TWI508378B - 寬頻單極天線與電子裝置 - Google Patents

Description

寬頻單極天線與電子裝置

本發明有關於一種寬頻單極天線與電子裝置，且特別是有關於一種平面地設置於電路基板上的寬頻單極天線與電子裝置。

隨著無線傳輸技術的發展，產業界已針對不同的系統分別設定了許多不同的傳輸規格。舉例來說，在通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)中，主要的操作頻帶係在1920MHz到2170MHz的範圍內。在依據IEEE 802.11標準的WiFi系統中，802.11bg的版本主要操作頻帶係在2.40GHz到2.50GHz的範圍內，LTE的版本主要操作頻帶係在1.71GHz到2.70GHz的範圍內，而802.11a的版本主要操作頻帶係在5.15GHz到5.85GHz的範圍內。此外，在依據IEEE 802.15.3a標準的超寬頻系統(Ultra-Wide Band，UWB)中，主要的操作頻帶係在3.1GHz到4.8GHz的範圍內。

現今各式電子裝置於設計上趨向輕薄短小，為了有效縮減天線體積，目前業界會設計將天線整合在電子裝置的內部，使得平面式、隱藏式的天線需求越來越大。然而，傳統的平面式、隱藏式的天線操作頻帶較窄，無法同時被使用於多個系統中，使得電子裝置的應用領域受到限制。舉例來說，要能收到較低頻之無線信號，傳統上需使用外露式天線才會具有較佳的接收效果，但這樣的天線設計顯然不符合現今電子裝置的設計概念。因 此，如何能讓天線能夠操作於更廣的頻率範圍之中，同時又可以將天線隱藏在電子裝置，實為目前業界亟需解決的問題。

有鑑於此，本發明實施例在於提出一種寬頻單極天線，可平面地設置於電路基板的表面上，且所述寬頻單極天線可透過調整其中輻射部與信號接地部之間的狹縫寬度，而具有更廣的頻率範圍。

本發明實施例提供一種寬頻單極天線，形成於電路基板的第一表面上，且於第一表面上至少有一個信號接地部。所述寬頻單極天線包括饋入部、第一輻射部以及第二輻射部。饋入部耦接信號饋線，且饋入部相對應的兩側具有第一側邊與第二側邊。第一輻射部耦接饋入部且至少具有第三側邊，第三側邊與饋入部之第一側邊相連，而第一側邊、第三側邊與信號接地部具有之第五側邊定義第一狹縫。第二輻射部耦接饋入部且至少具有第四側邊，第四側邊與饋入部之第二側邊相連，而部份第四側邊與信號接地部具有之第六側邊定義第二狹縫，其中第五側邊依第一方向延伸，第六側邊依第二方向延伸，第一方向與第二方向係依不為平行的兩個方向延伸。於第一狹縫中，第一輻射部之第三側邊與信號接地部之第五側邊係對應設立，彼此的間隔不小於第一距離，且於第二狹縫中，第二輻射部之部分第四側邊與信號接地部之第六側邊係對應設立，彼此的間隔不小於第二距離，使得寬頻單極天線在一個頻率範圍內的電壓駐波比小於第一門限值。

於本發明一實施例中，藉由調整第一狹縫中，第一輻射部之第三側邊與信號接地部之第五側邊的間隔，使得第一輻射部在第一頻率範圍內的電壓駐波比小於第一門限值，藉由調整第二狹縫中，第二輻射部之第四側邊與信號接地部之第六側邊的間隔，使得第二輻射部在第二頻率範圍內的電壓駐波比小於第一門限值，其中該第一頻率範圍與第二頻率範圍的部分操作頻率重疊，使得寬頻單極天線在第一頻率範圍與第二頻率範圍內的電壓駐波比皆小於第一門限值。在此，第一頻率範圍的中心頻率高於第二頻率範圍的中心頻率。

於本發明一實施例中，至少部分之第三側邊與第五側邊互相平行，且至少部分之第四側邊與第六側邊互相平行。

於本發明一實施例中，第一輻射部包含第一端與第二端，第一輻射部自與饋入部耦接的第一端向第二端延伸且逐漸放大，第二輻射部包含第三端與第四端，第二輻射部自與饋入部耦接的第三端藉由至少一彎折向第四端延伸，使得第一輻射部與第二輻射部間具有第一間隙。其中，第一輻射部的第一端與第三側邊鄰接，第二輻射部的第三端與第四側邊鄰接。

於本發明一實施例中，信號接地部更具有阻抗匹配結構，所述阻抗匹配結構與第五側邊相連，且至少具有鄰設於第一輻射部之第二端與第二輻射部之第四端的第七側邊，寬頻單極天線位於第六側邊與第七側邊之間。

