CN100559656C - 印刷电路板上的天线阵列 - Google Patents

Abstract

一种印刷电路板上的天线阵列，该天线阵列包含二天线单元，各该天线单元以微带线形式，设置在一印刷电路板上的一T型微带线路的二对称端，该T型微带线路上非对称的一端，则作为该天线阵列的馈入端，令该馈入端可同时对该二天线单元馈入讯号，该印刷电路板的另一侧面在对应于各该天线单元以外的位置，则印制有一接地金属面，该接地金属面与各该天线单元的至少一对应侧缘保持一定间距，如此，由于各该天线单元的馈入方式及设计位置，均呈对称状且由同一馈入端馈入讯号，故各该天线单元上不仅馈入电流呈相同相位(phase)，其电流分布及辐射场型亦产生对称效果，令辐射方向分别向对称两边偏移，不致集中于中央位置，有效增加了两对称边的使用范围。

Description

印刷电路板上的天线阵列

技术领域

本发明涉及一种天线阵列，尤指一种制作于一小型化印刷电路板上的天线阵列，该天线阵列包含二形状构造及设计位置均呈对称状设计的天线单元，且该二天线单元均由同一馈入端馈入讯号，故该天线阵列的辐射方向可分别向两对称边偏移，有效增加了两对称边的使用范围。

背景技术

近年来，由于行动通讯产品的市场需求大增，使得无线通讯的发展更为快速，业界在设计无线网络卡时，已有日渐小型化的趋势，尤其是针对USB接口所设计的小型化无线网络卡，导致该种无线网络卡内部预留给天线的空间，也变得愈来愈小，加上该种无线网络卡内部机构的需求，造成其内部的天线设计位置常因此受到许多限制。另，由于在目前无线局域网络(WLAN)的规范中，为预防无线网络卡在使用上产生死角，均要求无线网络卡必须具备多个天线(Atenna Diversity)的功能，因此，业界在设计一般无线网络卡时，均会在其内部设置至少两个以上的天线，针对USB接口所设计的无线网络卡自然也不例外，惟，由于近年来该种USB接口的无线网络卡的尺寸，愈做愈小，导致该种USB接口的无线网络卡内部所设的任二天线间的距离，亦愈来愈近，造成该等天线间讯号的相互干扰，而发生天线间的隔离度(Isolation)问题。

有鉴于此一问题，目前许多业者在设计该种USB接口的无线网络卡时，均会在其内部使用单颗的芯片型天线(Chip Antenna)，该种芯片型天线通常是以一种称之为“低温共烧陶瓷”的技术制成，其主要特色为体积很小，令其在使用空间的应用上，有极大的弹性，然而，在实际应用上，却事与愿违，该种芯片型天线经常无法依照数值分析所建议的最佳状况，设计其安装位置，且尚需另行增设额外的电容及电感等元件，作为匹配之用，徒然占用了许多不必要浪费的空间。此外，该种芯片型天线尚具有下列缺点：

1、因其材料的介电系数很大，故在频宽上稍嫌不足，且天线的效能较低；

2、在设置该种芯片型天线时，需额外采购成本及安装程序；

3、参阅图1及2所示，由于该种芯片型天线11、21在一无线网络卡10、20上的设计位置，与其右侧接地金属面12、22间的关系，将令该等接地金属面12、22产生阻隔效果，使得天线的辐射方向较偏向左方，因此，该种芯片型天线的辐射场型会有较强的方向性，将导致在使用无线网络卡时产生死角。

另，按传统所使用的天线阵列，以图3及4所示的天线阵列30、40为例，分别由四个天线单元31、41所组成，一般在设计该等天线阵列30、40的基本架构时，令每个天线单元31、41皆以相同的相位(phase)馈入，每个天线单元31、41的形状、大小及设置方向皆相同，且每个天线单元31、41间的距离亦相同，以期每个天线单元31、41上的电流分布及相位皆能相同，进而有效提高天线增益，易言之，将有效地提高该等天线单元31、41的自由端(前方)的指向性。

