TWI396331B

TWI396331B - Dual frequency antenna

Info

Publication number: TWI396331B
Application number: TW096113455A
Authority: TW
Inventors: Tiao Hsing Tsai; Chien Pin Chiu; Zhi Wei Liao
Original assignee: Quanta Comp Inc
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2013-05-11
Also published as: US7589680B2; US20080258992A1; TW200843205A

Description

雙頻天線

本發明是有關於一種雙頻天線，特別是指一種適用於多天線系統之雙頻天線。

在可攜式電子裝置，例如筆記型電腦中，為了增加無線系統接收訊號的完整度及提高資料量的傳送，常配置兩支天線13、14，如圖1所示。筆記型電腦1之蓋體10內通常設有供液晶面板(圖未示)組設的金屬基板11，筆記型電腦1之鏡頭模組12(若有的話)通常固定在金屬基板11的一側邊(通常為頂邊)，且為了防止兩天線13、14間相互干擾以及加強天線的穩固性，可操作在2.4GHz及5GHz兩個頻段(WLAN)的雙頻PIFA(平面倒F型天線)天線13、14被分別設置在鏡頭模組12的左右兩側，並固定在用以固定鏡頭模組12及金屬基板11的鎖固件15之一底板151上，使天線13、14分別位於鎖固件15相反兩端的兩固定片152、153之間。

但由於天線13、14收發訊號時，因為受到鎖固件15兩側固定片(相當於接地面)152、153的遮蔽(邊界條件改變)，導致其輻射場型受到影響而使其收發訊效能下降。

另一方面，基於可攜式電子裝置日趨輕薄短小，或者考量保持原有裝置尺寸的情況下，增加無線系統所需的天線數量，天線的設置必需能夠充分利用有限的機構設計空間。

因此，如圖2所示，習知一種適用於多天線系統之天線設計，為了將筆記型電腦之金屬基板11頂緣之鏡頭模組12一側的部分空間挪出供其它頻段(例如WWAN)的天線系統使用，其將兩個WLAN雙頻PIFA天線16、17共同設置在鏡頭模組12的另一側(同一側)，並除去鎖固件15之設計，使兩天線16、17不致受鎖固件15兩側固定片的遮蔽而影響輻射效率及阻抗頻寛。然而，此種天線設計由於沒有鎖固件提供一個基面供天線固定，所以天線穩固性較差，故天線大都只能設計成平面結構，而使得天線的空間利用率下降(少一維度)。

所以，如圖3所示，另一種習知天線設計是將天線16、17直接成形在鎖固件18上，即與鎖固件18一體成型，使天線16、17在機構特性上能夠更加穩固，並增加天線的利用空間，但是就必需承受鎖固件18之固定片181、182對天線輻射效能的影響。

所以，如何在有限空間條件下，能夠將天線體積縮小，又同時使天線之輻射效能不受位於天線兩側接地面之影響，使天線與機構件的連結更為穩固而可任意變化為平面或立體結構，即為本案所欲改良的重點。

因此，本發明之目的係提出一種可縮小體積並提高收發訊效能之雙頻天線。

根據上述及其他目的，本發明係提出一種雙頻天線，設置在接地面的側邊，此雙頻天線包括分別操作於第一頻段之二輻射部，以及設置在此二輻射部之間的寄生耦合部。其中，各輻射部包括位於此側邊上方之輻射段、由各輻射段相遠離之一端延伸至此側邊之第一接地段、及由各輻射段向外延伸之訊號饋入段。寄生耦合部係用以與各輻射部產生寄生耦合而操作於與第一頻段不同之第二頻段，且寄生耦合部包括由此側邊朝此二輻射部之輻射段延伸且位於二訊號饋入段之間的第二接地段，及由第二接地段末端分別朝各輻射段方向延伸之耦合段。藉此，達到縮小體積及提高輻射效能之功效。

較佳而言，寄生耦合部之此二耦合段位於各輻射段下方，並與各輻射段之間具有界於0.5mm~3mm之間距。

較佳而言，寄生耦合部之此二耦合段位於各輻射段上方，並與各輻段之間具有界於0.5mm~3mm之間距。

較佳而言，寄生耦合部之此二耦合段位於各輻射段下方，並與各訊號饋入段之間具有界於0.5mm~3mm之間距。

較佳而言，此雙頻天線係形成在金屬底板上，並透過金屬底板固定在接地面之側邊，其中各輻射部之第一接地段是分別形成在金屬底板相反兩端之鎖固片，各輻射段由各鎖固片末端相對稱地朝相向方向延伸，各訊號饋入段由各輻射段靠近中央處朝金屬底板方向延伸，且寄生耦合部之第二接地段固定在金屬底板上。