於本發明另一實施例中，信號饋線用以傳輸資料信 號，寬頻單極天線中至少具有第一電流路徑與第二電流路徑，第一電流路徑經過饋入部與第一輻射部，第二電流路徑經過饋入部與第二輻射部，使得資料信號至少透過第一電流路徑或第二電流路徑發射出寬頻單極天線。在此，第一電流路徑的長度可小於第二電流路徑的長度。

除此之外，本發明實施例也提出一種電子裝置，具有一種寬頻單極天線可以平面地設置於電路基板的表面上，且所述寬頻單極天線可透過調整其中輻射部與信號接地部之間的狹縫寬度，而具有更廣的頻率範圍。

本發明實施例提供一種電子裝置具有信號傳輸模組以及寬頻單極天線，所述信號傳輸模組用以傳輸電子信號給寬頻單極天線，而寬頻單極天線形成於電路基板的第一表面上，且於第一表面上至少有一個信號接地部。所述寬頻單極天線包括饋入部、第一輻射部以及第二輻射部。饋入部經信號饋線耦接信號傳輸模組，用以接收電子信號，且饋入部相對應的兩側具有第一側邊與第二側邊。第一輻射部耦接饋入部且至少具有第三側邊，第三側邊與饋入部之第一側邊相連，而第一側邊、第三側邊與信號接地部具有之第五側邊定義第一狹縫。第二輻射部耦接饋入部且至少具有第四側邊，第四側邊與饋入部之第二側邊相連，而部份第四側邊與信號接地部具有之第六側邊定義第二狹縫，其中第五側邊依第一方向延伸，第六側邊依第二方向延伸，第一方向與第二方向係依不為平行的兩個方向延伸。於第一狹縫中，第一輻射部之第三側邊與信號接地部之第五側邊係對應設立 ，彼此的間隔不小於第一距離，且於第二狹縫中，第二輻射部之部分第四側邊與信號接地部之第六側邊係對應設立，彼此的間隔不小於第二距離，使得寬頻單極天線在一個頻率範圍內的電壓駐波比小於第一門限值。

綜上所述，本發明之寬頻單極天線與電子裝置除了可平面地設置於電子裝置內部的電路基板的表面上，避免天線突出、外露於電子裝置之外，所述寬頻單極天線更藉由設計第一狹縫與第二狹縫的寬度，使得寬頻單極天線在頻率範圍內的電壓駐波比能夠符合業界之規範與要求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

請一併參見圖1與圖2A，圖1係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之俯視圖，圖2A係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之立體視圖。如圖所示，本實施例之寬頻單極天線1與信號接地部20係設置於電路基板2同一側的表面2a上，寬頻單極天線1包括饋入部10、第一輻射部12以及第二輻射部14，用以將信號饋線24上傳輸的資料信號發送出去。以實際的例子來說，寬頻單極天線係為一種電子裝置(未繪示)的天線，以提供電子裝置附帶有無線傳輸資料的功能。所述電子裝置中更具有一個信號傳輸模組(未繪示)以信號饋線24耦接寬頻單極天線1的饋入部10。所述信號傳輸模 組實務上可以產生電子信號給寬頻單極天線，再由寬頻單極天線將電子信號以無線的方式傳遞出去。或者，寬頻單極天線可以將收到的電子信號，透過信號饋線24傳遞給電子裝置中的信號傳輸模組。

於實務上，電路基板2可為印刷電路板，而寬頻單極天線1與信號接地部20可為相同材質的金屬導體。此外，為了使寬頻單極天線1的發射效果更好，寬頻單極天線1可以設置在電路基板2的邊緣，或者電路基板2上其他適當的位置。此外，所述電子裝置可以是手持式通訊裝置、筆記型電腦、監視器、煙霧偵測器、瓦斯偵測器或者其他適當的電子器材，本發明在此不加以限制，於所屬技術領域具有通常知識者可視需要自由設計應用寬頻單極天線1的電子裝置。以下分別就寬頻單極天線1與信號接地部20之相對關係作詳細的說明。

饋入部10耦接信號饋線24以接收信號饋線24上的資料信號，且饋入部10至少具有側邊S1與側邊S2。於實務上，由於本發明揭露的是一種單極式的天線，於所屬技術領域具通常知識者應可明瞭，饋入部10並不直接連接到信號接地部20，信號饋線24可為一條耦接在饋入部10上的同軸電纜，所述同軸電纜可具有內層導體與外層導體，且約略具有50歐姆的等效電阻值。在此，所述內層導體的一端可電性連接至饋入部10，而內層導體的另一端耦接至處理器(未繪示)或其他適當的電路以接收資料信號。此外，所述外導體層可耦接至信號接地部20。當然，所述內層導體與外導體層更可具有絕緣層的設計，本發明在此並不加以限制。

