TWI566474B - 多頻天線 - Google Patents

Description

多頻天線

本發明提供一種多頻天線，且特別是關於一種具有環形輻射部設置於饋入部的多頻天線。

請參照圖1，圖1是傳統多頻天線的等效示意圖。傳統多頻天線1包括輻射部16、饋入部14、短路部15與寄生的單極天線17。輻射部16、饋入部14與短路部15形成一個平面倒F型天線，輻射部16電性連接短路部15的一端與饋入部14的一端。饋入部14的另一端電性連接訊號源13，而短路部15的另一端電性連接接地面12。寄生的單極天線17的一端為開路端，且寄生的單極天線17的另一端電性連接接地面12。

輻射部16分為第一輻射部161與第二輻射部162，其中第一輻射部161係由輻射部16的一側端16a與饋入部14及輻射部16的連接端點16c所定義，且第二輻射部162係由輻射部16的另一相對側端16b與饋入部14及輻射部16的連接端點16c所定義。第一輻射部161可為長輻射部，而第二輻射部162可為短輻射部。訊號源13用以將訊號送至饋入部14，以使得第一輻射部161與第二輻射部162分別激發出第一與第二共振頻率的電磁輻射訊號。另外，由於第一輻射部161與饋入部14包圍寄生的單極天線17，故第一共振頻率的電磁輻射訊號會耦合至寄生的單極天線17，使得寄生的單極天線17激發出第三共振頻率的電磁輻射訊號，其中第三共振頻率異於第一共振頻率。

雖然傳統多頻天線1可以設置在空間有限的行動裝置中，並達到目前所需要的寬頻多頻帶操作之需求，但是，由於寄生的單 極天線17亦受到周遭金屬元件的影響，因此傳統多頻天線1仍會有訊號收發穩定度較差的問題。

本發明提供一種多頻天線。前述多頻天線包括饋入部、短路部、輻射部以及環形輻射部，饋入部的一端電性連接一訊號源，短路部的一端電性連接一接地面，輻射部電性連接饋入部的另一端以及短路部的另一端，環形輻射部電性連接饋入部。

進一步的，其中該輻射部、該饋入部以及該短路部形成一平面倒F型天線，而該環形輻射部形成一封閉路徑。

進一步的，其中該輻射部包括一第一輻射部以及一第二輻射部。

進一步的，其中該輻射部的一側端到該饋入部與該輻射部的連接點之間為該第一輻射部；該輻射部的另一側端到該饋入部與該輻射部的連接點之間為該第二輻射部，該第二輻射部的長度小於該第一輻射部。

進一步的，其中該封閉路徑係為一矩形、圓形、三角形或橢圓形形狀其中之一種。

進一步的，其中該第一輻射部、該第二輻射部及該環形輻射部分別決定該多頻天線的一第一共振頻率、第二共振頻率及一第三共振頻率，其中該第二共振頻率大於該第一共振頻率，且該第三共振頻率介於該第一與該第二共振頻率。

進一步的，其中該輻射部的一側端至該訊號源為該第一輻射部的路徑，該輻射部的另一側端至該訊號源為第二輻射部的路徑，該環形輻射部的周長及其至該訊號源為該環形輻射部的路徑。

綜上所述，相較於傳統多頻天線而言，本發明實施例所提供的多頻天線可以利用有限的空間來實現天線的多頻操作，以提升其在頻寬、輻射效率或增益等各方面上的效能表現。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、 方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧傳統多頻天線

21、41‧‧‧基板

12、22、42、52、62‧‧‧接地面

13、23、43、53、63‧‧‧訊號源

14、24、44、54、64‧‧‧饋入部

15、25、45、55、65‧‧‧短路部

16、26、46、56、66‧‧‧輻射部

161、261、461‧‧‧第一輻射部

162、262、462‧‧‧第二輻射部

16a~16c、26a~26c、46a~46c‧‧‧端點

17‧‧‧寄生的單極天線

2、4、5、6‧‧‧多頻天線

31、33‧‧‧低頻頻帶

32、34‧‧‧高頻頻帶

27、47、57、67‧‧‧環形輻射部

241、441‧‧‧第一走線

242、442‧‧‧第一導體柱

251、451‧‧‧第二走線

252、452‧‧‧第二導體柱

271、272、471、472‧‧‧長側段

273、473‧‧‧短側段

d1、d4‧‧‧距離

d2、d3‧‧‧長度

C30、C31‧‧‧曲線

圖1是傳統多頻天線的等效示意圖。

圖2A是本發明實施例提供的一種多頻天線的立體示意圖。

圖2B是本發明實施例提供的一種多頻天線的等效示意圖。

圖3是圖2A、圖2B之多頻天線與不具有環形輻射部的平面 倒F型天線之返回損失比較圖。

圖4A是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的立體示意圖。

圖4B是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的等效示意圖。

圖5是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的等效示意圖。

圖6是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的等效示意圖。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「或」 視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。

