TWI487201B - 寬頻天線 - Google Patents
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Description
本發明係指一種寬頻天線,尤指一種利用垂直耦合連接效應之寬頻天線。
具有無線通訊功能的電子產品,如筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)等,透過天線來發射或接收無線電波,以傳遞或交換無線電訊號,進而存取無線網路。因此,為了讓使用者能更方便地存取無線通訊網路,理想天線的頻寬應在許可範圍內盡可能地增加,而尺寸則應盡量減小,以配合電子產品體積縮小之趨勢。
習知技術中,如中華民國第I318022號專利,已揭露一種用於無線傳輸的多頻天線10,如第1圖所示。多頻天線10包含一接地部分100、一第一輻射部分101、一微調金屬部分102、一第二輻射部分103、一第三輻射部分104、一饋線105以及一凸點106,藉由調整微調金屬部分102的長度L102與寬度W102,進一部改變多頻天線10的阻抗匹配,對應產生不同的輻射場形與輻射能量,並傳送頻段2.2GHz到2.6GHz的無線訊號。然而,隨著無線通訊技術的演進,無線通訊系統的操作頻率越來越廣,習知技術的多頻天線1已無法滿足使用者需求。因此,提供一種寬頻天線,既能有效提高傳輸頻寬,又能有效地減小天線尺寸,已成為業界所努力的目標之一。
因此,本發明之主要目的即在於提供一種利用垂直耦合連接效應之寬頻天線。
本發明揭露一種寬頻天線,包含有一接地元件,電性連接於一地端;一饋入源,用來收發無線訊號;一第一輻射體,其包含有一第一輻射件,沿一第一方向延伸;一第二輻射件,沿該第一方向之相反方向延伸;以及一傳導元件,沿一第二方向延伸,包含有一端電性連接於該第一輻射件及該第二輻射件之間,另一端電性連接於該饋入源;以及一第二輻射體,其包含有一短路元件,電性連接於該接地元件;一第三輻射件,電性連接於該短路元件,並包含有一分段沿該第二方向延伸,且該分段與該傳導元件間隔一第一距離,該第一距離使該第三輻射件與該傳導元件產生耦合連接效應;其中,該第一方向與該第二方向大致垂直,且該第二輻射體距離該接地元件之一平均垂直距離小於該第一輻射件距離該接地元件之一平均垂直距離。
請參考第2圖,第2圖為本發明一寬頻天線2之示意圖。如第2圖所示,寬頻天線2位於一XY平面上,其包含一X軸方向以及一Y軸方向且兩者相互垂直,而寬頻天線2係利用一基板28來承載,並包含有一接地元件20、一饋入源22、一第一輻射體24以及一第二輻射體26。第一輻射體24係用來傳送一高頻頻段,其總長大致等於高頻無線訊號的四分之一波長,且第一輻射體24更包含一第一輻射件240、一第二輻射件242以及一傳導元件244,其中第一輻射件240以及第二輻射件242皆沿X軸方向延伸,而傳導元件244係將第一輻射件240及第二輻射件242水平連接,俾使第一輻射件240及第二輻射件242以傳導元件244為起點並沿X軸方向,往相反的方向延伸,同時傳導元件244亦提供第一輻射件240及第二輻射件242電性連接於饋入源22。另外,第二輻射體26係用來傳送一低頻頻段,其總長大致等於低頻無線訊號的四分之一波長,且第二輻射體26更包含一第三輻射件260以及一短路元件262,短路元件262係電性連接於第三輻射件260和接地元件20間,而第三輻射件260更包含一分段264沿Y軸方向延伸,且分段264和傳導元件244彼此距離一第一距離D1,俾使第三輻射件260和傳導元件244產生一耦合連接效應,進一步建立第三輻射件260與饋入源22之間射頻訊號的傳送。至於接地元件20係電性連接於一地端(圖中未示),而饋入源22則用來收發高頻頻段或低頻頻段的無線訊號。
