TWM482863U - 全頻帶天線 - Google Patents

Description

全頻帶天線

本創作是有關一種射頻通信的天線結構，尤指一種將各種不同天線類型尺寸微型化並可增加接收頻帶的全頻帶天線。

現今社會為無線通訊時代，藉由各種通訊設備不斷精進使得各種通訊產品產業蓬勃發展，尤以行動裝置其具有便利性及易攜帶性而成為當前主要通訊設備，此外，為了配合多元需求亦使得行動裝置通訊由原本的雙頻操作轉而成為多頻操作形式。

天線為一經過設計，且可使電磁能量沿特定方向傳遞的微波裝置。其主要功能為將發射機的信號有效的輻射到自由空間中，或將遠方傳來的電波信號有效的耦合到接收機，故天線可視為一種能量轉換器。目前，常見的行動裝置內嵌天線主要有以下幾種類：單極天線(Monopole Antenna)，雙極天線(Dipole Antenna)，平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna；PIFA Antenna)，以及迴圈天線(Loop Antenna)。

其中，單極天線(Monopole Antenna)、雙極天線(Dipole Antenna)的特性為較優良的收發功率，然其卻具有SAR測試的問題，較無法符合電磁波能量吸收比測試。

平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna；PIFA Antenna)雖具有空間利用上的優勢，可內藏於機構內美化產品外觀，然而卻常受限於空間的複雜性而使傳輸距離降低。

迴圈天線(Loop Antenna)通常使用於高頻訊號傳 輸，然其高輸入阻抗使其難以應用於小型通訊設備。

習知技術針對行動通訊裝置所開發出全頻帶隱藏式天線(Full Band-Internal Antenna)請參考第1圖所示，所述習知全頻帶天線置設於一介電層10上方，具有一第一輻射區段11以及一第二輻射區段12，所述第一輻射區段11的一端延伸形成一分支區段13，而上述分支區段13與一短路部14相互電性連接，上述分支區段13進一步設有一調整區段15；上述第二輻射區段12的右側設置一延伸區段16，並於上述第二輻射區段12的左側平行上述第一輻射區段11沿伸設有一長臂部17；然而，目前為了具備電性法規需求而使天線整體設計尺寸仍具有較大空間，如80x13x0.4mm以及70x13x0.4mm兩種尺寸，此二種類尺寸已難以因應現今行動裝置的多功能且微型化的特性。

有鑑於此，實有必要提供一種藉由螺旋與多重耦合機構設計的隱藏式天線結構，其具有微型化尺寸並可接收多頻段頻率亦符合電性法規規範。

本創作的主要目的在於提供一種適用於各種不同天線類型的全頻帶天線，使各種不同類型的天線在保有既有結構樣態下，仍能縮小天線整體尺寸並符合相關電性法規的標準，進而達到微型化的目的。

本創作的次要目的在於全頻帶天線除了保留舊有型態天線的固定頻率範圍之外，亦形成至少一組不同於固定頻率範圍的可調頻率範圍，增加天線適用的射頻通信頻帶。

本創作的另一目的在於改變線路寬度以及彼此之間的間隔距離，將可立即變化可調頻率的頻率分布區域以及頻率範圍大小，達到不同使用狀態的需求，大幅提升產業應用性。

為實現前述目的，本創作第一實施例全頻帶天線 包含：一介電層、一第一圖案化導電層以及一第二圖案化導電層，所述第一圖案化導電層與第二圖案化導電層皆設置於上述介電層。

上述第一圖案化導電層具有一饋入部，並由上述饋入部向外延伸構成一具有複數迴圈匝數的迴圈部，上述迴圈部具有複數個彼此耦合的輻射區段；上述第二圖案化導電層具有一導電部以及一短路部，並由上述導電部形成至少一種一般型態天線的固定頻率；本創作透過上述複數個輻射區段之間的多重耦合效應形成至少一可調頻率，上述迴圈部的可調頻率由上述輻射區段的線寬以及彼此間距的變化，調整頻率分布區域以及頻率範圍大小，使天線適用的射頻通信頻帶增加。