〔多頻天線之實施例〕

首先，請同時參照圖2A與圖2B，圖2A是本發明實施例提供的一種多頻天線的立體示意圖，而圖2B是本發明實施例所提供的一種多頻天線的等效示意圖。多頻天線2包括饋入部24、短路部25、輻射部26以及環形輻射部27。在此請注意，上述多頻天線2的等效示意圖與立體示意圖的差異在於，等效示意圖中的饋入部24、短路部25以及環形輻射部27係未如立體示意圖中有彎折，而部份或全部設置基板21上。此領域具有通常知識者應當理解多頻天線2的設計理念係可參照於多頻天線2的等效示意圖，而多頻天線2的立體示意圖繪示了多頻天線2置放於電子裝置的可能情況。

輻射部26電性連接饋入部24的一端與短路部25的一端。短路部25的另一端電性連接接地面22，而饋入部24的另一端電性連接訊號源23。饋入部24、短路部25與輻射部26形成一個平面倒F型天線。

環形輻射部27電性連接饋入部24，並形成一個封閉路徑。環形輻射部27用以激發出電磁輻射訊號，其中環形輻射部27所激發出之電磁輻射訊號的共振頻率相異於與輻射部26所激發之電磁輻射訊號之共振頻率。環形輻射部27係用以取代傳統多頻天線中寄生之單極天線，且環形輻射部27不似寄生之單極天線容易受到周遭金屬源漸得影響，故能夠提升多頻天線2在頻寬、輻射效率或增益等各方面上的效能表現。

多頻天線2形成於基板21的其中一表面，且位於所述基板21的其中一側。基板21還包括了接地面22，接地面22是導體金屬層。基板21可以是電子裝置的電路板或獨立基板。此外，基板21可以是單層基板、雙層基板或多層基板。

於此實施例中，環形輻射部27是設置於饋入部24的矩形金屬片，且其接觸訊號源23。然而，本發明並不限制環形輻射部27是否接觸訊號源23，且也不限制環形輻射部27的形狀以及其與饋入部24之間的接觸點個數。另外，短路部25與饋入部24之間具有一特定間距d1，而此特定間距d1可依據實際使用情況或產品規格來進行設計。

訊號源23係藉由傳輸線(圖未示)用以提供多頻天線2進行無線通訊之電磁輻射訊號，其中傳輸線為同軸電纜線，其內部包括金屬訊號線(圖未示)。金屬訊號線電性連接至饋入部24，並將無線通訊之電磁輻射訊號經由輻射部26發射至外界。

輻射部26為一金屬平板，並設置於接地面22的上方，且上述金屬平板的形狀為矩形。另外，以饋入部24及輻射部26的連接點26c作為分界點，可將輻射部26區分為第一輻射部261以及第二輻射部262，亦即第一輻射部261係由輻射部26的一側端26a到饋入部24與輻射部26的連接點26c之間的長度d3所定義，而第二輻射部262係由輻射部26的另一側端26b到饋入部24與輻射部26的連接點26c之間的長度d2所定義。第二輻射部262的長度d2小於第一輻射部261的長度d3。

另外，輻射部26的形狀不以矩形結構為限，於其他實施例中，輻射部26的形狀也可以是圓形、橢圓形的金屬平板，總之本發明並不加以限制輻射部26的形狀。除此之外，輻射部26之第二幅射部262與第一輻射部261的相對位置及長度d2、d3可依設計者需求而調整，並不以圖2A、2B及上述條件為限。

饋入部24包括第一走線241與第一導體柱242，且第一走線241設置於基板21上。第一導體柱242電性連接第一走線241，而第一走線241從第一導體柱242的一端延伸出來，以電性連接訊號源23。此外，第一走線241與第一導體柱242之間形成一第一特定夾角，例如為90度。然而，於其他實施例中，第一走線241 與第一導體柱242之間的第一特定夾角也可以為其他角度，總之本發明並不加以限制饋入部24的結構。

短路部25包括第二走線251與第二導體柱252，且第二走線251設置於基板21上。第二導體柱252電性連接第二走線251，而第二走線251從第二導體柱252的一端延伸出來，以電性連接接地面22。此外，第二走線251與第二導體柱252之間形成一第二特定夾角，例如為90度。然而，於其他實施例中，第二走線251與第二導體柱252之間的第二特定夾角也可以為其他角度，總之本發明並不加以限制短路部25的結構。

