TWI280685B - Antenna device and method for designing the same - Google Patents

Description

1280685 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係·-種天線裝置，_是—_以收發雙 頻帶頻率之天線裝置及其設計方法。 又又 【先前技術】 隨著通訊產業的贿發展，躺於減通訊產業的天 線需求也日趨多樣化。在產品走向_短小的趨勢下，如 何在有限的空間内設計出適合產品規格要求的天線，往往 成，影響通訊品_常__素。在產品應用上，僅使 用單-頻段’早已不敷產品多樣化的需求。考量生產成本 舆製作良率的提昇，結合印刷電路板的技術實現天線產品 的應用，便具有相當的利用價值。 傳統的圓柱形螺旋天線如第一圖所示，藉由其直徑D 與線圈間距S的相對應關係，而產生標準模式(N〇rmal M〇de， D « λ )或軸向模式（Axiai Mode，7τ · D ^又）兩種 輕射模態，λ係'表示該天線傳輪頻率的波長。圓柱形螺旋 天線在標準模式下的極端表現（即D = Q)，便是習知的 單極化天線（MQnQpQieAnte酿），輻射魏最佳位置為轴 線A的垂直面上’極化方向沿軸線方向；而軸向模式的極 端表現（即s = 〇)，則為習知的環形天線（L〇〇p恤職）。 傳統的行動通訊裝置所使用的天線，不外乎是外接式 Ϊ280685 的螺旋天線（Helix)、袖管天線（Sleeve)、或單極天線 (Monopole)的應用。此等設計，不但要同時考慮額外的 組裝問題’也需外加-組對接的麵連接器（RF cormec㈣。就產品應用的考量上，即是增加額外的生產 成本與時間成本’有鑑於印刷電路板製作的高精確性盘電 路結合的—致性，本發明提出—種可實現於_電路板上 的天線設計，絲用金屬微帶_適當疏密麵，提供一 個雙頻天線的設計方法。 【發明内容】 本發明之目的為提供—制以收發雙頻帶解之天線 裝置。 本奄明之另一目的為提供一種可收發雙頻帶頻率之天 線裝置的設計方法。 、 本發明-實施例提供—種天線裝置，係由製作於基板 上之第-天線單元、第三天線單元以及第三天線單元所組 成’用以收發訊號’該訊號係選擇性的位於—第一頻帶頻 率，-第二頻帶頻率。第—天線單元係由複數個具有—第 —寬度之金屬帶所組成，其中上述任—金屬帶之頭端係與 相4金屬帶之尾端彼此電性連接，且任一金屬 盥 相鄰金屬帶之尾端具有—第__，第—天線單元更具有 一饋電接腳用以連接—接收器。第二天線單元係與第—天 1280685 連接，、第二天線單元係由複數個具有一第二寬 全屬帶之^组成，其巾上述任—金屬帶之頭端係與相鄰 彼此紐連接，且任—金屬帶之頭端與相鄰 金屬f之尾端具有一苐二夾角。 個4=線!=二天線單元電性連接，係由複數 之頭Lfr 屬帶所組成，其中上述任一金屬帶 之=相鄰金屬帶之尾端彼此紐連接 =頭端與相鄰金之尾端同樣具 的口 =一二央角，藉由第2 得以的電感效應，使得天線裝置的共振頻率 上述一頻帶頻率。應注意的是，在本發明實施例中， 处金屬π之第二寬度可小於第—寬度與第三 „該第一頻帶頻率。此外，具有第二寬度： 孟屬▼可舆弟三寬度之金屬帶等寬。 