TWM536422U - 多頻帶整合式車用天線結構 - Google Patents

Description

多頻帶整合式車用天線結構

本創作係與車用天線結構有關，特別是指一種多頻帶整合式車用天線結構。

由於消費性電子與通訊科技的進步，以及汽車的普及化，使得汽車結合電子與通訊等配備有日益增多的趨勢。汽車除傳統的AM/FM廣播與DVD音響等娛樂系統外，數位電視廣播系統(Digital Television Broadcasting, DTB)、行動通訊電話（Cellular Phone）、全球定位系統（Global Positioning System, GPS）、汽車防撞雷達（Mobile Anti-Collision Radar）等都已經陸續被整合成為汽車電子系統的一環，而上述的系統均需透過天線來做訊號的無線傳輸。

參閱圖1A所示，顯示一種為單偶極天線11的示意圖，其在基板111上垂直設置有一金屬線112，然而，為了要使該單偶極天線11具有低姿態的形式，便將垂直的金屬線112折成水平形式，稱為倒L天線(inverted L antenna)，藉以獲得短天線長度的特性。又該倒L天線的輸入阻抗是由垂直金屬線加上水平金屬線(電容性負載)組成，所以整體的輸入阻抗變小，便在原來的倒L天線的左方，加上一段較短的倒L金屬線(電感性負載，圖上未示)，稱為倒F天線。這個演進非常的重要，不但輸入阻抗增加了，比較容易做阻抗匹配，也不需要再製作額外的匹配電路，可節省成本。但倒L天線和倒F天線的頻寬太窄，因此便將倒F天線中的水平金屬線換成一金屬平板，如圖1B所示，顯示出平面倒F天線(PIFA)。該平面倒F天線13的基本架構，包含了一金屬平面板(metallic patch)131、接地面132、短路平板(shorting plate)133、及同軸饋入(coaxial feed)134。

然而，上述的平面倒F天線(PIFA)13雖然具有低姿態，體積輕巧，製作簡單，還可以用於多頻操作，但是有一個缺點，就是頻寬過於窄。如此，如何開發出一種天線，其具有較大的頻寬，以適用在汽車電子系統並可作為各種不同頻寬系統的無線傳輸，即是本創作研發的動機。

本創作的目的在於提供一種多頻帶整合式車用天線結構，主要藉由結構的設計使得車用天線具有較大的頻寬，而得以適用在汽車電子系統並可作為各種不同頻寬系統的無線傳輸。

緣是，為了達成前述目的，依據本創作所提供之一種多頻帶整合式車用天線結構，包含：一接地部，具有一接地平面中央區段、及二分別由該接地平面中央區段兩端彎折延伸的接地平面側接區段；二短路金屬部，分別具有一接設在該接地平面側接區段的第一短路端、及一反向於該第一短路端的第二短路端；以及一饋入金屬部，連接各該短路金屬部並與該接地部相距一距離，且包括一第一饋入區段、一第二饋入區段、一第三饋入區段、一第四饋入區段、及一饋入連接區段；其中：該第一饋入區段，接設其中一該短路金屬部的第二短路端，並對應其中一該接地平面側接區段；該第二饋入區段，接設另一該短路金屬部的第二短路端，並對應另一該接地平面側接區段；該第三饋入區段，接設該第一饋入區段並朝該第二饋入區段方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段的局部；該第四饋入區段，接設該第二饋入區段並朝該第一饋入區段方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段的局部，並與該第三饋入區段形成一空氣間隙；該饋入連接區段，接設該第四饋入區段並朝該接地平面中央區段延伸，並具有一饋入點。

較佳地，該第一饋入區段與第二饋入區段的寬度小於所對應該接地平面側接區段的寬度。

較佳地，該第三饋入區段與第四饋入區段的寬度小於所對應該接地平面中央區段的寬度。

較佳地，該饋入連接區段為三角形，且該饋入點為三角形的頂點。

較佳地，該接地部成形在一基板上。

較佳地，該接地部更具有一連接該接地平面中央區段及其中一該接地平面側接區段且圍成一第一耦合空間的第一接地平面線段、一連接該接地平面中央區段及另一該接地平面側接區段且圍成一第二耦合空間的第二接地平面線段、一連接其中一該接地平面側接區段並位於該第一耦合空間內的第一接地平面耦合區段、及一連接另一該接地平面側接區段並位於該第二耦合空間內的第二接地平面耦合區段。

