TWI549360B - 寬頻多條補片天線 - Google Patents

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TWI549360B
TWI549360B TW102127879A TW102127879A TWI549360B TW I549360 B TWI549360 B TW I549360B TW 102127879 A TW102127879 A TW 102127879A TW 102127879 A TW102127879 A TW 102127879A TW I549360 B TWI549360 B TW I549360B
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阿丹 賽勒比
克里斯 羅帖斯托
華特 哈伍德
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舒爾獲得控股公司
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

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Description

寬頻多條補片天線
本發明大體上係關於天線，且特定言之，本發明係關於多層補片天線。
本文中所提供之先前技術係為了大體上呈現本發明之內文。先前技術中在一定程度上描述之本發明者之作品以及不可在申請時以其他方式用作先前技術之描述之態樣未明確且未隱含地被確認為與本發明相悖之先前技術。
無線通信需要使用一天線來發射及接收電磁信號。若干天線類型可用於各種目的且一類型或另一類型之天線之選擇通常取決於天線之特定應用。為選擇一天線，可評估及比較該天線之各種操作特性以判定提供最多益處或最適合於一特定應用之天線之類型。
有時，具有一特定應用之所有或大多數所要操作特性之一天線可能並不存在，而可存在具有適宜及不適宜態樣之不同組合之若干天線。例如，具有一低輪廓及一寬頻寬之一小型天線一般最適合於現代無線通信。一微帶或補片天線為能夠與諸多電子器件容易地整合之一相對較便宜天線。儘管補片天線可具有一低輪廓之特徵，但其相對較大尺寸(約半個波長)及窄頻寬(約5%)會成為其用於一些無線應用中之障礙因數。然而，已開發各種技術以顯著減小補片天線之尺寸。例如，可藉由縮短補片天線之一邊緣及/或使補片天線本身折疊而達成 其原始尺寸減小四分之一。不幸的是，依此方式減小補片天線之尺寸亦會顯著減小其頻寬(例如1.3%比例頻寬)。因此，既有補片天線之頻寬太窄以無法實際用於短至適中範圍之無線通信系統(諸如無線麥克風、無線監聽系統、區域無線資料網路、無線醫療器件)中。
本文中描述提供用於一無線系統中之一天線之實例性裝置及方法。在一實例性實施例中，該天線包含一主補片、一寄生補片及一接地平面，該接地平面具有自該接地平面延伸之一接地條。該主補片包含一第一條及一第二條，其中該主補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方且與該接地條形成一第一輻射邊緣，及該主補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方且與該接地平面形成一第二輻射邊緣。該寄生補片沿該主補片之一非輻射邊緣之至少一部分耦合至該主補片。該寄生補片包含一第一條及一第二條，其中該寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方及該寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方。
若期望，則天線可包含直接耦合至寄生補片及接地條之一調諧條。天線可進一步包含位於一第一平面中之主補片之第一條之至少一部分及寄生補片之第一條之至少一部分，及位於一第二平面中之主補片之第二條之至少一部分及寄生補片之第二條之至少一部分，其中該第一平面與該第二平面係不同的且該第一平面可平行於或可不平行於該第二平面。另外，一第二寄生補片可沿主補片之一第二非輻射邊緣之至少一部分耦合至主補片。該第二寄生補片包含一第一條及一第二條，該第二寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於接地條上方及該第二寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於接地條下方。主補片、第一寄生補片及第二寄生補片各包含一長度及一寬度。主補片、第一寄生補片及第二寄生補片之長度可相同或不同，及主補片、第一寄生 補片及第二寄生補片之寬度可相同或不同。
天線之另一實例性實施例可包含一可撓性印刷電路板，其包含主補片及第一寄生補片與第二寄生補片之一或兩者。該可撓性印刷電路板圍繞接地條及一加強條折疊以支撐該可撓性印刷電路，且可附接至一或多個支撐件。天線之一替代性實施方案可包含複數個印刷電路板，其中一第一印刷電路板包含主補片之第一條及第一寄生補片與第二寄生補片之一或兩者之第一條，一第二印刷電路板包含接地條，及一第三印刷電路板包含主補片之第二條及第一寄生補片與第二寄生補片之一或兩者之第二條。一第一連接器將主補片之第一條可操作地耦合至主補片之第二條，及一第二連接器將寄生補片之第一條可操作地耦合至寄生補片之第二條。若使用一第二寄生補片，則一第三連接器可操作地耦合第二寄生補片之第一條與第二條。一或多個間隔件及一或多個支撐件可用於分離及配置呈一分層低輪廓組態之該第一印刷電路板、該第二印刷電路板及該第三印刷電路板。
