寬帶天線的制作方法
【專利摘要】一種寬帶天線。該寬帶天線用于一無線通信裝置，該寬帶天線包括：一接地組件，該接地組件用來提供接地；一輻射部；一信號饋入組件，該信號饋入組件用來將一射頻信號傳送至該輻射部，以通過該輻射部發(fā)射該射頻信號，該信號饋入組件的一接地端電性連接該接地組件；一饋入點，該饋入點位于該輻射部上；一電容，該電容電性連接于該饋入點與該信號饋入組件之間；以及一第一電感，該第一電感的一第一端電性連接于該電容。本發(fā)明使用電容、電感等無源組件設(shè)置于信號饋入組件旁，以激發(fā)多個共振模態(tài)并達到良好的阻抗匹配，使天線可兼具寬帶及小尺寸的優(yōu)點。
【專利說明】寬帶天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬帶天線，尤指一種使用無源組件激發(fā)共振效應，以改善天線高頻帶寬和提升低頻匹配的寬帶天線。

【背景技術(shù)】
[0002]天線用來發(fā)射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電信號。一般具有無線通信功能的電子產(chǎn)品，如筆記本型計算機、個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant)等,通常通過內(nèi)建的天線來訪問無線網(wǎng)絡(luò)。因此，為了讓使用者能更方便地訪問無線通信網(wǎng)絡(luò)，理想天線的帶寬應在許可范圍內(nèi)盡可能地增加，而尺寸則應盡量減小，以配合便攜式無線通信器材體積縮小的趨勢。除此之外，隨著無線通信技術(shù)的演進，大數(shù)據(jù)量的傳輸已成為通信系統(tǒng)需求，且不同無線通信系統(tǒng)的工作頻率可能不同，因此，理想的天線應能以單一天線涵蓋不同無線通信網(wǎng)絡(luò)所需的頻帶。
[0003]因此，如何在有限空間下設(shè)計小尺寸的天線，同時有效提高天線帶寬，使之適用于不同無線通信系統(tǒng)的工作頻率，也就成為業(yè)界所努力的目標之一。
[0004]從而，需要提供一種寬帶天線來解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要提供一種天線，其在天線饋入信號端搭配無源組件，以達到寬帶的效果，并可有效地縮小天線尺寸。
[0006]本發(fā)明公開一種寬帶天線，該寬帶天線用于一無線通信裝置，該寬帶天線包含:一接地組件，該接地組件用來提供接地；一輻射部；一信號饋入組件，該信號饋入組件用來將一射頻信號傳送至該輻射部，以通過該輻射部發(fā)射該射頻信號，該信號饋入組件的一接地端電性連接該接地組件；一饋入點，該饋入點位于該福射部上；一電容，該電容電性連接于該饋入點與該信號饋入組件之間；以及一第一電感，該第一電感的一第一端電性連接于該電容。
[0007]本發(fā)明使用電容、電感等無源組件設(shè)置于信號饋入組件旁，以激發(fā)多個共振模態(tài)并達到良好的阻抗匹配，使天線可兼具寬帶及小尺寸的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1A為本發(fā)明實施例的一寬帶天線的示意圖。
[0009]圖1B為圖1A的寬帶天線的正面示意圖。
[0010]圖1C為圖1A的寬帶天線的背面示意圖。
[0011]圖1D為圖1A的寬帶天線的側(cè)面示意圖。
[0012]圖1E為圖1A的寬帶天線的電壓駐波比示意圖。
[0013]圖1F為圖1A的寬帶天線的輻射效率示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例的一寬帶天線的示意圖。
[0015]圖3A為本發(fā)明實施例的一寬帶天線的示意圖。
[0016]圖3B為圖3A的寬帶天線的正面示意圖。
[0017]圖3C為圖3A的寬帶天線的背面示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明實施例的一寬帶天線的示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例的一寬帶天線的示意圖。
[0020]圖6為圖1A的寬帶天線應用于一無線通信裝置的示意圖。
