TWI262625B - A composite monopole antenna - Google Patents

Description

1262625 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ^發明係關於-種混合式單極天線 在热線通訊產品上的混合式單極天線。 應用 【先前技術】 ♦用訊的發展’無線網路（wireiess«^ ;要=:此天線的性能便成為影響產品價值的

操目前f用於無線通訊產品的天線大都僅能 '、乍於早-、，轉或部分雙頻操作於無線區域網路（WLAN )之 2.4/5.2 GHz 或 2 4/5 8 GHz 之·+百册 j. 括么〜、心 ▼，相關之先前技術包 2利用在微波基板上印刷金屬線之方式設計雙頻；;線的 〇子，不過該天線僅適用於無線區域網路（1ΑΝ )之 =.2孤雙頻帶操作，除了缺乏58咖頻帶之通訊功能 =’同Μ全以㈣金屬線之方式所形成之天線頗佔面 矛貝（士口第2圖所示）’且該天線設計缺乏全球微波存取互 通（WlMAX)㈣路之通訊功能’㈣無法達成雙網之操作 二為解決此-問題’我們提出—種混合式單極天線的創新 设計’該天線可以多頻操作於一無線區域網路（WLAN ) 及一全球微波存取互通；（WiMAX)網路，即是可以涵蓋目 前無線區域網路所需之2.4GHz頻帶（24〜2484gHz )及$ GHz頻帶〔包含5.2GHz頻帶（515〜5 35 gHz )及5.議頻 帶（ 5.725〜5.825 GHz)〕之操作需求，同時亦滿足全球微波 1262625 存:互通網路所需之2·5 GHz頻帶（2.5〜2.69 GHz ) 、3.5 GHz 頻2 ( 3·4〜3.6GHz )及 5GHz 頻帶（5.25〜5.85GHz )之操 作而长且本發明天線具有縮小化天線設計之優點，適合 應用於無線通訊產品上，達成多頻操作之通訊功能。。 【發明内容】 如上所述，本發明之目的在於提供一種混合式單極天 線的創新設計，而本發明天線之一實施例，可以多頻操作 於-無線區域網路（WLAN )及一全球微波存取互通（ WiMAX)網路’即是可以涵蓋目前無線區域網路所需之 =ΗΖ頻帶及5邮頻帶之操作需求，同時亦滿足全球微 波存取互通網路所雲> ^ 而之 2·5 GHz 頻 π、3.5 GHz 頻帶及 5 GHz 頻帶之操作需求’且本發明天線具有縮小化天線設計之優 :占，合應用於無線通訊產品上，達成多頻操作之通訊功 :二本發明天線包含：一接地面，形狀大致為一矩形，具 方邊緣，且在該上方邊緣附近具有-接地點；-介 二基：’位於該接地面之上方邊緣處，且朝向遠離該接地 ::延伸’ 一垂直輻射金屬線’位於該介質基板之上 1二有-起始端與一末端’該起始端為天線之饋入點， —古ί接地面之—邊緣處附近，而該末端往遠離該接地 ^伸，—水平輻射混合組件，位於該介質基板之 混合:件： = = 射金屬線’而該水平輻射 望一丘挺斗嫌 線/、一微調金屬線，其用於產生一 /、χ湧第一水平輻射金屬線，位於該介質基板 1262625 之上，並大致垂直連接於該垂直輻射金屬線，而該第一水 平輻射金屬線用於產生一第二共振頻帶；一第二水平輻射 金屬線，位於該介質基板之上，大致垂直連接於該垂直輻 射金屬線，而該第二水平輻射金屬線用於產生一第三共振 頻帶；及一饋入傳輸線，用以傳輸訊號，包含··一導 線，連接至该垂直輻射金屬線之起始端；及一外層接地導 體’連接至該接地面之接地點。同時該垂直輻射金屬線、 該水平輻射混合組件之微調金屬線、該第—水平輻射金屬 、 /弟一水平幸田射金屬線由印刷或钱刻技術形成於該 介質基板上。 、〜 在本項設計中，我們可以藉由選擇適當的陶瓷天線， =適田:NM整該水平輻射混合組件之微調金屬線之長度 舁寬度，產生一第一共振頻帶；而適當地調整該第一 輪射金屬線之長度盥宽产 ^ ^ 地靖敕访结-又/、見度’產生一第一共振頻帶；再適當 口口正μ苐—水平輕射金屬線之長度與寬度，

