TWI509883B - 平面式多頻單極天線 - Google Patents

平面式多頻單極天線 Download PDF

Info

Publication number
TWI509883B
TWI509883B TW102145004A TW102145004A TWI509883B TW I509883 B TWI509883 B TW I509883B TW 102145004 A TW102145004 A TW 102145004A TW 102145004 A TW102145004 A TW 102145004A TW I509883 B TWI509883 B TW I509883B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
radiating portion
metal radiating
antenna
free end
mode
Prior art date
Application number
TW102145004A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201524004A (zh
Inventor
Jui Han Lu
yu ming Yan
Original Assignee
Univ Nat Kaohsiung Marine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Kaohsiung Marine filed Critical Univ Nat Kaohsiung Marine
Priority to TW102145004A priority Critical patent/TWI509883B/zh
Publication of TW201524004A publication Critical patent/TW201524004A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI509883B publication Critical patent/TWI509883B/zh

Links

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

平面式多頻單極天線
本發明是有關於一種平面式多頻單極天線，特別是有關於一種利用T形金屬輻射部來激發出高頻段模態之平面式多頻單極天線。
隨著個人行動通訊時代的來臨，各式無線行動通訊產品如智慧型手機、平板電腦等皆迅速地發展。此類的無線行動通訊產品皆需透過電磁波的傳遞來傳輸資料，這代表著應用於無線行動通訊產品之天線必需涵蓋更寬的頻寬。因此，天線的設計除了涵蓋無線廣域網路(Wireless Wide Area Network，WWAN)之頻段以外，還需要增加長期演進(Long Term Evolution，LTE)所需的操作頻段。然而，要同時涵蓋LTE/WWAN八個頻段(LTE700/2300/2500/GSM850/900/1800/1900/UMTS)以及體積縮小化便成為天線設計上的一大難題。
習知LTE/WWAN平板電腦天線大多採用晶片元件來達成阻抗匹配，然而使用晶片元件在增益效率的表現受到LC電路元件內部損耗的影響而降低，且需額外空間配置匹配電路。此外，習知LTE/WWAN平板電腦天線更有採用立體式的結構以平衡電流分佈，然而在無線行動通訊產品薄型化的趨勢下，這樣的天線設計較不適合設置於平板電腦內部。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種平面式多頻單極天線，以提供微型化且涵蓋LTE700/GSM850/900 (704 MHz 至960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500 (1710 MHz 至2690 MHz)共八個頻段之平面式多頻單極天線。
此平面式多頻單極天線至少包含接地元件及天線，其中天線係設置於介質基板之表面，此天線至少包含：延伸自接地元件之第一金屬輻射部，第一金屬輻射部具有鉤狀延伸部及L形延伸部，其中鉤狀延伸部之末端係形成開口，L形延伸部係延伸自鉤狀延伸部相對於開口之一側，且其中鉤狀延伸部及L形延伸部係分別具有第一自由端及第二自由端；延伸自接地元件之第二金屬輻射部，且第二金屬輻射部具有第三自由端，其中第二金屬幅射部實質上為L形；以及設置於第一金屬輻射部及第二金屬輻射部之間之第三金屬輻射部，其中第三金屬輻射部實質上為T形，且第三金屬輻射部具有饋入點、第四自由端及第五自由端，且其中饋入點係電性連接接地元件之訊號源。
其中，鉤狀延伸部更具有朝著第三金屬輻射部突出之C形突出部。
其中，L形延伸部延伸自鉤狀延伸部之一端具有孔洞。
其中，第三金屬輻射部更具有朝著第一金屬輻射部突出之C形突出部。
