CN101662069A - 环形天线 - Google Patents

Abstract

本发明一种环形天线，其包括：接地面、短路导体、辐射导体及寄生导体；辐射导体具有连接部及馈入部；短路导体一端部连接于接地面，另一端部连接于连接部，馈入部紧邻接地面设置并形成一缺口，将短路导体与辐射导体沿接地面的一侧边环绕形成一内环部，并于辐射导体内环部方向设置一第一耦合边，寄生导体位于内环部，其一端部连接于接地面，并具有一第二耦合边沿第一耦合边轮廓对应配置，且两耦合边之间形成一间隙。本发明透过辐射导体激发低频共振模态，寄生导体激发高频共振模态，使天线系统整合涵盖多种操作频段且具备超宽带特性，简化天线组成结构且亦于量产。

Description

环形天线

技术领域

本发明涉及一种环形天线，特别指一种整合高、低频模态涵盖多种操作频段且具备超宽带特性的天线系统。

背景技术

随着无线产品的体积微型化要求，微型天线的设计概念日趋重要，通常应用于微型架构的天线，有平面式倒F型天线(PIFA)、单极天线以及偶极天线，为了缩小体积在辐射导体结构外观上已经设计出相当重大的改变，例如设计成圆形、椭圆形、环形、矩形或三角形等，以使天线单元更为短小轻薄。而天线外露部分从原本的5-10公分长度缩减至3公分以下，之后更进一步整合至电路板之中，并且具备多重信号接收功能，例如将手机中的Wi-Fi收发器与蓝牙模块共享同一天线，并将其它相似频段的无线标准一并采用进而开发出的整合式天线设计。

现有双频天线通常为两种或两种以上不同天线类型的结合，例如：美国专利第6204819号专利所揭露的双频天线结构，将平面式倒F型天线与环型天线互相结合，透过切换开关选择不同的信号馈入方式，在两天线之间进行切换，然而此天线为立体结构，体积庞大且配置不易，另外必须增加切换芯片用以操作频带切换，导致电路结构复杂，制作成本亦较高。

请参阅图1，为美国专利第7,180,463号专利“DUAL-BAND ANTENNA”正面示意图，该双频天线印刷在一基板11上，其包括信号馈入元件12、一阻抗元件13、一第一发射元件14、一第一馈入点141、一第二发射元件15、一第二馈入点151及一接地点17。信号馈入元件12与第一馈入点141和第二馈入点151电性连接，并分别经由接地点17提供各约1/4波长共振腔；第一发射元件14通过第一馈入点141与信号馈入元件12连接，用以发射较高频率的信号；第二发射元件15通过第二馈入点151与信号馈入元件12连接，用以发射较低频率的信号。

请参阅图2，为美国专利第7,180,463号专利“DUAL-BAND ANTENNA”反射损耗量测数据示意图，由图标可知，在操作频率为2.4-2.5GHz以及4.3-6GHz之间，该系统平均值皆位于-10db以下，显示该双频天线的操作频宽完全涵盖IEEE802.11a和802.11b两种通讯标准的操作频段。

然而该双频天线为增加发射频宽，将第二发射元件15的发射端弯折为“L”形，以扩大发射端面积，同时也导致天线导体长度及体积过大；另外为调整第一发射元件14的阻抗匹配，在相对于第二发射元件15的另一侧边设置支撑部16，且必须与第一发射元件14保持平行并间隔一间隙，从而与第一发射元件14形成电容性负载，此配置将造成天线结构复杂，且该支撑部16设置位置不易精确掌握。

发明内容

本发明的目的是提供一种环形天线，利用辐射导体激发低频共振模态，寄生导体激发高频共振模态，使天线系统整合涵盖多种操作频段且具备超宽带特性，整合平面式倒F型天线(PIFA)及循环(Loop)天线设计概念，改善现有整合式天线体积微型化无法同时兼顾超宽带的缺失。

本发明的另一目的是提供一种环形天线，利用接地面、短路导体与辐射导体环绕构成内环部，将内环部设置寄生导体，使天线系统除具备超宽带特性，同时大幅缩减天线配置空间，使其轻易容置于各种电子装置内部，降低组装难度且亦于量产。

