TWM451679U - 多頻天線結構 - Google Patents

Description

多頻天線結構

本創作有關於天線，特別是有關於天線的多頻天線結構。

現今的無線通信系統中，天線是不可或缺的重要元件。在行動電話系統所使用的通信規範中，不同的規格所需要的天線所使用的操作頻帶並不相同。利如：常見的第二代(2G)行動電話的全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，GSM)，其需要使用900MHz與1800MHz附近的頻帶。應用於第三代(3G)行動電話的通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)系統所使用的頻帶是1900MHz至2100MHz附近的頻帶。

在行動電話系統的發展上，使用者除了需要語音通信之外，更逐漸產生對於高速資料傳輸的需要。因此，近年來，電信業者提出了長期演進系統(Long Term Evolution，LTE)的解決方案。由於，長期演進系統是新的規範，天線設計的製造商也需要針對長期演進系統提出對應的解決方案。長期演進系統所使用的頻帶依據使用的國家也有所不同，例如：在北美使用700/1800 MHz與1700/1900MHz的頻帶，而在歐洲則使用800/1800/2600 MHz的頻帶，亞洲使用1800/2600 MHz等頻帶。

本創作實施例提供一種多頻天線結構，以產生多個操作頻率，以應用於多頻操作的無線通訊裝置，並在可用的天線設計空間中產生更低的可操作頻率。

本創作實施例提供一種多頻天線結構，包括基板、第一輻射單元與第二輻射單元。第一輻射單元位於基板上，且具有饋入端、第一輻射路徑與第一末端部，所述第一輻射單元操作在第一操作頻率。第二輻射單元位於基板上，且具有接地端、第二輻射路徑與第二末端部，所述第二輻射單元操作在第二操作頻率。第一輻射單元之第一末端部或第二輻射單元之第二末端部的其中之一鄰近第二輻射路徑或第一輻射路徑，以使第一輻射單元或第二輻射單元激發第三操作頻率，所述第三操作頻率低於所述第一操作頻率與所述第二操作頻率兩者中的頻率較低者。

綜上所述，本創作實施例所提供的多頻天線結構，以產生多個操作頻率，且可激發出第一輻射單元與第二輻射單元單獨可激發的操作頻率(第一操作頻率與第二操作頻率)之外的更低操作頻率(第三操作頻率)。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

〔多頻天線結構的實施例〕

本創作的多頻天線結構具有兩個輻射單元，輻射單元的設置方式可以在一基板上實現。為了更容易了解本創作的精神，下述的圖1A與圖1B的實施方式用以幫助說明。但本創作並不因此為限，其他的實施方式亦將於後續的實施例中進一步說明。

請參照圖1A，圖1A為本創作實施例之多頻天線結構的示意圖。多頻天線結構1包括基板10、第一輻射單元11與第二輻射單元12。第一輻射單元11具有饋入端F、第一輻射路徑111與第一末端部112。第二輻射單元12具有接地端G、第二輻射路徑121與第二末端部122。

第一輻射單元11位於基板10上，且操作在第一操作頻率。第二輻射單元12位於基板10上，且操作在第二操作頻率。第一輻射單元11之第一末端部112或第二輻射單元12之第二末端部122的其中之一鄰近第二輻射路徑111或第一輻射路徑111，以使第一輻射單元11或第二輻射單元12激發第三操作頻率f_L 。所述第三操作頻率f_L 低於所述第一操作頻率與所述第二操作頻率兩者中的頻率較低者。

基板10可以是常用的玻纖基板(例如：FR4)或陶瓷基板，但本創作並不因此限定。第一輻射單元11可以是單極(monopole)天線，第二輻射單元12則可以透過耦合第一輻射單元11的能量而成為耦合的單極天線。因此，第一輻射單元11的第一操作頻率可以是第一輻射單元11的電長度(electrical length)為四分之一波長時所對應的操作頻率。第二輻射單元12的第二操作頻率可 以是第二輻射單元12的電長度(electrical length)為四分之一波長時所對應的操作頻率。由於，第一輻射單元11與第二輻射單元12是在相同的基板上，因此第一操作頻率與第二操作頻率的高低，可以由第一輻射單元11與第二輻射單元12的長度決定，第一操作頻率與第二操作頻率兩者中的頻率較低者即是對應長度較長的輻射單元。

