偶极天线及射频装置制造方法
【专利摘要】一种偶极天线及射频装置。该偶极天线包括：信号馈入端，用来馈入射频信号；平衡-非平衡器，电性连接于信号馈入端，用来疏通逆电流，以平衡馈入阻抗；第一辐射体，电性连接于信号馈入端及平衡-非平衡器，用来辐射第一频段的射频信号，包括：第一支臂，一端电性连接于信号馈入端及平衡-非平衡器；以及第二支臂，一端电性连接于平衡-非平衡器；以及第二辐射体，电性连接于第一辐射体、信号馈入端及平衡-非平衡器，用来辐射第二频段的射频信号，包括：第三支臂，一端电性连接于信号馈入端、第一支臂及平衡-非平衡器；以及第四支臂，一端电性连接于平衡-非平衡器及第二支臂；各支臂的另一端开路。本发明可降低逆电流的影响，并减少电磁干扰。
【专利说明】偶极天线及射频装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偶极天线及射频装置，尤指一种具有平衡-非平衡器以具有良好平衡馈入的偶极天线及射频装置。
【背景技术】
[0002]随着移动装置技术的进步，一般具有无线通信功能的电子产品，如平板计算机、笔记本型计算机、个人数字助理(Personal Digital Assistant)等,通常通过内建的天线来访问无线网络。
[0003]请参考图1，图1为一射频(Radio-Frequency)装置10的示意图。射频装置10是具有无线通信功能的电子装置，以笔记本型计算机为例，其简易地包含有偶极天线11、射频信号处理单元12以及一壳体13。一般来说，为了避免偶极天线11处于较恶劣的环境中，例如壳体13中设有金属件、硬盘、输入输出端口或主机板等(未绘于图1)的中央区域，偶极天线11往往设置于靠近壳体13边缘的区域。因此，常见的方式是利用金属导线，如同轴电缆14，将偶极天线11收发的射频信号传递至射频信号处理单元12，以做进一步的信号处理。
[0004]然而，上述设计方式使得传递射频信号的同轴电缆14成为偶极天线11的一部分，若同轴电缆14遭受噪声干扰，则会连带地使射频信号也受噪声干扰，因而降低无线通信的质量。
[0005]另一方面，不同的天线形态也受到同轴电缆14的影响而产生不同的天线效能。举例来说，理论上，偶极天线(Dipole Antenna)的天线增益比单极天线(Monopole Antenna)以及平面倒F形天线(Planar Inverted-F Antenna, PIFA)的天线增益高,但同轴电缆14的存在会破坏偶极天线11的馈入平衡。如此一来，一旦同轴电缆14的走线(cable routing)产生变化，则会使偶极天线11的天线效能改变，因而降低偶极天线11在量产时的稳定度及可靠度。
[0006]因此，如何设计具有良好的天线效能及平衡馈入的偶极天线，以提升天线在量产时的产品稳定度，实为本领域的重要课题之一。
[0007]从而，需要提供一种偶极天线及射频装置来满足上述需求。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的主要目的即在于提供一种偶极天线及射频装置，以提升天线效能及平衡馈入。
[0009]本发明公开一种偶极天线，该偶极天线包含:一信号馈入端，该信号馈入端用来馈入一射频信号；一平衡-非平衡器，该平衡-非平衡器电性连接于该信号馈入端，用来疏通该偶极天线的逆电流，以平衡该偶极天线的馈入阻抗；一第一辐射体，该第一辐射体电性连接于该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第一频段的该射频信号，该第一辐射体包含:一第一支臂，该第一支臂的一端电性连接于该信号馈入端及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二支臂，该第二支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该第一辐射体、该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第二频段的该射频信号，该第二辐射体包含:一第三支臂，该第三支臂的一端电性连接于该信号馈入端、该第一支臂及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第四支臂，该第四支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器及该第二支臂，另一端为开路。