前述之天線係藉由第一金屬輻射部延伸自接地元件之一端至第一自由端之路徑以激發出第一模態。
前述之天線係藉由第一金屬輻射部延伸自接地元件之一端至第二自由端之路徑以激發出第二模態。
前述之天線係藉由饋入點至第四自由端之路徑以激發出第三模態。
前述之天線更藉由第一金屬輻射部延伸自接地元件之一端至第一自由端之路徑以激發出第四模態，且第四模態之頻率為第一模態之頻率之三倍。
前述之天線係藉由第二金屬輻射部延伸自接地元件之一端至第三自由端之路徑以激發出第五模態。
其中，第一模態及第二模態係共同涵蓋691 MHz至961 MHz頻段；第三模態、第四模態及第五模態係共同涵蓋1710 MHz至2710 MHz頻段。
承上所述，依本發明之平面式多頻單極天線，其可具有一或多個下述優點：
(1) 本發明之平面式多頻單極天線可藉由實質上為T形之第三金屬輻射部以激發出高頻段模態。
(2) 本發明之平面式多頻單極天線之第一金屬輻射部、第二金屬輻射部及第三金屬輻射部之設計可大幅縮小天線的體積，使得在增加天線頻寬的情況下維持天線之微型化，以滿足各類型無線行動通訊產品之需求。
(3) 本發明之平面式多頻單極天線由實施例之各項實驗測量數據可知，在大範圍的操作頻段內皆能維持良好的輻射特性，且符合人體電磁波特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之規範。
茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。
10‧‧‧接地元件
20‧‧‧介質基板
30‧‧‧天線
31‧‧‧第一金屬輻射部
311‧‧‧鉤狀延伸部
312‧‧‧L形延伸部
313‧‧‧開口
314‧‧‧C形突出部
315‧‧‧孔洞
32‧‧‧第二金屬輻射部
33‧‧‧第三金屬輻射部
331‧‧‧C形突出部
A‧‧‧饋入點
B、C、F、G、H、J、K、M‧‧‧接點
D‧‧‧第四自由端
E‧‧‧第五自由端
I‧‧‧第一自由端
L‧‧‧第二自由端
N‧‧‧第三自由端
第1圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例示意圖。
第2圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之返回損失圖。
第3A圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之LTE700/GSM850/900頻段之天線增益及天線效率圖。
第3B圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻段之天線增益及天線效率圖。
第4A圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例於734 MHz及925 MHz輻射場型圖。
第4B圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例於1795 MHz、1920 MHz及2350 MHz輻射場型圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之平面式多頻單極天線之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，第1圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例示意圖。
此平面式多頻單極天線至少包含接地元件10及天線30，其中天線30係可例如以印刷、蝕刻、金屬片沖壓或切割等方式設置於介質基板20之表面，而介質基板20係設置於接地元件10上。其中，介質基板20可例如為玻璃纖維介質基板。
此天線30至少包含設置於介質基板20表面之第一金屬輻射部31、第二金屬輻射部32及第三金屬輻射部33。
第一金屬輻射部31係經由接點F延伸自接地元件10，且第一金屬輻射部31具有鉤狀延伸部311及L形延伸部312。其中鉤狀延伸部311之末端係形成開口313，且鉤狀延伸部311更具有朝著第三金屬輻射部33突出之C形突出部314；L形延伸部312則經由接點H、G延伸自鉤狀延伸部311相對於開口313之一側，且L形延伸部312延伸自鉤狀延伸部311之一端具有接點H、G、J、K所圍繞形成之孔洞315。
第二金屬輻射部32係經由接點M延伸自接地元件10，且第二金屬幅射部32實質上為L形。其中第二金屬輻射部32之接點B為接地點。
第三金屬輻射部33係設置於第一金屬輻射部31及第二金屬輻射部32之間，第三金屬輻射部33實質上為T形，且更具有朝著第一金屬輻射部31突出之C形突出部331。其中第三金屬輻射部33具有饋入點A，以電性連接接地元件10之訊號源(未繪示)。
此外，第一金屬輻射部31之鉤狀延伸部311及L形延伸部312係分別具有第一自由端I及第二自由端L；第二金屬輻射部32具有第三自由端N；以及第三金屬輻射部33具有第四自由端D及第五自由端E。