共振頻帶；而適當地調整該水平輻射混合組件盘接 距離（第彳闰ώ , 丁，、丧地向之 回之h，一般大於3mm)，且調整該第一水 3m: Γ與接地面之距離…圖中之h2, -般大於 再㈣該第：水平輻射金屬線與接地面之距 弟1圖中之h _ 配，進靜m)，可以得到良好之阻抗匹 X于足夠之刼作頻寬，即是可以涵蓋目前盔線區 之2.4GHZ頻帶及觸頻帶之操作需求:、_ 頻帶及= 毁波存取互通網路所需之2.5GHZ頻帶、3.5 GHz ^及5邮頻帶之操作需求，且本發明天線具有縮小化 10 1262625 ，線設計之優點，適合應用於無、線通訊產品上，達成多頻 操作之通訊功能。 【實施方式】 芩考第1圖，本發明之一種混合式單極天線一實施例 /包括：一接地面丨2，形狀大致為一矩形，具有一上方邊 緣121 ，且在該上方邊緣121附近具有一接地點; 一

介質基板13，位於該接地面之上方邊緣121處，且朝向遠 離該接地面12之方向延伸；一垂直輕射金屬線14，位於該 "貝基板13之上，其具有一起始端141與一末端142，該 起始端W為天線之饋入點，其位於該接地面之一邊緣處 121附近，而該末端142往遠離該接地面12之方向延伸； 一水平輻射混合組件15，位於該介質基板13之上，並大致 垂直連接於。亥垂直輪射金屬線14，而該水平輕射混合組件 =包含一陶瓷天線16與一微調金屬線，其用於產生一 第-共振頻帶31 第—水平輕射金屬線17，位於該介質 基板13之上，並大致垂直連接於該垂直輻射金屬線μ，而 該第-水平輻射金屬線17用於產生一第二共振頻帶％ ; 一 弟二水平輻射金屬線18，位於該介質基板13之上，大致垂 直連接於該垂直輻射金屬線14，而該第二水平幸畐射金屬線 18用於產生一第三共振頻帶％ ;及一饋入傳輸線d，用以 傳輸訊號，包含中心導線191，連接至該之垂直輻射 金屬線之起始端！41 ’·及一外層接地導體192，連接至爷 接地面之接地點122 ;而該第一水平輻射金屬線17具有一〆 1262625 已:端171與一末端172，該起始端πι電氣連接至該垂 曰輪射金屬線14，而該末端172往平行且遠離該水平輕射 :合組件之開路端151彳向延伸，同時該第二水平輻 屬㈣具有-起始端181與一末端182，該起始端ΐ8ι電 氧連接至該垂直輻射金屬線14，而該末端182往平行該 平轉射混合組件之開路端151方向延伸。在本實施们中 ^亥垂直_金屬線14、該水平㈣混合組件之微調金屬 二亥第一水平輕射金屬線17、及該第二水平輕射金 屬、、’“由Ρ刷或蝕刻技術形成於該介質基板13上，同時該 水平輕射混合組件之該陶竟天線16具有一起始端⑹/ 末端⑹，該起始端161電氣連接至該垂直幸畐射金屬線14 ，而该末端162電氣連接至該微調金屬線163 ，以此連結 方式之配置可有效地縮小天線之尺寸與所佔之面積，同 具有足夠之操作頻寬，即是可以涵蓋目前無線區域網路所 需之2.4GHz頻帶及5GHz頻帶之操作需求，同時亦滿足全 球微波存取互通網路所需之2.5 GHz頻帶、3.5 GHz頻帶及5 服頻帶之操作需求，且本發明天線具有縮小化天線設吁 之優點’適合應用於無線通訊產品上，達成多頻操作之通 訊功能。 ^ 第2圖為傳統印刷式天線一結構圖。本結構圖2包括 :一接地面12 ’形狀大致為-矩形，具有-上方邊緣121 ’且在该上方邊緣121附近具有—接地點122 ; 接地面之上方邊緣121 4，且朝向遠離“ 地面！2之方向延伸；一垂直輻射金屬線14，位於該介質基 12 1262625 板13之上，其具有一起始端141與一末端i42，該起始端