[0021]主要組件符號說明:
[0022]10、20、30、40、50寬帶天線
[0023]100、200、300、400、500基板
[0024]102、202、302、402、502輻射部
[0025]1020、2020、3020、4020第一輻射體
[0026]1022、2022、3022、4022第二輻射體
[0027]1024、2024、3024第三輻射體
[0028]1026、2026、3026第四輻射體
[0029]2028第五輻射體
[0030]104、204、304、404、504信號饋入組件
[0031]106、206、306、406、506接地組件
[0032]108、208、308、408短路組件
[0033]112、114、116、212、214、216、312、314、316連接部
[0034]118金屬片
[0035]Cl電容
[0036]L1、L2電感
[0037]FP1、FP2、FP3、FP4、FP5饋入點
[0038]D1、D2、D3方向
[0039]508耦合激發(fā)組件
[0040]5020低頻輻射體
[0041]5022高頻輻射體
[0042]60無線通信裝置
[0043]600殼體
[0044]dl、d2I禹合間距

【具體實施方式】
[0045]請參考圖1A至圖1F，圖1A為本發(fā)明實施例的一寬帶天線10的示意圖，圖1B為寬帶天線10的正面示意圖，圖1C為寬帶天線10的背面示意圖，圖1D為寬帶天線10的側(cè)面示意圖，圖1E為寬帶天線10的電壓駐波比示意圖，圖1F為寬帶天線10的輻射效率示意圖。寬帶天線10可用于一無線通信裝置，用以收發(fā)多個相異頻段如LTE/GSM850/GSM900(791MHz ?960MHz)與 GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/LTE2500 (1710MHz ?2700MHz)等的無線信號。寬帶天線10包含有一基板100、一輻射部102、一信號饋入組件104、一接地組件106、一短路組件108、一饋入點FP1、一電容Cl以及一電感LI?；?00為一雙面基板，其中一面(即正面)設(shè)有輻射部102，另一面(即背面)則設(shè)有短路組件108。接地組件106可由兩相接的金屬片所構(gòu)成，且此兩金屬片分別設(shè)于基板100的正面、背面。饋入點FPl位于輻射部102上，射頻信號主要從信號饋入組件104經(jīng)由饋入點FPl傳送至輻射部102，以發(fā)射至空氣中。信號饋入組件104的一接地端可連接無線通信裝置的一系統(tǒng)接地件或一同軸電纜的地線。電容Cl電性連接于饋入點FPl與信號饋入組件104之間，而電感LI電性連接于電容Cl及接地組件106之間。藉由電容Cl及電感LI等無源組件，寬帶天線10可增加多個共振模態(tài)，以達到寬帶的效果，并有效地縮小天線尺寸。
[0046]詳細來說，短路組件108的一端電性連接于輻射部102，而另一端電性連接接地組件106。輻射部102在基板100的正面包含有一第一輻射體1020及一第二輻射體1022，在基板100的背面還可包含有一第三輻射體1024及一第四輻射體1026?；?00可具有一或多個貫孔(Via)，可位于輻射部102中，以電性連接第一輻射體1020與第三輻射體1024及第二輻射體1022與第四輻射體1026，亦可位于接地組件106中，以將基板100的正面及背面的接地組件106相連。如圖1C所示，短路組件108可電性連接第三輻射體1024、第四輻射體1026及位于背面的接地組件106，短路組件108、第三輻射體1024、第四輻射體1026以及位于背面的接地組件106較佳地為一體成型結(jié)構(gòu)，但不限于此。短路組件108所延伸的方向大致上與第一輻射體1020、第三輻射體1024所延伸的方向D2相同，而第三輻射體1024、第四輻射體1026大致與第一輻射體1020、第二輻射體1022在基板100的平面的投影結(jié)果重疊。連接部112、114、116位于電容Cl及電感LI兩端，用以輔助電容Cl電性連接于饋入點FPl與信號饋入組件104之間，以及輔助電感LI電性連接于電容Cl與接地組件106之間。連接部112、114、116可以是金屬連接片，或是將電容Cl及電感LI焊于基板100上的焊點。