其中，鎖固片上設有螺孔，可供螺絲穿設以固定該金屬底板。

較佳而言，第一頻段是低頻段，第二頻段是高頻段。

較佳而言，第一頻段是高頻段，第二頻段是低頻段。

較佳而言，低頻段是2.4GHz，高頻段是5GHz。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之多個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖4所示，是本發明雙頻天線的第一較佳實施例，本實施例之雙頻天線2是設置在接地面3的一側邊(頂緣)31。如圖所示，接地面3在本實施例中實際上是設在一筆記型電腦4之蓋體41上的(鋁鎂合金)金屬基板(下稱基板3)，筆記型電腦4之鏡頭模組42(若有的話)通常是固定在基板3的頂緣31中央處。

且為了能夠在基板3的頂緣31同時設置無線網路(WLAN)天線及3G(WWAN)天線而又不會彼此相互干擾，兩者通常被設在基板3之頂緣31的左右兩側，中間以鏡頭模組42隔開。本實施例之雙頻天線2即是以設在鏡頭模組42的左邊為例(但不以此為限)，其包括兩個輻射部21、22及寄生耦合部23。

參見圖5所示，輻射部21、22是單頻倒F型天線結構，兩者左右相對稱且相間隔地固定在金屬基板3的頂緣31上，各輻射部21、22包括位於頂緣31上方且與頂緣31概呈平行之輻射段211、212，由各輻射段211、221相遠離之一端朝頂緣31縱向延伸至頂緣31之第一接地段212、222，及由各輻射段211、221靠近中央處朝頂緣方向延伸之訊號饋入段213、223。且上述輻射段211、221、第一接地段212、222及訊號饋入段213、223之長度經適當調整設計，使得各輻射部21、22可以操作在頻率為2.4GHz之第一頻段(較低頻段)。

寄生耦合部23概呈T形，其設置在輻射部21與輻射部22之間，包括由基板3頂緣31朝遠離基板3方向向上概呈垂直延伸之第二接地段231，及由第二接地段231末端分別朝各輻射部21、22方向延伸之耦合段232、233，且此二耦合段232、233位於各輻射段211、221下方，並與各該輻射段211、221之間具有一間距，藉此，經由適當調整設計寄生耦合部23之第二接地段231及寄生耦合段232、233的長度，以及寄生耦合部23與二輻射部21、22之間的間距，寄生耦合部23可與此二輻射部21、22產生寄生耦合而操作在頻率為5GHz之第二頻段(較高頻段)。

此外，亦可經由適當調整輻射部21、22及寄生耦合部23之尺寸，使輻射部21、22操作在較高頻段(5GHz)，而寄生耦合部23操作在較低頻段(2.4GHz)。

另外，寄生耦合部23之寄生耦合段232、233除了接近輻射部21、22之輻射段211、221以寄生耦合外，寄生耦合段232、233亦可以接近輻射部21、22上電流最強的訊號饋入段213、223，而達到寄生耦合的作用。

且考量實際製程，此二耦合段232、233與各輻射段211、221(或訊號饋入段213、223)之間的間距只要是界於0.5mm至3mm之範圍內，即能有效控制耦合量，並藉以達到天線阻抗匹配的目的。

由上述說明可知，本實施例的優點在於本實施例提供兩個對稱設置之PIFA型耦合部21、22操作在較低頻段(2.4GHz)，再透過設置在兩輻射部21、22之間的寄生耦合部23分別與輻射部21、22產生寄生耦合，而操作在較高頻段(5GHz)，而達到雙頻天線的功能，並使兩輻射部21、22能夠相互靠近而縮小天線的體積，另外，由於輻射部21、22及寄生耦合部23之構造相較於習知的雙頻天線簡單，因此較容易固定在基板3之頂緣31上，而不易產生穩固性不足的問題。

參見圖6所示，是本實施例之一變化態樣，兩輻射部21、22之輻射段211’、221’之末段亦可向下彎折呈L型，且寄生耦合部23之第二接地段231’係向上延伸至使寄生耦合段232、233位於輻射段211’、221’之末段上方，如此，只要各輻射段211’、221’末段與寄生耦合段232、233之間的間距界於0.5mm至3mm的範圍內，即能有效控制耦合量，而同樣可以達到寄生耦合的效果。