雖然於圖1的例子中，饋入部10類似一個長條的形狀而信號饋線24耦接到饋入部10的一個端頭，然而本發明並不以此為限。換句話說，只要寬頻單極天線1上設計有可以連接信號饋線24的地方，所述信號饋線24連接處即為饋入部10。此外，在不影響寬頻單極天線1的發射頻率範圍的情況下，饋入部10也可以設計成其他適當的形狀，本發明在此不加以限制。

第一輻射部12耦接饋入部10，使得饋入部10所接收的資料信號可經過第一輻射部12發射出去。第一輻射部12至少具有側邊S3，側邊S3與饋入部10之側邊S1相連。於實務上，第一輻射部12的首端耦接於饋入部10，而第一輻射部12的尾端自饋入部10向外延伸。本發明並不限制第一輻射部12的形狀，舉例來說，第一輻射部12可以是一個梯形圖案，即第一輻射部12的尾端會逐漸擴大。在本實施例中，第一輻射部12整體都是形成在電路基板2的表面2a上，並未具有立體的結構。

此外，饋入部10的側邊S1、第一輻射部12的側邊S3與信號接地部20上的側邊S5可定義出一個區域，所述區域即為狹縫(slot)A1。於本實施例中，至少一部分的第一輻射部12的側邊S3係與信號接地部20的側邊S5互相平行，而使得側邊S3與側邊S5之間具有一個大約固定的距離d1，所述距離d1亦可視為此狹縫A1的寬度。請注意，本實施例雖未限定信號接地部20的側邊S5的長度，但實際上第一輻射部12的長度應略小於信號接地部20的側邊S5之長度，使得信號接地部20可以 大致涵蓋(cover)住第一輻射部12。

第二輻射部14同樣耦接到饋入部10，使得饋入部10所接收的資料信號也可經過第二輻射部14發射出去。在此，第二輻射部14至少具有側邊S4，側邊S4與饋入部10之側邊S2相連。由圖1可以看出來，側邊S4並不一定要是一個筆直側邊，而可以有適當的彎曲。於實務上，第二輻射部14的首端也是耦接於饋入部10，而第二輻射部14的尾端藉由一彎折延伸到電路基板2的邊緣。雖然從圖1來看，本實施例所揭露的第二輻射部14有一側邊恰好貼齊於電路基板2的邊緣，但本發明並不以此為限。

換句話說，本發明並不限制第二輻射部14的形狀，例如第二輻射部14可以包括多邊形、梯形、長條形或帶有彎曲的蛇形圖案，且第二輻射部14整體可形成在電路基板2的表面2a上，而不具有立體的結構。

此外，第二輻射部14中的側邊S4可與信號接地部20定義出另一個區域，所述區域即為狹縫(slot)A2。於實務上，本實施例所述之狹縫A2大致上是一個矩形的空間，而狹縫A2的邊界除了有第二輻射部14與信號接地部20之外，更包括電路基板2的邊緣。也就是說，第二輻射部14貼近於電路基板2的邊緣，而第一輻射部12設置電路基板2的內部而與邊緣較遠。

詳細來說，至少一部分的側邊S4與信號接地部20的側邊S6互相平行，而使得互相平行的部分側邊S4與側邊S6之間具有一個大約固定的距離d2，所述距離d2亦可視為此狹縫A2的寬度。請注意，本實施例雖未限 定信號接地部20的側邊S6的長度，但實際上信號接地部20的側邊S6之長度應略等於或大於第二輻射部14鄰近側邊S6的一個軸向上的長度，而可以大致涵蓋(cover)住第二輻射部14。

在此，寬頻單極天線1實際上可以是一體成型的結構，因此本實施例在此僅界定出寬頻單極天線1的外圍輪廓，而不限定寬頻單極天線1內部之饋入部10、第一輻射部12以及第二輻射部14之間的邊界。

從傳輸資料信號的角度來看，寬頻單極天線1中至少具有第一電流路徑與第二電流路徑，使得寬頻單極天線1可以輻射出資料信號。在此，所述第一電流路徑所指的是經過饋入部10而傳導至第一輻射部12尾端的一種電流分布方式，而第二電流路徑所指的是經過饋入部10而傳導至第二輻射部14尾端的另一種電流分布方式，使得資料信號至少透過所述第一電流路徑或所述第二電流路徑發射出寬頻單極天線1。

