TWI594498B - 應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，尤其是指一種能符合LTE700、LTE2300、LTE2500之頻帶要求的單極天線。
現今產生多頻段的方法多採用單極天線，在設計時通常會增加其彎折與浮接金屬架構，以縮小其天線尺寸及增加天線上的電流路徑，以滿足多頻段的需求。另外有使用晶片電感來縮減長度以達成小型化設計。也有使用匹配電路來達成設計需求。
然而，在天線技術上使用彎折的技術雖然可增加電流路徑，亦能達到小型化的設計，但對天線的增益與輻射場型會造成不小的影響，天線的輻射場型、增益會因彎折數增加而迫使改變，在輻射場型的方面可能無法產生出較好的全向性輻射場型，而在增益的方
面則使得增益降低。使用晶片電感來縮減長度與使用匹配電路來達成設計等方法皆會提高成本與製作複雜度。
隨著科技時代的進步，無線通訊迅速的發展，其天線尺寸要求越來越小，在整體架構也越來越簡化；而現有技術多為了使天線整體尺寸變小，使天線的輻射場型、增益因此變差，因此無法將天線有效的以簡單設計運用在天線架構上，故本發明提出一種架構簡單，並有良好的增益、輻射場型，同時符合快速發展下之多頻段天線。
本發明之天線是由以下之技術實現：
一種應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，包含：一接地部、一輻射部、一第一接地寄生元件及一第二接地寄生元件；所述接地部、所述輻射部與所述第一接地寄生元件設於一基板的第一表面，所述第二接地寄生元件設於所述基板的第二表面，所述第一表面與所述第二表面相對而設；所述輻射部與所述第一接地寄生元件橫向相鄰且位於所述接地部的上方並自所述接地部延伸者；所述輻射部是以一天線饋入端為基點，且包括第一輻射耦合臂與第二輻射耦合臂；所述第一接地寄生元件包括由接地部延伸之第一寄生元件及所述第一寄生元件上相互平行延伸的第一臂、第二臂、第三臂、第四臂；所述第二接地寄生元件包括由所述接地部透過接地鑽孔部延伸之第二寄生元件耦合臂及所述第二寄生元件耦合臂上延
伸的第一輻射臂、第二輻射臂、接地連結臂，其中該第一輻射臂與第二輻射臂之延伸方向係相互平行。
如上所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，由所述輻射部所延伸出來的第一輻射耦合臂與所述第二接地寄生元件之第一輻射臂平行設置。
如上所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述第一接地寄生元件之第三臂與第四臂與第二接地寄生元件之第二輻射臂二平行設置。
如上所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述天線饋入端使用迷你同軸線饋入或單極天線饋入。
如上所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述多頻段是指低頻與高頻；該低頻能收發698MHz~787MHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該高頻能收發2.305GHz~2.4GHz及2.5GHz~2.69GHz之頻帶範圍的無線網路訊號。
本發明之天線的優點為：
1、本發明是採用平面印刷式天線，製作容易且成本低，可應用於平板或筆記型電腦，並降低了對GPS頻帶之干擾。
2、本發明之天線擁有被動元件特性的路徑，故不需在天線端運用到任何主、被動元件，仍可達到優良的表現。
(1)‧‧‧接地部
(12)‧‧‧接地鑽孔部
(2)‧‧‧輻射部
(21)‧‧‧天線饋入端
(22)‧‧‧第一輻射耦合臂
(23)‧‧‧第二輻射耦合臂
(3)‧‧‧第一接地寄生元件
(31)‧‧‧第一寄生元件
(32)‧‧‧第一臂
(33)‧‧‧第二臂
(34)‧‧‧第三臂
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(4)‧‧‧第二接地寄生元件
(41)‧‧‧第二寄生元件耦合臂
(42)‧‧‧第一輻射臂
(43)‧‧‧第二輻射臂
(44)‧‧‧接地連結臂
(5)‧‧‧基板
(51)‧‧‧第一表面
(52)‧‧‧第二表面
(6)‧‧‧T型結構
第一圖：(a)顯示本發明之多頻段天線應用於平板、筆記型電腦時的架構的正面示意圖；(b)顯示本發明之多頻段天線應用於平板、筆記型電腦時的架構的背面示意圖
第二圖：本發明之多頻段天線的實作與模擬返回損失比曲線圖
第三圖：本發明之多頻段天線減縮第一輻射耦合臂寬度之返回損失比較圖
第四圖：本發明之多頻段天線減縮第一輻射耦合臂寬度之阻抗比較圖
第五圖：本發明之多頻段天線刪除第二輻射耦合臂之返回損失比較圖