一額外實例性實施例係針對提供用於一無線系統中之一天線。方法包含：提供自一接地平面延伸之一接地條；及提供包含一第一條及一第二條之一主補片。該方法將該主補片定位於該接地條周圍，其中該主補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方且與該接地條形成一第一輻射邊緣，及該主補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方且與該接地平面形成一第二輻射邊緣。該方法沿該主補片之一非輻射邊緣之至少一部分將一寄生補片耦合至該主補片，其中該寄生補片包含一第一條及一第二條，且其中該寄生補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方及該寄生補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方。該方法提供藉由執行以下步驟之一或多者而調整天線之頻寬：將一調諧條附接於該寄生補片與該接地條之間；改變該調諧條之一尺寸；改變該寄生補片與該接地條之間之該調諧條 之一位置；改變一饋送接針之一位置；將該主補片直接耦合至該寄生補片；將該主補片間隙耦合至該寄生補片；調整一經間隙耦合之主補片與寄生補片之間之一空間關係；維持該主補片之該第一條與該主補片之該第二條之間之一恆定空間關係；維持該寄生補片之該第一條與該寄生補片之該第二條之間之一恆定空間關係；變動該主補片之該第一條之至少一部分與該主補片之該第二條之至少一部分之間之一空間關係；變動該寄生補片之該第一條之至少一部分與該寄生補片之該第二條之至少一部分之間之一空間關係；變動該主補片之該第二條之至少一部分與一接地平面之間之一空間關係；將該主補片之一寬度修改成不同於該寄生補片之一寬度；及將該主補片之一長度修改成不同於該寄生補片之一長度。
100‧‧‧寬頻多條天線/補片天線
101‧‧‧主補片/補片條/天線補片
101-1‧‧‧上條
101-2‧‧‧下條
102‧‧‧接地條
102-1‧‧‧水平部分
102-2‧‧‧垂直部分
103‧‧‧第一寄生補片/補片條/天線補片
103-1‧‧‧上條
103-2‧‧‧下條
104‧‧‧第二寄生補片/補片條/天線補片
104-1‧‧‧上條
104-2‧‧‧下條
105‧‧‧調諧條
105-1‧‧‧調諧條
105-2‧‧‧調諧條
106‧‧‧接地平面
110‧‧‧天線區塊/天線元件
201‧‧‧第一輻射邊緣
202‧‧‧第二輻射邊緣
203‧‧‧饋送接針
601‧‧‧第一輻射槽
602‧‧‧第二輻射槽
700‧‧‧天線結構
701‧‧‧非導電螺釘/間隔件
702-1‧‧‧第一電路板
702-2‧‧‧第二電路板
702-3‧‧‧第三電路板/接地印刷電路板(PCB)
703-1‧‧‧連接器
703-2‧‧‧連接器
703-3‧‧‧連接器
703-4‧‧‧連接器
706‧‧‧接地平面
707‧‧‧調諧條
800‧‧‧天線結構/天線總成
801‧‧‧可撓性電路板
802‧‧‧接地條
803‧‧‧非導電支撐件
804‧‧‧接地平面
805‧‧‧加強條
807‧‧‧調諧條
900‧‧‧天線結構/天線/天線總成
901‧‧‧第一平面
902‧‧‧第二平面
903‧‧‧第三平面
904‧‧‧接地平面
905‧‧‧可撓性電路板
906‧‧‧加強條
907‧‧‧調諧條
908‧‧‧接地條
909‧‧‧非導電支撐件
1000‧‧‧表
1100‧‧‧表
1200‧‧‧曲線圖
1300‧‧‧曲線圖
1400‧‧‧電壓駐波比(VSWR)曲線圖
1410‧‧‧極座標圖/曲線圖
1500‧‧‧電壓駐波比(VSWR)曲線圖
1510‧‧‧極座標圖/曲線圖
圖1A及圖1B係繪示一寬頻多條天線之一實例的透視圖。
圖2A係繪示圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示驅動條或主補片。
圖2B係繪示圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示饋送接針。
圖3係繪示圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示接地條。
圖4A係繪示圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示兩個寄生補片之一者。
圖4B係繪示圖1A、圖1B及圖4A中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示兩個寄生補片之另一者。
圖5係繪示圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線的一透視圖，其中醒目繪示(若干)調諧條或(若干)當前修改條。
