TWI521800B - Single - pole coupled dual - band antenna - Google Patents

Description

單極耦合式雙頻天線

本發明係有關一種單極耦合式雙頻天線，尤指一種可輕易調整以達到適合的產品應用之印刷式單極合併耦合式雙頻天線，可針對不同的環境做頻段作調整，將天線直接在電路板上印刷天線，可減少習知立體式天線的模具成本支出及生產組裝的成本。

於在科技發展日新月異的現今時代中，通信電子產品是改變人們生活的一環，而通信電子產品的天線設計良窳，關乎信號的收發品質，為因應多種不同類型的通信電子產品，開發不同種類或材料的天線是必要的，可應用在各種尺寸日益輕巧的手持式電子裝置中(例如行動電話或筆記型電腦)或無線傳輸裝置(例如AP、無線網卡Card Bus)中。舉例來說：結構輕巧、傳輸效能良好且可輕易地被設置在手持式電子裝置內壁之平面倒F形天線(Planar Inverse-F Antenna，PIFA)或單極天線(Monopole Antenna)，被廣泛地應用在多種手持式電子裝置的無線傳輸或筆記型電腦或無線通訊裝置中。在習知技術中，多半將同軸纜線之內層導體層與外圍導體層，分別焊接於平面倒F天線(PIFA)之信號饋入點與信號接地點，以將欲傳輸之信號經由平面倒F天線輸出。平面倒F天線天線係已廣泛地應用在多種手持式電子裝置的無線傳輸或筆記型電腦或無線通訊裝置中。而單極天線是最傳統及最古典的天線設計之一，本案結合二種天線的優點，為使用於無線傳輸裝置上之印刷式單極合併耦合式之雙頻天線設計。

本發明係一種使用於印刷電路板上之易調整設計之印刷式單極合併耦合式之雙頻天線，其係適用於無線傳輸裝置產品中，可依產品的需求做輕易的調整與修正可達到適合的應用，所舉可應用於操作頻段在：LTE- Band 1(1920~2170MHz)、LTE-Band 3 (1710~1880MHz)、LTE-Band 4(1710~2155MHz)、3G-Band(860~1000MHz)、LTE-Band 40(2300~2400MHz)、LTE-Band 20(791~862MHz)、UMTS(1920~2170MHz)之裝置頻帶需求，可於無線通訊裝置中之應用，如：筆記型電腦或行動電話或無線接收盒(AP)或包含無線保真(Wireless Fidelity，WI-FI)，之電視(TV)或數位影碟(DVD)中等等。或是可應用於LTE之1805MHz~2170MHz之裝置之所有通訊電子裝置，或可做頻段調整而應用在其它操作寬頻段之無線通訊裝置裝置天線應用。

習知的平面倒F天線頻寬較窄，天線要應用在寬頻產品上，其製作結構較為複雜，無法於不同的環境而需要做頻段微調，本發明提供一種不用調整頻帶而達到多裝置共用的天線結構，具有節省成本支之效果。

基於解決以上所述習知技藝的缺失，本發明為一種單極耦合式雙頻天線，其主要目的為提供一種可輕易調整以達到適合的產品應用之印刷式單極合併耦合式雙頻天線，可針對不同的環境做頻段作調整，將天線直接在電路板上印刷天線，可減少習知立體式天線的模具成本支出及生產組裝的成本，應用在各種環境之無線網路裝置中，且由於是單極合併耦合式雙頻天線的天線結構，可輕易應用在不同之產品應用。

