CN102856635A - 多频天线及具有该多频天线的电子装置 - Google Patents

多频天线及具有该多频天线的电子装置 Download PDF

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    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths

Abstract

一种多频天线及具有该多频天线的电子装置，该多频天线包含天线基板、天线接地面、天线单元与匹配导体。天线接地面、天线单元与匹配导体设置于天线基板上。天线接地面具有信号接地端与至少一弯折。天线单元邻近天线接地面，并提供第一与第二操作频带。匹配导体电性连接天线接地面，并与天线接地面之间具有夹角。匹配导体的长度接近第一操作频带的频率所对应的波长的四分之一。天线单元包括耦合导体、馈入导体、辐射导体与短路导体。馈入导体具有信号馈入端。辐射导体的其中一端面向天线接地面，且辐射导体与天线接地面之间具有间距。短路导体的两端分别电性连接天线接地面与耦合导体。此多频天线为独立天线，产品制造商能减少制造成本。

Description

多频天线及具有该多频天线的电子装置
技术领域
本发明涉及一种天线及使用该多频天线的电子装置，且特别涉及一种具有匹配导体的多频天线及使用该多频天线的电子装置。
背景技术
一般而言，传统的天线装置，大多将系统接地面作为天线接地面，以获得较好的阻抗匹配与频宽操作。通常，电子产品制造商必须根据不同的产品规格，搭配电子产品的系统接地面来设计出电子产品所需的天线，从而使天线具有较佳的辐射效能。据此，电子产品制造商在开发不同电子产品时，往往得重新设计天线的结构，进而导致天线的设计成本提高。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供一种多频天线，此多频天线包括天线基板、天线接地面、天线单元与第一匹配导体，其中天线接地面、天线单元与第一匹配导体设置于天线基板上。天线接地面具有一个以上的弯折与信号接地端。天线单元邻近于天线接地面，并用以提供第一操作频带与第二操作频带。第一匹配导体的一端电性连接天线接地面，并与天线接地面具有一夹角。第一匹配导体的长度接近于第一操作频带的频率所对应的波长的四分之一。天线单元包括耦合导体、馈入导体、辐射导体与短路导体。馈入导体设置于天线接地面与耦合导体之间，且沿着耦合导体延伸。馈入导体与耦合导体之间具有第一间距，且馈入导体具有相对于信号接地端的信号馈入端。辐射导体的一端电性连接耦合导体，而辐射导体的另一端则朝向天线接地面。辐射导体与天线接地面之间具有第二间距。短路导体的一端电性连接耦合导体，而短路导体的另一端电性连接天线接地面。
在本发明其中一个实施例中，上述天线接地面的宽度小于或等于天线接地面的长度的十分之一。
在本发明其中一个实施例中，上述多频天线还包括第二匹配导体。第二匹配导体的一端电性连接天线接地面，且第二匹配导体的长度接近第二操作频带的频率所对应的波长的四分之一，其中第二匹配导体与天线接地面具有第二夹角。
本发明实施例提供一种电子装置，此电子装置包括电子装置本体与上述的多频天线。电子装置本体包括系统接地面、电缆线与一个或多个电子芯片，而电子芯片设置于系统接地面上。多频天线通过电缆线电性连接电子装置本体，其中馈入导体的信号馈入端电性连接电缆线的信号线，且天线接地面的信号接地端电性连接电缆线的接地线，从而使得天线单元可经由电缆线与电子装置本体电性连接。
综上所述，本发明实施例提供一种多频天线，且此多频天线可以应用于电子装置中，此多频天线不需与系统接地面整合，也能具有良好的辐射效能与产生多频带操作的效果。换言之，此多频天线为独立天线，产品制造商不需要针对不同电子产品而重新设计天线，故能减少制造成本。此外，通过调整匹配导体与天线接地面夹角，可进一步控制天线辐射场型，以符合实际产品应用上的需求。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多频天线的平面图。
图2是本发明实施例提供的多频天线操作于925百万赫兹频带时的辐射场型图。
图3是本发明实施例提供的多频天线操作于1920百万赫兹频带时的辐射场型图。
图4是本发明实施例提供的多频天线的频率与返回损失的曲线图。
图5是本发明实施例提供的多频天线的天线接地面与匹配导体的夹角不同时的频率与反射损失的曲线图。
