TWI467853B - 雙頻天線及應用該雙頻天線之無線通訊裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種天線，尤其涉及一種雙頻天線及應用該雙頻天線之無線通信裝置。
於行動電話、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等無線通信裝置中，天線作為其用來發射、接收無線電波以傳遞、交換無線電訊號之部件，無疑係無線通信裝置中最重要之元件之一。目前，無線通信裝置一般都需要具備於雙頻或者更多頻段下進行通信之功能，因此其天線裝置一般都使用雙頻或多頻天線。
請參閱圖1，一種習知之雙頻天線1一般具有一第一輻射單元11及一第二輻射單元12。其中，所述第二輻射單元12之一端與所述第一輻射單元11電性連接，且第一輻射單元11依據第二輻射單元12分為一第一輻射部111及一第二輻射部112。所述第二輻射單元12之另一端為接地端。於此雙頻天線1中，所述第一輻射部111及第二輻射單元12產生高頻共振以工作於一高頻頻段。第二輻射部112及第二輻射單元12產生低頻共振並工作於一低頻頻段。
雖然上述雙頻天線1可工作於兩個頻段，但由於該雙頻天線1之兩個輻射單元11及12共用一個接地端，且高頻頻段及低頻頻段公用
第二輻射單元12，故雙頻天線1之工作頻段所需之天線長度直接反應於第一輻射部111及第二輻射部112之長度上，若對其中一個頻帶之天線輻射體之尺寸參數進行調整，就會影響另一個頻帶之效能。如此，不但會增加雙頻天線之設計工作量，而且亦難以使兩個頻帶分別擁有各自獨立、彼此之間不受干涉之共振頻率與頻寬調整性能。
有鑒於此，有必要提供一種結構簡單，且可獨立調整頻寬之雙頻天線。
另，還有必要提供一種應用所述雙頻天線之無線通信裝置。
一種雙頻天線，其包括一第一天線部及與所述第一天線部相耦合之一第二天線部，二者用於接收及發射不同頻段之電磁波訊號。所述第二天線部鄰近第一天線部之一側開設二槽孔，所述二槽孔相鄰之兩端於背離第一天線部之方向延伸形成二縫隙，直至將第二天線部開通，所述二縫隙與所述槽孔之間相連通，並將所述第二天線部分割為二接地面及一饋入端，所述二接地面及槽孔關於所述饋入端對稱，所述第一天線部之一端垂直於第二天線部鄰近槽孔之一側，所述第一天線部包括一第一輻射體及一第二輻射體，所述第一輻射體及第二輻射體均為L型片狀體，且關於饋入端之中線對稱設置，所述饋入端與所述第一輻射體及第二輻射體電性連接，用於向第一天線部輸入或輸出射頻訊號。
一種無線通信裝置，其包括一電路基板，該電路基板上設有一訊號傳輸端，所述訊號傳輸端用於接收和發射電磁波訊號。所述無線通信裝置還包括一設於所述電路基板上之一雙頻天線，其包括
一第一天線部及與所述第一天線部相耦合之一第二天線部，二者用於接收及發射不同頻段之電磁波訊號。所述第二天線部鄰近第一天線部之一側開設二槽孔，所述二槽孔相鄰之兩端於背離第一天線部之方向延伸形成二縫隙，直至將第二天線部開通，所述二縫隙與所述槽孔之間相連通，並將所述第二天線部分割為二接地面及一饋入端，所述二接地面及槽孔關於所述饋入端對稱，所述第一天線部之一端垂直於第二天線部鄰近槽孔之一側，所述第一天線部包括一第一輻射體及一第二輻射體，所述第一輻射體及第二輻射體均為L型片狀體，且關於饋入端之中線對稱設置，所述饋入端與所述第一輻射體及第二輻射體電性連接，所述訊號輸出端電性連接於所述饋入端，用於向所述雙頻天線輸入或輸出射頻訊號。
相較於習知技術，所述雙頻天線利用第一天線部和第二天線部之之間耦合效應，以增強第一天線部於低頻帶輻射之效果。此外，該第一天線部和第二天線部之電場方向相互垂直，使得於該雙頻天線於形成高、低兩個頻帶時，兩個頻帶分別具有各自之共振頻率和獨立之頻寬調整性能，故，於最佳化單一頻帶之共振頻率或頻寬時，不會因為各自參數之改變而影響另一個頻帶之共振頻率或頻寬。如此，便會降低天線之設計複雜度，有利於減輕工作量及節約成本。
