專利名稱：小型化的多頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種天線，特別是一種小型化的多頻天線。
技術(shù)背景在現(xiàn)代化信息社會中，各種無線通信網(wǎng)路已經(jīng)成為社會大眾交換語音或 文字信息、數(shù)據(jù)、影音文件的最重要途徑之一。存取這些以無線電磁波攜載 信息的無線通信網(wǎng)路需要利用天線，因此，天線的研發(fā)也成為現(xiàn)代信息廠商 的重點之一 。為了讓使用者能更方便地整合存取多種不同的無線通信網(wǎng)路， 優(yōu)選的天線設(shè)計應(yīng)能以單一天線涵蓋不同無線通信網(wǎng)路所要求的各種頻帶。 另外，為了實現(xiàn)更小體積、方便使用者隨身攜帶的無線通信裝置，例如手機、個人數(shù)位助理器(PDA),天線的體積尺寸也應(yīng)該要能盡量縮減，以將天線 整合入可攜式的通信裝置中。在傳統(tǒng)技術(shù)中，主要是以平面倒F天線(PIFA， Planar Inverted-F Antenna) 來作為無線通信網(wǎng)路存取的天線。請參考圖1,圖1為傳統(tǒng)平面倒F天線10。 平面倒F天線10通常是以一平面輻射部12與一基板平面14協(xié)同激發(fā)電磁 波的震蕩。另外，如中國臺灣發(fā)明公報公開號400419843 (對應(yīng)美國專利 US6950640)所公開的，亦為一種平面倒F天線。不過，當(dāng)天線10要作為 多頻天線應(yīng)用時，其平面輻射部12需要占用大尺寸的平面面積，而平面輻 射部12與基板平面14之間的距離d0,與天線的頻率以及頻寬有關(guān)，故也不 能任意調(diào)整。因此，傳統(tǒng)平面倒F天線10所占用的體積無法有效縮減，難 以適應(yīng)小型化與多頻的要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種小型化的多頻天線，包括一連接部分，設(shè)置在一第一表 面，用來接受信號饋入或饋出； 一第一輻射部分，設(shè)置在一與該第一表面相 交的第二表面，且連接于該連接部分，該第一輻射部分包括多個分段； 一第 二輻射部分，設(shè)置在該第二表面，且連接于該連接部分，該第二輻射部分包括多個分段，其中該第二輻射部分的一分段與該第一輻射部分的一分段平行且相互耦合；以及一第三輻射部分，設(shè)置在該第一表面，且連接于該連接部 分，該第三輻射部分與該第一輻射部分以及該第二輻射部分相互耦合。本發(fā)明提供一種小型化的多頻天線，包括一連接部分，設(shè)置在一第一表 面，用來接受信號饋入或饋出； 一第一輻射部分，設(shè)置在一與該第一表面相 交的第二表面，且連接于該連接部分，該第一輻射部分包括至少一分段；一 第二輻射部分，設(shè)置在該第二表面，且連接于該連接部分，該第二輻射部分 包括至少一分段，其中該第二輻射部分的一分段與該第一輻射部分的一分段 平行且相互耦合；以及一第三輻射部分，設(shè)置在該第一表面的上方，該第三 輻射部分具有一分段連接于該連接部分，該第三輻射部分與該第一輻射部分 以及該第二輻射部分相互耦合。


圖1為先前平面倒F天線的示意圖。圖2為本發(fā)明第一實施例的多頻天線的立體示意圖。圖3為圖2的天線的上視圖。圖4為圖2的天線的前視圖。圖5為本發(fā)明第二實施例的多頻天線的立體示意圖。 圖6為圖5的天線的上視圖。 圖7為圖5的天線的前視圖。圖8為高頻輻射部分以及低頻輻射部分相互耦合原理的示意圖。圖9為本發(fā)明天線的測量結(jié)果的示意圖。主要元件符號說明10天線12平面輻射部14基板平面20、40天線22、42連接部分24、44第一輻射部分26、46第二輻射部分28、48第三輻射部分30、50印刷電路板32、52固定具Sl第一表面S2第二表面具體實施方式
