TWI538306B - 天線及調整該天線之操作頻寬之方法 - Google Patents

Description

天線及調整該天線之操作頻寬之方法

本發明是有關於一種天線及調整該天線之操作頻寬之方法，特別是指一種用以加寬該天線之頻寬的天線設計。

在科技發展日新月異的現今時代中，多種尺寸輕巧之天線被開發出來，以應用在各種尺寸日益輕巧的手持式電子裝置(例如行動電話或是筆記型電腦)中或無線傳輸裝置(例如AP)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)係已存在，並被廣泛地應用在多種手持式電子裝置的無線傳輸或或筆記型電腦或無線通訊裝置中。

過去的平面倒F形天線(Planar Inverse-F Antenna，PIFA)頻寬較窄，因為在不同的環境中會造成頻率漂移，以致於處於不同環境時就需要做頻段微調，使得在製造上影響甚大，尤其以模具成本支出耗費極大。

針對上述天線之缺失，本發明之目的是提出一種天線及調整該天線之操作頻寬之方法，可輕易的調整該天線以達到適合的一操作頻率，並且調整該天線之一操作頻寬。本發明之該天線連接於一電子裝置之一介面連接埠上，該天線包含一輻射元件和一接地元件，其中該輻射元件包括一第一調整部、一第二調整部及一饋入訊號端，且該接地元件包含一接地部和一第三調整部。該接地元件係延伸自該輻射元件，且該第一調整部與第二調整部具有一第一轉角，且該第二調整部延伸自該第一調整部，而該第二調整部與該第三調整部具有一第二轉角，且該第三調整部之一第一端延伸自該第二調整部，而該第三調整部與該接地部具有一第三轉角，且該接地部延伸自該第三調整部之一第二端，且該第一調整部位於該第二調整部和該接地部之間。

該天線之製作過程中，該天線通常會根據該電子裝置之用途需求而具有一預設尺寸，再根據該預設尺寸利用電腦模擬以獲得一模具尺寸及其中寬度比例，同時也設定好複數天線參數，其中該複數天線參數包含一操作頻率、一操作頻寬和一阻抗匹配，透過該模具尺寸及其中寬度比例以獲得所欲之天線。該天線之該輻射元件具有一總寬度，而該總寬度包含一第一寬度和一第二寬度，而該第一調整部具有可調的該第一寬度、該第二調整部具有可調的該第二寬度及該第三調整部具有可調的一第三寬度，其中該第一寬度係朝遠離或接近該接地部之方向進行調整，而該第二寬度係朝遠離或接近該第一調整部方向進行調整，且該第三寬度係朝遠離或接近該第二調整部之方向進行調整。

在建立模具之前會利用電腦模擬方式調整天線參數，我們根據該輻射元件之一側邊長度為共振波長之四分之一的關係以設定該天線之該操作頻率。該側邊長度包括該饋入訊號端至該第一調整區之邊緣的一第一長度及該總寬度。為了符合該電子裝置的尺寸，該第一長度通常為固定，因此僅調整該第一寬度以設定該總寬度來獲得該天線之一操作頻率，例如該操作頻率為2.45GHz；而後根據該操作頻率以調整該第三寬度至適合的寬度以獲得該天線與該電子裝置之一阻抗匹配，再根據所選擇的該操作頻率及良好的該阻抗匹配，固定該總寬度並調整該第二寬度以加寬該天線之該操作頻寬，例如一操作頻帶坐落於2.245GHz~2.885GHz，而該天線之該操作頻寬達640MHz。因此，我們在製作該天線之模具過程中僅透過微調上述之三個調整部之寬度，即可輕易釣獲得所需的該操作頻率、良好的該阻抗匹配和寬廣的該操作頻寬。

本發明提出一種天線及調整該天線之操作頻寬之方法。該天線適用於各種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頻帶應用。因為本發明之天線的頻寬較其他平面倒F型天線來的寬，故即使在不同的環境下，本發明之天線頻帶皆有效的落在操作頻帶，而可有效節省開多套模具之成本支出，十分符合現今電子產業低毛利之成本節省並可應用在各種環境之無線網路裝置中，例如筆記型電腦、行動電話等。

