專利名稱：一種多頻折疊環(huán)形天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形天線，尤其涉及一種適合內置于手機的多頻折疊環(huán) 形天線。
背景技術：
隨著無線通信的快速發(fā)展，在無線通信產品中，天線扮演的角色更加重 要，尤其在輕、薄、短、小的趨勢潮流下，天線的尺寸，特別是其高度將影 響一個產品的價值。然而以內置式手機天線為例，就業(yè)界實際需求而言，手 機內部可放置天線的空間越來越有限，但能支持多頻帶操作的天線又是必要
內置式手機天線，這是由于環(huán)形天線可使用細的金屬線彎繞而成，且其頻寬 表現(xiàn)又能不因線寬細小而明顯降低，這與傳統(tǒng)單極或平板天線需要靠寬大的 金屬片增加頻寬的特性不同，故環(huán)形天線可以使用較小的尺寸實現(xiàn)與傳統(tǒng)手 機天線相同的多頻:操作。然而當環(huán)形天線尺寸大幅縮小時，^f氐頻頻帶雖可涵
蓋GSM850或GSM900的操作，不過較難同時涵蓋GSM850/ 900雙頻操作，因 此需尋求增加頻寬的技術，相關技術如美國專利公告號第US 7， 242, 364 B2 號"雙共振天線(Dual-Resonant Antenna)",其公開一種將匹配電路使用 于移動通信系統(tǒng)操作的內置式手機天線的技術，可使單一共振模態(tài)具有雙共 振特性，以達到增加頻寬的功效，但此技術僅公開單頻操作的內置式手機天 線的應用方式，無法直接應用于雙頻(如900 MHz及1800匪z)手機天線。同 時，所適用的手機天線為長度大約為四分之一波長共振的天線。為解決上述 問題，我們提出一種創(chuàng)新的多頻折疊環(huán)形天線設計，將一個金屬線彎繞成環(huán) 形，再加以折疊形成一個小體積的立體結構；在操作技術上，本天線的低頻 頻帶使用環(huán)形金屬線的二分之一波長共振模態(tài)，高頻頻帶則由環(huán)形金屬線的 高階共振模態(tài)合成寬頻操作，再配合使用匹配電路實現(xiàn)低頻頻帶的雙共振特 性，以增加頻寬，以及使用至少一個調整金屬片改善高頻頻帶的匹配。上述
4系統(tǒng)的應用需求。

發(fā)明內容
為了解決以上的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多頻折疊環(huán)形天線，
其不僅可以適用于GSM850 (824 - 894)/900 (890 - 960 MHz)/1800 (1710 -188。 MHz)/1900 (1850-1990 MHz)/UMTS (1920-2170 MHz)頻帶的手機天線 設計，同時本發(fā)明的天線尺寸比一般操作于相同頻帶的手機天線小，且其結 構簡單、操作機制明確、制作容易，并具有節(jié)省手機內部空間的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線包含介質基板、接地 面、輻射部及匹配電路。所述接地面設有接地點，并位于所述介質基板之上， 而所述輻射部則包含支撐介質、環(huán)形金屬線及一個調整金屬片。所述輻射 部的所述環(huán)形金屬線的長度大致為天線最低共振頻率的二分之一 波長，并設 有饋入端與接地端，其中所述接地端電氣連接到所述接地面的接地點，且所 述環(huán)形金屬線折疊成立體結構，并由所述支撐介質所支撐，而所述輻射部的 所述調整金屬片電氣連接到所述環(huán)形金屬線。該匹配電路位于該介質基板之 上，其一端電氣連接到所述輻射部的所述環(huán)形金屬線的饋入端，而另一端則 連接到信號源。上述介質基板為移動通信裝置的系統(tǒng)電路板，而所述接地面 為移動通信裝置的系統(tǒng)接地面，且所述接地面通過印刷或蝕刻技術形成于所 述介質基板之上，而所述支撐介質的材料為空氣或玻纖基板或塑料材料或陶 瓷材料，且所述匹配電路具有至少一個電容器及至少一個電感器。
在本項設計中，使用環(huán)形金屬線的二分之一波長共振模態(tài)形成天線的低 頻頻帶，以及環(huán)形金屬線的高階共振模態(tài)形成天線的高頻頻帶，再配合使用 匹配電路實現(xiàn)低頻頻帶的雙共振特性，以增加頻寬，并且使用至少一個調整 金屬片改善高頻頻帶的匹配。低頻頻帶可以提供大約200匪z (810-1010 MHz) 的操作頻寬，可涵蓋GSM850/90Q頻帶(824-960 MHZ)操作需求，且本天線在 此頻帶內的回波損耗都有高于6 dB的表現(xiàn)。高頻頻帶則可提供約615 MHz (1635 -2250 MHz)的操作頻寬，可涵蓋GSM1800/1900/UMTS頻帶(1710-2170 匪z)的操作需求，且在此頻帶內的回波損耗值也都有高于6 dB的表現(xiàn)，符合 應用需求。同時本天線設計結構簡單、操作機制明確，其尺寸比一般相同操 作頻帶的手機天線小，節(jié)省手機內部放置天線的空間，但仍能維持天線的多 頻特性，故具有產業(yè)應用價值。將在接下來的描述中部分闡述本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點，還有 一部分 通過描述將是清楚的，或者可以經(jīng)過本發(fā)明的實施而得知。