請參考圖2以及圖3,圖2為本發(fā)明第一實施例的多頻天線20的立體示 意圖，圖3為圖2的天線20的上視圖。天線20包括一連接部分22、 一第一 輻射部分24、 一第二輻射部分26以及一第三輻射部分28。連接部分22 i殳置在一印刷電路板30上，用來接受信號的饋入或饋出。假設(shè)印刷電路板為 一第一表面Sl，則第一輻射部分24以及第二輻射部分26設(shè)置在一與第一 表面Sl垂直相交的第二表面S2,且第一輻射部分24以及第二輻射部分26 皆連接于連接部分22。第一輻射部分24以及第二輻射部分26分別包括至少 一個分段，其中第二輻射部分26的一分段與第一輻射部分24的一分段平行 且相互耦合。第三輻射部分28設(shè)置在印刷電路板30上，也連接于連接部分 22，并且與第一輻射部分24以及第二輻射部分26相互耦合。天線20的第 一輻射部分24以及第二輻射部分26采用l.Omm線寬的金屬扁平銅條繞折 成立體表面S2設(shè)計后，垂直設(shè)置在印刷電路板上，用來作為天線20的主要 輻射元件。在低頻率的頻帶部分，例如GSM (Global System for Mobile communication 850/900 ( 824 960MHz)的設(shè)計上，利用第二輻射部分26較 長的金屬扁平銅條激發(fā)出低頻帶所需的頻寬。另一方面，在高頻率的頻帶部 分，例如GSM-1800/1900( 1710~1990MHz)、 GPS( Global Positioning System, 1575 ±1.1 MHz)的設(shè)計上，則是利用第一輻射部分24較短的金屬扁平銅 條激發(fā)出高頻帶所需的頻寬。此外，設(shè)置在印刷電路板30上的第三輻射部 分28，借由連接部分22與天線20的主要輻射元件相連接，作為輻射輔助天 線，可激發(fā)至更高的頻帶，例如WCDMA ( Wide-band Code-Division Multiple Access) 2100 ( 1920-2170MHz )。如圖3所示，借由控制第三輻射部分28 與第一輻射部分24以及第二輻射部分26之間的距離dl所產(chǎn)生的耦合效應(yīng)， 可以耦合出高頻率部分超寬頻的效果，如此就能夠同時將高頻 GSM-1800/1900、第三代通信系統(tǒng)(3G) WCDMA-2100 / UMTS (Universal Mobile Telecommunications System ) 2100 ( 1940~2170MHz)的頻帶整合于天 線20上，甚至可進(jìn)一步整合GPS的頻帶，成為小型化多頻天線。請參考圖4，圖4為圖2的天線20的前視圖。在實際應(yīng)用上，可利用一 固定具32來固定第一輻射部分24以及第二輻射部分26，此外，圖4中也標(biāo) 示出第一輻射部分24以及第二輻射部分26的大小，單位為毫米(mm)。固 定具32可使用介質(zhì)材料制造，亦即不導(dǎo)電材料，例如塑料材質(zhì)。固定具32上設(shè)有各種孔洞溝槽以配合第一輻射部分24以及第二輻射部分26。當(dāng)固定具32與第一輻射部分24以及第二輻射部分26組裝在一起后，因為固定具 32上可具有卡榫、螺絲孔等構(gòu)造，就能夠?qū)⒌谝惠椛洳糠?4以及第二輻射 部分26更穩(wěn)固地安裝在印刷電路板30上。此外，固定具32不僅可用來固 定或保護(hù)第一輻射部分24以及第二輻射部分26,也可用來支撐通信裝置中 的其它機構(gòu)。固定具32的材質(zhì)可能會對天線20的特性有所影響，不過天線 20可借由第一輻射部分24以及第二輻射部分26與第三輻射部分28之間的 距離dl來微調(diào)天線20特性，補償固定具32的影響。反之，亦可通過固定 具32的材質(zhì)來調(diào)整天線20的特性。在第一實施例中，天線20主要是以壓條(stamp)的扁平金屬條來繞折 而成，然而亦可以使用均勻截面(圓截面)的導(dǎo)體來形成天線20或是其它 種類的導(dǎo)體來形成天線20。此外，天線20可用單一導(dǎo)體一體成形，例如以 均勻截面的金屬直接繞折出連接部分22、第一輻射部分24以及第二輻射部 分26，而第三輻射部分28直接在印刷電路板30上形成，更可節(jié)省加工的時 間與成本。請參考圖5,圖5為本發(fā)明第二實施例的多頻天線40的斜示圖。天線 40包括一連接部分42、 一第一輻射部分44、 一第二輻射部分46以及一第三 輻射部分48。連接部分42設(shè)置在一印刷電路板50上，用來接受信號的饋入 或饋出。假設(shè)印刷電路板為第一表面Sl，則第一輻射部分44以及第二輻射 部分46設(shè)置在與第一表面Sl垂直相交的第二表面S2，且第一輻射部分44 以及第二輻射部分46均連接于連接部分42，第二表面S2可配合通信裝置 的外殼，設(shè)計成為一曲面。第一輻射部分44以及第二輻射部分46分別包括 至少一分段，其中第二輻射部分46的一分段與第一輻射部分44的一分段平 行且相互耦合。