TWI239679B - Dual-band antenna - Google Patents

Description

1239679 捌、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本舍明疋有關於一雙頻天線’特別是指一佈設於印刷 電路板之雙頻天線。 5 10 15 【先前技術】 在通訊技術愈為進步的今日，通訊系統對其重量、體 積、成本、效能及裝置難易度之要求愈來愈為嚴苛，其 中，對於通訊系統中，用於傳送、接收信號之天線，更是 如此。而在目前廣受重視的無線區域網路（wireless 1〇cai area network)中，由於天線所可裝設的空間有限，且需傳輪 大量的資料，故對於天線的考量十分謹慎。目前，一般用 於無線區域網路相關產品之天線，多採用平板型式印刷天 線，其具有：（-)單一元件的體積小、重量輕 '厚度薄， (二）可利用印刷電路(printed circuit)製作，故成本低且製作 簡單，（三)經由調整電路之結構及尺寸，即能夠輕易調整天 線的共振頻率、場型（pattern)、阻抗和極化方向㈣^灿叫 的優點’但其也具有以下尚待克服之缺點：（_)天線的輕射 效率較低，增益不高’(二)頻寬較窄(約為中心頻率的5%頻 寬）。就無線區域網路所使用的802.llb(2.4GHz頻段）及 2.11a(5.2GHz頻&)中’其高頻部份原先就較易受地型、 地物等影響而衰減，再加上印刷天線之特性，因此如何有 錢善天線於高頻部份（5.2GHz頻段）之增益及頻寬，為目 前亟需克服之課題。 請參閱圖 再者，由於無線區域網路是操作於 20 5 10 15 20 1239679 及802.11a兩個頻段，為使印刷天線可收發於此兩 如又之u故如中華民國公告第5576〇3號專利案揭露了 -種雙頻單極天線2,其具有—第—水平金屬m -水平金屬線22 ’及-垂直輻射金屬線23，分別佈設於一 介質基板24之上表面26上，並於上表面相對之下表面27 上，另佈設一接地片28，其中，第一金屬線21及第二金屬 線22㈣搭配垂直輻射金屬、線23用以決定此雙頻單極天 線2之南、低頻操作頻段，並利用—微帶線μ傳輸此等金 屬 '泉毛k及接收之射頻信號’故當設計者調整兩金屬線 21、22其中之—之走線路徑，或線徑長度，用以改善立相 對操作頻段之電氣特性時，對另一操作頻段也將連帶造成 景；響，而使得設計上較為困難。 【發明内容】 一 t本^明之目的，即在提供一種可有效改善高頻 增盈及頻寬且較易於設計之雙頻天線 於是，本發明雙頻天線包含一基板 發射單元 Λ 傳輸線，及—接地片，其中，發射單元及接地片分別佈設 方；基板，兩相對表面，傳輸線減於發射單元，用以傳輪 由發射單元接收或發送之射頻信號。 其中，基板具有一第一表面及—與第—表面反向之第 :表面’發射單S佈設料第—表面，並具有—第一金屬 IS:金屬線，此等金屬線相交於-饋線點，傳輸線 接^饋線點’用於傳輸射頻信號。接地片則佈設於基 板之第一表面，並句合一 |^ 基 ’並包含-基座部，及一延伸部，其中 5 1239679 座部係由基板之下緣向饋線點方向延伸並切齊於饋線點， 使得饋線點相對地位於基座部之頂緣，延伸部由基座部之 部份頂緣，間隔相對於該發射單元之開口處向上延伸，配 合基座部共同界定出一 L型。 5 【實施方式】 本發明之前述及其他技術内容、特徵與優點，在以下 配合參考圖式之各較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的 明白。 10 參閱圖3、4，本發明雙頻天線丨包含一基板u、一發 射單兀12、一傳輸線13，及一接地片14，其中，發射單元 12及接地片14分別佈設於基板u之兩相對表面，傳輸線 13祕於發射單元12用以傳輸由發射單元12接收或發送 之射頻信號，且在本發明中，此傳輪線13係為—微帶線 (imciostiip Ilne)，但亦可為一同轴電規&纖w cabk)，或一 15 共平面波導（coPlanar waveguide)，並不以本發明中揭露者為 限。 土板11係為-FR4玻璃纖維強化環氧樹脂⑽邮㈣ reinforced eP〇xy resin)製成之印刷電路板，其具有一第一表 20 面111及與第一表面111反向之第二表面112,發射單元 12及傳輸線13皆印製或姓刻於基板11之第-表面U1 上’、中纟射單元12並具有一第-金屬線121及-第二 金屬線122,且第一仝厘細101 μ 一 弟-屬線⑵、弟二金屬線122及傳輸線 13共同相交於一 |眚錄】0 0 、、’ ..