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TWI411171B - 一種多頻單路徑單極天線 - Google Patents

一種多頻單路徑單極天線 Download PDF

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TWI411171B
TWI411171B TW098118975A TW98118975A TWI411171B TW I411171 B TWI411171 B TW I411171B TW 098118975 A TW098118975 A TW 098118975A TW 98118975 A TW98118975 A TW 98118975A TW I411171 B TWI411171 B TW I411171B
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Kin Lu Wong
Shu Chuan Chen
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Acer Inc
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
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    • H01Q5/321—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements
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Description

一種多頻單路徑單極天線
本發明係為一種多頻單路徑單極天線，特別是一種適用於可攜式通訊裝置之縮小化多頻單極天線。
隨著無線通訊的蓬勃發展，使得各式各樣的無線通訊技術與產品不斷的進步與創新，其中又以可攜式通訊裝置為最熱門之通訊產品。在可攜式通訊裝置訴求輕薄短小且多功能化的同時，可容納天線的空間相對越來越縮減，因此各類天線縮小化技術不斷被推陳出新，以因應可攜式通訊裝置的市場需求。現有可攜式通訊裝置之多頻天線設計多半利用多共振路徑或是雙共振路徑方式來達成，如台灣專利公告號第541,759號“摺疊式雙頻單極天線”，即以雙共振路徑來實現雙頻或多頻之操作。不過使用此種雙共振路徑或多共振路徑方式，限制了天線的尺寸縮小幅度，不易滿足現有可攜式通訊裝置之多頻天線尺寸縮小之要求。
本發明之目的在於提出一種應用於行動通訊裝置的多頻單路徑單極天線設計，以單共振路徑達成多頻操作之功能，因此可以達成更具縮小化之天線尺寸，且可以涵蓋GSM850/900/1800/1900/UMTS頻帶之無線通訊的需求。
本發明天線包含：一介質基板、一接地面及一輻射部。介質基板可為一可攜式通訊裝置之系統電路板；接地面位於介質基板之一表面上，且接地面不完全覆蓋介質基板之一表面；輻射部，位於介質基板之一表面上，與接地面不互相重疊，且輻射部之內部具有一電感元件，經由電感元件，輻射部之起始端至開口端形成一連續路徑，輻射部並包含：一第一金屬部，其一端為輻射部之起始端，並電氣連接至一信號源，其另一端電氣連接至電感元件，且第一金屬部之長度約為天線高頻操作模態中心頻率之四分之一波長；及一第二金屬部，其一端電氣連接於電感元件，其另一端為輻射部之開口端，且第一金屬部及第二金屬部之長度總和少於天線低頻操作模態中心頻率之五分之一波長。其中第一金屬部與第二金屬部可為等寬度或不等寬度設計。電感元件可為集總式電感元件或分佈式電感元件；接地面、第一金屬部、第二金屬部及分佈式電感元件可以使用印刷或蝕刻技術形成於介質基板之一表面上。
本發明天線主要在於設計一內部具有電感元件的單極天線結構，藉由調整電感元件的適當位置及其電感值，達成可以涵蓋GSM850/900/1800/1900/UMTS頻帶的天線結構，符合目前無線通訊頻帶多頻操作的需求，同時天線的總長度少於其低頻操作模態中心頻率之五分之一波長(傳統天線需為四分之一波長)，達成縮小化之設計。本發明天線的機制是利用電感元件在低頻時具有近似短路的特性，而在高頻時卻具有近似開路的特性，藉此機制，將電感元件置於單極天線內部，並距離天線饋入端約天線高頻1900MHz操作模態中心頻率之四分之一波長，此距離即為第一金屬部的長度。本發明天線之總長度(第一金屬部與第二金屬部之長度總和)並可少於天線低頻900MHz操作模態中心頻率之五分之一波長，這是因為電感元件可以補償因天線長度縮短所增加的電容性，故可在天線縮小時達成良好匹配。
第1圖為本發明天線第一實施例1之結構圖，包含：一介質基板11；一接地面12，位於介質基板11之一表面上；及一輻射部13，位於介質基板11之一表面上，與接地面12不互相重疊，且輻射部之內部具有一集總式電感元件133，經由集總式電感元件133，輻射部13之起始端至開口端形成一連續路徑，輻射部13並包含：一第一金屬部131，其一端為輻射部13之起始端，並電氣連接至一信號源14，其另一端電氣連接至集總式電感元件133，且第一金屬部131之長度約為天線高頻操作模態中心頻率之四分之一波長；及一第二金屬部132，其一端電氣連接於集總式電感元件133，其另一端為輻射部13之開口端，且第一金屬部131及第二金屬部132之長度總和少於天線低頻操作模態中心頻率之五分之一波長。
第2圖為本發明天線第一實施例1之實測天線返回損失圖。在實施例1中選擇下列尺寸來進行實驗量測：介質基板11長度約為115mm、寬度約為60mm；接地面12長度約為100mm、寬度約為60mm；輻射部13之內部具有一集總式電感元件133，其電感值約為15nH，輻射部13並包含：第一金屬部131長度約為37mm，寬度約為7mm；及第二金屬部132長度約為17mm，寬度約為7mm。由所得之實驗結果，在6dB返回損失的定義之下，其第一(低頻)操作頻帶21足以涵蓋GSM850/900兩個通訊頻帶，而第二(高頻)操作頻帶22則足以涵蓋GSM1800/1900及UMTS三個通訊頻帶，因此本發明天線能多頻操作於GSM850/900/1800/1900/UMTS，符合現今通訊頻帶的需求。
第3圖為本發明天線之第二實施例3之結構圖，其中輻射部33之內部具有一分佈式電感元件333，經由分佈式電感元件333，輻射部33之起始端至開口端形成一連續路徑，輻射部33並包含：一第一金屬部331及一第二金屬部332，除了輻射部之外，其他結構與實施例1相同。實施例3與實施例1之差別在於，實施例3之分佈式電感元件333係以印刷或蝕刻技術形成於介質基板11上，使得天線製程更為簡單且節省成本，同樣可實現符合現今多頻通訊頻帶(GSM850/900/1800/1900/UMTS)的需求。
第4圖為本發明天線之第三實施例4之結構圖，其中輻射部43之內部具有一集總式電感元件433，經由集總式電感元件433，輻射部43之起始端至開口端形成一連續路徑，輻射部43並包含：一第一金屬部431及一第二金屬部432，除了輻射部之外，其他結構與實施例1相同。實施例4與實施例1之差別在於，實施例4之第一金屬部431及第二金屬部432，其寬度可為一漸進式變化形成不等寬結構，利用寬度的變化來調整天線匹配，以微調天線之高頻及低頻模態的位置，有效激發可涵蓋現今GSM850/900/1800/1900/UMTS通訊頻帶的共振模態。
以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不違背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1．．．本發明天線第一實施例
3．．．本發明天線第二實施例
4．．．本發明天線第三實施例
11．．．介質基板
12．．．接地面
121．．．接地面一邊緣
13、33、43．．．輻射部
131、331、431．．．第一金屬部
132、332、432．．．第二金屬部
133、433．．．集總式電感元件
333．．．分佈式電感元件
14．．．信號源
21．．．低頻操作模態
以及
22．．．高頻操作模態
第1圖為本發明天線第一實施例結構圖。
第2圖為本發明天線第一實施例之實測返回損失圖。
第3圖為本發明天線第二實施例結構圖。
第4圖為本發明天線第三實施例結構圖。
1．．．本發明天線第一實施例
11．．．介質基板
12．．．接地面
121．．．接地面一邊緣
13．．．輻射部
131．．．第一金屬部
132．．．第二金屬部
133．．．集總式電感元件
14．．．信號源