[0010]本发明还公开一种射频装置，该射频装置包含:一射频信号处理单元，该射频信号处理单元用来产生一射频信号；以及一偶极天线，该偶极天线包含:一信号馈入端，该信号馈入端用来馈入一射频信号；一平衡-非平衡器，该平衡-非平衡器电性连接于该信号馈入端，用来疏通该偶极天线的逆电流，以平衡该偶极天线的馈入阻抗；一第一辐射体，该第一辐射体电性连接于该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第一频段的该射频信号，该第一辐射体包含:一第一支臂，该第一支臂的一端电性连接于该信号馈入端及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二支臂，该第二支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该第一辐射体、该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第二频段的该射频信号，该第二辐射体包含:一第三支臂，该第三支臂的一端电性连接于该信号馈入端、该第一支臂及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第四支臂，该第四支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器及该第二支臂，另一端为开路。
[0011]本发明可将非平衡馈入转换为平衡馈入方式，可降低逆电流对天线特性的影响，也可以减少电磁干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为一射频装置的示意图。
[0013]图2为一偶极天线的示意图。
`[0014]图3为本发明实施例的一偶极天线的示意图。
[0015]图4为图2的偶极天线及图3的偶极天线的电压驻波比的比较图。
[0016]图5为本发明实施例的一偶极天线的示意图。
[0017]图6为本发明实施例的一偶极天线的示意图。
[0018]图7为本发明实施例的一偶极天线的示意图。
[0019]主要组件符号说明:
[0020]10射频装置
[0021]12射频信号处理单元
[0022]13壳体
[0023]11、20、30、50、60、70 偶极天线
[0024]21、31、51、61、71 第一辐射体
[0025]22、32、52、62、72 第二辐射体
[0026]23、33、63、73信号馈入端
[0027]211、311、511、611、711 第一支臂
[0028]212、312、512、612、712 第二支臂
[0029]223、323、523、623、723 第三支臂[0030]224、324、524、624、724 第四支臂
[0031]35平衡-非平衡器
[0032]351第一接地支臂
[0033]352第二接地支臂
[0034]661第三接地支臂
[0035]662第四接地支臂
[0036]36、56、66、76接地部
[0037]14同轴电缆
[0038]24外背编织网
[0039]A3封闭型开口区域
[0040]B3、C3、C5、D3、E3间隙
【具体实施方式】
[0041]请参考图2，图2为一偶极天线20的示意图。偶极天线20可用来取代图1的偶极天线11，用来收发一射频信号，并通过同轴电缆14传递射频信号至射频信号处理单元12(未绘于图2)。偶极天线20包含有一信号馈入端23、一第一辐射体21以及一第二辐射体22。信号馈入端23用来馈入射频信号。第一辐射体21电性连接于信号馈入端23，用来辐射高频段的射频信号。第二辐射体22电性连接于第一辐射体21以及信号馈入端23，用来辐射低频段的射频信号。
[0042]详细来说，第一辐射体21包含有一第一支臂211以及一第二支臂212，其中第一支臂211电性连接于信号馈入端23，第二支臂212电性连接于同轴电缆14的外背编织网24。在此结构下，第一辐射体21可视为一偶极天线，通过第一支臂211输入射频电流，并且其逆电流可经由第二支臂212以及同轴电缆14的外背编织网24流至射频信号处理单元12。相似地，第二辐射体22包含有一第三支臂223以及一第四支臂224，其中第三支臂223电性连接于信号馈入端23，第四支臂224电性连接于同轴电缆14的外背编织网24。因此，第二辐射体22也可视为一偶极天线，通过第三支臂223输入射频电流，并且其逆电流可经由第四支臂224以及同轴电缆14的外背编织网24流至射频信号处理单元12。由于第一支臂211、第二支臂212与第三支臂223、第四支臂224具有不同的电流路径长度，因此可产生不同的共振模态，以收发不同频段的射频信号。
[0043]简单来说，偶极天线20将第一辐射体21及第二辐射体22，相当于两个偶极天线，相互电性连接，以得到双频的偶极天线20，如此即可具有较佳的辐射带宽。