Α本發明另—實施例提供—種天線裝置，包含：基板、 二1狀金屬帶、第二鑛齒狀金屬帶以及第三鑛齒狀金 :y弟狀金料係由複數個具有第—寬度之 f刀別製作於基板之上下表面，並轉數個貫孔電性連接 2基板上下表面之金屬帶，此外，第—職狀金屬帶 電Γ°第二_狀金屬帶連結第—鋸齒狀金屬 :” 個具有第二寬度之金屬帶分別製作於基板之 之並以複數個貫孔電性連接位於基板之上下表面 Ϊ280685 第三鋸齒狀金屬帶與第二鋸齒狀金屬帶相連接，係由 複數個具有第一寬度之金屬帶分別製作於基板之上下表 面’並以複數個貫孔電性連接位於基板之上下表面之金屬 帶，其中第一鋸齒狀金屬帶與第三鋸齒狀金屬帶之貫孔間 距係大於第二鋸齒狀金屬帶之貫孔間距，藉由第二鋸齒狀 金屬帶間的緊密結構產生的電感效應，使得第一鋸齒狀金 屬帶的共振頻率得以符合第二頻帶頻率。應注意的是，上 述之第一寬度可大於第二寬度。 本發明之再一實施例提供一種天線裝置之設計方法， 本發明之天線裝置係設置於一基板上，用以收發一第一頻 帶頻率與一第二頻帶頻率的訊號，該方法至少包含下列步 ，。首先，形成第一天線單元、第二天線單元、第三天線 皁兀於該基板上，其中第一天線單元係連結第二天線單 元，第一天線單元係連結第三天線單元。接著，調整第一 天線早兀與第三麟單元之等效長度，使得天線裝置的共 振頻率得以符合第二_鮮，其中各段金屬帶的等效^ f的控制係多轉長金屬帶，透過隨、貫孔間距及 震孔直㈣雛，達制金屬帶#效長度的㈣。隨後， 固定第-天縣元_效長度且調鄕三天線單元之等效 長度，使得天職置的共振頻率得哺合第_頻帶頻率。

【實施方式J 本發明提供一種雙頻天線的 又肩穴、果的叹叶，更提出一種雙頻天 1280685 線的设什方法。在本發明中，利用本發明所提出的方法將 可在-般電路基板上製作出雙頻帶天線，__金^微 帶線的粗細變倾上下觸· _貫孔之間距調敕，ς 效達成雙頻的設計要求。以下兹列舉一較佳實施例=說明 本發明，然熟悉此項技藝者皆知此僅為一舉例， 以限定發明本身。有關此較佳實關之内料述如下。 .如f 一圖所不，係為本發明-實施例之天線10，包 ί單::一天::單元12、-第二天線單元14及—第三天 之等長天線早兀12係由複數個具有第-寬度W, 之專長金屬㈣組成，其中上述任—金屬帶之 鄰金屬帶之尾端彼此電性連接 、'、、 鄰金屬帶之尾端具有第一夾角〜糾&第~之碩端與相 更具有-饋電接賴用以連接一接收器 屬帶之4長金屬帶所組成’其中上述任一金 全與相鄰金屬帶之尾端彼此電性連接，且任一 ，之碩_相鄰金屬帶之尾端具有-第二夹角Θ” 由複===與第二天線單元14電性連接，並 任—金屬帶之等長金屬帶所叙成，其中上述 ⑽。:主鄰金屬帶之尾端同樣具有第-央 〜，金屬二:實施例中，夾角〜係大於夾角 屬以度W1等射3且大㈣，使得第二天線單】 10 Ϊ280685 14間的緊密結構所產生的電感效應，令整體天線1〇的共 振頻率可符合第一頻帶頻率（約可符合GSM系統的傳輪頻 率880〜960MHz)，此外，利用第一天線單元12產生的共持 頻率則可以符合第二頻帶頻率（約可符合DCS系統的傳^ 頻率1710〜1880MHz及PCS系統的傳輸頻率1850 〜1990MHz)。 在本發明實施例中，因收/發訊號頻率的共振點與天線 專效長度的相關性（天線金屬帶之等效電流路徑長度係形 鲁 成約為所欲傳輸訊號頻率之四分之一波長結構），本實施例 可以寬度較窄的第二天線單元14並做緊密纏繞的設計，使 得第二天線單元14成為電感性較大的部份，並置於天線 、 10的中間位置’此電感性又因輻射頻段不同，於傳輸高頻 訊號時將可有效忽略第二天線單元14本身及1後 、 三天線單元16 (金屬帶分布較為疏鬆的部分）的共振效 果。