图6为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。
图7为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。
图8为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。
图9为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。
图10为本发明实施例提供的具多频天线的电子装置的立体图。
上述附图中的附图标记说明如下：
10、10’、12、14、16、18：多频天线
100：天线基板
102、122、142、162、182：天线接地面
104：天线单元
1041：馈入导体
1042：耦合导体
1043：辐射导体
1044：短路导体
106、126、146、166、186、188：匹配导体
20：电子装置本体
200：系统接地面
202：电缆线
204：电子芯片
C50、C52、C54：曲线
S1、S2：间距
α、β：夹角
A～G：端点
具体实施方式
〔多频天线的实施例〕
请参照图1，图1是本发明实施例提供的多频天线的平面图。多频天线10包含天线基板100、天线接地面102、天线单元104与匹配导体106。天线接地面102可以是独立于电子装置本体之外的接地面，因此，多频天线10可以是一个独立式天线，其设计方式可以降低多频天线10与电子装置本体的系统接地面之间的匹配与整合问题。
天线基板100可以是狭长矩形的基板，例如为FR4多层基板。天线基板100具有一表面(图1中，天线基板100所显示即为该表面)，其中天线接地面102与天线单元104都设置于天线基板100的表面上。例如，通过平面印刷技术将天线接地面102与天线单元104印制于天线基板100的表面上。然而，需要说明的是，天线接地面102与天线单元104设置于该表面的方式并不以此为限。另外，上述天线基板100的形状与材质也同样地并非用以限定本发明。
天线接地面102有信号接地端与一个以上的弯折，例如图1的天线接地面102为一个具有两个弯折的狭长形的金属线段。天线接地面102的宽度小于或等于天线接地面102的长度的十分之一，以借此缩小多频天线10的尺寸，从而使得多频天线10能够被置放于轻薄短小的电子装置内。
天线单元104经设置而邻近于天线接地面102，其中天线单元104的其中一端(端点E)与天线接地面102之间具有间距S2，且天线单元104的其中另一端(端点B)电性连接至天线接地面102。天线单元104用以提供第一操作频带与第二操作频带，例如第一操作频带包括全球移动通信系统(GlobalSystem for Mobile communication)850百万赫兹/900百万赫兹频带(GSM850/900频带，824百万赫兹～960百万赫兹)，第二操作频带包括全球移动通信系统1800百万赫兹/1900百万赫兹频带(GSM 1800/1900频带，1710百万赫兹～1990百万赫兹)与通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunications System)频带(UMTS频带，1920百万赫兹～2170百万赫兹)。值得一提的是，上述第一操作频带与第二操作频带的范围并非用以限定本发明。
匹配导体106的一端电性连接天线接地面102，且匹配导体106的长度可以是或接近第一操作频带的任一频率(例如为中心频率)所对应的波长的四分之一。匹配导体106可视为天线接地面102的延伸，天线设计者可以通过调整匹配导体106的长度来获得多频天线10的良好的阻抗频宽与辐射特性，因此匹配导体106的长度相关于第一操作频带的任一频率(例如为中心频率)所对应的波长。在本发明实施例中，匹配导体106例如可以是匹配金属线，但匹配导体106的实施方式却不用以限定本发明。
另外，匹配导体106与天线接地面102具有夹角α，此夹角α可以依据所需的辐射场型而被调整，因此夹角α的范围介于0到180度之间。换句话说，可以通过调整夹角α来改变多频天线10的辐射场型。举例来说，夹角α可以是90度。
值得一提的是，匹配导体106在天线接地面102的位置并非用以限定本发明。换言之，匹配导体106的一端可以任意地设置于天线接地面102的任何位置。另外，虽然多频天线10仅有一个匹配导体106，但于其他实施例中，多频天线10的匹配导体数目可以是一个以上。
