TW200409402A - Independently tunable multiband meanderline loaded antenna - Google Patents

Description

200409402 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關經由天線去接收或傳送射頻信號，尤指一種在多頻 帶運作的天線。 【先前技術】 一般而言天線的性能是取決於大小，形狀及組成天線 元件的原料合成物，和介於某種天線實體特徵（如··線形天 10 15 線的長度及環形天線的直徑）間以及經由天線接收或傳送 的信號波長。這些關係決定幾個天線操作特徵，包含輸入 阻抗’增益’方向性，信號偏振及輻射場型。以—個可操 作天線而言’最小實體天線的尺寸（或關於可用電力有效最 小尺寸）必須依序在操作頻率的四分之—波長（或關於多頻 :)’因此’有效地限制阻抗損失所造成的能量消耗及將能 罝傳达或接收最大化。四分之—波長及二分之—波長的天 線是最常被使用的。 因無線網路通訊農置及系統訊速的成長，造成在且有， 頻或多頻寬操作的能力❹重模組的操作（如：可 射模式或信號偏振）方面，對於冑 夭綠+七、 狀體積小，不顯眼及更有效& =線有大㈣#求’最新式的小型套裝通訊裝置 機，不能提供給傳統式四分之一 八 · ^ 足夠的空間。因此，實俨丨 力一波長天線元卡 及使用盆他希望二二 線操作在重要的頻率心 ^使用，、他希^到的天線特性（輪w抗 4吕號偏振等）是特別受歡迎的。 田、果式’ 20 200409402 在坆些已知的技術中，實體天線的大小及增益具有直接 的關八係，至少和單一元件的天線有關，根據此關係gain = _) 2 + 2βΙΙ，得知R為包含天線球體的半徑及㈣傳播因 5 10 15 子。當使用者持續對小型體天線有需求，因此需要一大型 增加增益。如進—步限制’為了系統設計精簡化和 ▲ ’、取低成本’②備設計者及系統操作者較喜歡使用可有 =在多頻或寬頻操作且允許通訊裝置經由各種無線網服務 =，不用頻寬或寬頻網路上的天線操作。最後，增益被 在天線操作頻率及有效天線長度（以波長表示）間的 關係。即天線增益為一所有獨特結構的四分之一波長 :::數’如：在此操作頻率當中，有效天線長度是操作 頻率的四分之一波長。 現在最常被普遍應用的天線為二分之一波長雙極天 曰=射％型為—類似環狀物天線且大部份在方位 2播具有-致性及在仰角低輕射。對某些通訊裝置而言 八=頻寬為 1710 至 199〇MHz 及 211〇 至 22_Hz。二 刀之—波長雙極天線大概在19〇〇MHz為3 u英吋長，在 =MHZ為3·45英对及在讓MHz為2⑽英忖。此血型 曰显大約為2.15dBi。 、 二^置於接地面上的四分之一波長單極天線其源自於— 皮長雙極天線。實體天線長為四分之一波長，但 此DD 11匕天線效率相似於一二分之-波長雙極天線。因 線日Γ極韓射場型天線在接地上類似二分之一波長雙極天 、/、型的增益大慨為2dBi。 20 200409402 、般閒置空間（如··不含接地）迴圈天線（具有直徑約為三 ^ 波長）同樣地沿著放射狀核心顯示類似環狀物輻射 %型天線，此增益約為31細。在i9〇〇MHz，有一直徑2 5 10 15 英子的天、線&種迴圈天線提供一較佳的匹配特性 阻抗是50 〇hms。 者名的接線天線提供定向約47dBi的半球狀增益覆 f ’然而與四分之—或二分之-波長天線做些微比較，可 得知接線天線相對擁有較窄的頻寬。 假設有助於四分之一及二分之一波長天線的性能，傳 統的天線-般的構造為天線的長度必須在傳播頻率為四分 之波長的規疋下及此天線在接地上運作。在限制阻抗損 失的能量消耗及傳送能量最大化的這些範圍下，允許此天 線容易的在—共振頻率下激發及操作。但是，當操作頻率 上升或降低時’操作波長及天線元件尺寸也成比例的上升 或降低。因此，當此構造實體尺寸不等於有效用電的尺寸， 天線設計者需轉向所謂的慢性波形構造應用。回想之前的 討論上得知，有效的天線尺寸必須在傳播頻率為:分之一 ^長（或四分之-波長在接地上）以達到有利的傳播及低 性以貝失。大體而言，一慢性波形構造是定義在移動波的 相速率較低於空間光通信速率。此波形速率是波長，頻率 及考慮到物質介電係數及滲透率的結果，如： 。/(㈣邮抑㈣卜。