圖1 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例的天線結構圖； 圖1 (b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例的外接匹配電
路；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第二實施例結構圖； 圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例的回波損耗的 測量結果圖表；
圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例在GSM8S0/900頻 帶的859 MHz下的輻射場型圖4(b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例在GSM850/900 頻帶的925 MHz下的輻射場型圖5 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例在 GSM1800/1900/UMTS頻帶的1795 MHz下的輻射場型圖;
圖5 (b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例在 GSM1800/1900/IMTS頻帶的1920 MHz下的輻射場型圖;
圖5 (c)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例在 GSM1800/1900/UMTS頻帶的2045 MHz下的輻射場型圖;
圖6 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第 一 實施例在操作頻帶為 GSM850/900頻帶的天線增益圖6 (b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第 一 實施例在操作頻帶為 GSM1800/1900/UMTS頻帶的天線增益圖7是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一其它實施例結構圖8是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第二其它實施例結構圖9是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第三其它實施例結構圖1 O是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第四其它實施例結構圖。
具體實施方式
首先對附圖中的主要符號進行說明1為本發(fā)明天線的第 一主要實施例；
2為本發(fā)明天線的第二主要實施例；
7為本發(fā)明天線的第 一其它實施例；
8為本發(fā)明天線的第二其它實施例；
9為本發(fā)明天線的第三其它實施例；
IO為本發(fā)明天線的第四其它實施例；
ll為介質基板；
12為4妻地面；
121為接地點；
13為輻射部；
131為支撐介質；
132、 7 32、 832為環(huán)形金屬線;
13 3為環(huán)形金屬線的饋入端；
134為環(huán)形金屬線的接地端；
135為金屬片；
14為匹配電3各；
141為匹配電3各的端點；
142為匹配電^^的端點連接到信號源；
15為信號源；
21為低頻頻帶(二分之一波長共振模態(tài))； 22為高頻頻帶(高階共振模態(tài))； Ll、 L2為電感器； C為電容器。