如圖1A所示，第二輻射單元12之第二末端部122鄰近第一輻射路徑111，例如：第二末端部122靠近第一輻射路徑111，且具有一預定距離D，只要使第二末端部122能耦合第一輻射路徑111上的能量即可。或者說，只要使第二末端部122的能量能耦合至第一輻射路徑111即可。第二末端部122與第一輻射路徑111之間的預定距離D可以例如是介於0.5毫米(mm)至5毫米(mm)之間，但本創作並不因此限定。

復參照圖1A，第三操作頻率f_L 的激發方式是由耦合路徑PA產生，耦合路徑PA由接地端G開始，延伸至第二輻射路徑121與第二末端部122，再透過耦合方式延伸至鄰近第二末端部122的第一輻射路徑111，接著沿著第一輻射路徑111延伸至第一末端部112。由於耦合路徑PA的長度大於第一輻射單元21與第二輻射單元22的各自長度，因此所述第三操作頻率f_L 可以低於所述第一操作頻率與所述第二操作頻率兩者中的頻率較低者。

請參照圖1B，圖1B為本創作實施例之多頻天線結構的示意圖。多頻天線結構2包括基板20、第一輻射單元 21與第二輻射單元22。第一輻射單元21具有饋入端F、第一輻射路徑211與第一末端部212。第二輻射單元22具有接地端G、第二輻射路徑221與第二末端部222。

第一輻射單元21位於基板20上，且操作在第一操作頻率。第二輻射單元22位於基板20上，且操作在第二操作頻率。第一輻射單元21之第一末端部211鄰近第二輻射路徑221，例如：第一末端部211靠近第二輻射路徑221，且具有一預定距離D，只要使第一末端部211能耦合第二輻射路徑221上的能量即可。或者說，只要使第一末端部211的能量能耦合至第二輻射路徑221即可。第一末端部211與第二輻射路徑221之間的預定距離D可以例如是介於0.5毫米(mm)至5毫米(mm)之間，但本創作並不因此限定。

復參照圖1B，第三操作頻率f_L 的激發方式可以是由耦合路徑PB產生，耦合路徑PB由饋入端F開始，延伸至第一輻射路徑211與第一末端部212，再透過耦合方式延伸至鄰近第一末端部212的第二輻射路徑221，接著沿著第二輻射路徑221延伸至第二末端部222。由於耦合路徑PB的長度大於第一輻射單元21與第二輻射單元22的各自長度，因此所述第三操作頻率f_L 可以低於所述第一操作頻率與所述第二操作頻率兩者中的頻率較低者。

由圖1A與圖1B與上述的說明可知，激發第三操作頻率f_L 的方式可以是：第一輻射單元11之第一末端部112或第二輻射單元12之第二末端部122的其中之一鄰近 第二輻射路徑111或第一輻射路徑111，以使第一輻射單元11或第二輻射單元12激發第三操作頻率f_L 。

〔多頻天線結構的另一實施例〕

請同時參照圖1A與2A，圖2A為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。在本實施例中，多頻天線結構是形成在基板的上表面(基板的厚度並不限定，可以例如是不大於8毫米)，且第一輻射單元與第二輻射單元皆具有至少一彎折。多頻天線結構3與圖1A的多頻天線結構1大致相同，其差異僅在於多頻天線結構3的第一輻射單元31與第二輻射單元32具有複數個彎折。多頻天線結構3包括基板30、第一輻射單元31與第二輻射單元32。第一輻射單元31具有饋入端F、第一輻射路徑311與第一末端部312。第二輻射單元32具有接地端G、第二輻射路徑321與第二末端部322。如圖2A所示，第二末端322鄰近第一輻射路徑311用以耦合能量。耦合路徑PA的長度大於第一輻射單元31的長度，因此可以產生低於第一輻射單元31的第一操作頻率的第三操作頻率f_L 。另外，如圖2A所示，第一輻射單元31的第一輻射路徑311具有複數個彎折，第二輻射單元32的第二輻射路徑321亦具有複數個彎折。

請同時參照圖1B與圖2B，圖2B為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。多頻天線結構4與圖1B的多頻天線結構2大致相同，其差異僅在於多頻天線結構4的第一輻射單元41與第二輻射單元42具有複數個彎折。多頻天線結構4包括基板40、第一輻射單元41與 第二輻射單元42。第一輻射單元41具有饋入端F、第一輻射路徑411與第一末端部412。第二輻射單元42具有接地端G、第二輻射路徑421與第二末端部422。如圖2B所示，第一末端412鄰近第二輻射路徑421用以耦合能量。耦合路徑PB的長度大於第二輻射單元42的長度，因此可以產生低於第二輻射單元42的第二操作頻率的第三操作頻率f_L 。