參見圖7，其為本發明雙頻天線的第二較佳實施例，與第一實施例不同的是，本實施例之雙頻天線5與鎖固機構相結合，其包括金屬底板51，兩輻射部52、53，以及寄生耦合部54。

金屬底板51用以與基板3之頂緣31連接固定。各輻射部52、53為PIFA結構之單頻天線，其包括分別形成於金屬底板51相反兩端之鎖固片521、531，輻射段522、532及訊號饋入段523、533。鎖固片521、531上設有螺孔524、534，用以將金屬底板51進一步鎖固，鎖固片521、531亦同時做為輻射部52、53之第一接地段。

輻射段522、532分別由鎖固片521、531頂端與頂緣31概呈平行地相向延伸，訊號饋入段523、533由輻射段522、532靠近中央處朝頂緣31方向延伸。

輻射部52、53藉由適當設計尺寸，可以操作在2.4GHz之較低頻段。如同第一實施例，寄生耦合部54概呈T形，其係設置於兩輻射部52、53之間，其與兩輻射部52、53之間的間距只要界於0.5mm~3mm的範圍內，即能有效控制耦合量，達到寄生耦合的效果，而操作在5GHz頻段。

本實施例的優點在於雙頻天線5雖然是與鎖固機構一體成型，但能夠利用鎖固機構兩端之固定片521、531做為輻射部52、53之接地段，而克服了習知鎖固件之固定片會影響天線輻射場型的問題，同時，由於雙頻天線5之輻射部52、53向內靠攏，尺寸相較於習知雙頻天線尺寸小，因此可將鎖固機構兩端之固定片521、531內縮，使得基板3頂緣31可以空出更多空間供較大尺寸之鏡頭模組或其它天線系統設置。

此外，由於雙頻天線5是固定在金屬底板51上，穩固性佳，不易形變，因此可以善用空間而發展為立體或平面天線結構。

參見圖8，其為第二實施例之變化態樣，即上述輻射部52、53之輻射段522’、532’的末段亦可向下彎折呈L型，且寄生耦合部54之寄生耦合段542、543位於輻射段522’、532’之末段上方，只要各輻射段522’、532’末段與寄生耦合段542、543的間距界於0.5mm至3mm的範圍內，即同樣可以達到寄生耦合的效果。

參見圖9~圖15，是上述實施例之輻射段522、532與寄生耦合段542、543之間可能的變化態樣。只要兩者之間距是在0.5mm至3mm的範圍內，即能有效控制耦合量，達到天線阻抗匹配的目的，而產生寄生耦合的效果。

參見圖16，是第二實施例之電壓駐波比(VSWR)實驗量測結果，其在頻率2.4GHz~2.48GHz之間以及頻率5.15GHz~5.85GHz之間所量測到的總輻射功率及輻射效能之數據如表1所列。由實驗結果可知，雙頻天線4不論操作在低頻段(2.4GHz)或高頻段(5GHz)，其電壓駐波比值都在2以下，符合天線輻射效能的要求。

參見圖17，是第二實施例之輻射部53及寄生耦合部54(左半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於2437MHz頻率時的輻射場型量測結果。

參見圖18，是第二實施例之輻射部53及寄生耦合部54(左半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於5470MHz頻率時的輻射場型量測結果。

參見圖19，是第二實施例之輻射部52及寄生耦合部54(右半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於2437MHz頻率時的輻射場型量測結果。

參見圖20，是第二實施例之輻射部52及寄生耦合部54(右半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於5470MHz頻率時的輻射場型量測結果。

由圖17~圖20量測結果可知，本實施例之雙頻天線4在各測量平面上皆產生大致全向性之輻射場型，而能夠滿足無線區域網路系統之操作需求。

由上述說明可知，本發明之雙頻天線可視所設置之電子裝置的機構設計，而選擇單獨固定在金屬基板上或與鎖固機構件一體成型，當雙頻天線是單獨固定時，本發明藉由兩個對稱設置之單頻PIFA型耦合部21、22操作在第一頻段(2.4GHz或5GHz)，並在兩輻射部21、22之間設置寄生耦合部23與輻射部21、22產生寄生耦合，而操作在第二頻段(5GHz或2.4GHz)，達到雙頻天線的功能，並使兩輻射部21、22能夠相互靠近而縮小天線的體積，使得基板3頂緣31可以空出更多空間供其它元件組設。而當雙頻天線5係與鎖固機構一體成型時，更可利用鎖固機構兩端之固定片做為輻射部之接地段，解決了習知鎖固件之固定片會影響天線輻射場型的問題，且因為雙頻天線是一體成型在鎖固件上，穩固性佳，不易形變，所以可以發展為立體或平面結構，而能夠進一步善用有限空間。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2、5．．．雙頻天線

