部（６）之橫、縱向長度分別為４ｍｍ和１０.５ｍｍ，且第一延伸部（７１）之橫、縱向長度分別為１～４ｍｍ和３ｍｍ，第二延伸部（７２）之橫、縱向長度分別為３.５～１０.５ｍｍ和３ｍｍ，第三延伸部（７３）之橫、縱向長度分別為０.１～５ｍｍ和２ｍｍ，第四延伸部（７４）之橫、縱向長度分別為２.５～９.５ｍｍ和２ｍｍ，第五延伸部（７５）之橫、縱向長度分別為２.５～７ｍｍ和０.５ｍｍ；由圖中之實際量測以及利用Ａｎｓｏｆｔ的高頻電磁模擬軟體（ＨＦＳＳ，Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）模擬分析所得到的結果可得知，並於返回損失約為６ｄＢ的定義下，低頻段頻寬約為３３８ＭＨｚ(６９３～１０３１ＭＨｚ)之阻抗頻寬，可操作於ＬＴＥ７００（６９８～７８７ＭＨｚ）、ＧＳＭ８５０∕９００(８２４～９６０ＭＨｚ)之系統上，而高頻段的部份則是藉由低頻段０.５、１及１.５波長共振模態的高階模態所涵蓋，其高頻段係可操作於ＤＣＳ(１７１０～１８８０ＭＨｚ)、ＰＣＳ(１８８０～１９９０ＭＨｚ)、ＵＭＴＳ(１９２０～２１７０ＭＨｚ)、ＬＴＥ２３００(２３０５～２４００ＭＨｚ)以及ＬＴＥ２５００(２５００～２６９０ＭＨｚ)系統上，其阻抗頻寬約為１１１３ＭＨｚ(１６６８～２７８１ＭＨｚ)。

　　請再參閱第七～八圖所示，係為本發明較佳實施例分別於７４０ＭＨｚ以及９２５ＭＨｚ之輻射場型圖，由圖形顯示結果可看出於ｘ-ｙ平面具有全向輻射(Ｏｍｎｉ-ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ)之特性，其ｙ-ｚ平面與ｘ-ｚ平面之輻射場型特性也有不錯的表現；請參閱第九～十一圖所示，係為本發明較佳實施例分別於１７８５ＭＨｚ、２０２５ＭＨｚ以及２４００ＭＨｚ之輻射場型圖，由圖形顯示結果可看出於ｘ-ｙ平面亦同樣具有不錯的輻射表現，且輻射場型有著相似的特性，使得天線在通訊傳輸上有較穩定之特性。

　　由上述之耦合饋入式迴圈天線與實施說明可知，本發明具有以下優點：

1. 本發明係藉由金屬迴圈輻射部的單一共振路徑形成寬頻之功效，相較於傳統利用多重路徑共振的方法以達到雙頻或多頻之方法，本發明可於不增加天線體積下，達到同時於ＬＴＥ７００、ＧＳＭ８５０∕９００、ＰＣＳ、ＤＣＳ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ２３００以及ＬＴＥ２５００頻帶下操作，且製程簡單，具有製造成本上的優勢。
2. 本發明係藉由晶片電感調整金屬迴圈輻射部之單一路徑所共振出的１λ及１.５λ共振模態，使得由單一路徑所共振出０.５λ、１λ以及１.５λ可於低頻段形成寬頻，有別於傳統利用晶片電感作為基頻模態之降頻作用。
3. 本發明利用平面金屬片達到降頻及阻抗匹配之功效，使得天線於低頻段有最佳的阻抗操作頻寬。