然而，实际上在设计该等天线阵列30、40时，由于每个天线单元31、41的数量、设计位置及馈入电流的相位或强度，常会为了满足某些特定的设计目的及应用需求，发生不同设计上的改变，尤其是将其设计至一USB接口无线网络卡的小型化印刷电路板上时，由于空间及机构设计上的限制，前述天线阵列的基本架构与设计概念，始终无法顺利应用至该种小型化印刷电路板上，或无法有效提高左右两方的指向性。因此，如何在该种小型化印刷电路板的有限空间及机构限制下，能以最低成本，设计出所需的一理想天线阵列，令该等无线网络卡在使用上能涵盖更大范围，即为本发明在此所欲探讨的一重要课题。

有鉴于前述传统芯片型天线及天线阵列的诸多缺失，及无法满足小型化印刷电路板的设计需求，发明人根据多年来从事天线制造上技术经验，及所累积的专业知识，针对天线阵列的特性，悉心研究各种解决方案，并经不断研究、实验与改良后，终于开发设计出本发明的一种印刷电路板上的天线阵列。

发明内容

本发明要解决技术问题是提供一种印刷电路板上的天线阵列，该天线阵列包含二天线单元，各该天线单元以微带线形式，直接设置在一印刷电路板上的T型微带线路的二对称端，该T型微带线路上非对称的一端，则作为该天线阵列的馈入端，以令该馈入端可同时对该二天线单元馈入讯号，该印刷电路板的另一侧面在对应于各该天线单元以外的位置，则印制有一接地金属面，该接地金属面与各该天线单元的至少一对应侧缘保持一定间距，如此，由于各该天线单元的馈入方式及设计位置，均呈对称状，且由同一馈入端馈入讯号，故各该天线单元上不仅馈入电流呈相同相位，其电流分布及辐射场型亦产生对称效果，令辐射方向可分别向两对称边偏移，而不致集中于中央位置，有效增加了两对称边的使用范围。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种印刷电路板上的天线阵列，在各该天线单元分别呈蜿蜒状对称地设置在该印刷电路板上方相邻的两个角落，以令其本身具备足够的等效长度。

本发明要解决的又一技术问题是提供一种印刷电路板上的天线阵列，在该天线单元的至少一侧外缘延伸出一宽带平面，藉以增加其频宽，并令设计者可通过调整该宽带平面与该接地金属面间的距离，以轻易地对该天线单元的共振频率位置点，进行微调。

为此，本发明提出了一种印刷电路板上的天线阵列，该天线阵列包含：

一印刷电路板，其上布设有一T型微带线路，该T型微带线路上非对称的一端，作为该天线阵列的馈入端；

二天线单元，以微带线形式，制作在该印刷电路板的一侧面上，该二天线单元分别包括一蜿蜒状微带线及一宽带平面，其中各该蜿蜒状微带线相邻的一端分别与该T型微带线路的二对称端相连接，且各该蜿蜒状微带线分别对称地设置在该印刷电路板上相邻的两个角落，而各该宽带平面是自各该蜿蜒状微带线的另端缘向其至少一侧外缘继续延伸出的平面；

一接地金属面，制作在该印刷电路板的另一侧面，对应于各该天线单元以外的位置上，且与各该宽带平面的边缘保持一定间距，该间距位于平行该宽带平面的水平方向上。

如上所述的印刷电路板上的天线阵列，各该蜿蜒状微带线的蜿蜒路径是沿相反于该对称端的方向，延伸一预定长度后，向该接地金属面方向弯折90度，延伸一预定长度，再往回弯折90度，继续在该微带线间蜿蜒出一倒S形的蜿蜒路径，相邻微带线间保持一定间隙宽度。

如上所述的印刷电路板上的天线阵列，该接地金属面与各该宽带平面的边缘保持一定间距的距离，恰可令该天线阵列的频宽涵盖了约2.35GHZ-2.53GHZ，而中心频率约为2.45GHZ。

如上所述的印刷电路板上的天线阵列，该T型微带线路上非对称的一端可串接一电容。

如上所述的印刷电路板上的天线阵列，该印刷电路板可为一USB接口无线网络卡的小型化电路板。

本发明的天线阵列，由于各该天线单元的馈入方式及设计位置，均呈对称状且由同一馈入端馈入讯号，故各该天线单元上不仅馈入电流呈相同相位(phase)，其电流分布及辐射场型亦产生对称效果，令辐射方向分别向对称两边偏移，不致集中于中央位置，有效增加了两对称边的使用范围。

