TWI536665B - 調頻天線 - Google Patents

Description

調頻天線

本案是關於一種調頻天線。

近年來隨著通訊技術日新月異，能接收/傳送多頻帶無線電訊號已成為無線通訊裝置必備之功能。然而世界各地無線通訊標準與使用的通訊頻帶皆不相同，所以目前無線通訊裝置多以設計寬頻帶天線或多支不同頻帶的天線來接收/傳送不同頻帶的無線電訊號，但是這兩種方法都會面臨到一些困難與挑戰。隨著無線通訊裝置越來越薄，內部天線配置的空間有限，設計寬頻帶天線在研發上具有一定的難度。

本案提供一種調頻天線包含接地面、第一輻射單元與第二輻射單元。第一輻射單元包含饋入部與耦合部，饋入部電氣連接訊號源。第二輻射單元圍繞部份耦合部，並包含短路端與切換單元。短路端電氣連接接地面。切換單元選擇性地電氣連接短路端與接地面。

如此一來，在不改變短路點之位置的情況下，透過切換元件調整第二輻射單元連接至接地面之電氣連接面積，以切換調頻天線的共振頻帶，達到在有限配置空間的情況下，完成一多頻帶的天線。

102‧‧‧第一耦合間距

104‧‧‧第二耦合間距

106‧‧‧第三耦合間距

110‧‧‧第一輻射單元

112‧‧‧饋入部

114‧‧‧耦合部

118‧‧‧凹槽

120‧‧‧第二輻射單元

122‧‧‧短路端

124‧‧‧短路點

126、126a、126b‧‧‧切換單元

128‧‧‧耦合元件

150‧‧‧第三輻射單元

160‧‧‧匹配網路

162‧‧‧第一匹配電路

164‧‧‧第二匹配電路

166‧‧‧第一切換元件

168‧‧‧第二切換元件

170‧‧‧第四輻射單元

180‧‧‧第五輻射單元

200‧‧‧訊號源

第1圖為本案第一實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第2A圖為當第1圖之調頻天線之切換單元斷路時的等效示意圖。

第2B圖為當第1圖之調頻天線之切換單元處於通路狀態時的等效示意圖。

第3圖為第1圖之調頻天線的返回損失圖。

第4圖為本案第二實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第5圖為本案第三實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第6圖為本案第四實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第7圖為本案第五實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第8圖為本案第六實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第9圖為本案第七實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

第10圖為本案第八實施方式之調頻天線與訊號源的示意圖。

以下將以圖式揭露本案的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，實務上的細節不應用以限制本案。也就是說，在本案部分實施方式中，實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖為本案第一實施方式之調頻天線與訊號源200的示意圖。如圖所示，調頻天線包含接地面、第一輻射單元110與第二輻射單元120。第一輻射單元110包含饋入部112與耦合部114，饋入部112電氣連接一訊號源200。第二輻射單元120包含短路端122與切換單元126，其中第二輻射單元120圍繞第一輻射單元110之部份耦合部114。短路端122電氣連接接地面，例如在第1圖中，短路端122可藉由一短路點124電氣連接至接地面。切換單元126選擇性電氣連接短路端122，以調整第二輻射單元120與接地面的電氣連接面積，且調頻天線之共振頻率亦可藉此被調整。

因此，訊號源200的訊號可自第一輻射單元110之 饋入部112輸入，以在第一輻射單元110產生共振模態。再者，第二輻射單元120可藉由與第一輻射單元110電磁耦合而產生其他的共振模態。另一方面，藉由控制切換單元126可改變第二輻射單元120連接至接地面之電氣連接面積，故可改變第二輻射單元120的共振模態。如此一來，即可達到調整調頻天線之共振頻帶的目的。