[0047]電容Cl電性連接于饋入點FPl與信號饋入組件104之間，因此，當射頻信號由信號饋入組件104經(jīng)由電容Cl饋入至饋入點FPl后，電流會流至輻射部102，以通過輻射部102發(fā)射射頻信號。由于第三福射體1024、第四福射體1026與第一福射體1020、第二福射體1022部分重疊，因此通過耦合效應，第三輻射體1024、第四輻射體1026會感應第一輻射體1020及第二輻射體1022上的電流，而產(chǎn)生相同方向的感應電流。如此一來，可增加輻射部102的輻射金屬面積，進而縮小天線尺寸，并同時達到良好的寬帶阻抗匹配。
[0048]圖1D顯示由寬帶天線10左側(cè)往右側(cè)方向看入的側(cè)面示意圖，寬帶天線10可還包含一金屬片118，電性連接輻射部102。金屬片118大致垂直輻射部102平貼于基板100的平面，亦可與輻射部102呈任一夾角。金屬片118可視為輻射部102在Z軸方向的延伸，以輻射電磁波，而增加天線的輻射金屬面積。
[0049]由上述可知，第一輻射體1020的一電氣長度大于第二輻射體1022的一電氣長度，兩輻射體1020、1022相連接而短路到接地組件106，分別用來共振出一低頻頻段及一高頻頻段。電容Cl與第一輻射體1020、第二輻射體1022相互搭配，用來共振出另一高頻頻段。因此，寬帶天線10可至少包含有三個共振頻段。此外，電感LI與第一輻射體1020、第二輻射體1022相互搭配，用來提升低頻頻段的阻抗匹配。其中，電容Cl的一等效電容值大致上介于IpF至20pF之間，而電感LI的一等效電感值大致上介于InH至20nH之間。信號饋入組件104用來連接信號線，以傳送射頻信號。為了達到較佳的輻射場型，信號饋入組件104的一饋入方向Dl平行于射頻信號在輻射部102上的共振方向D2、D3。在適當調(diào)整輻射部102、短路組件108的尺寸及電容Cl、電感LI的數(shù)值后，寬帶天線10可應用于多個相異頻段的無線通信系統(tǒng)中，如LTE、GSM系統(tǒng)等。如圖1E所示，寬帶天線10可同時改善帶寬與匹配效果，并且，如圖1F所示，其工作頻段內(nèi)(791MHz?960MHz及1710MHz?2700MHz)的輻射效率亦可維持在50%左右。
[0050]需注意的是，本發(fā)明實施例利用電容、電感等無源組件設(shè)置于信號饋入組件旁，以改善天線的帶寬與匹配，凡依此所作的各種變化皆屬本發(fā)明的范疇。舉例來說，在圖1A中，寬帶天線10的各組件印刷于基板100，但不限于此，亦可以金屬板制成第一輻射體1020、第二輻射體1022、第三輻射體1024、第四輻射體1026、接地組件106、短路組件108等。此外，位于基板100正面、背面的輻射部102或接地組件106可通過一或多個貫孔達到電性連接的效果，亦可通過其他形式的電性連接方式如金屬連接線等實現(xiàn)。如圖1A所示，寬帶天線10為一平面倒F天線，但不限于此，本發(fā)明利用電容、電感等無源組件以改善天線的帶寬與匹配的概念亦可應用于單極天線、雙極天線、折疊式雙極天線或槽孔天線等各式天線結(jié)構(gòu)中。
[0051]請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例的一寬帶天線20的示意圖。比較圖2及圖1A可知，寬帶天線20的輻射體形狀與寬帶天線10相似。不同的是，寬帶天線20相比寬帶天線10增加了一電感L2。在基板200的正面上，輻射部202包含有一第一輻射體2020、一第二輻射體2022及一第五輻射體2028，第一輻射體2020與第五輻射體2028之間具有一不連續(xù)金屬面，而電感L2電性連接于第一輻射體2020與第五輻射體2028之間。在輻射部202中增加電感L2，可額外共振出另一高頻頻段，而進一步地增加天線帶寬。
[0052]請參考圖3A至圖3C，圖3A為本發(fā)明實施例的一寬帶天線30的示意圖，圖3B為寬帶天線30的正面示意圖，圖3C為寬帶天線30的背面示意圖。比較圖3A至圖3C及圖1A至圖1C可知，寬帶天線30的輻射體形狀與寬帶天線10相似。不同的是，短路組件308所延伸的方向大致上與第二輻射體3022所延伸的方向D3相同。換言之，第二輻射體3022的一水平投影結(jié)果(即在X軸的投影結(jié)果)與短路組件308的一水平投影結(jié)果大致重疊。將短路組件308的延伸方向由方向D2改變?yōu)榉较駾3可使寬帶天線30產(chǎn)生另一共振模態(tài)，而形成另一頻段的天線，以符合另一無線通信系統(tǒng)的應用。
