專利名稱：立體式多頻天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種立體式多頻天線，特別是涉及一種可用于多種無線通訊 網絡的立體式多頻天線。
背景技術：
一般具無線通訊功能的電子產品，如筆記型電腦，可通過內置的天線來 存取以無線電波攜載資訊的無線通訊網絡。對應于不同的無線通訊系統，各
種無線通訊網絡的操作頻率也會有所不同，例如無線保真度網絡〈Wireless Fidelity, Wi-Fi 〉的操作頻帶約在2.4GHz ~ 2.4835 GHz及4.9GHz ~ 5.875GHz， 藍牙網絡〈Bluetooth 〉的操作頻帶約在2.402GHz ~ 2.480 GHz,全球互通微 波存取網絡〈Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX 〉的 操作頻帶約在2.3GHz ~ 2.69 GHz、 3.3GHz ~ 3.8 GHz及5.25GHz ~ 5.85GHz, 寬頻分碼多工存取系統〈Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA 〉 的操作頻帶約在1850MHz ~ 2025MHz，全球移動通訊系統1900 < Global System for Mobile Communications 1900， GSM 1900〉的操作頻帶約在 1850MHz ~ 1990MHz ，以及第三代移動通信系統(International Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000 )的操作頻帶約在1920MHz ~ 2170MHz。 因此，為了讓使用者能更方便地存取不同的無線通訊網絡，理想的天線應能 以單一天線涵蓋不同無線通訊網絡所需的頻帶。另外，為了配合筆記型電腦 等可攜式電子裝置體積縮小的趨勢，天線尺寸設計上應盡可能地減小。
發明內容
因此，本發明的主要目的即在于提供一種多頻天線。
本發明揭露一種立體式的多頻天線，包含有一基4反，形成于一第一平面； 一短路板，形成于一第二平面，通過一側邊耦接于該基板的一第一側邊；一 輻射元件，包含有一第一輻射體，對應于一第一共振頻寬，具有一第一金屬 片形成于一第三平面及一第二金屬片平行于該第一平面；以及一第二輻射
體，對應于一第二共振頻寬，具有一第三金屬片形成于該第三平面及一第四
金屬片平行于該第 一平面，該第 一輻射體及該第二輻射體往相反方向延伸；
以及一連接元件，具有一第一端耦接于該短路板的該側邊，及一第二端耦接 于該輻射元件的該第一輻射體與該第二輻射體之間，該連接元件與該基板的
一第二側邊間隔一間距；其中，該輻射元件的寬度與該間距符合一比例。
圖1為本發明一實施例立體式的多頻天線的立體圖2為圖1多頻天線的上視圖3為圖1多頻天線的側視圖4為圖1多頻天線的電壓駐波比的示意圖5為圖1多頻天線的輻射場型的示意圖6為圖1多頻天線的平均增益測量結果的示意圖7~圖11為本發明其他實施例的示意圖12為本發明另一實施例的電壓駐波比示意圖。
主要元件符號說明
10、 20、 30、 40、 50、 60多頻天線
11、 21 基板
12 短路板
13、 53、 63 輻射元件
131、 331、 431 第一輻射體
132、 332、 432 第二輻射體
14 連接元件
15 饋入端
16 子基板
17 接地端 Sl、 S2 側邊 M1 M8 金屬片 Dl、 D2、 D3 間3巨 Wl、 W2、 W3、 W4 寬度
具體實施例方式
請參考圖1~圖3，圖1為本發明一實施例立體式的多頻天線IO的立體
圖，圖2為圖1多頻天線10的上視圖〈即XZ平面視圖〉，而圖3為圖l多 頻天線10的側視圖〈即XY平面視圖〉。多頻天線10包含有一基板11、 一 短路板12、 一輻射元件13、 一連接元件14以及一饋入端15。基板11用來 通過一接地端17耦接于一系統地端，其可沿一側邊S1彎折，形成一垂直的 子基板16,以縮小多頻天線10的尺寸，并增加天線的輻射效率〈Radiation Efficiency〉。短路板12垂直形成于基板11的側邊Sl,用來將多頻天線10 短路〈Shorting〉。輻射元件13包含有一第一輻射體131及一第二輻射體132, 用來發射與接收無線電信號。第一輻射體131及第二輻射體132往相反的方 向延伸，分別由金屬片Ml及M2和金屬片M3及M4所形成，其中金屬片 Ml及M3平行于XZ平面，而金屬片M2及M4平行于XY平面。