#頻率經由_慢性波形架構傳送 且持續無變化時，假如波形傳送較慢（如：狀態速率較低時） 於光的速度時，此架構的波長是低於空間通信的波長。因 20 200409402 ’牛例來1¾ ’-個二分之-慢波波長架構比在光速度傳 运下的二分之一波長架構短。此慢波架構隔離在實體長度 與共振頻率及波長間慣用的關係。此種慢波架構可被用來 做為天線元件或天線傳播架構。當一慢波架構傳播的相速 5度低於空間光通信速率，這些架構有效的電子長度大於波 形在光速中傳送的電子長度。造成對應慢波架構^共振頻 率相對的增加。因此，假如兩架構同時運作在共振頻率， 如：如一雙極半波，於是慢波架構的傳送將完全地小於在 光速中傳送的波形架構。 10 【發明内容】 在此實施例中，對裝配連結於接地面以區隔關係的天 線，係包含用於傳送及接收射頻能量。此天線包含一用一 或多邊做界定的一螺旋狀上層板。一短路元件（在包含一曲 15直導體的較佳實施例中）從上層板往接地面方面延伸，係用 以連接該上層板至接地面。一側壁從一上層板邊緣往接地 面方向延伸。 【較佳具體實施例之詳細說明】 在詳細描述此發明之個別天線裝置前，需先立 於此發明中新奇且不明顯的元件組合。因此，在圖示上用 书見的7G件來表示此發明之元件，為了不模糊公開此發明 、、、σ構、、、田郎僅僅顯不和此發明有關的細節，以求容易 地在此說明中看出此發明技術明顯的好處。 此發明的天線包含一具有一個或多重曲直架構連結成 25的緊密螺旋狀發射天線，因此，假如此天線之最佳運作體 200409402 積較小於接地面上的四分之一波形架構。此天線可輕易地 、、’二由在空白金屬板上所標示的必須尺寸來構成，在特定區 域標示尺寸及在適當的位置附加曲直區段是必須的。小形 天線的體積考慮到在手機通訊設備上的裝置及更優質的應 5用空間。在另一實施例，此發明天線必須經由圖案結構及 蝕刻配置在一非傳導性基板之傳導板上所構成。 有關本創作天線10之一較佳實施例，請先參照第一圖所 :，天線10是由一傳導性較差的原料所構成（如：銅）及包 δ具有内部螺旋區間12及一外部螺旋區間13的上層板 10 11。上層板11包含一片傳導性材質，且此材質從靠近於從 此傳導性材質片的中心延伸至邊緣的區域移動。在此實施 例中，此材質從上層板u的一螺旋孔中移出。 天線10配置在一非傳導性基板14上，包含一接地16且此 天線從非傳導性基板14的邊緣18延伸至界限2〇上。因此， 15接地16並沒完全擴張在天線1〇之下。此特徵呈現在介於上 層板11與非傳導性基板丨之間的電容，且因此電線1〇的操作 特性將會逐漸下降。在此實施例中，上層板丨丨和非傳導性 基板14的距離大約是5mm。降低此距離改變了天線1〇的共振 特性。 2〇 天線10更進一步包含一曲直元件22係依附在非傳導性 基板14上之介於界限20與邊緣24間之區間23。此曲線元件 22並非利用電力與區域23連在一起，但卻可提供天線在 機械方面的支援。 一訊號的饋給或接收是從天線1〇經由一饋線軌跡 4(m〇2 、(在非傳‘性基板14上所型成)及一天線饋給M所構 、身又而口 饋送連結器（無顯示於圖1)實際上是屬於 在範圍33的非料性基板，在饋送連結器上包含 梢以用於電力連結饋線執跡3G，及接地插㈣於連結接地 面！6。® 1的實施例中缺少特定的曲直區間的說明及描述。 勺j 2及圖3刀別為天線10實施例的俯視圖及前視圖， 已:曲直元件22及40(後者無顯示於圖u。曲直元件4〇 以電力方式連接於上層板u的範圍41及接地面Μ之間。 圖示3之最佳說明為，此曲直元件22包含由一垂直區間 1〇 2及—扶手44且擴充至配置於實質連結非傳導性基板的 耗圍23上；此扶手並非以電力方式連結於接地面π上。 曲直το件40為一呈現於圖4且具代表性的結構說明， 著圖2的平面4-4取出。如概要性的指出，此曲直元件 40的尾端42為接地。在此實施例，距離，，d，，大約為！英吋。 15 一相等地天線10電力電路呈現於圖5。一電容器50代 表μ於外部螺旋區間13及接地面16間的電流容量，一電 =器52代表介於内部螺旋區間12及接地面16間的電流容 里電谷态50及52都被介於上層板11及接地面1 6間的 垂直距離所影響。同樣地，邊界2〇(如圖υ是以天線邊緣 2〇 =(或24)的電容器5〇及52的改變值而做調整。因此，一 'ν專這些電容器的技術及此天線的一般特性係用來調整介 於邊界20及邊緣18(或邊綠24)間的距離。 