圖6A係圖1A及圖1B中所展示之實例性寬頻多條天線之一平面 圖。
圖6B係圖6A中所展示之實例性天線之一左側正視圖。
圖6C係沿橫截面線6C-6C取得之圖6A中所展示之實例性天線之一前側正視圖。
圖6D係圖6A中所展示之實例性天線之一右側正視圖。
圖7A及圖7B係一寬頻多條天線之一實例性實施例之透視圖。
圖8A至圖8C係一寬頻多條天線之另一實例性實施例之透視圖。
圖9A至圖9C係一寬頻多條天線之另一實例性實施例之各種視圖。
圖10係展示寬頻多條天線之若干實例性實施例之天線尺寸的一表。
圖11係展示寬頻多條天線之若干實例性實施例之各種天線效能參數的一表。
圖12係一實例性寬頻多條天線之電壓駐波比(VSWR)對頻率之一曲線圖。
圖13係繪示一實例性寬頻多條天線之接地平面間隔之一逐漸增大之效應的VSWR對頻率之一曲線圖。
圖14A係自由空間中之一實例性天線及安裝於一金屬表面上之該實例性天線之VSWR對頻率之一曲線圖。
圖14B係自由空間中操作之圖14A之實例性天線及安裝於一金屬表面上之該實例性天線之輻射場型之一極座標圖。
圖15A係自由空間中操作之根據本發明之教示而組裝之另一實例性天線及安裝於一金屬表面上之該實例性天線之VSWR對頻率之一曲線圖。
圖15B係自由空間中操作之圖15A之實例性天線及安裝於一金屬表面上之該實例性天線之輻射場型之一極座標圖。
為了說明及便於繪示，應瞭解：圖中已以陰影線及/或隱藏線描繪天線之若干實例性實施例之某些部分，其可呈現於或可不呈現於其他對應視圖及/或圖中。
所揭示之裝置及方法提供一種用於現代無線應用中之低輪廓的小型化寬頻天線。一般言之，一多層多條組態用於克服補片天線設計中之尺寸減小與頻寬加寬之間之已知衝突。特定言之，所揭示之裝置及方法併入具有兩個輻射邊緣之一折疊主補片、耦合至該主補片之一或多個寄生補片及/或耦合於一或多個寄生條與一接地平面之間之一或多個短路條之各種組合以達成沿所有維度之尺寸之顯著減小及比例頻寬相對於一習知補片天線之顯著加寬。
圖1至圖6大體上描繪一實例性寬頻多條天線100。更具體言之，圖1A及圖1B描繪包含一天線區塊110及一接地平面106之天線100。天線區塊110包含圍繞自一接地平面106延伸之一接地條102(於圖3中醒目繪示)定位之一主補片101(於圖2A中醒目繪示)。圖2A及圖2B中所展示之一饋送接針203延伸穿過接地平面106中之一開口(參閱圖6B、圖6C及圖6D)且耦合至主補片101以轉移至及來自天線區塊110之能量。
天線區塊110進一步包含沿主補片101之一第一非輻射邊緣之至少一部分耦合至主補片101之一第一寄生補片103(於圖4A中醒目繪示)，及沿主補片101之一第二非輻射邊緣之至少一部分耦合至主補片101之一第二寄生補片104(於圖4B中醒目繪示)。寄生補片103、104之一或兩者亦可分別藉由一調諧條105-1、105-2(於圖5中醒目繪示)而直接耦合至接地條102。
在圖1至圖6所展示之實例性實施例中，主補片101定位成非常靠近於寄生補片103、104且被視為間隙耦合至該等寄生補片。在此間隙耦合組態中，主補片101與寄生補片103、104之間不存在一直接耦 合，因此，表面電流無法在主補片與寄生補片之間流動。然而，由於寄生補片103、104接近於主補片101，所以RF能量能夠透過自主補片放射之電磁場而自主補片101轉移至寄生補片103、104。歸因於間隙耦合，主補片101處之RF能量電位可略微不同於寄生補片103、104之各者處之RF能量電位。例如，主補片101與寄生補片103、104之間之間隙耦合可提供主補片及寄生補片處之RF能量電位之振幅差及相位差。可藉由調整主補片101與寄生補片103、104之間之(若干)間隙之距離或間隔而實現補片101、103、104處之RF能量電位之某一振幅差及某一相位差且加寬天線之頻寬。
替代地，主補片101可直接耦合至寄生補片103、104之一或兩者。在一直接耦合組態中，一導體(例如導電金屬)將主補片101連接至寄生補片103、104之一或兩者。RF能量經由該導體而自主補片101傳播至寄生補片103、104，且主補片上之耦合接觸點處之RF能量電位可非常類似於寄生補片上之耦合接觸點處之RF能量電位。直接耦合之位置判定寄生補片上之表面電流圖。可藉由調整將主補片連接至寄生補片之該導體之位置而實現寄生補片上之某一表面電流分佈且加寬天線之頻寬。
暫時參考圖3，為提供接地條102至接地平面106之直接耦合，接地條102可包含一水平部分102-1及一垂直部分102-2。水平部分102-1佈置於主補片101之上條101-1與下條101-2之間，及垂直部分102-2自水平部分102-1向下延伸且將接地條102耦合至接地平面106。
