CN203660057U

CN203660057U - 宽带天线

Info

Publication number: CN203660057U
Application number: CN201420035667.0U
Authority: CN
Inventors: 游上贤; 黄健庭
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-01-20

Abstract

一种宽带天线。该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包括：一接地组件，该接地组件用来提供接地；一第一辐射体；一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该接地组件；一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该第一辐射体，以通过该第一辐射体发射该射频信号；以及一无源组件，该无源组件包括一电感元件，该无源组件电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间或连接该第一辐射体的一金属件与该第二辐射体之间，用来与该第一辐射体、该第二辐射体及该接地组件形成一回路天线效应。本实用新型可产生宽带效应，还可提供低频带模态共振路径，进而调整阻抗匹配及共振频率的带宽及位移，使天线可兼具高带宽、高效率且小尺寸的优点。

Description

宽带天线

技术领域

本实用新型涉及一种宽带天线，尤指一种结合电感元件，以增加天线带宽和调整阻抗匹配，并可有效缩小天线尺寸的宽带天线。

背景技术

具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、平板计算机、个人数字助理（Personal Digital Assistant）、无线基站、移动电话、智能电表（Smart Meter）、USB无线网络卡（USB dongle）等，通过天线来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号，进而访问无线网络。随着长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）的兴起，天线带宽的需求大幅增加，以提升无线通信产品的传输速率。另一方面，无线通信产品外观尺寸追求轻薄短小，天线的尺寸应尽量缩小，以配合产品体积缩小的趋势。

常见用于LTE频段的宽带平面天线架构为平面倒F天线、耦合型天线等。其中，平面倒F天线有导电引脚可辅助阻抗匹配，但需要较大的延展空间才能达到较宽的带宽及较佳的天线辐射效能，而耦合型天线通常尺寸较小，但易受环境影响，且不易进行阻抗匹配。

此外，天线的设计还需考虑符合安全规范SAR（Specific Absorption Rate，特定吸收率）认证，因此移动通信装置如平板计算机、笔记本型计算机、移动电话中的天线设计通常会避免使用立体空间的天线形式，这对于天线设计而言困难度随之提升。如本领域所熟知，降低无线通信装置对外的干扰（即SAR值）通常会影响天线效能，因此，同时要设计出好的天线辐射效能且在安全规范的测试上要符合安全规范SAR认证属更不容易的事。

因此，如何提高天线带宽，符合安全规范SAR认证，并可有效地缩小天线尺寸，已成为业界所努力的目标之一。

从而，需要提供一种宽带天线来满足上述需求。

实用新型内容

本实用新型主要提供一种宽带天线，其结合耦合型天线与电感元件，以增加天线带宽和调整阻抗匹配，并可有效缩小天线尺寸。

本实用新型公开一种宽带天线，该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包含：一接地组件，该接地组件用来提供接地；一第一辐射体；一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该接地组件；一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该第一辐射体，以通过该第一辐射体发射该射频信号；以及一无源组件，该无源组件包含一电感元件，该无源组件电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间或连接该第一辐射体的一金属件与该第二辐射体之间，用来与该第一辐射体、该第二辐射体及该接地组件形成一回路天线效应。

本实用新型利用高、低频辐射体相互耦合，使低频共振频率降低，并在高频带共振多个模态，以产生宽带效应，另外，本实用新型将包含有一电感元件的无源组件电性连接在高、低频辐射体之间，以提供低频带模态共振路径，进而调整阻抗匹配以及共振频率的带宽及位移，使天线可兼具高带宽、高效率且小尺寸的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一宽带天线的示意图。

