TW201008030A - Loop antenna - Google Patents

Description

201008030 合 整 種 一 指 係 別 特 線 1天 域形 領環 掮種 :技一 明之為 說屬明 明所發 發明本 、發 九- 特 頻 寬 超 備 具 且 段 頻 作 操 種 多 蓋 涵。 態統 模系 頻線 低天 、 之 高性

線 天 型 微 求 要 化 型 微 積 體 的 品 產 J線 術無 技著 前隨 先 rL Φ 的設計概念日趨重要，通常應用於微型架構的天 線，有平面式倒F型天線（Ρ I F A )、單極天線以及 偶極天線，為了縮小體積在輻射導體結構外觀上 已經設計出相當重大的改變，例如設計成圓形、 橢圓形、環形、矩形或三角形等，藉以使天線單 元更為短小輕薄。而天線外露部分從原本的5〜1 0 公分長度縮減至3公分以下，之後更進一步整合 至電路板之中，並且具備多重訊號接收功能，例 ® 如將手機中的Wi-Fi收發器與藍牙模組共用同 一天線，並將其他相似頻段的無線標準一併採用 進而開發出的整合式天線設計。 習知雙頻天線通常為兩種或兩種以上不同 天線類型的結合，例如：美國專利第6 2 0 4 8 1 9號 專利所揭露的雙頻天線結構，將平面式倒F型天 線與環型天線互相結合，透過切換開關選擇不同 的訊號饋入方式，在兩天線之間進行切換，然而 6 201008030 此天線為立體結構，體積龐大且配置不易，另外 必須增加切換晶片用以操作頻帶切換，導致電路 結構複雜，製作成本亦較高 請參閱第1圖，為美國專利第7, 180, 463號 專利“ DUAL-BAND ANTENNA”正面示意圖，該雙 頻天線印刷在一基板1 1上，其包括訊號饋入元 件1 2、一阻抗元件1 3、一第一發射元件1 4、一 ❹ 第一饋入點141、一第二發射元件15、一第二饋 入點1 5 1及一接地點1 7。訊號饋入元件1 2與第 一饋入點1 4 1和第二饋入點1 5 1電性連接，並分 別經由接地點1 7提供各約1 / 4波長共振腔；第 一發射元件14藉由第一饋入點141與訊號饋入 元件12連接’用以發射較高頻率之訊號；第二 發射元件15藉由第二饋入點151與訊號饋入元 件1 2連接’用以發射較低頻率之訊號。 0 請參閱第2圖，為美國專利第7, 180, 463號 專利“DUAL-BAND ANTENNA”反射損耗量測數據 示意圖，由圖示可知，在操作頻率為2. 4〜2.5GHz 以及4 . 3〜6 GΗ z之間，該系統平均值皆位於-1 〇 db 以下，顯示該雙頻天線的操作頻寬完全涵蓋 IEEE8 0 2. 1 la和8 0 2. 1 lb兩種通訊標準的操作頻 段。 然而該雙頻天線為增加發射頻寬，將第二發 射元件1 5之發射端彎折為“ L ”形，藉以擴大發 7 201008030 射端面積，同時也導致天線導體長度及體積過 大；另外為調整第一發射元件1 4之阻抗匹配， 在相對於第二發射元件1 5之另一側邊設置支撐 部1 6，且必須與第一發射元件1 4保持平行並間 隔一間隙，從而與第一發射元件1 4形成電容性 負載，此配置將造成天線結構複雜，且該支撐部 16設置位置不易精確掌握。 【發明内容】 本發明之目的係提供一種環形天線，利用輻 射導體激發低頻共振模態，寄生導體激發高頻共 振模態，使天線系統整合涵蓋多種操作頻段且具 備超寬頻特性，整合平面式倒F型天線（P I F A ) 及迴圈（Loop)天線設計概念，改善習知整合式天 線體積微型化無法同時兼顧超寬頻之缺失。 本發明之另一目的係提供一種環形天線，利 用接地面、短路導體與輻射導體環繞構成内環 部，將内環部設置寄生導體，使天線系統除具備 超寬頻特性，同時大幅縮減天線配置空間，使其 輕易容置於各種電子裝置内部，降低組裝難度且 亦於量產。 為達成上述目的，本發明係為一種環形天 線，包括：接地面、短路導體、輻射導體及寄生 導體；輻射導體具有連接部及饋入部；短路導體 8 201008030 一端部連接於接地面，另一端部連接於連接部， 饋入部緊鄰接地面設置並形成一缺口，將短路導 體與輻射導體沿接地面之一侧邊環繞形成一内 環部，並於輻射導體内環部方向設置一第一耦合 邊，寄生導體位於内環部，其一端部連接於接地 面，並具有一第二耦合邊沿第一耦合邊輪廓對應 配置，且第一耦合邊及第二耦合邊之間形成一間