詳細而言，請一併參照第2A圖與第3圖，其中第2A圖為當第1圖之調頻天線之切換單元126斷路時的等效示意圖，第3圖為第1圖之調頻天線的返回損失圖。當切換單元126(如第1圖所繪示)處於斷路狀態(於第3圖中以「狀態1」表示)時，第二輻射單元120之共振頻帶為約704~787MHz之間。

另一方面，請一併參照第2B圖與第3圖，其中第2B圖為當第1圖之調頻天線之切換單元126處於通路狀態時的等效示意圖。當切換單元126處於通路狀態(於第3圖中以「狀態2」表示)時，第二輻射單元120與接地面之間更藉由切換單元126導通。在第2B圖中，第二輻射單元120的輻射路徑較在第2A圖中短，因此第二輻射單元120之共振頻帶可提升至791~960MHz。另一方面，狀態2的另一共振頻帶為約1710~2170MHz之間，其為第二輻射單元120之倍頻共振頻帶與第一輻射單元110之共振頻帶所組合而成。

如此一來，在不改變短路點124之位置的情況下，透過切換元件126調整第二輻射單元120連接至接地面之 電氣連接面積，以切換調頻天線的共振頻帶，可在有限配置空間的情況下完成一寬頻帶的天線。

請回到第1圖。在本實施方式中，第二輻射單元120與第一輻射單元110之耦合部114之間共同定義第一耦合間距102與第二耦合間距104。第一耦合間距102與第二耦合間距104分別位於耦合部114的相對二側。藉由第一耦合間距102與第二耦合間距104，第一輻射單元110之能量能夠耦合至第二輻射單元120，使第二輻射單元120產生共振模態。應注意的是，第二輻射單元120產生之共振模態的頻率範圍可由第一耦合間距102與第二耦合間距104的大小所決定。以第二耦合間距104為例，當第二耦合間距104的值較小時，亦即第二輻射單元120之短路端122較靠近第一輻射單元110之耦合部114時，短路端122與耦合部114之間具有較大的耦合電容，因此第二輻射單元120的共振模態可被改變。相似地，第一耦合間距102的大小亦能夠影響第二輻射單元120的共振模態。如此一來，只要設計第一耦合間距102與第二耦合間距104，即可調整第二輻射單元120的共振模態。

請參照第4圖，其為本案第二實施方式之調頻天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第一實施方式的不同處在於調頻天線更包括第三輻射單元150。本實施方式中，第三輻射單元150與第一輻射單元110電氣連接。第三輻射單元150具有轉折部(meander portion)，用以增加調頻天線之電流路徑。具體而言，第三輻射單元150與第一 輻射單元110整體可形成一T形。

在本實施方式中，第三輻射單元150具有一轉折部，因此第三輻射單元150之輻射路徑可被延伸，以形成較低頻之共振頻率。以第4圖為例，第一輻射單元110之輻射路徑較第三輻射單元150短，因此第一輻射單元110所產生之共振頻率高於第三輻射單元150所產生之共振頻率。另一方面，因第二輻射單元120與接地面形成短路，因此第二輻射單元120之輻射路徑實質約為共振頻率之1/4波長。至於本實施方式的其他細節與第一實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第5圖，其為本案第三實施方式之調頻天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第二實施方式的不同處在於第三輻射單元150的結構。在本實施方式中，第三輻射單元150之轉折部以螺旋方式向其內部彎折。因此藉由彎折第三輻射單元150，在相同的配置面積下，第三輻射單元150可具有較長的輻射路徑，以產生更低頻的共振頻率。至於本實施方式的其他細節與第二實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第6圖，其為本案第四實施方式之調頻天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第一實施方式的不同處在於短路端122的結構。在本實施方式中，短路端122包含耦合元件128。耦合元件128置於短路點124與切換單元126之間。簡言之，藉由耦合元件128，第二輻射單元120可改變其短路特性。舉例而言，耦合元件128 可為電感，電感具有增加第二輻射單元120之輻射路徑的效果。也就是說，當切換單元126處於導通狀態時，調頻天線的共振頻帶與第2B圖相同。然而若切換單元126處於斷路狀態時，第二輻射單元120之共振頻帶會較第2A圖狀態1略往低頻偏移。然而耦合元件128並不以電感為限。 至於本實施方式的其他細節與第一實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第7圖，其為本案第五實施方式之調頻 天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第一實施方式的不同處在於匹配網路(matching network)160的存在。在本實施方式中，調頻天線可更包含匹配網路160，電氣連接第一輻射單元110與訊號源200。具體而言，訊號源200與調頻天線之間可能會存在阻抗不匹配的問題，導致自訊號源200傳入饋入部112的訊號產生訊號反射，造成能量損耗。因此匹配網路160可設置於訊號源200與饋入部112之間，以降低訊號源200與調頻天線之間的阻抗不匹配的情形發生。