天线单元104包括馈入导体1041、耦合导体1042、辐射导体1043与短路导体1044。于图1的实施例中，耦合导体1042、辐射导体1043与短路导体1044形成一个T形单极天线(T-shaped monopole antenna)。然而，要说明的是，天线单元104的形状与实现方式并非用以限定本发明。
馈入导体1041例如可以是由端点A至端点G的金属线段形成的馈入金属线，耦合导体1042例如可以是由端点C至端点F的金属线段形成的耦合金属线。馈入导体1041设置在天线接地面102与耦合导体1042之间，并沿着耦合导体1042延伸。馈入导体1041具有相对于天线接地面102的信号接地端的信号馈入端，且馈入导体1041与耦合导体1042之间具有间距S1。
在本发明实施例中，天线接地面102的信号接地端例如可以设置于端点B，而馈入导体1041的信号馈入端例如可以设置于端点A。馈入导体1041的信号馈入端所接收的信号能以耦合(coupling)馈入方式将电磁能量传至耦合导体1042。
辐射导体1043例如可以是由端点D至端点E的金属线段形成的辐射金属线。辐射导体1043的一端(端点D)电性连接耦合导体1042，而辐射导体1043的另一端(端点E)则面向天线接地面102，且辐射导体1043朝向天线接地面102的一端(端点E)与天线接地面102之间具有间距S2。
短路导体1044例如可以是由端点B至端点C的金属线段形成的短路金属线。短路导体1044的一端(端点C)电性连接耦合导体1042，而短路导体1044的另一端(端点B)则电性连接天线接地面102。
在本发明实施例中，间距S1例如可以是0.5厘米，天线基板100的厚度例如可以是1厘米，天线接地面102的长度与宽度例如分别是55厘米与2厘米，而匹配导体106的长度例如约为80厘米。然而，值得说明的是，上述各元件尺寸并非用以限定本发明。
接着，请参考图2与图3，图2是本发明实施例提供的多频天线操作于925百万赫兹频带时的辐射场型图，而图3是本发明实施例提供的多频天线操作于1920百万赫兹频带时的辐射场型图。图2左边示出了对应夹角α为90度的多频天线10的辐射场型，图2右边示出了对应夹角α为180度的多频天线10的辐射场型。图3左边示出了对应夹角α为90度的多频天线10的辐射场型，图3右边示出了对应夹角α为180度的多频天线10的辐射场型。由图2与图3可以得知，多频天线10的辐射场型相关于匹配导体106与天线接地面102之间的夹角α。
接着，请参照图4，图4是本发明实施例提供的多频天线的频率与返回损失(return loss)的曲线图。于图4的曲线图中，多频天线10的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)为3∶1。当多频天线10操作于GSM850/900频带与GSM 1800/1900频带(或UMTS频带)时，多频天线10的阻抗频宽能符合6dB的返回损失的需求。据此，多频天线10可以具有良好的辐射效能，且可以满足目前一般手机产品的通讯规范所使用的频带。
请参照图5，图5是本发明实施例提供的多频天线的天线接地面与匹配导体的夹角不同时的频率与返回损失的曲线图。曲线C50、C52与C54分别表示夹角α为90度、135度与180度时的返回损失曲线。由图5可知，即使改变夹角α来调整辐射场型，但本发明实施例所提供的多频天线10操作于GSM 850/900频带、GSM 1800/1900频带与UMTS频带时，多频天线10的阻抗频宽依然能符合6dB的返回损失的需求。
〔多频天线的另一实施例〕
请参考图6，图6为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。图6的多频天线12与图1的多频天线10之间的差异在于，图1的多频天线10的天线接地面102与匹配导体106之间的夹角α为90度，然而，图6的多频天线12的天线接地面122与匹配导体126之间的夹角α为180度。如同前面所述，天线接地面与匹配导体之间的夹角α可介于0至180度，并且，通过调整夹角α，可控制多频天线10的辐射场型。
〔多频天线的另一实施例〕
请参考图7，图7为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。图7的多频天线14与图1的多频天线10之间的差异在于，图1的多频天线10的匹配导体106的一端连接于天线接地面102的左边，然而，图7的多频天线14的匹配导体146的一端连接于天线接地面142的中间。如同前面所述，匹配导体与天线接地面之间的连接位置并非用以限定本发明。