第六圖：本發明之多頻段天線針對第一接地寄生元件之第二、三臂於縮短或刪除時之返回損失比較圖
第七圖：本發明之多頻段天線針對加長第一輻射臂長度之返回損失比較圖
第八圖：本發明之多頻段天線針對縮減第二輻射臂長度之返回損失比較圖
第九圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之架構示意圖
第十圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之S參數比較圖
第十一圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之3D模擬遠場輻射場型圖
第十二圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之另一實施例的架構示意圖
第十三圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之另一實施例的S參數比較圖
第十四圖：本發明之多頻段天線應用於MIMO天線之另一實施例的3D模擬遠場輻射場型圖
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：
請參看第一圖所示，為本發明之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，包含：一接地部(1)、一輻射部(2)、一第一接地寄生元件(3)及一第二接地寄生元件(4)；其中：接地部(1)、輻射部(2)與第一接地寄生元件(3)設於一基板(5)的第一表面(51)，第二接地寄生元件(4)設
於基板(5)的第二表面(52)，第一表面(51)與第二表面(52)相對而設；輻射部(2)與第一接地寄生元件(3)橫向相鄰且位於接地部(1)的上方，輻射部(2)與第一接地寄生元件(3)均自接地部(1)延伸者；輻射部(2)是以一天線饋入端(21)為基點，且包括第一輻射耦合臂(22)與第二輻射耦合臂(23)；第一接地寄生元件(3)包括由接地部(1)延伸之第一寄生元件(31)及第一寄生元件(31)上延伸的第一臂(32)、第二臂(33)、第三臂(34)、第四臂(35)；第二接地寄生元件(4)包括由接地部(1)透過接地鑽孔部(12)延伸之第二寄生元件耦合臂(41)及第二寄生元件耦合臂(41)上延伸的第一輻射臂(42)、第二輻射臂(43)、接地連結臂(44)。
較佳為，輻射部(2)所延伸出來的第一輻射耦合臂(22)與第二接地寄生元件(4)之第一輻射臂(42)平行設置。
較佳為，第一接地寄生元件(3)之第三臂(34)與第四臂(35)與第二接地寄生元件(4)之第二輻射臂(43)平行設置。
較佳為，天線饋入端(21)係使用迷你同軸線饋入或單極天線饋入。
據此，本發明之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線所指之多頻段是為低頻與高頻；該低頻用以收發698MHz~787MHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該高頻用以收發2.305GHz~2.4GHz及2.5GHz~2.69GHz之頻帶範圍的無線網路訊號。
<實施例>
將本發明之多頻段天線製作在厚度為0.8mm，介電係數(Relative permittivity)為4.4，損耗正切(Loss tangent)為0.0245的FR4玻璃纖維基板上，且令本發明之多頻段天線的輻射部(2)所占面積為70×8mm2，包含接地部(1)的尺寸則為267×205mm2。
接著，針對依據上述規格製作得到之本發明多頻道天線進行模擬測試。其中，第二圖為本發明之多頻段天線應用於平板之單極天線的實作與模擬返回損失比曲線圖；從第二圖可知本發明之多頻段天線的實測結果符合LTE700、LTE2300與LTE2500頻帶的頻寬需求，並且實測結果與模擬結果在模態的表現上相當接近。
第三圖為本發明之多頻段天線減縮第一輻射耦合臂寬度之返回損失比較圖。從第三圖可以看到減少第一輻射耦合臂(22)時，頻寬慢慢變窄。雖匹配變好但在頻寬的部分就無法包含到LTE700的頻寬(698MHz-787MHz)。
第四圖為本發明之多頻段天線減縮第一輻射耦合臂寬度之阻抗比較圖。由第四圖可以明顯看到隨著第一輻射耦合臂(22)縮短時其低頻第一與第二模態虛部漸漸提高，也就是電感性漸漸提升。此一第一輻射耦合臂(22)影響第一與第二模態的耦合量並控制阻抗之電抗值。
第五圖是本發明之多頻段天線刪除第二輻射耦合臂之返回損失比較圖。從第五圖可知，在刪除第二輻射耦合臂(23)後可以看到原先在模擬部分LTE700的第一個模態在刪除第二輻射耦合臂(23)後第一模態的匹配變差並些微往高頻移動，導致頻寬變窄無法完全涵蓋LTE700頻帶。
