CN201319403Y - 改善hac特性的多频段单极天线 - Google Patents

Abstract

一种改善HAC特性的多频段单极天线，主要具有一对激励出高频段的第一及第二金属辐射体，且两者以相互平行且走向相同而设置；另一曲折绕线部连接于该第一及第二金属辐射体的同侧之间，且激励出低频段。该曲折绕线部的电路径长度略大于该高频段的λ/2，使该馈入端与该连接端的电流相位差约为π(180度)；该第一及第二金属辐射体下方部份，两者产生的电场大小相近、相位相反，磁场亦同，而第一及第二金属辐射体激发的反相位电磁波到达HAC测试面上发生破坏性干涉，从而，可改善该多频段单极天线的HAC特性。

Description

改善HAC特性的多频段单极天线

技术领域

本实用新型关于一种无线通讯设备的天线装置，尤指一种改善HAC特性的多频段单极天线。

背景技术

无线通讯技术发展快速，一般的通讯设备，例如手机或个人数位助理等，常使用多频段作无线讯号的接收及传输，例如：全球行动通讯系统(Global System forMobile communications，GSM)、分散控制系统(distributed control system，DCS)、个人通讯服务(Personal Communication Service，PCS)、先进行动电话系统(Advanced Mobile Phone System，AMPS)、个人数位蜂巢(Personal DigitalCellular，PDC)、分码多重接入(Code Division Multiple Access，CDMA)等。同时，在手持设备紧实化的要求下，天线的结构也被要求压缩，使得单极天线(monopole antenna)也会被设计成组装在机壳内的形式。

例如，在美国专利7,405,701「多频段弯曲单极天线(Multi-band bentmonopole antenna)」前案中，就是提供了一种这样的多频段单极天线。其主要系在一弯曲的主要天线元件(main antenna element)邻近位置设置了一寄生元件(parasitic element)，并以一选择回路(selection circuit)控制该寄生元件。当该天线在高频操作时，主要天线元件电容性地耦合(capacitive coupling)于寄生元件；但当在低频操作时，选择回路将使得电容性耦合失效。据此，使得单极天线可在多频段下操作。

然而，这样的多频段单极天线在助听器相容性(hearing aid compatibility，简称HAC)测试的效果不佳。天线在手机中，助听器相容性(hearing aidcompatibility，简称HAC)现已被规范。美国的标准化团体ANSI(AmericanNational Standards Institute)已经制定ANSI C63.19的规格，FCC要求手机制造商和手机服务商在2008年2月18日之后，输美产品必须要有50％以上的产品满足ANSI C63.19关于助听器EMI限制的规定。

类似于美国专利7,405,701前案，在图1及图2所示的一种已知的多频段单极天线91，系以一馈入端911与一印刷电路板92连接而被装配。该天线91的尺寸为37mm×18mm×8mm，该印刷电路板92的高度为2mm，长×宽为110mm×50mm，且印刷电路板92上的净空区93尺寸为21mm×50mm。在图3中揭示了该多频段单极天线91在低频段(900MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，而第四图则为在高频段(1800MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果。由图4的高频带测试结果，可知此种公知的多频段单极天线在HAC特性上仍有相当的改善空间。

发明内容

本实用新型目的在于，提供一种改善HAC特性的多频段单极天线，以使多频段单极天线能有较佳的HAC特性。

根据上述目的，一种改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，包括：

一对用以分别激励出高频段的第一及第二金属辐射体，两者相间且走向相同设置；该第一金属辐射体具有一馈入端，而该第二金属辐射体具有一连接端，该馈入端与连接端位于相同侧缘；及

一用以激励出低频段的曲折绕线部，其一末端连接于该第一金属辐射体的馈入端，另一末端连接于该第二金属辐射体的连接端，该曲折绕线部位在该第一及第二金属辐射体的同侧；

其中该曲折绕线部的电路径长度大于该高频段的λ/2，该馈入端与该连接端的电流相位差为π。

其中，第一及第二金属辐射体相互平行。

其中，第一及第二金属辐射体之间的间距为高频段0.2λ之内。

其中，该单极天线的尺寸为35mm×18mm×8mm，而该第一金属辐射体的长度为30mm，而该第二金属辐射体的长度为32mm，该曲折绕线部的长度为71mm，且该第一及第二金属辐射体之间的间距为11mm。