·， 3，用以务送一經由傳輸線13傳 送或由外界接收之射頻作卢，豆 号 只1口现具中弟一金屬線121及第 6 1239679 二金屬線122分別由饋線點123經一角度向上彎折延伸， 兩金屬線121、122之末段，並互相平行而界^出一開口 124,且第一金屬線121之線徑長度較該該第二金屬線 為長，用以決定該雙頻天線丨之低頻操作頻率，而第二金 屬線122則用以決定雙頻天線丨之高頻操作頻率。由於2 等金屬線121、122並無一共用線段，使得研發人員在設叶 此雙頻天線i時，更易於針對各頻段之電氣特性做:調 整，而不致於互相影響，而可有效的縮短設計時間。 ίο 15 傳輸線13由饋線點123向下延伸至基板u之下緣， 與發射單元12互相配合，略呈一 f型。 接地片14佈設於該基板n之第二表面112，並包含一 基座部14卜及-延伸部142，基座部141係由該基板η 之下緣向饋線點123方向延伸並切齊饋線點123，使得饋線 點123相對地位於基座部141之頂緣，延伸部由基座部 之部份頂緣，間隔相對於該發射單元12之開口 i24處向上 延伸，配合基座部141共同界定出一 L型，其可與第一表 面111之發射單兀12產生電磁耦合效應，使得發射單元^ 之第-、第二金屬線12卜122可縮短其於所需操作頻段的 線徑長度（電磁波信號之四分之—波長，1/4λ)，且可增加增 益（gain)及頻寬。 蒼閱圖5-23，為此雙頻天線j之實作測量結果，其 中’圖5、6為揭示低於一 1〇dB之反射係數（邊cti〇n fficient)下此雙頻天線1之低頻操作頻寬為 56〇MHz(24l〇MHz〜2970MHz)，高頻操作頻寬為 20 1239679 730MHz(5H)〇MHZ〜5845MHz)，其並揭示相對應之電壓駐波 比（voltage standing wave rati0，VSWR)量測結果，從量測 結果中可發現，其操作頻段能含蓋 2.4GHz(2.4GHz〜2.484GHz)與 5.2GHz(5.15GHz〜5.35GHz)雙 5 頻段之無線區域網路系統頻寬需求，圖7-23所揭示的是本 較佳實施例分別操作於2.4、2.45、2.5 GHz及5.15、5 25、 5.35、5.75、5.85GH的輻射場型及各點增益值實驗結果。 從結果中可知，本較佳實施例除具雙頻操作之特性外，於 高頻（5.2GHz)操作時，更具有高增益之特性。 1〇 歸納上述，本發明雙頻天線1利用發射單元一略呈匕 型之接地片14,與發射單元12產生的電磁耦合效應，有效 的縮短發射單元12之第一、第二金屬線121、122於其需 才呆作之頻段的線徑長度，並利用發射單元12之第一、第二 金屬線m、122無-共用線段之佈線方式，有效的增加此 15 兩金屬線121、⑵之隔離度，使得設計者更易調整各金屬 線所產生之電氣特性，而有效的縮短了產品研發之時間。 此外，更於射頻信號饋入後，利用兩金屬線121、122之佈 線設計及線徑寬度的調整，來做阻抗匹配，以達到雙頻天 線1之高頻寬要求，故確實能達到本發明之目的。 10 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆 應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 1239679 圖1是一示意圖，說明習知雙頻單極天線； 圖2是一示意圖，說明該習知於另一視角之態樣； 圖3是一示意圖’說明本發明雙頻天線的較佳實施 例； 5 圖4是一示意圖，說明該較佳實施例於另一視角之態 樣； 圖5是一示意圖’說明該較佳實施例之返回損失的量 測結果； 圖6是一示意圖，說明該較佳實施例之電壓駐波比的 10 量測結果； 圖7是一示意圖，說明該較佳實施例於2·4(3ηζ及 5.2GHz無線區域網路系統頻帶内之天線增益量測結果； 圖8是一示意圖，說明該較佳實施例於2.4Ghz時，在 H-Plane的輕射場型量測結果； 15 圖9是一示意圖，說明該較佳實施例於2.45GHz時， 在H-Plane的輻射場型量測結果； 圖10是一示意圖，說明該較佳實施例於2.5GHz時， 在H-Plane的輻射場型量測結果； 圖U是一示意圖，說明該較佳實施例於2.4Ghz時，在 E-Plane的輻射場型量測結果； 圖12是一示意圖，說明該較佳實施例於2.45GHz時， 在E-Plane的輻射場型量測結果； 圖13是一示意圖，說明該較佳實施例於i5GHz時， 在E-Plane的輻射場型量測結果； 1239679 圖14是一示意圖，說明該較佳實施例於5.15GHz時， 在H-Plane的輻射場型量測結果； 圖15是一示意圖，說明該較佳實施例於5.25GHz在H-Plane的輻射場型量測結果； 5 圖16是一示意圖，說明該較佳實施例於5.35GHz在H-