詳細來說,寬頻天線2透過第一輻射體24以及第二輻射體26來傳輸高頻頻段及低頻頻段的無線訊號,其中第二輻射體26在Y軸方向上更包含複數個彎折,好比在此實施例中的彎折處C1、C2、C3、C4,形成一類似閃電狀之結構來提供第二輻射體26自接地元件20沿Y軸方向延伸至第一輻射體24的第一輻射件240,除此之外,比對第二輻射體26其複數個構成元件/分支距離接地元件20的一平均垂直距離,係不大於第一輻射件240距離接地元件20的平均垂直距離(即第一輻射件240大致位於第二輻射體26之上)。此外,為了維持第三輻射件260和傳導元件244間的耦合連接效應,分段264和傳導元件244彼此距離小於5公厘。再者,在此實施例中,第一輻射體24之第二輻射件242的一端(即靠近饋入源22的一端),更呈現一倒階梯型的結構,在此階梯的結構可為一階或多階的階梯組成,僅方便提供饋入源22饋入射頻訊號即可,非用以限制本發明。
請參考第3圖,第3圖為本發明另一寬頻天線3之示意圖。如第3圖所示,寬頻天線3和第2圖的寬頻天線2具有類似的元件組成,不同處係寬頻天線3之第一輻射體34的第二輻射件342一端,係呈現一倒斜面型,也就是將第2圖中第二輻射件242之階梯的結構置換成一平滑的連線。當然,依據使用者不同的需求,亦可進行其形狀的調整,例如組合倒斜面型與倒階梯型的結構,皆為本發明之範疇。另外,請參考第4圖,第4圖為本發明另一寬頻天線4之示意圖。如第4圖所示,寬頻天線4和第2圖的寬頻天線2具有類似的元件組成,不同處係寬頻天線4之第一輻射體44更包含一槽孔部40,而槽孔部40可位於第一輻射件440、第二輻射件442以及傳導元件444的交疊區域,在此實施例中,槽孔部40係呈現一多邊方型結構,依據使用者的不同需求,當然可進行其形狀的調整,一方面維持饋入源22饋入射頻訊號的效率和便捷,另一方面提供第一輻射件440、第二輻射件442以及傳導元件444於設計上的彈性連接方式,非用以限制本發明之範疇。
請參考第5圖,第5圖為本發明另一寬頻天線5之示意圖。如第5圖所示,寬頻天線5和第2圖的寬頻天線2類似,但是寬頻天線5之第一輻射體54的傳導元件544更包含一傳導部5440以及一耦合部5442,再者,寬頻天線5位於XY平面上且利用一基板58來承載(或以蝕刻等方式形成於基板58上),然而,在此實施例中,基板58更包含兩個平面,為了方便說明,以實線表示第一面所承載之元件,以虛線表示第二面所承載之元件。詳細來說,第一面用來承載接地元件20、饋入源22以及耦合部5442,第二面用來承載第一輻射體54之第一輻射件540、第二輻射件542及傳導部5440和第二輻射件56之第三輻射件560及短路元件562。由於耦合部5442可於基板58的第二面上形成一投影結果,其將和傳導部5440部分重疊,用以提供傳導部5440和耦合部5442產生一耦合連接效應,在此情況下,由於饋入源22係直接電性連接於耦合部5442,再透過耦合連接效應,耦合部5442亦可將射頻訊號傳送至傳導部5440,進而透過第一輻射體54及第二輻射體56來發送無線訊號。值得注意地,傳導部5440係類似於傳導元件244的運作原理,而第一輻射體54及第二輻射體56的其他元件組成或運作原理,皆可參考第2圖及寬頻天線2之相關段落的說明,在此不贅述。
請參考第6圖,第6圖為本發明另一寬頻天線6之示意圖。如第6圖所示,寬頻天線6和第5圖的寬頻天線5類似,並同樣透過實線與虛線表示第一面與第二面所承載之元件,不同處係承載寬頻天線6的基板68其第一面將用來承載接地元件20、饋入源22、耦合部6442以及第二輻射體66,而其第二面僅用來承載第一輻射體64。較佳地,傳導部6440和耦合部6442亦利用投影結果相互重疊來產生耦合連接效應,將第一輻射體64電性連接於饋入源22,至於第二輻射體66亦透過一分段664和耦合部6442產生耦合連接效應(類似第2圖中的分段264和傳導元件244),而兩者亦距離第一距離D1(小於5公厘),據以建立第二輻射體66與饋入源22之間射頻訊號的傳送。至於第一輻射體64及第二輻射體66的其他元件組成或運作原理,皆可參考第2圖及寬頻天線2之相關段落的說明,在此不贅述。
值得注意地,本發明所提供的寬頻天線2係透過第一輻射體24以及第二輻射體26建立的垂直耦合連接效應,用以傳輸高頻頻段及低頻頻段的無線訊號,當然,寬頻天線2亦可任意組合如第3圖到第6圖的不同元件設計,進一步提供使用者更多元化的應用範圍。請參考第7圖,第7圖為第2圖寬頻天線2量測之電壓駐波比(VSWR)示意圖。如第7圖所示,寬頻天線2除了兼具上述的多元化應用範圍外,更能提供相當寬頻的無線訊號傳輸,例如從2.2GHz到6GHz的傳輸範圍,皆呈現一電壓駐波比(VSWR)小於2的理想傳輸條件,甚至於特定的某些頻段,更能提供電壓駐波比(VSWR)小於1.5的傳輸條件。