〔多频天线的另一实施例〕
请参考图8，图8为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。图8的多频天线16与图1的多频天线10之间的差异在于，图1的多频天线10的匹配导体106设置于天线接地面102的左边，且与天线接地面102之间的夹角α为90度，然而，图8的多频天线16的匹配导体166设置于天线接地面162的右边，且与天线接地面162之间的夹角α为180度。如同前面所述，匹配导体与天线接地面之间的连接位置与夹角α并非用以限定本发明。
〔多频天线的另一实施例〕
请参考图9，图9为本发明另一实施例所提供的多频天线的平面图。图9的多频天线18与图1的多频天线10之间的差异在于，图1的多频天线10仅有一个匹配导体106设置于天线接地面102的左边，然而，图9的多频天线18具有两个匹配导体186与188分别设置于天线接地面182的左边与右边，其中匹配导体188与天线接地面182之间具有夹角β。在本实施例中，夹角α与夹角β均为90度，且匹配导体188的长度接近第二频带的任一频率(例如为中频率)所对应的波长的四分之一。如同前面所述，多频天线的匹配导体数目并非用以限定本发明。
〔具有多频天线的电子装置的实施例〕
请参照图10，图10为本发明实施例提供的具有多频天线的电子装置的立体图。此电子装置包含多频天线10’与电子装置本体20，图10中的多频天线10’可以是前述各实施例的多频天线。于本实施例中，多频天线10’设置于电子装置内，且可通过使用固定手段将多频天线10’设置于电子装置本体20上，其中固定手段例如为使用铜柱、海绵或连接器等方式将多频天线10’设置于电子装置本体20上。值得注意的是，上述的各种固定手段并非用以限定本发明。
电子装置本体20包括系统接地面200、电缆线202与一个以上的电子芯片204，其中电子芯片204设置于系统接地面200上，用以发送射频信号至多频天线10’，或接收来自多频天线10’的射频信号。电子装置本体20可以是电路板、手机装置、电脑装置等。多频天线10’的信号馈入端与信号接地端分别电性连接电缆线202的信号线与接地线，换言之，电缆线202用以电性连接多频天线10’与电子装置本体20中的电子芯片204。电子装置的天线接地面并不需与系统接地面200整合，而可以减少设计天线的设计成本。
综上所述，本发明实施例提供一种多频天线与具有此多频天线的电子装置。此多频天线不需与系统接地面整合，也能具有良好的辐射效能与产生多频带操作的效果。换言之，此多频天线为独立天线，产品制造商不需要针对不同电子产品而重新设计天线，故能减少制造成本。另外，此多频天线的辐射场型还可以通过调整匹配导体与天线接地面之间的夹角而改变。除此之外，此多频天线还可以应用于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (20)

1.一种多频天线，其特征在于，该多频天线包括：
天线基板；
天线接地面，设置于该天线基板上，并具有一个以上的弯折与信号接地端；
天线单元，设置于该天线基板上，邻近该天线接地面，并用以提供第一操作频带与第二操作频带，其中该天线单元包括：
耦合导体；
馈入导体，设置于该天线接地面与该耦合导体之间，沿着该耦合导体延伸，并具有相对于该信号接地端的信号馈入端，其中该馈入导体与该耦合导体之间具有第一间距；
辐射导体，其一端电性连接该耦合导体，其另一端则面向该天线接地面，其中该辐射导体与该天线接地面之间具有第二间距；以及
短路导体，其一端电性连接该耦合导体，其另一端则电性连接该天线接地面；
第一匹配导体，其一端电性连接该天线接地面，且其长度接近该第一操作频带的频率所对应的波长的四分之一，其中该第一匹配导体与该天线接地面具有第一夹角。
2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该天线接地面的宽度小于或等于该天线接地面的长度的十分之一。
3.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该第一操作频带的该频率为该第一操作频带的中心频率。
4.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该第一夹角的范围介于0到180度之间。
