TWI234311B - Multi-frequency slot antenna apparatus - Google Patents

Description

1234311 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大抵關於天線，更特別關於包括一槽型天線的多 重頻率天線。 【先前技術】 兮天的播線通#技術，需要的蜂巢式無線電話產品，必 須具備多重頻帶的操作能力。在美國地區，普通的操作頻 帶係類比式的，例如，800 MHz的分碼多向近接（CDMa) 或分時間多向近接（TDMA)、1500 MHz的全球定位系統 (GPS)、1 900 MHz的個人通信系統（pCS)與24〇〇 MHz的 Bluetooth 。然而在歐洲地區，該普通操作頻帶係9〇〇 MHz 的全球行動通信系統（GSM)、1500 MHz的GPS、1800 MHz 的數位通信系統（DCS)及2400 MHz的Bluet〇〇thTH。這些多 重頻帶的操作能力需要一個能處理所有這些頻率的天線構 造。 【發明内容】 外邵天線構造，諸如可收縮與固定的”粗短，，天線，已和 用於多重天線元件，涵蓋重要的頻率波段。然而，這歧天 線，由於無線電話與具有易碎結構的原本外延特性，因此 容易受到損壞。特別的是，當無線電話的尺寸縮小時，使 用者很可能將電話放置在衣服口袋或皮包裡，如此當受到 擠壓與彎曲力量時，會損壞天線。再者，當收縮時，可收 縮天線在某些頻帶較無效率，而使用者不可能總是在使用 時延伸天線，因為這需要特別花一番工夫。再者，行銷研

87025.DOC 1234311 究也顯示出使用者在今天較喜好内部天線而非外部天線。 这個趨勢使得無線電話將固定天線置人無線電話的内部 '”、而&典型增加無線電話的尺寸來容納天線構造，而 且難以維持天線效率，因為天線元件現在將與無線電話中 其匕傳導零件緊鄰配置。再者，該天線容易受到這些相同 傳導零件干擾，因而減低效率，特別是在低頻帶的範圍。 槽形天線與微波帶傳輸線天線能在高頻中使用且具有— 非常低的構型。然而’由於尺寸限制，這些天線僅能在單 一的頻帶中操作。槽形天線能利用-金屬表面中的切口實 施。先前共振槽形天線的幾何配置包括一半波長（λ /2)全 才曰开y天、、泉，其居槽的一端封閉，且該槽的長度係波長的一 半（在1800/1900 MHz約8〇 mm，這樣顯得相當的長，對於 封巢式電話較不實際）。另一種槽形天線係四分之一波長（ λ /4)的開口槽形天線10，如先前技藝圖1所示。對於一個 入/4的槽形天線而言，該槽14的長度12係四分之一波長， 其一端封閉而另一端開放。該槽14係由來自一激發埠所耦 合的差動能量所激發，該激發埠在接近槽丨4的封閉端與所 示垂直該槽的地方提供一正電荷13與一負電荷1 5。該激發 埠典型係由一嵌入該槽下方的微波帶傳輸線所提供。一傳 導接地平面16圍繞該槽14。無線電話可使用多個槽形天線 知到多重頻帶的發射。然而，分別的天線需要分別的激發 埠及單獨的電子調諧機構，這將增加尺寸與成本。 所以，需要一種小尺寸、低成本，具有多頻帶發射能力 的内部天線裝置。另一所想要的優點是能提供與外部多重