除此之外,基於寬頻天線2的設計概念,以提供第一輻射體24以及第二輻射體26建立垂直耦合連接效應,對應也可提出更多不同的變化實施例。請參考第8圖以及第9圖,第8圖為本發明另一寬頻天線8之示意圖,而第9圖為本發明另一寬頻天線9之示意圖。如第8圖所示,寬頻天線8和第2圖的寬頻天線2類似,不同處係寬頻天線8之第二輻射體86的設計形狀有所改變,但是其總長仍大致等於低頻無線訊號的四分之一波長,且第二輻射體86的一末端862遠離第一輻射件240並靠近接地元件20。第二輻射體86包含複數個彎折,並透過一分段860(作為一短路元件)電性連接於接地元件20,另外,分段860(亦作為一第三輻射件的部分元件)係緊鄰傳導元件244,透過分段860亦與傳導元件244建立耦合連接效應,進而提供第二輻射體86與饋入源22之間射頻訊號的傳送。另外,如第9圖所示之寬頻天線9係提供另一種第二輻射體96,其利用一分段960(作為一短路元件)電性連接於接地元件20,且第二輻射體96的一末端964遠離第一輻射件240並靠近接地元件20,同時亦維持第二輻射體96總長仍大致等於低頻無線訊號的四分之一波長,和寬頻天線8之第二輻射體86的不同處,係第二輻射體96與接地元件20的連接處(即分段960)將遠離傳導元件244,當然,第二輻射體96亦透過另一分段962(亦作為一第三輻射件的部分元件)與傳導元件244建立耦合連接效應,進而提供第二輻射體96與饋入源22之間射頻訊號的傳送。值得注意地,上述實施例僅為示範性,本領域具通常知識者應可適性地調整第二輻射體和接地元件的連接方式及連接元件,同時建立第二輻射體與傳導元件之間射頻訊號的傳送,皆為本發明之範疇。
除此之外,對於接地元件20、饋入源22以及基板28的設計和使用,應為本領域具通常知識者所熟知,在此不贅述。實際上,根據不同系統或使用者的需求,本領域具通常知識者係可依據寬頻天線2,進一步調整各元件的尺寸、材質、位置等特性,以提高寬頻天線2的適用範圍。另外,本發明提供之寬頻天線的各種實施例,僅為示範性的透過各元件間彼此平行或垂直,自然可視不同情況適性地增/減彎折處的設置,用以達到空間上的節省,只要可達到本發明之相同目的者,皆為本發明之範疇。
總而言之,本發明提供之寬頻天線係藉由第一輻射體之第一輻射件大致位於第二輻射體之上,且利用第一輻射體之傳導元件以及第二輻射體之間距來建立一垂直耦合連接效應,用以將饋入源傳送至第一輻射體及第二輻射體,當然,根據使用者的不同需求,亦可將第一輻射體/第二輻射體的組成元件進行其結構的改變,或利用承載寬頻天線之一基板的兩平面,其分別承載寬頻天線之不同的組成元件,進而提供使用者更多元化的應用範圍,相較於習知的多頻天線,本發明的寬頻天線更能於無線傳輸過程中,提供適用於高頻/低頻頻段的無線訊號,且具有較佳的電壓駐波比。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10...多頻天線
100...接地部分
101...第一輻射部分
102...微調金屬部分
103...第二輻射部分
104...第三輻射部分
105...饋線
106...凸點
L102...長度
W102...寬度
2、3、4、5、6、8、9‧‧‧寬頻天線
20‧‧‧接地元件
22‧‧‧饋入源
24、34、44、54、64‧‧‧第一輻射體
240、340、440、540、640‧‧‧第一輻射件
242、342、442、542、642‧‧‧第二輻射件
244、344、444、544、644‧‧‧傳導元件
26、56、66、86、96‧‧‧第二輻射體
260、560、660‧‧‧第三輻射件
262、562、662‧‧‧短路元件
264、644、860、960、962‧‧‧分段
28、58、68‧‧‧基板
40‧‧‧槽孔部
5440、6440‧‧‧傳導部
