TWI542074B

TWI542074B - 應用於ｌｔｅ／ｗｗａｎ八波段平面倒ｆ型天線裝置

Info

Publication number: TWI542074B
Application number: TW102128653A
Authority: TW
Inventors: 陸瑞漢; 方穎昇
Original assignee: 國立高雄海洋科技大學
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2016-07-11
Also published as: TW201507277A

Description

應用於LTE/WWAN八波段平面倒F型天線裝置

本發明是有關於一種天線裝置，特別是指一種應用於LTE/WWAN八波段平面倒F型天線裝置。

隨著無線通信日趨普及，現今無線傳輸介面已逐漸由第三代(3G)行動通信系統進化到第四代(4G)行動通信系統，而長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)就是第四代行動通信系統其中之一種通信協定。

長期演進技術LTE相較於無線廣域網路(Wireless Wide Area Network,WWAN)而言，具有較高的傳輸資料量，因此更具有實用性。而LTE的操作頻寬可區分為三種：LTE 700的操作頻寬介於698~787MHz之間、LTE 2300的操作頻寬介於2300~2400MHz之間，以及LTE 2500的操作頻寬介於2500~2690MHz之間，由於LTE被視為是下一代行動通訊裝置的主流規格，因此已有相當多的先前技術被發展出來，舉例來說，K.L.Wong等人近年來陸續在Microwave and Optical Technology Letters所提出的「Small size coupled-fed printed PIFA for internal eight band LTE/GSM/UMTS mobile phone antenna」、「Small size printed loop type antenna integrated with two stacked coupled-fed shorted strip monopoles for eight-band LTE/GSM/UMTS operation the mobile phone」等相關文獻，皆是提出一適用於WWAN/LTE規格之天線裝置。

此外，由於現今膝上型電腦(Laptop computer)或是平板電腦(Tablet computer)等可攜式電子裝置，大多內建有一可操作在GSM 850/900/1800/1900/UMTS等頻寬的天線裝置，其對應之頻帶分別為824~896MHz、880~960MHz、1710~1800MHz、1850~1990MHz、1920~2170MHz，因此，現今大多數的可攜式電子裝置產品的開發商，無不積極打算將LTE/WWAN規格與現有的GSM/UMTS做整合，以期能提供一可支援八頻帶(包含四個GSM頻帶、三個LTE頻帶及一個UMTS頻帶)的內建式天線裝置。

然而，上述由K.L.Wong等人所提出之技術方法，其主要架構皆是以倒L型微帶線為主體，無論從天線面積、輻射效率(Radiation Efficiency)或是涵蓋頻帶等各方面來看，該等技術之輻射效率大多介於60~80%之間，或者是未能有效涵蓋LTE整體頻帶，又或者是天線面積不夠小，仍有相當改善空間，甚至於現階段能完整支援八頻帶內建式天線裝置之技術幾乎乏善可陳，因此，對於相關領域人士而言，這仍是相當重要的議題之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種應用於LTE/WWAN八波段平面倒F型天線裝置，適用於與一電子裝置之接地單元電連接，以收發一天線訊號，其包含：一基板；一第一收發單元，設置於該基板上，其包括：一第一線段，用以饋入該天線訊號，並與該接地單元電連接；一第二線段，與該第一線段電連接，並以與該第一線段垂直之方向設置於該基板上；一第三線段，與該第一線段之一端電連接且以與該第一線段垂直之方向設置於該基板上；及一第四線段，與該第一線段相距一第一間距等間隔設置，且其二端分別與該第二線段、第三線段電連接；及一第二收發單元，設置於該基板上，其包括：一第五線段，設置於該第二線段與該第三線段之間，且與該第三線段等間隔一第二間距設置並以與該第二線段相同之延伸方向設置於該基板上；一第六線段，其一端與該第五線段垂直連接並以與該第一線段相同之延伸方向設置於該基板上；一第七線段，其一端與該第六線段垂直連接並以與該第三線段相反之延伸方向設置於該基板上；一第八線段，其一端與該第七線段垂直連接並以與該第一線段相反之延伸方向設置於該基板上；一第九線段，其一端與該第八線段垂直連接並以與該第二線段相同之延伸方向設置於該基板上；一第十線段，其一端與該第九線段垂直連接並以與該第一線段相反之延伸方向設置於該基板上；一第十一線段，其一端與該第十線段電連接設置於該基板上；一第十二線段，其一端與該第十一線段電連接且與該第八線段相間隔一第四間距，且與該第十線段相間隔一第三間距設置於該基板上；一第十三線段，其一端與該該第十二線段之一端垂直連接，並以與該第三線段相同之延伸方向設置於該基板上；及一第十四線段，其一端與該該第十三線段之一端垂直連接，並以與該第一線段相反之延伸方向設置於該基板上；其中，該天線訊號由該第一線段饋入，耦合至該第二收發單元，並傳送至該第十一線段以輻射之。

