本發(fā)明涉及一種多頻天線以及電子系統(tǒng)，特別是涉及一種印刷式利用耦合饋入效應的單極式多頻天線以及電子系統(tǒng)。

背景技術：

在科技發(fā)展日新月異的現(xiàn)今時代中，電子裝置的運算能力增長，信號處理的能力也愈來愈好，特別是寬頻網絡與多媒體服務的演進，使得電子裝置的傳輸速率成為最大的需求之一。

目前盛行的第四代移動網絡4G/LTE(Long Term Evolution：長期演進)特別在頻寬上定義了支持多頻的規(guī)格，例如，4G/LTE移動網絡涵蓋了低頻(約698MHz至798MHz)、高頻(約2300MHz至2690MHz)，以及將來可望整合的其他波段，希望在未來可以提供更高的移動寬頻和多媒體服務。與目前主流的2G/GSM和3G/UMTS系統(tǒng)相比較，4G/LTE整合2G/3G/4G頻帶系統(tǒng)，除了相關技術可以延續(xù)，另外具有較高頻寬與傳輸數(shù)率，對用戶而言是非常具有吸引力的。

前述長期演進(LTE)網絡適用于相當多的波段，而不同地區(qū)選擇的波段互不相同。例如北美網絡主要使用700/800MHz以及1700/1900MHz；歐洲則使用800MHz、1800MHz以及2600MHz；亞洲國家多數(shù)使用1800MHz以及2600MHz等；澳洲使用1800MHz。因此，實際的需求是在一個終端裝置中可以支持多個波段，以在各國之間可能進行國際漫游。

技術實現(xiàn)要素：

為了達到在單一電子系統(tǒng)支持多個電磁波波段的目的，本發(fā)明說明書提出一種印刷式耦合饋入多頻天線，以及采用此多頻天線的電子系統(tǒng)，通過印刷式天線的多個波段信號路徑設計，達到多頻的目的。

其中，根據一個實施例，印刷式耦合饋入多頻天線主要的結構包括有一第一天線部，可具有一T形或L形蕈狀輻射部以及一提供此第一天線部連接 接地平面的天線連接部，其中蕈狀輻射部主要用以激發(fā)第一波段的電磁波。天線包括一第二天線部，可為一U形輻射部，浮設于所述第一天線部的蕈狀輻射部、天線連接部與接地平面所圍成的區(qū)域內，結構上，U形輻射部由第一輻射臂、第二輻射臂以及一電性連接部所組成，電性連接部設置有相對應的兩端，以分別與第一輻射臂及第二輻射臂連結。

天線達成的效果是，U形輻射部的第一輻射臂與接地平面相鄰，并產生耦合效應；U形輻射部的第二輻射臂與蕈狀輻射部相鄰，并產生耦合效應；而第一輻射臂與第二輻射臂因耦合效應致使第二天線部激發(fā)一感應最佳化頻率響應的第二波段電磁波。

在另一實施例中，印刷式耦合饋入多頻天線還可包括一第三天線部，第三天線部為延伸自前述第一天線部的天線連接部的印刷式導體，以通過延伸長度而激發(fā)一第三波段的電磁波。

若欲激發(fā)第四波段的電磁波，此多頻天線的前述第一天線部的蕈狀輻射部內設有第一段輻射部，此形成一L形的輻射段，通過調整長度而激發(fā)第四波段的電磁波。

印刷式耦合饋入多頻天線的結構還可通過工藝形成一或多個延伸的導體結構，用以調整天線阻抗的匹配，或可以一些槽孔結構定義出其他特定波段的輻射部。

發(fā)明的實施例還涉及具有所述印刷式耦合饋入多頻天線的電子系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果在于,說明書描述的印刷式耦合饋入單極多頻天線具備獨立調整機制，通過印刷式導體結構設計而形成多個波段信號路徑，再通過其中孔槽、各種匹配結構的設計，可以運作于多個波段下，并可操作在獨立地的電子系統(tǒng)中，產生多選擇性的優(yōu)勢，可方便做不同系統(tǒng)的多元應用。