141為天線之饋入點，其位於該接地面之一邊緣處i2i附 近，而該末端142往遠離該接地面12之方向延伸；一印刷 水平輻射金屬線25，位於該介質基板13之上，並大致垂直 連接於該垂絲射金屬線14 ’而該印刷水平韓射金屬線25 用於產生-第-共振頻帶31 ; 一第一水平輻射金屬線17， 位於該介質基板13之上，並大致垂直連接於該垂直輕射金 屬：14 ’而該第一水平輻射金屬線17用於產生一第二共振 頻帶32 ;-第二水平輕射金屬線18，位於該介質基板此 上，大致垂直連接於該垂直輻射金屬線14，而該第二水平 輻射金屬線18用於產生一第三共振頻帶％ ;及一饋入傳輸 線19,用以傳輸訊號，包含：一中心導線191，連接至該 垂直輻射金屬線之起始端M1 ;及一外 Λ 連接至該接地面之接地點此結構圖2為=二^^ 式天線設計，其完全以印刷或蝕刻金屬線之方式所形成之 天線亦較佔面積。 么士第3圖為本發明天線一實施例】的返回損失實驗量測 結果。在實施例1中，我們選擇該接地面12之長度為 _、寬度為200·;該介質基板13為一厚度為二咖之 ^破璃纖維基板；該垂直輕射金屬線14之長度為 度為2mm;該水平輻射混合組件15之長度為6咖、寬 二為2mm，而該水平輻射混合組件之微調金屬線〖ο之長 二寬f均為2mm ;而該水平輕射混合組件與接地面之： 離（匕）g6mm ;該第一水平輻射金屬線口之長度為 13 1262625 ^又為1 mm ’而該第一水平輻射金屬線與接地面之距離 為mm，4第二水平輻射金屬線π之長度為7、寬 ^ 巧水千輻射金屬線與接地面之距離（h3)為2 、j饋入傳輸線19為一同軸傳輸線。由所得實驗結果 f k回知失小於10 dB的定義下，該操作頻寬可以涵蓋 目前無線區域網路所需之2.4GHz頻帶（2.4〜讀GHz )及 頻帶〔包含5.2版頻帶（5.15〜5.35GHz )及5.8GHz 頻▼ ( 5.725〜5.825 GHz)〕之操作需求，同時亦滿足全球微 波存取互通網路所需之2.5GHz頻帶（2.5〜2.69GHz )、3.5 z 頻▼( 3.4〜3.6 GHz )及 5 GHz 頻帶（5.25〜5.85 GHz ) 之操作需求。 第4圖為本發明天線一實施例1在x_z 、y_z平面（ 垂直面）及x_y平面（水平面；假設地面平行於x_y平面 )於250G MHz的天線#射場型量測結果；帛5圖為本發明 天線-實施例1在x_z、y_z平面（垂直面）及x_y平面 (水平面）於3500 MHz的天線輻射場型量測結果；第6圖 為本發明天線一實施例i在x_z、y_z平面（垂直面）及 χ-y平面（水平面）於5500MHz的天線輻射場型量測結果 由里測結果可知，天線的主極化輻射均呈現垂直極化 (Ee) 1性，且在x_y平面（水平面）產生大致為全向性輻 射之場型，滿足無線區域網路系統之操作需求。 第7圖為本發明天線之第一其他實施例結構圖。本實 施例7與實施例1之不同在於：該水平輕射混合組件之微 調金屬線763具有一起始端764與一末端765 ，該起始端 14

1262625 Z電氣連接至該垂直韓射金屬線14，而該末端765電氣 連線76 ’以此連結W置亦可縮小天線 之尺寸與所佔之面積’同時具有足夠之操作頻寬，即是可 以滿足目前無線區域網路所需之2.4GHz頻帶及5GHz頻帶 之操作需求’同時亦滿足全球微波存取互通網路所需之 2.5GHz頻帶、3.5GHz頻帶及5GHz頻帶之操作需求，進而 達成多頻操作之縮小化天線設計之優點。 第8圖為本發明天線之第二其他實施例結構圖。本實 轭例8與貫施例！之不同在於··該第二水平輻射金屬線狀 具有一起始端881與一末端882，該起始端881電氣連接 至該垂直輻射金屬線14，而該末端882往平行且遠離該水 平輻射混合組件之開路端151方向延伸，以此連結方式之 配置亦:縮小天線之尺寸與所佔之面積，同時具有足夠之 才木作頻覓，即是可以滿足目前無線區域網路所需之Μ GHz 頻π及5GHz頻帶之操作需求，同時亦滿足全球微波存取 互通、、周路所品之2.5 GHz頻帶、3·5 GHz頻帶及5 GHz頻帶之 刼作需求，進而達成多頻操作之縮小化天線設計之優點。 以上說明中所述之實施例僅為說明本發明之原理及其 功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士可在不 違为本發明之精神對上述實施例進行修改及變化。本發明 之權利fe圍應如後述之申請專利範圍所列。 15 1262625 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明天線一實施例結構圖。 第2圖為傳統印刷式天線一結構圖。 第3圖為本發明天線一實施例之返回損失實驗量測結果。 弟4圖為本發明天線一貫施例之韓射場型於2500 MHz之量 測結果。 第5圖為本發明天線一實施例之輻射場型於35〇〇 mHz之量 測結果。 • 第6圖為本發明天線一實施例之輻射場型於5500 MHz之量 測結果。 第7圖為本發明天線之第一其他實施例結構圖。 第8圖為本發明天線之第二其他實施例結構圖。 【主要元件符號說明】 1 :本發明天線一實施例 12 :接地面或筆記型電腦液晶螢幕(LCD)支撐金屬背板 鲁m ·接地面之'邊緣 13 :介質基板 14 :垂直輻射金屬線 141 :饋入點或垂直輻射金屬線之起始端 142 :垂直輻射金屬線之末端 15 :水平輻射混合組件 151 ·水平輕射混合組件之開路端 16 :陶瓷天線 16 1262625 161 :陶瓷天線之起始端 162 :陶瓷天線之末端 163 :微調金屬線 17 :第一水平輻射金屬線 171 :第一水平輻射金屬線之起始端 172 :第一水平輻射金屬線之末端 18 :第二水平輻射金屬線 181 :第二水平輻射金屬線之起始端 • 182 :第二水平輻射金屬線之末端 19 :饋入傳輸線 191 :中心導線 192 :外層接地導體 hi :水平輻射混合組件與接地面之距離 h2:第一水平輻射金屬線與接地面之距離 h3 :第二水平輻射金屬線與接地面之距離 2 ·傳統印刷式天線一結構圖 25 :印刷水平輻射金屬線 31 :第一共振頻帶 32 :第二共振頻帶 33 :第三共振頻帶 7:本發明天線之第一其他實施例 17 1262625 76 :陶瓷天線 763 :微調金屬線 764 :微調金屬線之起始端 765 :微調金屬線之末端 8:本發明天線之第二其他實施例 88 :第二水平輻射金屬線 881 :第二水平輻射金屬線之起始端 • 882 :第二水平輻射金屬線之末端