在其他實施方式中，匹配網路160可包含第一匹配 電路(matching circuit)162、第二匹配電路164、第一切換元件166與第二切換元件168。第一切換元件166電氣連接訊號源200，且可選擇地電氣連接第一匹配元件電路162或第二匹配電路元件164。第二切換元件168電氣連接第一輻射單元110，且可選擇地電氣連接第一匹配電路元件162或第二匹配電路元件164。詳細而言，第一匹配電路162與第二 匹配電路164可皆為電容或/與電感之組合，且第一匹配電路162與第二匹配電路164可具有不同的匹配阻抗，因此不同的訊號可選擇通過不同的匹配元件。舉例而言，當訊號源200之訊號與第一匹配電路162之間具有較佳的阻抗匹配時，第一切換元件166與第二切換元件168可共同電氣連接至第一匹配電路162，以讓訊號源200之訊號依序通過第一切換元件166、第一匹配電路162與第二切換元件168而到達饋入部112。反之，若訊號源200之訊號與第二匹配元件164之間具有較佳的阻抗匹配時，第一切換元件166與第二切換元件168亦可共同電氣連接至第二匹配電路164。應注意的是，雖然在本實施方式中，匹配網路160包含二匹配電路，然而本案不以此為限。本案所屬領域具通常知識者，可視實際情況，彈性選擇匹配網路160之匹配電路的數量。至於本實施方式的其他細節與第一實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第8圖，其為本案第六實施方式之調頻 天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第一實施方式的不同處在於切換單元的數量。在本實施方式中，切換單元的數量為多數個，以第8圖為例，調頻天線包含二切換單元126a與126b。因此當切換單元126a與126b皆處於斷路狀態時，第二輻射單元120能產生較低之共振頻帶；當切換單元126a處於通路狀態，且切換單元126b處於斷路狀態時，第二輻射單元120之共振頻帶可被提高；而當切換單元126a與126b皆處於導通狀態時，第二輻射單元120 之共振頻率可進一步被提高。因此藉由控制切換單元126a與126b的開關，可調整第二輻射單元120的共振頻帶。應注意的是，雖然在本實施方式中，調頻天線包含二切換單元126a與126b，然而本案不以此為限。本案所屬領域具通常知識者，可視實際情況，彈性選擇調頻天線之切換單元的數量。至於本實施方式的其他細節與第一實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第9圖，其為本案第七實施方式之調頻 天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第一實施方式的不同處在於第四輻射單元170的存在。在本實施方式中，調頻天線可更包含第四輻射單元170，電氣連接第二輻射單元120。例如在第9圖中，部份之第二輻射單元120可置於第四輻射單元170與第一輻射單元110之間，換句話說，第四輻射單元170相對第一輻射單元110設置。當第二輻射單元120與第一輻射單元110產生電磁耦合時，與第二輻射單元120電氣連接之第四輻射單元170亦可產生共振模態。藉由設計第四輻射單元170的形狀與長度，可改變第四輻射單元170的共振頻帶，其中第四輻射單元170之輻射路徑實質約為共振頻率之1/4波長。其中第四輻射單元170可增加一共振頻帶為約2500~2690MHz。也就是說，第四輻射單元170能夠增加調頻天線的整體頻寬。至於本實施方式的其他細節與第一實施方式相同，因此不再贅述。

