TWI495192B - 多頻天線 - Google Patents

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TWI495192B
TWI495192B TW101127175A TW101127175A TWI495192B TW I495192 B TWI495192 B TW I495192B TW 101127175 A TW101127175 A TW 101127175A TW 101127175 A TW101127175 A TW 101127175A TW I495192 B TWI495192 B TW I495192B
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Chin Hsu Lai
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Description

多頻天線
本發明係關於一種多頻天線，特別是可接收位於基本頻率的電磁波訊號與位於該基本頻率位移一頻帶寬度中任其一者頻率上的電磁波訊號的多頻天線。
目前，由於具有無線通訊的電子裝置係普遍地被人們所使用，使得人與人之間的距離不再遙不可及。其中，讓該電子裝置達到這個目的的主要關鍵技術係利用天線進行電磁波訊號的傳送與接收。
然而，在不同的無線通訊協定中係規範該電子裝置操作在不同的頻率或頻帶，例如以全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，GSM)的行動通訊規範(亦即前述的無線通訊協定)而言，該行動通訊規範係規範所使用的電磁波訊號的頻段係為850百萬赫茲、900百萬赫茲、1800百萬赫茲或1900百萬赫茲，且該全球行動通訊雖然皆為全球行動通訊系統，但該等系統係操作在不同的工作頻率(即本發明所述的基本頻率)。
假若在單一個該電子產品中需要符合多種通訊規範時，則需要在該電子產品中同時建構複數根天線，才能使得該電子產品可同時地在多頻環境之下進行操作。此外，值得注意的是，雖然在該電子裝置可同時地容納該等天線，但該等天線之間會產生相互的電磁波干擾，而造成通 訊品質的劣化。
因此，如何能在該電子裝置同時地容納可接收不同無線通訊協定的複數天線，且亦能夠避免該電子裝置受到電磁波干擾，進而達到多頻天線的應用，變成是很重要的課題。
本發明之一目的係提出一種多頻天線，可提供電子裝置接收位於基本頻率的電磁波訊號及/或位於該基本頻率位移一頻帶寬度中任一頻率的電磁波訊號。
本發明之另一目的係根據上述的該多頻天線，藉由在天線上增加環路表面電流(loop surface current)而使得原本接收單一該基本頻率之該電子裝置，能夠額外地增加接收位於該頻帶寬度中的複數頻率。
為達到上述目的至其它目的，本發明係提供一種多頻天線，係應用於具有信號端與共地端的電子裝置，該多頻天線包含共振輻射體、接地端與展頻部。其中，該共振輻射體係供與該電子裝置的信號端連接，該共振輻射體接收位於第一頻率的第一電磁波訊號；該接地端係供與該電子裝置的共地端連接；以及，該展頻部係連接該共振輻射體與該接地端，且該展頻部具有第一分流體與第二分流體，該展頻部係藉由該第一分流體與該第二分流體在該共振輻射體與該接地端之間形成開槽，又在該共振輻射體與該接地端之間該第一分流體與該第二分流體形成環形分流路 徑。
與習知技術相較，本發明的多頻天線係可藉由包含複數分流體的展頻部，用以擴展共振輻射體所能接收頻率的範圍，例如由單一頻率擴展到複數頻率。其中，該共振輻射體係透過該等分流體提高該多頻天線之整體的環路表面電流，使得原本利用該共振輻射體所能接收單一個第一頻率因該環路表面電流的提升而能夠接收位於更多頻率上的電磁波訊號。
此外，由於多個頻率係連續的，故該等頻率係組成一頻帶寬度，使得該多頻天線除可接收該第一頻率的第一電磁波訊號外，更可接收自該第一頻率以該頻帶寬度所延伸的任一頻率上的第二電磁波訊號。換言之，該第二電磁波訊號係定義為位於該頻帶寬度內的任一頻率上的電磁波訊號。