为达成上述目的，本发明为一种环形天线，包括：接地面、短路导体、辐射导体及寄生导体；辐射导体具有连接部及馈入部；短路导体一端部连接于接地面，另一端部连接于连接部，馈入部紧邻接地面设置并形成一缺口，将短路导体与辐射导体沿接地面的一侧边环绕形成一内环部，并于辐射导体内环部方向设置一第一耦合边，寄生导体位于内环部，其一端部连接于接地面，并具有一第二耦合边沿第一耦合边轮廓对应配置，且第一耦合边及第二耦合边之间形成一间隙。

本发明主要利用辐射导体激发天线系统的低频共振模态，经由调整辐射导体与短路导体的导体长度，以控制低频共振模态的操作频率，并利用微调辐射导体与短路导体的导体粗细比例，经此增加低频共振模态的阻抗匹配，另外经由内环部设置的寄生导体激发高频共振模态，经由调整寄生导体的导体长度，以控制高频共振模态的操作频率，并利用调节第一耦合边及第二耦合边的间隙宽度，经此使高频共振模态具有较佳的阻抗匹配，透过上述方式使高、低频模态合成一超宽带模态，经此使天线系统涵盖多种操作频段且同时兼具宽带特性，轻易整合为具有超宽带技术特性的天线系统，整合平面式倒F型天线(PIFA)及循环(Loop)天线设计概念，改善现有整合式天线体积微型化无法同时兼顾超宽带的缺失。此外，通过短路导体、辐射导体与寄生导体的简易结构配置形式，从而简化天线配置体积，使其轻易容置于各种电子装置内部，降低组装难度及制造成本。

为能进一步了解本发明的详细内容，兹列举下列较佳实施例说明如后。

附图说明

图1为美国专利第7,180,463号专利“DUAL-BAND ANTENNA”正面示意图；

图2为美国专利第7,180,463号专利“DUAL-BAND ANTENNA”反射损耗量测数据示意图；

图3为本发明第一实施例的正面示意图；

图4为本发明第一实施例的辐射导体与寄生导体另一变化实施态样正面示意图；

图5为本发明第一实施例的电压驻波比量测数据示意图；

图6为本发明第一实施例应用于携带式计算机的立体示意图。

【主要元件符号说明】

11基板            31接地面

12信号馈入元件    32短路导体

13阻抗元件        33辐射导体

14第一发射元件    331连接部

141第一馈入点     332馈入部

15第二发射元件    333第一耦合边

151第二馈入点    34寄生导体

16支撑部         341第二耦合边

17接地点         35馈入线

                 351中心导线

                 352绝缘层

                 353外层导线

                 354披覆层

                 36内环部

                 c间隙

                 4携带式计算机

                 41框体

                 42屏幕

具体实施方式

请参阅图3，为本发明第一实施例的正面示意图。该环形天线包括：接地面31、短路导体32、辐射导体33及寄生导体34；辐射导体33具有连接部331及馈入部332。

短路导体32一端部连接于接地面31，另一端部连接于辐射导体33的连接部331，馈入部332紧邻接地面31设置并形成一缺口，将短路导体32与辐射导体33沿接地面31的一侧边环绕，经此使接地面31、短路导体32及辐射导体33构成一内环部36，并于辐射导体33内环部36方向设置一第一耦合边333，寄生导体34位于内环部36，其一端部连接于接地面31，并具有一第二耦合边341沿第一耦合边333轮廓对应配置，且第一耦合边333及第二耦合边341之间形成一间隙c，透过该间隙c用以产生电容性耦合效应，经此增加寄生导体34的辐射传导效率；馈入线35依序形成中心导线351、绝缘层352、外层导线353及披覆层354，将中心导线351连接于馈入部332，利用中心导线351传递馈入线35的高频传输信号至馈入部332，外层导线353则连接于接地面31。

短路导体32连接于接地面31方向的矩形长度约为10mm，宽度约为2mm，连接于辐射导体33方向的矩形长度约为13mm，宽度约为2mm，辐射导体33近似梯形，上底长度约为6mm，下底长度约为0.5mm，高度约为7mm，两侧斜边长度约为8mm，本实施例中寄生导体34设置为平行四边形，上、下底长度约为1mm，高度约为4mm。