第三輻射部分48設(shè)置在印刷電路板50的上方，為L型圓柱 狀天線，L型的短分段連接于連接部分42， L型的長分段與第一輻射部分44 的一分段平行。天線40的第一輻射部分44以及第二輻射部分46采用l.Omm 線寬的金屬扁平銅條繞折成立體表面S2設(shè)計后，垂直設(shè)置在印刷電路板上， 用來作為天線40的主要輻射元件。在低頻率的頻帶部分，例如GSM-850/900 的設(shè)計上，利用第二輻射部分46較長的金屬扁平銅條激發(fā)出低頻帶所需的 頻寬。另一方面，在高頻率的頻帶部分，例如GSM-1800/1900、 GPS的設(shè)計 上，則是利用第一輻射部分44較短的金屬扁平銅條激發(fā)出高頻帶所需的頻寬。此外，L型圓柱狀的第三輻射部分48架設(shè)于印刷電路板50上方，作為 輻射輔助天線，第三輻射部分48的短分段借由連接部分42與天線40的主 要輻射元件相連接，第三輻射部分48的長分段與第一輻射部分44的一分段 以及第二輻射部分46的一分段相互耦合，可激發(fā)至更高的頻帶，例如WCDMA 2100/UMTS 2100系統(tǒng)的頻帶。在第二實施例中，第一輻射部分44、第二輻射部分46以及第三輻射部 分48可利用一固定具52固定在印刷電路板50上。固定具52可使用介質(zhì)材 料制造，亦即不導(dǎo)電材料，例如塑料材質(zhì)。固定具52上設(shè)有各種孔洞溝槽 以配合第一輻射部分44以及第二輻射部分46,也設(shè)有容置槽用來支撐第三 輻射部分48。當(dāng)固定具52與第一輻射部分44、第二輻射部分46以及第三 輻射部分48組裝在一起后，因為固定具52上可具有卡榫、螺絲孔等構(gòu)造， 就能夠?qū)⒌谝惠椛洳糠?4、第二輻射部分46以及第三輻射部分48更穩(wěn)固地 安裝在印刷電路板50上。此外，固定具52不僅可用來固定或保護(hù)第一輻射 部分44、第二輻射部分46以及第三輻射部分48,也可用來支撐通信裝置中 的其它才幾構(gòu)。在上述實施例中，第一輻射部分44以及第二輻射部分46以壓 條的扁平金屬條來繞折而成，第三輻射部分48則是圓柱狀的導(dǎo)體，第一輻 射部分44以及第二輻射部分46與第三輻射部分48結(jié)合后，連接于連接部 分42,因此可以很容易地調(diào)整第三輻射部分48與第一輻射部分44以及第二 輻射部分46之間的相對位置來設(shè)計天線40的頻帶。請參考圖6以及圖7，圖6為圖5的天線40的上視圖，圖7為圖5的天 線40的前視圖。借由控制第三輻射部分48與第一輻射部分44以及第二輻 射部分46之間的距離d2所產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，可以耦合出高頻率部分超寬頻 的效果，如此就能夠同時將高頻GSM-1800/1900、第三代通信系統(tǒng)(3G) WCDMA-2100/UMTS-2100的頻帶整合于天線40上，甚至可進(jìn)一步整合GPS 的頻帶，成為小型化多頻天線。此外，也可借由第一輻射部分44以及第二 輻射部分46與第三輻射部分48之間的距離d2來微調(diào)天線40特性，補償固 定具52的材質(zhì)可能會對天線40的特性有所影響，反之，亦可通過固定具52 的材質(zhì)來調(diào)整天線40的特性。圖7中標(biāo)示出第一輻射部分44以及第二輻射 部分46的大小，單位為毫米(mm)。請參考圖8,圖8為高頻輻射部分以及低頻輻射部分相互耦合原理的示 意圖。圖8中，橫軸為頻率，縱軸為頻域特性的大小，例如頻域特性常以電壓馬主波比(Voltage Standing ^Wave Ratio, VSWR )或是反射損失(return-loss ) 的參數(shù)Sll來表示。反射損失Sll在頻域的局部低點(local minimum)可代 表一天線的可用頻帶，故反射損失Sll常用來表現(xiàn)一天線的輻射特性，尤其 是在頻域的輻射特性。若僅考慮低頻輻射部分，天線的低頻輻射部分會以較 長的長度而在低頻頻帶(fD附近)激發(fā)出低頻的局部低點(箭號A處，虛 線表示)。同理，若僅有高頻輻射部分，天線則會因高頻輻射部分的較短長 度而在頻率f2附近的高頻頻帶激發(fā)出一局部低點(箭號C處，虛線表示)。 一般來說，此高頻頻帶的頻寬，難以用來同時支持不同的高頻通信工作頻帶 需求(GPS或2G/3G的應(yīng)用)。