TWM543478U - 雙頻操作天線 - Google Patents

Description

雙頻操作天線

本創作係指一種雙頻操作天線，尤指一種適用於金屬環境的雙頻操作天線。

現今無線網路通訊產品越來越多元化，為了達到輕、薄、短、小的外觀，產品尺寸往往會受到諸多限制。單極（monopole）天線、平面倒F天線（Planar Inverted-F Antenna，PIFA）或雙極（dipole）天線常作為網路通訊產品的內建天線。然而，天線效能深受其周圍環境所影響，例如產品所能提供的空間大小、電路板及機構件等鄰近金屬元件之配置會影響天線之輻射場型，進而影響天線的操作頻寬，甚至降低輻射效率，如此不利於實際訊號收發，也會縮小通訊範圍。

舉例來說，傳統的天線空間配置設計是盡可能讓天線遠離金屬外殼，以減少金屬外殼對天線的影響，例如將天線設置於金屬殼體所環繞的區域中央。然而，在上述空間配置下，金屬外殼會對天線造成屏蔽效應及反射效應，導致天線的輻射場型往垂直方向集中，如此將相對弱化天線於水平方向的輻射場型。在實際應用中，無線通訊裝置大多設置於一水平空間中，以利身處該水平空間中的使用者存取無線網路，然而天線於水平方向的輻射場型相對較弱的情況將不利於實際應用。因此，如何改善內建天線於水平方向的輻射場型以增加通訊範圍，乃是本領域之一大技術挑戰。

因此，本創作的主要目的即在於提供一種適用於金屬環境的雙頻操作天線。

本創作揭露一種天線，用於一無線通訊裝置，包含有一輻射體以及一接地部。該輻射體用來共振一射頻訊號，包含有一饋入端，用來饋入該射頻訊號；一第一支臂，電性連接於該饋入端，從該饋入端朝一第一方向延伸，具有二彎折，用來共振該射頻訊號的一第一訊號分量；一第二支臂，電性連接於該第一支臂，從該饋入端朝一第二方向延伸，用來共振該射頻訊號的一第二訊號分量，其中該第一方向與該第二方向垂直；以及一接地支臂，電性連接於該第二支臂及該饋入端，從該饋入端朝該第二方向延伸。該接地部電性連接於該接地支臂，沿該第二方向延伸。在上述架構下，該天線可滿足雙頻通訊系統需求。

於本案創作之一實施例中，該無線通訊裝置包含一金屬殼體，本創作將該天線設置於該無線通訊裝置邊緣，並透過該接地部與該金屬殼體產生耦合效應，使該金屬殼體輻射該射頻訊號。在此情況下，該金屬殼體可視為該天線的一部份，用來輻射一部份的射頻能量，進而改善該天線於水平方向的輻射場型，以適用於金屬環境中。

第1圖為本創作實施例一天線10的示意圖。天線10可用於一無線通訊裝置，例如無線配接器(Wireless Dongle)、藍牙通訊裝置、智慧型手機、平板電腦、網路攝影機(IP Camera)、以及個人電腦等。天線10包含一輻射體11及一接地部12。無線通訊裝置可包含一無線通訊模組(未繪於第1圖)，用來產生一射頻訊號RF_sig至天線10，以及處理天線10接收之射頻訊號，以實現無線通訊。

輻射體11用來共振射頻訊號RF_sig，其包含一饋入端13、一第一支臂A1、一第二支臂A2以及一接地支臂AG。饋入端13用來饋入射頻訊號RF_sig。第一支臂A1電性連接於饋入端13，從饋入端13朝X方向延伸，用來共振射頻訊號RF_sig的一第一訊號分量。第二支臂A2電性連接於第一支臂A1及饋入端13，從饋入端13朝Y方向延伸，用來共振射頻訊號RF_sig的一第二訊號分量，其中X方向與Y方向垂直。接地支臂AG電性連接於第二支臂A2及接地部12，從第二支臂A2朝Y方向延伸。接地部12電性連接於接地支臂AG，形成於X-Y平面，沿Y方向延伸。

進一步地，第一支臂A1具有二彎折，且於X-Y平面的投影呈現一倒U形。接地支臂AG具有一彎折，且於X-Y平面的投影呈現一倒L形。接地部12沿Y方向的投影長度L12大於輻射體11沿Y方向的投影長度L11。此外，天線10另包含 一同軸電纜14，其包含一內芯線16及一外編織網15。內芯線16電性連接於饋入端13，用來傳遞射頻訊號RF_sig。外編織網15包覆內芯線16，並包含一第一接地端G1以及一第二接地端G2，其中外編織網15透過第一接地端G1以及第二接地端G2，電性連接於接地部12。第一接地端G1設置於輻射體11沿Y方向的投影長度L11內，且第二接地端G2設置於輻射體11沿第二方向的投影長度L11外。沿X方向，接地部12的寬度W12為第一訊號分量的十六分之一波長至八分之一波長，且第一訊號分量的頻率小於第二訊號分量的頻率。

