宽带天线的制作方法
【专利摘要】一种宽带天线。该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包括：一接地组件，该接地组件用来提供接地；一辐射部；一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该辐射部，以通过该辐射部发射该射频信号，该信号馈入组件的一接地端电性连接该接地组件；一馈入点，该馈入点位于该辐射部上；一电容，该电容电性连接于该馈入点与该信号馈入组件之间；以及一第一电感，该第一电感的一第一端电性连接于该电容。本发明使用电容、电感等无源组件设置于信号馈入组件旁，以激发多个共振模态并达到良好的阻抗匹配，使天线可兼具宽带及小尺寸的优点。
【专利说明】宽带天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种宽带天线，尤指一种使用无源组件激发共振效应，以改善天线高频带宽和提升低频匹配的宽带天线。
【背景技术】
[0002]天线用来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号。一般具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、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。因此，为了让使用者能更方便地访问无线通信网络，理想天线的带宽应在许可范围内尽可能地增加，而尺寸则应尽量减小，以配合便携式无线通信器材体积缩小的趋势。除此之外，随着无线通信技术的演进，大数据量的传输已成为通信系统需求，且不同无线通信系统的工作频率可能不同，因此，理想的天线应能以单一天线涵盖不同无线通信网络所需的频带。
[0003]因此，如何在有限空间下设计小尺寸的天线，同时有效提高天线带宽，使之适用于不同无线通信系统的工作频率，也就成为业界所努力的目标之一。
[0004]从而，需要提供一种宽带天线来解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明主要提供一种天线，其在天线馈入信号端搭配无源组件，以达到宽带的效果，并可有效地缩小天线尺寸。
[0006]本发明公开一种宽带天线，该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包含:一接地组件，该接地组件用来提供接地；一辐射部；一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该辐射部，以通过该辐射部发射该射频信号，该信号馈入组件的一接地端电性连接该接地组件；一馈入点，该馈入点位于该福射部上；一电容，该电容电性连接于该馈入点与该信号馈入组件之间；以及一第一电感，该第一电感的一第一端电性连接于该电容。
[0007]本发明使用电容、电感等无源组件设置于信号馈入组件旁，以激发多个共振模态并达到良好的阻抗匹配，使天线可兼具宽带及小尺寸的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1A为本发明实施例的一宽带天线的示意图。
[0009]图1B为图1A的宽带天线的正面示意图。
[0010]图1C为图1A的宽带天线的背面示意图。
[0011]图1D为图1A的宽带天线的侧面示意图。
[0012]图1E为图1A的宽带天线的电压驻波比示意图。
[0013]图1F为图1A的宽带天线的辐射效率示意图。
[0014]图2为本发明实施例的一宽带天线的示意图。
[0015]图3A为本发明实施例的一宽带天线的示意图。
[0016]图3B为图3A的宽带天线的正面示意图。
[0017]图3C为图3A的宽带天线的背面示意图。
[0018]图4为本发明实施例的一宽带天线的示意图。
[0019]图5为本发明实施例的一宽带天线的示意图。
[0020]图6为图1A的宽带天线应用于一无线通信装置的示意图。
[0021]主要组件符号说明:
[0022]10、20、30、40、50宽带天线
[0023]100、200、300、400、500基板
[0024]102、202、302、402、502辐射部
[0025]1020、2020、3020、4020第一辐射体
[0026]1022、2022、3022、4022第二辐射体
[0027]1024、2024、3024第三辐射体
[0028]1026、2026、3026第四辐射体
[0029]2028第五辐射体
[0030]104、204、304、404、504信号馈入组件
[0031]106、206、306、406、506接地组件
[0032]108、208、308、408短路组件
[0033]112、114、116、212、214、216、312、314、316连接部