本發明之一種單極耦合式雙頻天線包括有：一第一輻射部與一第二輻射部，設置於該基板之表面，且該第二輻射部與該第一輻射部鄰近設置，使得該第二輻射部與該第一輻射部產生耦合用以延伸該第一輻射體之面積，以調整天線整體之操作頻率、阻抗及阻抗匹配；一饋入信號接地區，設置於該基板之表面，與該第二輻射部連接；一饋入信號區，設置於該基板之表面且鄰近該饋入信號接地區，與該第一輻射部連接；一接地區，設置於該基板之表面且與該第二輻射部連接；一介電層，設置該基板的非導電區域；該第一輻射部操作於一第一頻率，該第二輻射部操作於一第二頻率。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第一輻射部包括有一主體及一延伸部，該主體長度可調整天線的操作頻率，該延伸部自該主體向後延伸，更包含一漸寬斜部以增加頻段頻寬，該主體係連接該延伸部較窄的一端，該饋入信號區係設置在該延伸部較寬的一端。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第二輻射部的一側鄰近設置該第一輻射部，且沿與該第一輻射部鄰近設置的該側分別為相反的一第一方向與一第二方向延伸，該第一方向與該第一輻射部的該延伸部的延伸方向相同，該第二方向與該第一輻射部的該主體的延伸方向相同。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第二輻射部更包括一第一延伸部與一第二延伸部，該第一延伸部與該第二輻射部沿該第一方向的部分連接，其延伸長度可提供調整天線操作於第二頻率，且該饋入信號接地區設置於該第一延伸部鄰近該第一輻射部的一端；該第二延伸部包含有兩端，其延伸長度可調整第二頻率的高低，其中一端與該第一延伸部連接，另一端則沿該第二方向延伸，使得該第二輻射部、該第一延伸部與該第二延伸部的部分與該第一輻射部的該延伸部相鄰。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第二輻射部更包括一第三延伸部與一第四延伸部，該第三延伸部與該第二輻射部沿該第二方向的部分連接；該第四延伸部包含有兩端，其中一端與該第三延伸部連接，另一端則沿該第一方向延伸，使得該第二輻射部、該第三延伸部與該第四延伸部的部分與該第一輻射部的該主體相鄰，且調整該第二延伸部與該第四延伸部之間距可調整天線之阻抗匹配。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第三延伸部與該第四延伸部相連接且鄰近該主體的一側更包括一第五連接部，調整該第五連接部的大小可調整天線之阻抗匹配。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該接地區可為一獨立接地或一非獨立接地。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該介電層設置該第一輻射部與該第二輻射部四周的非導電區域。

根據本發明之一種單極耦合式雙頻天線，其中該第一頻率高於該第二頻率。

本發明之一種單極耦合式雙頻天線，具有下列的優點：

1.容易調整頻帶設計而達到裝置應用之印刷式單極合併耦合式雙頻天線。

2.使用單極式及耦合式並用之雙頻天線。

3.一般單極天線不用有如平面倒F天線另外的下地端，所以尺寸可以比平面倒F天線為小。

4.天線信號饋入方式直接以50Ω線纜(Cable)銲接在天線饋入點，線纜另一端則可任意延伸至射頻(RF)信號模組端。

5.天線信號饋入方式亦可直接在基板(PCB)上以50Ω阻抗饋入，免除使用線纜饋入成本，以及免除立體天線所需負擔的模具費及組裝成本。

6.可操作在獨立地之PCB或使用在跟裝置地搭配之多選擇性優勢，此天線具備之獨立調整機制，可方便做不同裝置之多元應用。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及新型詳細說明，冀能對 貴審查委員於審查工作有所助益。