圖1 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一實施例的天線結構圖， 圖1 (b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例的外接匹配電路。本 發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例包含介質基板ll、接地面12、輻射 部13及匹配電路14。所述接地面12設有接地點121，并位于所述介質基板ll 上。而所述輻射部13則包含支撐介質131、環(huán)形金屬線132及一個調整金屬 片135。所述輻射部13的該環(huán)形金屬線132長度大致為天線最低共振頻率的二 分之一波長，并設有饋入端133與接地端134,其中所述接地端134電氣連接到 所述接地面12的接地點121,且所述環(huán)形金屬線132折疊成立體結構，并由所述支撐介質131所支撐，而輻射部13的所述調整金屬片135電氣連接到所述環(huán) 形金屬線132;所述匹配電路14位于所述介質基板11上，其一端141電氣連接 到所述輻射部13的所述環(huán)形金屬線132的饋入端13 3,而另 一端142則連接到信 號源15。上述介質基板ll是移動通信裝置的系統(tǒng)電路板，而所述接地面12是 移動通信裝置的系統(tǒng)接地面，且所述接地面12通過印刷或蝕刻技術形成于所 述介質基板ll上，而所述匹配電路14包含至少一個電容器及至少一個電感器， 如圖l(b)所示，其中一個電容器C與一個電感器L2串聯(lián)后，再與另一電感器L1 并聯(lián)而形成匹配電路14。并且電容器C可以由二個電容器串聯(lián)組成。
圖2是本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第二實施例的結構圖。本發(fā)明的多頻 折疊環(huán)形天線的第二實施例包含介質基板ll、接地面12及輻射部13。所 述接地面12設有接地點121,并位于所述介質基板11之上，而所述輻射部 13則包含支撐介質131、環(huán)形金屬線132及一個調整金屬片135。所述輻 射部13的所述環(huán)形金屬線132的長度大致為天線最低共振頻率的二分之一波 長，并設有饋入端133與接地端134,其中所述饋入端133電氣連接到信號 源15,而所述接地端134則電氣連接到所述接地面12的接地點121,且該環(huán) 形金屬線132折疊成立體結構，并由該支撐介質131所支撐，而所述輻射部 13的所述調整金屬片135電氣連接到所述環(huán)形金屬線132。上述介質基板11 是移動通信裝置的系統(tǒng)電路板，而所述接地面12為移動通信裝置的系統(tǒng)接地 面，且所述接地面12通過印刷或蝕刻技術形成于所述介質基板11上。
圖3是表示圖1的第一實施例的回波損耗實驗測量結果的曲線圖。本實 驗選擇下列尺寸及組件值進行測量介質基板11為厚度0. 8 ram的FR4玻纖 基板，接地面12的尺寸為40 x 100 mm2，并蝕刻于介質基板11的表面。輻 射部13的支撐介質131為空氣，亦即在第一實施例中的輻射部13為中空結 構，其體積^又為40 x 3 x 5 mm3或0.6 cm3，環(huán)形金屬線132則包圍此中空 的支撐介質131的表面。環(huán)形金屬線132的總長度約為180 mm,大致為天線 最低共振頻率的二分之一波長，并設有饋入端133與接地端134,其中所述 接地端134電氣連接到所述接地面12的接地點121,而所述環(huán)形金屬線132 如前所述地折疊成立體結構，包圍中空的支撐介質131表面，且所述輻射部 13的所述調整金屬片135的尺寸為16 x 1. 3 mm2,并電氣連接到所述環(huán)形金 屬線132。所述匹配電路14位于所述介質基板11上，其一端141電氣連接 到所述輻射部13的所述環(huán)形金屬線132的饋入端133，而另一端142則連接到信號源15。所述匹配電路14的C值選用1 pF、 L2值選用9. 1 nH、 Ll值 則選用4. 3 nH。本項設計釆用的環(huán)形金屬線132的長度約為180 mm,為900 匪z的二分之一波長，故低頻頻帶21表示天線的二分之一波長共振模態(tài)，而 高頻頻帶22則為天線的高階共振模態(tài)合成，主要為環(huán)形金屬線132的全波長 共振模態(tài)及二分之一波長共振模態(tài)所合成。此處技術重點有二項， 一是使用 匹配電路14使低頻頻帶21增加虛部阻抗零點，使該共振才莫態(tài)具有雙共振特 性而增加頻寬，另一則是使用調整金屬片135改善高頻頻帶22的阻抗匹配。 在尚未使用匹配電路14的狀況下，環(huán)形金屬線132的二分之一波長共振模態(tài) 的頻寬無法同時涵蓋GSM850/900操作頻寬，而高頻頻帶則因使用了調整金屬 片135調整其阻抗匹配，可涵蓋GSM1800 /1900/UMTS操作頻寬。同時匹配電 路14可以在不影響高頻頻帶22的前提下，增加低頻頻帶的頻寬。此處所使 用的匹配電路14為3 dB頻寬僅為170 MHz的帶阻電路，其共振中心頻率約 1100MHz,此匹配電路14在其共振中心頻率處具有劇烈變化的實部阻抗與虛 部阻抗，其中虛部阻抗的變化有助于環(huán)形金屬線132的二分之一波長共振模 態(tài)增加虛部共振零點，使得此低頻頻帶21具有雙共振現(xiàn)象，而實現(xiàn)寬帶操作 并涵蓋GSM850/ 900操作頻寬。