[0044]然而，由于偶极天线20的逆电流直接流入同轴电缆14的一外背编织网24上，因此只要同轴电缆14的走线改变,使同轴电缆14的阻抗产生变化，如此即改变同轴电缆14与偶极天线20间的阻抗匹配。如此一来，偶极天线20可能在电子产品组装时发生天线效能不稳定的情况。
[0045]因此，为了增加偶极天线20在组装时的稳定度，请参考图3，图3为本发明实施例的一偶极天线30的示意图。偶极天线30可取代图2的偶极天线20而实现图1的偶极天线11，其包含有一 信号馈入端33、一平衡-非平衡器(Balun)35、一第一辐射体31以及一第二辐射体32。平衡-非平衡器35电性连接于信号馈入端33，用来疏通偶极天线30的逆电流，以平衡偶极天线30的馈入阻抗。第一辐射体31及第二辐射体32电性连接于信号馈入端33以及平衡-非平衡器35，用来分别辐射高、低频段的射频信号。第一辐射体31包含有一第一支臂311及一第二支臂312，其中第一支臂311的一端电性连接于信号馈入端33及平衡-非平衡器35，另一端为开路。第二支臂312的一端电性连接于平衡-非平衡器35，另一端为开路。第二辐射体32包含有一第三支臂323及一第四支臂324。第三支臂323的一端电性连接于信号馈入端33、第一支臂311及平衡-非平衡器35，另一端为开路。第四支臂324的一端电性连接于第二支臂312及平衡-非平衡器35，另一端为开路。
[0046]平衡-非平衡器35包含有一第一接地支臂351、一第二接地支臂352以及一接地部36。接地部36用来提供接地。第一接地支臂351的一端电性连接于第一支臂311、第三支臂323以及信号馈入端33，另一端电性连接于接地部36。第二接地支臂352的一端电性连接于第二支臂312及第四支臂324，另一端电性连接于接地部36。在此架构下，当射频信号馈入偶极天线30时，逆电流可流通于第一接地支臂351、第二接地支臂352及接地部36中，因此可降低流通于同轴电缆14的外背编织网24的逆电流，避免逆电流夹带噪声，经由外背编织网24回流至射频信号处理单元12。
[0047]简单来说，相比偶极天线20，偶极天线30还包含有平衡-非平衡器35，作为一非平衡转平衡馈入装置，使得偶极天线30可利用平衡式馈入的方式作激发，一方面可以减少电磁干扰，降低逆电流产生对天线特性的影响。
[0048]请参考图4，图4为偶极天线20及偶极天线30的电压驻波比的比较图。其中，偶极天线20的电压驻波比以虚线表示，偶极天线30的电压驻波比以实线表示。如图4所示，在无线局域网络(Wireless Local Area Network, WLAN)的低频工作频段2.4?2.5GHz及高频工作频段5.15?5.85GHz中，偶极天线30的电压驻波比皆小于2，而偶极天线20的电压驻波比则有部分大于2。
[0049]由此可见，增加了平衡-非平衡器35的偶极天线30可具有较佳的天线效能，并且可平衡同轴电缆14的非平衡馈入方式，使偶极天线30以平衡式馈入方式激发，降低线路走线对偶极天线30的影响，同时亦可增加偶极天线30对噪声的抵抗力。
[0050]需注意的是，本发明的偶极天线30利用与平衡-非平衡器35的结合，以达到平衡馈入，进而提升天线效能，也可提升偶极天线30的稳定度。凡是符合上述设计方式皆属本发明的范畴，本领域的普通技术人员应当可据以修饰、变化。举例来说，可适当调整平衡-非平衡器35的形状与连结方式，以调整平衡-非平衡器35对第一辐射体31、第二辐射体32的阻抗匹配。此外，第一辐射体31以及第二辐射体32的形状、相对位置以及其支臂的长度可适当调整，也可用来调整偶极天线30的阻抗匹配，以适应不同电子产品的应用需求。
[0051]如图3所示，偶极天线30的平衡-非平衡器35的第二接地支臂352与接地部36形成一封闭型开口区域A3，封闭型开口区域A3的大小用来调整偶极天线30的阻抗匹配。第一辐射体31的第一支臂311与第二支臂312之间具有一间隙B3，用来产生一耦合效应，其可调整偶极天线30的阻抗匹配。第一辐射体31的第一支臂311与第二辐射体32的第三支臂323之间具有一间隙C3，用来调整偶极天线30的阻抗匹配。第一辐射体31的第一支臂311及第二支臂312或第二辐射体32的第三支臂323及第四支臂324具有一弯折，使第一支臂311的末端与第三支臂323的末端位于同一延伸线上，并且第二支臂312的末端与第四支臂324的末端位于同一延伸线上。在此架构下，第一支臂311的末端与第三支臂323的末端之间具有一间隙D3，以及第二支臂的末端与第四支臂的末端之间具有一间隙E3，间隙D3、E3也可用来调整偶极天线30的阻抗匹配。如此一来，天线设计者可调整多种天线参数，如封闭型开口区域A3、间隙B3、C3、D3、E3等，以增加偶极天线30的设计灵活性。