為了能更進一步了解本發(fā)明為達成既定目的所采取的技術、方法及功效，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明、附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點，當可由此得以深入且具體的了解，然而所附附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之一；

圖2顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之二；

圖3顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之三；

圖4顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之四；

圖5顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之五；

圖6顯示為本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的實施例之六；

圖7顯示為組合印刷式耦合饋入多頻天線形成的電子系統(tǒng)實施例示意圖；

圖8顯示本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的回波損耗特性圖。

【符號說明】

第一天線部11 蕈狀輻射部111

天線連接部112 第二天線部12

第一輻射臂121 第二輻射臂122

電性連接部123 接地平面13

信號饋入點124 接地饋入點131

第一天線部21 蕈狀輻射部211

天線連接部212 第二天線部22

第一輻射臂221 第二輻射臂222

電性連接部223 接地平面23

信號饋入點224 接地饋入點231

第一天線部31 蕈狀輻射部311

天線連接部312 第二天線部32

第一輻射臂321 第二輻射臂322

電性連接部323 接地平面33

第三天線部34 信號饋入點324

接地饋入點331

第一天線部41 蕈狀輻射部411

接地連接部414 天線連接部412

L形匹配段413 第一匹配段415

第二匹配段416 槽孔417

槽孔418 第二天線部42

第一輻射臂421 第二輻射臂422

電性連接部423 接地平面43

第三天線部44 信號饋入點424

接地饋入點431

第一天線部51 第二天線部52

接地平面53 第三天線部54

第一匹配區(qū)501 第二匹配區(qū)502

第三匹配區(qū)503 第四匹配區(qū)504

第五匹配區(qū)505

第一波段信號路徑5

第二波段信號路徑8

第三波段信號路徑6

第四波段信號路徑7

第一天線部61 第二天線部62

接地平面63 第一間距S1

第二間距S2 第三間距S3

第一寬度W1 第二寬度W2

第三寬度W3

第一本體71 第二本體72

第三本體73

波段位置a,b,c,d,e

具體實施方式

本發(fā)明是有關于一種天線，且特別是有關于一種印刷式耦合饋入單極多頻帶天線，其中，為了要達成在單一印刷天線上支持多頻電磁波輻射的目的，通過結構的設計在天線上形成多波段信號路徑。

本說明書所揭示的印刷式耦合饋入多頻天線特別包括兩個主要的部分，為一種單極式多頻天線，實施例之一可以參考圖1所示的主要結構示意圖。

圖1所示為一種容易調整頻帶設計而達到系統(tǒng)應用的印刷式耦合饋入單極多頻天線，其第一天線部11為印刷式的導體，主要輻射部形成一蕈狀輻 射部111，另以一長形的天線連接部112電性連接到系統(tǒng)端的接地平面13，接地平面如后端電子系統(tǒng)的延伸結構，結構為根據電子系統(tǒng)的設計而定，并不限于特定實施方式。

結構上，蕈狀輻射部111的設計主要可以激發(fā)第一波段的電磁波，在其他實施例中，蕈狀輻射部111可以通過工藝形成多變化、可調整的結構，產生多波段信號路徑，而可對應激發(fā)特定的多個波段電磁波。根據發(fā)明實施例，蕈狀輻射部所激發(fā)的第一波段的電磁波比如圖5示意顯示的第一波段信號路徑5，約在700～900MHz波段間，或/與第四波段信號路徑7，約在1.7GHz的波段。在此蕈狀輻射部內所激發(fā)的某電磁波段，描述上可設為第一波段電磁波。

印刷式耦合饋入單極多頻天線中另一主要輻射部為第二天線部12，如圖1顯示，為一個結構接近U形的輻射導體，U形輻射部主要可以第一輻射臂121、第二輻射臂122與電性連接部123所組成，第一輻射臂121與接地平面13相鄰并產生耦合效應，第二輻射臂122與蕈狀輻射部111相鄰并產生耦合效應，電性連接部123的導體結構的兩端即對應電性連接第一輻射臂121與第二輻射臂122。

