CN1324761C - 双频天线 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种双频天线，其包含多层基板、第一金属导线、第二金属导线以及一袖套结构。其中第一金属导线还包括一第一馈入端及一第一开路端，使得第一馈入端与第一开路端的等效电流路径，形成第二频段频率的四分之一波长结构，于是此天线装置得以传输接收一第二频段频率。而第二金属导线的结构则使此天线装置得以传输接收一第一频段频率。此外，袖套结构则形成于上述金属导线的外侧，并藉由此结构以增加第二频段频率的频宽。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，特别是一种具有宽频设计的双频天线。
发明背景
随着无线通讯技术的突飞猛进，行动通讯产品已成为现阶段科技产品的主流，包括行动电话、PDA、或是笔记型电脑等，这些产品在与通讯模组结合之后，不仅可以连接至区域网路、收发e-mail、更可以接收如新闻、股票等即时资讯，使彼此之间达到资源共享和资料传输的功能。
以应用在无线区域网路为例，频段是属于ISM2.4GHz的高频率范围，惟目前ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)，有愈来愈多的无线通讯设备使用蓝牙装置(Blue Tooth)，因此使用相近频带的通讯设备彼此会互相干扰，包括同频干扰(Co-Channel Interference)及邻频干扰(Next-ChannelInterference)，兼之产品普及同频段产品过多，干扰问题愈趋严重，进而现阶段趋势已转向另一更高频的频带(约5.725-5.850GHz)来发展。
以现有技术中的印刷式倒F型天线为例，请参照图1所示包括一基板10、一接地金属11、一长条状金属12、一短路接脚14、以及一馈电接脚16，其中接地金属11、长条状金属12、短路接脚14、以及馈电接脚16均为分布于基板10上的印刷电路。馈电接脚16是由长条状金属12向外活伸连接至一匹配电路(图中未示)，其中，馈电接脚16与接地金属11之间并不互相连接以避免发生短路现象。又长条状金属12与接地金属11之间互相平行，而短路接脚14是设于长条状金属12的一端(短路端)18且连接于接地金属11，其与长条状金属12的另一端(开路端)19是形成开路-短路的结构，其中开路端与短路端之间的距离是约以四分之一波长为原则。
若要同时满足双频传输的特性，理论上仅需满足较低频段的四分之一波长的原则，但实际上在传输的另一较高频段不仅回程损耗(Return Loss)严重，且传输频段的频率(约在8-9GHz)并不属于现有的通讯协定。所以，习知天线装置虽有双频的效果，但仅有较低频段的频率可供传输，较高频段的频率根本毫无利用价值。有鉴于此，藉由本发明的揭露，不仅同时达到双频皆可在现有的通讯协定上传输的目的，更增加较高频段频率的频带宽度(bandwidth)增加传输的自由度。
发明内容
本发明的目的为提供一种双频天线的设计。
本发明的另一目的为提供一种在较高传输频段频率使得回程损耗(ReturnLoss)降低，而具有较宽频宽设计的双频天线。
一种双频天线，可提供一第一频段频率与一第二频段频率以进行无线讯号传输，其中包含：
一多层基板，其至少包括一第一基板以及一第二基板；
一第一金属导线，是形成于该第一基板之上，其包括一第一馈入端以及一第一开路端；
一第二金属导线，是形成于该第二基板之上，其包括一第二馈入端、一螺旋金属结构以及一第二开路端，其中该第二馈入端是利用一第一导电贯孔连接至该第一金属导线的适当位置：以及
一袖套结构，是形成于所述金属导线的外侧；
其中该双频天线传输的第一频段频率，是由该第一馈入端与该第二开路端之间的导线结构所共振产生，而该第二频段频率则由该第一馈入端与该第一开路端之间的导线结构所共振产生，并利用该袖套结构增加该第二频段频率的频宽。
所述的双频天线，其中所述的第二金属导线还包含一波浪金属结构。
所述的双频天线，其中所述的多层基板还包含一第三基板，该袖套结构进一步包含：
一第一金属层，是制作于该第三基板之上；
一第二金属层，是制作于该多层基板的一侧边表面，并与该第一金属层产生电性连接；
一第三金属层，是制作于该第三基板之上；以及
一第四金属层，是制作于相对该第二金属层的多层基板的侧边表面，并与该第三金属层产生电性连接。