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Claims (1)

1262625 十、申請專利範圍： ’ i 一種混合式單極天線，包含·· -接地面，形狀大致為一矩形，具有—上方邊緣，且在 该上方邊緣附近具有一接地點； ▲介質基板’位於該接地面之上方邊緣處，且朝向遠離 该接地面之方向延伸； 垂直輻射金屬線，位於該介質基板之上，其具有一起 始端與一末端，該起始端為天線之饋人點，其位於該 接地面之上方邊緣處附近，而該末端往遠離該接地面 之方向延伸； 一水平輻射混合組件，位於該介質基板之上，並大致垂 直連接於該垂直輻射金屬線，而該水平輻射混合組件 包含一陶瓷天線與一微調金屬線，其用於產生一第一 共振頻帶； 第一水平輻射金屬線，位於該介質基板之上，並大致 • 垂直連接於該垂直輻射金屬線，而該第一水平輻射金 屬線用於產生一第二共振頻帶； 一第二水平輻射金屬線，位於該介質基板之上，並大致 垂直連接於該垂直輻射金屬線，而該第二水平輻射金 屬線用於產生一第三共振頻帶；及 一饋入傳輸線，用以傳輸訊號，包含： 一中心導線，連接至該垂直輻射金屬線之起始端；及 外層接地導體，連接至該接地面之接地點。 汝申明專利範圍第1項之混合式單極天線，其中該水平 19 1262625 輻射混合組件之該陶£天線具有—起始端與—末端 起始端電氣連接至該垂錄射金屬線，而該末端電 接至该微調金屬線 丨·如申請專利範圍第！項之混合式單極天線，#中該水平 輻射混合組件之微調金屬線具有一起始端與一末端，該 起始端電氣連接至該垂直㈣金屬線，而該末端電氣連 接至該陶瓷天線。 4. 如申請專利範圍第j項之混合式單極天線，盆中該第一 水平輻射金屬線具有-起始端與一末端，該起始端電氣 連接至㈣直輪射m而該末端往平行且遠離該水 平輻射混合組件之開路端方向延伸。 5. 如申請專利範圍第〗項之混合式單極天線，其中該第二 水平輻射金屬線具有一起始端與一末端，該起始端電氣 連接至該垂直輻射金屬線，而該末端往平行該水平輻射 混合組件之開路端方向延伸。 ⑩6·如申請專利範圍第1項之混合式單極天線，其中該第二 水平輻射金屬線具有一起始端與一末端，該起始端電氣 連接至該垂直輻射金屬線，而該末端往平行且遠離該水 平輻射混合組件之開路端方向延伸。 7·如申睛專利範圍第1項之混合式單極天線，其中該垂直 輻射金屬線、該水平輻射混合組件之微調金屬線、該第 水平輻射金屬線、及該第二水平輻射金屬線由印刷或 餘刻技術形成於該介質基板上。 20