故本發明係提供一個可應用於該電子裝置的多頻天線，且在不需要增加額外的共振輻射體，即可達到提供該電子裝置可接收位於複數頻率的電磁波訊號的目的。又，本發明係可提升原有該共振輻射單元的輻射效率(radiation efficiency)。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後： 一併參考第1a-1b圖，係本發明第一實施例之多頻天線的結構示意圖。其中，第1a圖為該多頻天線的正面視圖，以及第1b圖為該多頻天線的反面視圖。於第1a-1b圖中，該多頻天線10係應用於電子裝置(圖未示)，使得該電子裝置係可藉由該多頻天線10在2G、2.5G、3G、3.5G、4G或WiFi等無線通訊協定之下進行操作。一般而言，該多頻天線10與該電子裝置的通訊模組(圖未示)連接。又，該通訊模組包含信號端與共地端，該信號端用於接收或傳送一電磁波訊號，以及該共地端係與該信號端形成電性回路而供該電磁波訊號在該電子裝置與該多頻天線10之間流動。
再者，該多頻天線10係讓該電子裝置可同時地接收位於第一頻率(first frequency)之第一電磁波訊號，以及位於該第一頻率延伸一頻帶寬度之中任其一頻率的第二電磁波訊號。舉例而言，該第一頻率係可為850百萬赫茲(MHz)、900 MHz、1800 MHz、1900 MHz與2100 MHz；以及，該第一頻率延伸該頻帶寬度之中任其一頻率係以下方範例進行說明。
當該第一頻率係為900MHz且該頻帶寬度係為50MHz時，則該多頻天線10所接收的頻率範圍係由單一該第一頻率(即900MHz)延伸該頻帶寬度，且該頻帶寬度之任一頻率係領先或落後該第一頻率。其中，該頻帶寬度的範圍係介於850MHz至950MHz之間。換言之，該多頻天線10係由單一個頻率(亦即900MHz)擴展至位於100MHz(亦即850MHz至950MHz)的該頻帶寬度中的任一頻率。
因此，該多頻天線10係提供該電子裝置除可接收位於900MHz的該第一頻率之該第一電磁波訊號外，亦可接收位於850MHz-950MHz的頻帶範圍中任一頻率的該第二電磁波訊號。
其中，該多頻天線10包含共振輻射體12、接地端14與展頻部16。
請參考第1a圖，該共振輻射體12係供讓該電子裝置接收位於該第一頻率的該第一電磁波訊號。其中，該共振輻射體12的尺寸與形狀係決定接收該第一頻率的頻率高低。於本實施例中，該共振輻射體12之形狀係以片體狀為例說明。
舉例而言，該共振輻射體12接收該第一電磁波訊號的作法，係讓該第一電磁波訊號可有效地駐留在該共振輻射體12上，故於本實施例中，該共振輻射體12的長度係以1/4波長(quarter-wavelength)的方式進行設計，例如該第一頻率係為850MHz，則1/4波長約為0.088公尺，亦即該共振輻射體12的長度至少為0.088公尺；該第一頻率係為900MHz，則1/4波長係約為0.0833公尺，亦即該共振輻射體12的長度至少為0.0833公尺；該第一頻率係為1800MHz，則1/4波長係約為0.042公尺，亦即該共振輻射體12的長度至少為0.042公尺；該第一頻率係為1900MHz，則1/4波長約為0.039公尺，亦即該共振輻射體12的長度至少為0.039公尺；以及，該第一頻率為2100MHz，則1/4波長約為0.036公尺，亦即該共振輻射體 12的長度至少為0.036公尺。
該接地端14係供連接至該電子裝置的該共地端(圖未示)。在該接地端14與該共地端連接之後，該接地端14的該電位等於該共地端的電位。
請一併參考第1b圖，該展頻部16設置在該共振輻射體12與該接地端14之間，且該展頻部16的作用係將該第一頻率位移一頻帶寬度，使得該電子裝置可透過該展頻部16接收位於該頻帶寬度之中任其一者頻率的第二電磁波訊號。其中，該展頻部16藉由第一分流體162與第二分流體164在該共振輻射體12與該接地端14之間形成該開槽166的。其中，該第一分流體162與該第二分流體164係在該共振輻射體12與該接地端14之間形成環形分流路徑P1、P2，又該展頻部16根據該環形分流路徑P1、P2以基於該第一頻率進行展頻。於本實施例中，該環形分流路徑P1、P2使得本發明之該共振輻射體12相較於傳統天線技術中無該展頻部16的天線能獲得更多的導通電流。
