TWI533517B - Multi - frequency resonant antenna - Google Patents

Description

多頻共振天線

本發明是關於一種無線通訊元件，特別是指一種多頻共振天線。

現今通訊產品在研發過程中，除了希望尺寸能輕薄短小之外，更期望能具備多功能，因此不僅線路設計變得更為複雜，所使用的元件數量亦相對提高。當通訊產品的體積縮小後，可放置電子元件的內部空間也隨之減少，故內部元件同樣必須不斷縮減體積。

天線是通訊產品中不可缺少的元件，目前多以內藏式天線為主。一般單極天線主要設置在通訊產品的角落處，隨著通訊的發展與需求，空間上必須考量非角落區間的天線設計，即天線元件的所在位置不再是僅侷限於角落處。

槽孔式天線雖然可以不再侷限於角落區間，惟在操作功能上仍屬單頻共振的機制，在位置與空間均受限的情形下要達成多頻操作的功能仍有待研發。

鑑於現有天線元件的設計仍有功能、設置位置等多種條件的限制，本發明之主要目的係提供一種可不再侷限於基板角落處且能提供多頻帶應用的多頻共振天線。

為達成前述目的，本發明多頻共振天線包含有：一介質基板，係具有第一側邊及相對的第二側邊；一系統接地面，係形成於該介質基板的表面，該系統 接地面一邊緣非角落處係設有一淨空區；一天線本體，係設於該介質基板上且位於該淨空區內部，其中該天線本體包含有：一第一輻射段，具有位在該淨空區內的一起始端，第一輻射段係從起始從朝向該介質基板的第一側邊延伸，該起始端作為一饋入端；一第二輻射段，從第一輻射段相對於該起始端的另一端沿著該介質基板的第一側邊延伸，並與該第一輻射段垂直連接；一第三輻射段，係為L形且包含有一水平部及一垂直部，該水平部係沿著該介質基板的第一側邊以相反於第二輻射段的方向延伸且連接該第一輻射段，該垂直部從水平部的末端垂直延伸且平行該第二輻射段；一電容式晶片，連接在系統接地面及該第二輻射段之間；一饋入元件，該饋入元件之正端係連接於該第一輻射段之該饋入端，該饋入元件之負端係連接於系統接地面。

上述之天線結構分別提供一較低及一較高之共振模態，較低頻之第一共振模態之共振原理係其電流訊號係由饋入端經由第一輻射段、第二輻射段及電容式晶片耦合至接地面，以四分之一波長的電流路徑達成共振機制；另外，較高頻之第二共振模態之共振原理係以電流訊號由饋入端流經第一輻射段及第三輻射段，以單極式天線四分之一波長的電流路徑達成共振機制；其中，第一共振路徑上的電容式 晶片、第二共振路徑的第三輻射段與系統接地面的間距，其功效皆可為電容耦合調整機制。

本發明之淨空區係不再侷限於基板角落處，更能有效運用有限的基板面積，在配置其它電子零件時具有更高的設計彈性；此外，在小範圍的淨空區內即可容置完整的天線本體，將有助於產品的體積縮減；該第一共振頻率與第二共振頻率可滿足多頻帶要求的通訊產品，且適當的微調天線主體內的組成元件時，可輕易獲得所需的共振頻率。

請參考圖1、2所示，為本發明多頻共振天線之整體平面圖，包含一介質基板10、一系統接地面20及一天線本體30。

該系統接地面20係形成於介質基板10的表面，在系統接地面20非角落處的邊緣係形成一淨空區，該淨空區是從介質基板10的一側邊向系統接地面20的中間延伸，即朝向該介質基板10的相對側邊。整體的淨空區利用一短路導線25而劃分為一第一淨空部21及一第二淨空部22，該短路導線25上形成數個狹縫而成為一蜿蜒彎曲的導線，各個狹縫係作為槽孔(slot)，本實施例具有一第一槽孔23及一第二槽孔24，該第一槽孔23與第二槽孔24平行。

該第一淨空部21的一側邊連通該第一槽孔23，該第一槽孔23係由第一淨空部21朝著第二淨空部22的方向延伸；從第二淨空部22的一側邊連通該第二槽孔24，該第二槽孔24係由第二淨空部22朝向第一淨空部21的方向延伸。

該天線本體30係設於該介質基板10上且位於該淨空區內，該天線本體30包含有一第一輻射段31、一第二輻射段32、一第三輻射段33及一電容式晶片34；該第一至第三輻射段33均形成在淨空區內而未與系統接地面20連接；在該淨空區內係設有一第一導電接點351及一第二導電接點352，兩導電接點351、352之間的間距與該電容式晶片34的大小相符，供電容式晶片34電性連接，其中，該第一導電接點351亦連接前述短路導線25的一端，該短路導線25的另一端連接系統接地面20，第二導電接點352係與系統接地面20電氣連接。