電谷器54分別標示介於内部螺旋區間丨2及外部螺旋 區間13間的電流容量，一符號56表示曲直元件4〇於接地 200409402 Ϊ路二：號58表示曲直元件22並非連接至接地而卻是 1:=二。概括來說，這些元件在圖5中所示，天 M H & 70件為影響低頻頻帶性能及天線饋給32 的右方7G件為影響高頻頻帶性能。 5 10 15 20 在此實施例中，天線10操作的共 _-9嶋叫…）的手機頻帶及用在在大大:: :.990,頻帶)的個人通訊系統頻帶間。輕射場型 主要二頻""時是全方向性的(類似圓環狀)及在高頻帶最 f的、史化為能量主要為正向傳播方式。高頻帶頻率的諸 调疋依曲直元件40的實體特性做調整，例如關於長度方 面’全球定位系統頻帶在此頻帶中達到共鳴頻率li5GHz。 曲直兀件22的外形及尺寸的改變也多變地影響著含操作 頻率天線H)性能特性的改變。在此實施例中天線ι〇的大 概尺寸為長度大約0.4英吋及寬度約為〇 4英吋。 在圖6中’天線70的俯視圖呈現出在三種頻帶中的丘 振條件，-般來說’天線7〇如同圖i所描述之天線1〇包 含一内部螺旋區間12及外部螺旋區間13。‘然而，當天線 7〇與天線H)做一相比時’天線7〇更進一步附加及：改曲 折元件。 圖7為天線70之前視圖，天線70包含曲直元件4〇及 天線饋給32且在本質上的運作如同以上所述連接於天線 =之相同方法，此外天線1〇更包含一曲直元件71，且以 電力方式連結於區間72及73。區間72從上層板u開始 延伸及區間73則配置或靠近於非傳導性基板14上，但並 12 200409402 沒有連結至接地。 圖8為曲直w牛71 |代表性且進一步描述的圖，由圖 6的8-8面所取出，如圖所示，此曲直元件71是配置在非 5 10 15 20 傳導性基板14上，但並非連結至接地16。在此實施例， 此距離” dd”為0.3英忖。 天線70進-步包含-曲直元件74，此元件由—垂直區 間75及一扶手76所組成。在操作方面，天線川提出一共 振條件，行動電話通訊頻寬為82〇_89〇MHz，全球定位= 統為1.5GHz及無線本地區域網路通訊為2 5GHz。 概括來說，根據本發明的論點，圖丨中的天線可細由妗 加曲直元件及/或調整所述之曲折元件長度來調整：作： 各種不同的頻率’且額外的操作頻帶可經由增加曲直元作 來產生。纟-頻帶調整其特定曲直元件的操#是不會影響 到其它頻帶的操作。因此，此天線提供個別可調整的運^ 頻帶。在過S的技術中，只要改變—天線的實體特徵或尺 寸大小就會影響到此天線的所有共振頻率，在此發明的天 線無此如此限制。同樣地，此發明天線的尺寸比率大小 (如：在接地面上之長度，寬度及高度）通常會影響所有丘 振頻率。 一天線構造被描述於提供在一或多種頻帶下操作有用 的方法，當此發明的特殊應用及例子被說明及討論時，此 發明人提供此發明多種方法的基本運用及多種天線結構。 眾多的變化可能在此發明的範圍内，本發明所限制:專利 申請範圍如下。 13 200409402 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 又 【圖式簡單說明】 圖1 :係說明本創作之天線構造透視圖。 圖2·係說明本創作之另一天線架構實施例各別說明之俯 視圖。 10 圖3 ·係說明本創作之另一天線架構實施例各別說明之俯 視圖。 係說明本創作之描述天線迴路元件橫截面圖。 為一圖2及圖3天線之等效電力概要圖。 15 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 : 係說明本創作天線架構的第二實施例不同視圖 係說明本創作天線架構的第二實施例不同視圖 係說明本創作天線架構的第二實施例不同視圖 【圖號說明】 天線1 〇 4部螺旋區間13 20邊緣18 區間23 &線饋給32 範圍41 扶手44 25符號56 上層板11 非傳導性基板14 界限20 邊緣24 範圍33 尾端42 電容器50 符號58 内部螺旋區間12 接地面1 6 曲直元件22 饋線軌跡30 曲直元件40 垂直區間43 電容器52 天線70 14 200409402 曲直元件71 區間72 區間73 曲直元件74 垂直區間75 扶手76

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Claims (1)