在圖2A中，天線100之主補片101包含具有佈置於接地條102上方之至少一部分之一第一上條101-1及具有佈置於接地條102下方之至少一部分之一第二下條101-2。主補片101具有一寬度及一長度，且在接地條102上方及下方之主補片之相對側處與接地條102及接地平面106形成一對輻射邊緣。更具體言之，一第一輻射邊緣201包含由主補片 101之下條(或分段)101-1及接地條102形成之一第一輻射槽601(展示於圖6C中)，及一第二輻射邊緣202包含由主補片101之下條(或分段)101-2及接地平面106形成之一第二輻射槽602(展示於圖6C中)。若將兩個輻射邊緣201、202併入於主補片101之折疊配置中，則接地條102及接地平面106相較於使其輻射輻射邊緣之一者短路接地之一折疊補片天線總成而提高輻射效率且減小天線100之品質因數(Q)。因此，天線100之主補片101之雙重輻射邊緣201、202允許由天線100達成一更寬頻之阻抗匹配，其導致天線100之寬頻操作。
總所周知，一補片天線一般依由其驅動補片之長度判定之一頻率諧振，且該驅動補片之諧振長度約為λ 0/(2)，其中λ 0為天線之最低操作頻率之自由空間波長及εr為補片與接地平面或接地條之間之介電材料之相對介電常數。當介電材料為空氣時，其εr等於1。因此，根據天線100之所要操作頻率範圍之最低操作頻率而選擇主補片101之長度。然而，歸因於主補片101之折疊配置，可減小天線元件110之總長度。
一補片天線之寬度大體上影響該天線之輸入阻抗，且該寬度之尺寸可經選擇以在天線輸入處提供一良好阻抗匹配。部分歸因於寄生補片103、104耦合至補片天線100，可根據一特定所要頻寬而減小主補片101之寬度。可透過實施一或多個調諧條105而進一步減小主補片101之寬度。可透過組合此等尺寸減小技術之一或多者而將天線區塊110之寬度及長度減小至約λ 0/6。
天線100中提供寄生補片103、104以增強天線100之寬頻效能。為此，寄生補片103、104之各者之一長度及一寬度經選擇以在一適合寬頻帶中達成天線100之一適合輸入阻抗匹配。儘管天線100之尺寸一般會因添加寄生補片103、104而增大，但可藉由使用類似於主補片101之折疊配置之寄生補片103、104之一折疊配置而至少部分地抵消 尺寸增大。相應地，寄生補片103、104之各者可圍繞接地條102折疊，如圖4A及圖4B中所繪示。如圖4A中所展示，第一寄生補片103包含一第一上條(或分段)103-1及一第二下條(或分段)103-2。第一寄生補片103之上條103-1之至少一部分佈置於接地條102上方及第一寄生補片103之下條103-2之至少一部分佈置於接地條102下方。類似地，如圖4B中所展示，第二寄生補片104包含一第一上條(或分段)104-1及一第二下條(或分段)104-2。第二寄生補片104之上條104-1之至少一部分佈置於接地條102上方及第二寄生補片104之下條104-2之至少一部分佈置於接地條102下方。應注意，天線100不受限於圖1至圖6中所繪示之兩寄生補片實施方案，且在一些實施例中，天線100可包含任何其他適合量(諸如1個、3個、4個等等)之寄生補片。例如，可自天線100省略寄生補片103、104之任一者。
圖5中所展示之調諧條105-1、105-2可用於修改寄生補片103、104上之電流(或磁場)之分佈以進一步增強天線100之寬頻效能。為此，調諧條105-1、105-2之至少一者可經配置使得在比由寄生補片103、104上之未經修改電流分佈提供之頻率範圍寬之一頻率範圍內達成天線100之一適合阻抗匹配。因此，調諧條105-1、105-2進一步增大天線100之比例頻寬。基於對應寄生補片103、104上之駐波電流分佈而選擇調諧條105-1、105-2之各者之位置及寬度以在寄生補片103、104之各者上達成一所要電流分佈。藉由沿駐波電流圖選擇一所要短路位置及藉由控制短路元件(即，調諧條105-1、105-2)之長度而以一受控方式塑形電流分佈且藉此達成一所要電流分佈。可憑經驗或透過使用一電磁分析軟體工具而判定調諧條105-1、105-2之任一者之位置及寬度。例如，可藉由將調諧條105-1、105-2之各者定位成接近或更接近自接地平面106延伸之接地條102之垂直部分102-2而達成天線100之所要天線頻寬。
圖6A繪示圖1A及圖1B中所展示之天線100之一平面圖。特定言之，補片101、103、104之長度及寬度無需相同。例如，補片101、103、104之各者之長度可經選擇使得各補片依相對於彼此之一略微不同頻率諧振。選擇不同長度之補片101、103、104會導致天線100之一更寬頻寬。作為一實例，第一寄生補片103之長度可略微小於主補片101之長度，其可導致第一寄生補片103之諧振頻率略微高於主補片101之諧振頻率，藉此可在高於天線100之中心操作頻率之一頻帶中擴展天線100之阻抗頻寬。另一方面，第二寄生補片104之長度可略微大於主補片101之長度，其可導致第二寄生補片104之諧振頻率略微低於主補片101之諧振頻率，藉此可在低於天線100之中心操作頻率之一頻帶中擴展天線100之阻抗頻寬。補片101、103、104之寬度亦可經選擇以藉由在一較寬頻帶內給天線100提供一適合阻抗匹配而進一步最佳化阻抗頻寬。應注意，亦可改動饋送接針203之位置以提供用於達成天線100之一所要寬頻效能之一額外調諧參數。