[0034]118金属片
[0035]Cl电容
[0036]L1、L2电感
[0037]FP1、FP2、FP3、FP4、FP5馈入点
[0038]D1、D2、D3方向
[0039]508耦合激发组件
[0040]5020低频辐射体
[0041]5022高频辐射体
[0042]60无线通信装置
[0043]600壳体
[0044]dl、d2I禹合间距
【具体实施方式】
[0045]请参考图1A至图1F，图1A为本发明实施例的一宽带天线10的示意图，图1B为宽带天线10的正面示意图，图1C为宽带天线10的背面示意图，图1D为宽带天线10的侧面示意图，图1E为宽带天线10的电压驻波比示意图，图1F为宽带天线10的辐射效率示意图。宽带天线10可用于一无线通信装置，用以收发多个相异频段如LTE/GSM850/GSM900(791MHz ?960MHz)与 GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/LTE2500 (1710MHz ?2700MHz)等的无线信号。宽带天线10包含有一基板100、一辐射部102、一信号馈入组件104、一接地组件106、一短路组件108、一馈入点FP1、一电容Cl以及一电感LI。基板100为一双面基板，其中一面(即正面)设有辐射部102，另一面(即背面)则设有短路组件108。接地组件106可由两相接的金属片所构成，且此两金属片分别设于基板100的正面、背面。馈入点FPl位于辐射部102上，射频信号主要从信号馈入组件104经由馈入点FPl传送至辐射部102，以发射至空气中。信号馈入组件104的一接地端可连接无线通信装置的一系统接地件或一同轴电缆的地线。电容Cl电性连接于馈入点FPl与信号馈入组件104之间，而电感LI电性连接于电容Cl及接地组件106之间。藉由电容Cl及电感LI等无源组件，宽带天线10可增加多个共振模态，以达到宽带的效果，并有效地缩小天线尺寸。
[0046]详细来说，短路组件108的一端电性连接于辐射部102，而另一端电性连接接地组件106。辐射部102在基板100的正面包含有一第一辐射体1020及一第二辐射体1022，在基板100的背面还可包含有一第三辐射体1024及一第四辐射体1026。基板100可具有一或多个贯孔(Via)，可位于辐射部102中，以电性连接第一辐射体1020与第三辐射体1024及第二辐射体1022与第四辐射体1026，亦可位于接地组件106中，以将基板100的正面及背面的接地组件106相连。如图1C所示，短路组件108可电性连接第三辐射体1024、第四辐射体1026及位于背面的接地组件106，短路组件108、第三辐射体1024、第四辐射体1026以及位于背面的接地组件106较佳地为一体成型结构，但不限于此。短路组件108所延伸的方向大致上与第一辐射体1020、第三辐射体1024所延伸的方向D2相同，而第三辐射体1024、第四辐射体1026大致与第一辐射体1020、第二辐射体1022在基板100的平面的投影结果重叠。连接部112、114、116位于电容Cl及电感LI两端，用以辅助电容Cl电性连接于馈入点FPl与信号馈入组件104之间，以及辅助电感LI电性连接于电容Cl与接地组件106之间。连接部112、114、116可以是金属连接片，或是将电容Cl及电感LI焊于基板100上的焊点。
[0047]电容Cl电性连接于馈入点FPl与信号馈入组件104之间，因此，当射频信号由信号馈入组件104经由电容Cl馈入至馈入点FPl后，电流会流至辐射部102，以通过辐射部102发射射频信号。由于第三福射体1024、第四福射体1026与第一福射体1020、第二福射体1022部分重叠，因此通过耦合效应，第三辐射体1024、第四辐射体1026会感应第一辐射体1020及第二辐射体1022上的电流，而产生相同方向的感应电流。如此一来，可增加辐射部102的辐射金属面积，进而缩小天线尺寸，并同时达到良好的宽带阻抗匹配。
[0048]图1D显示由宽带天线10左侧往右侧方向看入的侧面示意图，宽带天线10可还包含一金属片118，电性连接辐射部102。金属片118大致垂直辐射部102平贴于基板100的平面，亦可与辐射部102呈任一夹角。金属片118可视为辐射部102在Z轴方向的延伸，以辐射电磁波，而增加天线的辐射金属面积。