環形輻射部27設置於基板21上，其中環形輻射部27重疊於輻射部26的平面投影，並且與接地面22以及輻射部26彼此分開。另外，環形輻射部27包括第一長側段271、第二長側段272以及短側段273，其中第二長側段272與該第一長側段271彼此分開。第一長側段271的一端電性連接訊號源23以及第一走線241。第一長側段271的另一端電性連接短側段273的一端。第二長側段272的一端電性連接第一走線241與第一導柱體242。第二長側段272的另一端電性連接短側段273的另一端。因此，環形輻射部27透過第一長側段271、第二長側段272、一個短側段273以及第一走線241形成矩形路徑金屬片。

進一步地說，環形輻射部27電性連接於饋入部24以形成封閉路徑的金屬片。然而，環形輻射部27的封閉路徑並不以矩形為限，也可以是圓形、三角形、橢圓形或其它相似之環形結構，總之本發明並不加以限制環形輻射部27的封閉路徑的形狀。

於本實施例中，饋入部24、短路部25以及環形輻射部27具有相同的線寬。然而，於其他實施例中，饋入部24、短路部25以及環形輻射部27也可以具有不同的線寬，總之本發明並不加以限制饋入部24、短路部25以及環形輻射部27的線寬。

另一方面，根據上述多頻天線2的架構可以提供三個共振頻 率來接收與發射電磁輻射訊號，其中第一輻射部261、第二輻射部262以及環形輻射部27能夠激發出第一共振頻率、第二共振頻率及第三共振頻率的電磁輻射訊號，其中第二共振頻率大於第一共振頻率，且第三共振頻率介於第一共振頻率以及第二共振頻率之間。舉例而言，多頻天線2的第一至第三共振頻率分別為900MHz、2100MHz與1800MHz。

另外，輻射部26的一側端26a至訊號源23為第一輻射部261的路徑，輻射部26的另一側端26b至訊號源23為第二輻射部262的路徑，環形輻射部27的周長為環形輻射部27的路徑，前述第一輻射部261的路徑、第二輻射部262的路徑及環形輻射部27的路徑分別決定第一至第三共振頻率。更進一步地說，第一輻射部261的路徑約略是第一共振頻率的四分之一波長，第二輻射部262的路徑約略是第二共振頻率的四分之一波長，而環形輻射部27的路徑約略是第三共振頻率的二分之一波長。

此外，於本實施例中，多頻天線2的饋入部24、短路部25、輻射部26以及環形輻射部27的結構以圖中所示之形狀為例，但於實際應用時，可依設計者需求進行適當的變化，舉例來說，可以依據需求改變多頻天線2的饋入部24、短路部25、輻射部26以及環形輻射部27的線寬或形狀。

再者，於本實施例中，不加以限制饋入部24、短路部25、第一輻射部261、第二輻射部262的長度以及環形輻射部27的長度。依據不同共振頻率的需求，饋入部24、短路部25、輻射部26以及環形輻射部27可以有多種長度設計。換言之，所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際使用情況進行設計，故本發明並不加以限制饋入部24、短路部25、輻射部26以及環形輻射部27的長度。

接著，請參照圖3，圖3是圖2A、圖2B之多頻天線與不具有環形輻射部的平面倒F型天線之返回損失比較圖。於圖3中，縱 軸表示返回損失值(return loss)，單位為分貝(dB)，而橫軸表示頻率(frequency)，以十億赫茲(GHz)為單位。曲線C30表示為不具有環形輻射部的多頻天線之返回損失量測結果曲線。曲線C31為圖2A與圖2B本發明實施例的多頻天線2之返回損失量測結果曲線。

由圖3可知，相較於不具有環形輻射部27的平面倒F型天線，本發明實施例的多頻天線2不論低頻頻帶31或是高頻頻帶32的天線輻射效能都優於不具有環形輻射部27的平面倒F型天線的低頻頻帶33以及高頻頻帶34。

承上述，本發明實施例的多頻天線2不僅可以滿足操作於第一共振頻率900MHz、第二共振頻率2100MHz與第三共振頻率1800MHz的多頻帶需求，且相較於不具有環形輻射部27的平面倒F型天線，本發明的多頻天線2具有更佳的天線輻射穩定性與天線輻射效能。

〔多頻天線之另一實施例〕

請參照圖4A與圖4B，圖4A是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的立體示意圖，而圖4B是本發明另一實施例提供的一種多頻天線的等效示意圖。本實施例的多頻天線4與前述實施例的多頻天線2相似，亦即基板41、接地面42、訊號源43、饋入部44(具有第一導線441與第一導體柱442)、短路部45(具有第一導線451與第一導體柱452)與輻射部46(具有端點46a~46c、第一輻射部461與第二輻射部462)分別相同於圖2A與圖2B實施例的基板21、接地面22、訊號源23、饋入部24(具有第一導線241與第一導體柱242)、短路部25(具有第一導線251與第一導體柱252)、與輻射部26(具有端點26a~26c、第一輻射部261與第二輻射部262)，因此不再贅述上述元件。同樣地，多頻天線4也可以達成共振於第一共振頻率900MHz、第二共振頻率2100MHz與第三共振頻率1800MHz之多頻帶需求。