附图说明

图1是一传统芯片型天线被安装至一无线网络卡的平面示意图；

图2是另一传统芯片型天线被安装至另一无线网络卡的平面示意图；

图3是一传统天线阵列结构示意图；

图4是另一传统天线阵列结构示意图；

图5是本发明的一最佳实施例的天线阵列结构示意图；

图6是根据图5所提供的结构，将天线阵列设计至一USB接口无线网络卡的线路示意图；

图7是图6中单一天线单元的构造示意图；

图8是根据图6所提供的天线阵列，实际量测的结果；

图9是将一天线阵列设计在一USB接口无线网络卡的平面坐标示意图；

图10是根据图9所提供的平面坐标，实际量测出的X-Y平面辐射场型示意图；

图11是根据图9所提供的平面坐标，实际量测出的X-Z平面辐射场型示意图；

图12是根据图9所提供的平面坐标，实际量测出的Y-Z平面辐射场型示意图。

附图标号说明：

天线阵列50、70       印刷电路板51、61       天线单元52、62

T型微带线路53、63    对称端531、631         非对称端532、632

接地金属面54、64     蜿蜒状微带线621        宽带平面622

电容1.5pF            无线网络卡71

具体实施方式

本发明提出了一种印刷电路板上的天线阵列50，参阅图5所示，在制作一USB接口无线网络卡的小型化印刷电路板51时，利用印刷电路板51的制作技术，以微带线形式，将该天线阵列50设置在该印刷电路板51的一侧面上，该天线阵列50包含二天线单元52，该等天线单元52相邻的一端分别与该印刷电路板51上所设的一T型微带线路53的二对称端531相连接，该T型微带线路53上非对称的一端532，则与该USB接口无线网络卡上的收发电路相连接(图中未示)，以作为该天线阵列50的馈入端，令该USB接口无线网络卡上的该收发电路可透过该馈入端，同时对该天线单元52馈入讯号。在该印刷电路板51的另一侧面上，对应于各该天线单元52以外的位置，则印制有一接地金属面54，该接地金属面54与各该天线单元52的至少一对应侧缘保持一定间距。如此，由于在本发明中，各该天线单元52的馈入方式及设计位置，是彼此呈对称状，且均利用同一馈入端馈入讯号，故各该天线单元52上不仅馈入电流呈相同相位，其电流分布及辐射场型亦产生对称效果，令其辐射方向分别向两对称边偏移，而不致集中于中央位置，有效增加了两对称边的使用范围。此外，由于该天线阵列50是在制作该印刷电路板51时，直接利用印刷电路板51的制作技术，将其设置在该印刷电路板51上，故无需采购额外的天线，可有效降低制作成本及简化安装程序。

在本发明的一较佳实施例中，请参阅图6所示，在一USB接口无线网络卡的小型化印刷电路板61的一侧面上，利用印刷电路板61的制作技术，以微带线形式，制作出所需的天线阵列，该天线阵列包含二天线单元62，该等天线单元62呈蜿蜒状(meander)，分别对称地设置在该印刷电路板61上方相邻的两个角落，其设计位置除需确保该二天线单元62能分别于无线网络的工作频率区间内产生共振外，同时亦需兼顾该无线网络卡的左右两个方向的使用。在该实施例中，该二天线单元62相邻的一端分别与该印刷电路板61上所设的一T型微带线路63的二对称端631相连接，该T型微带线路63上非对称的一端632，则与该USB接口无线网络卡上的收发电路相连接(图中未示)。该天线单元62的形状构造，请参阅图7所示，由于受到USB接口无线网络卡上的有限空间及机构限制，本发明为令其本身具备足够的等效长度，乃应用绕线技术，在该印刷电路板61上方相邻的二对称角落，制作出所需的蜿蜒状微带线621，嗣，为增加各该天线单元62的频宽，再于各该蜿蜒状微带线621的至少一侧外缘，分别延伸出一宽带平面622，以期该天线阵列的设计者可藉由调整该宽带平面622与该接地金属面64间的距离，轻易地对各该天线单元62的共振频率位置点，进行微调。

复请参阅图6所示，在该较佳实施例中，该T型微带线路63上非对称的一端632，与该USB接口无线网络卡上的收发电路相连接，作为该天线阵列的馈入端，同时对该二天线单元62馈入讯号，故其上不致发生前述的隔离度困扰，且可藉串接一1.5pF电容，令该天线阵列的输入阻抗匹配至50欧姆。