於一可行實施例中，本創作全頻帶天線的導電部具有一平行間隔於上述迴圈部側邊的第一輻射區段，所述第一輻射區段一端延伸形成一分支區段，上述分支區段外凸設有一微調上述固定頻率的調整區段，並且其分支區段連接上述短路部；上述第一輻射區段設置一對應上述迴圈部位置的凸出區段，並由上述凸出區段與迴圈部形成耦合效應；上述導電部進一步設有一連接於上述饋入部的第二輻射區段，所述第二輻射區段具有一延伸區段。

於另一可行實施例中，本創作全頻帶天線的導電部具有一第一輻射區段以及一平行於上述第一輻射區段的第二輻射區段，上述第一輻射區段以及第二輻射區段一端皆連接於一分支區段，而上述第二輻射區段另一端連接於上述饋入部，又上述分支區段連接上述短路部。

於再另一可行實施例中，本創作全頻帶天線的導電部具有一連接於上述迴圈部的連接區段，並由上述連接區段連接一第一輻射區段，再由上述第一輻射區段延伸出一與上述短路部連接的分支區段，上述分支區段外凸設有一微調上述短路部連接的分支區段，上述分支區段外凸設有一微調上述固定頻率的調整區段。上述饋入部具有兩由上述介電層上表面導通至下表面的導通區段，上述兩導通區段的第一端分別連接於上述迴圈部以及一訊號饋入線，而上述兩導通區段的第二端另以一線路區段互相連結。

於前述三種實施例樣態中，本創作迴圈部的迴圈形狀除可設為一正方型態樣之外，當然亦可依據設計上之需求，設為矩形、圓形、三角形或多邊形的其中一者，當然，彼此之間的間隔距離亦可在同一迴圈部中形成多種不同間隔距離樣態。

本創作的特點在於增加一螺旋形態迴圈部，改善習知天線為了符合電性法規需求規範而造成體積難以縮小之問題，有效節省空間以及製作成本。此外，透過多重耦合機構設計而有效調整所需頻率、具有不同頻率分布區域以及增加接受頻率範圍，使各種不同類型的天線具有全頻帶以及微型化尺寸，進而提升多功能產業應用性。

(習知)

10‧‧‧介電層

11‧‧‧第一輻射區段

12‧‧‧第二輻射區段

13‧‧‧分支區段

14‧‧‧短路部

15‧‧‧調整區段

16‧‧‧延伸區段

17‧‧‧長臂部

(本創作)

2‧‧‧介電層

3‧‧‧第一圖案化導電層

31‧‧‧饋入部

311‧‧‧導通區段

311a‧‧‧第一端

311b‧‧‧第二端

311c‧‧‧線路區段

32‧‧‧迴圈部

33‧‧‧輻射區段

4‧‧‧第二圖案化導電層

41‧‧‧導電部

411‧‧‧第一輻射區段

411a‧‧‧凸出區段

412‧‧‧第二輻射區段

412a‧‧‧延伸區段

42‧‧‧分支區段

421‧‧‧調整區段

43‧‧‧短路部

44‧‧‧連接區段

5‧‧‧訊號饋入線

第1圖為習知全頻帶天線結構示意圖；第2圖為本創作全頻帶天線結構示意圖；第3圖為習知全頻帶天線其頻率響應量測圖；第4圖為本創作全頻帶天線其頻率響應量測圖；第5圖為習知天線與本創作全頻帶天線並列比較其頻率響應量測圖；第6圖為習知天線與本創作全頻帶天線其天線輻射效率比較圖；第7圖為第二實施例全頻帶天線結構示意圖；第8圖為第三實施例全頻帶天線正面結構示意圖；第9圖為第三實施例全頻帶天線背面結構示意圖； 第10圖為第8圖的剖面示意圖。

茲為便於更進一步對本創作之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下：請將第1圖與第2圖並列參照，本創作第一輻射區段411的長度為60mm，與習知天線的天線尺寸70mm與80mm相互比較，減少了約14~25%的長度。

請參照第2圖所示，本創作全頻帶天線包含有一介電層2，一置設於所述介電層2上方第一圖案化導電層3以及第二圖案化導電層4，所述天線材質為導體材料，具有小型尺寸可便利使用於行動裝置通訊產品內。

如圖所示，於第一較佳實施例中，本創作第一圖案化導電層3具有一與饋入信號線(圖未示)連接的饋入部31，並由上述饋入部31向左方延伸形成一具有複數個迴圈匝數的迴圈部32，並且上述迴圈部32匝數間具有多數個彼此耦合的輻射區段33，上述迴圈部32的迴圈形狀可為矩形、圓形、三角形或多邊形的其中一者。

