CN1797850B - 双频天线及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种双频天线，包括：基板、转折金属带、连接金属带及块状金属带。基板具有绝缘区。转折金属带、连接金属带及块状金属带均制作于绝缘区。连接金属带一端连接转折金属带的头端，块状金属带具有相对应的第一端与第二端，第一端作为天线馈入端，第二端与连接金属带的另一端相连接。自馈入端至块状金属带第二端的电流路径构成天线的第一谐振路径，而自馈入端经块状金属带、连接金属带至转折金属带尾端的电流路径构成天线的第二谐振路径。

Description

双频天线及其设计方法

技术领域：

本发明是关于一种天线装置的设计，特别是一种双频天线及其设计方法。

背景技术：

无线局域网络(Wireless Local Area Network，WLAN)属于无线定点式的传输，透过无线局域网络卡(WLAN card)，在定点以计算机作大量数据传输，让复杂的线路消失于无形，而这些消失的线路就是由天线来取代，其中印刷式单极天线因为具有小巧及轻薄，且可与电路板上的布局电路同时制作等优点，常被用来做为通讯产品的内装型天线。

请参阅图1所示，其为传统技术的印刷式单极天线示意图，包括一基板10、一接地金属12、一辐射金属带14、一馈电金属带16，其中辐射金属带14与馈电金属带16为分布于基板10上的印刷电路，接地金属12则制作于基板10的另一表面(图式为基板10的下表面)。

馈电金属带16是由辐射金属带14向下沿伸连接至一匹配电路(图中未示)，其中，馈电金属带16与接地金属12之间并不互相接触，而辐射金属带14延伸至接地金属12于基板10上表面的相对位置处为一馈入端18。然而，馈入端18与辐射金属带14一端之间的距离约以所欲传输讯号的四分之一波长为原则。

由于印刷式单极天线的面积大小长久以来一直受辐射金属带的长度必须为四分之一波长的限制，使得天线的长度大小始终被限定在四分之一波长的固定范围，而无法有效的缩小，然而现今集成电路内的无源组件体积已朝小型化的趋势发展，而通讯产品的天线体积却因为受着讯号的四分之一波长限制，导致无法将天线的体积有效的缩小。

此外，所述传统印刷式单极天线可用的传输频率仅局限在单一频段，以应用在无线局域网络为例，频段是属于ISM 2.4GHz的高频率范围，而目前ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)，有愈来愈多的无线通讯设备使用蓝牙装置(Blue Tooth)，因此使用相近频带的通讯设备彼此会互相干扰，包括同频干扰(Co-Channel Interference)及邻频干扰(Next-ChannelInterference)，兼之产品普及同频段产品过多，干扰问题愈趋严重；而其谐振频率则因反射系数过大且传输频段落在8～9GHz之间，并不符合现有的通讯协议，所以仅能以单频使用。有鉴于此，借由本发明的公开，不仅同时达到缩小天线体积的目的，也增加另一操作频段以供传输使用。

发明内容：

本发明的目的为提供一种双频天线。

本发明的另一目的为提供一种双频天线，且是一种具有可调整其高频传输频宽的双频天线。

本发明的再一目的为提供一种双频天线的设计方法。

本发明提供一种双频天线可包括：基板、转折金属带、连接金属带、块状金属带及接地金属层。基板的上、下表面可以分别具有接地区及绝缘区。转折金属带制作于上表面的绝缘区，其还具有一头端与一尾端。连接金属带制作于上表面的绝缘区，连接金属带的一端连接转折金属带的头端。块状金属带制作于上表面的绝缘区，块状金属带至少具有相对应的一第一端与一第二端，块状金属带的第一端作为一馈入端，第二端连接连接金属带的另一端。接地金属层可以制作于基板上表面的接地区且不与馈入端接触，另一种做法是接地金属层亦可制作于基板下表面的接地区。

应注意的是，自馈入端至块状金属带第二端的电流路径将构成该双频天线的第一谐振路径，以决定该双频天线的第一操作频率(高频的部分)；而自馈入端经由块状金属带、连接金属带至转折金属带尾端的电流路径将构成双频天线的第二谐振路径，以决定双频天线的第二操作频率(低频的部分)，其中该第一操作频率高于该第二操作频率。