[0052]请参考图5,图5为本发明实施例的一偶极天线50的示意图。偶极天线50与偶极天线30的差异在于，偶极天线50的一第一辐射体51中，一第一支臂511与一第二支臂512的面积与长度相等，为对称结构。相比之下，偶极天线30的第一辐射体31中，第一支臂311与第二支臂312为非对称结构，第一支臂311具有较大的金属面积。偶极天线50的一间隙C5比偶极天线30的间隙C3小，如此可增加第一支臂511与一第三支臂523之间的等效电容，以及第二支臂512与一第四支臂524之间的等效电容。
[0053]请参考图6，图6为本发明实施例的一偶极天线60的示意图。偶极天线60与偶极天线30、50的差异在于，偶极天线60的一接地部66的两端分别电性连接第三接地支臂661及第四接地支臂662，第三接地支臂661及第四接地支臂662与接地部66垂直，使接地部66呈现一 U形状。偶极天线30中，第一辐射体31及第二辐射体32涵盖的面积相对于接地部36涵盖的面积大。相比之下，在偶极天线60中，一第一辐射体61及一第二支臂612涵盖的总面积相对于接地部66涵盖的面积小，因此偶极天线60中大部分的逆电流可流通于接地部66上，而使偶极天线60具有较佳的稳定度及噪声抵抗力。此外，第一辐射体61的电流路径长度相对于一第二辐射体62的电流路径长度短。详细来说，射频信号从一信号馈入端63经过第一支臂611及第二支臂612回返到接地部66的电流路径较短，而射频信号从信号馈入端63经过一第三支臂623及一第四支臂624回返到接地部66的电流路径较长。因此第一辐射体61可用来辐射高频的射频信号，而第二辐射体62可用来辐射低频的射频信号。
[0054]请参考图7,图7为本发明实施例的一偶极天线70的不意图。偶极天线70与偶极天线60的差异在于，偶极天线70的一第一辐射体71用来辐射低频的射频信号，而一第二辐射体72用来辐射高频的射频信号。详细来说，射频信号从一信号馈入端73经过一第一支臂711及一第二支臂712回返到接地部76的电流路径较长，而射频信号从信号馈入端73经过一第三支臂723及一第四支臂724回返到接地部77的电流路径较短。因此第一辐射体71可用来辐射低频的射频信号，而第二辐射体72可用来辐射高频的射频信号。简言之，用来辐射高或低频段的辐射体，其相对位置可互换，以因应在不同频段的设计需求。
[0055]综上所述，偶极天线相比单极天线及平面倒F式天线具有较佳的理论天线增益值，然而，同轴电缆的馈入方式却会破坏偶极天线原有的平衡架构。因此，为了解决此问题，本发明提供的耦极天线30、50、60以及70包含有平衡-非平衡器，可用来将非平衡馈入转换为平衡馈入方式，一方面可降低逆电流对天线特性的影响，也可以减少电磁干扰。
[0056]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种偶极天线，该偶极天线包括: 一信号馈入端，该信号馈入端用来馈入一射频信号； 一平衡-非平衡器，该平衡-非平衡器电性连接于该信号馈入端，用来疏通该偶极天线的逆电流，以平衡该偶极天线的馈入阻抗； 一第一辐射体，该第一辐射体电性连接于该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第一频段的该射频信号，该第一辐射体包括: 一第一支臂，该第一支臂的一端电性连接于该信号馈入端及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及 一第二支臂，该第二支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该第一辐射体、该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第二频段的该射频信号，该第二辐射体包括: 一第三支臂，该第三支臂的一端电性连接于该信号馈入端、该第一支臂及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及 一第四支臂，该第四支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器及该第二支臂，另一端为开路。
2.如权利要求1所述的偶极天线，其中该平衡-非平衡器包括: 一接地部，该接地部 用来提供接地； 一第一接地支臂，该第一接地支臂的一端电性连接于该第一辐射体的该第一支臂、该第二辐射体的该第三支臂以及该信号馈入端，另一端电性连接于该接地部；以及 一第二接地支臂，该第二接地支臂的一端电性连接于该第一辐射体的该第二支臂、该第二辐射体的该第四支臂，另一端电性连接于该接地部。
3.如权利要求2所述的偶极天线，其中该平衡-非平衡器的该第二接地支臂与该接地部形成一封闭型开口区域，该封闭型开口区域的大小用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