本發明之第一構想是提出一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線連接於一電子裝置並包含一輻射元件和一接地元件，該輻射元件包括一第一調整部和一第二調整部，該接地元件包含一接地部和一第三調整部，該第一調整部與該第二調整部具有一第一轉角並延伸自該第二調整部，該第二調整部與該第三調整區具有一第二轉角並延伸自該第三調整部之一第一端，該第三調整部與該接地部具有一第三轉角且該第三調整部之一第二端延伸自該接地部，而該第一調整部位於該接地部與該第二調整部間，該方法包含下列步驟：根據該天線之共振波長與該輻射元件之長度的關係，藉由設定該第一調整部之一第一寬度加上該第二調整部之一第二寬度的一總寬度來獲得該天線之一操作頻率；而後根據該操作頻率，藉由微調該第三調整部之一第三寬度來調整該天線與該電子裝置間的一阻抗匹配；及最後根據該操作頻率及該阻抗匹配，固定該總寬度以微調該第二寬度來調整該天線之一操作頻寬。

本發明之第二構想是提出一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線包含一輻射元件，該輻射元件包括分別具一第一寬度與一第二寬度之一第一調整部和一第二調整部，該方法包含下列步驟：尋找該天線之一操作頻率；及根據該操作頻率來調整該第二寬度以調整該天線之一操作頻寬。

本發明之第三構想是提出一種天線，包含一輻射元件，其中該輻射元件包括一第一調整部以及一第二調整部，該第一調整部及該第二調整部分別具一第一寬度一第二寬度，其中該天線具一操作頻率及一調整之操作頻寬，其中該操作頻率係由該第一寬度及該第二寬度之和所決定，而該調整之操作頻寬係藉由特定該第二寬度而獲得。

本發明之第四構想是提出一種天線，包含一輻射元件，其中該輻射元件包括一第一調整部以及一第二調整部，該第一調整部及該第二調整部分別具一第一寬度及具一第二寬度。一操作頻率，係由該第一寬度及該第二寬度之一總和所決定，以及一調整之操作頻寬，係藉由特定該第二寬度而獲得。

請參閱第一圖(a)至第一圖(c)，其為本發明一實施例所提一天線10的各個視景示意圖。第一圖(a)和第一圖(b)分別顯示該天線10的前視示意圖和立體示意圖，而第一圖(c)為該天線10連接於筆記型電腦或行動電話等類型之一電子裝置之一介面連接埠20之立體示意圖。在第一圖(a)中，該天線10包括一輻射元件11、一接地元件12、第一轉角131、第二轉角132、第三轉角133、第四轉角134與第五轉角135，例如，該天線10是一板金件。該接地元件12係延伸自該輻射元件11。該輻射元件11包含一第一調整部111、一第二調整部112和一饋入訊號端113，而該接地元件12包含一第三調整部121和一接地部122，其中該接地元件12更包含二個接地端122R和122L。

該第一調整部111與第二調整部112之間具有該第一轉角131，且該第二調整部112延伸自該第一調整部111，而該第二調整部112與該第三調整部121之間具有該第二轉角132，且該第三調整部121之一第一端121A延伸自該第二調整部112，而該第三調整部121與該接地部122之間具有該第三轉角133，且該接地部122延伸自該第三調整部121之一第二端121B，而該第三調整部121位於該接地部122與該第二調整部112之間。例如，在一最佳實施例中，該第一轉角131、該第二轉角132和該第三轉角133之角度均為90度。

該饋入訊號端113延伸自該第二調整部112之下緣且位在該第一調整部111和該接地部122之間。該接地端122R及122L分別和該第三調整部121及該接地部122之間具有該第四轉角134和該第五轉角135，且該接地端122R和122L分別延伸自該第三調整部121的第二端121B和該接地部122，例如，在一最佳實施例中之該第四轉角134和該第五轉角135之角度為90度。