本发明另一方面提供一种双频天线的设计方法，该方法包括下列步骤：首先，提供一基板，其中基板的上、下表面可分别具有接地区与绝缘区。接着，形成一块状金属带于该基板上表面的绝缘区，该块状金属带至少具有相对应的第一端与第二端，其中第一端还做为双频天线的馈入端，而自馈入端至块状金属带第二端所构成的第一谐振路径长度将依双频天线所收发的第一操作频率讯号的四分之一波长所决定。随后，形成一连接金属带于基板上表面的绝缘区，且连接金属带的一端系连接该块状金属带的第二端。接着，形成一转折金属带于基板上表面的绝缘区，该转折金属带具有一头端与一尾且该头端与连接金属带的另一端相连接。最后，形成接地金属层于基板上，其中此接地金属层可以形成于基板上表面的接地区或形成于基板下表面的接地区。

然而，自馈入端经由块状金属带、连接金属带至转折金属带尾端所构成的第二谐振路径长度将依双频天线所收发的第二操作频率讯号的四分之一波长所决定，此外，调整块状金属带的特定宽度将增加高频(第二操作频率)电流路径，使得双频天线的第二操作频率达到一预设的频宽。

附图说明：

借由以下的描述结合附图，将可轻易明了所述内容及此项发明的诸多优点，其中：

图1为传统的印刷式单极天线示意图；

图2A至图2F为本发明双频天线的第一实施例示意图；

图3A及图3B为本发明双频天线的块状金属带的其它形状的示意图；

图4为本发明双频天线的第二实施例示意图；

图5为根据图2A的双频天线且梯形上底宽度为2mm时的频率-反射损耗的仿真曲线图；

图6为本发明双频天线的设计方法流程图；以及

图7为根据图2A的双频天线且梯形上底宽度为3.55mm时的频率-反射损耗的仿真曲线图。

图号对照表：

10基板                12接地金属

14辐射金属带          16馈电金属带

18馈入端              30基板

32转折金属带          301上表面绝缘区

320转折金属带的头端   302上表面接地区

321转折金属带的尾端   303下表面接地区

34连接金属带          36块状金属带

38接地金属层          360第一端

380馈电结构    361第二端

362馈电金属带

具体实施方式：

本发明提供一种双频天线的设计，特别是一种可调整天线高频频宽的双频天线及其设计方法。在本发明中，天线以金属微带线(metal strip)的方式形成于基板上。以下兹列举一优选实施例以说明本发明，然业内人士均知此仅为一举例，而并非用以限定发明本身。有关此优选实施例的内容详述如下。

请参考图2A，为本发明优选实施例的双频天线的示意图，该双频天线包括：一基板30、一转折金属带32、一连接金属带34、一块状金属带36以及一接地金属层38。其中双频天线的主要部分包括：转折金属带32、连接金属带34、块状金属带36等辐射金属带是制作于基板30上表面绝缘区301的金属微带线(metal strip)在本发明实施例及图式中，以天线的辐射金属带形成于基板30的上表面为例，然辐射金属带亦可形成于多层基板中的任一层结构。

转折金属带32具有一头端320与一尾端321，转折金属带32可以是如图2A至二C图所示的螺旋形或如第二D至二E图所示的波浪形，其主要目的在于减少转折金属带32等效长度所占的布局面积，业内人士可依据实际的应用加以变化，其它不脱离本发明优选实施例的精神所为的等效修饰与变更，仍应包括于本发明中。

连接金属带34的一端连接转折金属带32的头端320，应注意的是，连接金属带34为一高电抗金属带，其电抗高于块状金属带36，例如一细长金属带且其宽度(图式为0.25mm)小于转折金属带32的宽度(如图2A至二E图所示)，或是以弯折状(meandering-shaped)来呈现(如第二F图所示)，使得双频天线在接收/传输第一操作频率时的等效电流路径长度得以忽略连接金属带34后端相连的转折金属带32，使得本发明的双频天线在高频传输时，连接金属带34的作用可视为一电感，使得本发明的天线在高频时等效电流路径变短。