5.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，该多频天线更包括：
第二匹配导体，其一端电性连接该天线接地面，且其长度接近该第二操作频带的频率所对应的波长的四分之一，其中该第二匹配导体与该天线接地面具有第二夹角。
6.如权利要求5所述的多频天线，其特征在于，其中该第一操作频带的该频率为该第一操作频带的中心频率，且该第二操作频带的该频率为该第二操作频带的中心频率。
7.如权利要求5所述的多频天线，其特征在于，其中该第一夹角与第二夹角的范围均介于0到180度之间。
8.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该匹配导体为匹配金属线，该耦合导体为耦合金属线，该馈入导体为馈入金属线，该辐射导体为辐射金属线，且该短路导体为短路金属线。
9.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该天线基板为狭长矩形基板。
10.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该天线接地面为狭长形金属线段。
11.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该第一操作频带包括GSM 850/900频带，且该第二操作频带包括GSM 1800/1900/UMTS频带。
12.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中该第一间距为0.5厘米。
13.一种电子装置，其特征在于，该电子装置包括：
电子装置本体，具有系统接地面、电缆线与至少一电子芯片，该电子芯片设置于该系统接地面上；以及
多频天线，通过该电缆线电性连接该电子装置本体的该电子芯片，包括：
天线基板；
天线接地面，设置于该天线基板上，并具有一个以上的弯折与信号接地端，其中该信号接地端电性连接该电缆线的接地线；
天线单元，设置于该天线基板上，邻近该天线接地面，并用以提供第一操作频带与第二操作频带，其中该天线单元包括：
耦合导体；
馈入导体，设置于该天线接地面与该耦合导体之间，沿着该耦合导体延伸，并具有相对于该信号接地端的信号馈入端，其中该馈入导体与该耦合导体之间具有第一间距，且该信号馈入端电性连接该电缆线的信号线；
辐射导体，其一端电性连接该耦合导体，其另一端则面向该天线接地面，其中该辐射导体与该天线接地面之间具有第二间距；以及
短路导体，其一端电性连接该耦合导体，其另一端则电性连接该天线接地面；
第一匹配导体，其一端电性连接该天线接地面，且其长度接近该第一操作频带的频率所对应的波长的四分之一，其中该第一匹配导体与该天线接地面具有第一夹角。
14.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，其中该天线接地面的宽度小于或等于该天线接地面的长度的十分之一。
15.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，其中该第一夹角的范围介于0到180度之间。
16.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，其中该多频天线更包括：
第二匹配导体，其一端电性连接该天线接地面，且其长度接近该第二操作频带的频率所对应波长的四分之一，其中该第二匹配导体与该天线接地面具有第二夹角。
17.如权利要求16所述的电子装置，其特征在于，其中该第一操作频带的该频率为该第一操作频带的中心频率，且该第二操作频带的该频率为该第二操作频带的中心频率。
18.如权利要求16所述的电子装置，其特征在于，其中该第一夹角与第二夹角的范围均介于0到180度之间。
19.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，其中该匹配导体为匹配金属线，该耦合导体为耦合金属线，该馈入导体为馈入金属线，该辐射导体为辐射金属线，且该短路导体为短路金属线。
20.如权利要求13所述的电子装置，其特征在于，其中该第一操作频带包括GSM 850/900频带，且该第二操作频带包括GSM 1800/1900/UMTS频带。
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