值得注意的是，天線10係以單極(Monopole)天線之架構為基礎所設計，相較於傳統單極天線的單一共振模態及單頻操作，天線10另增加第二支臂A2而可產生另一共振模態，因此天線10可滿足雙頻通訊系統需求(例如：WiFi通訊技術之2.4GHz頻段及5GHz頻段)。此外，呈現倒U形的第一支臂A1可減少天線面積，以達到縮小天線尺寸的目的。

第2圖為本創作實施例一無線通訊裝置20的示意圖。無線通訊裝置20包含天線10及殼體21及22。殼體21及22可為金屬殼體，殼體21耦接於殼體22，用來透過接地部12耦合射頻訊號RF_sig，其中沿Z方向，殼體21與接地部12的相距長度L21_12為2~5釐米，且Z方向垂直於X方向及Y方向。

殼體21形成於一第二平面(例如平行於X-Y平面的另一平面)，接地部12及殼體21於第二平面(或X-Y平面)的投影部分重疊或完全重疊，且輻射體11及金屬殼體21於第二平面(或X-Y平面)的投影不重疊。殼體22呈現一空心圓柱體。輻射體11形成於一曲面(例如：由第二平面朝殼體22彎曲的曲面)，以適應無線通訊裝置20的外觀造型設計。

為將天線10整合於產品內部，可利用可撓式印刷電路（Flexible Printed Circuit，FPC）製程搭配一支架（未繪於第2圖）來實現曲面弧度造型。在實作上，可先將天線10之圖案印刷於一可撓式印刷電路板，再將該可撓式印刷電路板塗上背膠以將天線10黏貼於支架上。然而不限於此，於一實施例中，天線10可透過雷射直接成形（Laser Direct Structuring，LDS）技術而成形於支架上。於另一實施例中，天線圖案可以金屬鐵件切割製作，再打件於支架上。

為改善天線於水平方向的輻射場型，本創作將天線10設置於無線通訊裝置20邊緣，並透過接地部12與殼體21、22產生耦合效應。在此情況下，殼體21、22可視為天線10的一部份，用來輻射一部份的射頻能量，進而改善天線於水平方向的輻射場型。如此一來，天線10可適用於金屬環境中。

第3圖繪示天線10於Y-Z水平平面的輻射場型圖。如第3圖所示，天線10於頻率2.4～2.5GHz的輻射功率大致為－6～＋2dBm，因此天線10可適用於無線區域網路（Wireless Local Area Network）、WiFi及藍牙（Bluetooth）等無線通訊技術。

請注意，本領域具通常知識者可據以修飾變化，而不限於上述實施例。舉例來說，於一實施例中，第一訊號分量的頻率為2.4GHz～2.5GHz，且第二訊號分量的頻率為5.1GHz～5.8GHz，以適用無線區域網路、WiFi及藍牙無線通訊技術規定之頻率範圍。然而不限於此，於其他實施例中，藉由調整天線10所包含元件的長度、形狀等，可調整天線10的共振模態匹配及操作頻率，以適用於其他無線通訊技術，例如第三代行動通訊技術、長期演進（Long Term Evolution，LTE）、Zigbee、Z-wave、數位增強無線通訊（Digital Enhanced Cordless Telecommunications，DECT）等。

此外，無線通訊裝置的形狀不限，只要靠近接地部的殼體（即殼體21）呈現一平面即可適用於本創作。如第4圖所示，其為本創作實施例另一無線通訊裝置40的示意圖。無線通訊裝置40呈現一空心方柱體，包含殼體41及42，殼體41形成於一平面且呈現一凹形狀，形成有一天線空間SP11及一接地空間SP12。天線輻射體可設置於天線空間SP11的範圍內（即，輻射體及殼體41於X-Y平面的投影不重疊），以利輻射射頻訊號。天線接地部可設置於接地空間SP12的範圍內（即，接地部及殼體41於X-Y平面的投影部分重疊或完全重疊），如此可於接地部與殼體41間產生耦合效應。殼體42由三個平面所組成，用來接合殼體41，使無線通訊裝置40呈現空心方柱體。