於實務上，所述第一電流路徑的長度應小於所述第二電流路徑的長度，使得第一電流路徑可以用來發射高頻的資料信號，而第二電流路徑可以用來發射低頻的資料信號。於所屬技術領域具有通常知識者可知，第一電流路徑的長度係與第一輻射部12的形狀有關，而第二電流路徑的長度係與第二輻射部14的形狀有關。若要使寬頻單極天線1能夠廣泛地被UMTS系統、WiFi系統、UWB系統、WiMAX系統所使用，寬頻單極天線1必須於1920MHz到2170MHz、2.40GHz到2.50GHz、1.71GHz到2.70GHz、3.1GHz到4.8GHz、5.15GHz到 5.85GHz的範圍內維持良好的通信品質。

當然，本實施例之寬頻單極天線1也可以應用在執照頻段(Licensed Band)，如美國WCS(Wireless Communication Services)頻段(2.305-2.320GHz、2.345-2.360GHz)、MMDS(Multi-point Microwave Distribution System或Multi-channel Multi-point Distribution System)頻段(2.50-2.69GHz)，或國際FWA(Fixed Wireless Access)頻段(3.4-3.7GHz)；免執照頻段(Unlicensed Band)，如工科醫(ISM)頻段(2.4000-2.4835GHz)、U-NII(Unlicensed National Information Infrastructure)頻段(5.15-5.35GHz、5.470-5.725GHz、5.725-5.825GHz)或國際FWA(Fixed Wireless Access)頻段(3.4-3.7GHz)。

換句話說，本發明在此並不限制可使用的頻率範圍，只要第一輻射部12與第二輻射部14可以用來發射頻率範圍之下限是在1.7GHz到2GHz的區間中，且頻率範圍之上限是在5.8GHz到6GHz的區間中的資料信號，於所屬技術領域具通常知識者可自由設計第一輻射部12與第二輻射部14的形狀。

請繼續參見圖1，信號接地部20更具有一個阻抗匹配結構22，用來改善寬頻單極天線位1發射資料信號的場形。由圖1可知，阻抗匹配結構22與側邊S5相連，且至少具有平行於側邊S6的側邊S7，且寬頻單極天線位1係位於側邊S6與側邊S7之間，藉此可定義出寬頻單極天線位1的所在位置。

若從電路基板2的另一側面來看時，請一併參見圖 2A與圖2B，圖2B係繪示電路基板另一側的表面之立體視圖。如圖所示，信號接地部20與電路基板2的邊緣於表面2a中包圍出了一個天線設置區域，而寬頻單極天線1便是形成在所述天線設置區域中。然而，為了使寬頻單極天線1發射資料信號的輻射場形更佳，於電路基板2的另一側表面2b中更可做適當的設計。舉例來說，圖2B示範了電路基板2的表面2b設置有一個淨空區域，而所述淨空區域恰好位於天線設置區域的正背面。

從實際應用的角度來說，請參見圖3，圖3係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之電壓駐波比與頻率的關係圖。如圖3所示，當本實施例之寬頻單極天線1狹縫A1與狹縫A2的寬度分別作如下設計時，例如為3mm，寬頻單極天線1大約在1.8GHz到5.8GHz頻率範圍內的電壓駐波比(VSWR)可小於一個業界所規範的門限值。舉例來說，業界所規範的門限值可例如為2，本發明並不以此為限，所述電壓駐波比的門限值更可以隨著業界要求而改變。

綜上所述，本發明之寬頻單極天線除了可平面地設置於電子裝置內部的電路基板的表面上，避免天線突出、外露於電子裝置之外，所述寬頻單極天線更藉由分別設計兩個輻射部與信號接地部之間的狹縫寬度，使得寬頻單極天線在頻率範圍內的電壓駐波比能夠符合業界之規範與要求。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1‧‧‧寬頻單極天線

10‧‧‧饋入部

12‧‧‧第一輻射部

14‧‧‧第二輻射部

2‧‧‧電路基板

2a、2b‧‧‧表面

20‧‧‧信號接地部

22‧‧‧阻抗匹配結構

24‧‧‧信號饋線

S1~S7‧‧‧側邊

d1、d2‧‧‧長度

A1、A2‧‧‧狹縫

圖1係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之俯視圖。

圖2A係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之立體視圖。

圖2B係繪示電路基板另一側的表面之立體視圖。

圖3係繪示依據本發明一實施例之寬頻單極天線之電壓駐波比與頻率的關係圖。

1‧‧‧寬頻單極天線

10‧‧‧饋入部

12‧‧‧第一輻射部

14‧‧‧第二輻射部

20‧‧‧信號接地部

22‧‧‧阻抗匹配結構

24‧‧‧信號饋線

S1~S7‧‧‧側邊

d1、d2‧‧‧長度

A1、A2‧‧‧狹縫

Claims (12)