故該展頻部16使得該共振輻射體14係可從原本該第一頻率延伸擴展至以該第一頻率位移一頻帶寬度中的任一頻率。
再者，該展頻部16之該第一分流體162與該第二分流體164在該共振輻射體12與該接地端14之間以倒V型結構進行配置。於本實施例中，該第一分流體162之一端與該第二分流體164之一端在該共振輻射體12之側邊(例如較長的一邊)的任一處形成交集處。其中，第一分流體162 之一端與該第二分流體164之一端之間形成第一夾角θ1 。
又，該第一分流體162之另一端與該第二分流體164之另一端係直接地連接至該接地端的側邊。於本實施例中，該第一分流體162之另一端與該第二分流體164之另一端係垂直地連接至該接地端14為例說明。
其中，該第一分流體162之一端與該第二分流體164之一端係自該交集處以該第一夾角θ1 延伸並再以一第二夾角θ2 彎折該第一分流體162與該第二分流體164，用以供該第一分流體162之另一端與該第二分流體164之另一端分別地延伸至該接地端14。
一併參考第2a-2b圖，係本發明第二實施例之多頻天線的結構示意圖，第2a圖為該多頻天線的正面視圖，以及第2b圖為該多頻天線的反面視圖。於第2a-2b圖中，該多頻天線10’同樣地應用在電子裝置(圖未示)。再者，該多頻天線10’除具有與第一實施例中所提及的該共振輻射體12、接地端14與該展頻部16之外，更包含饋入部18與連接部20。其中，饋入部18與連接部20係設置在該共振輻射體12與該電子裝置之間。
該饋入部18之一端係連接與該電子裝置之該通訊模組，而使得該多頻天線10’透過該該饋入部18與該電子裝置之間接收與傳送電訊號ES(electronic signal)。於本實施例中，該饋入部18係以高頻同軸電纜182為例說明。其中，該高頻同軸電纜182的中心軸部設置有高頻信號線184，以及該高頻信號線的外部包覆有接地線186。
該連接部20係連接該饋入部18與該共振輻射體12。於本實施例中，該連接部20係由第一連接片202與第二連接片204所組成的片狀體。
該連接部20係透過該第一連接片202與該饋入部18連接，以及該連接部20係透過該第二連接片204與該共振輻射體12連接。再者，該連接部20係以L型結構為例說明，又該連接部20的長度為該第一頻率波長的1/8。其中，該頻率與波長的數學表示式係如下所示：λ=C/f；其中，λ係定義為波長，單位係為公尺；λ係為光速(亦即3*10^8)，單位係為公尺/秒；以及，f係為該第一頻率，單元係為赫茲。
舉例而言，若該第一頻率係為850MHz，則1/8波長係約為0.441公尺，若該電子裝置係操作在850MHz的第一頻率之下，該連接部20的長度係選用約為0.441公尺；該第一頻率係為900MHz，則1/8波長係約為0.417公尺，亦即若該電子裝置係操作在900MHz的第一頻率之下，該連接部20的長度係選用約為0.417公尺；該第一頻率係為1800MHz，則1/8波長係約為0.208公尺，亦即若該電子裝置係操作在1800MHz的第一頻率之下，該連接部20的長度係選用約為0.208公尺；該第一頻率係為1900MHz，則1/8波長係約為0.197公尺，亦即若該電子裝置係操作在1900MHz的第一頻率之下，該連接部20的長度係選用約為0.197公尺；以及，該第一頻率係為2100MHz，則1/8波長 係約為0.179公尺，亦即若該電子裝置係操作在2100MHz的第一頻率之下，該連接部20的長度係選用約為0.179公尺。
參考第3圖，係本發明第三實施例之多頻天線的結構示意圖。於第3圖中，該多頻天線10”係同樣應用至該電子裝置，且於本實施例中，係藉由複數個共振輻射體22、24而使得該電子裝置係可接收複數個第一頻率(例如900MHz與1900MHz)的電磁波訊號，並且透過共同的展頻部16，用以分別地使得該電子裝置係可接收該等第一頻率之第一電磁波訊號以及分別自該等第一頻率位移一頻帶寬度的任一頻率之第二電磁波訊號。舉例而言，該電子裝置係可藉由該多頻天線10”而能同時地接收例如符合行動通訊規範中所規範850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz與2100MHz頻率上的電磁波訊號。