87〇25.D〇C 1234311 頻帶天線相當的性能。此外 ^ 此外也易於提供此天線裝置能由一 個單一的激發琿所驅動。 【實施方式】 本發明提供-種具有多重頻帶發射能力的㈣天線裝置 。特別的是’-線圈天線連接至—共同基板的開口槽形天 、泉並由其所激發’藉以涵蓋兩種不同的頻帶。本發明所揭 示的構造提供-緊凑、低構型的天線裝置，可安裝在無線 電話的内部，且具有與該外部多重頻帶天線相當的性能。 再者，驅動該線圈天線的開口槽形天線的結構容許此天線 裝置能由單一的激發埠所驅動。 本1明將具有除内文所揭示較佳實施例以外的應用，而 該揭示僅用以圖示與描述本發明，以及必須不能因此限制 本發明。雖然說明書所總結的申請專利範圍，定義了新式 的發明特性，但相信本發明能藉由下列的說明與相關附圖 而旎更為瞭解，其中圖式中相同的參考編號代表相同的零 件。如本發明所定義，無線電話係一可攜帶或行動式的通 ^裝置，能利用無線頻率範圍的電磁波與基地台連繫資訊。 本發明的觀念能有利地使用於需要收發RF信號的電子 產品。較佳的是，通信裝置的無線電話部份係一適用於個 人通信的蜂巢式無線電話，但也可是一個呼叫器、無線電 話，或者是一個個人通信服務（PCS)的無線電話。該無線電 話部份可依據一個類比通信標準或是數位類比通信標準建 構。遠操線電話大抵包括射頻（RF)發射器、RJ7接收器、控 制器、天線、電池、雙滤波器、頻率合成器、信號處理器

87025.DOC 1234311 、及使用者介面，而該使用者介面進而包括鍵盤、顯示器 、控制開關及麥克風的至少其中之一。無線電話部份也能 包括一呼叫器接收器。結合蜂巢式電話、雙向無線電或諸 如乎1ί咨《選擇性播線接收器的電子電路係習知技藝，且 能結合本發明的通信裝置。 圖及3表7^個可在如本發明之第一頻率（高頻帶）及第 二頻率（低頻帶）操作的天線裝置。在該第一頻率產生共振 的開口槽形天線20與在該第二頻率產生共振的天線元件22 串聯連接。該槽形天線2G供給該天線元件22。較佳的是， 孩天線it件的部份24g&置於-線圈結構中。這樣能降低天 、，構造的整個長度。然而，必須瞭解的是該天線元件也能 是一條直線或其它的配置。該槽形天線也能兩端封閉，但 這將增加天線構造的尺寸。必須認知的是，如所示的電介 質厚度係誇大的結果，主要是希望能降低視覺上的干擾。 特別的是，一導片21，在該第一頻率具有四分之一波長 ，且折疊成u字形，係配置在介電材料23的第一部份上， 且槽29施行該導片21中，以界定一個開口槽形天線2〇。該 介電材料係一具有二長側與二短側以及相互對立的上下主 要表面的長方形。該U字型導片係配置於該介電基板23的 上表面。該U字形導片包括二側元件，藉以定義ϋ字形的各 腳’各腳約該預定波長長度的八分之一，且一單端構件連 接該等腳，或側構件，以完成該U字形。該側及端構件界 定一個概呈矩形的槽29，該槽29延伸且大致平行該長側。 該槽29係由該端構件封閉於第一端，且在第二端（開放端）