該第一輻射段31係從淨空區內以朝向介質基板10的第一側邊的方向延伸，形成於該第一淨空部21之內；該第二輻射段32是從第一輻射段31的末端沿著介質基板10之第一側邊延伸，與該第一輻射段31垂直相連，第二輻射段32同樣是位於第一淨空部21之內，第二輻射段32的末端電氣連接該第一導電接點351；該第三輻射段33為L形，包含有一水平部及一垂直部，其中，該水平部與第一輻射段31相連接，以背向於該第二輻射段32的方向沿著該介質基板10的第一側邊延伸，該水平部與該第二輻射段32呈直線相連，該垂直部則是從水平部的末端垂直延伸且平行該第一輻射段31。

該電容式晶片34位在該第二淨空部22內，且連接在第二輻射段32的另一端與系統接地面20之間，具體來說，該電容式晶片34連接在第一導電接點351及第二導電接點352之間。

請參考圖1及圖3，該第一輻射段31的起始端係作為一饋入端，供一饋入元件40連接，該饋入元件40具有正端及負端，其中，饋入元件40的正端連接於第一輻射段31的饋入端，饋入元件40的負端連接於系統接地面20。本實施例中之饋入元件40係為一單饋入線，其它可供信號饋入功能的元件亦可適用於本發明。

上述第一輻射段31與第二輻射段32構成一L形的輻射平面段，作為本發明的第一共振模態組件，配合該電容式晶片34可提供低頻共振，電流訊號係由饋入端經由該第一輻射段31、第二輻射段32及電容式晶片34耦合至該系統接地面20，以四分之一波長的電流路徑達成共振機制。另一方面，第一輻射段31與L形的第三輻射段33構成一倒U形的輻射平面段，作為本發明的第二共振模態組件，電流訊號係由饋入端經由第一輻射段31及第三輻射段33，以單極式天線四分之一波長的電流路徑達成較高頻的共振機制。

當本發明使用不同電容值的電容式晶片34時，可調整低頻共振點的頻率(F1)與高頻共振點的頻率(F2)，並調整兩頻率(F1、F2)的頻率比。請參考下表所示，表格中提供電容值從0.75~0.3變化時，相對應的低頻、高頻共振頻率值。

另請參考圖4所示，若改變該第二淨空部22的長度L1，可調整本發明在低頻共振的頻率，當長度值L1逐漸降低時，頻率點係呈反比關係而逐漸升高。

再請參考圖5所示，若改變該第二淨空部22的寬度L2，同樣可調整本發明在低頻共振的頻率，當寬度值L2逐漸降低時，頻率點係呈反比關係而逐漸升高。

請參考圖6所示，若改變該第二槽孔24長度，可達成調整低頻共振頻率的目的，當第二槽孔24的長度漸減時，頻率將會逐漸提高。

如圖7所示，當本發明改變該第三輻射段33的垂直部長度時可增加天線的電感性，藉此調整本發明在高頻共振的頻率點，當垂直部的長度L3增加時，頻率係相對降低。

除此之外，請參考圖2所示，第三輻射段33之垂直部相距系統接地面20的邊緣維持有一水平間距L4。當調整該水平間距L4的大小時可控制天線的電容性，同樣可達到改變高頻共振頻率的效果，請參考圖8所示，當水平間距L4越小時，相對應的高頻共振頻率將會越高。

綜上所述，相較於以往電容耦合式天線只能單頻操作的缺陷，本發明多頻共振天線可提供多頻的操作頻率，滿足現代通訊產品的設計需求；無論是低頻共振頻率或高頻共振頻率皆可靈活調整，擁有較佳的電路設計彈性，例如選用不同的電容式晶片、調整輻射段的長度或輻射段與系 統接地面的相隔間距等作法，都可改變本發明的共振頻率；此外，本發明之天線本體僅佔用較小面積，有助於縮減通訊產品的體積，在一較佳實施例中，該淨空區只用10mmx6mm即可容納完整的天線本體，對通訊應用產品的開發可帶來明顯的功效提升。