綜上所述，本創作將天線設置於無線通訊裝置邊緣，並透過接地部與金屬殼體產生耦合效應，使金屬殼體輻射射頻訊號。在此情況下，金屬殼體可視為天線的一部份，用來輻射一部份的射頻能量，進而改善天線於水平方向的輻射場型，以適用於金屬環境中。此外，相較於單極天線之單一共振模態，本創作之雙頻操作天線另增加支臂，以產生另一共振模態，因此本創作之天線可滿足雙頻通訊系統需求。

10‧‧‧天線

11‧‧‧輻射體

12‧‧‧接地部

13‧‧‧饋入端

14‧‧‧同軸電纜

15‧‧‧外編織網

16‧‧‧內芯線

A1‧‧‧第一支臂

A2‧‧‧第二支臂

AG‧‧‧接地支臂

G1、G2‧‧‧接地端

X、Y、Z‧‧‧方向

L11、L12、L21_12‧‧‧長度

W12‧‧‧寬度

RF_sig‧‧‧射頻訊號

20、40‧‧‧無線通訊裝置

21、22、41、42‧‧‧殼體

SP11‧‧‧天線空間

SP12‧‧‧接地空間

第1圖為本創作實施例一天線的示意圖。

第2圖為本創作實施例一無線通訊裝置的示意圖。

第3圖繪示第1圖的天線的輻射場型圖。

第4圖為本創作實施例另一無線通訊裝置的示意圖。

10‧‧‧天線

11‧‧‧輻射體

12‧‧‧接地部

13‧‧‧饋入端

14‧‧‧同軸電纜

15‧‧‧外編織網

16‧‧‧內芯線

A1‧‧‧第一支臂

A2‧‧‧第二支臂

AG‧‧‧接地支臂

G1、G2‧‧‧接地端

X、Y、Z‧‧‧方向

L11、L12‧‧‧長度

W12‧‧‧寬度

RF_sig‧‧‧射頻訊號

Claims (10)

1. 一種天線，用於一無線通訊裝置，包含有：一輻射體，用來共振一射頻訊號，包含有：一饋入端，用來饋入該射頻訊號；一第一支臂，電性連接於該饋入端，從該饋入端朝一第一方向延伸，具有二彎折，用來共振該射頻訊號的一第一訊號分量；一第二支臂，電性連接於該第一支臂，從該饋入端朝一第二方向延伸，用來共振該射頻訊號的一第二訊號分量，其中該第一方向與該第二方向垂直；以及一接地支臂，電性連接於該第二支臂及該饋入端，從該饋入端朝該第二方向延伸；以及一接地部，電性連接於該接地支臂，沿該第二方向延伸。
2. 如請求項1所述的天線，其中該接地部形成於一第一平面、該第一支臂於該第一平面的投影呈現一倒U形，且該接地支臂於該第一平面的投影呈現一倒L形。
3. 如請求項1所述的天線，其中該接地部沿該第二方向的投影長度大於該輻射體沿該第二方向的投影長度。
4. 如請求項1所述的天線，其另包含一同軸電纜，包含：一內芯線，電性連接於該饋入端，用來傳遞該射頻訊號；以及一外編織網，包覆該內芯線，包含一第一接地端以及一第二接地端，透過該第一接地端以及該第二接地端，電性連接於該接地部； 其中該第一接地端設置於該輻射體沿該第二方向的投影長度內，且該第二接地端設置於該輻射體沿該第二方向的投影長度外。
5. 如請求項1所述的天線，其中沿該第一方向，該接地部的寬度為該第一訊號分量的十六分之一波長至八分之一波長，且該第一訊號分量的頻率小於該第二訊號分量的頻率。
6. 如請求項1所述的天線，其中該無線通訊裝置包含：一第一金屬殼體，用來透過該接地部耦合該射頻訊號，其中沿一第三方向，該第一金屬殼體與該接地部相距2~5釐米，且該第三方向垂直於該第一方向及該第二方向；以及一第二金屬殼體，用來接合該第一金屬殼體。
7. 如請求項6所述的天線，其中該第一金屬殼體形成於一第二平面，該接地部於該第二平面的投影與該第一金屬殼體重疊，且該輻射體於該第二平面的投影與該第一金屬殼體不重疊。
8. 如請求項7所述的天線，其中該輻射體形成於一曲面，該曲面由該第二平面朝該第二金屬殼體彎曲。
9. 如請求項6所述的天線，其中該第一金屬殼體呈現一凹形狀，形成有一天線空間，該輻射體設置於該天線空間的範圍內。
10. 如請求項6所述的天線，其中該第二金屬殼體呈現一空心圓柱體或一 空心方柱體。