此外’上述之天線10可設置於基板上或為立體的料 金屬π來呈現’然熟習本發明技術者當可依據實際的應帛鲁 加以變化’所有不脫離本發明較佳實施例之精神所為的等 效修飾與變更’減包含於本發”料職圍中。 入^第三圖所示，係本發明另—實施例之天㈣，包 ;4土^ Τ 一第一鑛齒狀金屬帶22、一第二鑛齒狀金屬 之上 Ξ第f齒t金屬帶26。射第—_狀金屬帶 ηΓ回狀金屬^24及—第三鑛齒狀金屬帶26分別 由稷數個具有特定寬度之金料分卿作於基板21 11 1280685 下表面，並個別以複數個貫孔222、242、262電性連接位 於基板21之上下表面之金屬帶。其中第一鋸齒狀金屬帶 22與第三鋸餘金屬帶26之貫孔間距g大於第二鑛齒 狀金屬帶24之貫孔間距A，藉由第二鑛齒狀金屬帶間的緊 密結構所產生的電感效應，使得天線2〇得以收/發雙頻帶 頻率之訊號。' 如第四圖所示，係、說明本發明之天線裝置的設計方法 流程圖，並配合第三圖的天、線示意圖，以利說明本發明之 # 設計方法，此外，再透過相關電磁模擬軟體，如：册观犯叻

Frequency Structure Simulator)來驗證經本發明方法所 設計的天線，财法包釘列步m奴基板_ ， 關參數（步驟400)。在本實施例中，基板的介電常數（心）‘ 約為4· 4 ’厚度約為1· 〇 mm，在不考慮介質損耗下，本實 紅例僅在-物電路板長度為84 ，寬度為麵且具 接地金屬層（grQundplan)的基板上，規劃上方角落且^ 面不具接地金屬層的區域（16 ram χ 1〇咖），藉以作為本_ 發明之天線的起始設計區域。 —接著，形成第-天線單元、第二天線單元、第三天線 單元之金屬雜該基板上（步驟舰），其中第—天線單元 係連結第二天線單元，第二天線單元係賴第三天線單 凡注意的是，如第三圖所示，第—天線單元22、第二 天線單元24、第三天、鮮元26齡別衫個金屬帶形成 於基板21之上下表面，並透過多個導電貫孔2烈、⑽、 12 !28〇685 262以電性連接位於基板2ΐ上下表面之金屬帶。除此之 外’步驟中更包含控制金屬帶之線寬、匝數與相鄰貫孔間 距（包括前後貫孔間距與左右貫孔間距）。 在本發明較佳實施例中，根據天線所欲收/發的訊號頻 率’其令心頻率約為9〇〇ΜΗζ及1850MHz，因此，首先設定 第一、第二及第三天線單元之線寬（m3)、阻數（Νι、 犯、Ns)與相鄰貫孔間距值（Ζι、么、Z3)，其線寬值分別為 Wi=W3=：L〇mm、爪=〇 3腿；阻數值 Ni = 5、N2=5、N3=5 ; 前後貫孔間距值Ζι=Ζ3=1·2麵、Z2=〇 4mm;左右貫孔的水 :相距，9 mm、貫孔直徑φ=〇·25腿，由於構成第一、 第一及第三天線單元皆由具有特定長度的複數個金屬帶所 f成’因此’藉由控繼數值及貫孔間距值得以將天線的 等效兒/爪路徑長度控制在所欲傳輸頻率波長的1/4，使得 低頻頻率得以控制在_驗。因此，根據上述之數值經過 HFSS的刀析’如第五圖所示，係為該天線的頻率—回程損 耗響應模擬曲線圖，其中虛線部份係根據上述之數值所得 f 果’ ΐ共振頻率約在925MHz及225_z，其中低頻 ’y員率已約略符合本發明的要求。 一、 箄歷弟—场單元與第三天線單元之金屬帶的 纽長度，使得天線的共# ^ 驟404)。