請參閱第1圖及第2圖，第2圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之返回損失圖。
本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例係選擇下列尺寸來進行實驗測量結果及理論模擬結果：接地元件10之面積約為200 × 150 mm2 ；介質基板20係採用厚度為0.8 mm之玻璃纖維介質基板，天線30則採用厚度為0.2 mm之銅片，且介質基板20及天線30之整體體積約為35 × 10 × 0.8 mm3 ，天線30係距離接地元件10之中心線約為37.15 mm；依序經由接點F、G、H至第一自由端I之路徑約為90 mm；依序經由接點F、G、J、K至第二自由端L之路徑約為63.5 mm；饋入點A經由接點C至第四自由端D之路徑約為28.5 mm；依序經由接點M、B至第三自由端N之路徑約為21 mm。
第2圖之縱軸為返回損失值，單位為dB；橫軸為操作頻率，單位為MHz。其中，長虛線為理論模擬結果，短虛線為無實際模型之實驗測量結果，實線為加入實際模型之實驗測量結果。其中，理論模擬結果係使用Ansoft公司之高頻電磁模擬軟體HFSS進行模擬所獲得，而實驗測量結果係使用Agilent公司之向量網路分析儀E5071C進行測量所獲得。由第2圖可知，本發明之天線30在6 dB返回損失的定義下，涵蓋了691MHz至961 MHz頻段及1710 MHz至2710 MHz頻段，分別滿足LTE700/GSM850/900 (704 MHz至960 MHz)及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500 (1710 MHz至2690 MHz)共八個頻段之操作。
此外，請參閱第2圖之各個頻段之峰值，本發明之天線30係藉由依序經由接點F、G、H至第一自由端I之路徑激發出750 MHz之第一模態及2550 MHz之第四模態；藉由依序經由接點F、G、J、K至第二自由端L之路徑激發出920 MHz之第二模態；藉由饋入點A經由接點C至第四自由端D之路徑激發出1970 MHz之第三模態；以及藉由依序經由接點M、B至第三自由端N之路徑激發出2650 MHz之第五模態。其中，第四模態之頻率為第一模態之頻率之三倍，且第一模態及第二模態係共同涵蓋691 MHz至961 MHz頻段，第三模態、第四模態及第五模態係共同涵蓋1710 MHz至2710 MHz頻段。值得一提的是，饋入點A經由接點C至第五自由端E之路徑係用以提升天線30之電感性。
請參閱第3A圖及第3B圖，第3A圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之LTE700/GSM850/900頻段之天線增益及天線效率圖。第3B圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例之GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻段之天線增益及天線效率圖。
由天線增益曲線及天線效率曲線之理論模擬結果及實驗測量結果可知，在LTE700/GSM850/900頻段內，天線增益及天線效率分別約為1.0 dBi至2.0 dBi及45 %至65 %；在GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500頻段內，天線增益及天線效率分別約為2 dBi至4.5 dBi及55 %至75 %。一般而言，皆已滿足各類型無線行動通訊產品之需求。
請參閱第4A圖及第4B圖，第4A圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例於734 MHz及925 MHz輻射場型圖。第4B圖為本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施例於1795 MHz、1920 MHz及2350 MHz輻射場型圖。
由天線輻射場型之理論模擬結果及實驗測量結果可知，天線之輻射場型於x-z平面、y-x平面及y-z平面皆與一般無線行動通訊產品之輻射場型一致，這表示天線在大範圍的操作頻段內皆能維持良好的輻射特性及良好的指向性(Direction)，而不易受到接地元件所產生之破壞性耦合之影響。
此外，本發明之平面式多頻單極天線更使用Schmid & Partner Engineering AG公司之SEMCAD X模擬軟體進行模擬，以針對人體電磁波特定吸收率(SAR)之規範檢測，且測試頻率點係分別選取LTE700/GSM850/900及GSM1800/1900/UMTS/LTE2300/2500八個頻段之中心頻率進行模擬。如表1所示，模擬結果顯示本發明之平面式多頻單極天線之SAR值皆符合美規(以1g為採樣單位，小於1.6 W/kg)之規範。