Plane的輻射場型量測結果； 圖17是一示意圖，說明該較佳實施例於5.75GHz在H-Plane的轄射場型量測結果； 圖18是一示意圖，說明該較佳實施例於5.85GHz在H-10 Plane的輪射場型量測結果； 圖19是一示意圖，說明該較佳實施例於5.15GHz在E-Plane的輻射場型量測結果； 圖20是一示意圖，說明該較佳實施例於5.25GHz在E-Plane的輕射場型量測結果； 15 圖21是一示意圖，說明該較佳實施例於5.35GHz在E-

Plane的輕射場型量測結果； 圖22是一示意圖，說明該較佳實施例於5.75GHz在E-Plane的輻射場型量測結果；及 圖23是一示意圖，說明該較佳實施例於5.85GHz在E-20 Plane的轄射場型量測結果。 10 1239679 【圖式之主要元件代表符號說明】 1 雙頻天線 123 饋線點 11 基板 124 開口 111 第一表面 13 傳輸線 112 第二表面 14 接地片 12 發射單元 141 基座部 121 第一金屬線 142 延伸部 122 第二金屬線

Claims (1)

1239679 玖 '申請專利範圍： 1 · 一種雙頻天線，包含： 一基板，具有一第一表面及一與該第一表面反向之 第二表面； 一發射單元，具有一第一金屬線及—第二金屬線， 共同佈設於該基板之第—表面’該第—金屬線與該第二 金屬線相交於一饋線點； 傳輸線，耦接於该饋線點，用於傳輸射頻信號；及 一接地片，佈設於該基板之第二表面，該接地片包 含-基座部，該基座部由該基板之下緣向該饋線點方向 延伸並切齊該饋線點。 ϋ 2·如申請專利範圍第丨項所述之雙頻天線，其中，該傳 線為一微帶線（microstrip 1 ine)。 3.如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中，該傳浐 線為一共平面波導（coplanar waveguide)。 4 ·如申请專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中，嗲傳輪 線為一同軸電纜（coaxial cable)。 & •如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，1 μ ^ ^ 〆、 邊接地 乃更包含一自該基座部之頂緣向上延伸之延伸部。 •如申請專利範圍第5項所述之雙頻天線，並中 ^ τ 該延伸 部係間隔地設置於相對於該發射單元之一側邊。 7 < •如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，i中， 八1 喊接地 片之基座部呈矩形狀。 •如申請專利範圍第5項所述之雙頻天線，其中，該接地 12 1239679 片之延伸部呈矩形狀。 9·如申清專利範圍帛5項所述之雙頻天線，其中，該基座 部及該延伸部共同界定出L·型。 1〇·如申請專利範圍帛1項所述之雙頻天線，其中，該第一 金屬線決定該雙頻天線之低頻操作頻率。 11 ·如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中，該第二 “ I之、、桌從長度較該第一金屬線為短，且決定該雙頻 天線之高頻操作頻率。 12.如申請專利範圍帛1項所述之雙頻天線，其中，該第二 金屬線由該饋線點以一角度向上延伸，並經以一角度彎 折後，平行於該基座部之一側緣。 13·如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中，該第一 金屬線由該饋線點以一角度向上延伸，並經至少一角度 彎折後’平行於該基座部之一側緣。 14·如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中，該傳輸 線之特性阻抗為50歐姆。 13