本發明主要利用輻射導體激發天線系統之 低頻共振模態，經由調整輻射導體與短路導體之 導體長度，藉以控制低頻共振模態之操作頻率， 並利用微調輻射導體與短路導體之導體粗細比 例，經此增加低頻共振模態之阻抗匹配，另外經 由内環部設置之寄生導體激發高頻共振模態，經 由調整寄生導體之導體長度，藉以控制高頻共振 ❹ 模態之操作頻率，並利用調節第一耦合邊及第二 耦合邊之間隙寬度，經此使高頻共振模態具有較 佳之阻抗匹配，透過上述方式使高、低頻模態合 成一超寬頻模態，經此使天線系統涵蓋多種操作 頻段且同時兼具寬頻特性，輕易整合為具有超寬 頻技術特性之天線系統，整合平面式倒F型天線 (PIFA)及迴圈（Loop)天線設計概念，改善習知整 合式天線體積微型化無法同時兼顧超寬頻之缺 失。此外，藉由短路導體、輻射導體與寄生導體 9 201008030 之簡易結構配置形式，從而簡化天線配置體積， 使其輕易容置於各種電子裝置内部，降低組裝難 度及製造成本。 為使貴審查人員進一步了解本發明之詳細 内容，茲列舉下列較佳實施例說明如後。 【實施方式】 請參閱第3圖，為本發明第一實施例之正面 ❹ 示意圖。該環形天線包括：接地面31、短路導 體32、輻射導體33及寄生導體34;輻射導體 33具有連接部331及饋入部332。 短路導體32 —端部連接於接地面31，另一 端部連接於輻射導體33之連接部33,饋入部332 緊鄰接地面31設置並形成一缺口 ，將短路導體 3 2與輻射導體3 3沿接地面3 1之一側邊環繞， | 經此使接地面3 1、短路導體3 2及輻射導體3 3 構成一内環部36，並於輻射導體33内環部36 方向設置一第一耦合邊333，寄生導體34位於 内環部3 6，其一端部連接於接地面31，並具有 一第二輕合邊341沿第一麵合邊333輪廓對應配 置，且第一耦合邊333及第二耦合邊341之間形 成一間隙c，透過該間隙c用以產生電容性耦合 效應，經此增加寄生導體3 4之輻射傳導效率； 饋入線3 5依序形成中心導線3 5 1、絕緣層3 5 1、 201008030 外層導線3 5 3及彼覆層3 5 4，將中心導線3 5 1連 接於饋入部3 3 2，利用中心導線3 5 1傳遞饋入線 3 5之高頻傳輸訊號至饋入部3 3 2，外層導線3 5 3 則連接於接地面3 1。 短路導體32連接於接地面31方向之矩形長 度約為10mm，寬度約為2mm，連接於韓射導體 33方向之矩形長度約為13mm，寬度約為2mm， 0 輻射導體33近似梯形，上底長度約為6mm，下 底長度約為0.5mm，高度約為7mm，兩侧斜邊長 度約為8mm，本實施例中寄生導體34設置為平 行四邊形，上、下底長度約為1mm，高度約為4mm。 本實施例利用接地面3 1、短路導體3 2與輻 射導體3 3組成门形環狀導體結構，並經此配置 構成内環部3 6，利用輻射導體3 3激發天線系統 之低頻共振模態，經由調整輻射導體3 3與短路 ® 導體3 2之導體長度，藉以控制低頻共振模態之 操作頻率，並利用微調輻射導體3 3與短路導體 3 2之導體粗細比例，經此增加低頻共振模態之 阻抗匹配，另外經由内環部3 6設置寄生導體3 4 用以激發高頻共振模態，經由調整寄生導體3 4 之導體長度，藉以控制高頻共振模態之操作頻 率，並利用調節第一耦合邊333及第二耦合邊 3 41之間隙c寬度，經此使高頻共振模態具有較 佳之阻抗匹配，透過上述方式使高、低頻模態合 11 201008030 成一超寬頻模態，使天線系統涵蓋多種操作頻段 且同時兼具寬頻特性，輕易整合為具有超寬頻技 術特性之天線系統，達成整合式天線微型化及超 寬頻之設計要求，由於傳統無線通訊在傳輸時需 要連續發出電波，耗電量需求相對較大，經由本 發明設計整合為具有超寬頻技術特性之天線系 統後，使超寬頻技術只有在需要傳輸資料時才會 • 發出脈衝電波，進而有效減少耗電量，並透過超 ◎ 寬頻技術大量傳輸影音資料。 請參閱第4圖，為本發明第一實施例之輻射 導體與寄生導體另一變化實施態樣正面示意 圖。本實施例與上述第一實施例大致相同，其差 異處在於該寄生導體3 4設置為蜿蜒形式階梯 狀，而輻射導體3 3同樣近似梯形，但是於寄生 導體34之第二耦合邊34i輪廓對應位置處之第 參 一耦合邊3 3 3同樣設置為蜿蜒形式階梯狀，而短 路導體32則由兩片矩形導體縮減為一片矩形導 體，且其一端部同樣連接於輻射導體3 3連接部 3 1，同樣利用接地面3 1、短路導體3 2與輻射導 體3 3構成内環部3 6，寄生導體3 4則置於内環 部3 6，其激發之天線系統高、低頻共振模態以 及微調之操作頻率及阻抗匹配調整控制方式與 第一實施例皆相同。 