1. 一種寬頻單極天線，形成於一電路基板的一第一表面上，且於該第一表面上至少有一信號接地部，該電路基板另具有一第二表面，該第一表面上的寬頻單極天線包括：一饋入部，耦接一信號饋線，且該饋入部至少具有一第一側邊與一第二側邊；一第一輻射部，耦接該饋入部，該第一輻射部至少具有一第三側邊，該第三側邊與該饋入部之該第一側邊相連，且該第一側邊、該第三側邊與該信號接地部定義一第一狹縫；以及一第二輻射部，耦接該饋入部，該第二輻射部至少具有一第四側邊，且該第四側邊與該信號接地部定義一第二狹縫；其中，該第一表面上的該信號接地部與該電路基板的邊緣圍出一天線設置區域，該寬頻單極天線形成於該天線設置區域；該天線設置區域位於該第二表面上的一淨空區域的正背面；其中於該第一狹縫中，該第一輻射部之該第三側邊與該信號接地部之一第五側邊的間隔不小於一第一距離，且於該第二狹縫中，該第二輻射部之該第四側邊與該信號接地部之一第六側邊的間隔不小於一第二距離，使得該寬頻單極天線在一頻率範圍內的電壓駐波比小於一第一門限值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻單極天線，其中至少部分之該第三側邊與該第五側邊互相平行，且至少部分 之該第四側邊與該第六側邊互相平行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻單極天線，其中該第一輻射部自該饋入部向外延伸且逐漸放大。
4. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻單極天線，其中該信號接地部更具有一阻抗匹配結構，該阻抗匹配結構與該第五側邊相連，且至少具有平行於該第六側邊的一第七側邊，該寬頻單極天線位於該第六側邊與該第七側邊之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之寬頻單極天線，其中該信號饋線用以傳輸一資料信號，該寬頻單極天線中至少具有一第一電流路徑與一第二電流路徑，該第一電流路徑經過該饋入部與該第一輻射部，該第二電流路徑經過該饋入部與該第二輻射部，使得該資料信號至少透過該第一電流路徑或該第二電流路徑發射出該寬頻單極天線。
6. 如申請專利範圍第4項所述之寬頻單極天線，其中該第一電流路徑的長度小於該第二電流路徑的長度。
7. 一種電子裝置，包括：一信號傳輸模組，用以傳輸一電子信號；以及一寬頻單極天線，形成於一電路基板的一第一表面上，且於該第一表面上至少有一信號接地部，該電路基板另具有一第二表面，該寬頻單極天線包括：一饋入部，經一信號饋線耦接該信號傳輸模組，用以接收該電子信號，且該饋入部至少具有一第一側邊與一第二側邊；一第一輻射部，耦接該饋入部，該第一輻射部至少具有一第三側邊，該第三側邊與該饋入部之該 第一側邊相連，且該第一側邊、該第三側邊與該信號接地部定義一第一狹縫；以及一第二輻射部，耦接該饋入部，該第二輻射部至少具有一第四側邊，且該第四側邊與該信號接地部定義一第二狹縫；其中，該第一表面上的該信號接地部與該電路基板的邊緣圍出一天線設置區域，該寬頻單極天線形成於該天線設置區域；該天線設置區域位於該第二表面上的一淨空區域的正背面；其中於該第一狹縫中，該第一輻射部之該第三側邊與該信號接地部之一第五側邊的間隔不小於一第一距離，且於該第二狹縫中，該第二輻射部之該第四側邊與該信號接地部之一第六側邊的間隔不小於一第二距離，使得該寬頻單極天線在一頻率範圍內的電壓駐波比小於一第一門限值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中至少部分之該第三側邊與該第五側邊互相平行，且至少部分之該第四側邊與該第六側邊互相平行。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該第一輻射部自該饋入部向外延伸且逐漸放大。
10. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該信號接地部更具有一阻抗匹配結構，該阻抗匹配結構與該第五側邊相連，且至少具有平行於該第六側邊的一第七側邊，該寬頻單極天線位於該第六側邊與該第七側邊之間。
11. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該信號饋 線用以傳輸一資料信號，該寬頻單極天線中至少具有一第一電流路徑與一第二電流路徑，該第一電流路徑經過該饋入部與該第一輻射部，該第二電流路徑經過該饋入部與該第二輻射部，使得該資料信號至少透過該第一電流路徑或該第二電流路徑發射出該寬頻單極天線。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該第一電流路徑的長度小於該第二電流路徑的長度。