所述的双频天线，其中所述的袖套结构的长度是约为该第一金属导线直线长度总长的1/3至2/3。
一种双频天线，可提供一第一频段频率与一第二频段频率以进行无线讯号传输，其中包含：
一多层基板，其至少包括一第一基板以及一第二基板；
一第一金属导线，是包含形成于该第一基板上的多个上金属导线，与形成于该第二基板上的多个下金属导线，又包括一第一馈入端以及一第一开路端，所述多个上金属导线透过多个第二导电贯孔连接该多个下金属导线；以及
一第二金属导线，是形成于该第二基板之上，其包括一第二馈入端、一螺旋金属结构以及一第二开路端，其中该第二馈入端是利用一第一导电贯孔连接至该第一金属导线的适当位置；
其中该双频天线传输的第一频段频率，是由该第一馈入端与该第二开路端之间的导线结构所共振产生，而该第二频段频率则由该第一馈入端与该第一开路端之间的导线结构所共振产生。
所述的双频天线，其中还包含一袖套结构，是形成于所述金属导线的外侧。
所述的双频天线，其中所述的多层基板还包含一第三基板，该袖套结构进一步包含：
一第一金属层，是制作于该第三基板之上；
一第二金属层，是制作于该多层基板的一侧边表面，并与该第一金属层产生电性连接；
一第三金属层，是制作于该第三基板之上；以及
一第四金属层，是制作于相对该第二金属层的多层基板的侧边表面，并与该第三金属层产生电性连接；
其中该袖套结构是用以增加该第一频段频率的频宽。
所述的双频天线，其中所述的袖套结构的长度是约为该第一金属导线直线长度总长的1/3至2/3。
所述的双频天线，其中所述的第二金属导线还包含一波浪金属结构。
根据本发明提供的技术方案，不仅可以同时达到双频皆可在现有的通讯协定上传输的目的，更增加较高频段频率的频带宽度(bandwidth)增加传输的自由度。
附图说明
图1为现有技术的一单频天线装置示意图；
图2为根据本发明第一实施例的双频天线装置的示意图：
图3为根据本发明第一实施例的双频天线装置的侧视图；
图4为根据本发明第二实施例的双频天线装置的示意图；
图5为根据本发明第二实施例的双频天线装置的侧视图；
图6为根据本发明第二实施例的双频天线装置的频率响应量测图。
图号说明
10 基板 11 接地金属
12 长条状金属 14 短路接脚
16 馈电接脚 18 短路端
19 开路端 20、40 多层基板
21、41 第一馈入端 22、42 第二馈入端
23、43 上金属导线 24、44 第一导电贯孔
25、45 第二导电贯孔 26、46 下金属导线
27、47 第一金属导线 28、48 第一开路端
29、49 第三导电贯孔 30、50 第二金属导线
31、51 螺旋金属结构 32、52 波浪金属结构
33、53 第二开路端 34、54 开路金属带
35 第一基板 37 第二基板
60 第一金属层 61 第二金属层
62 第三金属层 63 第四金属层
64 袖套结构 65 第三基板
具体实施方式
本发明为一种双频天线的装置设计，此设计不仅可传输及接收一第一频段频率与一第二频段频率等两种频段的频率，并使较高频段频率(第二频段频率)的传输频宽增加，增加高频段频率传输的自由度。以下介绍本发明的详细说明。
根据本发明第一实施例，是提供一种用以传输一第一频段频率与一第二频段频率的双频天线装置。其结构包括，一多层基板与分布于多层基板中的电路，包含：第一金属导线、第二金属导线。其中，在一较佳实施例中，第一金属导线是由制作于多层基板中的第一基板与第二基板的上下金属导线所组成，此外还包含一第一馈入端及一第一开路端。第二金属导线是包含，螺旋金属结构及波浪金属结构，是制作于多层基板中的第二基板，并透过一导电贯孔连接第一金属导线的适当位置与第二馈入端，此外还包含一第二开路端。其中所述第一馈入端至第一开路端的等效电流路径长度是形成约为第二频段频率的四分之一波长结构；而第一馈入端至第二开路端的等效电流路径长度则形成约为第一频段频率的四分之一波长结构，使得天线装置具有双频传输的功能。
请参阅图2所示，其是为本发明双频天线第一实施例的示意图。其结构包含，一多层基板20、第一金属导线27、第二金属导线30。关于多层基板20材质的选择，在本发明一较佳实施例中，是选用低温共烧多层陶瓷基板(Low-TemperatureCofired Ceramics，LTCC)，以8层的结构来架构此天线装置，在摄氏850-900多度的烧结炉中，将铜、银、金等金属电路结构制作于多层陶瓷基板上，以平行式印刷涂布制程烧结形成整合式陶瓷元件，此外，多层基板20的材质亦可选用FR-4、FR-5、PTFE等多层印刷电路板(PCB)材质。
请参阅图3，是为本发明第一实施例的侧视图。说明在多层基板20结构中至少包含两层陶瓷基板，一第一基板35与一第二基板37，以制作本发明天线的金属导线结构。在一较佳实施例中，第一金属导线27(可同时参照图2)，是包含形成于第一基板35上的多个上金属导线23，与形成于第二基板37上的多个下金属导线26，并透过多个第二导电贯孔25连接而成的立体波浪状结构，此外更具有一第一馈入端21与一第一开路端28。第一馈入端21是用以连接至一馈电电路(未图示)，且与第一开路端28的电流路径距离以第二频段频率的四分之一波长为原则，也因为第一金属导线27的弯折立体结构，使得天线的直线长度得以缩短。而四分之一波长的距离即为振荡讯号的等效电流路径长度，使得此天线装置得以传输、接收较高频的第二频段频率(约5-6GHz)。同理，第一金属导线27亦可制作于同一层陶瓷基板平面，而形状也非限定在波浪状的型态，以上实施例仅为一举例而已，并非用以限定本发明的范围。
第二金属导线30，是形成于第二基板37之上。其结构包括一螺旋金属结构31以及一波浪金属结构32，此外还包含一第二馈入端22与一第二开路端33。其中第二馈入端22是利用一第一导电贯孔24连接至所述第一金属导线27的适当位置，而藉由螺旋金属结构31的螺线圈数的增加，产生电感效应，使得高频部分的等效波长变长，有效降低其可使用频段的频率。另外，关于第二开路端33也有的做法是另制作一开路金属带34于多层基板20的第一基板35位置处，再透过一第三导电贯孔29连接至波浪金属结构32。其中所述的金属导线结构是选择铜、银、金等金属材料，以网板印刷(Printing Screen)方式，形成于陶瓷基板上。此外，螺旋金属结构31以及波浪金属结构32亦可分别制作于不同层陶瓷基板平面，而波浪金属的形状也非限定在波浪状的型态，以上实施例仅为一举例而已，并非用以限定本发明的范围。
第一馈入端21与第二开路端33(或开路金属带34)的电流路径距离以第一频段频率的四分之一波长为原则，也因为螺旋金属结构31与波浪金属结构32的弯折结构，使得天线的直线长度得以缩短。而四分之一波长的距离即为振荡讯号的等效电流路径长度，使得此天线装置得以传输、接收较低频的第一频段频率(约2.4GHZ)。
综上所述，藉由第一金属导线27共振产生较高频的第二频段频率；而第一金属导线27结合第二金属导线30共振产生较低频的第一频段频率，并藉由螺旋金属结构31产生的电感效应，使得此天线装置可传输、接收两个频段的频率。
根据本发明第二实施例，是提供一种用以传输一第一频段频率与一第二频段频率，且在较高频的第二频段频率具有宽频设计的双频天线装置。其装置结构是于第一实施例中更增加一袖套(sleeve)结构，其包含一第一金属层、一第二金属层、一第三金属层以及一第四金属层。其中第一金属层与第三金属层是分别制作于多层基板中的第三基板上，并分别与制作于基板侧边表面的第二金属层与第四金属层产生电性连接，使得金属层结构对第一金属导线形成包覆之状，如同一袖套(sleeve)结构，使得由第一金属导线共振产生的第二频段频率的传输接收频宽增加。
请参阅图4所示，其是为本发明双频天线第二实施例的示意图。其结构包含，一多层基板40、第一金属导线47、第二金属导线50以及一袖套(sleeve)结构64。与本发明第一实施例不同的是，本实施例增加了一袖套结构64，是包含一第一金属层60、一第二金属层61、一第三金属层62以及一第四金属层63等金属层结构。请参阅图5，其中第一金属层60与第三金属层62是分别制作于多层基板40中的第三基板65。在一较佳实施例中，此第三基板65的位置是于多层基板40中选择不同于所述第一基板35与第二基板37及两者之间的基板的一陶瓷基板层，不使第一金属层60和第三金属层62与其他金属电路结构有接触。第二金属层61则制作于多层基板40的一侧边表面，并与第一金属层60产生电性连接；第四金属层63则制作于相对第二金属层61的基板40另一侧边表面，并与第三金属层62产生电性连接。所述的金属材料可选择铜、银、金等金属，以网板印刷(Printingscreen)的方式，形成于陶瓷基板上。
所述的袖套结构64始自第一馈入端41处，延伸至第一金属导线47直线长度约1/3-2/3处，对第一金属导线47形成包覆之状，如同一袖套(Sleeve)结构。加上此袖套结构64后，从馈入端看进去的电流分布，不会随着频率做很大的变动，所以使得阻抗亦不会随着频率而大幅变动，因此达到宽频效果，使得由第一金属导线47共振产生的第二频段频率的频宽增加。
请参照图6所示，是根据本发明第二实施例所量测的频率响应图。说明天线装置在回程损耗(return loss)可容许的情形下(S11＜-10dB)第一频率频段与第二频率频段所拥有的传输、接收频宽，在较低频的第一频率频段(约2.4GHZ)约有80MHZ的频宽范围；而在较高频的第二频率频段频宽囊括4.9GHZ至7.8GHZ，范围包含现阶段各地区不同的通讯协定，使得不同地区使用的不同频段皆可藉由本发明的双频天线达到传输及接收的目的，大幅增加天线使用的便利性。
总结所述，本发明的双频天线设计具有如下优点：
(1)由于第一金属导线的弯折结构，与第二金属导线的弯折扁平结构，使得天线装置的整体长度缩短许多。
(2)由于第二金属导线中的螺旋结构产生的电感效应，使得根据本发明的天线装置达到双频皆可传输、接收的目的。
(3)袖套(sleeve)结构使得较高频的第二频段频率的频宽增加，进而增加天线传输、接收频率的自由度，使天线的可利用性大幅增加。
本发明虽以较佳实施例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅止于所述实施例，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在专利申请范围内。
Claims (5)
1、一种双频天线，可提供一第一频段频率与一第二频段频率以进行无线讯号传输，其特征在于包含：
一多层基板，其至少包括一第一基板、一第二基板以及一第三基板；
一第一金属导线，是形成于该第一基板之上，其包括一第一馈入端以及一第一开路端；
一第二金属导线，是形成于该第二基板之上，其包括一第二馈入端、一螺旋金属结构以及一第二开路端，其中该第二馈入端是利用一第一导电贯孔连接至该第一金属导线的适当位置：以及
一袖套结构，包含：
一第一金属层，是制作于该第三基板之上；
一第二金属层，是制作于该多层基板的一侧边表面，并与该第一金属层产生电性连接；
一第三金属层，是制作于该第三基板之上；以及
一第四金属层，是制作于相对该第二金属层的多层基板的侧边表面，并与该第三金属层产生电性连接；
所述的袖套结构的长度是为该第一金属导线直线长度总长的1/3至2/3；
其中该双频天线传输的第一频段频率，是由该第一馈入端与该第二开路端之间的导线结构所共振产生，而该第二频段频率则由该第一馈入端与该第一开路端之间的导线结构所共振产生，并利用该袖套结构增加该第二频段频率的频宽。
2、如权利要求1所述的双频天线，其特征在于：所述的第二金属导线还包含一波浪金属结构。
3、一种双频天线，可提供一第一频段频率与一第二频段频率以进行无线讯号传输，其特征在于包含：
一多层基板，其至少包括一第一基板以及一第二基板；
一第一金属导线，包含形成于该第一基板上的多个上金属导线，与形成于该第二基板上的多个下金属导线，又包括一第一馈入端以及一第一开路端，所述多个上金属导线透过多个第二导电贯孔连接该多个下金属导线；以及
一第二金属导线，是形成于该第二基板之上，其包括一第二馈入端、一螺旋金属结构以及一第二开路端，其中该第二馈入端是利用一第一导电贯孔连接至该第一金属导线的适当位置；
其中该双频天线传输的第一频段频率，是由该第一馈入端与该第二开路端之间的导线结构所共振产生，而该第二频段频率则由该第一馈入端与该第一开路端之间的导线结构所共振产生。
4、如权利要求3所述的双频天线，其特征在于：所述基板还包含一第三基板，所述双频天线还包含一袖套结构，该袖套结构包含：
一第一金属层，是制作于该第三基板之上；
一第二金属层，是制作于该多层基板的一侧边表面，并与该第一金属层产生电性连接；
一第三金属层，是制作于该第三基板之上；以及
一第四金属层，是制作于相对该第二金属层的多层基板的侧边表面，并与该第三金属层产生电性连接；
其中该袖套结构是用以增加该第二频段频率的频宽；所述袖套结构的长度是为该第一金属导线直线长度总长的1/3至2/3。
5、如权利要求4所述的双频天线，其特征在于：所述的第二金属导线还包含一波浪金属结构。
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