图2A为图1的宽带天线未加上电感元件时的电流流向示意图。

图2B为图1的宽带天线的电流流向示意图。

图3A为图1的宽带天线的电压驻波比示意图。

图3B为图1的宽带天线的辐射效率示意图。

图4为本实用新型实施例的一宽带天线的示意图。

图5A为图4的宽带天线的电压驻波比示意图。

图5B为图4的宽带天线的辐射效率示意图。

图6为本实用新型实施例的一宽带天线的示意图。

图7为本实用新型实施例的一宽带天线的示意图。

图8为本实用新型实施例的一宽带天线的示意图。

主要组件符号说明：

具体实施方式

请参考图1，图1为本实用新型实施例的一宽带天线10的示意图。宽带天线10可用于一无线通信装置，用以收发宽带或多个频段的无线信号，如LTE无线通信系统的信号（其频段大致介于704MHz～960MHz及1710MHz～2700MHz）。宽带天线10包含有一信号馈入组件100、一接地组件102、一第一辐射体104、一第二辐射体106以及一电感元件112。第一辐射体104可连接一金属件，该金属件可包含有一第三辐射体108及一第四辐射体110。接地组件102用来提供接地，信号馈入组件100的一接地端可连接无线通信装置的一系统接地件或一同轴电缆的地线，另一端用来将一射频信号传送至第一辐射体104，以通过第一辐射体104、第三辐射体108及第四辐射体110发射射频信号。此外，射频信号亦以耦合的方式由第一辐射体104馈入电性连接于接地组件102的第二辐射体106，电感元件112电性连接于第一辐射体104与第二辐射体106之间或连接第一辐射体104的金属件与第二辐射体106之间，用来与第一辐射体104、第二辐射体106及接地组件102形成一回路天线效应。宽带天线10可视为一单极天线与一寄生组件的组合，第一辐射体104、第三辐射体108及第四辐射体110为高频辐射体，代表单极天线的部分；第二辐射体106为低频辐射体，代表寄生组件的部分。利用高、低频辐射体相互耦合，可将天线空间有效的利用，而耦合效应可将共振频率拉低，并在高频带共振多个模态，产生宽带效应，并结合电感元件112串接在辐射体104、108、110以及辐射体106之间，提供低频带模态共振路径，进而增加调整匹配、带宽以及共振频率位移的手段，以达到涵盖高带宽且高效率的微小型宽带天线。

详细来说，第一辐射体104、第二辐射体106、第三辐射体108、第四辐射体110的长度皆大致为共振频率的四分之一波长。第二辐射体106用来提供低频模态的路径，主要产生低频段704MHz～960MHz的模态，第二辐射体106的面积可增加带宽，并带有些许高频模态谐振。在未加上电感元件112之前，宽带天线10仍可正常运作，其中第一辐射体104与第二辐射体106上的电流流向如图2A所示。值得注意的是，第一辐射体104上的电流流向D1与第二辐射体106上的电流流向D2相反，相反的电流流向可共振出低频段中900～1100MHz的模态，成为低频段中提高带宽的重要因素。第一辐射体104、第三辐射体108及第四辐射体110与第二辐射体106之间分别至少具有耦合间距h1、h2、h3，通过调整耦合间距h1、h2、h3的大小以及耦合间距h1、h2、h3的长度可调整两个低频模态的匹配，以达到最佳化的阻抗匹配。由于第一辐射体104、第三辐射体108及第四辐射体110与第二辐射体106相互耦合，使得第二辐射体106、第三辐射体108的长度可以大幅度缩短，进而达到缩小天线尺寸的目的。

另一方面，第一辐射体104、第三辐射体108及第四辐射体110用来提供高频模态的路径，主要产生高频段1710MHz～2700MHz的模态，其中，第三辐射体108可产生高频段中较低频（1710～2170MHz）的部分，第一辐射体104及第四辐射体110可产生中、高频段（2170～2700MHz）的部分，而调整第一辐射体104与第二辐射体106之间的耦合间距h1可产生谐振效果，也可贡献出部分较低频的带宽，进而调整1710MHz～2700MHz带宽以及各频段所需的能量。

除此之外，宽带天线10在低频辐射体与高频辐射体之间并接电感元件112，用来与第一辐射体104、第二辐射体106及接地组件102形成一回路天线效应。如图2B所示，在一特定的电感值范围内，天线的低频电流路径加长，高频电流被电感抑制，且不影响高频带谐振的特性，因此可用来调整天线的低频匹配。当电感元件112的电感值愈小，能够流通的高频电流较多，低频回路效应减少，低频带宽愈窄，但匹配愈好，能量愈集中。相反地，当电感元件112的电感值愈大，能够流通的高频电流较少，低频回路效应增加，低频带宽愈宽，但匹配会愈差，能量分散。电感元件112所产生的效果可由图3A至图3B中的天线量测结果得到印证。图3A为宽带天线10的电压驻波比（Voltage Standing WaveRatio，VSWR）示意图，图3B为宽带天线10的辐射效率示意图。其中，虚线代表宽带天线10未加上电感元件112时的天线特性，细线代表当电感元件112的电感值约为22nH时宽带天线10的天线特性，而粗线代表当电感元件112的电感值约为56nH时宽带天线10的天线特性。由图3B所示，使用适当电感值的电感元件112（粗线）可使天线产生更高的带宽及较佳的天线辐射效率。而当使用较低的电感值时，不需重新调校天线架构，即可在低频段强化特定LTE频段所需较高天线效率的规范。

需注意的是，本实用新型利用包含一电感元件的无源组件设置于单极天线与寄生组件之间，以增加天线带宽、调整阻抗匹配，并缩小天线尺寸。图1的宽带天线10为本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员应当可据以作不同的修饰，而不限于此。举例来说，在图1的实施例中，连接第一辐射体104的金属件包含有第三辐射体108及第四辐射体110，但不限于此，连接第一辐射体104的金属件亦可包含更多个辐射体，或只包含一个辐射体或单纯的金属连接片，只要金属件的电性连接特性可使电感元件112与第一辐射体104、第二辐射体106及接地组件102形成一回路天线效应即可。电感元件112的位置不限于图1所示，只要是电性连接于第一辐射体104与第二辐射体106之间或连接第一辐射体104的金属件（如第三辐射体108、第四辐射体110）与第二辐射体106之间皆有类似的效果。如图4所示，电感元件可以是电感元件112，亦可以是电感元件114、电感元件116或电感元件118等。改变电感元件的位置可改变宽带天线10的低频辐射体电流路径，进而改变低频谐振点。图5A为宽带天线10中电感元件设置于不同位置的电压驻波比示意图，图5B为宽带天线10中电感元件设置于不同位置的辐射效率示意图。其中，粗线代表宽带天线10使用电感元件112时的天线特性，细线代表宽带天线10使用电感元件114时的天线特性，而虚线代表宽带天线10使用电感元件116时的天线特性。由图5A及图5B可知，电感元件的位置可决定天线的频率高低。因此，通过适当地选取电感元件的电感值及位置，可产生涵盖所有LTE低频段（704～960MHz）的共振模态。