較佳地，該接地部的第一接地平面耦合區段與該接地平面中央區段形成一第一耦合間隙，該接地部的第二接地平面耦合區段與該接地平面中央區段形成一第二耦合間隙。

較佳地，該接地部的第一接地平面耦合區段面積小於該第二接地平面耦合區段的面積。

本創作的功效在於：藉由接地部、二短路金屬部、及二饋入金屬部的結構設計，使得本創作具有至少495 ~ 935 MHz的操作頻帶，而且量測與模擬的結果具有良好的一致性，天線的模擬輻射效率與增益分別為94.9 ~ 96.5%與2.4 ~ 2.71 dBi，使得車用天線具有較大的頻寬，而得以適用在汽車電子系統並可作為各種不同頻寬系統的無線傳輸。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他之功效，茲舉二較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如後。

在提出詳細說明之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2至圖5示，本創作第一實施例所提供的一種多頻帶整合式車用天線結構，其主要係由一接地部20、二短路金屬部30、及饋入金屬部40所組成，其中：

該接地部20，具有一接地平面中央區段21、及二分別由該接地平面中央區段21兩端彎折延伸的接地平面側接區段22，藉以縮小體積；本實施例中，該接地部20成形在一基板91上；該接地部20更具有一連接該接地平面中央區段21及其中一該接地平面側接區段22且圍成一第一耦合空間231的第一接地平面線段23、一連接該接地平面中央區段21及另一該接地平面側接區段22且圍成一第二耦合空間241的第二接地平面線段24、一連接其中一該接地平面側接區段22並位於該第一耦合空間231內的第一接地平面耦合區段25、及一連接另一該接地平面側接區段22並位於該第二耦合空間241內的第二接地平面耦合區段26；該接地部20的第一接地平面耦合區段25與該接地平面中央區段21形成一第一耦合間隙251，該接地部20的第二接地平面耦合區段26與該接地平面中央區段21形成一第二耦合間隙261；該接地部20的第一接地平面耦合區段25面積小於該第二接地平面耦合區段26的面積。

二該短路金屬部30，分別具有一接設在該接地平面側接區段22的第一短路端31、及一反向於該第一短路端31的第二短路端32。以及

該饋入金屬部40，連接各該短路金屬部30並與該接地部20相距一距離，各該饋入金屬部40包括一第一饋入區段41、一第二饋入區段42、一第三饋入區段43、一第四饋入區段44、及一饋入連接區段45；其中：

該第一饋入區段41，接設其中一該短路金屬部30的第二短路端32，並對應其中一該接地平面側接區段22；本實施例中該第一饋入區段41的寬度411小於所對應該接地平面側接區段22的寬度221。

該第二饋入區段42，接設另一該短路金屬部30的第二短路端32，並對應另一該接地平面側接區段22；本實施例中，該第二饋入區段42的寬度421小於所對應該接地平面側接區段22的寬度221。

該第三饋入區段43，接設該第一饋入區段41並朝該第二饋入區段42方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段21的局部；本實施例中，該第三饋入區段43的寬度431小於所對應該接地平面中央區段21的寬度211。

該第四饋入區段44，接設該第二饋入區段42並朝該第一饋入區段41方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段21的局部，並與該第三饋入區段43形成一空氣間隙45；本實施例中，該第四饋入區段44的寬度441小於所對應該接地平面中央區段21的寬度211。

該饋入連接區段50，接設該第四饋入區段44並朝該接地平面中央區段21延伸，並具有一饋入點51；本實施例中，該饋入連接區段50為三角形，且該饋入點51為三角形的頂點，而為同軸電纜饋入點(圖上未示)，並以圖2為方向基礎，該饋入連接區段50為倒三角形型態，且該饋入點51相距該接地平面中央區段21為1.34公厘(mm)的距離。

以上所述即為本創作第一實施例各主要構件之結構及其組態說明。至於本創作實施例的作動方式及功效作以下說明。

配合參閱圖6所示，圖6為本創作多頻帶整合式車用天線結構之第一實施例的反射損失量測結果圖。本創作藉由該接地部20、二短路金屬部30及饋入金屬部40的結構設計，使得該多頻帶整合式車用天線激發出2個主要的操作頻帶。於低頻的操作頻帶，模擬所得到的操作頻率範圍約為520 ~ 975 MHz (455 MHz頻帶寬度)，而實際量測範圍約為515 ~ 1000 MHz (485 MHz頻帶寬度)；而於高頻的操作頻帶，模擬所得到的操作頻率範圍約為1515 ~ 2790 MHz (1175 MHz頻帶寬度)，而實際量測範圍約為1565 ~ 2850 MHz (1285 MHz頻帶寬度)。因此，本創作確實能夠達到一種適合汽車使用的多頻帶整合式天線。