於是，本發明之功效在於可以應用於包含四個GSM頻帶(824~896MHz、880~960MHz、1710~1800MHz、1850~1990MHz)、三個LTE頻帶(698~787MHz、2300~2400MHz、2500~2690MHz)及一個UMTS頻帶(1920~2170MHz))的八頻帶天線裝置上，此外，相較於目前亦可涵蓋上述八個頻段的先前技術而言，整體天線面積大約可縮減30~50%。

〔本創作〕

5‧‧‧基板

6‧‧‧第一收發單元

61‧‧‧第一線段

62‧‧‧第二線段

63‧‧‧第三線段

64‧‧‧第四線段

7‧‧‧第二收發單元

710‧‧‧第十線段

711‧‧‧第十一線段

712‧‧‧第十二線段

713‧‧‧第十三線段

714‧‧‧第十四線段

75‧‧‧第五線段

76‧‧‧第六線段

77‧‧‧第七線段

78‧‧‧第八線段

79‧‧‧第九線段

9‧‧‧接地單元

圖1是本發明之一較佳實施例之系統圖；圖2是該較佳實施例之電路圖；圖3是該較佳實施例之反射損失圖；圖4是該較佳實施例操作於低頻時之天線增益及天線效率圖；圖5是該較佳實施例操作於高頻時之天線增益及天線效率圖；圖6是該較佳實施例之輸入電阻圖；及圖7是該較佳實施例之輸入電抗圖。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

聯合參閱圖1、2，本發明之一較佳實施例，適用於與一電子裝置之接地單元9電連接，以收發一天線訊號，其包含：一基板5、一第一收發單元6及一第二收發單元7，其中，該第一、第二收發單元6、7皆設置於該基板5之同一平面上，且較佳地，該基板5是一FR4基板(FR4 Substrate)。

該第一收發單元6，包括：一第一線段61、一第二線段62、一第三線段63，及一第四線段64。

該第一線段61具有一第一長度L1及一第一寬度W1，且用以饋入該天線訊號，該第二線段62與該第一線段61之一端電連接且以與該第一線段61垂直之方向延伸一第二長度L2，該第三線段63與該第一線段61之一端電連接且以與該第一線段61垂直之方向延伸一第三長度L3，同時，該第三線段63與該第二線段62相距一第四長度L4等間隔設置，該第四線段64與該第一線段61相距一第一間距G1等間隔設置，且其二端分別與該第二線段62、第三線段63電連接。

其中，該第二線段62、第三線段63具有該第一寬度W1，且該第四線段64具有一第二寬度W2。

另外，值得說明的是，該第一、第二、第三線段61、62、63形成一倒F型結構。

該第二收發單元7，包括：一第五線段75、一第六線段76、一第七線段77、一第八線段78、一第九線段79、一第十線段710、一第十一線段711、一第十二線段712、一第十三線段713，及一第十四線段714。

該第五線段75設置於該第二線段62與該第三線段63之間，且與該第三線段63等間隔一第二間距G1設置並以與該第二線段62相同之延伸方向延伸一第五長度L5，該第六線段76一端與該第五線段75垂直連接並以與該第一線段61相同之延伸方向延伸一第六長度L6，該第七線段77之一端與該第六線段76垂直連接並以與該第三線段63相反之延伸方向延伸一第七長度L7，該第八線段78一端與該第七線段77垂直連接並以與該第一線段61相反之延伸方向延伸一第八長度L8，該第九線段79之一端與該第八線段78垂直連接並以與該第二線段62相同之延伸方向延伸一第九長度L9，該第十線段710一端與該第九線段79垂直連接並以與該第一線段61相反之延伸方向延伸一第十長度L10。