1、100‧‧‧雙頻天線
11‧‧‧第一輻射單元
111‧‧‧第一輻射部
112‧‧‧第二輻射部
12‧‧‧第二輻射單元
10‧‧‧第一天線部
12‧‧‧第一輻射體
122‧‧‧第一片體
124‧‧‧第二片體
14‧‧‧第二輻射體
142‧‧‧第三片體
144‧‧‧第四片體
30‧‧‧第二天線部
31‧‧‧槽孔
32‧‧‧縫隙
33‧‧‧接地面
35‧‧‧饋入端
40‧‧‧調線
50‧‧‧饋入線
90‧‧‧基板
92‧‧‧訊號傳輸端
94‧‧‧接地端
圖1為習知之雙頻天線之示意圖。
圖2為本發明較佳實施方式雙頻天線示意圖。
圖3為本發明較佳實施方式雙頻天線連接於基板上之使用狀態示
意圖。
圖4為圖2所示之雙頻天線之尺寸比例示意圖。
圖5為本發明較佳實施方式雙頻天線之返回損耗測試圖。
請參閱圖2及圖3，所示為本發明較佳實施例適用於行動電話、PDA等無線通信裝置之雙頻天線100。所述雙頻天線100為雙頻共面波導饋入混合型天線，其係由共面波導電感性槽孔天線和雙“L”形單極天線結合而成，從而具備雙頻效能。該雙頻天線100裝設於一無線通信裝置內之基板90上，並電性連接於該基板90。所述基板90為一設於所述無線通信裝置內之印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)，其金屬部分為該雙頻天線100提供接地。所述基板90大致呈矩形板狀，其上設有一訊號傳輸端92及一二接地端94。所述訊號傳輸端92用於接收該雙頻天線100收到之射頻訊號及傳送由該雙頻天線100發射之射頻訊號，所述接地端94為基板90上之導電部分，其用於將所述雙頻天線100接地。
所述雙頻天線100由具有良好導電性能之金屬如銅合金等製造而成，其包括用於發射和接收無線訊號之一第一天線部10及一第二天線部30，二者為一體成型，且二者之間藉由互感而產生耦合效應。
所述第一天線部10為一單極天線(Monopole Antenna)，其諧振頻率(Resonance Frequency)設置為2.4GHz，可用於收發低頻通信電磁波訊號。該第一天線部10採用雙“L”形設計，其包括一第一輻射體12及一第二輻射體14，所述二輻射體12、14形狀相同且
相互對稱設置。該第一輻射體12包括一第一片體122及一第二片體124，二者垂直連接，且寬度相同。所述第二輻射體14包括一第三片體142及一第四片體144，二者垂直連接，且寬度相同。該第二片體124及第三片體142之長度大於所述第一片體122及第四片體144之高度。所述第一片體122及第四片體144相互平行地連接於所述第二天線部30上，且與所述第二天線部30垂直，所述第二片體124與所述第三片體142處於同一直線上並沿與第二天線部30平行之方向彼此相背地延伸。所述第一片體122之高度和第二片體124之長度與寬度之和約等於低頻波長之四分之一，第四片體144之高度和第三片體142之長度與寬度之和亦約等於低頻波長之四分之一，所述第一輻射體12及第二輻射體14用以輻射產生該雙頻天線100之低頻共振頻率。
所述第二天線部30為一共面波導電感性槽孔天線，其大致呈矩形，且其諧振頻率設置為5.4GHz，可用於收發高頻通信電磁波訊號。所述第二天線部30鄰近所述第一天線部10之一側開設二槽孔31，所述二槽孔31相鄰之兩端於背離第一天線部10之方向延伸形成二縫隙32，直至將所述第二天線部30開通，從而將第二天線部30分割為二接地面33及一饋入端35。
所述二槽孔31大致呈矩形，其與所述接地面33鄰接，並與所述二縫隙32相連通，且關於所述饋入端35對稱。於發射或接收射頻訊號時，該矩形槽孔31之周圍電流強度較大，高頻帶之共振頻率由此槽孔31所輻射。該槽孔31之長邊平行於所述第二片體124，且該槽孔31長邊之長度約為高頻波長之一半，該長度可以決定該雙頻天線100之高頻共振頻率。