87025.DOC -9- 1234311 開放。該天線進而包含一個與該介電基板底部表面連接的 微波帶饋線33，用以電磁耦合該天線與例如無線電話RF裝 置之間的RF信號。該微波帶饋線延伸通過且垂直於與兮种 第二端相鄰的該槽部份，且進而延伸通過該側構件的一部 份。接地點37與該U字形導片21的二側構件的第一構件電 氣連接，且與該槽29的第二端緊鄰定位。 該槽的長度、寬度及位置影響所達到的操作頻帶。該槽 形天線20可在該第一頻率操作，且具有約該第一頻率波長 1 /8的電長度27。該導片21在接近該槽天線20開口側的一端 具有一接地連接線37 ’且該天線元件22在一個虛擬饋電點 3 0與该導片2 1的相反端連接。從該接地連接線3 7至虛擬饋 電點3 0的電長度2 8係約該第一頻率波長的1 /4。此四分之一 波長的導片在該第一頻率提供兩個主要目的：a)增加開口 端跨接該槽29的電位差，以達到來自該槽天線2〇的最大放 射量’及b)在該虛擬饋電點3 0產生一開路，這樣在該虛擬 饋電點30加上天線元件將不會影響槽天線2〇的電氣問題。 虛擬的饋電點也能沿用相同原理施行於封閉端的槽天線。 該天線22配置於該介電材料23的第二部份，且可在該第 二頻率操作。該線圈部份24能包括下列之一或二者：心導 片25，其可沿著遺介電材料23(如圖2所示）第二部份的該側 纏繞，或b)兩組大致平行的導片配置於該介電材料23第二 部份的相反表面上，且藉由通孔26通過該介電材料連接在 一起，以形成一線圈繞組（如圖3所示）。然而，假設任何或 其它的技術可實際地使用。而較佳所有的通孔均能使用， 87025.DOC -10- l234311 /、要這在天線構造在製造上能輕易地完成。例如，通孔能 在燒結後或者以諸如傳導塗劑或樹脂充填後，藉由電鍍該 介電層中的通孔形成。 本發明包括一個配置在該介電材料23上，且位於該槽29 下方且其垂直的單一激發埠33及微波帶饋線部34。該單一 激發埠與該槽天線20與天線元件22二者電磁連接。注入激 發埠33的RF信號沿著該微波帶饋線34傳播，且與該槽”電 磁連接，藉以產生跨接該槽的不同電位，如正電荷3丨與負 電荷32所表示。因此，所建立與分佈的電場能以指數方式 沿著孩槽29在開口端的最大幅度與封閉端的零幅度減少。 該單一激發埠用以饋送該槽天線及天線元件二者，其中該 天線元件係與界定該槽天線的導片率聯。 跨接於槽29的電位差可藉由導片21電長度28約等於第一 頻率的四分之一的這個事實進一步增加，以產生來自該槽 天線的有效放射。此差動電位感應在導片21上流動的尺]?電 ㈣。最大的電流在接地端，而最小的電流在虛擬饋電點3〇 ，換言之，一個虛擬開路。該虛擬開路在槽共振頻率上與 該線圈天線元件22大致沒有電氣連接。 在低於第一頻率的第二頻率，該導片21不再具有四分之 一的波長，而且與該接地連接線端相隔一段相當短的距離 。相對強大的電流在該虛擬饋電點30出現，而且可變成電 流源，以驅動天線元件22。天線元件22的電長度將最佳化 (例如藉由調整匝數），以達成第二頻率的共振。要注意的 是，來自該槽29的放射在第二頻率是最小的，因為跨接於

87025.DOC -11 - 1234311 琢槽的電位差較小的緣故。另外要注意的是，1片21變為 天、’泉元件22的一邵份，因而增加此天線在第二頻率的電長 度在接地連接線端與該線圈中間某處的最大電流依據其 長度、無線電話及圍繞環境。結果，該單一激發埠％饋電 至該槽天線20與線圈天線22二者。此外，在第—及第二= 率間的某些頻率，纟自該槽及線圈天線的幅射結構性地增 加，因此產生多重頻帶的操作。

較佳的是，微波帶線包括一個調諧部份35，其可平行該 槽天線20的槽29長軸延伸，並且以寄生方式載入該槽。微 波帶傳輸線的並聯調諧部份用以電容性或電感性式在各頻 率載入該槽，以改變天線的操作頻帶特性。