此外，复请参阅图6所示，由于在该较佳实施例中，该二天线单元62的馈入方式及设计位置，彼此对称且均透过同一馈入端馈入讯号，故各该天线单元62上不仅馈入电流呈相同相位，其电流分布及辐射场型亦产生对称效果，令其辐射方向分别向两对称边偏移，而不致集中于中央位置，有效增加了两对称边的使用范围。

本发明在实际施作时，根据图6所示的天线结构，在距离该印刷电路板61上所设的该T型微带线路63的二对称端631，约2毫米的位置处，分别制作有一天线单元62，各该天线单元62包含一呈蜿蜒状的微带线621，该微带线621的宽度约为0.32毫米，其蜿蜒路径沿相反于该对称端631的方向，延伸约4.5毫米长度后，向该接地金属面64方向弯折90度，延伸一预定长度后，再往回弯折90度，继续在该微带线621间蜿蜒出一倒S形的蜿蜒路径，相邻微带线621间并保持约0.32毫米的间隙宽度，如此，待该微带线621蜿蜒出足够的等效长度后，其端缘在所形成的呈蜿蜒状的微带线621的至少一侧外缘继续延伸出一宽度约为5.3毫米的宽带平面622，以增加各该天线单元62的频宽，在该实例中，该宽带平面622的边缘与另一侧面的该接地金属面64边缘保持一约1毫米的距离，惟在其它实施态样中，设计者可藉由调整该宽带平面622与该接地金属面64间的距离，以对各该天线单元62的共振频率位置点，轻易地进行微调，用以调整到所需的频宽内。如此，当该天线阵列60被操作于IEEE802.11b通讯协议所规定的2.45GHz频带，被进行实测后，该天线阵列60的特性，将由图8所示的反射系数可知，其中心频率约为2.45GHz，可使用的频宽涵盖了约2.35GHz-2.53GHz。其频带宽度将近200MHz。嗣，再以设计在一USB接口无线网络卡71的一侧面上的一天线阵列70的平面坐标，如图9所示，作为量测其辐射场型的依据，对其进行实测，将可由该天线阵列70测得如图10、11及12所示的X-Y平面辐射场型(RadiationPattern)、X-Z平面辐射场型及Y-Z平面辐射场型，其辐射场型不仅具有极佳的对称效果，且其辐射方向分别向两对称边偏移，而不致集中于中央位置，确实有效增加了两对称边的使用范围。

以上所述，仅为本发明最佳具体实施例，惟本发明的构造特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (5)

1、一种印刷电路板上的天线阵列，该天线阵列包含：

一印刷电路板，其上布设有一T型微带线路，该T型微带线路上非对称的一端，作为该天线阵列的馈入端；

二天线单元，以微带线形式，制作在该印刷电路板的一侧面上，该二天线单元分别包括一蜿蜒状微带线及一宽带平面，其中各该蜿蜒状微带线相邻的一端分别与该T型微带线路的二对称端相连接，且各该蜿蜒状微带线分别对称地设置在该印刷电路板上相邻的两个角落，而各该宽带平面是自各该蜿蜒状微带线的另端缘向其至少一侧外缘继续延伸出的平面；

一接地金属面，制作在该印刷电路板的另一侧面，对应于各该天线单元以外的位置上，且与各该宽带平面的边缘保持一定间距，该间距位于平行该宽带平面的水平方向上。

2、如权利要求1所述的印刷电路板上的天线阵列，其特征是，各该蜿蜒状微带线的蜿蜒路径是沿相反于该对称端的方向，延伸一预定长度后，向该接地金属面方向弯折90度，延伸一预定长度，再往回弯折90度，继续在该微带线间蜿蜒出一倒S形的蜿蜒路径，相邻微带线间保持一定间隙宽度。

3、如权利要求1所述的印刷电路板上的天线阵列，其特征是，该接地金属面与各该宽带平面的边缘保持一定间距的距离，恰令该天线阵列的频宽涵盖了2.35GHZ-2.53GHZ，而中心频率为2.45GHZ。

4、如权利要求1所述的印刷电路板上的天线阵列，其特征是，该T型微带线路上非对称的一端串接一电容。

5、如权利要求4所述的印刷电路板上的天线阵列，其特征是，该印刷电路板为一USB接口无线网络卡的小型化电路板。

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