同時所述匹配電路14因帶阻中心頻率設計為 約1100 MHz,所以對于高頻頻帶22影響很小。回波損耗的測量結果中，低 頻頻帶21為具有雙共振特性的二分之一波長共振模態(tài)，提供大約200 MHz (810- 1010 MHz)的才喿作頻寬，可涵蓋GSM 850/900頻帶的才喿作需求，且本天 線在此頻帶內的回波損耗都有高于6 dB的表現(xiàn)。高頻頻帶22則可提供約615 MHz (1635-2250 MHz)的操作頻寬，可涵蓋GSM1800/1900/UMTS頻帶的操作需 求，且在此頻帶內的回波損耗值也都有高于6 dB的表現(xiàn)，符合應用需求。
再者，圖2的第二實施例與圖1的第一實施例的差異在于，第二實施例 的輻射部13的尺寸為40 x 5 x 6 mm3或1.2 cm3,制作這種尺寸大于第一實 施例的天線僅需改變調整金屬片135電氣連接到環(huán)形金屬線132的位置，也 可實現(xiàn)涵蓋GSM850/900/18001900/UMTS五頻操作的設計。這意味著，是否采 用匹配電路14的技術，取決于天線占用的尺寸空間，當天線體積縮小而使得 低頻頻帶無法同時涵蓋GSM850/900頻帶時，使用本設計的匹配電路14,可 使低頻頻帶具有雙共振現(xiàn)象，進而增加頻寬以涵蓋操作需求。
圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例在GSM850/900頻 帶的859 MHz下的輻射場型圖，圖4(b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一實施例在GSM8 5 0/9 00頻帶的925 MHz下的輻射場型圖。涵蓋此操作頻帶的 低頻頻帶21為天線的二分之一波長共振模態(tài)。由此得出以下的結果，環(huán)形金 屬線所共振得出的二分之一波長共振模態(tài)的輻射場型，仍與傳統(tǒng)單極天線或 平板天線共振于相同頻率時的輻射場型相似。
圖5 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第 一 實施例在 GSM1800/1900/UMTS頻帶的1795 MHz下的輻射場型圖，圖5 (b)是根據(jù)本發(fā)明 的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例在GSM1800/1900/函TS頻帶的1920 MHz下 的輻射場型圖，圖5(c)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一實施例在 GSM1800/19 00/UMTS頻帶的2045 MHz下的輻射場型圖。涵蓋此操作頻帶的高頻 頻帶22主要由天線的全波長及二分之一波長共振模態(tài)合成。由此得出以下的 結果，高頻頻帶22內的輻射場型受到接地面上電流零點的影響，其x-z及y-z 平面場型的凹陷點比低頻頻帶21的輻射場型多，但仍不影響實際應用上的需 求。
圖6 (a)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第 一 實施例在操作頻帶為 GSM850/900頻帶的天線增益圖，圖6 (b)是根據(jù)本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線第 一實施例在操作頻帶為GSM1800/1900/UMTS頻帶的天線增益圖。由圖中測量數(shù) 據(jù)可知，本設計在GSM850/900操作頻帶內的增益值約為-1. 0 - -0. 1 dBi,而 在GSM1800/1900/UMTS操作頻帶內的增益值約為1. 7 — 2.6 dBi,都符合實際 應用上的需求。
圖7、圖8、圖9及圖IO分別表示本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的第一、 第二、第三及第四其它實施例的結構圖。本發(fā)明天線的第一其他實施例及第 二其他實施例與第一實施例的整體結構相同，而第三其他實施例及第四其他 實施例則與第二實施例的整體結構相同，其中只有環(huán)形金屬線的折疊方式不 同，同時第一其他實施例及第三其他實施例分別具有二個調整金屬片。以上 的實施例都可以實現(xiàn)與第 一 實施例或第二實施例相同的效果。
本發(fā)明的實驗結果顯示，本發(fā)明的多頻折疊環(huán)形天線的實施例可以實現(xiàn)
(涵蓋GSM850/900頻帶)頻寬約為200 MHz (810 - 1010 MHz)，而高頻頻帶 22 (涵蓋GSM1800/1900 /UMTS頻帶)的頻寬約為615 MHz (1635 - 2250 MHz), 都可符合實際手機系統(tǒng)的應用需求。
