TWI583047B - Antenna device - Google Patents

Antenna device Download PDF

Info

Publication number
TWI583047B
TWI583047B TW103122445A TW103122445A TWI583047B TW I583047 B TWI583047 B TW I583047B TW 103122445 A TW103122445 A TW 103122445A TW 103122445 A TW103122445 A TW 103122445A TW I583047 B TWI583047 B TW I583047B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
antenna
antenna device
frequency
substrates
Prior art date
Application number
TW103122445A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201601377A (zh
Inventor
Wen-Shi Chen
Zong-Wei Lian
Cheng-Fa Yang
You-Ze Lin
Original Assignee
Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech filed Critical Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech
Priority to TW103122445A priority Critical patent/TWI583047B/zh
Publication of TW201601377A publication Critical patent/TW201601377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI583047B publication Critical patent/TWI583047B/zh

Links

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Description

天線裝置
本發明係與電子通信技術有關，特別係指一種用於甚高頻段通信之天線裝置。
近年來臺灣各地發生颱風、豪雨、土石流等天然災害頻傳，常發生鄉鎮聚落民眾被困、斷絕對外聯繫的情況，現代人為健康休閒目的而從事戶外活動之情況亦越發興盛，連帶造成山難事件增加。對受災者與救災人員而言，最感困擾之處莫過於在野外荒涼處通訊不便。雖然行動通訊技術快速成長使手機、平板電腦、智慧手錶、智慧眼鏡等攜帶型裝置成為日常配備，但這些個人智慧行動裝置使用之GSM、2G、3G等系統皆需要建立大量基地台以作為訊號中繼轉接站，在都市以外基地台無法涵蓋之區域、例如山地偏遠處等往往不能收發訊號，造成受災者無法求救、救災人員難以呼叫支援之情況。救災人員在野外使用之通訊設備頻率通常使用甚高頻(VHF)系統，現代發展救災與防災速報通信系統之需求逐漸被重視，故整合警消防救災VHF通信系統於個人智慧行動裝置上，提供即時災害速報資訊與求救訊號發送，是個人化防災通信技術發展重要的一個環節。
市面上一般個人智慧行動裝置使用之通信系統如2G、3G、4G、WiFi、GPS、藍芽等大多為微波頻段(GHz)，僅需較短長度之天線即可收發訊號，較容易縮裝於手機、平板、智慧手錶等物品中。然而如較低頻如FM(88~108MHz)廣播系統，因其使用之波長甚長，需較長之天線才能確保收訊品質，必須設法延長天線長度，如手機使用外接耳機、收音機使用伸縮式天線等方式來提升天線效能。現今警消防救災VHF通信裝置亦需使用較長天線，以確保天線輻射效率與通訊品質，因此若想將防救災使用之VHF頻段系統與日常慣用之行動裝置結合，如何兼具天線效能與裝置體 積，成為該技術最大之挑戰。
鑒於傳統技術之缺點，本發明係提供一種天線裝置，係使用立體螺旋形天線結構設計，提升天線之輻射效率，解決一般平面式天線設計效率不足之限制。
本發明係提供一種天線裝置，包括：一螺旋形天線，係為一捲繞成立體螺旋形之金屬線圈，係用於接收與發送電磁波訊號；一換頻單元，係電性連接該螺旋形天線，係用於切換該螺旋形天線接收發送之電磁波訊號頻率；該換頻單元係具有一可重置電路，該可重置電路係使用複數組二極體開關改變該可重置電路之總合電容值大小，以改變該天線裝置之共振頻率。
本發明之天線裝置第一實施例包括：二基板，該基板表面係平行設置複數道金屬線，該二基板表面之金屬線係互相平行；複數金屬柱，係設置於該二基板間，係分別連接該二基板表面之金屬線，該二基板之金屬線與該複數金屬柱結合之金屬迴路係組成一螺旋形天線；換頻單元，係設置於其中一基板上，並電性連接該基板之金屬線；其中該螺旋形天線係用於接收與發送電磁波訊號，該換頻單元係具有一可重置電路，該可重置電路係使用複數組二極體開關改變該可重置電路之總合電容值大小，以改變該天線裝置之共振頻率。