[0053]請參考圖4，圖4為本發(fā)明實施例的一寬帶天線40的示意圖。比較圖4及圖1A可知，寬帶天線40的輻射體形狀與寬帶天線10相似。不同的是，在寬帶天線10中，輻射部402及短路組件408分別設(shè)置于基板400的不同兩面上；而在寬帶天線40中，輻射部402及短路組件408設(shè)置于基板400的同一平面上。此外，在寬帶天線10中，第一輻射體1020與第二輻射體1022的銜接處向接地組件106延伸，其形狀為不等邊的倒三角形；而在寬帶天線40中，第一輻射體4020與第二輻射體4022的銜接處向接地組件406延伸，其形狀為一倒立的直角三角形。值得注意的是，第一輻射體與第二輻射體的銜接處的形狀不限于此，可以是等邊或不等邊的倒三角形，亦可以是長方形、楔形、梯形，或任意組合的幾何形狀，其可根據(jù)不同的應用作適當?shù)恼{(diào)整，以改善天線的阻抗匹配。
[0054]在上述實施例中，寬帶天線10、20、30、40以直接饋入的方式，將射頻信號由饋入點 FP1、FP2、FP3、FP4 饋入至第一輻射體 1020、2020、3020、4020 及第二輻射體 1022、2022、3022、4022。然而，不限于此，本發(fā)明亦可應用于耦合饋入形式的天線中。
[0055]請參考圖5，圖5為本發(fā)明實施例的一寬帶天線50的示意圖。寬帶天線50包含有一基板500、一輻射部502、一信號饋入組件504、一接地組件506、一耦合激發(fā)組件508、一饋入點FP5、一電容Cl以及一電感LI。輻射部502包含有一低頻輻射體5020及一高頻輻射體5022。饋入點FP5位于高頻輻射體5022上，高頻輻射體5022與低頻輻射體5020之間具有一耦合間距dl，射頻信號以耦合的方式由高頻輻射體5022饋入低頻輻射體5020中。耦合激發(fā)組件508電性連接于低頻輻射體5020與接地組件506之間，并且與高頻輻射體5022之間具有一耦合間距d2，以加強低頻輻射體5020與高頻輻射體5022之間的耦合作用，激發(fā)不同的共振模態(tài)。耦合間距dl、d2可視高頻輻射體5022、低頻輻射體5020及耦合激發(fā)組件508的面積、形狀、位置及阻抗匹配等需求而適應性地調(diào)整，不需為一定值。低頻輻射體5020的一水平投影結(jié)果(即在X軸的投影結(jié)果)與高頻輻射體5022大致重疊，而高頻輻射體5022可為一不等寬度金屬片，以達到良好的耦合效果及輻射效能。
[0056]另外，如業(yè)界所熟知，天線的輻射頻率、帶寬、效率等與天線形狀、材質(zhì)等相關(guān)，因此，設(shè)計者應當可適當調(diào)整寬帶天線10、20、30、40、50，以符合系統(tǒng)所需。需注意的是，上述關(guān)于本發(fā)明寬帶天線的各種變化旨在說明本發(fā)明利用電容、電感等無源組件設(shè)置于信號饋入組件旁，以改善天線的帶寬與匹配，其他如材質(zhì)、制作方式、各組件的形狀、位置等皆可因應不同需求而作適當?shù)淖兓?，不限于此?br> [0057]請參考圖6，圖6為圖1A所示的寬帶天線10應用于一無線通信裝置60的示意圖。無線通信裝置60可以是任何具有無線通信功能的電子產(chǎn)品，如手機、平板計算機、筆記本型計算機、電子書、計算機系統(tǒng)、無線接入點設(shè)備等，其簡略地由一殼體600、寬帶天線10及一射頻信號處理裝置所構(gòu)成。寬帶天線10設(shè)置于殼體600內(nèi)，可同時收發(fā)多個相同頻帶的無線信號，使無線通信裝置60支持不同頻段的無線通信協(xié)議，以兼容于不同國家的通信規(guī)格。
[0058]綜上所述，本發(fā)明使用電容、電感等無源組件設(shè)置于信號饋入組件旁，以激發(fā)多個共振模態(tài)并達到良好的阻抗匹配，使天線可兼具寬帶及小尺寸的優(yōu)點。