5442、6442‧‧‧耦合部
862、964‧‧‧末端
C1、C2、C3、C4‧‧‧彎折處
D1‧‧‧第一距離
第1圖為習知一多頻天線之示意圖。
第2圖為本發明一寬頻天線之示意圖。
第3圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
第4圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
第5圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
第6圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
第7圖為第2圖寬頻天線量測之電壓駐波比(VSWR)示意圖。
第8圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
第9圖為本發明另一寬頻天線之示意圖。
2...寬頻天線
20...接地元件
22...饋入源
24...第一輻射體
240...第一輻射件
242...第二輻射件
244...傳導元件
26...第二輻射體
260...第三輻射件
262...短路元件
264...分段
28...基板
C1、C2、C3、C4...彎折處
D1...第一距離
Claims (11)
- 一種寬頻天線,包含有:一接地元件,電性連接於一地端;一饋入源,用來收發無線訊號;一第一輻射體,其包含有:一第一輻射件,沿一第一方向延伸;一第二輻射件,沿該第一方向之相反方向延伸,其中該第二輻射件包含一槽孔部;以及一傳導元件,沿一第二方向延伸,包含有一端電性連接於該第一輻射件及該第二輻射件之間,另一端電性連接於該饋入源;以及一第二輻射體,其包含有:一短路元件,電性連接於該接地元件;一第三輻射件,電性連接於該短路元件,並包含有一分段沿該第二方向延伸,且該分段與該傳導元件間隔一第一距離,該第一距離使該第三輻射件與該傳導元件產生耦合連接效應;其中,該第一方向與該第二方向大致垂直,且該第二輻射體距離該接地元件之一平均垂直距離小於該第一輻射件距離該接地元件之一平均垂直距離。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該第二輻射件呈現一倒階梯型或一倒斜面型。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該第一距離小於5公厘。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該第三輻射件包含至少一彎折。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該短路元件包含至少一彎折。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其另包含一基板,用來承載該第一輻射體、該第二輻射體及該接地元件。
- 如請求項6所述之寬頻天線,其中該傳導元件包含有:一傳導部,形成於該基板之一第一面,並電性連接於該第一輻射件及該第二輻射件;以及一耦合部,形成於該基板之一第二面上,電性連接於該饋入源,與該傳導部投影於該第二面之一投影結果部分重疊,並與該傳導部產生耦合連接效應。
- 如請求項7所述之寬頻天線,其中該基板之該第一面承載該第一輻射體及該第二輻射體,該第二面承載該接地元件,該傳導部與該第三輻射件之該分段間隔該第一距離。
- 如請求項7所述之寬頻天線,其中該基板之該第一面承載該第 一輻射體,該第二面承載該接地元件及該第二輻射體,該耦合部與該第三輻射件之該分段間隔該第一距離。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該第二輻射體之該分段與該短路元件係相互整合為一體,用以電性連接於該接地元件。
- 如請求項1所述之寬頻天線,其中該第三輻射元件之一末端係接近或遠離該第一輻射件。
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