圖6B、圖6C及圖6D分別繪示圖6A中所展示之天線100之一左側正視圖、一前側橫截面正視圖及一右側正視圖。如沿圖6A之線6C-6C取得之圖6C之橫截面圖中可見，天線100之第一輻射邊緣201包含形成於主補片101之上條101-1與接地條102之間之第一輻射槽601，及天線100之第二輻射邊緣202包含形成於主補片101之下條101-2與接地平面106之間之第二輻射槽602。當主補片101之長度約為λ 0/2時，沿主補片101之電流及電壓分佈使得輻射邊緣201及202之各者處之電流約為0且電壓為最大值。
在圖1至圖6所繪示之分層配置中，上條101-1、103-1、104-1位於空間中之一第一平面中及下條101-2、103-2、104-2位於空間中之一第二平面中。接地條102之水平部分102-1位於空間中之一第三平面中及接地平面106位於空間中之一第四平面中。在所繪示實施例中，該 第一平面、該第二平面、該第三平面及該第四平面彼此平行。如下文中結合圖9A至9C所更詳細解釋，在一些實施例中，該第二平面(即，包含補片101、103、104之下條101-2、103-2、104-2之平面)之至少一部分相對於該第一平面、該第三平面及該第四平面成角度以在天線區塊110之成角部分中提供接地平面106與天線區塊110之間之一逐漸變化或增大之間隔。在至少一些組態(參閱圖9A至圖9C之論述)中，在天線區塊110與接地平面106之間提供此一逐漸增大之間隔可進一步增大天線100之頻寬。
圖7A及圖7B描繪利用印刷電路板702來實施圖1至圖6之天線100的一天線結構700之一實施例。一第一電路板702-1包含主補片101之上條101-1、第一寄生補片103之上條103-1及第二寄生補片104之上條104-1。一第二電路板702-2包含主補片101之下條101-2、第一寄生補片103之下條103-2及第二寄生補片104之下條104-2。一第三電路板702-3包含接地條102之水平部分102-1。電路板702之組合形成天線100之天線區塊110。電路板702-3可包括適合金屬(諸如附接至一適合非導電基板之銅或鋁)之一薄片，諸如(例如)分層玻璃纖維環氧樹脂FR4。補片條101、103及104可印刷於電路板702-1及702-2上，或使用任何其他適合程序(諸如(例如)蝕刻)來產生於電路板702-1、702-2上。
在圖7A所展示之實施例中，使用佈置於天線結構700之層之間之一或多個(例如一組)非導電螺釘及/或間隔件701來將電路板702安裝至接地平面706。例如，間隔件701可定位於天線結構700之各層之間之電路板702-1、702-2、702-3之角隅附近。使用間隔件701來配置天線結構700之層之一優點在於：在此配置中，可容易且精確地控制層之間之間隔。替代地，天線結構700之另一組裝程序可使用自接地平面706延伸之一或多個非導電壁來配置電路板702。在此等實施例中，可 自天線結構700省略一或多個螺釘及/或間隔件701。
現參考圖7B，上條101-1、103-1、104-1之各者藉由一各自連接器703而耦合至對應下條101-2、103-2、104-2。特定言之，一連接器703-2將主補片101之上條101-1與下條101-2耦合，一連接器703-1將第一寄生補片103之上條103-1與下條103-2耦合，及一連接器703-3將第二寄生補片104之上條104-1與下條104-2耦合。類似地，一連接器703-4將接地PCB 702-3與接地平面706耦合，如圖7A中所展示。若期望，則一或多個調諧條707可連接於第一寄生補片103與接地PCB 702-3之間及/或第二寄生補片104與接地PCB 702-3之間。
圖8A至圖8C描繪根據另一實施例之實施圖1至圖6之天線100的一天線結構800，其中主補片101、第一寄生補片103及第二寄生補片104印刷於一可撓性電路板801上。可撓性電路板801圍繞自一接地平面804延伸或連接至一接地平面804之一接地條802折疊。經折疊之可撓性電路板801及接地條802可藉由一或多個非導電支撐件803(例如壁)而固持於適當位置。在一些實施例中，如圖8C中所繪示，天線總成800亦可包含一或多個加強條805以產生經折疊可撓性電路板801之一所要形狀。若期望，則一或多個調諧條807可連接於第一寄生補片103與接地條802之間及/或第二寄生補片104與接地條802之間。使用一可撓性電路板來取代下條及上條之兩個分離板因無需單獨連接天線補片101、103及104之各自上條及下條而大體上簡化天線100之製程。
圖9A至圖9C描繪實施圖1至圖6之天線100的一天線結構900之另一實施例，其中主補片101、第一寄生補片103及第二寄生補片104印刷於一可撓性電路板905上。可撓性電路板905圍繞自接地平面904延伸或連接至接地平面904之接地條908折疊。經折疊之可撓性電路板905及接地條908可藉由一或多個非導電支撐件909(例如壁)而固持於適當位置。在一些實施例中，天線總成900亦可包含一或多個加強條 906以產生經折疊可撓性電路板905之一所要形狀。若期望，則一或多個調諧條907可連接於第一寄生補片103與接地條908之間及/或第二寄生補片104與接地條908之間。