通吊，所發明天線的整個長度與寬度係由無線電話構造 與形式因素所限制。U字形導片21的長度28較佳在該槽共 振頻率具有四分之一的波長長度。線圈天線的累積長度 (或相等的S數）決定該第二共振頻率。作為調諧以達成最 佳頻率、頻寬及輸入阻抗的參數係：約槽29寬，從微波 帶饋線部份34至槽封閉端的距離，c)微波帶饋線的延伸平 行邵份35，及d)諸如介電常數、損失正切及介電質厚度的 材料性質。這些參數依優先順排列如下：參數“及…係用 以達成頻寬及阻抗的最靈敏調諧參數；參數c)係用於微調 ，以及d)具有最小的衝擊特性。實際上，對於電氣調諧無 線電居内的小型天線沒有特定的規則，因為這些天線與固 定位置（在塔頂或屋頂上）的大型天線相較，可在連續變化 的環境（擱置在桌面上、握在靠近頭部的手中、放在皮包或 87025.DOC -12- 1234311 衣服口袋，等等）操作。當由手覆蓋住或講話時握在頭部附 近，天線的行為將激烈地變化。所以，必須瞭解的是，天 線不能調諧以滿足所有位置。 實際上，此圖中所示槽29具有一個約2 mm的寬度及15 mm的長度。導片21的寬度係4 mm、呈不規則形狀。微波 π饋線（邵份34及35)係1.5 mm寬，及其位置與該槽封閉端 相隔約9 mm。微波帶饋線的調諧部份35係可調諧的，典型 12 mm長。因為該饋線較短，其寬度的天線性能較不靈敏 。再者，線圈天線22的長度（或匝數）可調節適合於低頻頻 覓（第一頻率）的共振。本發明的天線整個尺度係33 mm長與 10 mm寬。要注意上面所給的尺度係作為參考之用。依據 電話構造與形式因素，這些尺度能依據因此改變而改良性 能。在本發明使用的電介質係r〇3〇〇3材料，其具有一個3.0 的介電常數、0.5 mm的厚度與i〇z的銅。選擇較高介電常數 的材料將降低天線的實體尺寸但增加損失。 開口槽形天線的結構可在較高頻帶操作，其中包括 GPS(1500 MHz)、DCS(1800 MHz)、PCS(1900 MHz)及

BluetoothTH (2400 MHz)。線圈天線的結構可在較低頻帶達 成幅射，其頻帶範圍包括類比、CDMA或TDMA(800 MHz) 或GSM(900 MHz)。此外，雖然該圖表示線圈繞組僅具有一 些匝數，如同易於在本發明施行所需的匝數。另外，該線 圈能依尺寸由微波帶曲折線所替代。 圖4表示一如本發明的第二較佳實施例。在此實施例中， 该槽天線20與圖2及3的天線相同，且較佳示範微波帶饋線 87025.DOC -13- 1234311 3 3及槽2 9的相對位置。特別的是，微波帶饋線3 3的平行部 份35位於槽29的附近但不在其下方。該槽天線2〇的操作方 式與圖2及3的天線相同。然而，天線元件22的線圈部份36 係與圖2及3所示天線位置相隔90度的方位。此方位選擇能 進一步減緩槽天線20與天線元件22間任何的交叉摘合。必 須瞭解的是，此方位具有通孔26的使用優點，因為纏繞的 傳導軌跡不能在線圈的單側使用。圖5給予圖4天線裝置的 截面側視圖，以表示通孔26的清楚圖型。 本發明的其^變化能諸如增加額外配置在介電材料底面 的導體來達成，該額外導體可與該槽相耦合，使該天線在 較多的頻帶產生幅射。然而，多重導體的結構必須計算個 別導體與進而可能激發驅動線圈間的交互作用。此外，微 波帶饋線能緊鄰槽的封閉端，而該用以調諧的平行部份h 朝向槽的開π端導引。沿著這些相同線路，只要饋線至少 一部份延伸通過該槽，微帶饋線部份34及35能重新定型以 形成一個C形截面或丁形截面，以替帶如所示的l形截:， 以及該調諧部份至少部份平行於該槽長軸延伸。微波帶饋 線能具有其它結構，諸如曲線結構，然而L形較佳能降低 天線所需的表面積。將微波帶饋線製成一” L”，，，C”或”τ，， 截面的形狀’或纟它任何形狀，能有效增加電容性及/或 私感性的並聯組件’以達成所須阻抗，而不須增加外部匹 配網路。再者’天線裝置能因此結構使得第二幅射頻帶能 高於絲於第-幅射頻帶。縱使如此，尺寸的限制條件限 制^佳g犯例所具有的第一頻率高於第二（線圈）頻率。