在第一圖(c)中，利用該天線10之二個該接地端122R和122L鑲嵌於該介面連接埠20上以固定於該電子裝置上。

請參閱第二圖(a)和第二圖(b)，第二圖(a)和第二圖(b)分別顯示該天線40的前視示意圖和該天線40之調整天線參數之方法。本發明之該天線40用以連接於一電子裝置，在第二圖(a)中，該天線40包括一輻射元件41、一接地元件42、第一轉角431、第二轉角432、第三轉角433、第四轉角434與第五轉角435，例如，該天線40是一板金件。該接地元件42係延伸自該輻射元件41。該輻射元件41包含一第一調整部411、一第二調整部412和一饋入訊號端413，而該接地元件42包含一第三調整部421和一接地部422，其中該接地元件42更包含二個接地端422R和422L。

該第一調整部411與第二調整部412之間具有該第一轉角431，且該第二調整部412延伸自該第一調整部411，而該第二調整部412與該第三調整部421之間具有該第二轉角432，且該第三調整部421之一第一端421A延伸自該第二調整部412，而該第三調整部421與該接地部422之間具有該第三轉角433，且該接地部422延伸自該第三調整部421之一第二端421B，而該第三調整部421位於該接地部422與該第二調整部412之間。例如，在一最佳實施例中，該第一轉角431、該第二轉角432和該第三轉角433之角度均為90度。

該饋入訊號端413延伸自該第二調整部412之下緣且位在該第一調整部411和該接地部422之間。該接地端422R及422L分別和該第三調整部421及該接地部422之間具有該第四轉角434和該第五轉角435，且該接地端422R和422L分別延伸自該第三調整部421的第二端421B和該接地部422，例如，在一最佳實施例中之該第四轉角434、該第五轉角435之角度為90度。

在第二圖(b)中，於該天線之製作過程中，該天線通常會根據該電子裝置之用途需求而具有一預設尺寸，再根據該預設尺寸利用電腦模擬以獲得一模具尺寸及其中寬度比例，同時也設定好複數天線參數，其中該複數天線參數包含一操作頻率、一操作頻寬和一阻抗匹配，透過該模具尺寸及其中寬度比例以獲得所欲之天線。該輻射元件41具有一總寬度41W，而該總寬度41W包含一第一寬度411W和一第二寬度412W，而該第一調整部411具有可調的該第一寬度411W、該第二調整部412具有可調的該第二寬度412W及該第三調整部421具有可調的一第三寬度421W，其中該第一寬度411W可朝遠離或接近該接地部422之方向進行調整，例如本實施例中之一第一方向411D；而該第二寬度412W可朝遠離或接近該第一調整部411之方向進行調整，例如本實施例之一第二方向412D；且該第三寬度421W可朝遠離或接近該第二調整部412之方向進行調整，例如本實施例之一第三方向421D。

在建立模具之前會利用電腦模擬方式調整天線參數，我們根據該輻射元件41之一側邊長度為共振波長之四分之一的關係以設定該天線之該操作頻率。該側邊長度是該饋入訊號端413至該第一調整部411之邊緣的一第一長度41L及該總寬度41W之和。為了符合該電子裝置的尺寸，該輻射元件41之該第一長度41L通常為固定，因此僅調整該第一寬度411W以設定該總寬度41W來獲得該天線之該操作頻率；而後根據該操作頻率以調整該第三寬度421W至適合的寬度以獲得該天線40與該電子裝置之該阻抗匹配；再根據所選擇的該操作頻率及良好的該阻抗匹配，並固定該總寬度41W且調整該第二寬度412W以調整該天線40之該操作頻寬，例如設定該總寬度41W以獲得2.45GHz之該操作頻率，並利用該第二寬度412W和該總寬度41W之一第一比值為0.5~1，其中最佳實施例為該第一比值為0.972且該第二寬度412W和該第一寬度411W之一第二比值為35時，該天線40之一操作頻帶坐落於2.245GHz~2.885GHz，而可加寬該操作頻寬達640MHz。由於一旦確定該中心操作頻率則該總寬度41W為固定，因此該第一寬度411W之調整通常與該第二寬度412W之調整會彼此呈反向，例如調整該天線40之該操作頻寬時，若增加該第二寬度412W，則該第一寬度411W需要減少以避免該天線40的該中心操作頻率降低。