1‧‧‧天線

2‧‧‧饋入信號區

3‧‧‧饋入信號接地區

4‧‧‧饋入信號線

41‧‧‧中心信號線

42‧‧‧接地端

43‧‧‧隔離層

44‧‧‧射頻信號饋入點

5‧‧‧天線主體

6‧‧‧第一輻射部

61‧‧‧主體

62‧‧‧延伸部

7‧‧‧第二輻射部

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‧‧‧接地區

81‧‧‧獨立接地

82‧‧‧非獨立接地

9‧‧‧介電層

圖1係圖1A+圖1B；圖1A係為本發明之單極耦合式雙頻天線結構圖；圖1B係為圖1A之饋入信號區的局部放大圖；圖2係為本發明之單極耦合式雙頻天線於一獨立接地之印刷電路板的實施例圖；圖3係為本發明之單極耦合式雙頻天線於一非獨立接地之印刷電路板的實施例圖；圖4係為本發明之單極耦合式雙頻天線的反射損失圖；圖5係為本發明之單極耦合式雙頻天線的電壓駐波比圖； 圖6A~6C係為本發明之單極耦合式雙頻天線操作於925MHz電壓駐波比與頻率的測試圖；圖7A~7C係為本發明之單極耦合式雙頻天線操作於960MHz電壓駐波比與頻率的測試圖；圖8A~8C係為本發明之單極耦合式雙頻天線操作於1805MHz電壓駐波比與頻率的測試圖；圖9A~9C係為本發明之單極耦合式雙頻天線操作於2170MHz電壓駐波比與頻率的測試圖。

茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於 貴審委做一瞭解。

請參閱圖1A、B所示，本發明之一種單極耦合式雙頻天線包括有：一第一輻射部6與一第二輻射部7，設置於該基板之表面，且該第二輻射部7與該第一輻射部6鄰近設置，使得該第二輻射部7與該第一輻射部6產生耦合用以延伸該第一輻射體6之面積，以調整天線1整體之操作頻率、阻抗及阻抗匹配；一饋入信號接地區3，設置於該基板之表面，其一端與該第二輻射部7連接，另一端與一饋入信號線4相連接；一饋入信號區2，設置於該基板之表面且鄰近該饋入信號接地區3，與該第一輻射部6連接；一接地區8，設置於該基板之表面且與該第二輻射部7連接，該接地區8為一獨立接地或一非獨立接地；一介電層9，設置該基板的非導電區域，且該介電層9設置該第一輻射部6與該第二輻射部7四周的非導電區域；該第一輻射部6操作於一第一頻率，該第二輻射部7操作於一第二頻率，該第一頻率高於該第二頻率。

上述元件除了接地區8之外，其餘皆設置於一天線主體5內部。

上述該第一輻射部7包括有一主體61及一延伸部62，該主體61長度可調整天線的操作頻率，該延伸部62自該主體61向後延伸，更包含一漸寬斜部以增加頻段頻寬，該饋入信號區2係設置在該延伸部62較寬的一端。

上述該第二輻射部7的一側鄰近設置該第一輻射部6，且沿與 該第一輻射部6鄰近設置的該側分別為相反的一第一方向與一第二方向延伸，該第一方向與該第一輻射部6的該延伸部的延伸方向相同，該第二方向與該第一輻射部6的該主體61的延伸方向相同。

上述該第二輻射部7更包括一第一延伸部71與一第二延伸部72，該第一延伸部與該第二輻射部沿該第一方向的部分連接，其延伸長度可提供調整天線操作於第二頻率，且該饋入信號接地區3設置於該第一延伸部71鄰近該第一輻射部6的一端；該第二延伸部72包含有兩端，其延伸長度可調整第二頻率的高低，其中一端與該第一延伸部71連接，另一端則沿該第二方向延伸，使得該第二輻射部7、該第一延伸部6與該第二延伸部72的部分與該第一輻射部6的該延伸部62相鄰。

上述該第二輻射部7更包括一第三延伸部73與一第四延伸部74，該第三延伸部73與該第二輻射部7沿該第二方向的部分連接；該第四延伸部74包含有兩端，其中一端與該第三延伸部73連接，另一端則沿該第一方向延伸，使得該第二輻射部7、該第三延伸部74與該第四延伸部74的部分與該第一輻射部6的該主體61相鄰，且調整該第二延伸部72與該第四延伸部74之間距可調整天線1之阻抗匹配。