　　綜上所述，本發明之耦合饋入式迴圈天線，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

　　惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)．．．介質基板

(11)．．．第一表面

(12)．．．第二表面

(2)．．．接地面

(3)．．．金屬迴圈輻射部

(31)．．．連接段

(32)．．．第一彎折段

(33)．．．第一輻射段

(34)．．．第二輻射段

(35)．．．第二彎折段

(4)．．．晶片電感

(5)．．．饋入微帶傳輸線

(51)．．．訊號饋入端

(52)．．．耦合端

(6)．．．矩形主體部

(7)．．．矩形延伸部

(71)．．．第一延伸部

(72)．．．第二延伸部

(73)．．．第三延伸部

(74)．．．第四延伸部

(75)．．．第五延伸部

(8)．．．平面金屬片

(9)．．．接頭

第一圖：本發明實施例之外觀立體圖

第二圖：本發明實施例之外觀側視圖

第三圖：本發明實施例介質基板第一表面之平面圖

第四圖：本發明實施例介質基板第二表面之平面圖

第五圖：本發明實施例耦合端之局部放大平面圖

第六圖：本發明實施例之返回損失∕頻率響應圖

第七圖：本發明實施例於７４０ＭＨｚ之輻射場型圖

第八圖：本發明實施例於９２５ＭＨｚ之輻射場型圖

第九圖：本發明實施例於１７８５ＭＨｚ之輻射場型圖

第十圖：本發明實施例於２０２５ＭＨｚ之輻射場型圖

第十一圖：本發明實施例於２４００ＭＨｚ之輻射場型圖

(1)．．．介質基板

(11)．．．第一表面

(12)．．．第二表面

(3)．．．金屬迴圈輻射部

(31)．．．連接段

(32)．．．第一彎折段

(33)．．．第一輻射段

(34)．．．第二輻射段

(35)．．．第二彎折段

(4)．．．晶片電感

(5)．．．饋入微帶傳輸線

(51)．．．訊號饋入端

(52)．．．耦合端

(6)．．．矩形主體部

(8)．．．平面金屬片

(9)．．．接頭

Claims (10)

1. ㄧ種耦合饋入式迴圈天線，其包括有：
   　　一介質基板，係具有一第一表面以及一對應該第一表面之第二表面；
   　　一接地面，係設置於該第一表面上，以作為信號接地之用；
   　　一金屬迴圈輻射部，係設置於該第一表面並連接於該接地面之一側邊緣，且該金屬迴圈輻射部具有複數個彎折；
   　　至少一晶片電感，係設置於該金屬迴圈輻射部之彎折處；
   　　一饋入微帶傳輸線，係對應該金屬迴圈輻射部並平置於該第二表面上，其一端為天線之訊號饋入端，另一端係一耦合端，該耦合端係由一矩形主體部以及五個與該矩形主體部連接之矩形延伸部所組成，該矩形延伸部係分別為位於該矩形主體部右上端之第一延伸部、位於該第一延伸部下方並與其連接之第二延伸部、位於該第二延伸部下方之第三延伸部、相對於該第一延伸部之第四延伸部，以及位於該第四延伸部下方並與其連接之第五延伸部；以及
   　　一平面金屬片，係正交並連接於該介質基板與該接地面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中進一步設置一穿設該接地面與該介質基板之接頭，該接頭並與該饋入微帶傳輸線之訊號饋入端連接，以供信號饋入，且該接頭係為５０歐姆的ＳＭＡ接頭。
3. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該介質基板係ＦＲ４環氧玻璃纖維板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該金屬迴圈輻射部係以印刷或蝕刻之方式形成於該第一表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該金屬迴圈輻射部於鄰近該平面金屬片處具有一連接段，該連接段兩端分別以一第一彎折段連接相對稱之第一輻射段與第二輻射段，且該連接段與該第一、二輻射段之間距係２ｍｍ，該第一彎折段係分別用以置放該晶片電感，其電感值為１５ｎＨ。
6. 如申請專利範圍第5項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該第一、二輻射段於第二彎折段前後所形成之間距係為２ｍｍ，且該第一、二輻射段於該第二彎折段之後彎折所形成之間距係為１ｍｍ。 
7. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中位於該第四延伸部一側之該金屬迴圈輻射部，其與該接地面連接處之饋入間距係為２ｍｍ。
8. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該接地面之橫向與縱向長度分別為５０ｍｍ和１００ｍｍ，該金屬迴圈輻射部之橫向與縱向長度分別為５０ｍｍ和１４ｍｍ，且該金屬迴圈輻射部之路徑總長為２６２ｍｍ。
9. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該平面金屬片之橫向與縱向長度分別為５０ｍｍ和５ｍｍ。
10. 如申請專利範圍第1項所述之耦合饋入式迴圈天線，其中該矩形主體部之橫向與縱向長度分別為４ｍｍ和１０.５ｍｍ，且該第一延伸部之橫向與縱向長度分別為１～４ｍｍ和３ｍｍ，該第二延伸部之橫向與縱向長度分別為３.５～１０.５ｍｍ和３ｍｍ，該第三延伸部之橫向與縱向長度分別為０.１～５ｍｍ和２ｍｍ，該第四延伸部之橫向與縱向長度分別為２.５～９.５ｍｍ和２ｍｍ，該第五延伸部之橫向與縱向長度分別為２.５～７ｍｍ和０.５ｍｍ。