該第十一線段711之一端與該第十線段710電連接，另一端與該第十二線段712電連接，該第十二線段712與該第八線段78相間隔一第四間距G4，且與該第十線段710相間隔一第三間距G3，並延伸一第十二長度L12,該第十三線段713之一端與該該第十二線段712之一端垂直連接，並以與該第三線段63相同之延伸方向延伸一第十三長度L13，該第十四線段714之一端與該該第十三線段713之一端垂直連接，並以與該第一線段61相反之延伸方向延伸一第十四長度L14。

該第五線段75、第六線段76、第七線段77、第八線段78、第九線段79、第十線段710、第十一線段711、第十二線段712、第十三線段713皆具有一第三寬度W3。

在本較佳實施例中，由於該第一、第四線段61、64平行且相間隔設置，並分別與該第二、第三線段62、63連接以形成一封閉迴路，因此，可以有效提升本較佳實施例之電容性，進而提高激發模態的頻率。

此外，在本較佳實施例中，第一線段61上A點用以饋入天線訊號且第十一線段711上E點與該接地單元9電連接，並且該第十一線段711上E點至第五線段75上G點形成一短寄生短路(Shorter parasitic shorted strip)，該第十一線段711上E點至第十四線段714上F點形成一長寄生短路(Longer parasitic shorted strip)，因此，該天線訊號由第一線段61上A點饋入後，可經由耦合至該第五線段75後，再經寄生短路之第十一線段711上E點開始，由第二收發單元7輻射出該天線訊號。

較佳地，本較佳實施例的尺寸規格如下表1所示，但並不以此為限。

而在本較佳實施例中，長度為35mm，寬度為10mm，所以整體面積為35×10mm²。

在本較佳實施例中，該收發天線訊號之傳遞路徑有二：

一、該天線訊號由該第一線段61(A點)饋入，經由該第一線段61及該第三線段63，耦合至該第五線段75(G點)上，然後經由該第六線段76、第七線段77、第八線段78、第九線段79、第十線段710，最後經由該第十一線段711(E點)輻射出。

二、該天線訊號由該第一線段61(A點)饋入，經由該第二線段62(C點)耦合至該第十四線段714(F點)，並經由該第十三線段713、第十二線段712、第十一線段711最終由E點輻射出。

由圖3可以觀察到模擬與實測反射損失 (Return Loss)圖(實線為實測值、虛線為實測值)，以反射損失值大於3dB為標準，得知其操作頻率範圍低頻部分介於698~961MHz，低頻操作頻寬為264MHz，而高頻部分介於1599~2692MHz，高頻操作頻寬為1094MHz。

由圖4、5可以觀察到本較佳實施例操作低頻時，其天線增益介於0.05~2.04dB，且天線效率約為46~80%，而操作於高頻時，其天線增益介於2.4~3.6dB，且天線效率約為61~75%。

由圖6、7，可以觀察到模擬和實測之阻抗圖值，可從輸入電阻(Input Resistance)圖來看出其模擬與實測是相當接近的，另外在輸入電抗(Input Reactance)圖中模擬與實測亦是相當接近的，皆具雙反曲點特性。

因此，本較佳實施例確實可以應用於包含四個GSM頻帶(824~896MHz、880~960MHz、1710~1800MHz、1850~1990MHz)、三個LTE頻帶(698~787MHz、2300~2400MHz、2500~2690MHz)及一個UMTS頻帶(1920~2170MHz))的八頻帶天線裝置上，所以本較佳實施例可有效應用於新一代可攜式電子裝置之天線裝置上，此外，本較佳實施例整體天線面積大約為35×10mm²，相較於目前亦可涵蓋上述八個頻段的先前技術而言，整體天線面積大約可縮減30~50%，確實是優於相近的先前技術，因此，本較佳實施例，除了可以有效涵蓋當前天線設計領域上最重要的八個頻帶之外，同時，又可降低天線面積成本，所以綜合上述，確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。