此結構接近U形的第二天線部12并不直接接觸鄰近導體結構，也就是浮設(floating)于第一天線部11的蕈狀輻射部111、天線連接部112與接地平面13所圍成的區(qū)域內。第二天線部12長度可依據所需激發(fā)的電磁波波段而設計，如圖5示意圖顯示的第二波段信號路徑8，服務約2.17GHz波段，可設為第二波段電磁波。

印刷式耦合饋入單極多頻天線工作上具有設在第一天線部11銜接接地平面13上的接地饋入點131，以及設于第二天線部12的第一輻射臂121上一端的信號饋入點124，接地饋入點131與信號饋入點124鄰近設置，彼此相距一個可以產生電性耦合的距離，作為電氣信號饋入的電連接點。

特別的是，由于一般PIFA天線(Planar Inverted F Antenna，平面倒F天線)有頻寬較窄的問題，本發(fā)明所提出的印刷式耦合饋入多頻天線則應用了其中天線結構與鄰近導體之間的耦合效應，耦合效應(coupling effect)使得兩個獨立而分開的導體結構產生能量的聯(lián)系與交互作用，一般來說，耦合效應會產生損害系統(tǒng)效能的問題，但本發(fā)明則應用在一特定距離內可以突破結 構上頻寬的限制，而產生頻寬增加的效果。

天線與系統(tǒng)端的電性關系即如上述以接地饋入點131以及信號饋入點124聯(lián)系，其中的一信號饋入的方式為，系統(tǒng)端可以電纜線一端焊接于接地饋入點131以及信號饋入點124，另一端則延伸至系統(tǒng)的射頻電路(RF)上。另一方式可將天線信號饋入在系統(tǒng)端的印刷電路上，可以降低使用電纜的成本。

相對于圖1所示蕈狀輻射部為一結構上接近T形的輻射部，蕈狀輻射部可以如圖2顯示的實施例，如一L形輻射部。

圖2顯示此天線主要結構有第一天線部21以及第二天線部22，第一天線部21具有L形的蕈狀輻射部211以及電性連接到接地平面23的天線連接部212，蕈狀輻射部211即通過天線連接部212電性連接接地平面23。同樣地，此蕈狀輻射部211可用以激發(fā)一特定波段的電磁波；第二天線部22為結構上為接近U形的導體，由第一輻射臂221、第二輻射臂222以及電性連接部223組成，浮設于第一天線部21的蕈狀輻射部211、天線連接部212與接地平面23所圍成的區(qū)域內。

布局上，U形輻射部的第一輻射臂221與接地平面23相鄰，在一接近的距離內可產生耦合效應；U形輻射部的第二輻射臂222與蕈狀輻射部211相鄰，也在一定距離內產生耦合效應，第一輻射臂221與第二輻射臂222因耦合效應致使第二天線部22激發(fā)一感應最佳化頻率響應的特定波段電磁波。與電子系統(tǒng)連接上，天線在接地平面23上設有接地饋入點231，在第二天線部22上設有信號饋入點224。

圖3接著顯示本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的另一實施例，其中通過印刷結構上的改變產生支持其他波段信號輻射的目的。

在此實施例中，天線主要結構為第一天線部31、第二天線部32以及第三天線部34，系統(tǒng)端有一接地平面33。如圖3所示，第一天線部31包括有如T形(另不排除可以為L形)的蕈狀輻射部311，以及電性連接接地平面33的天線連接部312；第二天線部32仍為結構上接近U型的第二天線部32，主要由第一輻射臂321、第二輻射臂322以及電性連接部323所組成。