4.如权利要求2所述的偶极天线，其中该平衡-非平衡器还包括一第三接地支臂及一第四接地支臂，该第三接地支臂及该第四接地支臂与该接地部垂直，分别电性连接于该接地部的两端，使该接地部呈现一 U形状。
5.如权利要求1所述的偶极天线，其中该第一辐射体的该第一支臂与该第二支臂之间具有一第一间隙，该第一间隙用来产生一耦合效应，以来调整该偶极天线的阻抗匹配。
6.如权利要求1所述的偶极天线，其中该第一支臂与该第三支臂之间以及该第二支臂与该第四支臂之间具有一第二间隙，该第二间隙用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
7.如权利要求1所述的偶极天线，其中该第一辐射体的该第一、第二支臂或该第二辐射体的该第三、第四支臂具有一弯折，使该第一、第二支臂的末端与该第三、第四支臂的末端位于同一延伸线上。
8.如权利要求7所述的偶极天线，其中该第一支臂的末端与该第三支臂的末端之间具有一第三间隙以及该第二支臂的末端与该第四支臂的末端之间具有一第四间隙，该第三间隙以及该第四间隙分别用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
9.一种射频装置，该射频装置包括: 一射频信号处理单元，该射频信号处理单元用来产生一射频信号；以及 一偶极天线，该偶极天线包括:一信号馈入端，该信号馈入端用来馈入一射频信号； 一平衡-非平衡器，该平衡-非平衡器电性连接于该信号馈入端，用来疏通该偶极天线的逆电流，以平衡该偶极天线的馈入阻抗； 一第一辐射体，该第一辐射体电性连接于该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第一频段的该射频信号，该第一辐射体包括: 一第一支臂，该第一支臂的一端电性连接于该信号馈入端及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及 一第二支臂，该第二支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及一第二辐射体，该第二辐射体电性连接于该第一辐射体、该信号馈入端以及该平衡-非平衡器，用来辐射一第二频段的该射频信号，该第二辐射体包括: 一第三支臂，该第三支臂的一端电性连接于该信号馈入端、该第一支臂及该平衡-非平衡器，另一端为开路；以及 一第四支臂，该第四支臂的一端电性连接于该平衡-非平衡器及该第二支臂，另一端为开路。
10.如权利要求9所述的射频装置，其中该平衡-非平衡器包括: 一接地部，该接地部用来提供接地； 一第一接地支臂，该第一接地支臂的一端电性连接于该第一辐射体的该第一支臂、该第二辐射体的该第三支臂以及该信号馈入端，另一端电性连接于该接地部；以及 一第二接地支臂，该第 二接地支臂的一端电性连接于该第一辐射体的该第二支臂、该第二辐射体的该第四支臂，另一端电性连接于该接地部。
11.如权利要求10所述的射频装置，其中该平衡-非平衡器的该第二接地支臂与该接地部形成一封闭型开口区域，该封闭型开口区域的大小用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
12.如权利要求11所述的射频装置，其中该平衡-非平衡器还包括一第三接地支臂及一第四接地支臂，该第三接地支臂及该第四接地支臂与该接地部垂直，分别电性连接于该接地部的两端，使该接地部呈现一 U形状。
13.如权利要求9所述的射频装置，其中该第一支臂与该第三支臂之间以及该第二支臂与该第四支臂之间具有一第二间隙，该第二间隙用来产生一耦合效应，以来调整该偶极天线的阻抗匹配。
14.如权利要求9所述的射频装置，其中该第一辐射体的该第一支臂与该第二辐射体的该第三支臂之间具有一第二间隙，该第二间隙用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
15.如权利要求9所述的射频装置，其中该第一辐射体的该第一、第二支臂或该第二辐射体的该第三、第四支臂具有一弯折，使该第一、第二支臂的末端与该第三、第四支臂的末端位于同一延伸线上。
16.如权利要求15所述的射频装置，其中该第一支臂的末端与该第三支臂的末端之间具有一第三间隙以及该第二支臂的末端与该第四支臂的末端之间具有一第四间隙，该第三间隙以及该第四间隙分别用来调整该偶极天线的阻抗匹配。
【文档编号】H01Q5/10GK103811851SQ201210454303
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】王志铭, 陈冠忠, 江毓彧 申请人:启碁科技股份有限公司