所述具有全頻帶的天線其迴圈部32具有複數個匝數以及輻射區段33，上述迴圈部32為一螺旋形態，其螺旋匝數可為3，每一輻射區段33間距可為0.3mm，並具有螺旋線寬寬度為0.8mm；所述第一輻射區段411平行於上述迴圈部32，其具有一凸出區段411a與迴圈部32距離一間距並相互對應，利用上揭迴圈部32匝數間的輻射區段33彼此相互多重耦合以及所述迴圈部32與所述第一輻射區段411的凸出區段411a亦相互耦合的共同機制相互作用，使得本創作全頻帶天線具有至少一可變頻率，爰是，依據調整迴圈部32的螺旋匝數、輻射區段33間距、位置以及形狀可達到改變頻率的功效，其中，所述可變頻率的頻率範圍介於1410MHz~ 1510MHz之間。

上述第二圖案化導電層4由一形成固定頻率的導電部41以及一用以接地的短路部43所構成，上述導電部41具有一第一輻射區段411以及一第二輻射區段412，其第一輻射區段411與第二輻射區段412間相互平行，並且以一由上述第一輻射區段411一端向下垂直延伸形成的分支區段42相互連接，其分支區段42的一端連接上述短路部43，上述短路部43用以配合一接地訊號線。上述第二輻射區段412具有一與上述第一輻射區段411相互平行的延伸區段412a，上揭結構使得所述全頻帶天線導電部41的第一輻射區段411固定頻率為704~960MHz的低頻範圍；第二輻射區段412固定頻率為1710~2170MHz的高頻範圍。

再者，上述第一輻射區段411其分支區段42上並設有一可降低天線整體結構阻抗的外凸狀調整區段421，藉由調整此外凸狀調整區段421的形狀與面積以微調所述導電部41的固定頻率。

請參照第3、4、5圖所示，其X軸為頻帶，Y軸為dB值，可知本創作和習知全頻帶天線相比較，於相同頻率點時，本創作案於大部分頻寬具有較小的峰值，由第5圖習知天線與本創作全頻帶天線並列比較其頻率響應量測圖可清楚得知本創作案全頻帶有較小的反射損耗，代表較優良的匹配。

繼續參照第6圖天線輻射效率比較圖，其X軸表示為頻帶，Y軸表示為天線絕對增益，由圖上可知本創作全頻帶天線於低頻與高頻帶皆具有較好的天線絕對增益，故可知本創作具有較優良天線輻射效率，藉由3、4、5、6圖所示，本創作案全頻帶天線不論是反射損耗、天線輻射效率皆具有較好的效能與電性，故即使本創作的全頻帶天線具有微型化尺寸，然其確保有較優化的效能。

請參考第7圖所示第二較佳實施例，本創作全頻帶天線應用於平面倒F天線(Planar Inverted-F Antenna；PIFA Antenna)，其中，有關於第一圖案化導電層3的螺旋狀迴圈部32結構相同於第一較佳實施例，在此不加以贅述，而有關於第二圖案化導電層4則是將導電部41設為一第一輻射區段411以及一與上述第一輻射區段411相互平行的第二輻射區段412，上述第一輻射區段411以及第二輻射區段412一端皆與一分支區段42連接，又上述分支區段42連接上述短路部43；而上述第二輻射區段412另一端連接於上述饋入部31，藉由增加一迴圈部32結構與一饋入部31相連結，使得上述迴圈部32的輻射區段33具有多重耦合機制產生至少一可變頻率約為1700MHz。

請參考第8、9、10圖所示第三較佳實施例，本創作全頻帶天線亦可應用於迴圈天線(Loop Antenna)，同樣地，第一圖案化導電層3相同於前兩實施例，不再加以贅述，但有關第二圖案化導層4則是將上述導電部41設為一連接於上述迴圈部32的連接區段44，並由上述連接區段44連接一第一輻射區段411，再由上述第一輻射區段411延伸出一分支區段42與一短路部43相互連接，上述分支區段42外凸設有一微調上述固定頻率的調整區段421；上述饋入部31於介電層2的上表面具有二導通至下表面的導通區段311，上述兩導通區段311的第一端311a分別連接於上述迴圈部32以及一訊號饋入線5，上述訊號饋入線5的訊號經由第一端311a沿著導通區段311行進至第二端311b，由第二端311b傳輸至介電層2下表面的線路區段311c上，並繼續沿著介電層2下表面的線路區段311c傳輸至另一導通區段311的第二端311b，再次導入位於介電層2內部的導通區段311中，並由與迴圈部32相連接的另一第一端311a導出；第三實施例亦藉由增加一迴圈部32結構與一饋入部31相連結，使得上述迴圈部32的輻 射區段33具有多重耦合機制產生至少一可變頻率約為2500~2600MHz。