其中，该单极天线被装置于一印刷电路板上的一净空区上；该印刷电路板的高度为2mm，而长×宽为110mm×50mm，且该净空区尺寸为21mm×50mm。

其中，曲折绕线部为水平向曲折绕线形态。

其中，曲折绕线部为垂直向曲折绕线形态。

该第一及第二金属辐射体下方部份，两者产生的电场大小相近、相位相反，磁场亦同，而第一及第二金属辐射体激发的反相位电磁波到达HAC测试面上发生破坏性干涉，以改善该多频段单极天线的HAC特性。

本实用新型所提供的一种改善HAC特性的多频段单极天线，与公知天线比较，在低频段(900MHz)的电场及磁场变化不大；而在高频段(1800MHz)下，本实用新型的电场可较公知天线提高了5.1dB，而本实用新型磁场比公知天线好2.5dB，达到改善HAC特性(HAC performance)。

另外，本实用新型中的曲折绕线部可以具有多种不同的绕线形态，例如在水平向曲折绕线形态或在垂直向曲折绕线形态。

以下，将依据图面所示的实施例详加说明本实用新型的结构特点及功效。

附图说明

图1表示一种公知多频段单极天线的立体图，

图2表示图1公知多频段单极天线装配于印刷电路板的平面视图，

图3表示图1公知多频段单极天线在低频段(900MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，

图4表示图1公知多频段单极天线在高频段(1800MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，

图5表示本实用新型多频段单极天线的立体图，

图6表示本实用新型多频段单极天线的另一角度立体图，

图7表示本实用新型多频段单极天线被装置于一印刷电路板净空区上的立体图，

图8表示本实用新型多频段单极天线的电压驻波比(VSWR)测试结果，

图9表示本实用新型多频段单极天线在低频段(900MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，

图10表示本实用新型多频段单极天线在高频段(1800MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，

图11表示本实用新型另一种实施例的立体图，

图12表示图11实施例的另一角度视图。

具体实施方式

请参见图5及图6，本实用新型所提供的多频段单极天线，其结构主要以一对第一及第二金属辐射体1、2及一曲折绕线部3所构成。

第一金属辐射体1及第二金属辐射体2分别激励出高频段，例如DCS/PCS，两者相间，最好是以相互平行且走向相同而设置；在图中所示第一金属辐射体1及第二金属辐射体2系为长方形，但也可以弯曲形或其他形状，只要保持两者约为平行即可。

第一金属辐射体1具有一馈入端11，而第二金属辐射体2具有一连接端21，该馈入端11与连接端21是位于相同侧缘的。

曲折绕线部3的一末端连接于第一金属辐射体1的馈入端11，而另一末端连接于该第二金属辐射体2的连接端21，使曲折绕线部3位在第一金属辐射体1及第二金属辐射体2的同侧，且激励出低频段，例如GSM850/GSM900。在此实施例中，曲折绕线部3是为水平向曲折绕线形态。

本实用新型设计的基本理念采用破坏性干涉(destructed interference)，达到改善天线的HAC特性。

本实用新型多频段单极天线的结构中，曲折绕线部3的电路径长度被设计成略大于高频段的λ/2，使第一金属辐射体1的馈入端11与第二金属辐射体2的连接端21的电流相位差约为π(180度)。这将使得第一金属辐射体1及第二金属辐射体2在下方部份，两者产生的电场大小相近、相位相反，磁场亦同，而第一及第二金属辐射体1、2激发的反相位电磁波到达HAC测试面上发生破坏性干涉，以改善该多频段单极天线的HAC特性。

进者，在第一金属辐射体1及第二金属辐射体2之间的间距，可以有效的控制近场磁场和电场。第一金属辐射体1产生的电场和第二金属辐射体2产生的电场在天线的正下方部份时方向一致的，但相位相反。对于磁场而言，磁场在天线的正下方也是相消的。而天线HAC的测试面远大于天线口径面积，第一金属辐射体1及第二金属辐射体2所激发反相位电磁波到达HAC测试面上的距离不等，又导致了破坏性干涉发生。因此，第一金属辐射体1及第二金属辐射体2之间的间距原则性为高频段的0.7λ至0.5λ(由于相移引起的)为佳，类似于超增益天线，但由于曲折绕线部3已经引发了0.5λ的相位变化，所以在本天线中第一金属辐射体1及第二金属辐射体2之间的间距实为高频段的0.2λ之内为佳。