10‧‧‧介質基板

20‧‧‧系統接地面

21‧‧‧第一淨空部

22‧‧‧第二淨空部

23‧‧‧第一槽孔

24‧‧‧第二槽孔

25‧‧‧短路導線

30‧‧‧天線本體

31‧‧‧第一輻射段

32‧‧‧第二輻射段

33‧‧‧第三輻射段

34‧‧‧電容式晶片

351‧‧‧第一導電接點

352‧‧‧第二導電接點

40‧‧‧饋入元件

圖1：本發明多頻共振天線平面圖。

圖2：本發明多頻共振天線局部放大平面圖。

圖3：本發明多頻共振天線未連接饋入線時之局部放大平面圖。

圖4：本發明改變第二淨空部寬度L1，藉此改變低頻共振點之波形圖。

圖5：本發明改變第二淨空部寬度L2，藉此改變低頻共振點之波形圖。

圖6：本發明改變第二槽孔長度，藉此改變低頻共振點之波形圖。

圖7：本發明改變第三輻射段長度，藉此改變高頻共振點之波形圖。

圖8：本發明改變第三輻射段與系統接地面之水平間距L4，藉此改變高頻共振點之波形圖。

20‧‧‧系統接地面

21‧‧‧第一淨空部

22‧‧‧第二淨空部

23‧‧‧第一槽孔

24‧‧‧第二槽孔

25‧‧‧短路導線

30‧‧‧天線本體

31‧‧‧第一輻射段

32‧‧‧第二輻射段

33‧‧‧第三輻射段

34‧‧‧電容式晶片

351‧‧‧第一導電接點

352‧‧‧第二導電接點

40‧‧‧饋入元件

Claims (9)

1. 一種多頻共振天線，包含有：一介質基板，係具有第一側邊及相對的第二側邊；一系統接地面，係形成於該介質基板的表面，該系統接地面其一邊緣的非角落處係設有一淨空區；一天線本體，係設於該介質基板上且位於該淨空區內，其中該天線本體包含有：一第一輻射段，具有位在該淨空區內的一起始端，該第一輻射段係從該起始端朝向該介質基板的該第一側邊延伸，該起始端作為一饋入端；一第二輻射段，從該第一輻射段相對於該起始端的另一端沿著該介質基板的該第一側邊延伸，並與該第一輻射段垂直連接；一第三輻射段，係為L形且包含有一水平部及一垂直部，該水平部係沿著該介質基板的該第一側邊以相反於該第二輻射段的方向延伸且連接該第一輻射段，該水平部與該第二輻射段呈直線相連，該垂直部從該水平部的末端垂直延伸且平行該第一輻射段；一電容式晶片，連接在該系統接地面及該第二輻射段之間；一饋入元件，係連接於該饋入端。
2. 如請求項1所述之多頻共振天線，其中：該淨空區內設有一第一導電接點及一第二導電接點，該電容式晶片係連接在該第一導電接點與第二導電接點之間，該第二導電接點係與系統接地點電氣連接； 該淨空區係以一短路導線劃分成為一第一淨空部及一第二淨空部；該短路導線的一段連接該第一導電接點，另一端連接系統接地面；該第一輻射段、第二輻射段及第三輻射段係位於該第一淨空部，該第二輻射段的末段係連接該第一導電接點。
3. 如請求項2所述之多頻共振天線，其中：該短路導線形成有數個平行的狹縫而成為一彎曲的導線，該狹縫分別作為一第一槽孔、一第二槽孔；該第一淨空部的一側邊連接該第一槽孔，該第一槽孔係由第一淨空部朝著第二淨空部的方向延伸；該第二淨空部的一側邊連接該第二槽孔，該第二槽孔係由第二淨空部朝著第一淨空部的方向延伸。
4. 如請求項1、2或3所述之多頻共振天線，該饋入元件具有正端及負端，其中，饋入元件的正端連接於第一輻射段的饋入端，饋入元件的負端連接於系統接地面。
5. 如請求項4所述之多頻共振天線，該第一輻射段及第二輻射段係形成一L形的輻射平面段而作為一第一共振模態組件，以提供一第一共振頻率；該第一輻射段及第三輻射段係形成一倒U形的輻射平面段而作為一第二共振模態組件，以提供一第二共振頻率；其中，該第二共振頻率高於第一共振頻率。
6. 如請求項5所述之多頻共振天線，該第一共振頻率可依據該第二淨空部的長度、第二淨空部的寬度或第二槽孔的長度的至少其中之一而調整； 該第二共振頻率可依據該第三輻射段之垂直部長度，或該垂直部相距系統接地面之間的間隔距離而調整。
7. 如請求項5所述之多頻共振天線，該第一共振頻率與該第二共振頻率的比值可藉由改變該電容式晶片之容值而調整。
8. 如請求項6所述之多頻共振天線，該第一共振頻率與該第二共振頻率的比值可藉由改變該電容式晶片之容值而調整。
9. 如請求項4所述之多頻共振天線，該饋入元件為一單饋入線。