在天線結構900中，可撓性電路板905之主補片101之上條之至少一部分及第一寄生補片103及第二寄生補片104之上條之至少一部分位於空間中之一第一平面901中。可撓性電路板905之主補片101之下條之至少一部分及第一寄生補片103及第二寄生補片104之下條之至少一部分位於空間中之一第二平面902及一第三平面903中。第二平面902不平行於第一平面901或接地平面904。相應地，在此配置中，接地平面904與位於第二平面902內之補片天線元件之非平行部分(以及各自補片101、103、104之下條101-2、103-2、104-2之部分)之間之距離沿一方向逐漸增大。增大接地間隔一般會改良天線之輻射效率，藉此減小天線之Q因數及加寬天線之頻寬。因此，接地平面904與各自補片101、103、104之下條101-2、103-2、104-2(其等包含於位於第二平面902內之可撓性電路板905之非平行部分內)之間之間隔量之逐漸增大會使天線之頻寬增大且不增加總天線高度。應注意：天線900中之逐漸間隔特徵不受限於一可撓性電路板實施方案且可以任何其他適合方式(例如使用若干非可撓電路板)實施。
應自上文之描述瞭解，可藉由執行以下步驟之一或多者而調整天線之操作頻率特性(特定言之，頻寬)：在寄生補片與接地條之間附接一調諧條；改變該調諧條之一尺寸；改變寄生補片與接地條之間之該調諧條之一位置；改變一饋送接針之一位置；將主補片直接耦合至寄生補片；將主補片間隙耦合至寄生補片；調整一經間隙耦合之主補片與寄生補片之間之一空間關係；維持主補片之第一條與主補片之第二條之間之一恆定空間關係；維持寄生補片之第一條與寄生補片之第二條之間之一恆定空間關係；變動主補片之第一條之至少一部分與主 補片之第二條之至少一部分之間之一空間關係；變動寄生補片之第一條之至少一部分與寄生補片之第二條之至少一部分之間之一空間關係；變動主補片之第二條之至少一部分與一接地平面之間之一空間關係；將主補片之一長度修改成不同於寄生補片之一長度；及將主補片之一寬度修改成不同於寄生補片之一寬度。
圖10中之表1000展示根據若干實施例之若干操作頻率處之天線100相對於一習知單一諧振器補片天線之一尺寸比較。如自表1000可見，藉由利用本文中所描述之技術而達成相對於一習知補片天線之尺寸之一顯著尺寸減小。
圖11中之表1100展示根據若干實施例之若干操作頻率處之天線100相對於一習知單一諧振器補片天線之一天線效能比較。表1100展示：天線100之增益、方向性及失配損耗儘管略微降級，但仍可與一習知單一諧振器補片天線之對應參數仍然相比，從而使天線100適合於需要或可受益於天線100之尺寸減小之諸多應用。
圖12係展示天線100之一實例性實施例之電壓駐波比(VSWR)對頻率的一VSWR曲線圖1200。曲線圖1200展示：在所繪示實施例中，在約40%之一比例頻寬內達成一適合輸入阻抗匹配(VSWR<6)。
圖13係天線之兩個實例性實施例(即，具有及不具有接地平面間隔之一逐漸增大(上文結合圖9A至圖9C所論述))之VSWR對頻率之一曲線圖1300。在曲線圖1300中，由實線指示不具有漸增接地平面間隔之一實例性天線之VSWR，同時由虛線指示具有與接地平面之漸增間隔之一實例性天線。如自曲線圖1300可見，虛線所展示之一低VSWR(例如<6)區域跨度比由實線指示之一低VSWR(例如<6)區域所跨度之頻帶大之一頻帶。相應地，曲線圖1300展示：當引入一逐漸增大之接地平面間隔時，天線頻寬加寬。
圖14A及圖14B分別描繪根據一實施例之比較自由空間中操作之 一實例性天線與安裝於一金屬表面上之該實例性天線的輻射場型之一VSWR曲線圖1400及一極座標圖1410。在圖14A及圖14B所描繪之實施例中，該實例性天線在超高頻(UHF)頻帶中之一相對較低頻率範圍(即，約470MHz至約790MHz之一操作頻率範圍)內操作。在圖14A及圖14B中，虛線對應於自由空間操作之一實例性天線，同時實線對應於安裝於一大金屬表面上之該實例性天線。如自曲線圖1400及1410可見，該安裝表面對天線之效能無顯著影響。
圖15A及圖15B分別描繪根據另一實施例之比較自由空間操作之一實例性天線與安裝於一金屬表面上之該實例性天線的輻射場型之一VSWR曲線圖1500及一極座標圖1510。在圖15A及圖15B所描繪之實施例中，該實例性天線在UHF頻帶中之一相對較高頻率範圍(即，約680MHz至約980MHz之一操作頻率範圍)內操作。在圖15A及圖15B中，虛線對應於自由空間操作之一實例性天線，同時實線對應於安裝於一大金屬表面上之該實例性天線。如自曲線圖1500及1510可見，該安裝表面對較高頻率範圍內操作之天線之效能無顯著影響。
上文所描述之組態及技術提供用於減小一補片天線之尺寸及增大頻寬之若干調諧選項，諸如：使用具有兩個輻射邊緣之一折疊主補片；沿該主補片之一非輻射邊緣之至少一部分將一寄生補片間隙耦合至該主補片；使用一或多個調諧條來將一或多個寄生補片耦合至接地條；逐漸增大該主補片及該(等)寄生補片與接地平面之間之間隔；及修改該主補片及該一或多個寄生補片之長度及寬度。能夠透過使用此等調諧選項之一或多者而實現具有相較於既有補片天線之一40%比例頻寬及沿所有維度之一50%尺寸減小的一改良型補片天線。此一補片天線適合於短至適中範圍之無線通信系統，例如無線麥克風、無線監聽系統、區域無線資料網路及無線醫療器件。另外，低輪廓、顯著減小之尺寸及對安裝表面之不敏感性使本發明之天線與永久性室內安裝 設備相容。