适当的选择第一金属辐射体1及第二金属辐射体2之间的间距，可使得天线的电场提高5dB，而磁场提高2dB。

至于低频段，例如GSM850/GSM900频段，是由曲折绕线部3激发，所以和一般的单极天线的近场效应没有多大区别。

以下将一尺寸类似于先前技术中公知多频段单极天线的实施例相比较两者的HAC测试结果，来说明本实用新型的进步功能。

以图5及图6所示的多频段单极天线，设计其尺寸为35mm×18mm×8mm，而该第一金属辐射体的长度为30mm，而第二金属辐射体的长度为32mm，曲折绕线部3的长度为71mm，并选择第一金属辐射体1及第二金属辐射体2之间的间距为11mm。参见图7，此一多频段单极天线被装置于一印刷电路板4上的一净空区41上，该印刷电路板4的高度为2mm，而长×宽为110mm×50mm，且净空区尺寸为21mm×50mm。

在图8中显示了此实施例天线的电压驻波比(VSWR)测试结果，显示该天线可一低频段(900MHz)及一高频段(1800MHz)操作。图9是在低频段(900MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果，而图10则为在高频段(1800MHz)下的HAC测试电场及磁场分布结果。

将图9及图10与图3及图4比较，可得下表：

在表中九宫格是相同于HAC测试平面的九宫格，每一格内的格式为「公知天线/本实用新型天线」，另外，「+」表电场或磁场改进值，而「-」表电场或磁场减损值。

由上表可得到以下结论：

1.在900MHz频段下本实用新型天线与公知天线的电场或磁场变化不大。

2.在1800MHz频段下本实用新型天线与公知天线的电场提高了约5.1dB，而磁场稍好2.5dB(参见上表九宫格的最右下角格)。

进者，参见图11及图12，为本实用新型的另一种实施例，在此实施例中，第一金属辐射体1具有一馈入端11，而第二金属辐射体2具有一连接端21；而曲折绕线部3的一末端连接于第一金属辐射体1的馈入端11，而另一末端连接于该第二金属辐射体2的连接端21，并激励出低频段。而与前一实施例所不同，曲折绕线部3是为垂直向曲折绕线形态。

综上所陈，本实用新型所提供的多频段单极天线，利用了干涉理论而设计结构，以达到改善天线HAC特性的功能。

而以上图面所示仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此限为本实用新型的专利范围。但凡依据本实用新型技术思想所作的简易改变，例如第一及第二金属辐射体走向为弯曲、或者曲折绕线部不同的绕线形态等，皆仍属专利范围保护中。

Claims (7)

1.一种改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，包括：

一对用以分别激励出高频段的第一及第二金属辐射体，两者相间且走向相同设置；该第一金属辐射体具有一馈入端，而该第二金属辐射体具有一连接端，该馈入端与连接端位于相同侧缘；及

一用以激励出低频段的曲折绕线部，其一末端连接于该第一金属辐射体的馈入端，另一末端连接于该第二金属辐射体的连接端，该曲折绕线部位在该第一及第二金属辐射体的同侧；

其中该曲折绕线部的电路径长度大于该高频段的λ/2，该馈入端与该连接端的电流相位差为π。

2.依据权利要求1所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，第一及第二金属辐射体相互平行。

3.依据权利要求1所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，第一及第二金属辐射体之间的间距为高频段0.2λ之内。

4.依据权利要求1所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，该单极天线的尺寸为35mm×18mm×8mm，而该第一金属辐射体的长度为30mm，而该第二金属辐射体的长度为32mm，该曲折绕线部的长度为71mm，且该第一及第二金属辐射体之间的间距为11mm。

5.依据权利要求4所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，该单极天线被装置于一印刷电路板上的一净空区上；该印刷电路板的高度为2mm，而长×宽为110mm×50mm，且该净空区尺寸为21mm×50mm。

6.依据权利要求1所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，曲折绕线部为水平向曲折绕线形态。

7.依据权利要求1所述的改善HAC特性的多频段单极天线，其特征在于，曲折绕线部为垂直向曲折绕线形态。

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