表1、本發明之平面式多頻單極天線之較佳實施之SAR值模擬結果

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
無
10‧‧‧接地元件
20‧‧‧介質基板
30‧‧‧天線
31‧‧‧第一金屬輻射部
311‧‧‧鉤狀延伸部
312‧‧‧L形延伸部
313‧‧‧開口
314‧‧‧C形突出部
315‧‧‧孔洞
32‧‧‧第二金屬輻射部
33‧‧‧第三金屬輻射部
331‧‧‧C形突出部
A‧‧‧饋入點
B、C、F、G、H、J、K、M‧‧‧接點
D‧‧‧第四自由端
E‧‧‧第五自由端
I‧‧‧第一自由端
L‧‧‧第二自由端
N‧‧‧第三自由端

Claims (10)

  1.  一種平面式多頻單極天線，包含：
        一接地元件；以及
        一天線，係設置於一介質基板之一表面，該天線包含：
          一第一金屬輻射部，該第一金屬輻射部之一端係延伸自該接地元件，且該第一金屬輻射部具有一鉤狀延伸部及一L形延伸部，其中該鉤狀延伸部之末端係形成一開口，該L形延伸部係延伸自該鉤狀延伸部相對於該開口之一側，且其中該鉤狀延伸部及該L形延伸部係分別具有一第一自由端及一第二自由端；
          一第二金屬輻射部，該第二金屬輻射部之一端係延伸自該接地元件，且該第二金屬輻射部具有一第三自由端，其中該第二金屬幅射部實質上為L形；以及
          一第三金屬輻射部，係設置於該第一金屬輻射部及該第二金屬輻射部之間，其中該第三金屬輻射部實質上為T形，且該第三金屬輻射部具有一饋入點、一第四自由端及一第五自由端，且其中該饋入點係電性連接該接地元件之一訊號源。
  2.  如申請專利範圍第1項所述之平面式多頻單極天線，其中該鉤狀延伸部更具有朝著該第三金屬輻射部突出之一C形突出部。
  3.  如申請專利範圍第1項所述之平面式多頻單極天線，其中該L形延伸部延伸自該鉤狀延伸部之一端具有一孔洞。
  4.  如申請專利範圍第1項所述之平面式多頻單極天線，其中該第三金屬輻射部更具有朝著該第一金屬輻射部突出之一C形突出部。
  5.  如申請專利範圍第1項所述之平面式多頻單極天線，其中該天線係藉由該第一金屬輻射部延伸自該接地元件之一端至該第一自由端之路徑以激發出一第一模態。
  6.  如申請專利範圍第5項所述之平面式多頻單極天線，其中該天線係藉由該第一金屬輻射部延伸自該接地元件之一端至該第二自由端之路徑以激發出一第二模態。
  7.  如申請專利範圍第6項所述之平面式多頻單極天線，其中該天線係藉由該饋入點至該第四自由端之路徑以激發出一第三模態。
  8.  如申請專利範圍第7項所述之平面式多頻單極天線，其中該天線更藉由該第一金屬輻射部延伸自該接地元件之一端至該第一自由端之路徑以激發出一第四模態，且該第四模態之頻率為該第一模態之頻率之三倍。
  9.  如申請專利範圍第8項所述之平面式多頻單極天線，其中該天線係藉由該第二金屬輻射部延伸自該接地元件之一端至該第三自由端之路徑以激發出一第五模態。
  10.  如申請專利範圍第9項所述之平面式多頻單極天線，其中該第一模態及該第二模態係共同涵蓋691 MHz至961 MHz頻段，該第三模態、該第四模態及該第五模態係共同涵蓋1710 MHz至2710 MHz頻段。
TW102145004A 2013-12-06 2013-12-06 平面式多頻單極天線 TWI509883B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102145004A TWI509883B (zh) 2013-12-06 2013-12-06 平面式多頻單極天線