[0049]由上述可知，第一辐射体1020的一电气长度大于第二辐射体1022的一电气长度，两辐射体1020、1022相连接而短路到接地组件106，分别用来共振出一低频频段及一高频频段。电容Cl与第一辐射体1020、第二辐射体1022相互搭配，用来共振出另一高频频段。因此，宽带天线10可至少包含有三个共振频段。此外，电感LI与第一辐射体1020、第二辐射体1022相互搭配，用来提升低频频段的阻抗匹配。其中，电容Cl的一等效电容值大致上介于IpF至20pF之间，而电感LI的一等效电感值大致上介于InH至20nH之间。信号馈入组件104用来连接信号线，以传送射频信号。为了达到较佳的辐射场型，信号馈入组件104的一馈入方向Dl平行于射频信号在辐射部102上的共振方向D2、D3。在适当调整辐射部102、短路组件108的尺寸及电容Cl、电感LI的数值后，宽带天线10可应用于多个相异频段的无线通信系统中，如LTE、GSM系统等。如图1E所示，宽带天线10可同时改善带宽与匹配效果，并且，如图1F所示，其工作频段内(791MHz?960MHz及1710MHz?2700MHz)的辐射效率亦可维持在50%左右。
[0050]需注意的是，本发明实施例利用电容、电感等无源组件设置于信号馈入组件旁，以改善天线的带宽与匹配，凡依此所作的各种变化皆属本发明的范畴。举例来说，在图1A中，宽带天线10的各组件印刷于基板100，但不限于此，亦可以金属板制成第一辐射体1020、第二辐射体1022、第三辐射体1024、第四辐射体1026、接地组件106、短路组件108等。此外，位于基板100正面、背面的辐射部102或接地组件106可通过一或多个贯孔达到电性连接的效果，亦可通过其他形式的电性连接方式如金属连接线等实现。如图1A所示，宽带天线10为一平面倒F天线，但不限于此，本发明利用电容、电感等无源组件以改善天线的带宽与匹配的概念亦可应用于单极天线、双极天线、折叠式双极天线或槽孔天线等各式天线结构中。
[0051]请参考图2，图2为本发明实施例的一宽带天线20的示意图。比较图2及图1A可知，宽带天线20的辐射体形状与宽带天线10相似。不同的是，宽带天线20相比宽带天线10增加了一电感L2。在基板200的正面上，辐射部202包含有一第一辐射体2020、一第二辐射体2022及一第五辐射体2028，第一辐射体2020与第五辐射体2028之间具有一不连续金属面，而电感L2电性连接于第一辐射体2020与第五辐射体2028之间。在辐射部202中增加电感L2，可额外共振出另一高频频段，而进一步地增加天线带宽。
[0052]请参考图3A至图3C，图3A为本发明实施例的一宽带天线30的示意图，图3B为宽带天线30的正面示意图，图3C为宽带天线30的背面示意图。比较图3A至图3C及图1A至图1C可知，宽带天线30的辐射体形状与宽带天线10相似。不同的是，短路组件308所延伸的方向大致上与第二辐射体3022所延伸的方向D3相同。换言之，第二辐射体3022的一水平投影结果(即在X轴的投影结果)与短路组件308的一水平投影结果大致重叠。将短路组件308的延伸方向由方向D2改变为方向D3可使宽带天线30产生另一共振模态，而形成另一频段的天线，以符合另一无线通信系统的应用。
[0053]请参考图4，图4为本发明实施例的一宽带天线40的示意图。比较图4及图1A可知，宽带天线40的辐射体形状与宽带天线10相似。不同的是，在宽带天线10中，辐射部402及短路组件408分别设置于基板400的不同两面上；而在宽带天线40中，辐射部402及短路组件408设置于基板400的同一平面上。此外，在宽带天线10中，第一辐射体1020与第二辐射体1022的衔接处向接地组件106延伸，其形状为不等边的倒三角形；而在宽带天线40中，第一辐射体4020与第二辐射体4022的衔接处向接地组件406延伸，其形状为一倒立的直角三角形。值得注意的是，第一辐射体与第二辐射体的衔接处的形状不限于此，可以是等边或不等边的倒三角形，亦可以是长方形、楔形、梯形，或任意组合的几何形状，其可根据不同的应用作适当的调整，以改善天线的阻抗匹配。
[0054]在上述实施例中，宽带天线10、20、30、40以直接馈入的方式，将射频信号由馈入点 FP1、FP2、FP3、FP4 馈入至第一辐射体 1020、2020、3020、4020 及第二辐射体 1022、2022、3022、4022。然而，不限于此，本发明亦可应用于耦合馈入形式的天线中。
[0055]请参考图5，图5为本发明实施例的一宽带天线50的示意图。宽带天线50包含有一基板500、一辐射部502、一信号馈入组件504、一接地组件506、一耦合激发组件508、一馈入点FP5、一电容Cl以及一电感LI。辐射部502包含有一低频辐射体5020及一高频辐射体5022。馈入点FP5位于高频辐射体5022上，高频辐射体5022与低频辐射体5020之间具有一耦合间距dl，射频信号以耦合的方式由高频辐射体5022馈入低频辐射体5020中。耦合激发组件508电性连接于低频辐射体5020与接地组件506之间，并且与高频辐射体5022之间具有一耦合间距d2，以加强低频辐射体5020与高频辐射体5022之间的耦合作用，激发不同的共振模态。耦合间距dl、d2可视高频辐射体5022、低频辐射体5020及耦合激发组件508的面积、形状、位置及阻抗匹配等需求而适应性地调整，不需为一定值。低频辐射体5020的一水平投影结果(即在X轴的投影结果)与高频辐射体5022大致重叠，而高频辐射体5022可为一不等宽度金属片，以达到良好的耦合效果及辐射效能。