〔多頻天線結構的另一實施例〕

請同時參照圖2A與圖3A，圖3A為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。圖3A的多頻天線結構5與圖2A的多頻天線結構3大致相同，其差異僅在於多頻天線結構5的基板具有複數個表面，且第一輻射部51與第二輻射部52跨設於基板50之複數個表面上。多頻天線結構5包括基板50、第一輻射單元51與第二輻射單元52。第一輻射單元51具有饋入端F、第一輻射路徑511與第一末端部512。第二輻射單元52具有接地端G、第二輻射路徑521與第二末端部522。基板50可以是常用的玻纖基板(例如：FR4)或陶瓷基板，但本創作並不因此限定。

如圖3A所示，第二末端522鄰近第一輻射路徑511用以耦合能量。產生第三操作頻率f_L 的耦合路徑是由接地端G延伸至第二輻射路徑521與第二末端522，再透過耦合方式延伸至第一輻射路徑511，接著沿著第一輻射路徑511延伸至第一末端512。因此，所述耦合路徑的長度大於第一輻射單元51的長度，並可以產生低於第一輻射單元51的第一操作頻率的第三操作頻率f_L 。

請同時參照圖3A與圖3B，圖3B為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。多頻天線結構5除了圖3A所示的元件外，更可包括接地面55與導電元件53、54。導電元件53、54設置在基板50下，接地面55設置在導電元件53、54之一側，換句話說，基板50可設置於接地面55之一側邊。第二輻射單元52之接地端G透過接地線52a連接接地面55。導電元件53、54亦分別透過接地線53a與接地線54a連接接地面55。接地面55可以是行動裝置的系統接地面。另外，第一輻射單元51之饋入端F用以連接一射頻電路(未圖示)。

透過調整第一輻射路徑511與第二輻射路徑521的延伸方式與位置，以及調整第一末端部512與的二末端部522的位置，可以使第三操作頻率f_L 的阻抗匹配良好，因此導電元件53、54不容易影響多頻天線結構5的操作。相對的，頻率高於第三操作頻率f_L 的第一操作頻率、第二操作頻率與更高頻的操作模態受到導電元件53、54的負面影響(例如：阻抗匹配變差或輻射效率減少)也會更小。

請參照圖4，圖4為根據圖3B之本創作另一實施例之多頻天線結構的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)隨著頻率變化的波形圖。第一操作頻率是頻率f_A (如圖4所示，頻率f_A 介於頻率點M2：824MHz與M3：960MHz之間)，且頻率f_A 由第一輻射單元51產生。第二操作頻率是頻率f_B (如圖4所示，頻率f_B 介於頻率點M4：1.71GHz與M5：2.17GHz之間)，且頻率f_B 由第二輻射單元52產生。第三操作頻率f_L 比第一操作頻率(f_A )低，如圖 4所示，頻率f_L 介於頻率點M1：704MHz與M2：824MHz之間。頻率f_C 與頻率f_D 是第一輻射單元51與第二輻射單元52的高頻操作模態，所述高頻操作模態的中心頻率可以透過改變第一輻射單元51與第二輻射單元52的彎折位置與彎折次數來調整。由圖4可知，第三操作頻率f_L 是位於長期演進系統(LTE)的低頻頻帶(700MHz至800MHz)，因此本創作的多頻天線結構5可適用於長期演進系統(LTE)。在高頻率的部分，第一輻射單元51與第二輻射單元52的高頻操作模態亦可涵蓋長期演進系統(LTE)的高頻頻帶(1700MHz至2600MHz)。

〔多頻天線結構的另一實施例〕

請同時參照圖2B與圖5，圖5為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。圖5的多頻天線結構6與圖2B的多頻天線結構4大致相同，其差異僅在於多頻天線結構6的第一輻射部61與第二輻射部62沿著基板60之複數個表面被設置。多頻天線結構6包括基板60、第一輻射單元61與第二輻射單元62。第一輻射單元61具有饋入端F、第一輻射路徑611與第一末端部612。第二輻射單元62具有接地端G、第二輻射路徑621與第二末端部622。