本实施例利用接地面31、短路导体32与辐射导体33组成ㄇ形环状导体结构，并经此配置构成内环部36，利用辐射导体33激发天线系统的低频共振模态，经由调整辐射导体33与短路导体32的导体长度，以控制低频共振模态的操作频率，并利用微调辐射导体33与短路导体32的导体粗细比例，经此增加低频共振模态的阻抗匹配，另外经由内环部36设置寄生导体34用以激发高频共振模态，经由调整寄生导体34的导体长度，以控制高频共振模态的操作频率，并利用调节第一耦合边333及第二耦合边341的间隙c宽度，经此使高频共振模态具有较佳的阻抗匹配，透过上述方式使高、低频模态合成一超宽带模态，使天线系统涵盖多种操作频段且同时兼具宽带特性，轻易整合为具有超宽带技术特性的天线系统，达成整合式天线微型化及超宽带的设计要求，由于传统无线通讯在传输时需要连续发出电波，耗电量需求相对较大，经由本发明设计整合为具有超宽带技术特性的天线系统后，使超宽带技术只有在需要传输数据时才会发出脉冲电波，进而有效减少耗电量，并透过超宽带技术大量传输影音数据。

请参阅图4，为本发明第一实施例的辐射导体与寄生导体另一变化实施态样正面示意图。本实施例与上述第一实施例大致相同，其差异处在于该寄生导体34设置为蜿蜒形式阶梯状，而辐射导体33同样近似梯形，但是于寄生导体34的第二耦合边341轮廓对应位置处的第一耦合边333同样设置为蜿蜒形式阶梯状，而短路导体32则由两片矩形导体缩减为一片矩形导体，且其一端部同样连接于辐射导体33连接部31，同样利用接地面31、短路导体32与辐射导体33构成内环部36，寄生导体34则置于内环部36，其激发的天线系统高、低频共振模态以及微调的操作频率及阻抗匹配调整控制方式与第一实施例皆相同。

请参阅图5，为本发明第一实施例的电压驻波比量测数据示意图。经本发明设计得到的天线低频与高频操作频宽S1在电压驻波比定义为2的情况下，操作频率范围涵盖2.9GHz至6GHz，此频带频宽范围涵盖下列系统频宽：

(1)UWB(3.1GHz-4.9GHz)；

(2)WLAN802.11a(4.9GHz-5.9GHz)。

显示本发明的天线结构已可整合2.9GHz至6GHz范围间的传输频带，确实已具备超宽带技术的优异特性，并较现有双频天线设计结构具有更为广泛的操作频宽范围，同时其组成结构亦较为简化，符合使用者微型化及兼顾多系统频带的要求。

请参阅图6，为本发明第一实施例应用于携带式计算机的立体示意图。将环形天线设置于携带式计算机4的一框体41边缘，接地面31采用锡箔片，并将锡箔片整片贴覆于框体41表面，框体41内缘设置一屏幕42，该框体41可视为整个天线系统的接地面，透过锡箔片将接地信号传送至框体41，通过短路导体32、辐射导体33与寄生导体34的简易配置形式，从而简化天线组成结构与体积，大幅缩减天线配置空间，使天线模块轻易摆置于各种电子装置内部，降低组装难度且亦于量产。

本发明已符合专利要件，实际具有新颖性、进步性与产业应用价值的特点，然其实施例并非用以局限本发明的范围，任何熟悉此项技艺者所作的各种更动与润饰，在不脱离本发明的精神和定义下，均在本发明权利范围内。

Claims (5)

1、一种环形天线，其特征在于包括：

接地面；

短路导体，其一端部连接于该接地面；

辐射导体，其具有连接部及馈入部，将该短路导体另一端部连接于连接部，该馈入部紧邻接地面并形成一缺口，将该短路导体与辐射导体沿该接地面的一侧边环绕形成一内环部，其中该辐射导体于内环部方向具有一第一耦合边；以及

寄生导体，位于该内环部，其一端部连接于该接地面，并具有一第二耦合边沿该辐射导体的第一耦合边轮廓对应配置，且该第一耦合边与第二耦合边之间形成一间隙。

2.如权利要求1所述的环形天线，其特征在于，还包括馈入线，其具有：

中心导线，连接于该馈入部；以及

外层导线，连接于该接地面。

3.如权利要求1所述的环形天线，其特征在于，该短路导体与辐射导体组成的环状导体结构近似ㄇ形。

4.如权利要求1所述的环形天线，其特征在于，该寄生导体近似平行四边形或阶梯状。

5.如权利要求1所述的环形天线，其特征在于，该寄生导体邻近缺口位置。

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