上述該第三延伸部73與該第四延伸部74相連接且鄰近該主體61的一側更包括一第五連接部75，調整該第五連接部75的大小可調整天線1之阻抗匹配。

上述該饋入信號線4更係包括有一中心信號線41、一接地端42、一隔離層43、一射頻信號饋入點44，該中心信號線41與該饋入信號區2連接，該接地端42與該饋入信號接地區3連接，該隔離層43使得該中心信號線41與該接地端42線性絕緣，該射頻信號饋入點44設置於射頻電路的訊號輸出入端，使得射頻電路經由該饋入信號線4與該單極耦合式雙頻天線連結。

請參閱圖2、3所示，係為本發明之單極耦合式雙頻天線於一獨立接地或一非獨立接地之印刷電路板的實施例圖，藉由不同的 接地區域設計，而適用於無線傳輸裝置產品中之內建式天線，本發明一所舉之實施例可應用於操作頻段在LTE-Band 1(1920~2170MHz)、LTE-Band 3(1710~1880MHz)、LTE-Band 4(1710~2155MHz)、3G-Band(860~1000MHz)、LTE-Band 40(2300~2400MHz)、LTE-Band 20(791~862MHz)、UMTS(1920~2170MHz)之裝置頻帶需求，例如可於無線通訊裝置中之應用，如筆記型電腦或行動電話或AP或包含WiFi之TV或DVD中等等。或是可應用於LTE之1805MHz~2170MHz之裝置，或可稍作頻段調整而應用在其它操作寬頻段之無線通訊裝置裝置天線應用。

圖4係為本發明之單極耦合式雙頻天線的反射損失圖，其中X軸為操作頻率，其範圍為500MHz~3GHz；Y軸為損失功率。由圖中可觀之，於模擬操作曲線中標記了5點取樣點，其中第1、2點落於第二頻率；第3、4點落於第一頻率；第5點則落於非收發頻率中。第1點之頻率為925MHz，其功率為-17.216dB；第2點之頻率為960MHz，其功率為-19.282dB；第3點之頻率為1.805GHz，其功率為-10.269dB；第4點之頻率為2.17GHz，其功率為-11.5dB；第5點之頻率為2.4GHz，其功率為-4.215dB。由該曲線及該些取樣點判斷，本案所提出的天線可正常於第一頻率及第二頻率中操作。

圖5係為本發明之單極耦合式雙頻天線的電壓駐波比圖，其中X軸為操作頻率，其範圍為500MHz~3GHz；Y軸為電壓駐波比。由圖中可觀之，於模擬操作曲線中標記了5點取樣點，其中第1、2點落於第二頻率；第3、4點落於第一頻率；第5點則落於非收發頻率中。第1點之頻率為925MHz，其電壓駐波比為1.337；第2點之頻率為960MHz，其電壓駐波比為1.3059；第3點之頻率為1.805GHz，其電壓駐波比為1.8985；第4點之頻率為2.17GHz，其電壓駐波比為1.7514；第5點之頻率為2.4GHz，其電壓駐波比為4.0967。由該曲線及該些取樣點判斷，本案所提出的天線可正常於第一頻率及第二頻率。由該曲線及該些取樣點判斷，本案所提出的天線可正常於第一頻率及第二頻率中操作。

圖6A~9C係為本發明之單極耦合式雙頻天線操作於925MHz電壓駐波比與頻率的測試圖，其係針對圖4、5所揭露第1~4點之取樣點的電壓駐波比與頻率的關係所繪製測試圖，該些圖式的峰值增益(Peak Gain)與平均增益(Average Gain)皆已合乎雙頻天線應有的規範。

藉由上述圖1至圖9C之揭露，即可瞭解本發明為一種單極耦合式雙頻天線，其主要提供一種可輕易調整以達到適合的產品應用之印刷式單極合併耦合式雙頻天線，可針對不同的環境做頻段作調整，將天線直接在電路板上印刷天線，可減少習知立體式天線的模具成本支出及生產組裝的成本，以符合現今電子產業低毛利之成本節約，應用在各種環境之無線網路裝置中，且由於是單極合併耦合式雙頻天線的天線結構，可輕易應用在不同之產品應用，而於低成本及高效能的天線市場而言，具有極佳的創新性及賣點，故提出專利申請以尋求專利權之保護。

綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深賦實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合新型專利之要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1‧‧‧天線

2‧‧‧饋入信號區

3‧‧‧饋入信號接地區

4‧‧‧饋入信號線

41‧‧‧中心信號線

42‧‧‧接地端

43‧‧‧隔離層

44‧‧‧射頻信號饋入點

5‧‧‧天線主體

6‧‧‧第一輻射部

61‧‧‧主體

62‧‧‧延伸部

7‧‧‧第二輻射部

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‧‧‧接地區

81‧‧‧獨立接地

82‧‧‧非獨立接地

9‧‧‧介電層

Claims (9)

1. 一種單極耦合式雙頻天線，其係包括有：一第一輻射部與一第二輻射部，設置於該基板之表面，且該第二輻射部與該第一輻射部鄰近設置，使得該第二輻射部與該第一輻射部產生耦合用以延伸該第一輻射體之面積，以調整天線整體之操作頻率、阻抗及阻抗匹配，該第二輻射部更包括一第一延伸部與一第二延伸部，該第一延伸部與該第二輻射部沿該第一方向的部分連接，其延伸長度可提供調整天線操作於第二頻率，且該饋入信號接地區設置於該第一延伸部鄰近該第一輻射部的一端；該第二延伸部包含有兩端，其延伸長度可調整第二頻率的高低，其中一端與該第一延伸部連接，另一端則沿該第二方向延伸，使得該第二輻射部、該第一延伸部與該第二延伸部的部分與該第一輻射部的該延伸部相鄰；一饋入信號接地區，設置於該基板之表面，其一端與該第二輻射部連接，另一端與一饋入信號線相連接；一饋入信號區，設置於該基板之表面且鄰近該饋入信號接地區，與該第一輻射部連接；一接地區，設置於該基板之表面且與該第二輻射部連接；一介電層，設置該基板的非導電區域；以及上述之構成，其中該第一輻射部操作於一第一頻率，該第二輻射部操作於一第二頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該第一輻射部包括有一主體及一延伸部，該主體長度可調整天線的操作頻率，該延伸部自該主體向後延伸，更包含一漸寬斜部以增加頻段頻寬，該主體係連接該延伸部較窄的一端，該饋入信號區係設置在該延伸部較寬的一端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該第二輻射部的一側鄰近設置該第一輻射部，且沿與該第一輻射部 鄰近設置的該側分別為相反的一第一方向與一第二方向延伸，該第一方向與該第一輻射部的該延伸部的延伸方向相同，該第二方向與該第一輻射部的該主體的延伸方向相同。
4. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該第二輻射部更包括一第三延伸部與一第四延伸部，該第三延伸部與該第二輻射部沿該第二方向的部分連接；該第四延伸部包含有兩端，其中一端與該第三延伸部連接，另一端則沿該第一方向延伸，使得該第二輻射部、該第三延伸部與該第四延伸部的部分與該第一輻射部的該主體相鄰，且調整該第二延伸部與該第四延伸部之間距可調整天線之阻抗匹配。
5. 如申請專利範圍第4項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該第三延伸部與該第四延伸部相連接且鄰近該主體的一側更包括一第五連接部，調整該第五連接部的大小可調整天線之阻抗匹配。
6. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該接地區為一獨立接地或一非獨立接地。
7. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中該介電層設置該第一輻射部與該第二輻射部四周的非導電區域。
8. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式之雙頻天線，其中該第一頻率高於該第二頻率。
9. 如申請專利範圍第1項所述之單極耦合式雙頻天線，其中更包括一饋入信號線，該饋入信號線係包括有一中心信號線、一接地端、一隔離層、一射頻信號饋入點，該中心信號線與該饋入信號區連接，該接地端與該饋入信號接地區連接。