[0056]另外，如业界所熟知，天线的辐射频率、带宽、效率等与天线形状、材质等相关，因此，设计者应当可适当调整宽带天线10、20、30、40、50，以符合系统所需。需注意的是，上述关于本发明宽带天线的各种变化旨在说明本发明利用电容、电感等无源组件设置于信号馈入组件旁，以改善天线的带宽与匹配，其他如材质、制作方式、各组件的形状、位置等皆可因应不同需求而作适当的变化，不限于此。
[0057]请参考图6，图6为图1A所示的宽带天线10应用于一无线通信装置60的示意图。无线通信装置60可以是任何具有无线通信功能的电子产品，如手机、平板计算机、笔记本型计算机、电子书、计算机系统、无线接入点设备等，其简略地由一壳体600、宽带天线10及一射频信号处理装置所构成。宽带天线10设置于壳体600内，可同时收发多个相同频带的无线信号，使无线通信装置60支持不同频段的无线通信协议，以兼容于不同国家的通信规格。
[0058]综上所述，本发明使用电容、电感等无源组件设置于信号馈入组件旁，以激发多个共振模态并达到良好的阻抗匹配，使天线可兼具宽带及小尺寸的优点。
[0059]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】
1.一种宽带天线，该宽带天线用于一无线通信装置，该宽带天线包括: 一接地组件，该接地组件用来提供接地； 一福射部； 一信号馈入组件，该信号馈入组件用来将一射频信号传送至该辐射部，以通过该辐射部发射该射频信号，该信号馈入组件的一接地端电性连接该接地组件； 一馈入点，该馈入点位于该福射部上； 一电容，该电容电性连接于该馈入点与该信号馈入组件之间；以及 一第一电感，该第一电感的一第一端电性连接于该电容。
2.如权利要求1所述的宽带天线，其中该第一电感的一第二端电性连接于该接地组件。
3.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线还包括: 一短路组件，该短路组件的一第一端电性连接于该辐射部，该短路组件的一第二端电性连接该接地组件。
4.如权利要求3所述的宽带天线，该宽带天线还包括一基板，该辐射部及该短路组件设置于该基板的同一平面上。
5.如权利要求3所述的宽带天线，该宽带天线还包括一基板，该辐射部设置于该基板的一第一面及一第二面，该短路组件设置于该基板的该第二面。
6.如权利要求5所述的宽带天线，其中该基板具有至少一贯孔，该至少一贯孔位于该辐射部或该接地组件中，以电性连接该辐射部与该接地组件。
7.如权利要求3所述的宽带天线，其中该辐射部包括: 一第一福射体，该第一福射体沿一第一方向延伸；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，且沿一第二方向延伸； 其中，该第一辐射体的一电气长度大于该第二辐射体的一电气长度，而该短路组件沿该第一方向或该第二方向延伸，该第一方向与该第二方向相异。
8.如权利要求7所述的宽带天线，其中该第一辐射体与该第二辐射体的衔接处向该接地组件延伸，该衔接处的形状为长方形、楔形、三角形、梯形或一几何组合。
9.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线还包括: 一高频辐射体，该高频辐射体包括该馈入点；以及 一低频辐射体，该低频辐射体与该高频辐射体之间具有一耦合间距，使该射频信号以耦合的方式馈入该低频辐射体。
10.如权利要求9所述的宽带天线，该宽带天线还包括: 一耦合激发组件，该耦合激发组件电性连接于该低频辐射体与该接地组件之间。
11.如权利要求9所述的宽带天线，其中该高频辐射体是一不等宽度金属片。
12.如权利要求1所述的宽带天线，其中该辐射部具有一不连续金属面，而该宽带天线还包括一第二电感，该第二电感电性连接于该不连续金属面之间。
13.如权利要求1所述的宽带天线，其中该电容的一等效电容值大约介于1？？至20奸之间。
14.如权利要求1所述的宽带天线，其中该第一电感的一等效电感值大约介于1=?至20沾之间。
15.如权利要求1所述的宽带天线，该宽带天线还包括一金属片，该金属片电性连接该辐射部，并与该辐射部的一平面呈一夹角。
16.如权利要求1所述的宽带天线，其中该信号馈入组件的一馈入方向平行于该射频信号在该辐射部上的一共振方向。
【文档编号】H01Q5/10GK104466394SQ201310415427
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】江毓彧, 陈彦呈, 曾冠学, 李佳典 申请人:启碁科技股份有限公司