儘管已參考意欲僅具繪示性而非限制本發明之特定實例而描述所揭示之方法及裝置，但一般技術者應明白，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下對所揭示實施例進行改變、添加或刪除。因此，本專利涵蓋字面上或依等同原則完全落於隨附申請專利範圍之範疇內之所有方法、裝置及製品。
100‧‧‧寬頻多條天線/補片天線
101‧‧‧主補片/補片條/天線補片
102‧‧‧接地條
103‧‧‧第一寄生補片/補片條/天線補片
104‧‧‧第二寄生補片/補片條/天線補片
105-1‧‧‧調諧條
105-2‧‧‧調諧條
106‧‧‧接地平面
110‧‧‧天線區塊/天線元件

Claims (27)

  1. 一種天線總成，其包括：一接地平面；一接地條，其自該接地平面延伸；一主補片，其包含一第一條及一第二條，該主補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方且與該接地條形成一第一輻射邊緣，及該主補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方且與該接地平面形成一第二輻射邊緣；及一寄生補片，其沿該主補片之一非輻射邊緣之至少一部分耦合至該主補片，該寄生補片包含一第一條及一第二條，該寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方及該寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方。
  2. 如請求項1之天線總成，其進一步包括直接耦合至該寄生補片及該接地條之一調諧條。
  3. 如請求項1之天線總成，其中該主補片之該第一條之該至少一部分及該寄生補片之該第一條之該至少一部分位於一第一平面中，及該主補片之該第二條之該至少一部分及該寄生補片之該第二條之該至少一部分位於一第二平面中，其中該第一平面與該第二平面係不同的。
  4. 如請求項3之天線總成，其中該第一平面平行於該第二平面。
  5. 如請求項3之天線總成，其中該第一平面不平行於該第二平面。
  6. 如請求項1之天線總成，其中：該主補片具有一長度及一寬度；及該寄生補片具有一長度及一寬度，其中該主補片之該長度不同於該寄生補片之該長度。
  7. 如請求項6之天線總成，其中：該主補片之該寬度不同於該寄生補片之該寬度。
  8. 如請求項1之天線總成，其中：該主補片具有一長度及一寬度；及該寄生補片具有一長度及一寬度，其中該主補片之該寬度不同於該寄生補片之該寬度。
  9. 如請求項1之天線總成，其中該寄生補片係一第一寄生補片及該非輻射邊緣係一第一非輻射邊緣，該天線總成進一步包括：一第二寄生補片，其沿該主補片之一第二非輻射邊緣之至少一部分耦合至該主補片，該第二寄生補片包含一第一條及一第二條，該第二寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方及該第二寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方。
  10. 如請求項9之天線總成，其進一步包括：一第一調諧條，其直接耦合至該第一寄生補片及該接地條；及一第二調諧條，其直接耦合至該第二寄生補片及該接地條。
  11. 如請求項10之天線總成，其中該主補片之該第一條之該至少一部分、該第一寄生補片之該第一條之該至少一部分及該第二寄生補片之該第一條之該至少一部分位於一第一平面中，及該主補片之該第二條之該至少一部分、該第一寄生補片之該第二條之該至少一部分及該第二寄生補片之該第二條之該至少一部分位於一第二平面中，其中該第一平面與該第二平面係不同的。
  12. 如請求項11之天線總成，其中該第一平面平行於該第二平面。
  13. 如請求項11之天線總成，其中該第一平面不平行於該第二平面。
  14. 如請求項9之天線總成，其中 該主補片具有一長度及一寬度；該第一寄生補片具有一長度及一寬度；該第二寄生補片具有一長度及一寬度；及其中該主補片之該長度、該第一寄生補片之該長度及該第二寄生補片之該長度係不同的。
  15. 如請求項14之天線總成，其中該主補片之該寬度、該第一寄生補片之該寬度及該第二寄生補片之該寬度係不同的。
  16. 如請求項9之天線總成，其中該主補片具有一長度及一寬度；該第一寄生補片具有一長度及一寬度；該第二寄生補片具有一長度及一寬度；及其中該主補片之該寬度、該第一寄生補片之該寬度及該第二寄生補片之該寬度係不同的。
  17. 如請求項1之天線總成，其進一步包括：一可撓性印刷電路板，其包含該主補片及該寄生補片，該可撓性印刷電路板圍繞該接地條折疊；一加強條，其支撐圍繞該接地條折疊之該可撓性電路板；及至少一支撐件，其中該加強條附接至該支撐件。
  18. 如請求項1之天線總成，其進一步包括：一第一印刷電路板，其包含該主補片之該第一條及該寄生補片之該第一條；一第二印刷電路板，其包含該接地條；一第三印刷電路板，其包含該主補片之該第二條及該寄生補片之該第二條；一第一連接器，其將該主補片之該第一條耦合至該主補片之 該第二條；一第二連接器，其將該寄生補片之該第一條耦合至該寄生補片之該第二條；及至少一間隔件，其佈置於該第一印刷電路板、該第二印刷電路板及該第三印刷電路板之間。