本創作的2個主要操作頻帶，於低頻的操作頻帶範圍約為515 ~ 1000 MHz (485 MHz頻帶寬度)；高頻的操作頻帶範圍約為1565 ~ 2850 MHz (1285 MHz頻帶寬度)，可適合數位電視廣播系統(DTB：470 ~ 862 MHz)、衛星定位系統(GPS：1575.42 MHz)、2G通訊系統(GSM850/900/1800/1900)、3G通訊系統(WCDMA)、 4G通訊系統(LTE700/1800/2300/2500)、藍芽通訊系統(Bluetooth：2.4 GHz)、無線區域網路系統(WLAN：2400 ~ 2488 MHz)與全球互通的微波存取系統(WiMAX：2.5 ~ 2.7 GHz)等使用。其頻段範圍主要涵蓋數位電視、通信、衛星導航及無線網路等系統，確實能夠達到一種適合汽車使用的多頻帶整合式天線。

舉例而言，當電流從左邊較長的輻射體(即電流從第一饋入區段41、第三饋入區段43、第四饋入區段44)朝向饋入連接區段50，耦合到該接地部20方向，電流集中在較長的接地部20路徑上(即在接地平面中央區段21並靠近該饋入連接區段50的饋入點51)，這路徑就是激發出 580 MHz的路徑，並於右邊接地平面側接區段22產生一個電流零點P1。同激發出 580 MHz的路徑，當電流集中在左邊較長的輻射體(即電流集中在第一饋入區段41、第三饋入區段43、第四饋入區段44)上，是激發出 960 MHz的路徑。當電流大多集中在饋入點51附近，並朝向左邊的輻射體接地方向(即電流從第四饋入區段44、第三饋入區段43、第一饋入區段41、短路金屬部30至該接地部20)，因輻射體長度較短是激發出 1750 MHz的路徑。當電流從左邊的輻射體(即電流從第一饋入區段41、第三饋入區段43)朝向耦合接面(即第四饋入區段44)，於耦合接面(即第四饋入區段44)的三分之一處產生一個電流零點P2，此較短的電流就是激發出 2580 MHz的路徑。

值得一提的是，本實施例中，該接地部20的接地平面中央區段21的寬度211為11公厘(mm)，而與該接地平面中央區段21對應的第三饋入區段43及第四饋入區段44的寬度為10公厘(mm)，藉以避免當接地平面中央區段21的寬度211與該第三饋入區段43及第四饋入區段44的寬度431、441相同時，因該接地平面中央區段21斷面與饋入點51切齊，電流路徑因而受到影響，其特性無法符合所需；以及當接地平面中央區段21的寬度211超過11公厘(mm)過多時，低頻部分會有往高頻偏的趨勢，且部份的返回損耗(Return Loss)會不足6dB，因此本實施例中，該接地平面中央區段21的寬度為11公厘(mm)為最佳之接地面寬度。

其次，本實施例中，該饋入金屬部40的第三饋入區段43與第四饋入區段44之間的空氣間隙45為1 公厘(mm)為最佳之空氣間隙距離。其最主要是當空氣間隙45為 1.5公厘(mm)時，有部份頻率點的返回損耗(Return Loss)不足6dB；當空氣間隙45為 0.5公厘( mm)時，雖其特性較佳，且高頻部分亦在操作頻率範圍內，但其低頻部分稍微不足。

參閱圖7及圖8所示，本創作第二實施例所提供的一種多頻帶整合式車用天線結構，其同樣係由接地部20、短路金屬部30、及包含包括第一饋入區段41、第二饋入區段42、第三饋入區段43、第四饋入區段44、及饋入連接區段45的饋入金屬部40所組成，由於其組態及功效同於第一實施例，故不再贅述，不同處在於：

該接地部20具有一接地平面中央區段21、及二分別由該接地平面中央區段21兩端彎折延伸的接地平面側接區段22；而不具有第一實施例中(參閱圖2所示)該接地部20的第一接地平面線段23、第二接地平面線段24、第一接地平面耦合區段25、及第二接地平面耦合區段26的設計，而同樣可以獲得較大的頻寬，而得以適用在汽車電子系統並可作為各種不同頻寬系統的無線傳輸。

配合參閱圖8所示，圖8為本創作多頻帶整合式車用天線結構之第二實施例的反射損失量測結果圖。本創作多頻帶整合式車用天線激發出1個主要的操作頻帶。模擬所得到的操作頻率範圍約為505 ~ 955 MHz (450 MHz頻帶寬度)，而實際量測範圍約為495 ~ 935 MHz (440 MHz頻帶寬度)，模擬與量測結果雖有部分差異，但其激發模態具有一致性。

綜上所述，上述各實施例及圖式僅為本創作的較佳實施例而已，當不能以之限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本創作專利涵蓋的範圍內。