不過，本發(fā)明天線40在低頻輻射部分與高 頻輻射部分間建立較強的相互耦合，而增進(jìn)天線的整體特性。此相互耦合主 要可引發(fā)兩種效應(yīng)，首先，低頻輻射部分或高頻輻射部分的相互耦合可促進(jìn) 低頻輻射部分的倍頻諧波(harmonic)耦合，在倍頻諧波處激發(fā)出一局部低 點。低頻輻射部分的2倍頻諧波可在頻率fl處形成另一局部低點(箭號B 處，虛線表示)，也就是頻率fl約為頻率f0的兩倍，可協(xié)助擴展高頻頻帶的 可用頻寬。此外，低頻或高頻輻射部分的相互耦合也可在天線的不同分段間 形成等效互耦或自耦的電感、電容，而這些電感、電容效應(yīng)可適當(dāng)?shù)亟档吞?線的Q因子(Quality factor),使天線頻域特性的頻寬增加。Q因子越高則頻 寬越小，故Q因子的降低就會在頻域反映為頻寬的增加。如圖8的實線曲線 (箭號D)所示，由于本發(fā)明可利用相互耦合來擴展頻寬，故在頻率fl、 ￡2 的局部低點就可因Q因子減少而擴展，并相互結(jié)合，以在高頻合成一寬頻的 可用頻帶，足以支持各種不同的高頻無線通信需求。請參考圖9，圖9為本發(fā)明天線的測量結(jié)果的示意圖。在圖9中，橫軸 為頻率，縱軸則為反射損失(return-loss) Sll的大小。利用本發(fā)明天線的設(shè) 計架構(gòu)，可具體實現(xiàn)如圖8中的頻域特性。由圖9中可知，本發(fā)明天線可在 低頻頻帶支持低頻的GSM-850/900,在高頻頻帶的寬頻帶則可涵蓋GPS、 GSM-1800/1900、 WCDMA-2100/UMTS-2100的所有需求，以同一天線支持 多種不同頻帶的無線通信需求，實現(xiàn)多頻天線的功能。另一方面，利用控制 第三輻射部分與第一輻射部分以及第二輻射部分之間的距離所產(chǎn)生的耦合 效應(yīng)，可^:容易地調(diào)整在高頻頻帶所擴展出的寬廣頻寬，能完全支持GPS、 GSM陽1800/1900 、 WCDMA-2100/UMTS-2100的高頻頻帶。綜上所述，有鑒于小型化多頻段天線與產(chǎn)品輕薄的需求，本發(fā)明天線系統(tǒng)利用金屬扁平銅條作彎曲繞成一輻射表面作為主要天線，可提供GSM-850/900/1800/1900、 GPS等多種不同頻帶的應(yīng)用，以及設(shè)置一輔助天 線與該輻射表面相耦合，可提供WCDMA-2100/UMTS-2100的頻帶的應(yīng)用。 通過這種配置方式，主要天線與輔助天線所產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，能夠獲得所需 求的多頻帶的頻寬以及良好的輻射增益，以小型化天線來廣泛支持多種高低 不同頻帶的無線通信的需求，符合第二代以及第三代通信系統(tǒng)(2G/3G)的 多頻帶功能，并達(dá)到產(chǎn)品輕薄短小美觀的雙重優(yōu)點。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種小型化的多頻天線，包括一連接部分，設(shè)置在一第一表面，用來接受信號饋入或饋出；一第一輻射部分，設(shè)置在一與該第一表面相交的第二表面，且連接于該連接部分，該第一輻射部分包括至少一個分段；一第二輻射部分，設(shè)置在該第二表面，且連接于該連接部分，該第二輻射部分包括至少一個分段，其中該第二輻射部分的一分段與該第一輻射部分的一分段平行且相互耦合；以及一第三輻射部分，設(shè)置在該第一表面，且連接于該連接部分，該第三輻射部分與該第一輻射部分以及該第二輻射部分相互耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第二輻射部分與該第一輻射 部分位于該第 一 表面的同 一 側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第二表面垂直相交于該第一 表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第二表面為一曲面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第三輻射部分與該第一輻射 部分的一分段以及該第二輻射部分的一分段相互耦合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，還包括一印刷電路板，該連接部分 為設(shè)置在該印刷電路板上的金屬接點，該第三輻射部分為設(shè)置在該印刷電路 板上的金屬導(dǎo)線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多頻天線，還包括一固定具，設(shè)置在該印刷電 路板上，該第一輻射部分以及該第二輻射部分設(shè)置在該固定具上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第一輻射部分用來輻射高頻 頻帶的電磁波，第二輻射部分用來輻射低頻頻帶的電磁波。