[0059]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡是根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍所作的等同變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶天線，該寬帶天線用于一無線通信裝置，該寬帶天線包括: 一接地組件，該接地組件用來提供接地； 一福射部； 一信號饋入組件，該信號饋入組件用來將一射頻信號傳送至該輻射部，以通過該輻射部發(fā)射該射頻信號，該信號饋入組件的一接地端電性連接該接地組件； 一饋入點，該饋入點位于該福射部上； 一電容，該電容電性連接于該饋入點與該信號饋入組件之間；以及 一第一電感，該第一電感的一第一端電性連接于該電容。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，其中該第一電感的一第二端電性連接于該接地組件。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括: 一短路組件，該短路組件的一第一端電性連接于該輻射部，該短路組件的一第二端電性連接該接地組件。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括一基板，該輻射部及該短路組件設(shè)置于該基板的同一平面上。
5.如權(quán)利要求3所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括一基板，該輻射部設(shè)置于該基板的一第一面及一第二面，該短路組件設(shè)置于該基板的該第二面。
6.如權(quán)利要求5所述的寬帶天線，其中該基板具有至少一貫孔，該至少一貫孔位于該輻射部或該接地組件中，以電性連接該輻射部與該接地組件。
7.如權(quán)利要求3所述的寬帶天線，其中該輻射部包括: 一第一福射體，該第一福射體沿一第一方向延伸；以及 一第二輻射體，該第二輻射體電性連接于該第一輻射體，且沿一第二方向延伸； 其中，該第一輻射體的一電氣長度大于該第二輻射體的一電氣長度，而該短路組件沿該第一方向或該第二方向延伸，該第一方向與該第二方向相異。
8.如權(quán)利要求7所述的寬帶天線，其中該第一輻射體與該第二輻射體的銜接處向該接地組件延伸，該銜接處的形狀為長方形、楔形、三角形、梯形或一幾何組合。
9.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括: 一高頻輻射體，該高頻輻射體包括該饋入點；以及 一低頻輻射體，該低頻輻射體與該高頻輻射體之間具有一耦合間距，使該射頻信號以耦合的方式饋入該低頻輻射體。
10.如權(quán)利要求9所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括: 一耦合激發(fā)組件，該耦合激發(fā)組件電性連接于該低頻輻射體與該接地組件之間。
11.如權(quán)利要求9所述的寬帶天線，其中該高頻輻射體是一不等寬度金屬片。
12.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，其中該輻射部具有一不連續(xù)金屬面，而該寬帶天線還包括一第二電感，該第二電感電性連接于該不連續(xù)金屬面之間。
13.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，其中該電容的一等效電容值大約介于1？？至20奸之間。
14.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，其中該第一電感的一等效電感值大約介于1=?至20沾之間。
15.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，該寬帶天線還包括一金屬片，該金屬片電性連接該輻射部，并與該輻射部的一平面呈一夾角。
16.如權(quán)利要求1所述的寬帶天線，其中該信號饋入組件的一饋入方向平行于該射頻信號在該輻射部上的一共振方向。
【文檔編號】H01Q5/10GK104466394SQ201310415427
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】江毓彧, 陳彥呈, 曾冠學, 李佳典 申請人:啟碁科技股份有限公司