本發明之天線裝置第二實施例包括：上基板，該上基板表面係平行設置複數道金屬線；複數金屬柱，係設置於該上基板下方，其上端係分別連接該上基板之金屬線；下基板，係設置於該金屬柱下方，該下基板表面係平行設置複數道金屬線，該金屬線係分別連接該金屬柱之下端，並平行於該上基板之複數道金屬線；換頻單元，係設置於該下基板上，並電性連接該下基板之金屬線；其中該上基板之金屬線、該複數金屬柱與該下基板之金屬線結合之金屬迴路係組成一螺旋形天線，該螺旋形天線係用於接收與發送電磁波訊號，該換頻單元係具有一可重置電路，該可重置電路係使用複數組二極體開關改變該可重置電路之總合電容值大小，以改變該天線裝置之共振頻率。
本發明之天線裝置第一實施例與第二實施例中，其中該金屬線與該金屬柱係以銅、銀、鋁或其他具導電性材質製成。
本發明之天線裝置係用於需較長天線之小型通訊設備，將本發明內建於手機、平板等智慧行動裝置，可使該智慧行動裝置具備與軍警消使用之VHF頻段防救災通訊系統通聯的能力，增加防救災行動成功率與減少人員傷亡，同時滿足商用智慧行動裝置對體積縮小化與重量輕量化之需求。本發明之天線裝置亦可用於軍警用無線電、無線寬頻網路設備或其他無線通訊設備，具有提高天線效率並減少裝置體積重量之優點。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
11‧‧‧螺旋形天線
12、24‧‧‧換頻單元
21‧‧‧上基板
211、221‧‧‧金屬線
22‧‧‧下基板
23‧‧‧金屬柱
31‧‧‧訊號收發端
32‧‧‧天線端
D1、D2、D3‧‧‧二極體
V1、V2、V3‧‧‧二極體操作電壓
C1、C2、C3‧‧‧電容
圖1係為本發明之天線裝置結構圖。
圖2係為本發明之天線裝置之具體實施例結構圖。
圖3係為本發明之換頻單元之實施例內部電路圖。
圖4係為本發明之具體實施例搭配可重置電路之輻射效率模擬圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
圖1係為本發明之天線裝置結構圖，如圖所示，係包括：一螺旋形天線11，係以一金屬線捲繞成立體螺旋形之線圈，係用於接收與發送電磁波訊號；一換頻單元12，係電性連接該螺旋形天線，係用於切換該螺旋形天線接收發送之電磁波訊號頻率。本發明之天線裝置之共振頻率範圍為30~300MHz，於實際應用中，亦可藉由改變螺旋形天線之線圈閘數以適應不同頻段之通訊需求。
本發明之天線裝置係利用立體螺旋形天線結構以提升天線輻射效率，改善以往內建式天線用於較低頻段效率不足而需外接天線或耳 機之限制。立體螺旋形天線有利於提升天線輻射效能，其螺旋形繞線產生之電感性可補償因天線長度過短導致電氣小天線(Electrically Small Antenna)所產生之強電容性，而使本發明之天線裝置可得到所需之共振頻率，並藉由該換頻單元之可重置電路選擇適當之電容值，使共振頻率重置於複數頻帶內，以涵蓋實際應用所需之操作頻段。
本發明之天線裝置於實際應用中，為充分利用空間縮小體積與增加生產效率，可用兩片具複數道金屬線之基板與複數金屬柱組合成一方體狀導線迴路，組成一螺旋形天線。本發明之天線裝置之具體實施例結構圖如圖2所示，係包括：上基板21，該上基板表面係設置複數道金屬線211；下基板22，該下基板係設置複數道金屬線221，該金屬線係與該上基板之金屬線平行對齊；複數金屬柱23，其上端係連接該上基板之金屬線，其下端係連接該下基板之金屬線；以及一換頻單元24，係設置於該下基板上，且電性連接該金屬線。該上基板之金屬線、該複數金屬柱與該下基板之金屬線結合之金屬迴路係組成一螺旋形天線，可達到與一金屬線捲繞成立體螺旋形之線圈相同的功效。
本發明在實際應用時，因天線操作頻率之波長甚長，且為減少本發明之天線裝置所占體積、於有限空間內實現天線效能，故該螺旋形天線將產生電氣小天線(Electrically Small Antenna)之特性，致使該螺旋形天線產生窄頻現象，其可操作之頻段範圍較小，限制該天線裝置之應用，因此本發明具有一換頻單元，使該螺旋形天線可選擇性調整其頻率，以滿足應用波段切換之需求。圖3係為本發明之換頻單元之實施例內部電路圖，如圖所示，該換頻單元係為一可重置電路，包括：一訊號收發端31，係連接至使用該天線裝置之電磁波訊號收發源，如手機、無線電、平板等通訊裝置；三組二極體D1、D2、D3及各二極體對應之操作電壓V1、V2、V3；三組電容C1、C2、C3；一天線端32，係連接該螺旋形天線；該換頻單元係藉由二極體之開關狀態形成不同之訊號路徑，進而選擇不同之總合電容值C r 進行天線共振頻率之切換，該二極體開關狀態與該總合電容值之對應表如表1所示，由於該可重置電路對應總合電容值大小可產生八種電路狀態，故可使該螺旋形天線切換八個不同位置之頻帶，以完整涵蓋所需之頻段要 求。
圖4係為本發明之具體實施例搭配可重置電路之輻射效率模擬圖，如圖所示，將模擬頻段範圍設為警消VHF防災通訊系統常用之136~174MHz，本發明之天線裝置係使用可重置電路解決螺旋形天線因物理限制而造成頻寬與效率不足之情形，使該天線裝置於不同實驗頻率(Frequency)下均具有1%以上之輻射效率，顯示本發明於該模擬頻段範圍中均具有良好之收訊品質。於實際應用中，可藉由改變螺旋形天線之繞線閘數、長度與改變換頻單元之內部電路配置，使本發明之天線裝置可用於不同頻段之通訊系統，以適應不同環境用途之需求。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發 明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
11‧‧‧螺旋形天線
12‧‧‧換頻單元