同樣地，第二天線部32與鄰近的導體結構產生耦合效應，特別是其中第一輻射臂321與接地平面33在一距離內可以形成有效的耦合效應；第二 輻射臂322則與第一天線部31的蕈狀輻射部311產生耦合效應，整體產生的耦合效應將調整到產生有助頻寬提升的效果。

根據此實施例，印刷式耦合饋入多頻天線可通過結構的設計而支持其他波段的電磁輻射，如圖3顯示的第三天線部34，此第三天線部34為延伸自第一天線部31的天線連接部312的印刷式導體，第三天線部34結構上自天線連接部312與接地平面33銜接位置延伸導體的長度，第三天線部34與第一天線部31同樣都經由天線連接部312電性連接此例的接地平面33，通過調整長度而可激發(fā)另一波段的電磁波，可設為第三波段的電磁波。根據圖5顯示的實施范例，形成第三波段信號路徑6，路徑相對較短，服務約2.7GHz的波段。

圖3顯示的印刷式耦合饋入多頻天線具有設于第二天線部32端點上的信號饋入點324，以及設于接地平面33上的接地饋入點331，作為連接后端電子系統(tǒng)的電連接點。

接著，圖4與圖5分別通過天線結構示意圖描述本發(fā)明說明書所提出的印刷式耦合饋入多頻天線的結構功能。

如圖4所示，其中根據輻射部位分為第一天線部41、第二天線部42，以及第三天線部44，其中第一天線部41包括有蕈狀輻射部411以及延長而電性連接接地平面43的天線連接部412，天線連接部412與接地平面43銜接處即如圖4所示的接地連接部414。天線連接部412一端延伸蕈狀輻射部411，另一端則通過接地連接部414電性連接接地平面43。

第二天線部42仍為結構上接近U形的導體，包括第一輻射臂421、第二輻射臂422以及電性連接部423，一端形成電性連接電子系統(tǒng)電氣信號的信號饋入點424，第二天線部42的輻射區(qū)域可通過延伸長度而調整天線操作的第二波段電磁波，如相對為中頻頻率。第三天線部44較佳為延伸自天線連接部412的導體結構，且相對于第二天線部42的位置，此第三天線部44為自天線連接部412不與第二天線部42相鄰的另一側方向延伸，也就設于遠離天線連接部412的方向延伸。此第三天線部44可通過延伸長度而調整天線操作的第三波段的電磁波，較佳為高頻頻率。

第一天線部41中的蕈狀輻射部411為輻射本體，通過改變此蕈狀輻射部411的延伸長度可調整天線操作的第一波段電磁波，因為可以形成較長的 波段信號路徑，可以服務如低頻的頻率信號。蕈狀輻射部411可以通過工藝形成多樣的結構，而這些結構特征可以形成多樣的波段信號路徑。

根據圖4中顯示的蕈狀輻射部411主要結構特征，包括有利用工藝形成的槽孔417，如圖4顯示的L形(實施例并不以此形狀為限)，其為半封閉的槽孔，一端設有一開口，該開口位于蕈狀輻射部411的一側邊，以此槽孔417的結構在第一天線部41上的蕈狀輻射部411與第二天線部42相鄰的一端定義出L形輻射段(如圖4下方)，形成L形匹配段413。槽孔417的結構(長度與寬度)調整可以調整天線操作頻率及匹配，L形匹配段413于工藝形成一個L形的結構，經參考圖5顯示的多個波段信號路徑，此L形匹配段413自天線連接部412通過長度匹配而形成第四波段信號路徑7，比如在特定應用上可以服務約在1.7GHz波段的電磁波。

進一步地，蕈狀輻射部411內可形成如圖4顯示的槽孔418，其為封閉而未有開口的槽孔，樣式并不限于圖4中所示，此槽孔418結構設計可以用以調整蕈狀輻射部411上的輻射路徑，借此調整天線操作的波段，比如可增加天線操作的低頻頻寬。