此外，本实用新型的宽带天线亦可搭配电容应用，例如将一至多个电感和/或电容串联于电感元件112的一端与辐射体之间，或将一至多个电感和/或电容与电感元件112并联，以形成类似于一滤波器回路。如此一来，特定频段的电流将会导通，形成特定频段的回路天线效应，进而调整所需的频率响应。或者，亦可搭配可变电感或可变电容，由系统控制电感或电容变化量，进而切换低频段的可使用频带，以符合不同规范所需的天线效能。如图6所示，宽带天线60的电感元件612为一可调式电感元件，耦接于无线通信装置中的一无线电模块控制器（Sensor Hub，感测器集线器）620。无线电模块控制器620可用来切换电感元件612的一电感值，进而改变宽带天线60的谐振频率及匹配，使宽带天线60可符合不同规范所需的天线效能。如图7所示，宽带天线70具有串联的可调式电感元件712及无源组件714，无源组件714可以是一可调式电容元件，可调式电感元件712串联无源组件714可产生带通滤波器（Band-pass Filter）效应，使得特定频段信号流通，并形成回路天线效应，调校天线匹配。如图8所示，宽带天线80具有并联的可调式电感元件812及无源组件814，无源组件814可以是一可调式电容元件，可调式电感元件812并联无源组件814可产生带阻滤波器（Band-stop Filter）效应，使得特定频段信号流通，并形成回路天线效应，调校天线匹配。上述各种调整天线匹配的手段可搭配使用，以符合不同的通信应用。

另外，如业界所熟知，天线的辐射频率、带宽、效率等与天线形状、材质等相关，因此，设计者应当可适当调整宽带天线10、60、70、80，以符合系统所需。需注意的是，上述关于本实用新型的宽带天线的各种变化旨在说明本实用新型利用电容、电感等无源组件设置于相互耦合的高、低频辐射体之间，以改善天线的带宽与匹配，其他如材质、制作方式、各组件的形状、位置等皆可因应不同需求而作适当的变化，不限于此。

综上所述，本实用新型利用高、低频辐射体相互耦合，使低频共振频率降低，并在高频带共振多个模态，以产生宽带效应。另外，本实用新型将包含有一电感元件的无源组件电性连接在高、低频辐射体之间，以提供低频带模态共振路径，进而调整阻抗匹配以及共振频率的带宽及位移，使天线可兼具高带宽、高效率且小尺寸的优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡是根据本实用新型权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种宽带天线，该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包括：

一接地组件，该接地组件用来提供接地；

一第一辐射体；

一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该接地组件；以及

一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该第一辐射体，以通过该第一辐射体发射该射频信号；

其特征在于，该宽带天线还包括一无源组件，该无源组件包括一电感元件，该无源组件电性连接于该第一辐射体与该第二辐射体之间或连接该第一辐射体的一金属件与该第二辐射体之间，用来与该第一辐射体、该第二辐射体及该接地组件形成一回路天线效应。

2.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该第一辐射体与该第二辐射体之间具有一第一耦合间距，使该射频信号以耦合的方式由该第一辐射体馈入该第二辐射体。

3.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该射频信号在该第一辐射体与该第二辐射体上产生的电流方向相反。

4.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该金属件包括一第三辐射体，该第三辐射体电性连接于该第一辐射体，且该第三辐射体与该第二辐射体之间具有一第二耦合间距，使该射频信号以耦合的方式由该第三辐射体馈入该第二辐射体。

5.如权利要求4所述的宽带天线，其特征在于，该金属件还包括一第四辐射体，该第四辐射体电性连接于该第三辐射体，并与该第一辐射体的延伸方向相同。

6.如权利要求4所述的宽带天线，其特征在于，该射频信号在该第三辐射体与该第二辐射体上产生的电流方向相同。

7.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该无源组件还包括一至多个电感或电容，该一至多个电感或电容串联或并联该电感元件。

8.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该电感元件为一可调式电感。

9.如权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，该电感元件耦接于该无线通信装置的一无线电模块控制器，用来切换该一至多个电感元件的一电感值，以改变该射频信号的一谐振频率及匹配。

10.如权利要求7所述的宽带天线，其特征在于，该一至多个电容为可调式电容。