另外，例如該天線40之模具完成後，若有必要，也可透過該第二寬度412W和該總寬度41W之該第一比值以增加或減少該操作頻寬。

例如，請參閱第三圖，其為該天線40之調整該第一寬度411W的返回損失-頻率之座標圖。該座標圖上包含複數響應曲線L41、L42、L43和L44，我們固定該第二寬度412W和該第三寬度421W並朝遠離該接地部422之該第一方向411D微調而產生不同的該第一寬度411W，以形成不同的響應曲線L41、L42、L43和L44。我們取得接近一中心操作頻率之該總寬度41W為D1，其中該總寬度41W包括該第一寬度411W和該第二寬度412W。該響應曲線L41、L42、L43和L44分別相對應於該總寬度41W為D1-0.1、D1-0.5、D1-0.9和D1-1.1(mm)，由第三圖可知，當該總寬度41W為D1-0.1時，該響應曲線L41之波頂所對應的一頻率為2.45GHz，該頻率即為我們所選擇的該操作頻率。

請參閱第四圖，其為本發明之一實施例中該天線40之調整該第三寬度421W的返回損失-頻率之座標圖。該座標圖上包含複數響應曲線L51、L52、L53和L54，我們依據上述方法設定該總寬度41W而使該操作頻率設定於2.45GHz，且朝遠離該第二調整部412之該第三方向421D調整以產生不同的該第三寬度421W，以形成不同的響應曲線L51、L52、L53和L54。我們取得接近最佳的一阻抗匹配之該第三寬度421為D2，該響應曲線L51、L52、L53和L54分別相對應於調整後之該第三寬度421W為D2+0.1、D2+1.1、D2+2.1和D2+3.1(mm)，由第四圖可知，當該第三寬度411W為D2+0.1時，該響應曲線L51比起其他響應曲線L52、L53和L54所產生的返回損失皆來的低，表示該天線和該電子裝置之阻抗匹配為最佳。

請參閱第五圖，其為本發明之一實施例中該天線40之調整該第二寬度412W的返回損失-頻率之座標圖。該座標圖上包含複數響應曲線L61、L62、L63和L64，我們依據上述方法設定該總寬度41W及該第三寬度421W，而使該中心操作頻率設定於2.45GHz且取得較佳的該阻抗匹配。基於上述之情況下朝遠離該第一調整部411之該第二方向412D調整以產生不同的該第二寬度412W，以形成不同的該響應曲線L61、L62、L63和L64。該響應曲線L61、L62、L63和L64分別相對應於該第二寬度412W為1.1、2.1、3.1和4.1(mm)，由第五圖可知，當該第二寬度412W為4.1(mm)時，該響應曲線L64在相同返回損失下所形成的該操作頻寬比起其他響應曲線L61、L62和L63來的大，例如該天線之操作頻帶落在為2.06GHz~2.70GHz，而該操作頻寬達640MHz，可知具有極大的該操作頻寬。

請參閱第六圖，其為本發明之一實施例中該天線40的電壓駐波比-頻帶之座標圖。該座標圖上包含複數響應曲線L71、L72和L73，該響應曲線L71、L72和L73分別相對應於該天線40、樣本天線50(申請號：98139644)和樣本天線60(申請號：99101954)，由第六圖可知，在電壓駐波比下降至一期望最大值2的情況下，該響應曲線L71比起該響應曲線L72和L73具有較寬廣的該操作頻寬，該天線40之頻帶位於2.245GHz~2.885GH，而該操作頻寬達640MHz。

請參閱第七圖(a)至第七圖(c)，其為本發明之一實施例中該天線40的輻射場形圖。第七圖(a)至第七圖(c)係該中心操作頻率為2.45GHz的該天線40分別根據X-Y平面、Y-Z平面和X-Z平面的輻射場形圖。該天線40分別在X-Y平面、Y-Z平面和X-Z平面上以環繞360度方式去測量該天線40的輻射增益，由第七圖(a)至第七圖(c)可看出，該天線40在各平面及各方位中的輻射增益相當大且分佈相當平均。

以下是本發明之該天線40、一樣本天線50(申請號：98139644)和一樣本天線60(申請號：99101954)在最大增益(peak gain)和平均增益(average gain)上的比較表格，由表格可看出本發明之該天線40之輻射增益較其他天線來的大。