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102145004A TWI509883B (zh) 2013-12-06 2013-12-06 平面式多頻單極天線

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201524004A TW201524004A (zh) 2015-06-16
TWI509883B true TWI509883B (zh) 2015-11-21

Family

ID=53935812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102145004A TWI509883B (zh) 2013-12-06 2013-12-06 平面式多頻單極天線

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI509883B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM388115U (en) * 2010-03-24 2010-09-01 Smart Approach Co Ltd Multi-frequency antenna
TW201249000A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Wistron Neweb Corp Antenna with multiple resonating conditions
TW201328016A (zh) * 2011-12-27 2013-07-01 Acer Inc 通訊電子裝置及其天線結構
TWI411167B (zh) * 2009-11-05 2013-10-01 Acer Inc 行動通訊裝置及其天線

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI411167B (zh) * 2009-11-05 2013-10-01 Acer Inc 行動通訊裝置及其天線
TWM388115U (en) * 2010-03-24 2010-09-01 Smart Approach Co Ltd Multi-frequency antenna
TW201249000A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Wistron Neweb Corp Antenna with multiple resonating conditions
TW201328016A (zh) * 2011-12-27 2013-07-01 Acer Inc 通訊電子裝置及其天線結構

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liang-Che Chou等人，" Planar compact WWAN Antenna for Netbook/eBook applications"，Antennas and Propagation (APSURSI), 2011 IEEE International Symposium on，20110708. Ting Zhang等人，" A Novel Multiband Planar Antenna for GSM/UMTS/LTE/Zigbee/RFID Mobile Devices"，IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 59, NO. 11, NOVEMBER 2011 *
Ting-Wei Kang等人，" Coupled-Fed Shorted Monopole With a Radiating Feed Structure for Eight-Band LTE/WWAN Operation in the Laptop Computer"，Antennas and Propagation, IEEE Transactions on (Volume:59 , Issue: 2 )，20101203 *
Wei-Yu Li等人，" Surface-Mount loop antenna for WWAN/WLAN/WiMAX operation in the mobile phone"， Microwave Conference, 2008. APMC 2008. Asia-Pacific，20081220. *

Also Published As

Publication number Publication date
TW201524004A (zh) 2015-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI423520B (zh) 行動通訊裝置
CN110085971B (zh) 印制电路板天线和终端
TWI624998B (zh) 寬頻天線及具有該寬頻天線的可攜式電子裝置
TWI419405B (zh) 行動通訊裝置及其天線
US9774071B2 (en) Antenna structure
WO2015120779A1 (zh) 一种天线及移动终端
TWI628851B (zh) 多頻天線結構
TWI622230B (zh) 天線結構及具有該天線結構的無線通訊裝置
TWI644479B (zh) 多天線裝置
CN101388494B (zh) 多天线整合模组
TW201433000A (zh) 天線組件及具有該天線組件的無線通訊裝置
TWI446626B (zh) 寬頻行動通訊天線
US20120176291A1 (en) Input device for computer system
CN104183912A (zh) 一种基于超材料单元的小型化双频带单极子天线
TWI566473B (zh) 寬頻天線及具有該寬頻天線的可攜帶型電子裝置
TW202036986A (zh) 雙頻段天線
TWI612722B (zh) 應用於具有金屬邊框之電子裝置的lte多頻單極天線
TWI481118B (zh) 雙頻天線及應用該雙頻天線之無線通訊裝置
TWI509883B (zh) 平面式多頻單極天線
TW201517380A (zh) 無線通訊裝置
TWI594498B (zh) 應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線
TWI530025B (zh) 可攜式電子裝置之多頻天線
TWI553962B (zh) 多模態單極天線
TWI506858B (zh) 多模態平面天線
TWI492452B (zh) 耦合饋入式迴圈天線

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees