TW200917568A - Dual band antenna - Google Patents

Description

200917568 0801-CM-07-002 25151twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種雙頻天線，且特別是有關於一種 適用於工業、科學與醫學（Industrial，Scientific and medical， ISM)頻段以及數位電視(Digital τν, DTV)頻段的雙頻天 線。 【先前技術】 經由多年的研究與發展，DTV已經發展成手持裝置， 電腦或筆記型電腦也可經由適當的接收介面來接收DTV 的仏號。就通訊產品而言，其設計上重要的關鍵即為天線 的設計，因為天線設計品質的良好與否將影響通訊的品 質。舉例來說，天線包含非内藏式與内藏式兩種。非内藏 式之天線包含單極天線（m〇n〇p〇le antenna)、偶極天線 (dipole antenna )及螺旋型天線（helix antenna)等，而内藏 式之天線包含平面倒F型天線（Planar Inverted f Antenna, PIFA)及微帶型天線（micr〇strip antenna)。 由於目前使用者對於無線傳輸、通訊等需求相當多樣 化，因此電子裝置通常需要支援多種不同的無線傳輸介面 與傳輸頻段。當電子裝置需整合多種頻段的信號時，例如 2.4GHz至2.4835GHz的ISM頻段以及上述的DTV頻段(如 469MHz至882MHz，各國所規定的頻段不同），最常見的 解決方案是設置不同的天線來負責接收不同頻段的信號。 由於手持電子裝置講求輕薄，因此設置多組天線不僅增加 200917568 υουι-^ινι-υ/-υυ2 2515 ltwf.doc/n 電子裝置成本，更會增加電子裝置的體積，並不利電子裝 置的設計。 【發明内容】 本發明提供一種雙頻天線，利用微帶線(microstrip line) 結構與在其背面設置相對應的帶狀偶極，使雙頻天線可適 用於ISM頻段與DTV頻段。 承上述，本發明提種雙頻天線，包括信號線、轉 合區塊、接地部以及至少一帶狀懸浮金屬偶極。其中信號 線與耗合區駿置於-基板的上表面，且信號線與輕合區 塊的連接處具有一内嵌饋入結構(inset feed)，上述帶狀懸浮 金屬(floating strip)則設置於基板的下表面，並對應於内^饋 入結構與接地部的設置位置。 在本發明一實施例中，上述帶狀懸浮金屬與該接地部 之間具有一佈局間距。 在本發明一實施例中，上述耦合區塊具有左右對稱之 Λ形結構，信號線與耦合區塊的連接處位於耦合區 央部分。 在本發明一實施例中，上述内嵌饋入結構具有第—凹 槽與第二凹槽，分別設置於信號線的兩側。 在本發明一實施例中，上述耦合區塊包括倒三角形' V形或矩形，而上述帶狀懸浮金屬為矩形。 / ' 在本發明—實施例中，上述耦合區塊在該基板下表面 的正向投影與接地部之間具有一耦合縫隙，耦合縫隙對應 200917568 0801-CM-07-002 25151twf.doc/n 於耦I合區塊的佈局圖樣。 在本發明一實施例中，上述基板為玻璃纖維（FR4)材 質之電路板。 在本發明一實施例中，上述雙頻天線具有雙操作頻 段，分別為DTV頻段與isiV[頻段。

本發明利用微帶線結構與在其背面設置相對應的帶 狀懸浮金屬，使本發明之天線具有雙頻帶，並且藉由調 (' 整帶狀懸浮金屬的佈局結構尺寸與大小調整天線在ISM 頻^又周圍的共振點（res〇nant freqUenCy)及其頻寬 (bandwidth)。由於本發明之雙頻天線可支援dTv頻段與常 用之ISM頻段，因此極具商業應用價值，可直接應用於手 持電子裝置或一般多頻段之通訊裝置。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 U 第一實施例 圖1為根據本發明第一實施例之雙頻天線結構示意 圖。如圖1所示，雙頻天線1〇〇包括信號線n〇、耦合區 塊120、接地部150以及帶狀懸浮金屬16〇，其中耦合區塊 120與信號線110的連接處具有内嵌饋入結構伽⑽ feeding)130。信號線110與耦合區塊12〇(以實線表示)設置 於基板(未繪示）的上表面，而接地部15〇與帶狀懸浮金屬 160(以虛線表示）則設置於基板的下表面。 200917568 U8U1-um-u/-uu2 2515Itwf.doc/n 本貫施例之基板則例如為刚材質之雙面印刷電路板 (pnnted c職it board，PCB)，本實施例之雙頻天線1〇〇結構 則形成於雙面印刷電路㈣上下表面。本實_之雙頻天 線100具有兩個操作頻段，分別為DTV頻段以及㈣頻 段’經由本實施例之雙頻天線議，通訊裝置不需配置多 組天線即可同時收發兩個頻段之無線信號。 耗合區塊120為左右對稱之Λ形結構，信號線11〇與 耦合區塊120的連接處位於耦合區塊12〇的中央部分。内 肷饋入結構130具有第一凹槽132與第二凹槽134，分別 設置於信號線11〇的兩側，使信號線11〇與耦合區塊12〇 的連接處形成内凹的饋入結構。帶狀懸浮金屬16〇設置在 基板的下表面並對應於内嵌饋入結構13〇的設置位置，且 不連接至接地部150。輕合區塊12〇在基板下表面的正向 投影會與接地部150之間形成一耦合缝隙（c〇upling gap)140，此耦合缝隙140對應於耦合區塊12〇的佈局圖 樣。如圖1所示，搞合區塊12〇的下方為一 Λ形結構，因 此接地部150的上方也會形成一八形結構以對應耦合區塊 120。 在本實施例中，基板上表面的結構視為信號面，包括 佗號線110與輕合區塊120 ;基板下表面的結構則視為接 地面，包括接地部150與帶狀懸浮金屬16〇。請同時參照圖 2Α與圖2Β，圖2Α為根據本發明第一實施例之雙頻天線 之#號面結構圖。圖2Β為根據本發明第一實施例之雙頻 天線之接地面結構圖。圖2Α中分別以參數w、L、fl、H、 200917568 u6ui-^ivi-u/-uu^ 25151twf.doc/n P、T、S來表示彳§號線no與轉合區塊120在佈局時的結 構尺寸，圖2B中則分別以參數GL、GH、GW、DL、Dw、 DY表示接地部150與帶狀懸浮金屬16〇在佈局時的結構尺 寸’參數DY更用於表示帶狀懸浮金屬16〇與接地部15〇 之間的佈局間距。在本實施例中，參數DW、DL、DY可 為變數，主要用以調整雙頻天線在ISM頻段的頻率響應， 其餘尺寸標號的數值則請參照下表丨，表丨為根據本發明 第一實施例之佈局參數表〇 參數 W L GL GH GW FL Η Ρ Τ S 長度 (mm) 74 42 161.5 175 74 185 216 15 2 2.5 表1 其中參數P、T會決定第一凹槽132、第二凹槽134 的凹槽大小，藉由調整參數p、T可調整雙頻天線1〇〇在 DTV頻段(469MHz至882MHz)範圍内的共振頻率與頻 寬。而參數DL、DW與DY主要用來表示帶狀懸浮金屬160 的佈局結構’在本實施例中，可藉由參數DW、DL、DY 來調整雙頻天線100在ISM頻段中的共振頻率與頻寬。在 本實施例中，以參數DW為3mm為例，然後分別調整參 數DL、DY的數值並模擬如圖3A與圖3B所示。圖3A為 根據本發明第一實施例之雙頻天線之參數DL與其反射係 數(reflection coefficient)之頻率響應模擬圖。圖3B為根據 本發明第一實施例之雙頻天線之參數DY與其反射係數之 頻率響應模擬圖。此外，值得一提的是，除參數DW、DL、 200917568 υδυι-υινι-υ/-υυ^ 25151twf.d〇c/n DY外’本實施例之雙頻天線的結構尺寸可參考上表i所 示，但本發明並不受限上表丨之參數值。 請參照圖3A，其縱軸為反射係數si l(refection coefficient)，横軸為頻率(GHz)，圖3A包括參數DL為 47.2mm、57.2mm、67.2mm以及不設置帶狀懸浮金屬160 等4種模擬條件之反射係數S11的頻率響應模擬圖。由圖 3A可知，調整參數Dl主要影響在ISM頻段範圍内的共 ( 振頻率’參數DL越大，其共振頻率有朝向低頻移動的趨 勢，且其反射係數Sii越大，相對應的回波損耗(return loss)(即反射係數絕對值的倒數)也越小。在本實施例中， 當參數DL為47.2mm時，其共振頻率約為2.6GHz，此時 相對應的反射係數S11也最低，約_23dB。當雙頻天線1〇〇 未設置帶狀懸浮金屬160時，在ISM頻段内之共振頻率則 消失，由此可知帶狀懸浮金屬160的設置是使雙頻天線1〇〇 產生ISM頻段之共振頻率的主要技術手段之一。此外，由 圖3A亦可明顯看到調整參數DL對較低頻之DTV頻段内 ii 之共振頻率並無顯著影響，所以不會影響雙頻天線1〇〇在 DTV頻段内頻率響應特性。 請參照圖3B，其縱軸為反射係數su(refecti〇n coefficient)，橫轴為頻率(GHz)，圖3B包括參數dy為 6麵、15mm、25醜、30麵等4種模擬條件之反射係數 S11的頻率響應模擬圖。由目3B可知，當帶狀懸浮金屬⑽ 與接地部150之間的距離越遠(參數DY越大)時，雙頻天 線100在ISM頻段的頻寬則越小，當參數〇丫等於 200917568 O^Ui-CM-U/-uu^ 25151twf.doc/n 或30nmi時，雙頻天線loo在ISM頻段内可操作之頻寬則 幾乎消失。當參數DY等於6mm時’其在ISM頻段内可 操作之頻寬則加大。因此，藉由調整帶狀懸浮金屬16〇盥 接地部150之間的距離可調整雙頻天線1〇〇在ISM頻段/内 之頻寬。同樣的，帶狀懸浮金屬16〇設置位置的改變並不 會對雙頻天線100在DTV頻段的共振頻率或頻率響應特 性造成太大影響。 曰 、 由圖3A與圖3B可知，針對不同的設計需求，可經由 調整帶狀懸浮金屬160的佈局結構尺寸與其設置位置來改 變雙頻天線100在ISM頻段的共振頻率與頻寬。然而，帶 狀懸浮金屬160的設置位置須對應於内嵌饋入結構13〇與 接地部150的設置位置，當帶狀懸浮金屬16〇過於遠離接 地部150(同時也會遠離嵌饋入結構13〇)時，便會改變整體 雙頻天線100在ISM頻段的頻率響應特性。 在實際量測中，本實施例分別設定參數為 67.2mm、參數DW等於3mm以及參數DY等於6 72mm， ^ 基板材質為卩114’厚度為1.6111111，介電常數(?__办)為4.4 er ’其餘的天線結構參數請參照上表1所示。在無線網路 (WLAN)頻段’上述雙頻天線所量測到的1〇dB頻寬為 2.36GHz〜2.55GHz。在低頻段’模擬1〇犯回波損耗的頻寬為 467.3MHz〜866.2MHz，此頻段可涵蓋所有國家的DTV頻段。 在本實施例中’雙頻天線100在兩個操作頻段(DTV頻 段與ISM頻段)的極化方向皆為y方向(極化方向請參照圖丄）， 且就上述兩個操作頻段而言’天線1〇〇之輻射場型是與半波長 11 200917568 0B01-CM-07-002 25151twf.doc/n 雙偶極(half wave iength dipole)天線的場型類似，亦即各頻段在 XZ平面均具有全方向性(omni-directional pattern)之場型，以及 在ΥΖ平面均具有接近八字形之場型(figure of eight pattem)。 一立圖4為根據本發明第一實施例之雙頻天線之立體結構 不思圖。實線表示的信號線110、耦合區塊12〇位於基板 的上表面，而虛線表示的接地部150以及帶狀懸浮金屬160 則位^基㈣下表面。基㈣上下表碰為表示雙面 印刷電路板的兩側，本實關之雙頻天線⑽的結構方向 ^不叉限於上述上、下表面之表示方式，反之亦可。本技 ，領域具有通常知識者經由圖4與上述實施例之說明應能 輕易推知本實施例之其餘實施細節’在此不加累述。 專~施例 在本發明中，耦合區塊與接地部並不受限於第一實施 例:,Λ形結構圖樣。請參照圖5，圖5為根據本發明第 •只知例之雙頻天線多種結構示意圖。圖5(a)、圖5(b)、 ^05(c)分別繪示倒三角形、V形以及矩形等三種耦合區塊 ,八521、522的結構示意圖。而接地部550、551、552 ^別對應輕合區塊52〇、52卜522的結構形狀，並分別 =成兩者之間的耦合缝隙54〇、54卜542。值得注意的是， ▼狀懸浮金屬56G、56卜562需配合接地部550、55卜552 ^开〆狀調整外型’以避免與接地部55G、551、552形成短 路。 例=上’圖5(a)、圖5(b)、圖5⑹與上述第一實施 刀別以虛線表示位於基板下表面之帶狀懸浮金屬 12 200917568 0801 -CM-07-002 25151twf.doc/n 560、允卜562與接地部550、551、552 ;以實線表示位於 基板上表面之信號線510、511、512與耦合區塊520、521、 522。其餘結構的設計細節請參照上述第一實施例之說明， 在本技術領域具有通常知識者，經由本發明之揭露應可輕 易推知，在此不加累述。 在本實施例中

可根據設計需求設置多個帶狀惣净金 屬，如圖6所示，圖6為根據本發明第三實施例之雙頻天 線多種結構示意圖。圖6⑻、圖6(b)、圖6(c)、圖6(d) 與上述圖5(a)、圖5(b)、圖5 (c)以及圖1的主要差異在於 设置了第二個帶狀懸浮金屬66〇、661、662、663。經由調 整f狀懸浮金屬660、661、662、663的設置位置與其結構 尺寸同樣可調整本實施例之雙頻天線在ISM頻段之^頻 ，與頻寬。關於圖6之其餘天線結構設計細節請參照上述 第貝施例與第二實施例之說明，在此不加累述。 表τ、合上述，本發明之雙頻天線結構適用於DTV與ism錐 頻段的共面天線，在DTV頻段，上述實施例應助歸入^ ^來增加頻寬。當具有帶狀懸浮金屬時，電流密度沿著内嵌區 分與不含此浮懸金屬之天線味，會核大之不同，而前 者引^之的電齡激發產生第二較細之操儲率。 之極化方嶋y恤方向，故增加核 的:r波，此編合方式激發寄生結構(如= 喊糾金屬)並由寄生結構本身魅輻射之作法並不相同， 13 200917568 0801 -CM-07-002 25151 twf.doc/n 實驗s登明此天線不僅可在DTV頻段，也可以在ISM頻段有效 輻射。另一方面，無線射頻標籤（RFIDtag)的主要應用頻段為 430MHz與2.45GHz ’本發明之雙頻天線亦可應用於姐〇的 天線。藉由本發明之雙頻天線可有效解決多頻段的信號收發問 題，以單一天線取代兩個頻段的天線，進而達到天線整合、降 低設計複雜度以及製造成本等功效。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 V 蚊本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明第一實施例之雙頻天線結構示意 圖。 圖2A為根據本發明第一實施例之雙頻天線之信號面 I 結構圖。 圖2B為根據本發明第-實施例之雙頻天線之接地面 結構圖。 圖3八為根據本發明第一實施例之雙頻天線之參數DL 與其反射係數之_響應模擬圖。 圖狃為根據本發明第一實施例之雙頻天線之參數DY 與其反射餘之解響應模擬圖。 圖4為根據本發明第—實_之雙頻天線之立體結構 14 200917568 080 l-CM-07-002 2515 ltwf.doc/n 示意圖。 圖5為根據本發明第二實施例之雙頻天線多種結構示 意圖。 圖6為根據本發明第三實施例之雙頻天線多種結構示 意圖。 【主要元件符號說明】 100 :雙頻天線 110、510、511、512 :信號線 120、520、521、522 :耦合區塊 130 :内嵌饋入結構 140、540、541、542 :耦合缝隙 150、550、55卜 552 :接地部 160、560、561、562 :帶狀懸浮金屬 660、661、662、663 :帶狀懸浮金屬 132 ··第一凹槽 134 :第二凹槽 X、y、z :極化方向 W、L、FL、Η、P、T、GL、S :參數 GH、GW、DL、DW、DY :參數 15