由上述表格可知，本發明之天線不僅相較於其他的PIFA具有較大的操作頻寬，而且其輻射增益也相較於其他的PIFA來的大。製作該天線之過程中，透過簡易的調整該天線之各個調整部之寬度以獲得所需的天線參數，更特別的是，本發明之天線具有寬廣的操作頻寬，可減少天線在不同環境下所造成的頻率漂移，因此可置於各種不同的裝置環境上而不需要進一步做頻段微調。即使在不同的裝置環境下，天線之操作頻帶皆有效的落在操作頻率上，可以不用調整頻率而達到多系統共用，因此可有效節省模具成本支出。因此本發明符合現今電子產業低毛利之成本節省並且可應用在各種環境之無線網路裝置中。

實施例：

1.　一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線連接於一電子裝置並包含一輻射元件和一接地元件，該輻射元件包括一第一調整部和一第二調整部，該接地元件包含一接地部和一第三調整部，該第一調整部與該第二調整部具有一第一轉角並延伸自該第二調整部，該第二調整部與該第三調整區具有一第二轉角並延伸自該第三調整部之一第一端，該第三調整部與該接地部具有一第三轉角且該第三調整部之一第二端延伸自該接地部，而該第一調整部位於該接地部與該第二調整部間，該方法包含下列步驟：根據該天線之共振波長與該輻射元件之長度的關係，藉由設定該第一調整部之一第一寬度加上該第二調整部之一第二寬度的一總寬度來獲得該天線之一操作頻率；根據該操作頻率，藉由微調該第三調整部之一第三寬度來調整該天線與該電子裝置間的一阻抗匹配；及根據該操作頻率及該阻抗匹配，固定該總寬度以微調該第二寬度來調整該天線之一操作頻寬。

2.根據上述實施例中任意一個實施例所述之方法，其中該輻射元件更包括一饋入訊號端，而該輻射元件之長度包括該饋入訊號端至該第一調整區之邊緣的一第一長度及該總寬度。

3.根據上述實施例中任意一個實施例所述之方法，其中該天線所接收或發送之無線訊號的該操作頻率為2.45GHz。

4.根據上述實施例中任意一個實施例所述之方法，更包含設定該天線之該第二寬度與該第一寬度之比值為35以使所加寬之該操作頻寬為640MHz。

5.一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線包含一輻射元件，該輻射元件包括分別具一第一寬度與一第二寬度之一第一調整部和一第二調整部，該方法包含下列步驟：尋找該天線之一操作頻率；及根據該操作頻率來調整該第二寬度以調整該天線之一操作頻寬。

6.一種天線，包含一輻射元件，其中該輻射元件包括：一第一調整部，具一第一寬度；以及一第二調整部，具一第二寬度，其中該天線具一操作頻率及一調整之操作頻寬，其中該操作頻率係由該第一寬度及該第二寬度之和所決定，而該調整之操作頻寬係藉由特定該第二寬度而獲得。

7.根據上述實施例中任意一個實施例所述之天線，該第二寬度與第一寬度之比值為35。

8.一種天線，包含：一輻射元件，其中該輻射元件包括：一第一調整部，具一第一寬度；以及一第二調整部，具一第二寬度；一操作頻率，係由該第一寬度及該第二寬度之一總和所決定；以及一調整之操作頻寬，係藉由特定該第二寬度而獲得。