Claims (4)

  1. 一種天線裝置，包括：二基板，該基板表面係平行設置複數道金屬線，該二基板表面之金屬線係互相平行；複數金屬柱，係設置於該二基板間，係分別連接該二基板表面之金屬線，該二基板之金屬線與該複數金屬柱結合之金屬迴路係組成一螺旋形天線；換頻單元，係設置於其中一基板上，並電性連接該基板之金屬線；其中該天線裝置之共振頻率範圍為30~300MHz，該換頻單元係具有一可重置電路，該可重置電路係使用複數組二極體開關改變該可重置電路之總合電容值大小，以改變該天線裝置之共振頻率。
  2. 一種天線裝置，包括：上基板，該上基板表面係平行設置複數道金屬線；複數金屬柱，係設置於該上基板下方，其上端係分別連接該上基板之金屬線；下基板，係設置於該金屬柱下方，該下基板表面係平行設置複數道金屬線，該金屬線係分別連接該金屬柱之下端，並平行於該上基板之複數道金屬線；換頻單元，係設置於該下基板上，並電性連接該下基板之金屬線；其中該天線裝置之共振頻率範圍為30~300MHz，該上基板之金屬線、該複數金屬柱與該下基板之金屬線結合之金屬迴路係組成一螺旋形天線，該換頻單元係具有一可重置電路，該可重置電路係使用複數組二極體開關改變該可重置電路之總合電容值大小，以改變該天線裝置之共振頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之天線裝置，其中該金屬線係以銅、銀、鋁或其他具導電性材質製成。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之天線裝置，其中該金屬柱係以銅、銀、鋁或其他具導電性材質製成。
TW103122445A 2014-06-30 2014-06-30 Antenna device TWI583047B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122445A TWI583047B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 Antenna device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122445A TWI583047B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 Antenna device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201601377A TW201601377A (zh) 2016-01-01
TWI583047B true TWI583047B (zh) 2017-05-11

Family

ID=55641337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103122445A TWI583047B (zh) 2014-06-30 2014-06-30 Antenna device

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI583047B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220052615A (ko) * 2020-10-21 2022-04-28 타이코에이엠피 주식회사 안테나 장치
CN113964499A (zh) * 2021-11-12 2022-01-21 人民华智通讯技术有限公司 一种车载天线单元

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4924238A (en) * 1987-02-06 1990-05-08 George Ploussios Electronically tunable antenna
TW200824039A (en) * 2006-11-21 2008-06-01 Taiwan Semiconductor Mfg Methods for forming semiconductor devices, damascene structures and interconnect structures
US20120092230A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. On-chip helix antenna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4924238A (en) * 1987-02-06 1990-05-08 George Ploussios Electronically tunable antenna
TW200824039A (en) * 2006-11-21 2008-06-01 Taiwan Semiconductor Mfg Methods for forming semiconductor devices, damascene structures and interconnect structures
US20120092230A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. On-chip helix antenna

Also Published As

Publication number Publication date
TW201601377A (zh) 2016-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107112627B (zh) 一种可穿戴设备的天线及可穿戴设备
GB2557423B (en) Electronic device with transparent antenna
CN203242747U (zh) 电子设备
US7725132B1 (en) System for reducing the electromagnetic interference between two or more antennas coupled to a wireless communication device
US8374660B1 (en) Apparatus and method for reducing the electromagnetic interference between two or more antennas coupled to a wireless communication device
CN110247162A (zh) 装饰件及电子设备
US9250613B2 (en) User control interface button flex antenna system
CN105006647A (zh) 复合型4g金属环天线
JP2003506938A (ja) ウェアラブルパーソナル通信装置
TWI633704B (zh) 無線裝置之天線
CN204834871U (zh) 复合型4g金属环天线
CN103094690A (zh) 一种环形天线及相关电子设备
CN105811079A (zh) 一种天线装置及电子设备
CN102956954A (zh) 天线装置和终端设备
CN106463824A (zh) 天线设备
CN105514577A (zh) 一种宽带多频手机天线及移动终端
US20160197407A1 (en) Communication terminal
US8347486B1 (en) Method of forming an apparatus used for reducing electromagnetic interference
TWI583047B (zh) Antenna device
CN109729197A (zh) 一种移动终端
CN111725614B (zh) 一种用于手表的小型化全频段网络天线及可穿戴电子设备
CN109361051A (zh) 天线装置及电子设备
CN101958457A (zh) 宽频的双频天线
US11050132B2 (en) Chip-type antenna improved structure
US9502772B2 (en) Antenna structure and wireless communication device using the same