如圖5所示，第一末端612鄰近第二輻射路徑621用以耦合能量。產生第三操作頻率f_L 的耦合路徑是由饋入端F延伸至第一輻射路徑611與第一末端612，再透過耦合方式延伸至第二輻射路徑621，接著沿著第二輻射路徑621延伸至第二末端622。因此，所述耦合路徑 的長度大於第二輻射單元61的長度，並可以產生低於第二輻射單元62的第二操作頻率的第三操作頻率f_L 。多頻天線結構6的其他部分，可參照先前實施例的說明，不再贅述。

〔實施例的可能功效〕

根據本創作實施例，上述的多頻天線結構可以產生多個操作頻率，且可激發出第一輻射單元與第二輻射單元單獨可激發的操作頻率(第一操作頻率與第二操作頻率)之外的更低操作頻率(第三操作頻率)。換句話說，較短的輻射單元可以透過與另一輻射單元耦合的方式激發出更低的第三操作頻率。第一輻射單元與第二輻射單元可以透過至少一次彎折的方式形成於基板上，以節省天線所占用的空間。所述多頻天線的阻抗匹配良好且具有足夠的頻寬，使得基板附近(例如：基板下方)的導電元件不容易影響多頻天線結構的操作，藉此更容易達到長期演進技術所需的低頻頻帶的頻寬的要求。

以上所述僅為本創作之實施例，其並非用以侷限本創作之專利範圍。

1、2、3、4、5‧‧‧多頻天線結構

10、20、30、40、50、60‧‧‧基板

11、21、31、41、51、61‧‧‧第一輻射單元

12、22、32、42、52、62‧‧‧第二輻射單元

F‧‧‧饋入端

G‧‧‧接地端

111、211、311、411、511、611‧‧‧第一輻射路徑

121、221、321、421、521、621‧‧‧第二輻射路徑

112、212、312、412、512、612‧‧‧第一末端部

122、222、322、422、522、622‧‧‧第二末端部

D‧‧‧預定距離

PA、PB‧‧‧耦合路徑

53、54‧‧‧導電元件

55‧‧‧接地面

52a、53a、54a‧‧‧接地線

圖1A為本創作實施例之多頻天線結構的示意圖。

圖1B為本創作實施例之多頻天線結構的示意圖。

圖2A為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。

圖2B為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖 。

圖3A為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。

圖3B為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。

圖4為根據圖3B之本創作另一實施例之多頻天線結構的電壓駐波比隨著頻率變化的波形圖。

圖5為本創作另一實施例之多頻天線結構的示意圖。

5‧‧‧多頻天線結構

50‧‧‧基板

51‧‧‧第一輻射單元

52‧‧‧第二輻射單元

F‧‧‧饋入端

G‧‧‧接地端

511‧‧‧第一輻射路徑

521‧‧‧第二輻射路徑

512‧‧‧第一末端部

522‧‧‧第二末端部

53、54‧‧‧導電元件

55‧‧‧接地面

52a、53a、54a‧‧‧接地線

Claims (9)

1. 一種多頻天線結構，包括：一基板；一第一輻射單元，位於該基板上，具有一饋入端、一第一輻射路徑以及一第一末端部，該第一輻射單元操作在一第一操作頻率；以及一第二輻射單元，位於該基板上，具有一接地端、一第二輻射路徑以及一第二末端部，該第二輻射單元操作在一第二操作頻率；其中，該第一輻射單元之該第一末端部或該第二輻射單元之該第二末端部的其中之一鄰近該第二輻射路徑或該第一輻射路徑，使該第一輻射單元或該第二輻射單元激發一第三操作頻率，該第三操作頻率低於該第一操作頻率與該第二操作頻率兩者中的頻率較低者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該第一輻射單元之該第一輻射路徑具有至少一彎折。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該第二輻射單元之該第二輻射路徑具有至少一彎折。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該基板具有複數個表面，該第一輻射單元跨設於該基板之該些表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該基板具有複數個表面，該第二輻射單元跨設於該基板之該些表面上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，更包括一接地面，該基板置於該接地面之一側邊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，更包括：一導電元件，設置在該基板下；以及一接地面，設置在該導電元件之一側，該第二輻射單元之該接地端連接該接地面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該第一輻射單元之該饋入端連接一射頻電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多頻天線結構，其中該基板是玻纖基板或陶瓷基板。