3．．．接地面(金屬基板)

4．．．筆記型電腦

21、22、52、53．．．輻射部

23、54．．．寄生耦合部

31．．．側邊(頂緣)

41．．．蓋體

42．．．鏡頭模組

51．．．金屬底板

211、221、211’、221’、522、532、522’、532’．．．輻射段

212、222．．．第一接地段

213、223、523、533．．．訊號饋入段

231、231’．．．第二接地段

232、233、542、543．．．寄生耦合段

521、531．．．鎖固片

524、534．．．螺孔

圖1是習知一雙頻天線之形狀構造及設置位置立體示意圖；圖2是習知另一雙頻天線之形狀構造及設置位置平面示意圖；圖3是習知另一雙頻天線之形狀構造及設置位置平面示意圖；圖4是本發明雙頻天線的第一較佳實施例之形狀構造及設置位置立體示意圖；圖5是第一實施例之雙頻天線的形狀構造及設置位置平面示意圖；圖6是第一實施例之變化實施態樣平面示意圖；圖7是本發明雙頻天線的第二較佳實施例之形狀構造及設置位置平面示意圖；圖8是第二實施例之變化實施態樣平面示意圖；圖9~圖15是第二實施例之其它可能變化實施態樣平面示意圖；圖16是第二實施例之電壓駐波比數據圖，其中顯示輻射部43與寄生耦合部44操作在高頻及低頻時產生之輻射效能，以及輻射部42與寄生耦合部44操作在高頻及低頻時所產生之輻射效能；圖17是第二實施例之輻射部43及寄生耦合部44(左半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於2437MHz頻率時的輻射場型量測結果；圖18是第二實施例之輻射部43及寄生耦合部44(左半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於5470MHz頻率時的輻射場型量測結果；圖19是第二實施例之輻射部42及寄生耦合部44(右半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於2437MHz頻率時的輻射場型量測結果；及圖20是第二實施例之輻射部42及寄生耦合部44(右半部天線)在X－Y平面、X－Z平面及Y－Z平面於5470MHz頻率時的輻射場型量測結果。

2．．．雙頻天線

3．．．接地面(金屬基板)

21、22．．．輻射部

23．．．寄生耦合部

31．．．側邊(頂緣)

42．．．鏡頭模組

211、221．．．輻射段

212、222．．．第一接地段

213、223．．．訊號饋入段

231．．．第二接地段

232、233．．．寄生耦合段

Claims

一種雙頻天線，設置在一接地面的一側邊，包括：二輻射部，相間隔且相對稱地設置於該側邊，用以分別操作於一第一頻段，各該輻射部包括與該側邊相間隔地位於該側邊上方之一輻射段、由各該輻射段相遠離之一端縱向延伸至該側邊之一第一接地段、及由各該輻射段向下延伸之一訊號饋入段；以及一寄生耦合部，設置在該二輻射部之間，用以與各該輻射部產生寄生耦合以操作於一第二頻段，該寄生耦合部包括由該側邊朝該二輻射部之輻射段延伸且位於該二訊號饋入段之間的一第二接地段，及由該第二接地段末端分別朝各該輻射段方向延伸並與各該輻射段部分重疊之二耦合段。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該寄生耦合部之該二耦合段係位於各該輻射段下方，並與各該輻射段之間具有界於0.5mm~3mm之一間距。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該寄生耦合部之該二耦合段係位於各該輻射段上方，並與各該輻段之間具有界於0.5mm~3mm之一間距。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該寄生耦合部之該二耦合段位於各該輻射段下方，並與各該訊號饋入段之間具有界於0.5mm~3mm之一間距。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，更包括一金屬底板，該金屬底板用以固定在該接地面之一側邊，其中各該輻射部之該第一接地段是分別形成在該金屬底板相反兩端之一鎖固片，各該輻射段由各該鎖固片末端相對稱地朝相向方向延伸，各該訊號饋入段由各該輻射段靠近中央處朝該金屬底板的方向延伸，且該寄生耦合部之該第二接地段固定在該金屬底板上。
依申請專利範圍第5項所述之雙頻天線，其中該鎖固片上設有一螺孔，可供一螺絲穿設以固定該金屬底板。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該第一頻段是低頻段，該第二頻段是高頻段。
依申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該第一頻段是高頻段，該第二頻段是低頻段。
依申請專利範圍第7或8項所述之雙頻天線，其中該低頻段是2.4GHz，該高頻段是5GHz。