  19. 如請求項1之天線總成，其中該寄生補片沿該主補片之該非輻射邊緣之至少一部分間隙耦合至該主補片。
  20. 一種天線總成，其包括：一接地平面；一接地條，其自該接地平面延伸；一主補片，其包含一第一條及一第二條，該主補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方且與該接地條形成一第一輻射邊緣，及該主補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方且與該接地平面形成一第二輻射邊緣；一第一寄生補片，其沿該主補片之一第一非輻射邊緣之至少一部分耦合至該主補片，該第一寄生補片包含一第一條及一第二條，該第一寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方及該第一寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方；一第二寄生補片，其沿該主補片之一第二非輻射邊緣之至少一部分耦合至該主補片，該第二寄生補片包含一第一條及一第二條，該第二寄生補片之該第一條之至少一部分佈置於該接地條上方及該第二寄生補片之該第二條之至少一部分佈置於該接地條下方；該主補片之該第一條之該至少一部分、該第一寄生補片之該第一條之該至少一部分及該第二寄生補片之該第一條之該至少 一部分位於一第一平面中，及該主補片之該第二條之該至少一部分、該第一寄生補片之該第二條之該至少一部分及該第二寄生補片之該第二條之該至少一部分位於一第二平面中，其中該第一平面不同於該第二平面；一第一調諧條，其直接耦合至該第一寄生補片及該接地條；及一第二調諧條，其直接耦合至該第二寄生補片及該接地條。
  21. 如請求項20之天線總成，其中該第一平面不平行於該第二平面。
  22. 如請求項20之天線總成，其中：該主補片具有一長度及一寬度；該第一寄生補片具有一長度及一寬度；及該第二寄生補片具有一長度及一寬度，其中該主補片之該長度、該第一寄生補片之該長度及該第二寄生補片之該長度係不同的，及該主補片之該寬度、該第一寄生補片之該寬度及該第二寄生補片之該寬度係不同的。
  23. 如請求項20之天線總成，其中該第一寄生補片沿該主補片之該第一非輻射邊緣之該至少一部分間隙耦合至該主補片及該第二寄生補片沿該主補片之該第二非輻射邊緣之該至少一部分間隙耦合至該主補片。
  24. 一種用於給一無線系統提供一天線之方法，該方法包括：提供一接地條，該接地條自一接地平面延伸；提供包含一第一條及一第二條之一主補片；圍繞該接地條定位該主補片，其中該主補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方且與該接地條形成一第一輻射邊緣，及該主補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方 且與該接地平面形成一第二輻射邊緣；及沿該主補片之一非輻射邊緣之至少一部分將一寄生補片耦合至該主補片，其中該寄生補片包含一第一條及一第二條，該寄生補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方及該寄生補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方。
  25. 如請求項24之方法，其進一步包括藉由執行以下步驟之一或多者而調整該天線之一頻寬：在該寄生補片與該接地條之間附接一調諧條；改變該調諧條之一尺寸；改變該寄生補片與該接地條之間之該調諧條之一位置；改變一饋送接針之一位置；將該主補片直接耦合至該寄生補片；將該主補片間隙耦合至該寄生補片；調整一經間隙耦合之主補片與寄生補片之間之一空間關係；維持該主補片之該第一條與該主補片之該第二條之間之一恆定空間關係；變動該主補片之該第一條之該至少一部分與該主補片之該第二條之該至少一部分之間之一空間關係；變動該寄生補片之該第一條之該至少一部分與該寄生補片之該第二條之該至少一部分之間之一空間關係；變動該主補片之該第二條之至少一部分與一接地平面之間之一空間關係；將該主補片之一寬度修改成不同於該寄生補片之一寬度；及將該主補片之一長度修改成不同於該寄生補片之一長度。
  26. 如請求項24之方法，其中該寄生補片係一第一寄生補片及該非輻射邊緣係一第一非輻射邊緣，該方法進一步包括： 沿該主補片之一第二非輻射邊緣之至少一部分將一第二寄生補片耦合至該主補片，其中該第二寄生補片包含一第一條及一第二條，該第二寄生補片之該第一條之至少一部分定位於該接地條上方及該第二寄生補片之該第二條之至少一部分定位於該接地條下方。
  27. 如請求項26之方法，其中將一第一寄生補片耦合至該主補片包含沿該主補片之該第一非輻射邊緣之該至少一部分將該第一寄生補片間隙耦合至該主補片，及將一第二寄生補片耦合至該主補片包含沿該主補片之該第二非輻射邊緣之該至少一部分將該第二寄生補片間隙耦合至該主補片。
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