根據上述步驟 亍:口第-頻爾步 元之MUN2 = 5)，整金天線早 三天線單搞_值（Ν/猎由㈣弟—天線單元與第 目的 1280685 (實線部分)’其共振頻率約在咖 第’高頻_共減已然符合所欲傳輸之 ’不過’低頻部分則往高頻方向偏移，必須 406)。直】弟—頻帶頻率共振點達成（步驟 =命固定第-天線單元的等效長度與第二天線單元 ^專效長度，調整第三天線單元的等效長度，使得天線的# 、振頻狗寻以符合低頻的第一頻帶頻率（步驟4〇8)。同樣 的i在此藉由調整第三天線單元之e數以達到調整第三天 線單元之等效長度的目的，因此，設定私=4。如第六圖所 * 示（虛線部分），其共振頻率約在咖冊2及1875廳，由 . 圖可$ ’高頻及低頻頻率共振點已相當接近所欲傳輸之第 二及第-頻帶頻率。應注意的是’若第一頻帶頻率共振點 未能達成，則重回步驟408 ’直到第一頻帶頻率共振點達 成j步驟410)。然而’在調整金屬帶等效長度的同時，更鲁 可藉由調整貫孔的直徑φ = 〇. 25 mm改成φ = (). 125刪（貫 ，直徑縮小物理上等同等效長度的增加），達到調整金屬帶 等效長度的目的，如第六圖之實線部分所示，經由上述的 調整，天線的共振頻率將是913ΜΗζ及185〇ΜΗζ。最後，完 成本發明天線的設計（步驟412)。 本务明之天線装置的設計具有如下之優點·· 14 !28〇685 (1) 本發明提出一種可供雙頻使用的天線，藉由鋸齒 、 狀或％折金屬帶的設計，使得本發明之天線裝置具有較小 面積。 (2) 本發明具有可在一般p〇g上實現的設計方法，將 大大降低生產所需的成本，並提高生產時的良率。 (3) 本發明同時提出貫孔大小對天線的影響，藉此可 增加設計時的自由度。 (4 )本發明提供一種設計印刷電路式雙頻天線的流 程，可藉由修改金屬帶的分佈或貫孔的大小，以滿足天線鲁 的規格要求。 气 本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本 、 發明精神與發明實體僅止於上述實施例爾。是以，在不脫 離本發明之精神與範圍内所作之修改，均應包含在下述申 請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 藉由以下詳細之描述結合所附圖式，將可輕易明瞭上 述内容及此項發明之諸多優點，其中： 第一圖為傳統的圓柱形螺旋天線； 第二圖為本發明之天線裝置之設計方法流程圖； 第三圖為本發明之天線裝置第一實施例之示意圖； 〜 第四圖為本發明之天線裝置第二實施例之示意圖； - 15 1280685 第五圖為本發明之天線的頻率-回程損耗響應模擬曲 線圖；及 第六圖為本發明之天線的頻率-回程損耗響應模擬曲 線圖。 【主要元件符號說明】 12第一天線單元 16第三天線單元 24第二鋸齒狀金屬帶 121、221饋電接腳 10、20天線 14第二天線單元 22第一鋸齒狀金屬帶 26第三鋸齒狀金屬帶 222、242、262 貫孔 16

Claims (1)