然而，相較於圖2A與圖2B的多頻天線2中的環形輻射部27， 圖4A的環形輻射部47的第一長側段471並未電性連接訊號源23，且第一長側段471與訊號源43具有一距離d4，亦即環形輻射部47未接觸訊號源43，且其與饋入部44之間具有兩個接觸點。所以本實施例之環形輻射部47的路徑為環形輻射部47的周長加上其至訊號源43的距離d4。另外，環形輻射部47中的長側段473與短側段472則分別與圖2A與圖2B的長側段273與短側段272相同，故不再贅述。

附帶一提的是，於本實施例中，第一長側段471與訊號源43的距離d4可依據實際使用情況或產品規格來進行設計。換言之，所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際使用情況進行設計，故本發明不加以限制第一長側段471與訊號源43的距離d4。

〔多頻天線之另兩實施例〕

請接著參照圖5與圖6，圖5與圖6是本發明另兩實施例提供的兩種多頻天線的等效示意圖。相較於圖4A與4B的多頻天線4，圖5的多頻天線5之環形輻射部57為三角環形，而圖6的多頻天線6之環形輻射部67為橢圓形。於圖5中，接地面52、訊號源53、饋入部54、短路部55與輻射部56分別相同於圖4A與4B實施例的接地面42、訊號源43、饋入部44、短路部45與輻射部56，且同樣地，於圖6中，接地面62、訊號源63、饋入部64、短路部65與輻射部66分別相同於圖4A與4B實施例的接地面42、訊號源43、饋入部44、短路部45與輻射部56，因此不再贅述上述元件。

於圖5中，環形輻射部57的路徑為該三角形的周長加上其至訊號源53的距離。於圖6中，環形輻射部67的路徑為該橢圓形的周長加上其至訊號源63的距離。

〔本發明可能之功效〕

綜上所述，相較於傳統多頻天線，本發明實施例所提供的多頻天線能避免週遭物體的影響，以提升訊號收發之穩定度。同時， 本發明的多頻天線設計非但結構簡單且製作容易，其尺寸相較於一般多共振頻帶的天線來得小，從而簡化天線組成結構與體積，大幅縮減天線配置空間，使天線輕易擺置於各種電子裝置內部，以提升系統配置的彈性。

以上所述，僅為本發明具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

2‧‧‧多頻天線

22‧‧‧接地面

23‧‧‧訊號源

24‧‧‧饋入部

25‧‧‧短路部

26‧‧‧輻射部

26a~26c‧‧‧端點

27‧‧‧環形輻射部

261‧‧‧第一輻射部

262‧‧‧第二輻射部

271、273‧‧‧長側段

272‧‧‧短側段

d1‧‧‧距離

d2、d3‧‧‧長度

Claims (8)

1. 一種多頻天線，包括：一饋入部，其一端電性連接一訊號源；一短路部，其一端電性連接一接地面；一輻射部，電性連接該饋入部的另一端以及該短路部的另一端，其中，該輻射部包括一第一輻射部以及一第二輻射部；以及一環形輻射部，電性連接該饋入部，其中，該第一輻射部、該第二輻射部及該環形輻射部分別決定該多頻天線的一第一共振頻率、一第二共振頻率及一第三共振頻率。
2. 如請求項第1項所述之多頻天線，其中該輻射部、該饋入部以及該短路部形成一平面倒F型天線，而該環形輻射部形成一封閉路徑。
3. 如請求項第1項所述之多頻天線，其中該輻射部的一側端到該饋入部與該輻射部的連接點之間為該第一輻射部；該輻射部的另一側端到該饋入部與該輻射部的連接點之間為該第二輻射部，該第二輻射部的長度小於該第一輻射部。
4. 如請求項第2項所述之多頻天線，其中該封閉路徑係為一矩形、圓形、三角形或橢圓形形狀其中之一種。
5. 如請求項第1項所述之多頻天線，其中該第二共振頻率大於該第一共振頻率，且該第三共振頻率介於該第一與該第二共振頻率。
6. 如請求項第5項所述之多頻天線，其中該輻射部的一側端至該訊號源為該第一輻射部的路徑，該輻射部的另一側端至該訊號源為第二輻射部的路徑，該環形輻射部的周長及其至該訊號源為該環形輻射部的路徑。
7. 如請求項第6項所述之多頻天線，其中該第一輻射部的路徑約 略為該第一共振頻率的四分之一波長，該第二輻射部的路徑約略為該第二共振頻率的四分之一波長，該環形輻射部的路徑約略為該第三共振頻率的二分之一波長。
8. 如請求項第7項所述之多頻天線，其中該第一共振頻率為900MHz，該第二共振頻率為2100MHz，該第三共振頻率為1800MHz。