其中，該多頻天線10”係除包含與第一實施例相同的該接地端14、該展頻部16、該饋入部18與該連接部20之外，更包含該等共振輻射體22、24。
其中，該等共振輻射體22、24係同時地與該連接部20之該第二連接片204連接，且該等共振輻射體22、24係根據該等第一頻率而設計成與該等第一頻率相關的複數輻射片體。於本實施例中，該等共振輻射體22、24係根據1/4波長的設計原則，又進一步定義為低頻的共振輻射體22(例如900MHz)與高頻共振輻射體24(例如1900MHz)。
此外，該低頻共振輻射體22與該高頻共振輻射體24 可同時地藉由該連接部20與該展頻部16而具有不同的頻帶寬度，例如該低頻共振輻射體22係根據該連接部20與該展頻部16係有50MHz的頻帶，使得該多頻天線10”係由原本該低頻共振輻射體22單一900MHz的第一頻率展頻至包含範圍從850MHz至950MHz的頻帶寬度；以及，該高頻共振輻射體24係有300MHz的頻帶，使得該多頻天線10”係由原本該高頻共振輻射單元24單一1900MHz的第一頻率展頻至包含範圍從1800MHz與2100MHz的頻帶寬度。
參考第4a-4b圖，係說明第3圖中多頻天線的實際測試的特性曲線圖。
於第4a圖中，係顯示該多頻天線10”的電壓駐波比(voltage standing wave ratio；VSWR)。其中，該電壓駐波比的定義係為電磁波在第一電路與第二電路之間進行傳遞時，由於該第一電路與該第二電路具有不同的阻抗特性故會造成阻抗不匹配的現象，使得當電磁波由該第一電路傳遞至該第二電路時，部分的電磁波因為無法有效地傳遞至該第二電路而導致該電磁波係反射回該第一電路。該電壓駐波比的數學關係式係為電壓峰值與電壓谷值的比。其中，理想的電壓駐波比係為1：1，即在電磁波傳遞的過程中不會反射該電磁波。
本發明之該多頻天線10”係提供該電子裝置在第一頻率在824MHz的電壓駐波比係為3.4121比1，第一頻率在880MHz的電壓駐波比係為1.4983比1，第一頻率在960MHz的電壓駐波比係為2.0719比1，第一頻率在 1710MHz的電壓駐波比係為1.7227比1，第一頻率在1990MHz的電壓駐波比係為1.8016比1，第一頻率在2170MHz的電壓駐波比係為1.8134比1。因此，從上述的測試數據中可以了解到該電壓駐波比係接近1：1的理想天線。
於第4b圖中，係顯示該多頻天線10”的天線返回損失(Return loss)，例如該多頻天線10”操作在第一頻率係824MHz的天線返回損失為-5.025dB、該多頻天線10”操作在第一頻率係880MHz的天線返回損失為-13.043dB、該多頻天線10”操作在第一頻率係960MHz的天線返回損失為-10.155dB、該多頻天線10”操作在第一頻率係1710MHz的天線返回損失為-11.535dB、該多頻天線10”操作在第一頻率係1990MHz的天線返回損失為-10.654dB、該多頻天線10”操作在第一頻率係在2170MHz的天線返回損失為-11.089dB，而熟悉該項技術領域者係可瞭解到當該返回損失小於-5.dB時，係可視為理想的天線裝置。
此外，係可一併參考下表1所示，關於該多頻天線10’的天線增益(Gain)。
該表中係顯示例如第一頻率在914.8MHz的X-Y平面(plane)的最大增益(Peak Gain)為-1.05 dBi，平均增益(Average Gain)為-4.25，在Y-Z平面最大增益為1.20dBi，平均增益為-2.78，在X-Z平面最大增益為1.56dBi，平均增益為-2.06；第一頻率在1850.2MHz的X-Y平面的最大增益為-0.93 dBi，平均增益為-3.76，在Y-Z平面最大增益為0.73dBi，平均增益為-2.70，在X-Z平面最大增益為-1.25dBi，平均增益為-5.56。整體而言，本發明的該天線增益係相當良好。
本發明的多頻天線係可藉由包含複數分流體的展頻部，用以擴展共振輻射體所能接收頻率的範圍，例如由單一頻率擴展到複數頻率。其中，該共振輻射體係透過該等分流體提高該多頻天線之整體的環路表面電流，使得原本利用該共振輻射體所能接收單一個第一頻率因該環路表面電流的提升而能夠接收位於更多頻率上的電磁波訊號。