接著請參照第10圖，其為本案第八實施方式之調 頻天線與訊號源200的示意圖。本實施方式與第七實施方式的不同處在於第五輻射單元180的存在。在本實施方式中，調頻天線可更包含第五輻射單元180，電氣連接第二輻射單元120。當第二輻射單元120與第一輻射單元110產生電磁耦合時，第五輻射單元180亦可產生另一共振模態。 藉由設計第四輻射單元180的形狀與長度，可改變第四輻射單元180的共振頻帶，其中第五輻射單元180之輻射路徑實質約為共振頻率之1/4波長。第五輻射單元180可用以調整調頻天線的阻抗匹配。

具體而言，第一輻射單元110之耦合部114具有凹 槽118，部份之第五輻射單元180位於凹槽118，以與耦合部114之間形成第三耦合間距106。換句話說，凹槽118由耦合部114的不同之寬度變化而形成。在第五輻射單元180與靠近短路端122之部份第二輻射單元120之間的部份耦合部114具有較小之寬度，而遠離第五輻射單元180之部份耦合部114則具有較大之寬度。第三耦合間距106的值可小於第一耦合間距102，因此第一輻射單元110的能量能夠更有效率地藉由第五輻射單元180傳遞至第二輻射單元120。至於本實施方式的其他細節與第七實施方式相同，因此不再贅述。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102‧‧‧第一耦合間距

104‧‧‧第二耦合間距

110‧‧‧第一輻射單元

112‧‧‧饋入部

114‧‧‧耦合部

120‧‧‧第二輻射單元

122‧‧‧短路端

124‧‧‧短路點

126‧‧‧切換單元

200‧‧‧訊號源

Claims (8)

1. 一種調頻天線，包含：一接地面；一第一輻射單元，包含一饋入部與一耦合部，該饋入部電氣連接一訊號源；一第二輻射單元，該第二輻射單元圍繞部份該耦合部，該第二輻射單元包含；一短路端，電氣連接該接地面；以及一切換單元，選擇性地電氣連接該短路端與該接地面；以及一第五輻射單元，電氣連接該第二輻射單元，其中該第二輻射單元與該耦合部共同定義一第一耦合間距，且該第一輻射單元之該耦合部具有一凹槽，部份之該第五輻射單元位於該凹槽，以與該耦合部共同定義一第三耦合間距，該第三耦合間距小於該第一耦合間距。
2. 如請求項1所述之調頻天線，更包含：一第三輻射單元，具有一轉折部(meander portion)，且該第三輻射單元與該第一輻射單元電氣連接。
3. 如請求項1所述之調頻天線，其中該第二輻射單元與該耦合部共同定義一第一耦合間距與一第二耦合間距。
4. 如請求項1所述之調頻天線，其中該短路端藉由一 短路點電性連接該接地面，且該短路端包含一耦合元件，該耦合元件置於該短路點與該切換單元之間。
5. 如請求項1所述之調頻天線，更包含：一匹配網路，電氣連接該第一輻射單元與該訊號源。
6. 如請求項5所述之調頻天線，其中該匹配網路(matching network)包含：一第一匹配電路(matching circuit)；一第二匹配電路；一第一切換元件，電氣連接該訊號源，且選擇地電氣連接該第一匹配電路或該第二匹配電路；以及一第二切換元件，電氣連接該第一輻射單元，且選擇地電氣連接該第一匹配電路或該第二匹配電路。
7. 如請求項1所述之調頻天線，更包含：一第四輻射單元，電氣連接該第二輻射單元。
8. 如請求項7所述之調頻天線，其中部份之該第二輻射單元置於該第四輻射單元與該第一輻射單元之間。