連接元件 14用來連接輻射元件13與短路板12,可通過彎折一長條狀金屬片M7形成。 連接元件14的一端耦接于短路板12,與基板11的一側邊S2間隔一間距Dl ， 用來避免與基板11相接觸，而導致短路的情形發生，并且可以通過調整間 距D1而獲得所需頻寬，較佳地是，Dl的間距約介于0.5mm至5mm;連接 元件14的另一端則耦接于第一輻射體131及第二輻射體132之間。饋入點 15設置在連接元件14及輻射元件13之間，用來將信號輸入或輸出多頻天線 10。此外，輻射元件13的寬度〈即金屬片Ml及M3的寬度Wl與金屬片 M2及M4的寬度W2的和〉與間距Dl應符合一比例，較佳地是，該比例約 介于1至15,使得多頻天線IO可滿足各種無線通訊網絡的需求。
請注意，圖l所示的座標系統，用來清楚說明本發明多頻天線的架構， 而不為本發明的限制。舉例來說，基板11所形成的平面并非一定與金屬片 M2及M4垂直，或金屬片Ml及M3與金屬片M2及M4也不一定要垂直等， 如此相對應的變化也屬本發明的范疇。
因此，本發明多頻天線IO通過第一輻射體131及第二輻射體132,分別 共振產生一第一共振頻帶及一第二共振頻帶的無線電信號，其中，第一輻射 體131的長度加上連接元件14的長度的總和大致對應于第一共振頻帶的無 線信號波長的四分之一，而第二輻射體132的長度加上連接元件14的長度 的總和大致對應于第二共振頻帶的無線信號波長的四分之一。除此之外，lf 過第一輻射體131及第二輻射體132，本發明另可用來耦合產生一倍頻的第
三共振頻帶的無線信號。如此一來，通過適當地調整多頻天線10各部分的
尺寸，例如輻射元件13的寬度與間距D1的比例，本發明便可獲得足夠的 頻寬，以實現一整合各種無線通訊網絡天線的多頻天線。
如本領域具通常知識者所知，為了要增加天線的頻寬， 一般會增加輻射 元件的對應共振區域的尺寸，但增加共振區域的尺寸則會增加天線的總體面 積及體積。因此，本發明除了可通過改變金屬片Ml及M3的寬度Wl與金 屬片M2及M4的寬度W2來調整頻寬之外，另可通過調整連接元件14與基 板ll的間距Dl,以增加多頻天線10的電容性阻抗，進而增加多頻天線IO 的頻寬。另一方面，本發明由金屬片Ml M4形成的輻射元件13,由單一 金屬片彎折而成，除了可增加頻寬之外，更可以縮小天線的尺寸，符合電子 裝置輕薄短小的要求。較佳地是，本發明多頻天線10另可通過調整基板11 及子基板16的面積，例如通過增加基板11的寬度W3及子基板16的寬度 W4等手段，來增加多頻天線10的輻射效率〈Radiation Efficiency 〉。此外， 多頻天線10的子基板16間隔輻射元件13的金屬片M2 —間距D2，第一輻 射體131的末端間隔短路板12 —間距D3，而多頻天線10可由一單一金屬 片沖壓或切割制作形成。
若適當地調整多頻天線10各部分相對應的尺寸，例如第一輻射體131 與第二輻射體132的長度各約為15mm及20mm、金屬片Ml及M2的寬度 各約為3mm,以及連接元件14與基板11的間距D1約為0.7mm等，使得第 一輻射體131所能共振產生的第一共振頻帶的中心頻率約在2GHz左右，而 第二輻射體132所能共振產生的第二共振頻帶的中心頻率約在3GHz左右。 在此情形下，本發明通過第一輻射體131與第二輻射體132耦合產生的第三 共振頻帶的中心頻率大致在5GHz左右。請參考圖4，圖4為本發明多頻天 線IO的電壓駐波比〈Voltage Standing Wave Ratio, VSWR〉的示意圖。橫軸 表示頻率(GHz),范圍介于lGHz至8GHz,縱軸表示電壓駐波比VSWR。 在電壓駐波比VSWR小于2.5的情形下，多頻天線10的第一共振頻帶及第 二共振頻帶可形成一低頻頻帶，約在1.8GHz 3.8GHz之間，而多頻天線10 的第三共振頻帶及其高頻諧波部分可形成一高頻頻帶，約在5GHz 7.8GHz。 如此一來，本發明多頻天線10所產生的低頻頻帶及高頻頻帶的頻寬，可滿 足各種無線通訊網絡的需求，例如全球互通微波存取網絡、無線保真度網 絡〈Wireless Fidelity, Wi-Fi 〉、藍牙網絡〈Bluetooth 〉、寬頻分碼多工存取系