請參閱第5圖，為本發明第一實施例之電壓 12 201008030 駐波比量測數據示意圖。經本發明設計得到之天 線低頻與高頻操作頻寬s 1在電壓駐波比定義為 2之情況下，操作頻率範圍涵蓋2 . 9 G Η z至6 G Η z ’ 此頻帶頻寬範圍涵蓋下列系統頻寬： (1) UWB(3.1GHz〜4. 9GHz) (2) WLAN802.lla(4. 9GHz〜5. 9GHz) 顯示本發明之天線結構已可整合2 . 9 G H z至 ©6GHz範圍間之傳輸頻帶，確實已具備超寬頻技 術之優異特性，並較習知雙頻天線設計結構具有 更為廣泛之操作頻寬範圍，同時其組成結構亦較 為簡化，符合使用者微型化及兼顧多系統頻帶之 要求。 請參閱第6圖，為本發明第一實施例應用於 攜帶式電腦之立體示意圖。將環形天線設置於攜 帶式電腦4之一框體41邊緣，接地面3 1採用錫 9 箔片，並將錫箔片整片貼覆於框體41表面，框 體41内緣設置一螢幕42，該框體41可視為整 個天線系統之接地面，透過錫羯片將接地訊號傳 送至框體41，藉由短路導體32、輻射導體33與 寄生導體3 4之簡易配置形式，從而簡化天線組 成結構與體積，大幅縮減天線配置空間，使天線 模組輕易擺置於各種電子裝置内部，降低組裝難 度且亦於量產。 本發明已符合專利要件，實際具有新穎性、 13 201008030 進步性與產業應用價值之特點，然其實施例並非 用以侷限本發明之範圍，任何熟悉此項技藝者所 作之各種更動與潤飾，在不脫離本發明之精神和 定義下，均在本發明權利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為美國專利第7, 1 8 0 , 4 6 3號專利 ©“DUAL-BAND ANTENNA” 正面示意圖。 第2圖為美國專利第7，1 8 0，4 6 3號專利 “ DUAL-BAND ANTENNA”反射損耗量測數據示意 圖。 第3圖為本發明第一實施例之正面示意圖。 第4圖為本發明第一實施例之輻射導體與寄生 導體另一變化實施態樣正面示意圖。 第5圖為本發明第一實施例之電壓駐波比量測 Φ 數據示意圖。 第6圖為本發明第一實施例應用於攜帶式電腦 之立體示意圖。 【主要元件符號說明】 11 基 板 31 接 地 面 12 訊 號 饋 入 元 件 32 短 路 導 體 13 阻 抗 元 件 33 輻 射 導 體 14 第 一 發 射 元 件 331 連 接 部 141 第 —_ m 入 點 332 饋 入 部 14 201008030 1 5第二發射元件 333第一麵合邊 1 5 1第二饋入點 34寄生導體 1 6支撐部 3 4 1第二耦合邊 1 7接地點 35饋入線 3 5 1中心導線 3 5 2絕緣層 3 5 3外層導線 3 5 4彼覆層 3 6内環部 c間隙 4攜帶式電腦 41框體 42螢幕

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Claims (1)

1. 201008030 十、申請專利範圍： 1. 一種環形天線，包括： 接地面； 短路導體，其一端部連接於該接地面； 輻射導體，其具有連接部及饋入部，將該短 路導體另一端部連接於連接部，該饋入部緊鄰接 地面並形成一缺口，將該短路導體與輻射導體沿 該接地面之一側邊環繞形成一内環部，其中該輻 射導體於内環部方向具有一第一耦合邊；以及 _ 寄生導體，位於該内環部，其一端部連接於 該接地面，並具有一第二耦合邊沿該輻射導體之 第一耦合邊輪廓對應配置，且該第一辆合邊與第 二搞合邊之間形成一間隙。 2. 如申請專利範圍第1項所述之環形天線，其 另包括饋入線，其具有 中心導線，連接於該饋入部；以及 外層導線，連接於該接地面。 Φ 3.如申請專利範圍第1項所述之環形天線，其中 該短路導體與輻射導體組成之環狀導體結構近 似门形。 4. 如申請專利範圍第1項所述之環形天線，其中 該寄生導體近似平行四邊形或階梯狀。 5. 如申請專利範圍第1項所述之環形天線，其中 該寄生導體鄰近缺口位置。 16