1. 200409402 拾、申請專利範圍： 1 · 一種連接於在接地面下方的天線’係用來傳送或接收 射頻能量，主要包括； 一螺旋狀上層板’其係以一或多個邊緣來限定界限； 5 一短路元件，係從該上層板向接地面的方向延伸，以將 該上層板電性連接至該接地面；以及 一側壁，其由上層板邊緣向接地面的方向延伸。 2.如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，當天線操 作於接地面時，則該上層板的一部份為覆在接地面上。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之天線，其中，當該上層 板的部份區域覆在接地面上是可調整時，將會影響天線的 性能。 4·如申請專利範圍第2項所述之天線，其中，該上層板 的部份覆在接地上且包含一從短路元件延伸而來的該上層 15板第一區域及排斥從側壁延伸而來的該上層板第二區域。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，當接地包 έ 一具傳導性材質且配置在基板的第一區域且當側壁配置 覆於第二區域時’則此傳導性材質不會出現在基板的第二 區域。 2〇 ^ 6·如申請專利範圍第丨項所述之天線，其中，該上層板 包含一連結至外部螺旋區間的内部螺旋區間。 7·如申請專利範圍第丨項所述之天線，其中，該上層板 包含一具傳導性材質的連續性螺旋構造。 8·如申請專利範圍第1項所述之天線，其中，此短路元 16 200409402 件包含一曲直導體。 9 ·如申清專利範圍第8項所述之天線’其中，此曲直元 件έ有一具有Ζ字形結構的細長傳輸線。 10·如申請專利範圍第8項所述之天線，其中，此曲直 5元件包含一細長的傳輸線且進一步包含第一區間及第二區 間’此第一區間及第二區間以電力連結且絕大部份的配置 為平行於上層板。 11.如申請專利範圍第1〇項所述架設覆蓋於接地面之天 $ 線’其中，第一及第二區間絕大部份平行於該接地面且配 籲 1〇置介於该上層板和接地之間。 12·如申請專利範圍第1項所述天線，係進一步地包含 一連結至該上層板的饋給元件。 13·如申請專利範圍第1項所述包含饋給元件之天線， 其中’該上層板包含一内部螺旋區間及外部螺旋區間，且 15此饋給元件配置在外部螺旋區間的終端機未端上。 14.如申請專利範圍第13項所述之天線，係覆蓋一非傳 V丨生基板且進一步包含一接地面及一絕緣於接地的傳導饋 給區域’其中，此饋給區域以電力方式連結於此饋給元件。· 15 ·如申睛專利範圍第14項所述之天線，其中，在非傳 &性基板上，此饋給元件包含一從上層板延伸至該傳導饋 給區域的傳導帶。 16·如申請專利範圍第15項所述之天線，其中，該側壁 會和上層板邊緣形成一大大地直角。 17·—天線主要包括·· 17 200409402 一接地面； 一螺旋狀上層板，其包含第一及第二區域，其中，第一 區域覆在接地面上； 一饋給元件，係與上層板電性通訊； 5 彳疋上層板延伸之第一曲直導體；及 一從上層板延伸之第二曲直導體。 18·如申請專利範圍第17項所述之天線，其中，該接地 面包含-具有傳導材質配置在第一區域的之非傳導性基 板，此傳導材質不會出現於該基板的第二區域，及該上^ 10板的第一區域大部份覆在該基板的第一區域。 曰 19·如申請專利範圍第18項所述之天線，其中，該第一 曲直導體由上層板的第一區域延伸及進一步包含一2字形 、、口構的細長導體，且其第—曲直導體係從上層板連結至接 地面。 15 20·如申請專利範圍第P項所述之天線，其中，該上層 板係進一步包含一向接地面邊緣那邊延伸的第二區域，且 第一曲直導體包含一從第二區域邊緣延伸的第一傳導元 件及一從第一傳導元件所延伸的第二傳導元件。 21·如申請專利範圍第2〇項所述之天線， 一 20 ^ 八丨 n /¾ 90。;。—傳導元件及上層板的第二區間之間的角度約為 八22.如申請專利範圍第2〇項所述之天線，其中，一角度 介於第一傳導元件及第二傳導元件間的角度約為9〇。。又 23·—連結於區隔接地面的天線係用以傳送及接收射頻 18 能量，其主要包括： 一具有一或多邊之螺旋狀上層板； 側土係從忒上層板邊緣向接地面方向延伸；及 在接地面的操作上，該上層板的第一區域配置於接地面 、目對位置，該上層板的第二區域則向接地面的邊緣延伸。 24·如申請專利範圍第23項所述之天線，其中，該側壁 向接地面的邊緣延伸。 _ 25一·如申請專利範圍第24⑽述之天線，其另外包含— 紐路70件’該元件係用於連接該上層板至接地面。 _ 26.如申請專利範圍第25項所述之天線，其中，該短路 元件包έ 一攸s亥上層板延伸之曲直導體。 + 27.如/請專利範圍第23項所述之天線，係包含—具有 第-及第二基板區域的非傳導性基板，其中，該接地面是 配置在第-基板區域及其第一上層板區域被配置於該第— 15 基板區域的相對位置。 认如申請專利範圍帛271 員所述之天線，其側壁覆 二基板區域。 29·—天線連結於接地面，以傳送及接收射頻能量，龙 主要包括； 20 一螺旋狀上層板； 一第一曲直元件，係從該上層板往接地面方向延伸，使 該上層板與接地面能相互連接； 一第二曲直元件，係從該上層板延伸；及 一從該上層板延伸之側壁。 19 200409402 3〇·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，一介於 忒上層板與接地面間的距離被選定去達成對天線所期望之 性能參數。 3 1 ·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，當天線 5為與接地面操作而安裝時，該上層板的一區域重疊於接地 面。 32·如申睛專利範圍第3 1項所述之天線，其中，該重疊 區域的面積是可調整以用來改進天線的性能。 33·如申請專利範圍第32項所述之天線，其中，該第一 10曲直元件配置於該重疊區域。 34·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該上層 板包含一内部螺旋區間與外部螺旋區間做電力傳播。 35·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該上層 板包含一具傳導性材質的連續螺旋構造。 15 36·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該第二 曲直元件從上層板往接地面方向延伸及包括一大型L狀曲 直元件。 37·如申請專利範圍第36項所述之天線，其中，該第二 曲直7L件另外還包含一從該上層板延伸之第一區間及一從 20第一區間延伸之第二區間，且其第二區間的長度小於該上 層板的長度及寬度。 38·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該第一 曲直元件包含一細長型曲直傳輸線，且該元件包含一絕大 部份平行於上層板之區間。 20 200409402 39.如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該第一 曲直元件包含一細長傳線線且另外還包括至少二個絕大部 份與上層板平行之連結區間。 40·如申請專利範圍第29項所述一架設好與接地面區間 5連結關係之天線，其中，第一曲直元件包含以絕大部份平 行於接地面及絕大部份平行於上層板為方向的二大絕大部 份平行的細長區間。 41 ·如申請專利範圍第29項所述之天線，其該天線另外 包含一饋給元件。 1〇 42·如申請專利範圍第41項所述之天線，其中，此饋給 元件彳欠上層板往接地面的方向延伸，且該接地面配置在一 非傳導性基板，其該非傳導性基板包含一絕緣於接地面的 傳導性饋給區域及以電力連接此饋給元件。 43·如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該第二 15曲直元件定向於該侧壁與第一曲直元件之間。 勺=4.如申請專利範圍第29項所述之天線，其中，該側壁 匕各與上層板形成直角的第一區間及一連結於第一區間 的第二區間且與該第一區間形成直角配置。 20噸：5旦一連結於區隔接地面的天線，係用以傳送或接收射 肩月b 1，主要包括； 人――傳導板’其内具有-插槽，其中，該傳導板板另外包 ^或多邊及其第一或第二區域； 當天線操作於接地面時，該側壁係從該板的邊緣往接地 的方向延伸；及 21 田操作於接地面時，該第一區域配置於接地面的相對位 置，而該第二區域往接地面的邊緣延伸。 ^ 46.如申請專利範圍第45項所述之天線，其中，該側壁 係從第二區域開始延伸。 人47.如申請專利範圍第24項所述之天線，其該天線另包 5 從该第一區域延伸之短路元件，此短路元件係用以電 力連結該上層板至接地面。 48.如申請專利範圍第46項所述之天線，其中，該插 槽定義為一螺旋狀。 22