統〈Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA〉、全J求移動通訊系統 l卯0 〈 Global System for Mobile Communications, GSM〉以及第三代移動通 信系統(International Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000 )等。
請繼續參考圖5及圖6。圖5為本發明多頻天線IO的輻射場型的示意圖， 而圖6為本發明多頻天線10的平均增益〈Average Gain 〉測量結果的示意圖。 圖5及圖6為多頻天線IO在X-Y平面上〈即0=90°〉的測量結果，其頻率 范圍為2.3GHz~ 5.875GHz之間。如圖5及圖6所示，本發明多頻天線10 在X-Y平面〈即水平面〉，有一大致為全向性的輻射場型，而其平均增益 〈Average Gain〉可滿足各種無線通訊天線的操作需求。
另外，通過適當地調整第一輻射體131及第二輻射體132的尺寸，本發 明可進一步增加多頻天線10的頻寬。請參考圖12，圖12為本發明另一實 施例的電壓駐波比示意圖。橫軸表示頻率(GHz),范圍介于2GHz至8GHz， 而縱軸表示電壓駐波比VSWR。如圖所示，在電壓駐波比VSWR小于2的 情形下，多頻天線10所能共振形成的頻帶，約在2.3GHz 7.8GHz之間。如 此一來，本發明多頻天線10另可用來滿足超寬帶〈Ultra-WideBand, UWB〉 無線網絡通訊技術的需求。
因此，本發明多頻天線10可用來收發多頻率的無線電磁波，并能得到 良好的頻寬表現；此外，本發明可對基板ll、短路板12及輻射元件13進行 彎折，形成一立體式的天線，以有效縮減天線的尺寸，且不影響各項天線參 數，使其仍能維持全方向的輻射場型。值得注意的是，上述的實施例僅用來 說明，并不局限本發明的范疇，本領域具通常知識者當可根據實際需求作適 當的變化。舉例來說，請參考圖7~圖11，圖7~圖11為本發明其他實施例 的示意圖。在圖7中，多頻天線20大致與多頻天線10類似，不同的地方在 于基板21可為一金屬平板，而不包含一垂直的子基板。此外，基板21也可 直接與印刷電路板的接地面結合，也屬本發明的范疇。請參考圖8,多頻天 線30與多頻天線10不同的地方在于，第一輻射體331與第二輻射體332另 可分別連接金屬片M5及M6。其中，第一輻射體331與第二輻射體332仍 可共振產生與多頻天線10的第一輻射體131與第二輻射體132相同的第一 共振頻帶及第二共振頻帶。也就是il,電流流經第一輻射體331與第二輻射 體332的共振區域的路徑仍大致與第一輻射體131與第二輻射體132的共振 區域的電流路徑相同。如此一來，本發明在縮小天線尺寸的同時，仍能維持
輻射元件相同共振區域的長度，以符合機構設計的需求。請參考圖9，對于 多頻天線40來說，第一輻射體431與圖8的第一輻射體331相同，在第二 輻射體432的金屬片M3可包含一截角，以符合特定電子裝置，如筆記型電 腦的需求。請參考圖10,對于多頻天線50來說，輻射元件53更可包含一蝶 形領結(Bow Tie)結構，用來增加天線的頻寬，此為本領域的通常知識， 在此不贅述。最后，請參考圖11，本發明多頻天線60另可在輻射元件63 的另一側增加一垂直于金屬片Ml及M3的金屬片M8。
綜上所述，本發明多頻天線的設計，可提供更寬的頻寬，滿足多種不同 無線通訊網絡的需求。除此之外，本發明可對基板、短路板及輻射元件進行 彎折，形成一立體式的天線，以有效縮減天線的尺寸，但其仍能維持全方向 的輻射場型。因此，本發明是一整合Wi-Fi天線、WiMax天線、Bluetooth 天線、WCDMA天線、GSM1900天線及IMT2000天線的一多頻天線。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變 化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種立體式的多頻天線，包含有基板；短路板，耦接于該基板的第一側邊；輻射元件，包含有第一輻射體，具有第一金屬片及第二金屬片；以及第二輻射體，具有第三金屬片及第四金屬片，該第一輻射體及該第二輻射體往相反方向延伸；以及連接元件，具有第一端耦接于該短路板，及第二端耦接于該輻射元件的該第一輻射體與該第二輻射體之間，該連接元件與該基板的第二側邊間隔一間距；其中，該輻射元件的寬度與該間距符合一比例。
2. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該連接元件是長條狀金屬片。