块状金属带36至少具有相对应的第一端360与第二端361，块状金属带36的第一端360作为一馈入端并借由一馈电金属带362连接至射频讯号处理模块(图中未示)，且馈入端的位置位于基板30上表面的接地区301与下表面绝缘区303的交界处；第二端361连接连接金属带34的另一端，由于天线在高频传输时，连接金属带34可视为一电感，使得高频的电流路径可以限制在块状金属带内，以增加高频的频宽。

如图2A所示，本发明优选实施例中块状金属带36为一梯形，第一端360为梯形的下底，第二端361为梯形的上底，上底长度大于下底长度，此外，其它形状如图3A至三B图所示的倒三角形或菱形等，均可适用于本发明的块状金属带36，在本发明中，块状金属带36的作用在于增加天线在高频传输时的电流路径，然业内人士当可依据实际的应用加以变化。接地金属层38可制作于基板30下表面的接地区303，此外，请同时参考图4，接地金属层38亦可制作于基板30上表面的接地区302，而接地金属层38中还设有一馈电结构380，以形成共平面波导(CPWG)的结构。

当本发明的天线进行接收/发射讯号时，自馈入端360至块状金属带36第二端361的电流路径将构成双频天线的第一谐振路径，以决定双频天线的第一操作频率，而自馈入端360经由块状金属带36、连接金属带34至转折金属带32尾端321的电流路径将构成本发明的双频天线的第二谐振路径，以决定双频天线的第二操作频率。应注意的是，运用本发明的精神而将天线设定在单频或多频的传输仍应包括于本发明中。

如图5所示，是根据图2A的双频天线尺寸(其中a＝1、b＝5.1、c＝5.4、d＝7.1、e＝2、f＝8.2、g＝1.45、h＝46.7、i＝2.1、j＝3.2，单位：mm)关于频率-反射损耗(Return Loss)的仿真曲线图，如图所示，在反射系数为-10dB时，天线的第一操作频率将落在4.8GHz至6GHz(频宽约为1.2GHz)，而第二操作频率将落在2.2GHz至2.5GHz，若以使用在无线局域网络(WLAN)为例，本发明的双频天线可同时符合IEEE802.11b/g及802.11a的操作频段。

如图6所示，为本发明双频天线的设计方法流程图。应注意的是，为方便说明起见，才分别以接续步骤的方式来说明形成本发明双频天线于基板上的流程，事实上，基板上的辐射金属带可以网版印刷(screen printing)的方式同时将金属带形成于基板上，以构成本发明的双频天线。在本发明步骤中，首先，提供一基板30(步骤100)。接着，形成接地金属层38于基板30上(步骤102)，在本发明实施例中，接地金属层38可制作于相同或相异于天线辐射金属带的基板30表面。随后，形成一块状金属带36于基板30上(步骤104)。其中块状金属带36至少具有相对应的第一端360与第二端361，其第一端360还做为双频天线的馈入端，而自馈入端至块状金属带36第二端361所构成的第一谐振路径长度将依双频天线所收发的第一操作频率讯号的四分之一波长所决定。

随后，形成一连接金属带34于基板30上(步骤106)。连接金属带34的一端系连接块状金属带36的第二端361。最后，形成一转折金属带32于基板30上(步骤108)。此外，调整块状金属带36(如：梯形)的上底361的宽度可使双频天线的第一操作频率达到一预定的频宽，应注意的是，若块状金属带36为倒三角形(如图3A所示)，则调整其第二端361(即倒三角形的底边)可改变天线的高频频宽；若块状金属带36为一菱形(如第三B图所示)则调整其第二端361的相邻另二端点363、364对角线的长度L，即可改变天线的高频频宽。如图7所示，是根据图2A的双频天线且改变梯形上底宽度为3.55mm(改变前为2mm)时的频率-反射损耗的仿真曲线图，由图可知，高频的可传输频段(在反射系数为-10dB时为4.6GHz～6.4GHz)，频宽将可由1.2GHz增加为1.8GHz。

本发明的双频天线设计具有如下的优点：

(1)本发明的双频天线比传统的印刷式单极天线具有更小的布局(Layout)面积，更能符合移动通讯装置朝向小型化的发展趋势。

(2)本发明的双频天线具有双频传输的功能，且能针对移动通讯产品的规格适时调整高频带的频宽，提供产品更大的设计弹性。

本发明虽以优选实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅止于所述实施例。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在本发明范围内。