亦即，本發明係提供一個可應用於該電子裝置的多頻天線，且在不需要增加額外的共振輻射體，即可達到提供該電子裝置操作在多種頻率的目的。又，本發明係使得原有該共振輻射單元的輻射效率(radiation efficiency)可獲得提升。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
10、10’、10”‧‧‧多頻天線
12、22、24‧‧‧共振輻射體
14‧‧‧接地端
16‧‧‧展頻部
166‧‧‧開槽
162‧‧‧第一分流體
164‧‧‧第二分流體
18‧‧‧饋入部
182‧‧‧高頻同軸電纜
184‧‧‧高頻信號線
186‧‧‧接地線
20‧‧‧連接部
202‧‧‧第一連接片
204‧‧‧第二連接片
P1、P2‧‧‧環形分流路徑
θ1 ‧‧‧第一夾角
θ2 ‧‧‧第二夾角
第1a-1b圖係本發明第一實施例之多頻天線的結構示意圖；第2a-2b圖係本發明第二實施例之多頻天線的結構示意圖；第3圖係本發明第三實施例之多頻天線的結構示意圖；以及第4a-4b圖係說明第3圖中多頻天線的實際測試的特性曲線圖。
10‧‧‧多頻天線
12‧‧‧共振輻射單元
14‧‧‧接地端
16‧‧‧展頻部
166‧‧‧開槽
162‧‧‧第一分流體
164‧‧‧第二分流體
P1、P2‧‧‧環形分流路徑
θ1 ‧‧‧第一夾角
θ2 ‧‧‧第二夾角

Claims (9)

  1. 一種多頻天線，係應用於具有信號端與共地端的電子裝置，該多頻天線包含：共振輻射體，係供與該電子裝置的該信號端連接，該共振輻射體接收位於第一頻率的第一電磁波訊號；接地端，係供與該電子裝置的該共地端連接；以及展頻部，係連接該共振輻射體與該接地端，且該展頻部具有第一分流體與第二分流體，該展頻部係藉由該第一分流體與該第二分流體在該共振輻射體與該接地端之間形成開槽，又在該共振輻射體與該接地端之間該第一分流體與該第二分流體形成環形分流路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，更包含饋入部與連接部，係設置在該共振輻射體與該電子裝置之間，該饋入部之一端供與該信號端連接，該連接部之二端係分別地連接該饋入部之另一端與該共振輻射體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多頻天線，其中該連接部為L型結構，以及該連接部的長度等於該第一頻率相對應波長的1/8。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之多頻天線，其中該共振輻射體的長度等於該第一頻率相對應波長的1/4。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線，其中該第一分流體與該第二分流體在該共振輻射體與該接地端之間以倒V型結構配置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多頻天線，其中該第一分流 體之一端與該第二分流體之一端在該共振輻射體之側邊形成交集處，且該第一分流體之一端與該第二分流體之一端之間形成一第一夾角。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之多頻天線，其中該第一分流體之另一端與該第二分流體之另一端係分別地連接至該接地端之側邊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多頻天線，其中該第一分流體與該第二分流體係在該共振輻射體與該接地端之間分別地形成一第二夾角。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之多頻天線，其中該第一分流體之一端與該第二分流體之一端係自該交集處以該第一夾角延伸並再以該第二角度彎折該第一分流體與該第二分流體，用以改變該第一分流體之另一端與該第二分流體之另一端分別地延伸至該接地端。
TW101127175A 2012-07-27 2012-07-27 多頻天線 TWI495192B (zh)

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