3. 如權利要求1所述的多頻天線，其另包含饋入端耦接于該輻射元件及 該連接元件之間。
4. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該基板包含子基板。
5. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該基板、該短路板及該第一輻射 體的第一金屬片彼此互相垂直，該基板、該短路版及該第二輻射體的第三金 屬片彼此互相垂直。
6. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該第二金屬片與該第四金屬片呈 現一蝶形領結(BowTie)結構。
7. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該第一輻射體另包含一第五金屬 片，連接于該第一金屬片，該第二輻射體另包含第六金屬片，連接于該第三 金屬片。
8. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該第一輻射體的長度加上該連接 元件的長度的總和對應于該第 一共振頻帶的無線信號波長的四分之一 。
9. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該第二輻射體的長度加上該連接 元件的長度的總和對應于該第二共振頻帶的無線信號波長的四分之一 。
10. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該第一輻射體及該第二輻射體另 用來倍頻產生第三共振頻帶的無線信號。
11. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該間距大致介于0.5mm至5mm。
12. 如權利要求1所述的多頻天線，其中該比例大致介于1至15。
13. —種立體式的多頻天線，包含有 基板，形成于第一平面；短路板，形成于第二平面，通過一側邊耦接于該基板的第一側邊； 輻射元件，包含有第一輻射體，對應于第一共振頻寬，具有第一金屬片形成于第三平 面及第二金屬片平行于該第一平面；以及第二輻射體，對應于第二共振頻寬，具有第三金屬片形成于該第三 平面及第四金屬片平行于該第一平面；以及連接元件，具有第一端耦接于該短路板的該側邊，及第二端耦接于該輻 射元件。
14. 如權利要求13所述的多頻天線，其另包含饋入端耦接于該輻射元 件及該連4妄元件之間。
15. 如權利要求13所述的多頻天線，其中該連接元件與該基板的第二側 邊間隔一間距，該間距大致介于0.5mm至5mm。
16. 如權利要求15所述的多頻天線，其中該輻射元件的寬度與該間距符 合一比例，該比例大致介于1至15。
17. 如權利要求13所述的多頻天線，其中該第一平面、該第二平面及該 第三平面彼此互相垂直。
18. —種立體式的多頻天線，包含有 基板；短路板，耦接于該基板的第一側邊； 輻射元件，包含有第一輻射體，包含至少一彎折；以及第二輻射體，包含至少一彎折，該第一輻射體及該第二輻射體往相 反方向延伸；以及連接元件，具有第一端耦接于該短路板，及第二端耦接于該輻射元件的 該第 一輻射體與該第二輻射體之間，該連接元件與該基板的第二側邊間隔一間距。
19. 如權利要求18所述的多頻天線，其另包含饋入端耦接于該輻射元 件及該連接元件之間。
20. 如權利要求18所述的多頻天線，其中該間距大致介于0.5mm至 5mm。
21. 如權利要求18所述的多頻天線，其中該第一輻射體的寬度與該間距 符合一比例，該比例大致介于1至15。
22. 如權利要求18所述的多頻天線，其中該第二輻射體的寬度與該間距 符合一比例，該比例大致介于1至15。
全文摘要
本發明公開一種立體式的多頻天線，包含有一基板；一短路板，垂直形成于該基板的一第一側邊；一輻射元件，包含有一第一輻射體，對應于一第一共振頻帶，以及一第二輻射體，對應于一第二共振頻帶，該第一輻射體及該第二輻射體往相反方向延伸，并可倍頻產生一第三共振頻帶；以及一連接元件，用來連接該短路板及該輻射元件，該連接元件與該基板的一第二側邊間隔一間距；其中，該輻射元件的寬度與該間距符合一比例。
文檔編號H01Q5/00GK101364664SQ20071014110
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月8日 優先權日2007年8月8日
發明者魏乘彬 申請人:啟碁科技股份有限公司