Claims (20)

1.一种双频天线，该双频天线至少包括：

一基板，该基板上表面具有一绝缘区；

一转折金属带，制作于该绝缘区，该转折金属带具有一头端与一尾端；

一连接金属带，制作于该绝缘区，该连接金属带的一端连接该转折金属带的头端，所述的连接金属带为一细长金属带且其宽度小于该转折金属带的宽度，使得该双频天线在接收/传输第一操作频率时的等效电流路径长度得以忽略该转折金属带的长度；及

一块状金属带，制作于该绝缘区，该块状金属带至少具有相对应的一第一端与一第二端，该第一端作为一馈入端，该第二端连接该连接金属带的另一端；

其中自该馈入端至该块状金属带第二端的电流路径将构成该双频天线的第一谐振路径，以决定该双频天线的第一操作频率，而自该馈入端经由该块状金属带、该连接金属带至该转折金属带尾端的电流路径将构成该双频天线的第二谐振路径，以决定该双频天线的第二操作频率。

2.根据权利要求1所述的双频天线，其中所述的基板的下表面具有一接地区与一绝缘区。

3.根据权利要求2所述的双频天线，还包括一接地金属层，该接地金属层是制作于该基板下表面的接地区。

4.根据权利要求1所述的双频天线，其中所述的基板的上表面还具有一接地区。

5.根据权利要求4所述的双频天线，还包括一接地金属层，该接地金属层是制作于该基板上表面的接地区且不与该馈入端接触。

6.根据权利要求1所述的双频天线，其中所述的第一操作频率高于该第二操作频率。

7.根据权利要求1所述的双频天线，其中所述的转折金属带的形状可为螺旋形、波浪形的其中一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的双频天线，其中所述的连接金属带呈弯折状，使得该双频天线在接收/传输第一操作频率时的等效电流路径长度得以忽略该转折金属带的长度。

9.根据权利要求1所述的双频天线，其中该连接金属带的电抗高于该块状金属带。

10.根据权利要求1所述的双频天线，该第二端的宽度大于该第一端的宽度。

11.一种双频天线的设计方法，该方法至少包括下列步骤：

提供一基板；及

形成一块状金属带于该基板上，该块状金属带至少具有相对应的第一端与第二端，其中该第一端还做为该双频天线的馈入端，而自该馈入端至该块状金属带第二端所构成的第一谐振路径长度将依该双频天线所收发的第一操作频率讯号的四分之一波长所决定；

形成一连接金属带于该基板上，该连接金属带的一端连接该块状金属带的第二端；及

形成一转折金属带于该基板上，该转折金属带具有一头端与一尾端且该头端与该连接金属带的另一端相连接；

所述的连接金属带为一细长金属带且其宽度小于该转折金属带的宽度，使得该双频天线在接收/传输第一操作频率时的等效电流路径长度得以忽略该转折金属带的长度；

其中自该馈入端经由该块状金属带、该连接金属带至该转折金属带尾端所构成的第二谐振路径长度将依该双频天线所收发的第二操作频率讯号的四分之一波长所决定。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述的基板的上表面具有一接地区与一绝缘区，而该块状金属带、该连接金属带及该转折金属带形成于该基板上表面的绝缘区且该馈入端的位置位于该接地区与该绝缘区的交界处。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括形成接地金属层的步骤，该接地金属层制作于该基板上表面的接地区且不与该馈入端接触。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述的基板的下表面具有一接地区与一绝缘区。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括形成接地金属层的步骤，该接地金属层制作于该基板下表面的接地区。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述的块状金属带呈梯形，该第一端是梯形的下底，该第二端是梯形的上底，上底大于下底。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述的块状金属带呈倒三角形，该第一端是倒三角形的顶点，该第二端是倒三角形的底边。

18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括调整所述块状金属带的第二端的宽度使该双频天线的第一操作频率达到一预定的频宽。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述的块状金属带呈菱形，该第一端是菱形的一顶点，该第二端是菱形的另一顶点。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括调整所述块状金属带第二端的相邻另二端点的联机长度，使该双频天线的第一操作频率达到一预定的频宽。

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