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻天線，其中該第一輻射部分以及該第二輻 射部分分別以 一 均勻截面的導(dǎo)體繞折而成。
10. —種小型化的多頻天線，包括一連接部分，設(shè)置在一第一表面，用來接受信號饋入或饋出； 一第一輻射部分，設(shè)置在一與該第一表面相交的第二表面，且連接于該 連接部分，該第一輻射部分包括至少一分段；一第二輻射部分，設(shè)置在該第二表面，且連接于該連接部分，該第二輻 射部分包括至少一分段，其中該第二輻射部分的一分段與該第一輻射部分的一分段平行且相互耦合；以及一第三輻射部分，設(shè)置在該第一表面的上方，該第三輻射部分具有一分 段連接于該連接部分，該第三輻射部分與該第一輻射部分以及該第二輻射部 分相互耦合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第三輻射部分、該第二輻 射部分以及該第 一輻射部分位于該第 一表面的同 一側(cè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第二表面垂直相交于該第 一表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第二表面為一曲面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第三輻射部分與該第一輻 射部分的一分段以及該第二輻射部分的一分段相互耦合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，還包括一印刷電路板，該連接部 分為設(shè)置在該印刷電路板上的金屬接點。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的多頻天線，還包括一固定具，設(shè)置在該印刷 電路板上，該第一輻射部分、該第二輻射部分以及該第三輻射部分設(shè)置在該 固定具上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第一輻射部分用來輻射高 頻頻帶的電磁波，第二輻射部分用來輻射低頻頻帶的電磁波。
18. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第一輻射部分以及該第二 輻射部分分別以 一扁平導(dǎo)線繞折而成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多頻天線，其中該第三輻射部分為L型圓 柱狀天線，L型的短分段連接于該連接部分，L型的長分段與該第一輻射部 分以及該第二輻射部分相互耦合。
20. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多頻天線，其中該第三輻射部分與該第一表 面平行以及該第一輻射部分的一分段平行。
全文摘要
多頻天線包括設(shè)置一彎折扁平銅條形成一輻射表面，可提供GSM-850/900/1800/1900、GPS多種頻帶的應(yīng)用，以及設(shè)置一輔助天線與該輻射表面相互耦合，可提供WCDMA-2100/UMTS-2100的頻帶的應(yīng)用。該輻射表面與該輔助天線所產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，能夠得到所需的多頻帶的頻寬以及最佳化的輻射增益，使多頻天線可提供更廣泛的應(yīng)用。
文檔編號H01Q21/30GK101242034SQ20071000805
公開日2008年8月13日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者周建邦, 林嘉彝, 謝章浩, 陳允達(dá) 申請人:宏達(dá)國際電子股份有限公司