9.根據上述實施例中任意一個實施例所述之天線，該第二寬度和該總和之一比值為大於0.5且小於1。

10.根據上述實施例中任意一個實施例所述之天線，該比值為0.972。

10、40‧‧‧天線

20‧‧‧介面連接埠

11、41‧‧‧輻射元件

12、42‧‧‧接地元件

111、411‧‧‧第一調整部

112、412‧‧‧第二調整部

121、421‧‧‧第三調整部

421A‧‧‧第一端

421B‧‧‧第二端

122、422‧‧‧接地部

113、413‧‧‧饋入訊號端

122R、122L、422R、422L‧‧‧接地端

131、431‧‧‧第一轉角

132、432‧‧‧第二轉角

133、433‧‧‧第三轉角

134、434‧‧‧第四轉角

135、435‧‧‧第五轉角

41W‧‧‧總寬度

41L．．．長度

411W．．．第一寬度

411D．．．第一方向

412W．．．第二寬度

412D．．．第二方向

421W．．．第三寬度

421D．．．第三方向

L41、L42、L43、L44、L51、L52、L53、L54、L61、L62、L63、L64、L71、L72、L73．．．響應曲線

50、60．．．樣本天線

第一圖(a)至第一圖(c)為本發明一實施例所提一天線的各個視景示意圖；

第二圖(a)和第二圖(b)為本發明之該天線的前視示意圖和該天線40之調整天線參數之方法；第三圖為本發明之一實施例中該天線之調整該第一寬度的回收損失-頻率之座標圖；第四圖為本發明之一實施例中該天線之調整該第三寬度的回收損失-頻率之座標圖；第五圖為本發明之一實施例中該天線之調整該第二寬度的回收損失-頻率之座標圖；第六圖為本發明之一實施例中該天線的電壓駐波比-頻帶之座標圖；及第七圖(a)至第七圖(c)為本發明之一實施例中該天線的輻射場形圖。

40．．．天線

41．．．輻射元件

42．．．接地元件

411．．．第一調整部

412．．．第二調整部

421．．．第三調整部

422．．．接地部

413．．．饋入訊號端

422R、422L．．．接地端

421A．．．第一端

421B．．．第二端

431．．．第一轉角

432．．．第二轉角

433．．．第三轉角

434．．．第四轉角

435．．．第五轉角

41W．．．總寬度

41L．．．長度

411W．．．第一寬度

411D．．．第一方向

412W．．．第二寬度

412D．．．第二方向

421W．．．第三寬度

421D．．．第三方向

Claims (7)

1. 一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線連接於一電子裝置並包含一輻射元件和一接地元件，該輻射元件包括一第一調整部和一第二調整部，該接地元件包含一接地部和一第三調整部，該第一調整部與該第二調整部具有一第一轉角並延伸自該第二調整部，該第二調整部與該第三調整區具有一第二轉角並延伸自該第三調整部之一第一端，該第三調整部與該接地部具有一第三轉角且該第三調整部之一第二端延伸自該接地部，而該第一調整部位於該接地部與該第二調整部間，該方法包含下列步驟：根據該天線之共振波長與該輻射元件之長度的關係，藉由設定該第一調整部之一第一寬度加上該第二調整部之一第二寬度的一總寬度來獲得該天線之一操作頻率；根據該操作頻率，藉由微調該第三調整部之一第三寬度來調整該天線與該電子裝置間的一阻抗匹配；及根據該操作頻率及該阻抗匹配，固定該總寬度以微調該第二寬度來調整該天線之一操作頻寬，其中更設定該天線之該第二寬度與該第一寬度之比值為35。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射元件更包括一饋入訊號端，而該輻射元件之長度包括該饋入訊號端至該第一調整區之邊緣的一第一長度及該總寬度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該天線所接收或發送之無線訊號的該操作頻率為2.45GHz。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該操作頻寬為640MHz。
5. 一種調整一天線之操作頻寬之方法，其中該天線包含一輻射元件，該輻射元件包括分別具一第一寬度與一第二寬度之一第一調整部和一第二調整部，該方法包含下列步驟：尋找該天線之一操作頻率；及根據該操作頻率來調整該第二寬度以調整該天線之 一操作頻寬，其中將該第二寬度與該第一寬度的比值調整為35。
6. 一種天線，包含一輻射元件，其中該輻射元件包括：一第一調整部，具一第一寬度；以及一第二調整部，具一第二寬度，其中該天線具一操作頻率及一調整之操作頻寬，其中該操作頻率係由該第一寬度及該第二寬度之和所決定，而該調整之操作頻寬係藉由特定該第二寬度而獲得，其中，該第二寬度與第一寬度之比值為35。
7. 一種天線，包含：一輻射元件，其中該輻射元件包括：一第一調整部，具一第一寬度；以及一第二調整部，具一第二寬度；一操作頻率，係由該第一寬度及該第二寬度之一總和所決定；以及一調整之操作頻寬，係藉由特定該第二寬度而獲得，其中該第二寬度和該總和之一比值為0.972。