所述二接地面33大致呈矩形片狀，其關於所述饋入端35對稱，其與無線通信裝置內部之基板90之接地端(圖未示)連接。該二接地面33藉由複數調線(Bonding Wire)40相互連接，所述調線40跨過所述饋入端35連接二接地面33，從而使二接地面33電勢相等。
所述饋入端35大致呈矩形片狀，其電性連接於所述第一天線部10之二輻射體12、14，且垂直所述第二片體124及第三片體142。該饋入端35位於二縫隙32之間，並鄰接於所述二接地面33。該饋入端35由一阻值為50Ω之饋入線50電性連接於無線通信裝置內部基板90之訊號傳輸端92，用於向所述第一天線部10和第二天線部30輸入微波射頻訊號。該雙頻天線100共用所述接地面33和饋入端35。
請一併參閱圖4，於本實施例中，所述第一天線部10之第一片體122與第四片體144之高度相等，均設置為H=4mm，所述第一天線部10之第二片體124與第三片體142之長度相等，均設置為L1=15mm，第一片體122、第二片體124、第三片體142、第四片體144之寬度相等，均設置為W1=2mm，其中，第一片體122與第三片體142之高度H、第二片體124與第四片體144之長度L1和寬度W1決定了低頻之共振頻率。所述第二天線部30之槽孔31之長度L2為17mm，其寬度W2為4mm，其中，根據共面波導電感性槽孔天線之性質可知，該第二天線部30之槽孔31之長度L2約為高頻微波之半波長。所述饋入端35之寬度W3為4mm，所述縫隙32之寬度G為0.4mm。
所述雙頻天線100工作時，訊號自饋入端35進入後，分別沿所述雙頻天線100之第一天線部10和第二天線部30獲得之不同之傳播
路徑，並分別于槽孔35和第一天線部10處強電流，使得所述第一天線部10和第二天線部30分別產生不同之工作頻率，以使得該雙頻天線100可分別滿足於2.4GHz和5.4GHz頻率下進行工作之要求。此外，因所述槽孔35與第二片體124以適當之距離平行，故可以形成互感而進一步產生了耦合效應，從而增強了第一天線部10之輻射效果。
天線之反射係數(Reflection)可用來衡量天線工作頻帶之頻寬，天線之反射係數圖之橫軸表示為頻率，其縱軸表示為反射損耗值(Return Loss)，反射損耗隨頻率之變化而變化。一般以天線之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)為2：1處作為天線使用之頻帶，此處之反射損耗值等於-10分貝(dB)，故，反射損耗值小於等於-10dB之頻率範圍均可作為天線工作之頻帶。請參閱圖4，由本實施例所示之雙頻天線100之反射損耗隨著頻率變化之圖表可知，當VSWR=2時，所述雙頻天線100工作於2.4GHz和5.4GHz頻段時其反射損耗值均小於-10dB，符合雙頻天線之應用需求，並可實現接收及發射不同頻率訊號之功能。
所述雙頻天線100利用第一天線部10和第二天線部30之之間耦合效應，以增強第一天線部10於低頻帶輻射之效果。此外，該第一天線部10和第二天線部30之電場方向相互垂直，使得於該雙頻天線100於形成高、低兩個頻帶時，兩個頻帶擁有各自之共振頻率和頻寬獨立調整性，故，於最佳化單一頻帶之共振頻率或頻寬時，不會因為各自參數之改變而影響另一個頻帶之共振頻率或頻寬。如此，便會降低天線之設計難度。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟
，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧雙頻天線
10‧‧‧第一天線部
12‧‧‧第一輻射體
122‧‧‧第一片體
124‧‧‧第二片體
14‧‧‧第二輻射體