1280685 、申請專利範圍·· 1· 一種天線裝置，用以你 第二頻帶頻率，該天線 選擇性的位於-第-頻帶料號’該訊號之頻率係 裝置包含·· $一 帶所：=任=屬複，-第一 尾端彼此電性連接，且任I之頭端係與相鄰金屬帶之 之尾端具有一第一夾角，4:屬帶之頭端與相鄰金屬帶 腳用以連接-接收器；x天線單元更具有一饋電接 第一天線單元’係與該第 =，;數個具有—第“ ^ 峨連接：二係與相鄰金屬帶之尾端彼 具有-第二夾角；及…令之頭端與相鄰金屬帶之尾端 由複數元二天線單元電性連接，係 金屬帶之二〃見度▲屬帶所組成，其中上述任一 、’…—L與捕金輕之尾端彼此電性連接，且任 角； 該金屬帶之與相鄰金騎之尾翻樣具有 第一夾 第二^述第一夾角之角度係大於該第二夾角’藉由該 線狀晋&早明的緊密結構所產生的電感效應，使得該天 、、、衣置的共振頻率得以符合該第二頻帶頻率。 2.如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之 1280685 線I置係設置於一基板上。 #一!^如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之該 第一見度小於該第一寬度與該第三寬度。 一 1如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中上述之第 —頻f頻率係高於該第一頻帶頻率。 5·如申請專利範圍第i項之天線裝置，其中該第一寬 度係等於該第三寬度。 頻帶=率==裝包置含用以收發一第一頻帶頻率與一第二 一基板； 屬帶齒狀金屬帶’係由複數個具有第，度之金 遠；&Γ1衣㈣基板之上下表面，並以複數個貫孔電性 帶更絲之金騎，該第―縣狀金屬 ^ 一第二鋸齒狀金屬帶，連結於該第一鑛餘帶， 二由:數:具有第二寬度之金屬帶分職作竭板之上 之ί:帶:複數個貫孔電性連接位於該基板之上下表面 、鑛齒狀金屬帶 第二鑛齒狀金屬帶，連結於該第 18 1280685 係由複數個具有第一寬度之金屬帶分別製作於該基板之上 下表面’並以複數個貫孔電性連接位於該基板之上下表面 之金屬帶； 其中該第一鋸齒狀金屬帶與該第三鋸齒狀金屬帶之貫 孔間距係大於該第二鋸齒狀金屬帶之貫孔間距，藉由該第 二鋸齒狀金屬帶間的緊密結構所產生的電感效應，使得該 第一鋸齒狀金屬帶的共振頻率得以符合該第二頻帶頻率。 7·如申明專利乾圍弟6項之天線裝置，其中上述之第 一寬度係大於該第二寬度。 8·如申請專利範圍第6項之天線裝置，其中 二頻帶鮮偏_第-_解。^上过之弟 9.種天線裝置之設計方法，該天線裝置係設置於一 基板上，用以收發-第一頻帶頻率與一第二頻帶頻率的訊 _ 號，該方法至少包含下列步驟： 形成一第一天線單元、一第二天線單元、一第三天線 於該，板上，其中該第一天線單元係連結該第二天線 單元，s亥第二天線單元係連結該第三天線單元； 調整該第-天線單元與第三天線單元之等效長度 得該第—天鮮元的共振解得哺合該第二頻㈣率； . 及 19 1280685 固定該第-天線單元的等效長度且調整該第三天線單 ’使得該天線裝置的共振頻率得以符合該第 Η).如申請專利顧第9項之方法，其中上述之第一 ^線早70 ’係由魏個具有第—寬度之等長金屬帶分別製 基板之上下表蚊麵帶，該第—天解元更包含— 接腳。 表面’並以複數個貫孔電性連接位於該 饋電 的大λ! 12.如申請專利範圍第9項之方法，其中上述 ，係域_具有第二寬度之料金屬帶分別製 ;〜板之上下表面，並輯數個貫孔電性連接位於該 基板之上下表面之金屬帶。 、/ 13.如申請專利範圍第9項之方法，其中之第_ 天線單元，係由複數個具有第一寬 乐— =於减板之上下麵，_複咖貫孔電性連接 基板之上下表面之金屬帶。 、Μ 20 1280685 14如申請專利範圍第13項之方法，其中上述之調整 該第三天線單元等效長度的步驟更包含調整上述貫孔的直 徑大小。 21