TWI539666B - 多頻天線 - Google Patents

Description

多頻天線

本發明是有關於一種天線，且特別是有關於一種多頻天線。

近年來，各式的無線通訊裝置，例如：智慧型手機、平板電腦、個人無線導航、可攜式播放器...等，都把目前所有的通訊功能全部整合在裝置內，而不僅僅只是包含單一的無線通訊功能。此外，為了節省裝置的硬體空間，無線通訊裝置中的單一無線通訊晶片可支援多種無線通訊功能，例如：無線相容認證(wireless fidelity，簡稱WiFi)、全球定位系統(global positioning system，簡稱GPS)以及藍芽(Bluetooth，簡稱BT)...等各種通訊協定下的通訊功能。

在所對應的天線方面，現有的無線通訊裝置往往必須內建多個天線(例如，WiFi天線、GPS天線...等)，以分別支援各種通訊功能。然而，隨著內建天線的增加，無線通訊裝置必須耗費較大的硬體空間來配置天線，進而限縮了無線通訊裝置在微型化 上的發展。除此之外，為了增加天線的輻射效率或是增益，現有的天線設計常常使用雷射直接成型(Laser Direct Structuring，簡稱LDS)技術或是鐵件材料來形成具有不規則立體結構的天線。然而，此種設計方式也必須耗費較大的硬體空間來配置天線。

本發明提供一種多頻天線，可透過輻射部分別與兩個延伸部產生耦合效應，進而可產生多個共振模態並支援多種通訊功能。

本發明的多頻天線，包括接地面、輻射部、第一延伸部以及第二延伸部。輻射部包括電性相連的第一區段與第二區段，且第一區段鄰近接地面的一邊緣並具有一饋入點。第一延伸部從接地面的邊緣延伸而出，並與第一區段相隔第一耦合間距。第二延伸部從接地面的邊緣延伸而出，並與第二區段相隔第二耦合間距。其中，多頻天線透過輻射部操作在第一頻帶，且來自輻射部的饋入訊號透過第一耦合間距與第二耦合間距激發第一延伸部與第二延伸部，以致使多頻天線更操作在第二頻帶與第三頻帶。

基於上述，的多頻天線可透過輻射部分別與兩個延伸部產生耦合效應。藉此，多頻天線將可產生多個共振模態，進而可操作在多個頻帶並支援多種通訊功能。相對地，在應用上，無線通訊裝置僅需內建單一的多頻天線就可支援具有多種通訊功能的無線通訊晶片，進而達到縮減硬體空間的效果，並有助於微型化 上的發展。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧多頻天線

110‧‧‧接地面

111‧‧‧接地面的一邊緣

120‧‧‧輻射部

121‧‧‧第一區段

122‧‧‧第二區段

123‧‧‧第三區段

124‧‧‧第四區段

130‧‧‧第一延伸部

131‧‧‧第一延伸部的第一端

132‧‧‧第一延伸部的第二端

140‧‧‧第二延伸部

141‧‧‧第二延伸部的第一端

142‧‧‧第二延伸部的第二端

CD1‧‧‧第一耦合間距

CD2‧‧‧第二耦合間距

FP‧‧‧饋入點

L‧‧‧長度

H‧‧‧高度

DT‧‧‧間距

210‧‧‧第一頻帶

220‧‧‧第二頻帶

230‧‧‧第三頻帶

圖1為依據本發明一實施例之多頻天線的結構示意圖。

圖2為依據本發明一實施例之多頻天線的返回損失圖。

圖3為依據本發明一實施例之多頻天線的增益圖。

圖4-5為依據本發明一實施例之多頻天線的場型圖。

圖1為依據本發明一實施例之多頻天線的結構示意圖。如圖1所示，多頻天線100包括接地面110、輻射部120、第一延伸部130與第二延伸部140。其中，輻射部120包括第一區段121與第二區段122。第一區段121鄰近接地面110的一邊緣111並具有一饋入點FP，且第一區段121電性連接第二區段122。再者，第一延伸部130與第二延伸部140從接地面110的邊緣111延伸而出。此外，第一延伸部131與第一區段121相隔第一耦合間距CD1，且第二延伸部132與第二區段相隔第二耦合間距CD2。