142‧‧‧第三片體
144‧‧‧第四片體
30‧‧‧第二天線部
31‧‧‧槽孔
32‧‧‧縫隙
33‧‧‧接地面
35‧‧‧饋入端
40‧‧‧調線
50‧‧‧饋入線
90‧‧‧基板
92‧‧‧訊號傳輸端
94‧‧‧接地端
Claims (8)
- 一種雙頻天線，其包括一第一天線部及與所述第一天線部相耦合之一第二天線部，二者用於接收及發射不同頻段之電磁波訊號，其改良在於：所述第二天線部鄰近第一天線部之一側開設二槽孔，所述二槽孔相鄰之兩端於背離第一天線部之方向延伸形成二縫隙，直至將第二天線部開通，所述二縫隙與所述槽孔之間相連通，並將所述第二天線部分割為二接地面及一饋入端，所述二接地面及槽孔關於所述饋入端對稱，所述第一天線部之一端垂直於第二天線部鄰近槽孔之一側，所述第一天線部包括一第一輻射體及一第二輻射體，所述第一輻射體及第二輻射體均為L型片狀體，且關於饋入端之中線對稱設置，所述饋入端與所述第一輻射體及第二輻射體電性連接，用於向第一天線部輸入或輸出射頻訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中所述第一輻射體包括寬度相同之一第一片體及與所述第一片體一端垂直連接之第二片體，所述第二輻射體包括寬度相同之第三片體及與所述第三片體一端垂直連接之第四片體，所述第二片體及第三片體之長度大於所述第一片體及第四片體之高度，第一片體及第四片體相互平行地連接於所述第二天線部鄰近槽孔處，且與該第二天線部垂直，所述第二片體與第三片體處於同一直線上，並沿與第二天線部平行之方向彼此相背地延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中所述第一天線部與所述第二天線部為一體成型。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中所述二接地面為矩形片狀體，所述二槽孔為矩形孔，且該二接地面關於所述饋入端對稱，該二槽孔關於所述饋入端對稱，所述第一天線與第二天線共用所述接地面和饋入 端。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中所述第一片體之高度和第二片體之長度與寬度之和決定低頻共振頻率，所述槽孔用於輻射高頻帶之共振頻率，該槽孔之長度決定了高頻共振頻率。
- 一種無線通信裝置，其包括一電路基板，該電路基板上設有一訊號傳輸端，所述訊號傳輸端用於接收和發射電磁波訊號；所述無線通信裝置還包括一設於所述電路基板上之一雙頻天線，其包括一第一天線部及與所述第一天線部相耦合之一第二天線部，二者用於接收及發射不同頻段之電磁波訊號，其改良在於：所述第二天線部鄰近第一天線部之一側開設二槽孔，所述二槽孔相鄰之兩端於背離第一天線部之方向延伸形成二縫隙，直至將第二天線部開通，所述二縫隙與所述槽孔之間相連通，並將所述第二天線部分割為二接地面及一饋入端，所述二接地面及槽孔關於所述饋入端對稱，所述第一天線部之一端垂直於第二天線部鄰近槽孔之一側，所述第一天線部包括一第一輻射體及一第二輻射體，所述第一輻射體及第二輻射體均為L型片狀體，且關於饋入端之中線對稱設置，所述饋入端與所述第一輻射體及第二輻射體電性連接，所述訊號輸出端電性連接於所述饋入端，用於向所述雙頻天線輸入或輸出射頻訊號。
- 如申請專利範圍第6項所述之無線通信裝置，其中所述第一天線部為一低頻天線，藉由所述第一輻射體及第二輻射體輻射產生低頻帶之共振頻率；所述第二天線部為一高頻天線，藉由所述槽孔輻射產生高頻帶之共振頻率。
- 如申請專利範圍第6項所述之無線通信裝置，其中所述無線通信裝置包括複數調線，所述調線用於連接所述二接地面，使得二接地面電勢相等。
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