以上一或多個槽孔417、418的可調整的結構包括長度、寬度與彎折結構，可依據實際需求設計，這些結構的功能包括調整印刷式耦合饋入多頻天線的操作頻率及匹配。

在第一天線部41的蕈狀輻射部411內，也就是非鄰近第二天線部42的一端，可通過工藝可形成一或多個延伸的導體結構，這些延伸的導體結構形成一或多個匹配段，可用以調整印刷式耦合饋入多頻天線阻抗的匹配，特別是可以通過其中突起結構改變信號路徑、影響信號匹配等作用。如圖4顯示在其非與第二天線部42相鄰的一端可以通過工藝(如蝕刻、印刷工藝等)形成如圖4顯示的突起結構，比如第一匹配段415，此段主要功能為用以調整天線阻抗的匹配；另可形成與第一匹配段415相對設置的第二匹配段416，兩者之間具有一定的空間距離，也用以調整天線阻抗的匹配。而第一匹配段415與第二匹配段416之間的距離也可能會影響匹配的結果。

所示實施例的第一匹配段415與第二匹配段416可調整的結構包括形成的面積，以及彼此之間的間距等，都可以成為信號匹配的調整因子。

接地平面43上設有電性連接電子系統(tǒng)的接地饋入點431。接地平面43 區(qū)域可以彈性應用在各種電子系統(tǒng)，依照電子系統(tǒng)的需求而設計，比如通過此天線接地區(qū)域的設計可以單獨操作在小面積印刷電路板(PCB)應用，亦可操作搭配在大面積的電子系統(tǒng)的印刷電路板應用。

圖5則顯示本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的結構特征以及所影響的波段信號路徑。

印刷式耦合饋入多頻天線主要結構有蕈狀結構的第一天線部51、U形的第二天線部52，以及自第一天線部51的連接結構所延伸的長形結構所形成的第三天線部54。另設有接地平面53，接地平面53不僅是形成天線的接地信號，更是能與第二天線部52交互作用產生耦合效應。天線的結構產生了多種信號路徑，這些信號路徑的頻率響應可以通過結構的調整而改善，如此例蕈狀輻射部形成的第四波段信號路徑7，此可以服務在1.7GHz波段附近的電磁波。

而為了達成多頻的目的，再通過匹配、耦合效應而最佳化特定幾個波段的輻射頻率響應。此例中，第三天線部54形成了相對路徑較短的第三波段信號路徑6，在此天線設計中為服務高頻的電磁波信號，如在波段2.7GHz附近的電磁波。

印刷式耦合饋入多頻天線的主要特色之一是通過各種小結構形成多個信號路徑，使得可以激發(fā)出多種波段的電磁波。

比如第一匹配區(qū)501，也就是圖4所描述的兩個匹配段(第一匹配段415與第二匹配段416)形成的匹配區(qū)域，通過兩個匹配段的面積(長與寬)設計、間距設計達到需要的信號匹配。

在第一天線部51上，另有自本體延伸的第二匹配區(qū)502，與第一匹配區(qū)501同樣位在第一天線部51的同一端，此第二匹配區(qū)502特別設計用來延伸蕈狀輻射部的信號路徑，通過延伸長度的設計，達到激發(fā)所需波段的電磁波，此例顯示第二匹配區(qū)502為形成第一波段信號路徑5的主要輻射結構。另外，在第一天線部51中通過工藝所產生的槽孔而形成的第三匹配區(qū)503，其為半封閉的槽孔，一端設有一開口，該開口位于第一匹配區(qū)501的一邊。在此實施例顯示，第一匹配區(qū)501、第二匹配區(qū)502以及第三匹配區(qū)503共同形成自接地端延伸的第一波段信號路徑5，此路徑在此例中形成最長的信號路徑，可以服務低頻的電磁波信號，如波段700～900MHz，請參考其中虛線。