Claims (1)

1. 200917568 0801-CM-07-002 25151twf.doc/n 十、申請專利範圍： 1. 一種雙頻天線，包括·· 一信號線，設置於一基板的上表面； 一耗合區塊，設置於一基板的上表面並麵接於該信號 線的一端’且該信號線與該耦合區塊的連接處具有—内嵌 饋入結構； 一接地部，設置於該基板的下表面並對應於該信號線 ^ 的設置位置；以及 至少一帶狀懸浮金屬’設置於該基板的下表面，並對 應於該内嵌饋入結構與該接地部的設置位置。 2. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中上述 帶狀懸浮金屬與該接地部之間具有一佈局間距。 3. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該耦 合區塊具有左右對稱之Λ形結構，該信號線與該耦合區塊 的連接處位於該耦合區塊的中央部分。 4. 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該内 ^ 肷饋入結構具有一第一凹槽與一第二凹槽，分別設置於該 信號線的兩側。 5·如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該耦 合區塊包括倒三角形、ν形或矩形。 6. 如申请專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該耦 口 =塊在該基板下表面的正向投影與該接地部之間具有一 耦σ縫隙，該耦合缝隙對應於該耦合區塊的佈局圖樣。 7, 如申請專利範圍第1項所述之雙頻天線，其中該帶 16 200917568 USUI-UM-UV-UU^ 2515 ltwf.doc/n 狀偶極為一矩形。 8·如申請專利範圍第1頊所述之雙頻天線 板為玻璃纖維材質之印刷電路板。 9.如申請專利範圍第 頻天線具有一第一操作頻 =天線 作頻段位於數位電視 ς 作頻段 學與醫學頻段。 、 °亥弟一知作頻段位方

   其中該雙 該第一操 工業、科