本創作案第一實施例、第二實施例與第三實施例其共同特徵為藉由增加一螺旋形態迴圈部32，使天線特定結構間彼此相互耦合作用，形成可調式頻寬，藉以應用於多種天線結構，達到使天線整體尺寸微型化並涵蓋所需頻寬的目的。

以上所舉實施例，僅用為方便說明本創作並非加以限制，在不離本創作精神範疇，熟悉此一行業技藝人士依本創作申請專利範圍及創作說明所作之各種簡易變形與修飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。

2‧‧‧介電層

3‧‧‧第一圖案化導電層

31‧‧‧饋入部

32‧‧‧迴圈部

33‧‧‧輻射區段

4‧‧‧第二圖案化導電層

41‧‧‧導電部

411‧‧‧第一輻射區段

411a‧‧‧凸出區段

412‧‧‧第二輻射區段

412a‧‧‧延伸區段

42‧‧‧分支區段

421‧‧‧調整區段

43‧‧‧短路部

Claims (11)

1. 一種全頻帶天線，包含：一介電層；一第一圖案化導電層，設置於上述介電層上，具有一饋入部，並由上述饋入部向外延伸構成一具有複數迴圈匝數的迴圈部，上述迴圈部具有複數個彼此耦合的輻射區段，並由上述複數個輻射區段之間的多重耦合效應形成至少一可調頻率；以及一第二圖案化導電層，設置於上述介電層上，具有一導電部以及一短路部，上述導電部形成至少一固定頻率；其中，上述迴圈部的可調頻率由上述輻射區段的線寬以及彼此間距的變化，調整頻率分布區域以及頻率範圍大小。
2. 如申請專利範圍第1項所述的全頻帶天線，其中，上述迴圈部的迴圈形狀為矩形、圓形、三角形或多邊形的其中一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述的全頻帶天線，其中，上述導電部具有一平行間隔於上述迴圈部側邊的第一輻射區段，上述第一輻射區段一端延伸形成一分支區段，而上述分支區段連接上述短路部。
4. 如申請專利範圍第3項所述的全頻帶天線，其中，上述第一輻射區段具有一對應上述迴圈部位置的凸出區段，並由上述凸出區段與迴圈部形成耦合效應。
5. 如申請專利範圍第3項所述的全頻帶天線，其中，上述分支區段外凸設有一微調上述固定頻率的調整區段。
6. 如申請專利範圍第1項所述的全頻帶天線，其中，上述導電部進一步設有一連接於上述饋入部的第二輻射區 段。
7. 如申請專利範圍第6項所述的全頻帶天線，其中，上述第二輻射區段進一步設有一延伸區段。
8. 如申請專利範圍第1項所述的全頻帶天線，其中，上述導電部具有一第一輻射區段以及一平行於上述第一輻射區段的第二輻射區段，上述第一輻射區段以及第二輻射區段一端皆連接於一分支區段，而上述第二輻射區段另一端連接於上述饋入部，又上述分支區段連接上述短路部。
9. 如申請專利範圍第1項所述的全頻帶天線，其中，上述導電部具有一連接於上述迴圈部的連接區段，並由上述連接區段連接一第一輻射區段，再由上述第一輻射區段延伸出一與上述短路部連接的分支區段。
10. 如申請專利範圍第9項所述的全頻帶天線，其中，上述分支區段外凸設有一微調上述固定頻率的調整區段。
11. 如申請專利範圍第9項所述的全頻帶天線，其中，上述饋入部具有兩由上述介電層上表面導通至下表面的導通區段，上述兩導通區段的第一端分別連接於上述迴圈部以及一訊號饋入線，而上述兩導通區段的第二端另以一線路區段互相連結。