在操作上，多頻天線100透過輻射部120的饋入點FP接收一饋入訊號。藉此，輻射部120將可在饋入訊號的激發下產生 第一共振模態，進而致使多頻天線100可操作在第一頻帶。此外，來自輻射部120的饋入訊號可透過第一耦合間距CD1激發第一延伸部130，以致使多頻天線100可透過第一延伸部130產生第二共振模態，進而可操作在第二頻帶。另一方面，來自輻射部120的饋入訊號可透過第二耦合間距CD2激發第二延伸部140，以致使多頻天線100可透過第二延伸部140產生第三共振模態，進而可操作在第三頻帶。

換言之，輻射部120可分別與兩個延伸部130與140產生耦合效應。如此一來，多頻天線100除了可以透過輻射部120產生一共振模態以外，還可透過兩個延伸部130與140產生不同的共振模態。因此，多頻天線100可操作在多個頻帶，進而可同時支援多種通訊功能。

舉例來說，圖2為依據本發明一實施例之多頻天線的返回損失(return loss)圖。如圖2所示，在此實施例中，輻射部120、第一延伸部130與第二延伸部140將相當於一天線元件，且此天線元件的長度L與高度H分別為26mm與6mm。此外，多頻天線100可操作在第一頻帶210、第二頻帶220與第三頻帶230，且第一頻帶210涵蓋2G所需頻帶範圍(2300~2700MHz)，第二頻帶220涵蓋5G所需頻帶範圍(5150~5875MHz)，第三頻帶230涵蓋GPS與全球導航衛星系統(GLObal NAvigation Satellite System，簡稱GLONASS)所需頻帶範圍(1565~1612MHz)。

再者，圖3為依據本發明一實施例之多頻天線的增益圖， 且圖4-5為依據本發明一實施例之多頻天線的場型圖。如圖3所示，多頻天線100在第一頻帶210、第二頻帶220與第三頻帶230皆有不錯的天線增益。特別是，在第一頻帶210中，多頻天線100的增益高達-1dB，亦即多頻天線100的天線效率高達90%。此外，圖4-5為多頻天線100操作在第一頻帶210下於Y-Z與X-Z平面的輻射場型。如圖4-5所示，多頻天線100在第一頻帶210下具有全向性(Omni-direction)的輻射場型，且多頻天線100之上下場型的差距在1dB以內。藉此，在實際應用上，多頻天線100無論是設置在無線通訊裝置的上側或是下側，多頻天線100都可以接收到GPS訊號。

值得一提的是，由於多頻天線100可透過多個共振模態同時支援多種通訊功能，因此無線通訊裝置僅需內建單一的多頻天線100就可支援具有多種通訊功能的無線通訊晶片，進而達到縮減硬體空間的效果，並有助於微型化上的發展。除此之外，多頻天線100無需利用LDS技術或是鐵件材料就具有良好的輻射場型與增益，故可更進一步地縮減硬體空間。

請繼續參照圖1。就多頻天線100的細部架構而言，輻射部120、第一延伸部130與第二延伸部140沿著接地面110的111邊緣依序排列。此外，第一延伸部130的第一端131電性連接至接地面110的邊緣111，且第一延伸部130的第二端132為一開路端。相似地，第二延伸部140的第一端141電性連接至接地面110的邊緣111，且第二延伸部140的第二端142為一開路端。再者， 第一延伸部130的第一端131相對於輻射部120的第一區段121，且第二延伸部140的第二端132相對於輻射部120的第二區段122。

第一延伸部130用以提供第一共振路徑，且第一共振路徑是從第一延伸部130的第一端131延伸至第一延伸部130的第二端132。此外，第一延伸部130是採用四分之一波長的共振機制，因此第一共振路徑的長度約為第二頻帶中一最低頻率之波長的1/4倍。相似地，第二延伸部140用以提供第二共振路徑，且第二共振路徑是從第二延伸部140的第一端141延伸至第二延伸部140的第二端142。此外，第二延伸部140也是採用四分之一波長的共振機制，因此第二共振路徑的長度約為第三頻帶中一最低頻率之波長的1/4倍。