﹝習知﹞
11‧‧‧單偶極天線
111‧‧‧基板
112‧‧‧金屬線
13‧‧‧平面倒F天線
131‧‧‧金屬平面板
132‧‧‧接地面
133‧‧‧短路平板
134‧‧‧同軸饋入
﹝本創作﹞
20‧‧‧接地部
21‧‧‧接地平面中央區段
211‧‧‧寬度
22‧‧‧接地平面側接區段
221‧‧‧寬度
23‧‧‧第一接地平面線段
231‧‧‧第一耦合空間
24‧‧‧第二接地平面線段
241‧‧‧第二耦合空間
25‧‧‧第一接地平面耦合區段
251‧‧‧第一耦合間隙
26‧‧‧第二接地平面耦合區段
261‧‧‧第二耦合間隙
30‧‧‧短路金屬部
31‧‧‧第一短路端
32‧‧‧第二短路端
40‧‧‧饋入金屬部
41‧‧‧第一饋入區段
411‧‧‧寬度
42‧‧‧第二饋入區段
421‧‧‧寬度
43‧‧‧第三饋入區段
431‧‧‧寬度
44‧‧‧第四饋入區段
441‧‧‧寬度
45‧‧‧空氣間隙
50‧‧‧饋入連接區段
51‧‧‧饋入點
91‧‧‧基板
P1、P2‧‧‧電流零點

圖1A係習知單偶極天線的示意圖。 圖1B係習知平面倒F天線(PIFA)的示意圖。 圖2係本創作第一實施例的立體圖。 圖3係本創作第一實施例的正視圖。 圖4係本創作第一實施例的上視圖。 圖5係圖3沿線段5-5的剖面圖。 圖6係本創作第一實施例的反射損失量測結果圖。 圖7係本創作第二實施例的立體圖。 圖8係本創作第二實施例的反射損失量測結果圖。

20‧‧‧接地部

21‧‧‧接地平面中央區段

211‧‧‧寬度

22‧‧‧接地平面側接區段

23‧‧‧第一接地平面線段

231‧‧‧第一耦合空間

24‧‧‧第二接地平面線段

241‧‧‧第二耦合空間

25‧‧‧第一接地平面耦合區段

251‧‧‧第一耦合間隙

26‧‧‧第二接地平面耦合區段

261‧‧‧第二耦合間隙

30‧‧‧短路金屬部

31‧‧‧第一短路端

32‧‧‧第二短路端

40‧‧‧饋入金屬部

41‧‧‧第一饋入區段

42‧‧‧第二饋入區段

43‧‧‧第三饋入區段

431‧‧‧寬度

44‧‧‧第四饋入區段

441‧‧‧寬度

45‧‧‧空氣間隙

50‧‧‧饋入連接區段

51‧‧‧饋入點

91‧‧‧基板

P1、P2‧‧‧電流零點

Claims (8)

1. 一種多頻帶整合式車用天線結構，包含：         一接地部，具有一接地平面中央區段、及二分別由該接地平面中央區段兩端彎折延伸的接地平面側接區段；         二短路金屬部，分別具有一接設在該接地平面側接區段的第一短路端、及一反向於該第一短路端的第二短路端；以及         一饋入金屬部，連接各該短路金屬部並與該接地部相距一距離，且包括一第一饋入區段、一第二饋入區段、一第三饋入區段、一第四饋入區段、及一饋入連接區段；其中：         該第一饋入區段，接設其中一該短路金屬部的第二短路端，並對應其中一該接地平面側接區段； 該第二饋入區段，接設另一該短路金屬部的第二短路端，並對應另一該接地平面側接區段；         該第三饋入區段，接設該第一饋入區段並朝該第二饋入區段方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段的局部； 該第四饋入區段，接設該第二饋入區段並朝該第一饋入區段方向彎折延伸且對應該接地平面中央區段的局部，並與該第三饋入區段形成一空氣間隙； 該饋入連接區段，接設該第四饋入區段並朝該接地平面中央區段延伸，並具有一饋入點。
2. 如請求項1所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該第一饋入區段與第二饋入區段的寬度小於所對應該接地平面側接區段的寬度。
3. 如請求項1所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該第三饋入區段與第四饋入區段的寬度小於所對應該接地平面中央區段的寬度。
4. 如請求項1所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該饋入連接區段為三角形，且該饋入點為三角形的頂點。
5. 如請求項1所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該接地部成形在一基板上。
6. 如請求項1所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該接地部更具有一連接該接地平面中央區段及其中一該接地平面側接區段且圍成一第一耦合空間的第一接地平面線段、一連接該接地平面中央區段及另一該接地平面側接區段且圍成一第二耦合空間的第二接地平面線段、一連接其中一該接地平面側接區段並位於該第一耦合空間內的第一接地平面耦合區段、及一連接另一該接地平面側接區段並位於該第二耦合空間內的第二接地平面耦合區段。
7. 如請求項6所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該接地部的第一接地平面耦合區段與該接地平面中央區段形成一第一耦合間隙，該接地部的第二接地平面耦合區段與該接地平面中央區段形成一第二耦合間隙。
8. 如請求項6所述之多頻帶整合式車用天線結構，其中該接地部的第一接地平面耦合區段面積小於該第二接地平面耦合區段的面積。