此例中，第二天線部52的兩個輻射臂分別都成為信號匹配的重要結構，除了其本身結構特征以外，如形狀、長度與寬度等調整因子，還可通過與相鄰的接地平面53的耦合效應形成第四匹配區(qū)504，以及與第一天線部51本體之間的耦合效應形成第五匹配區(qū)505，通過優(yōu)化，致使第二天線部52激發(fā)一感應最佳化頻率響應的第二波段的電磁波，如圖5顯示形成了第二波段信號路徑8，借此服務在2.17GHz波段附近的電磁波。

除上述第一天線部的各部結構描述外，圖6顯示本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線的各種可調整參數(shù)，以第二天線部62為例，可調整的參數(shù)至少包括兩個輻射臂之間的第一間距S1，此第一間距S1的大小將影響了第二天線部62是否可以正常地運作于所設計的波段內，比如需要考量是否會因為距離不當而產生電感電容振蕩(LC oscillation)，而影響原本應該要輻射的波長。

第二天線部62與接地平面63具有一第二間距S2，第二天線部62與第一天線部61之間有第三間距S3，第二間距S2與第三間距S3影響導體間的耦合效應，由于本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線是要借助各導體之間的耦合效應來提升頻率響應，因此適當?shù)牡诙g距S2與第三間距S3可以有效提升頻率響應，但是一旦失準，則可能產生破壞頻率響應的問題。

第二天線部62可如一U形的導體，本身的各部結構也影響輻射波長，比如所示的第一寬度W1、第二寬度W2與第三寬度W3，分別影響第二天線部62在特定波段內的頻率響應，可調整的結構參數(shù)比如輻射臂與電性連接部的尺寸，包括可以具有相同或不同的寬度。

本發(fā)明涉及采用上述各種印刷式耦合饋入多頻天線實施例的電子系統(tǒng)，經組合后，可以如圖7所示的實施例示意圖。

此例顯示有形成一個電子系統(tǒng)的天線結構本體特征，包括第三本體73為一印刷式接地平面，而第一本體71與第二本體72可以為設于印刷式的接地平面(第三本體73)的一或多個邊緣上的一或多組印刷式耦合饋入多頻天線。

圖8特別以一回波損耗特性圖表示印刷式耦合饋入多頻天線可以運行的幾個信號波段以及寬度，其中縱軸為回波損耗值(dB，return loss)，橫軸顯示為頻率(GHz)。

此回波耗損特性圖呈現(xiàn)天線在0.5GHz到3GHz之間的反射波與入射波 的功率比，表示天線可以運作于小于某回波損耗值(dB)的多個波段上。此例顯示天線在幾個波段位置a,b,c,d,e上顯示出可以運作的波段，如波段位置a顯示在724MHz附近、波段位置b顯示在9602MHz附近、波段位置c顯示在1.7GHz附近、波段位置d顯示在2.17GHz附近，以及波段位置e顯示在2.7GHz附近。

也就是表示，若以3G/4G/LTE運行的多個波段為目標，所舉的本發(fā)明印刷式耦合饋入多頻天線提供結構調整的方案，其實施例可以通過天線結構設計形成多個波段信號路徑，可以成功運作在多個波段中，此例顯示至少在724MHz(對比4G/LTE的操作頻率LTE-Band 12(699～746MHz))、960MHz(對比3G-Band(860～960MHz))、1.7GHz(LTE-Band 3(1710～1880MHz)、LTE-Band 4(1710～2155MHz))、2.17GHz(對比4G/LTE的操作頻率LTE-Band 1(1920～2170MHz))以及2.7GHz(對比4G/LTE的操作頻率LTE-Band 7(2500～2690MHz))等波段附近都具有不錯的回波損耗值。

因此，說明書描述的印刷式耦合饋入單極多頻天線具備獨立調整機制，通過印刷式導體結構設計而形成多個波段信號路徑，再通過其中孔槽、各種匹配結構的設計，可以運作于多個波段下，并可操作在獨立地的電子系統(tǒng)中，產生多選擇性的優(yōu)勢，可方便做不同系統(tǒng)的多元應用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，凡依本發(fā)明申請權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明權利要求的涵蓋范圍。