綜合上述的說明，本發(fā)明天線的結構簡單，操作機制明確，制作成本低，在縮減手機天線尺寸的同時，仍能維持天線的多頻特性，因此本發(fā)明天線具 有高度產業(yè)應用價值，足以符合發(fā)明的范疇。
以上的說明中，以本發(fā)明的實施例說明了本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的范 圍并不限定于實施例的內容。所屬領域內的技術人員以本發(fā)明的實施例為基 礎可以進行變更及修改，但任何的修改和變更都屬于本發(fā)明所保護的范圍之 內。
權利要求
1、一種多頻折疊環(huán)形天線，包含介質基板；接地面，具有接地點，并位于該介質基板上；輻射部，該輻射部包含支撐介質；環(huán)形金屬線，長度為天線最低共振頻率的二分之一波長，并設有饋入端與接地端，其中所述接地端電氣連接到所述接地面的所述接地點，且所述環(huán)形金屬線折疊成立體結構，并為該支撐介質所支撐；至少一個調整金屬片，電氣連接到該環(huán)形金屬線以及匹配電路，位于該介質基板之上，其一端電氣連接到所述輻射部的所述環(huán)形金屬線的所述饋入端，而另一端則連接到信號源。
2、 根據(jù)權利要求l所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述介質基板 為移動通信裝置的系統(tǒng)電路板。
3、 根據(jù)權利要求1所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述接地面是 移動通信裝置的系統(tǒng)接地面。
4、 根據(jù)權利要求1所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述接地面通 過印刷或蝕刻技術形成于所述介質基板之上。
5、 根據(jù)權利要求1所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述支撐介質 的材質為空氣、玻纖基板、塑膠材料或陶瓷材料。
6、 根據(jù)權利要求1所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述匹配電路 包含至少一個電容器及至少一個電感器。
7、 一種多頻折疊環(huán)形天線，包含 介質基板；接地面，具有接地點，并位于該介質基板上； 輻射部，該輻射部包含 支撐介質；環(huán)形金屬線，長度為天線最低共振頻率的二分之一波長，并設有饋入 端與接地端，其中所述接地端電氣連接到所述接地面的所述接地點，且所述 環(huán)形金屬線折疊成立體結構，并為該支撐介質所支撐；至少一個調整金屬片，電氣連接到該環(huán)形金屬線。
8、 根據(jù)權利要求7所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述介質基板 為移動通信裝置的系統(tǒng)電路板。
9、 根據(jù)權利要求7所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述接地面是 移動通信裝置的系統(tǒng)接地面。
10、 根據(jù)權利要求7所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述接地面 通過印刷或蝕刻技術形成于所述介質基板之上。
11、 根據(jù)權利要求7所述的多頻折疊環(huán)形天線，其特征在于所述支撐介 質的材質為空氣、玻纖基板、塑膠材料或陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多頻折疊環(huán)形天線，包含介質基板、接地面、輻射部及匹配電路。所述接地面具有接地點，并位于所述介質基板之上。所述輻射部包含支撐介質、環(huán)形金屬線及一個調整金屬片、所述輻射部的所述環(huán)形金屬線長度大致為天線最低共振頻率的二分之一波長，并設有饋入端與接地端，其中所述接地端電氣連接到所述接地面的接地點，且所述環(huán)形金屬線折疊成一個立體結構，并由所述支撐介質所支撐，而所述輻射部的所述調整金屬片電氣連接到所述環(huán)形金屬線。所述匹配電路則位于所述介質基板上，其一端電氣連接到所述輻射部的所述環(huán)形金屬線的饋入端，而另一端則連接到信號源。
文檔編號H01Q5/00GK101567483SQ20081009126
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權日2008年4月23日
發(fā)明者翁金輅, 郗韻文 申請人:宏碁股份有限公司