第六圖是本發明之多頻段天線針對第一接地寄生元件之第二、三臂於縮短或刪除時之返回損失比較圖。在第六圖可以明顯看到第一接地寄生元件(3)之第二臂(33)、第三臂(34)在漸漸縮短至刪除時，在1.47GHz的模態漸漸往高頻移動，此第二臂(33)、第三臂(34)兩臂的設計最主要是讓位於1.47GHz之高階模態能夠避開GPS之頻段。
第七圖是針對本發明之多頻段天線其第二接地寄生元件(4)之第一輻射臂(42)長度加長之返回損失比較圖。由第七圖可以看到LTE700的第一模態隨路徑長度加長共振頻率也隨之往低頻移動。此一路徑共振出LTE700的第一個模態。
第八圖針對第二接地寄生元件(4)之第二輻射臂(43)長度作縮減，可以明顯看到LTE700的第二個模態漸漸往高頻移動，並些微影響了第一個模態的匹配。
請參看第九圖，為將本發明之多頻段天線應用於多輸入多輸出(MIMO)天線之架構圖。是將本發明之多頻段天線的原設計使用面對面方式擺放，並成2X2 MIMO天線配置，兩天線間隔8mm。從第十圖可以看到此多輸入多輸出(MIMO)天線的配置方式的模擬結果，選擇此種配置方式雖然低頻第一個模態的匹配較差但隔離度是影響最小的一種配置方式。再由第十一圖之模擬遠場輻射場型結果可以得知，在未加入T型結構前，模擬遠場輻射場型結果較為凌亂、較多零點的部分。
第十二圖為改善原本之多輸入多輸出(MIMO)天線的模擬結果，在天線正面之中央擺放一T型結構(6)。其中，令TL為11mm、TW為7.5mm。
第十三圖可以看到加入T型結構(6)之結果，此T型結構(6)有效改善了地面電流之方向，並影響兩支天線之間的隔離度，使得低頻隔離度皆低於-10dB，影響了低頻之匹配。此模擬結果完全涵蓋LTE之3個頻帶。
再由第十四圖之模擬遠場輻射場型結果可知，第十二圖之天線設計可以得到全效性的輻射，而更適合使用於平板或筆記型電腦之應用。
以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
(1)‧‧‧接地部
(12)‧‧‧接地鑽孔部
(2)‧‧‧輻射部
(21)‧‧‧天線饋入端
(22)‧‧‧第一輻射耦合臂
(23)‧‧‧第二輻射耦合臂
(3)‧‧‧第一接地寄生元件
(31)‧‧‧第一寄生元件
(32)‧‧‧第一臂
(33)‧‧‧第二臂
(34)‧‧‧第三臂
(35)‧‧‧第四臂
(4)‧‧‧第二接地寄生元件
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(44)‧‧‧接地連結臂
(5)‧‧‧基板
(51)‧‧‧第一表面
(52)‧‧‧第二表面
Claims (5)
- 一種應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，包含：一接地部、一輻射部、一第一接地寄生元件及一第二接地寄生元件；所述接地部、所述輻射部與所述第一接地寄生元件設於一基板的第一表面，所述第二接地寄生元件設於所述基板的第二表面，所述第一表面與所述第二表面相對而設；所述輻射部與所述第一接地寄生元件橫向相鄰且位於所述接地部的上方並自所述接地部延伸者；所述輻射部是以一天線饋入端為基點，且包括第一輻射耦合臂與第二輻射耦合臂；所述第一接地寄生元件包括由接地部延伸之第一寄生元件及所述第一寄生元件上相互平行延伸的第一臂、第二臂、第三臂、第四臂；所述第二接地寄生元件包括由所述接地部透過接地鑽孔部延伸之第二寄生元件耦合臂及所述第二寄生元件耦合臂上延伸的第一輻射臂、第二輻射臂、接地連結臂，其中該第一輻射臂與第二輻射臂之延伸方向係相互平行。
- 如申請專利範圍第1項所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，由所述輻射部所延伸出來的第一輻射耦合臂與所述第二接地寄生元件之第一輻射臂平行設置。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述第一接地寄生元件之第三臂與第四臂與第二接地寄生元件之第二輻射臂二平行設置。
- 如申請專利範圍第3項所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述天線饋入端使用迷你同軸線饋入或單極天線饋入。
- 如申請專利範圍第4項所述之應用於平板、筆記型電腦之單極多頻段天線，其中，所述多頻段是指低頻與高頻；該低頻用以收發698MHz~787MHz之頻帶範圍的無線網路訊號；該高頻能收發2.305GHz~2.4GHz及2.5GHz~2.69GHz之頻帶範圍的無線網路訊號。
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2015
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