Claims (6)

  1. 一種多頻單路徑單極天線，包含：一介質基板；一接地面，位於該介質基板之一表面上，且該接地面不完全覆蓋該介質基板之一表面；及一輻射部，位於該介質基板之一表面上，與該接地面不互相重疊，且該輻射部之內部具有一電感元件，經由該電感元件，該輻射部之起始端至開口端形成一連續路徑，該輻射部並包含：一第一金屬部，其一端為該輻射部之起始端，並電氣連接至一信號源，其另一端電氣連接至該電感元件，且該第一金屬部之長度約為天線高頻操作模態中心頻率之四分之一波長；及一第二金屬部，其一端電氣連接於該電感元件，其另一端為該輻射部之開口端，且該第一金屬部及該第二金屬部之長度總和少於天線低頻操作模態中心頻率之五分之一波長；其中，至少該第一金屬部之寬度為漸進式變化形成不等寬結構，且該第一金屬部之最大寬度大於該第二金屬部之最大寬度。
  2. 如申請專利範圍第1項之多頻單路徑單極天線，其中該介質基板為一行動通訊裝置之系統電路板。
  3. 如申請專利範圍第1項之多頻單路徑單極天線，其中該第一金屬部及該第二金屬部係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板 上。
  4. 如申請專利範圍第1項之多頻單路徑單極天線，其中該電感元件為一集總式電感元件。
  5. 如申請專利範圍第1項之多頻單路徑單極天線，其中該電感元件為一分佈式電感元件。
  6. 如申請專利範圍第5項之多頻單路徑單極天線，其中該分佈式電感元件係以印刷或蝕刻技術形成於該介質基板上。
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