87025.DOC -14- 1234311 個多重頻帶天線裝置如所示具有 在上述範例中 非常不同由單_、、蘇八诒 、、不衣且那外不具有二種 左 /1車所驅動的天線元件、然而此二元件 在不同的頻帶幅射。 牛 ν、"果已I表π，本發明的天線裝 = 個延伸式外部天線相同的幅射效率，而且其效 ?、個短”天線來得好。這天線因此具備了低成本， 以及以-種能完全裝設在無線電話内部的便利形式因素施 行0 雖，多重頻帶槽形天線的特定組件及功能係如上所揭示 1符口本發明範圍的少數或附加功能能為習於此技者所 使用另外，本發明必須僅由申請專利附加項的内容所限 制。 【圖式簡單說明】 圖1表不一先前技藝之四分之一波長槽形天線的上視平 面圖； 圖2表示.一如本發明第一較佳實施例之天線裝置的透視 圖； 圖3表示一如本發明另一第一較佳實施例之天線裝置的 上視平面圖； 圖4表示一如本發明第二較佳實施例之天線裝置的上視 平面圖； 圖5表示一如圖4天線裝置的橫截面圖。 【圖式代表符號說明】 20 開口槽形天線 21、25 導片

87025.DOC 1234311 22 天線元件 23 介電材料 24 天線元件部份 26 通孑L 27、28 電長度 29 槽 30 虛擬饋電點 31 正電荷 32 負電荷 33、34 微波帶馈線 35 平行調諧部份 37 接地連接線 87025.DOC - 16

Claims (1)

1234311 拾、申請專利範圍： 1. 一種多重頻帶無線電話包括一個可在第一頻率與第二頻 率操作之天線裝置，該天線裝置包含： 一介電材料； 槽形天線’其係由一導片所界定，而該導片配置在 d 笔材料弟一邵份的上表面，以形成一大致長方形的 槽’該槽形天線可操作在一第一頻率，而該槽具有該第 一頻率波長約1 /8的電長度；及 一天線元件，可配置在該介電材料的第二部份上，該 天線元件可在一第二頻率操作；及 遠導片在該槽形天線的一端具有一接地連接線，且接 近該導片的相反端具有一個與該天線元件耦合的饋電點 ’其中該接地連接線與該饋電點的電長度係該第一頻率 波長的1/4。 2·如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中該天線元件的一 邵份係配置在一線圈結構中。 3 ·如申凊專利範圍第2項之天線裝置，其中該線圈結構係由 一個纏繞該介電材料第二部份的導片所組成。 4·如申請專利範圍第2項之天線裝置，其中該線圈結構係由 一組導片組成，該導片配置在該介電材料第二部份的相 反表面，且藉由通孔透過該介電材科連接在一起，以形 成線圈繞組。 5.如申請專利範圍第丄項之天線裝置，進而包含一微波帶饋 線，琢微波帶饋線配置在該介電材料的下表面上，其與 87025.DOC Ϊ234311 $ 4 ‘天線對亙且位於其下彳，以及垂直於其長軸。 2申叫專利範if第5項之天線裝置，其中該微波帶饋線將 月匕里耦合至接近其開口的槽形天線。 如令請專利範圍第5項之天線裝置，其中該微波帶饋線包 括一個與該槽形天線長軸平行的調諧部份。 8·如^請專利範圍第i項之天線裝置，其中該槽形天線由一 u字形導片界定的開口槽形天線，該u字形導帶配置在一 介電材料第一部份的上表面。 9. ^請專利範圍第i項之天線裝置，其中該接地連接線盘 饋㈣位㈣近該槽形天線開口的位置，且進而包人一 1〇 ^該槽形天線與天線幻牛二者電軸合的激發埠。。 二申清專利範圍第5項之天線裝置，其中該微帶 勺 =調错部份’而該調諧部份至少部份平料該样= 、、泉長軸延伸，該微帶饋電線具有—個由該組"L"形二 形及’’T"形之一選出的形狀。 y 87025.DOC