在整體配置上，第一延伸部130的第一端131鄰近輻射部120的第一區段131。此外，第一延伸部130的第一端131與第二延伸部140的第一端141之間的間距DT大於第三頻帶之最低頻率的1/20波長。再者，第一耦合間距CD1介在第二頻帶之最低頻率之波長的1倍至2倍之間，且第二耦合間距CD2介在第三頻帶之最低頻率之波長的1倍至2倍之間。另一方面，在一實施例中，第二延伸部140更包括至少一彎折，以藉此更進一步地降低多頻天線100所耗費的硬體空間。

更進一步來看，輻射部120更包括第三區段123與第四區段124。其中，第三區段123與第四區段124皆電性連接第二區 段122。此外，第三區段123用以延伸輻射部120的共振路徑，以符合實際的應用需求。再者，第四區段124相對於第二延伸部140的第二端142，以藉此增加輻射部120與第二延伸部140之間的耦合效應。另一方面，在一實施例中，接地面110、輻射部120、第一延伸部130與第二延伸部140可位在同一水平面(例如，X-Z平面)上。亦即，指向性天線100可具有一平面結構，並可同時配置在一基板的一表面上，例如：印刷電路板或是軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit Board)。

綜上所述，本發明的多頻天線可透過輻射部分別與兩個延伸部產生耦合效應。藉此，多頻天線將可產生多個共振模態，進而可操作在多個頻帶並支援多種通訊功能。相對地，在應用上，無線通訊裝置僅需內建單一的多頻天線就可支援具有多種通訊功能的無線通訊晶片，進而達到縮減硬體空間的效果，並有助於微型化上的發展。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧多頻天線

110‧‧‧接地面

111‧‧‧接地面的一邊緣

120‧‧‧輻射部

121‧‧‧第一區段

122‧‧‧第二區段

123‧‧‧第三區段

124‧‧‧第四區段

130‧‧‧第一延伸部

131‧‧‧第一延伸部的第一端

132‧‧‧第一延伸部的第二端

140‧‧‧第二延伸部

141‧‧‧第二延伸部的第一端

142‧‧‧第二延伸部的第二端

CD1‧‧‧第一耦合間距

CD2‧‧‧第二耦合間距

FP‧‧‧饋入點

L‧‧‧長度

H‧‧‧高度

DT‧‧‧間距

Claims (9)

1. 一種多頻天線，包括：一接地面；一輻射部，包括電性相連的一第一區段與一第二區段，其中該第一區段鄰近該接地面的一邊緣並具有一饋入點；一第一延伸部，從該接地面的該邊緣延伸而出，並與該第一區段相隔一第一耦合間距；以及一第二延伸部，從該接地面的該邊緣延伸而出，並與該第二區段相隔一第二耦合間距，其中，其中該輻射部、該第一延伸部與該第二延伸部沿著該接地面的該邊緣依序排列，該多頻天線透過該輻射部操作在一第一頻帶，且來自該輻射部的一饋入訊號透過該第一耦合間距與該第二耦合間距激發該第一延伸部與該第二延伸部，以致使該多頻天線更操作在一第二頻帶與一第三頻帶。
2. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該第一延伸部的第一端電性連接至該接地面的該邊緣並相對於該第一區段，且該第一延伸部的第二端為一開路端。
3. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該第二延伸部的第一端電性連接至該接地面的該邊緣，且該第二延伸部的第二端為一開路端並相對於該第二區段。
4. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該第一延伸部的第一端與該第二延伸部的第一端分別電性連接至該接地面的 該邊緣，該第一延伸部的第一端鄰近該第一區段，且該第一延伸部的第一端與該第二延伸部的第一端之間的間距大於該第三頻帶之一最低頻率的1/20波長。
5. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該第一延伸部提供一第一共振路徑，且該第一共振路徑的長度為該第二頻帶中一最低頻率之波長的1/4倍。
6. 如申請專利範圍第5項所述的多頻天線，其中該第一耦合間距介在該最低頻率之波長的1倍至2倍之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該第二延伸部提供一第二共振路徑，且該第二共振路徑的長度為該第三頻帶中一最低頻率之波長的1/4倍。
8. 如申請專利範圍第7項所述的多頻天線，其中該第二耦合間距介在該最低頻率之波長的1倍至2倍之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述的多頻天線，其中該接地面、該輻射部、該第一延伸部與該第二延伸部位在同一水平面上。